Nanotechnology is one of the evolving and promising new technologies for the next millennium. Based on special effects connected with the nanophase materials, new types of composites with interesting properties can be synthesized. Inorganic-organic hybrid nano material is one of the nanocomposites which have found widespread applications in recent years and are one example for the bottom-up approach to nanotechnology. Inorganic-organic hybrid materials represent the natural interface between two worlds of chemistry-inorganic and organic, each with very significant contributions to the field of materials science, and with characteristic properties that results in diverse advantages and limitations. In this study, among those inorganic-organic hybrid nano materials so called methacryl HYBRIMER which have found its unique potentials as optical materials is introduced, and the effect of addition of acrylic intermediates is investigated aiming enhancement of the material properties of methacryl HYBRIMER.
Methacryl HYBRIMER is one of typical class II type inorganic-organic hybrid nano materials synthesized with 3-(Trimethoxysilylpropyl) Methacrylate and Diphenylsilanediol by in-situ non-hydrolytic sol-gel process. Resin of oligosiloxanes in nanometer scale surface on which, polymerizable methacryl groups are grafted cures rapidly under UV exposure forming organic networks. As a result, it shows good curability, excellent optical properties, reliable thermal/mechanical properties. However, formation of the organic network is, to some degree, inhibited by steric restriction of bulky oligosiloxane cores, which would lead to the limited material properties of methacryl HYRBIMER. To this end, acrylic intermediates are introduced to the methacryl HYBRIMER in terms of the chemical equivalent in the standpoint of enhanced organic network, and the effect of addition of acrylic intermediates is investigated. At the same time effect of the number of acryl functionality, chain length of the acrylic intermediates were also checked by incorporating various types of intermediates - Methyl Methacrylate, Ethylene Glycol Diacrylate, 1,6-Hexanediol Diacrylate. For the investigation, HF-GPC analysis was performed to demonstrate the curing behavior as well as organic tether structures of methacryl HYBRIMER and /with acrylic intermediates. In turn, thermogravimetric analysis(TGA) and flexural test(3-point bending test), Vickers hardness test, dilatometric analysis were performed to check the thermal property and mechanical properties, repectively. Also, optical/electrical properties were investigated by measuring refractive indices, Abbe numbers, and dielectric constants of each sample. As results, it is confirmed that overall properties of methacryl HYBRIMER were enhanced by incorporating di-functional acrylic intermediates in accordance with the result from HF-GPC data which suggested evidences for successful enhancement of the organic network.
나노 기술(Nanotechnology)은 nm 수준의 초 미세 영역에서 물질을 제어하는 혁신적인 기술로서 21세기를 이끌어나갈 중점 기술이다. 과학의 발전으로 인하여 우리가 제어할 수 있는 재료의 영역이 마이크로 단위를 넘어서 드디어 나노 단위까지 가능하게 되었다. 이러한 나노 과학에서 연구되는 재료는 기존의 재료들이 구현하지 못했던 우수한 혁신적인 성능을 나타내고 있으며 또한 그 무한한 가능성으로 인하여 전기, 광학, 촉매, 세라믹, 복합재료 등의 다양한 분야에서 주목 받으며 현재 매우 활발한 연구가 진행 중이다. 이러한 나노 과학에서, 특히 복합재료의 분야에서는 기계적 강도를 증가시키기 위한 세라믹 나노 미립자 복합체, 탄소 나노 튜브를 이용한 복합체뿐만 아니라, 전기 광학적 응용을 위한 반도체 나노 미립자 복합체부터 의학용 생체 고분자에까지 적용되어 나노 복합재료의 개념을 더 넓힐 수 있었다.
복합재료 분야에서 대표적으로 꼽을 수 있는 무-유기 나노 복합체는 나노 단위(nano size)에서 조절되어 만들어질 수 있는 나노 재료이며, 무엇보다 기존의 무기재료와 유기재료의 단점을 서로 보완하며 장점을 동시에 이용할 수 있는 재료로써 여러 응용분야에서 적용되며 현재 많은 연구가 진행되고 있다. ORMOCER(organically modified ceramic) 혹은 HYBRIMER(hybrid material)라 불리는 무-유기 나노 복합체는 유기구조와 무기구조를 동시에 갖는 물질로 기존의 솔-젤 공정을 통하여 저온에서도 쉽게 합성할 수 있고, 유기 금속 알콕사이드를 사용하면서 무기재료의 망목구조와 유기재료의 망목구조가 분자단위에서 서로 화학적으로 결합하기 때문에 분자단위의 매우 높은 균일성을 지닌 무-유기 나노 하이브리드 재료의 제조가 가능하게 되었다.
기존의 무-유기 나노 하이브리드 재료는 주로 유기 금속알콕사이드의 가수분해 및 축합반응을 일으키기 위하여 물을 사용하는 '가수 솔-젤 공정'으로 제조되었으나 사용되는 물에 의해 필연적으로 발생하는 단점이 있어 그 응용분야가 제한되었다. 이를 해결하여 무-유기 하이브리드 나노재료의 응용분야를 더욱 확대시키고자 '비가수 솔-젤 공정'이 대두되었다. 비가수 솔-젤 공정은 물 없이 무기 망목구조를 형성시킬 수 있기 때문에, 최근 무-유기 나노하이브리드 재료의 제조에 있어 큰 비중을 차지하며 연구되고 있다.
이러한 비가수 솔-젤 공정으로 제조되는 무-유기 하이브리드 나노재료 중, 메타크릴기가 수식된 실리카 망목구조를 가지는 Methacryl HYBRIMER는 우수한 광학적 특성 및 나노임프린트 재료로서의 응용 가능성으로 인해 현재 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 합성단계에서 먼저 형성되는 실리카 망목구조(network)의 입체장애(steric restriction)로 인해, 광경화 시 형성되는 유기 메타크릴 망목구조의 형성이 자유롭지 못하는 문제점이 제기되었다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 메타크릴레이트 망목구조의 형성을 돕기 위한 아크릴 중간체를 첨가하여 경화 거동 및 구조를 분석하고 그에 따른 특성변화를 살펴보았다. 이를 바탕으로 기존의 MD HYRBIMER의 열 특성 및 기계적 특성 등 기존의 MD HYBRIMER의 특성이 유기 망목구조의 강화를 통하여 개선됨을 확인하였다.
