In this thesis, high-quality inverse opal structure as a template was fabricated via novel technique and its application on morphological control of symmetric diblock copolymers were demonstrated.
In chapter 2, two (2D) and three dimensional (3D) inverted opal (IO) structures are conveniently fabricated from a single poly(vinylpyrrolidone) (PVP) incorporated 3D colloidal crystal template by controlling the lift-up speed and temperature of infiltrated silica sol. With room temperature of silica sol and high lift-up speed (6 mm/min), a 3D colloidal crystal structure can be retained after infiltration. Consequently, a 3D IO structure is obtained after calcinations. With -4℃ of silica sol and slow lift-up speed (1.5 mm/min), the solidified silica sol is detached automatically from the substrate, so that 2D IO structure is left to the lifted substrate. Using this simple process, it is possible to fabricate 2D and 3D IOs having various lattice distances from the 3D colloidal template. In addition, the 2D IO films can physically confine smaller particles within the holes and also it is possible to regulate the internal structure of the block copolymer morphology depending on the surface properties of inverted opal. In chapter 3, we demonstrated morphological control of diblock copolymer confined in 2D and 3D IO templates. Using IO templates, we can obtain not only interconnected BCPs particle with uniform size but also various morphologies of BCPs via simple treatment. Moreover, we can easily control the size and morphology of BCPs particle by changing the template with different size. Besides, we observed the cross-section of interconnected BCPs nanoparticles, which showed the detailed inside pattern of particles.
본 연구에서는, 수백 나노미터 크기의 균일한 폴리스티렌 콜로이드 입자를 이용하여 3차원 콜로이드 결정을 제조하였고, 이를 주형으로 응용하여 2차원, 3차원 역오팔 구조를 제조하였다.
2장에서는, 2차원, 3차원 역오팔 구조 제조의 새로운 기술에 대한 연구에 대해 기술하였다. 실리카 기반의 2차원, 3차원 역오팔 구조를 얻기 위해서 먼저 3차원 콜로이드 결정 필름을 딥코팅 기계에 고정한 뒤, 바로 앞에 약간의 틈을 준 채로 커버글라스를 바닥에 고정 시킨다. 틈 사이로 실리카 졸을 주입하고 콜로이드 결정 필름을 일정한 속도로 들어올리며 따뜻한 바람을 불어준다. 이때, 주입하는 실리카 졸의 온도와 콜로이드 결정 필름을 들어올리는 속도를 조절해 가며 2차원, 3차원의 역오팔 구조를 얻을 수 있다. 3차원 역오팔 구조를 얻기 위해서는 상온의 실리카 졸을 사용하고, 콜로이드 필름을 들어올리는 속도를 6 mm/min으로 하면 콜로이드 결정이 표면에 그대로 남아 있게 된다. 후에, 500 ℃에서 4시간 동안 열처리를 하고 나면 최종적으로 3차원 역오팔 구조를 얻을 수 있다. 2차원 역오팔 구조를 얻기 위해서는 매우 낮은 온도 (-4 ℃)의 실리카 졸을 사용하며, 콜로이드 필름을 들어올리는 속도를 1.5 mm/min으로 하면 외부에서 불어주는 따뜻한 바람에 의해 주입한 저온의 실리카 졸의 급격한 온도 변화에 따른 부피 수축에 따라 콜로이드 결정 필름이 저절로 구부러지면서 떨어져 나간다.
3장에서는, 앞서 제조한 2차원, 3차원 역오팔 구조를 주형으로 사용하여 블록공중합체 나노입자의 형상을 제어하는 연구에 대해 기술하였다. 역오팔 구조를 사용함으로써 균일한 크기를 갖는 블록공중합체 입자를 만들 수 있고, 간단한 역오팔 구조의 표면 처리를 통해 새롭고 다양한 모폴로지를 갖는 블록공중합체 입자를 만들 수 있는 장점이 있다. 2차원 역오팔 구조의 표면을 친수성, 중성처리를 함으로써 씨-아일랜드와 라멜라 패턴을 얻을 수 있다.
3차원 역오팔 구조를 주형으로 사용함으로써 균일한 크기를 갖는 블록공중합체 입자를 쉽게 제조할 수 있다. 역오팔 구조의 표면을 친수성 처리를 함으로써 일정한 주기를 갖는 어니언 블록공중합체 입자를 제조하였고, 랜덤공중합체를 이용하여 3차원 역오팔 구조의 표면을 랜덤공중합체를 블록공중합체 용액에 첨가하여 제조한 입자에서는 랜덤 라멜라가 형성이 된 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 앞으로 역오팔 구조의 크기와 블록공중합체의 주기의 비를 조절한다면 또 다른 형태의 모폴로지를 기대할 수 있다.
