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Fabrication of functional polymer-coated nanoparticles and their applications in sensor and compatibilizer = 기능성 고분자로 코팅된 나노입자의 제조와 센서 및 계면활성제로의 응용
서명 / 저자 Fabrication of functional polymer-coated nanoparticles and their applications in sensor and compatibilizer = 기능성 고분자로 코팅된 나노입자의 제조와 센서 및 계면활성제로의 응용 / Sun-Haeng Chung.
저자명 Chung, Sun-Haeng ; 정선행
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2013].
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Polymer-coated nanoparticles have received considerable attention because of their potential applica-tions in electronic and optical devices, surfactants, and catalysis. The inorganic core can provide unique opti-cal, electrical, magnetic, and catalytic properties, and the polymeric coating can stabilize the nanoparticles by inhibiting their aggregation. These polymers can be independently designed to precisely control the interaction between the nanoparticles and the outside medium. Thus, the right polymeric coating allows the polymer-coated nanoparticles to interact favorably with the polymer and the fluid matrix to produce new morphol-ogies and enhances their bulk properties, e.g., the thermal, electrical and mechanical properties of the compo-sites. If the nanoparticles are coated with stimuli-responsive polymer, it can be used as sensor which shows different properties according to external stimuli. To prove this, fluorescent and pH-responsive PyMMP-b-P2VP diblock copolymers were designed and synthesized on the CdSe/ZnS QDs using the facile “grafting-from” method via RAFT polymerization. Red and blue colors are emitted from the CdSe/ZnS cores and pyrene shells, respectively, and the FRET efficiency between these two distinguishable chromophores is gov-erned by the interspacing between them, which can easily be controlled through manipulation of the confor-mational features of the P2VP chains that respond to changes in pH. Our approach used diblock copolymer-coated QDs and provided a simple and robust route for the construction of a ratiometric pH sensor, which can be easily extended to other types of sensors for the detection of alternate stimuli, such as temperature and light, using appropriate, responsive polymers. And when polymer-coated nanoparticles are introduced polymeric system, such as binary polymer blends, it can interact favorably with the outside polymer medium, stabilizing the system. Using this property, we aim to obtain stabilized co-continuous morphology of polymer blends using thermally stable nanoparti-cles, resulting in fabrication of conductive film with less amount of conducting polymer. As polymer blends, newly designed PTPA/PLA system is used consisting of conductive poly(triphenylamine), poly(lactide) which can be removed easily by base. As stabilizing agent, or compatibilizer, poly(styrene-b-azidostyrene) coated CuPt nanoparticle is synthesized via “grafting to” method and resulting polymer-coated nanoparticles can be cross-linked via UV irradiation or heating due to the azide unit. Co-continuous morphology of polymer blend is developed upon annealing to droplet morphology of late stage without compatibilizer, whereas blends con-taining 5 vol% of compatibilizer show almost unchanged co-continuous morphology. From this result we con-firm that the polymer-coated nanoparticles can stabilize the phase-separated polymer blends morphology.

고분자로 코팅된 나노입자는 센서, 계면활성제, 광학소자, 촉매 등 다양한 분야에 적용될 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 코어인 무기나노입자는 고유의 광학적, 전자기적, 촉매적 성질을 제공하고, 이의 표면을 코팅한 고분자는 나노입자를 안정화시키고 주변환경과의 상호작용을 조절할 수 있는 기능을 부여할 뿐 아니라 열적, 전자기적, 기계적 성질 등 나노입자의 성질을 향상시키기도 한다. 나노입자의 표면을 코팅하는 고분자로 기능성 고분자를 사용하게 되면 기능성 고분자의 특성에 따라 다양한 성질을 가지는 나노입자를 제작할 수 있다. 기능성 고분자 중 자극감응형 고분자란 pH, 열, 빛 등 외부자극에 반응하여 물리적, 화학적 변화를 일으키는 고분자를 의미한다. 나노입자의 표면을 이러한 자극감응형 고분자로 코팅하면, 외부 자극에 따라 다른 특성을 나타내는 센서, 그리고 열적으로 안정한 계면활성제로 응용될 수 있다. 제 2장에서는 자극감응형 고분자 중 pH 에 따라 다른 특성을 보이는 pH 감응형 고분자 (P2VP) 와 형광고분자 (PyMMP) 로 구성된 블록공중합체를 CdSe/ZnS 양자점에 코팅하여, pH 따라 다른 빛을 내는 ratiometric 한 센서를 제작하였고 이를 PL spectra, DLS 를 통해 확인하였다. pH 에 따라 다른 빛을 내는 이유는 다음과 같다. pH 가 변하면 P2VP 사슬의 구조가 달라지고 이로 인해 두 형광체 사이의 거리 또한 달라짐으로써 PyMMP 로부터 양자점으로의 에너지 전이의 정도가 다르게 일어난다. 결과적으로 양자점과 PyMMP 가 내는 빛의 강도가 달라짐으로써 pH 에 따라 서로 다른 색의 빛을 내는 센서가 제작될 수 있다. 제 3장에서는 자극감응형 고분자 중 UV 나 열에 의해 cross-linking 을 일으키는 고분자로 코팅된 나노입자가 고분자 블렌드에서 계면활성제로 작용할 수 있다는 것을 보였다. 고분자를 나노입자에 도입하려면 고분자사슬 끝의 thiol 기와 나노입자의 표면 사이의 배위결합이 필요한데, 이러한 배위결합은 60 도 이상의 고온에서 잘 떨어지는 경향이 있어 고온에서 프로세스가 진행되는 시스템에는 적용하기 어려운 단점이 있다. 이를 극복하고자 cross-linking 이 가능한 고분자 (PSN3) 를 도입하여 나노입자 표면 가까이에 cross-linked polymer shell 을 형성함으로써 배위결합이 떨어지지 않도록 하여 고온에서도 적용 가능한, 고분자로 코팅된 나노입자를 제작하였다. 이 나노입자는 PTPA/PLA 고분자 블렌드 안에서 계면에 위치함으로써 co-continuous 구조를 가지는 필름을 안정화시킬 수 있는데, 나노입자를 한 쪽 도메인이 아닌 계면에 위치시키기 위해서는 PTPA 와 PLA 에 중립적으로 친화성을 가진 고분자로 나노입자를 코팅하는 것이 필수적이다. 이에 적절한 고분자를 고안하여 고분자로 코팅된 나노입자가 계면활성제로 적용 가능하다는 것을 확인할 예정이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 13008
형태사항 vii, 83 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 정선행
지도교수의 영문표기 : Bum-Joon Kim
지도교수의 한글표기 : 김범준
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 11-14, 37-40, 79-82
주제 polymer-coated nanoparticle
stimuli-responsive polymer
sensor
compatibilizer
자극감응형 고분자
나노입자
센서
계면활성제
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