Polyethylene Oxide(PEO)/Trisilanol phenyl Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane(TSP-POSS) 나노복합체의 제조 및 특성

Abstract

Poly(ethylene oxide)(PEO)에 케이지형태의 유무기혼성 나노입자인 polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)를 첨가한 PEO/POSS 나노 복합체를 용액혼합법으로 제조하고, 구조-물성을 조사하였다. 이때, POSS로는 오픈된 케이지구조를 가지며 케이지를 이루는 8개의 Si 에 3개의 실란올(-SiOH)기 및 5개의 페닐기가 각각 결합되어 있는 trisillanol phenyl POSS(TSP-POSS)와 – SiOH가 – SiO-Li+ 염형태를 띄고 있는 lithium salt of trisilanol phenyl POSS(TSP-Li-POSS)를 사용하였다. PEO/TSP-POSS 나노복합체의 경우 XRD 분석결과 POSS의 첨가량이 증가됨에 따라 POSS의 고유한 결정구조가 관찰되었으며, FE-SEM 분석결과 POSS 입자들이 수십 나노크기로 분산되어 있음을 확인할 수 있었다. FT-IR 분석결과 POSS의 실란올기는 PEO의 에테르기와 수소결합을 이루고 있음을 알 수 있었다. DSC 분석결과 POSS가 첨가됨에 따라 유리전이 온도가 증가되며 용융온도, 결정화온도 및 결정화도는 감소되는 것이 관찰되었다. 동적점탄성 측정 결과 POSS가 효과적인 보강재 역할을 하며, 특히, 용융온도 이상에서 고무상 평탄영역이 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 이로부터, PEO/TSP-POSS 나노복합체는 물리적 가교구조를 형성하고 있음을 알 수 있었으며, 이는 형상기억특성의 발현으로도 확인할 수 있었다. PEO/TSP-Li-POSS 복합체의 경우 모폴로지 및 열적기계적 특성은 전체적으로 PEO/TSP-POSS 복합체와 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 복합체의 Li 이온전도성은 TSP-Li-POSS가 첨가됨에 따라 증가되어 POSS 함량이 10 wt%일때, 최대 3.92×10-3 S/cm 값을 나타내었다. 이와 같은 이온전도도 값의 변화는 POSS 첨가로 인한 결정화도의 감소와 유리전이온도의 증가와 연관시켜 해석할 수 있었다. 또한, PEO/TSP-Li-POSS 전해질필름을 이용하여 제조된 전지는 4.3V 까지 안정한 전기화학적 특성을 나타내었다.