비상용성 PVP/PEO 혼합고분자 계면에서의 은 나노 입자 원형 배열에 대한 연구

Abstract

나노미터 크기로부터 기인되는 나노 입자의 표면 및 촉매활성은 플라즈모닉, 의약학 및 촉매 분야와 같은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히 나노 입자들의 고분자 매트릭스 상에서의 활용은 분리막에 적용하기 위한 에너지 기술 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 나노 입자를 적용시킨 나노-복합 고분자에서는 나노 입자의 모포로지 및 분산도에 따라 그 특성이 조절되므로, 고분자 매트릭스 상에서 나노 입자들의 모포로지 혹은 분산도를 조절하고자 하는 다양한 연구들이 진행되고 있다. 이런 관점에서 본 연구에서는, 고분자 상에서의 은 나노 입자 제조 성질과 관련한 환원 반응과 확산 속도의 차이를 응용하여 비상용성 혼합 고분자 매트릭스 상에서 은 나노 입자로 만들어진 링 (ring)을 제조할 수 있었고, 그 제조 과정을 매카니즘 적으로 설명하였다.

제 1장에서는 나노 입자의 특성 및 그로 인한 적용 분야, 그리고 다양한 혼합 계에서의 나노 입자 모포로지 조절 기술들을 소개한다. 특히 고분자에 나노 입자를 접목시키기 위하여 사용되는 다양한 기술들과 그 뿐 아니라, 직접 그 분포를 조절하여 나노 입자가 갖는 고유 특성을 효과적으로 이끌어내고 활용하는 많은 연구 결과들을 소개함으로서 고분자에 적용되는 다양한 나노 기술들과 그 중요성을 확인 할 수 있다. 또한 본 연구에서는 은 나노 입자의 제조와 관련하여 나노 입자의 모포로지를 조절하였으므로, 고분자를 활용한 은 나노 입자 제조 방법을 1장 3절에서 소개하였다. 이를 통해 본 연구를 본격적으로 설명하기에 앞서 다양한 이론적 배경을 이해 할 수 있다.

제 2장에서는 본 연구에서 은 나노 입자의 제조를 위해 사용된 두 고분자 poly(vinyl pyrrolidone)(PVP) 와 poly(ethylene oxide)(PEO) 의 각 특성들이 은 나노 입자 형성에 미치는 영향에 대해 소개한다. 이와 같은 두 고분자의 특성 차이에 비롯하여 비상용성 고분자의 계면에서 은 나노 입자 및 cluster의 원형 배열 분포를 형성시켰으며, 이는 주사전자현미경 (transmission electron microscopy)을 통해 확인하였다. 이와 같은 원형 배열은 은 나노 입자 제조 시의 각 고분자가 지니는 다른 특성들에 기인하며 이는 크게 은 이온 환원 속도와 확산 속도로 나누어 설명 할 수 있다. 2장 각 절에서는 주사전자현미경과 X-선 분광 분석 중 하나로 사용된 EDS (energy dispersive spectrometer) 및 자외선-가시광선 분광기 (ultraviolet-visible spectroscopy)를 사용하여 혼합고분자 계면에서의 은 나노 입자 및 cluster의 원형 배열에 대한 분석을 진행하였다. |Various NPs properties such as catalytic and electronic properties resulted from their small size and large surface area makes them have promising roles in many different fields. Especially, nano-composites containing NPs dispersed in a polymer matrix have received great attention in nanotechnology and nanoscience for many applications like saving energy or improving catalytic performance of NPs. Therefore, the effort to control NPs assemblies in polymer matrix have been progressed continuously. Along with this, in this study, ring formation of silver NPs was investigated in incompatible glassy poly(vinyl pyrrolidone) (PVP)/rubbery poly(ethylene oxide) (PEO) blend matrix where PVP formed circular islands in PEO sea.

In part 1, various characteristics and applications of NPs are introduced. Particularly, techniques for controlling NPs assemblies in liquid-liquid phase and polymer matrix are discussed in detail. In nanocomposites containing silver NPs dispersed in heterophase polymer systems such as polymer blend and block copolymers, their properties are strongly dependent on their morphology of NPs such as the placement of NPs in either interface or favorable polymer phase. Therefore, there are lots of studies about assembling NPs, which can improve the properties of NPs. Herein, silver NPs are synthesized by polyol process, so basic principle and mechanism of polyol process are introduced in part 1.3.

In part 2, formation of silver NPs in both PVP and PEO is introduced first and the ring formation of silver NPs at PVP/PEO blend interface is schematically explained. We are able to make the rings of silver nanoparticles utilizing the kinetic differences in reduction and diffusion through incompatible polymers. Consequentially, interesting morphology of silver NPs in PVP/PEO blend matrix are observed, which cane be utilized further for controlling NPs assemblies.; Various NPs properties such as catalytic and electronic properties resulted from their small size and large surface area makes them have promising roles in many different fields. Especially, nano-composites containing NPs dispersed in a polymer matrix have received great attention in nanotechnology and nanoscience for many applications like saving energy or improving catalytic performance of NPs. Therefore, the effort to control NPs assemblies in polymer matrix have been progressed continuously. Along with this, in this study, ring formation of silver NPs was investigated in incompatible glassy poly(vinyl pyrrolidone) (PVP)/rubbery poly(ethylene oxide) (PEO) blend matrix where PVP formed circular islands in PEO sea.

In part 1, various characteristics and applications of NPs are introduced. Particularly, techniques for controlling NPs assemblies in liquid-liquid phase and polymer matrix are discussed in detail. In nanocomposites containing silver NPs dispersed in heterophase polymer systems such as polymer blend and block copolymers, their properties are strongly dependent on their morphology of NPs such as the placement of NPs in either interface or favorable polymer phase. Therefore, there are lots of studies about assembling NPs, which can improve the properties of NPs. Herein, silver NPs are synthesized by polyol process, so basic principle and mechanism of polyol process are introduced in part 1.3.

In part 2, formation of silver NPs in both PVP and PEO is introduced first and the ring formation of silver NPs at PVP/PEO blend interface is schematically explained. We are able to make the rings of silver nanoparticles utilizing the kinetic differences in reduction and diffusion through incompatible polymers. Consequentially, interesting morphology of silver NPs in PVP/PEO blend matrix are observed, which cane be utilized further for controlling NPs assemblies.