Microparticles having reversible shape-tunable properties have benn[been] recieved[received] a lot of interest for enlarging the field of smart materials. Herein, we develop block copolymer (BCP) particles having reversibly transformable shape by the wavelength-selective light irradiation. The key factor that attain the reversible shape transition of particles is to invent a spiropyran-based surfactant (Spiropyran-DTAB), which can have ring-opening and ring-closing photoisomerization by exposing the UV (365nm) or visible light, respectively. The photoisomerization of Spiropyran-DTAB tunes the interfacial tension and wetting properties of BCPs in response to light of a set wavelength, resulting the wavelength-dependent appearance and inner structure of BCP particles. With UV light exposure, onion-shaped BCP particles having hydrophilic outermost layer are generated, while ellipsoidal-shaped BCP particles having axially stacked morphology are produced by visible light irradiation. Finally, we sucessfully[successfully] demonstrate that the feature of BCP particles can be transformed reversibly between the sphere-shaped particles and anisotropic (i.e., ellipsoid or convex-lens) particles depending on the wavelength of light, indicating the strength and effectiveness of spiropyran surfactants.
외부 자극에 반응하여 모양이 가역적으로 변할 수 있는 입자는 스마트 재료 소재의 개발 관점에서 지난 오랜 시간 동안 높은 관심을 받고 있다. 특히 광학적, 유동학적 특징이 입자의 모양에 따라 변화할 수 있는 시스템은 디스플레이, 스마트 윈도우 및 필름, 그리고 센서 분야 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 여러가지 자극 요소 중 빛은 파장에 따른 효과를 기대할 수 있고 국부적인 조사가 가능하며 또한 즉각적인 반응을 기대할 수 있기 때문에 높은 각광을 받고 있고, 그에 따라 빛에 반응하여 모양 및 특성이 모두 가역적으로 변화하는 마이크로 규모 입자 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다.
마이크로 규모 입자는 블록공중합체의 자가 조립에 기반한 에멀젼법을 활용하여 손쉽게 제조될 수 있으며, 특히 분산상에 녹아있는 블록공중합체와 연속상 사이의 계면에너지를 조절함으로서 형성되는 마이크로 입자의 모양과 내부구조 제어할 수 있다. 본 학위논문에서는 이 에멀젼법을 활용하여 조사하는 빛의 파장에 따라 블록공중합체 입자의 모양이 가역적으로 변할 수 있는 새로운 시스템을 제시하였다. 먼저 블록공중합체 입자의 모양을 빛의 조사에 따라 가역적으로 바꾸기 위해 스파이로파이란 기반의 계면활성제를 디자인하고 에멀젼 시스템에 도입하였다. 365nm 자외선과 가시광선의 조사에 따라 가역적인 광이성질화가 일어나는 스파이로파이란 계면활성제는 블록공중합체 각 블록과 연속상 사이에서 빛의 파장에 따라 서로 다른 계면 거동을 나타내었다. 또한 본 스파이로파이란 계면활성제를 도입한 에멀젼법을 활용하여 계면활성제의 광이성질화 형태에 따라 구형 및 비구형으로 모양이 결정되는 블록공중합체 입자를 구현하였다. 나아가 용매 증기 어닐링법을 통해 빛의 파장에 따라 입자의 모양이 여러 차례 가역적으로 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 구현한 빛 반응성 모양 변화를 갖는 블록공중합체 마이크로 입자는 다양한 분야에 활용 가능한 스마트 입자로 적용될 수 있는 것으로 기대된다.
