Preparation of PANI nanoparticles with various morphologies and PANI/Au composites in the presence of poly(N-vinylpyrrolidone)

Abstract

최근 들어 전도성 고분자에 관한 연구가 계속해서 늘어나고 있다. 이러한 전도성 고분자 중에서 가장 집중적으로 연구되고 있는 고분자가 plyaniline (PANI) 이다. 특히 polyaniline의 형상에 관한 많은 연구들이 이루어 지고 있고 이에 따라 많은 합성 방법들이 제시되어 있다. 또한 이를 바탕으로 두 물질의 좋은 물성을 동시에 얻기 위해서 Au/PANI, Pt/PANI 등과 같은 나노 금속과 PANI와의 복합체에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 이를 얻기 위해서 수행되는 PANI 중합 과정과 나노 금속을 얻기 위한 과정은 많은 실험 절차를 필요로 하여 반응 과정이 복잡해 지게 된다. 본 연구에서는 안정제로 사용되는 PVP의 존재 하에서 여러 가지 실험 조건 들을 변화시키는 것만으로 PANI의 여러 형상을 얻는 방법과 더불어 안정한 Au 콜로이드를 이용하여 Au/ PANI 복합체를 합성하는 간편한 방법을 제시하였다. 첫 번째 장에서는, PANI 중합과정에서 PVP농도를 변화시켜 일련의 형상변화를 관찰 하였고 PVP의 존재 하에 모노머 농도, 반응 온도, 산화제 투입 방법들을 변화시켜 이들이 PANI의 형상 변화에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해서 자세히 논의 되었다. 그 결과로서 얻어진 PANI의 형상은 직경 80~200 nm 정도의 구형 및 타원형의 형태임을 확인하였다. 두 번째 장에서는 Au 콜로이드를 이용하여 Au/PANI 나노 섬유 복합체를 합성하는 방법이 논의 되었다. 이 시스템은 Au 콜로이드가 그 자체로서 안정하고 수용액 상에서 매우 잘 섞이기 때문에 수용액 상에서 지지체 역할을 하는 고분자 물질과 혼합하기 쉽다. 따라서 고분자와 나노 금속의 복합체 제조 과정상 매우 간편하다. 이 연구는 안정제 역할을 하는 수용성 고분자를 도입하고 PANI의 형상 변화에 영향을 미치는 여러 변수들을 제시하였다. 이를 바탕으로 하여 이러한 PANI 와 분산 안정성이 뛰어난 Au 콜로이드를 혼합하여 단지 이 두 과정의 조합만으로 간편하게 Au/PANI 복합체를 얻을 수 있는 방법에 대해서도 논의 되었다. 이러한 복합체는 비단 Au 뿐만이 아니라 여러 우수한 물성을 가진 귀금속 입자와의 복합체에도 적용 가능하므로 Au 이외의 금속과의 복합체에 관한 연구도 계속 진행 중에 있다.; In recent years, the interest in the group of intrinsically conducting polymers has been continuously growing. Among these conducting polymers, polyaniline (PANI) is definitely one of the intensively investigated conducting polymers. Especially the morphologies of PANI have been widely researched and various synthetic methods have been suggested. In addition their applications to nanometal-polymer hybrid materials such as Au/PANI, Pt/PANI, etc. have been also intensively studied to obtain synergetic properties. However these processes involving preparation of PANI and their composite with nanometals have many experimental steps so they are possible to be complex. In this study, the simple method for control of PANI nanostructures just by changing experimental conditions in the presence of PVP was suggested. Furthemore, the convenient synthetic process of Au/PANI composi- te hybrid materials was suggested. In chapter 1, the various PANI nanostructures were obtained just adding poly N-vinylpyrrolidone (PVP) as well as changing experimental condition such as aniline concentration, reaction temperature, oxidant injection modes. PVP acts as not only protecting agent but also steric stabilizer. As a result the spherical PANI particles having diameter of 80~150 nm were obtained and rice granular PANI having diameter of 80 nm, length of 100 nm were also observed. The formation mechani- sm for PANI nanostructures was briefly discussed. In chapter 2, the generation of an Au/PANI composite using Au colloids was carried out. This composite system is very convenient and easy to handle in terms of preparation process involving metal nanoparticle？polymeric matrix system because colloidal Au nanoparticles are well mixed and soluble in the aqueous medium so it is easy to be incorporated into host materials. Another words, colloidal stability of Au colloid itself is so high that Au/PANI can be synthesized homogeneously when Au nanoparticles are incorpo-rated into the PANI nanostructure. These researches report that the morphologies of PANI can be controlled by intr-oducing water-soluble steric stabilizers and changing various reaction conditions. Besides Au/PANI composite materials can be prepared just by combining polymer-ization step with colloid mixing step. Also, the studies for preparation of PANI/me-tal composite using various metal beyond Au are on going in our laboratory.