Sol-gel process has been used for fabrication of organic-inorganic hybrid material because it provides proper method to synthesize chemically bonded organic and inorganic components in a single composite. However, use of water during sol-gel process and unnecessary organic components negatively affect to properties of materials. Thus, the non-hydrolytic sol-gel process was introduced for synthesized organic funtionalized oligosiloxane without water. And it can be cured through chemical reaction of organic components within molecules. For example, the epoxy or methacrylate functionalized oligosiloxane can be cured by ring-opening polymerization and radical polymerization, respectively.
In this research, I synthesized vinyl functionalized highly condensed oligosiloxane by the non-hydrolytic sol-gel process without water between vinyltrimethoxysilane(VTMS) and diphenylsilanediol(DPSD). The synthesized transparent vinyl-oligosiloxane has siloxane network with vinyl groups which is short organic chain length and applicable for various chemical reactions. The degree of condendation of synthesized vinyl-oligosiloxane was very high as 96.6%. Because the inductive effect of VTMS used as chemical precursor accerlated reaction and less steric hinderance of VTMS also reduced obstacle of reaction. In this research, synthesized vinyl-funcfucntionalized oligosiloxane can be cured with cross-linker by hydrosilylation reaction under Pt catalyst, resulting thermally stable organic-inorganic hybrid material. And thiol-ene reaction by UV irradiation can also cure the vinyl-oligosiloxane with thiol functionalized oligosilxoane, fabricating homogeneous structure hybrid material with high refractive index.
The phenyl-hybrimer fabricated by a hydrosilylation reaction has a high refractive index as 1.56 at 632.8nm and high transparency accompanied by resistance to yellowing induced by thermal degradation above 150^{o}C aging in air. And the phenyl-sulfur-hybrimer cured by a thiol-ene reaction is transparency, high refractive index (1.59), thermally stable and especially excellent electrical insulating material. These hybrimers can be applied to the LED encapsulant and the dielectric layer in organic thin film transistor (OTFT), respectively. The LED encapsulant requires high thermal stability with transparency and high refractive index. And the insulating property is important for application to OTFT as the dielectric layer. We investigated that characteristics of the fabricated hybrimers for these practical applications
Hybrid materials by two different chemical reactions(hydrosilylation reaction and thiol-ene reacton) starting from the vinyl-oligosliloxane have different properties depending on curing methods. And these materials have high potential to be applied in diverse electric and optical devices such as the LED encapsulant, the dielectric layer.
솔-젤 공정은 유-무기 성분을 융합하여, 하나의 하이브리드 화합물로 제조할 수 있는 용이한 화학 반응이다. 하지만, 솔-젤 공정에서 사용되는 물의 영향으로 인하여, 제조된 재료의 광학적, 전기적 응용에 적합하지 못한 경우가 존재하며, 또한 불필요한 유기 성분의 함량은 전체적인 재료의 특성 저하를 일으킨다. 그러므로, 물을 사용하지 않는 비가수 솔-젤 공정을 본 연구에서 진행하였다. 유기 관능기를 포함하는 올리고실록산을 비가수 솔-젤 공정을 통하여 합성한 후, 분자들의 유기 관능기의 화학 반응을 통해, 광 또는 열경화하여, 광학 재료를 제조할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 또는 메타크릴기를 포함하는 올리고실록산을 합성할 경우, 각각 고리열림 중합, 라디칼 중합으로 경화함으로 유-무기 하이브리드 소재를 완성할 수 있다.
본 연구는 비닐트리메톡시실란(VTMS)와 다이페닐실란디올(DPSD) 간의 비가수 솔-젤 공정을 통하여, 고축합도의 비닐기를 포함하는 올리고실록산을 합성하였다. 비닐기는 유기 관능기로서 매우 짧은 길이의 화학 결합이며 동시에 다양한 화학 반응이 가능한 탄소 이중 결합을 포함한다. 합성된 비닐-올리고실록산은 축합도가 약 96.6%이다. 이와 같은 높은 축합도는 솔-젤 공정의 전기 유도 효과(inductive effect)와 VTMS의 약한 입체 장애 효과(steric hinderance) 때문이다. 합성된 비닐-올리고실록산과 중간체를 혼합한 후, 백금 촉매 하에서 열을 가함으로써, 수소규소화 반응을 통하여, 유-무기 하이브리드 소재(phenyl-hybrimer, PH)를 제조하였다. 또한 비닐-올리고실록산과 싸이올기를 포함하는 올리고실록산을 혼합하여, 자외선 광을 조사함으로써, 싸이올-엔 반응을 진행시켜 고굴절률과 균일한 화학적 구조를 나타내는 유-무기 하이브리드 소재(phenyl-sulfur-hybrimer, PSH)를 완성하였다.
유-무기 하이브리드 소재로 수소규소화 반응을 통해 제조된 PH는 굴절률이 약 1.56이며, 150도 이상의 고온에서도 장시간 노출되어도 투명성을 유지하는 높은 열안정성을 나타낸다. 그리고 싸이올-엔 반응을 통해 제조된 PSH는 굴절률이 약 1.59이며, 특히, 전기적 절연 특성이 우수하다. 이러한 특성들은 각각 LED 봉지재, 유기 TFT의 유전막 응용에 적합하다. LED 봉지재는 높은 열안정성과 고굴절률의 특성이 필요하며, 유기 TFT의 유전막은 전기적 절연 특성이 중요한 요소이다. 본 연구는 비닐-올리고실록산으로부터 제조된 PH와 PSH의 특성을 분석하고, 이를 각각 LED 봉지재 및 유전막으로 응용하여 그 특성을 평가하였다.
솔-젤 합성된 비닐-올리고실록산을 통해 수소규소화 반응 또는 싸이올-엔 반응을 통해 각각 제조된 유-무기 하이브리드 재료들은 각각의 화학적 반응에 따라 경화됨에 의해 그 특성이 변화될 수 있다. 그리고 이러한 재료들은 LED 봉지재, 유전막과 같은 다양한 광학적, 전기적 소재로 응용될 수 있는 우수한 잠재력을 갖고 있다.
