이온이 PS-b-P2VP Film의 Photonic Band Gap 변화에 미치는 영향에 대한 연구

Abstract

최근 무기 재료와는 다르게 높은 가변성을 가지는 블록공중합체를 이용한 광결정 제조 연구가 활발하게 진행되고 있다. 자기조립된 블록공중합체의 경우 이를 구성하는 고분자의 종류에 따라 다양한 구조 및 물성을 가질 수 있다. 이 경우 photonic band gap (PBG)은 domain spacing과 refractive index contrast을 쉽게 변경할 수 있다. 이에 친유성과 친수성을 모두 갖는 PS-b-QP2VP (polystyrene-b-quaternized poly(2-vinyl pyridine)) film을 활용하여 동적 팽윤 거동을 연구하고자 한다. PS-b-QP2VP film은 PS-b-P2VP 용액을 자기조립한 후 P2VP 층을 quaternization하여 준비하였다. 이 때, quaternized P2VP 층은 이온 등 화학적 외부 자극에 쉽게 반응하는 고분자 전해질로 구성되어 있다. 본 연구에서는 층상구조를 가지는 고분자 film을 활용하여 다양한 수용액 내에서 광밴드갭이 어떻게 변화하는지 연구하였다. Na+, K+, Ca2+, Cu2+ 등의 양이온과 F-, Cl-, Br-, I- 등의 음이온에 의하여 광밴드갭이 어떻게 변화하는지, 또 그에 의한 film의 색은 어떻게 변화하는지 살펴보았다. 또한 H3PO4 를 titration하여 이온의 종류와 농도를 다르게 하여 광밴드갭의 변화를 살펴보았다.; Photonic crystals based on block copolymers have been of great interest due to their large tunability of photonic band gap unlike other inorganic counter parts. Self-assembly of block copolymers can provide an effective way of fabricating 1D, 2D, and 3D photonic crystals. In this case, the photonic band gaps can be easily modulated by changing domain spacing and refractive index contrast. Here, we demonstrate dynamic swelling behavior in the photonic crystal used PS-b-QP2VP (polystyrene-b-quaternized poly(2-vinyl pyridine)) which has both hydrophilic and hydrophobic properties. PS-b-QP2VP films were prepared by self-assembly from PS-b-P2VP solution followed by quaternization of P2VP layers. The quaternized P2VP layers consisting of polyelectrolyte gels were highly responsive to outer chemical stimuli such as ions. In this thesis, the effects of cations and anions on the swelling of QP2VP layers were investigated by motoring the photonic band gaps. The photonic band structures were highly sensitive to the added salt ions as well as pH.