2,4-hexadecadienoic acid(2,4-HDDA) LB films and mixed ones with SA applicable to resist material, have been studied. For the study of LB techniques, we constructed a LB trough with a constant perimeter barrier, and equipped with a vertical film deposition system. Monolayer behaviors (i.e., dissolution, π-A isotherms, stability etc.) and in situ UV-polymerizations at the air/water interface were investigated. In addition to those, the miscibilities of the mixed LB films of 2,4-HDDA and SA including in situ polymerizations were studied, and multilayers were prepared. Finally, the multilayers were characterized by use of X-ray diffraction, FTIR spectroscopy and UV spectroscopy, and then their electrical properties were measured. The major studied works as follows :
Langmuir trough design :
We built a Langmuir trough which is equipped with a vertical deposition system(dipper). The trough consists of a PTFE coated aluminum plate, a constant perimeer barrier and moving systems fully controlled automatically by a PC. This system can easily be adapted from one experiment to another by simply writing a new program or by modifying structure.
Synthesis of 2,4-HDDA and its monolayer behaviors including in situ polymerization:
We synthesized 2,4-HDDA and studied its monolayer behaviors at the air/water interface. The dissolution of the monomer into the pure water subphase was observed, and the formed monolayer films showed only the liquid expanded phase with the collapse pressure of 17 mN/m at room temperature. In situ polymerizations via UV-irradiation were studied and we could obtain very stable polymerized films.
The miscibility of the mixed LB film of 2,4-HDDA and SA :
Mixtures of different film-forming molecules in spread monolayer are important because of their relevance to many natural systems. The miscibilities of the mixed LB films of 2,4-HDDA and SA including in-situ UV-polymerization were investigated by investigating collapse pressures, limiting surface areas and Gibbs free energy of mixing. The average molecular areas were deviated from the linear combination of the two components with a maximum deviation at 0.5 mole fraction of SA and the collapse pressure increased in proportion to the amount of SA. Gibbs free energy of mixing was evaluated using the graphical integration method and the largest deviation occurred near the 0.5 mole fraction of SA. When they are irradiated by UV-light at a constant surface pressure, molecular areas were increased during polymerization. Theses mean that polymerizations are somewhat restricted by a topochemical control. From the above facts, we could rationalize that the components, 2,4-HDDA and SA, are miscible in all proportions and the miscibility is the best in the equivalent molar mixed composition.
The preparation and characterization of multilayer
Mixed multilayers of 2,4-HDDA and SA (equivalent molar composition) have been prepared and characterized by the use of X-ray diffraction, FTIR spectroscopy and UV spectroscopy, and their electrical properties were measured using the metal-LB film-metal(MIM) structure. For mixed LB films in the absence of $Cd^{2+}$, the transfer characteristics begins to change slowly form Y-type film to X-type film after a number of dipping stroke. On the other hand, they deposited as Y-type layers on the subphase containing $10^{-3}$M $Cd^{2+}$ ions. From the Bragg peaks, we calculated their interlayer spacing d, and the spacing between two layer was 50.3Å. Infrared ATR spectroscopy was used to investigate the isolated C=C bond involved in the resulting polymer and the conjugated C=C bond. We found the isolated C=C peak at $1695cm^{-1}$, and the peaks which are assigned to the conjugated double bond were not detected. From these results we could confirm that the conjugation with the diene groups are almost disrupted during the UV-polymerization. The UV-induced photoreaction of the LB films were followed by UV spectroscopy to study polymerization mechanism, and we could deduce that polymerizations are very rapidly finished. Finally we fabricated metal-LB film-metal(MIM) sandwich having the structure of a Hg/Mixed LB film/Cr, and then examined the I-V characteristics of the LB films to prove the uniformities of them. It was found that mixed LB films(1:1) becomes a good elctrical insulator when the number of deposited layer are greater than 22, and the order of magnitude of the perpendicular conductivity was ca. $10^{-9}(s/cm)$ which lies between those of polyethylene and polyacetylene.
레지스터 재료로의 이용 가능성이 있는 순수한 2,4-hexadecadienoic acid(2,4-HDDA)의 LB막 및 stearic acid(SA)와 혼합된 혼합 LB막에 관하여 연구하였다. LB 실험을 위하여 일정 둘레길이와 수직누적 장치를 갖는 LB trough를 제작하였고, 기액 계면상에서 2,4-HDDA의 단분자막 거동 (용해, 압력-면적 등온선, 안정성 등)과 UV 중합에 관하여 관찰하였다. 또한 SA와의 혼합막에 대하여도 같은 실험을 되풀이 하였고, 단분자막을 여러층 누적한 후에 X-ray, FTIR, UV 및 semiconductor parameter analyzer등을 이용하여 막의 특성을 규명하였는데 세부 주요 연구결과는 다음과 같다.
LB trough의 제작:
수직누적 장치가 장착되어있는 LB trough를 제작하였다. Trough의 본체는 알루미늄으로 제작, 표면에 PTFE를 spray 코팅하였으며, 모든 동작은 PC에 의해 작동되도록 하였다. 장치구동 주프로그램을 개별적인 서브루틴들로 구성함으로써 손쉽게 새로운 기능을 추가할수 있게 하였고, 데이타 베이스 기능을 별도로 추가함으로써 데이타의 처리 효율성을 극대화 하였다.
2,4-HDDA의 합성 및 단분자막의 거동(UV 중합포함):
2,4-HDDA를 합성하였으며, 기액계면에서 단분자막의 거동을 살펴보았다. 순수한 물에서 2,4-HDDA의 용해현상에 관찰되었으며, 상온에서 17mN/m의 붕괴압을 갖는 액체팽창막(liquid expanded phase)만을 형성하였다. UV에 의한 중합에 관하여도 연구하였으며 UV에 의하여 대단히 빠른시간내에 안정한 고분자막이 얻어짐을 관찰하였다.
2,4-HDDA와 SA와의 혼화성:
실제로 자연계에 존재하는 물질들은 2개이상의 혼합물질로 이루어져 있으므로 분산되어 있는 서로 다른 물질간의 혼화성을 살피는 것은 대단히 중요하다. 2,4-HDDA와 SA의 혼화성을 붕괴압, 압력이 배제된 분자면적, Gibbs 자유 혼합 에너지 등을 관찰함으로써 판단하였다. 평균분자 면적은 두 물질간의 이상적인 조합으로부터 음(-)으로 벗어 났으며 벗어난 정도는 동일한 몰비에서 가장 크게 나타났다. 막의 붕괴압은 SA의 농도가 증가함에 따라 증가하였으며 단일 붕괴압만을 나타내었다. Gibbs의 혼합 에너지를 그래프 적분법으로부터 계산하였으며 동일한 몰비에서 음(-)으로 가장 많이 벗어났다. 위와같은 사실들로부터 2,4-HDDA와 SA의 혼화성은 SA의 조성 전범위에 걸쳐 좋은 것을 알았고 그 정도는 동일 몰비에서 가장 좋게 나타남을 알았다.
다분자막의 형성 및 특성:
다분자막(LB막)은 주로 동일한 몰비를 갖는 혼합막으로부터 준비하였으며, 규격화된 누적비, X-ray diffraction, FTIR, UV 및 MIM 구조등을 이용하여 막의 특성을 분석하였다. 염을 사용하지 않았을 경우에 누적막의 형태는 누적회수를 거듭함에 따라 Y-형에서 X-형으로 변화하였으나, $10^{-3}M$의 $Cd^{2+}$ 염을 사용했을 경우에는 안정한 Y-형의 LB막이 누적되었다. Bragg 피이크로 부터 필름간의 거리 d를 측정하였으며 그 값은 50.3Å 이었다. FTIR을 UV 중합후에 생성되는 고립화된 C=C bond의 존재 유무를 확인키 위해 사용하였으며 $1695cm^{-1}$에서 그 특성 피이크를 관찰하였다. 이때 공명화된 이중결합의 특성 피이크는 나타나지 않았다. 이러한 사실로부터 공명화된 이중결합은 중합에 의하여사라짐을 확인할수 있었다. 또한 중합 속도를 확인하기 위하여 LB막을 누적한 후에 UV를 조사하면서 UV의 특성 피이크의 변화를 살펴보았는데 중합이 매우 빨리 일어나는 것을 관찰하였다. 또한 MIM 구조를 갖는 LB막에 대하여 I-V 특성 곡선을 구해 보았으며, 특성곡선으로부터 물질의 수직도전율 [$10^{-9}(s/cm)$]을 계산하였다.
