본 연구에서는, 복합체의 구조의 제어와 기능성 향상을 위해 다양한 고분자 나노복합체의 구조와 물성을 연구하였다. Part I에서는 다양한 구조가 가능한 고분자/평상형 구조의 실리케이트의 복합체를 다루었다. 이 나노복합체의 구조를 제조방법과 점토의 표면특성에 따라 여러 가지의 구조로 변화시켜보았다. Part I에는 2장, 3장, 4장이 포함된다. Part II에서는 고분자 나노복합체의 응용분야로 광굴절 고분자계를 선택하여, 능동적인 나노입자를 첨가하여 그 특성을 고찰하고 설명하였다. Part II에는 5장, 6장, 7장, 8장이 포함된다.
제 2장에서는 고분자/평상형 실리케이트 나노복합체의 일반적인 제조방법, 구조, 분석방법 등에 대한 간단한 소개를 하였다. 제 3장에서는 열경화성 수지의 하나인 불포화 폴리에스테르 수지와 점토입자의 복합체의 구조를 제조방법에 따라 고찰하였다. 불포화 폴리에스테르 수지는 독특한 경화기작을 가지고 있어서, 불포화 폴리에스터/유기점토의 복합체를 만들 때, 경화되지 않은 불포화 폴리에스테르 사슬과 경화제 역할을 하는스티렌 모노머, 그리고 유기점토 등이 동시에 존재하게 된다. 따라서, 반응계 안에서의 각각의 거동이 최종 복합체의 구조에 매우 중요한 역할을 한다. 이 반응계에서 최종 나노복합체의 구조는 유기점토와의 친화성, 경화제와 불포화 폴리에스테르 분자의 서로 다른 이동도 때문에 제조방법에 따라 다르게 나타났다. 즉, 동시혼련법과 순차적 혼련법에 따라 삽입구조와 부분 박리구조를 얻을 수 있었다.
제4장에서는 평상형 실리케이트의 표면에 유기이온의 치환정도를 조절하여, 나노복합체의 구조를 관찰하였다. 점토 표면의 유기친화적 처리정도를 100\%, 75\%, 50\% 등으로 다르게 처리하였고, 처리된 점토의 구조를 관찰하였다. 많이 처리될수록 점토 층간의 거리가 멀어짐을 알 수 있었다. 이 다르게 처리된 점토를 고분자/점토 나노복합체에 적용하였다. 점토와 고분자 사슬의 상호작용 때문에, 역시 치환정도에 따라 다른 구조를 얻을 수 있었다. 50\%처리된 점토의 경우 박리구조를 얻을 수 있었고, 75\%, 100\%처리된 점토로 만든 나노복합체는 삽입구조를 가지고 있었다.
5장에서는 광굴절 고분자계에 대한 기작과 응용분야를 간단히 소개하였다. 제 6장에서는 전형적인 고분자 광굴절계에 유기처리된 점토를 첨가하여 그 영향을 살펴보았다. 이 점토는 광굴절 시스템에서 트랩(Trap)역할을 하였다. 그 결과 광굴절 나노복합체의 이득계수가 원래의 시료보다 10배 정도 줄어들었다. 이는 첨가된 점토시료(MMT)가 고분자에서 일어나는 전하의 이동을 방해하였고, 입사되는 레이저의 빛을 산란시켜서 나타나는 현상으로 생각된다. 이 계에 표면의 특성은 비슷하고 입자의 크기와 종횡비가 작은 점토(Laponite)를 첨가하였다. 라포나이트(Laponite)가 들어간 계에서, 이득계수가 원래의 80%정도까지 상승되고, 그래이팅이 지워지는 속도도 가장 느렸다. 이는 라포나이트가 트랩의 역할을 하면서, 빛의 산란을 줄이기 때문으로 생각된다.
7장에서는 반도체 물질인 CdSe 나노입자를 상온에서 제조하였고, 광학적 특성을 조사하였다. 나노입자의 크기는 안정제의 종류, 반응계의 pH, 안정제의 양에 따라 조절할 수 있었다. 제조된 모든 나노입자에서 양자제한효과(quantum confinement effect)가 관찰되었고, UV-VIS 흡수파장과 photoluminescence 특성을 나노입자의 크기를 변화시킴으로서 조절할 수 있었다. 또 고분자와의 복합체 제조를 위해 나노입자의 표면의 일부를 유기친화적으로 처리했다.
8장에서는, 7장에서 제조된 CdSe 나노입자, TNF, $C_{60}$등의 Photosensitizer를 PVK와 p-PMEH-PPV 같은 고분자계에 분산시켜 광굴절특성을 살펴보았다. PVK계에서는 광굴절특성이 sensitizer의 종류에 따라 TNF< bare CdSe< $C_{60}$ < 부분적으로 처리된 CdSe 순으로 나타났다. 이는 광전도성의 특성에서 기인한 것으로 생각된다. 한편 p-PMEH-PPV계에서는 $C_{60}$ 를 sensitizer로 사용하였을 때, $C_{60}$의 양이 많을수록 빠르고 높은 이득계수를 얻을 수 있었고, sensitizer의 종류별로는 CdSe< $C_{60}$ 순으로 나타났다. 이 두 광굴절 고분자 나노복합체의 이득계수의 거동을 설명하기 위하여, 광굴절 고분자계의 에너지도표와 광물리의 개념들을 이용하여 모델을 제시하였다.
9장에서는 본 연구를 정리하였고, 본 연구에서 얻어진 결과를 이용한 응용분야 들이 제시되었다.
