A porous material, characterized by having empty spaces inside the material, has a large surface area and allows size-selective transportation based on the pore size. Specifically, materials with nanometer-scale pores, referred to as nanoporous materials, have extremely large surface areas. Hence, many are used for their absorbency and as a matrix for catalysts. Moreover, nanometer-scale materials can be size-selectively transported through well-defined nanopores.
Block polymers are structures of two or more polymers connected by a covalent bond. Due to the attraction tendency of identical polymers, block polymers have a self-assembly structure known as a microphase-separation structure. Microphase-separation structures are uniform and controlled structures on the nanometer scale. Using a microphase-separated block polymer as a precursor, nanoporous polymers can be simply obtained through the selective removal of one component. In particular, nanoporous polymers with a continuous porous structure can be obtained simply through polymerization-induced microphase-separation (PIMS) methods. When using PIMS methods, polymerization of the second monomer at the end of the sacrificial polymer serves to derive the microphase-separation structure and a fixed continuous structure. The resulting nanoporous polymers have a continuous structure with a controlled pore size.
This thesis explains the results of a study of nanoporous materials derived from PIMS. First, chapter 1 briefly explains the microphase-separation behavior of block polymers and the generation of nanoporous polymers using a block polymer precursor. This chapter also describes the generation of a continuous nanoporous polymer via the polymerization-induced microphase-separation (PIMS) method. Chapter 2 describes the preparation and tuning of the mechanical properties of nanoporous films via photoinitiated PIMS methods. Chapter 3 presents the results of a study on the synthesis of microcapsules with nanoporous polymers via a microfluidics technique and the PIMS method. Finally, in chapter 4, the preparation of nanoporous SiCN via the PIMS method using a SiCN precursor as a matrix monomer is described.
물질 내부에 기공을 포함하고 있는 다공성물질은 넓은 표면적을 가지며 기공의 크기에 따른 선택적투과성을 가지게 된다. 특히 나노미터수준의 기공으로 이루어져 있는 나노다공성물질은 매우 높은 표면적을 가지고 있어 흡착제나 촉매담지체로써 많이 응용되었다. 또한 엄밀히 조절된 크기의 기공을 가지는 경우 나노미터 수준의 물질에 대한 선택적인 수송 및 흡착 특성을 부여할 수 있기에 분리막과 같은 응용에 많이 연구되고 있다.
서로 다른 두 개 이상의 고분자가 공유결합을 통해 연결된 구조를 가지는 블록공중합체는 같은 고분자 간의 인력 때문에 미세상분리라 불리는 자기조립구조를 가지는 것이 알려져 있다. 블록공중합체의 미세상분리구조는 나노미터수준에서 조절된 크기를 가지는 규칙적인 구조를 형성하는 것이 알려져 있어 이를 이용하여 나노다공성 고분자를 형성 방법은 생성되는 기공의 모양과 크기를 엄밀히 조절 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 희생고분자 끝에서 블록공중합체를 성장시키며 미세상분리 구조를 유도하는 방법인 중합에 의해 유도되는 미세상분리(polymerization-induced microphase separation, PIMS)를 이용한 나노다공성 고분자 형성 방법은 기공의 크기 조절은 물론 연속적인 형태의 기공을 쉽게 만들 수 있다는 장점을 가지고 있다.
본 학위논문에서는 PIMS방법을 기반으로 하여 개발된 나노다공성 물질에 대한 연구결과를 기술하였다. 먼저 Chapter 1에서는 블록공중합체의 미세상분리 및 이를 이용한 나노다공성 고분자의 형성에 대해 기술하며 PIMS 방법을 통한 연속적인 형태의 다공성고분자의 형성을 서술하였다. Chapter 2에서는 광중합을 통해 진행되는 PIMS방법을 통해 박막형태의 나노다공성 고분자의 합성 및 생성된 박막의 물성의 개질에 관련된 연구를 말하고자 한다. Chapter 3에서는 미세 유체 기술을 통해 PIMS 전구체 용액을 마이크로캡슐형태로 가공하여 최종적으로 나노다공성 고분자막으로 구성되어 있는 마이크로캡슐의 합성에 대한 연구결과를 기술하였다. 마지막으로 Chapter 4에서는 열처리를 통해 SiCN세라믹이 될 수 있는 SiCN 전구체를 단량체로 사용하여 PIMS방법을 진행하여 최종적으로 연속적인 형태의 나노기공을 가지는 SiCN을 형성한 연구에 대해 정리하였다.
