Soft materials have inherent properties that show an excellent self-assembly phenomenon and can react sensitively to external stimuli such as electric field. Thus, they can be applied not only to display field but also to various fields like new electronic materials, organic devices, and biosensors. Among the various soft materials, lyotropic chromonic liquid crystal (LCLC) phase appears in biocompatible materials such as various food coloring dyes and DNA. Recently, biotechnological applications have become important, thus studies for applying LCLCs in material science have been conducted. In particular, the LCLCs are inexpensive and abundant on the earth, it can be easily used without risk of depletion compared with other industrial materials, and thus it has received considerable attention in the material science. In addition, the LCLCs are well known for its interesting structural characteristics exhibiting self-organization by non-covalent interactions to form column structure, and have electrical and optical anisotropy along the column axis. In order to give new functions to LCLC materials and to apply them in various research fields, control of ordering of the LCLC molecules is very important. For this, various methods using external force such as magnetic field or confined geometry have been introduced. However, there was a limit for controlling the LCLC alignment in large areas. This Ph D. thesis will discuss the structural control of LCLCs including DNA in a large area. In this study, a system to orient LCLC by applying simple mechanical force, here shear force, have been developed in which the competitive interaction between elasticity of the molecules and shear forces induces various configurations of LCLCs. The fabricated thin films can be applied as templates due to the structural features of LCLCs, and furthermore, a thin film having high performance such as surface plasmonic properties can be produced by mixing with other metal nanoparticles.
연성 소재는 우수한 자기조립 현상 및 전기장과 같은 외부 자극에 민감하게 반응할 수 있는 고유의 성질을 가지고 있어 디스플레이 분야뿐만 아니라, 새로운 전자재료, 유기소자, 바이오센서, 생체시스템 모사 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 다양한 연성 소재 중, 라이오 트로픽 크로모닉 액정 (Lyotropic Chromonic Liquid Crystal) 상은 식용 색소나 DNA 같은 생체 물질에서 나타나며, 최근 생물 공학적 응용이 중요해지면서 이를 하나의 소재로서 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 라이오 트로픽 크로모닉 액정상은 값이 저렴하고, 지구상에 풍부하게 존재하기 때문에 다른 산업 재료에 비해 고갈될 위험 없이 쉽게 사용할 수 있어 재료로서 많은 관심을 받았다. 또한 분자체가 비공유 상호 작용에 의한 자기 조립에 의해 컬럼과 같은 흥미로운 구조를 형성하며 이 컬럼축을 따라 전기적 및 광학적 이방성을 가진다. 이러한 라이오 트로픽 크로모닉 액정 물질에 새로운 기능성을 부여하고 다양한 분야에 응용하기 위해서는 분자체의 구조제어가 매우 중요하기 때문에 자기장 같은 외부적 힘을 가하거나, 한정된 공간을 이용하는 구조 제어 방법이 도입되었지만 분자들을 대면적에서 제어하기에 한계가 있었다. 본 박사학위 논문에서는 DNA 를 포함한 LCLC 분자체를 대면적에서 정밀하게 구조 제어하는 연구에 관해 논하고자 한다. 본 연구에서는 매우 간단한 기계적 힘을 가하는 전단 코팅 방법으로, 전단 속도에 따른 전단응력과 탄성력의 균형조절 및 전단 응력을 가하는 방식을 달리하여 LCLC 분자체를 다양한 형태로 배향시키는 시스템을 정립하였다. 제작된 배향 박막은 LCLC의 정교한 구조적 특징에 의하여 나노 물질 템플릿과 같은 기능성 재료로 응용될 수 있으며, 더 나아가 다른 금속 나노 입자와의 혼성을 통해 표면 플라즈모닉 특성과 같은 고기능의 박막을 제작할 수 있다.
