단국대 고분자공학 실험 및 설계1 ps-p2vp Orientation 및 Reconstruction & etching 레포트 [A+]

소개

"고분자공학 실험 및 설계1 ps-p2vp Orientation 및 Reconstruction & etching 레포트 [A+]"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 고찰
6. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
Poly(stryrene-b-2-vinyl pyridine)의 Orientation (수평, 수직) 및 Reconstruction & etching을 통한 패턴 형성
2. 실험 원리
1) BCP Phase diagram
BCP는 화학적으로 서로 다른 두 개 이상의 고분자 사슬이 공유 결합으로 연결된 구조로 이루어져 있다. 이는 sphere, cylinder, gyroid, and lamellae 등 다양한 형태 및 크기로 자기조립이 가능하며, 각 block의 부피 비율(f), 분자량(N), 플로리-허긴스 상호작용 파라미터(χ) 등의 조건에 영향을 받는다. 사진은 BCP의 phase diagram이다. 여기서 마이크로 도메인 크기의 하한은 χN 에 의해 설정되며, 여기서 χ는 플로리-허긴스 상호작용 파라미터이고 N은 BCP를 구성하는 유닛의 총 수, 즉 중합도(N)이다. χ N < 10.5이면, BCP의 블록들이 혼합되어 균질 또는 상-혼합 형태를 형성한다. 따라서 크기를 감소시키고 미세상분리가 된 형태를 유지하려면, N은 감소해야 하고, χ는 증가해야 한다.
이번 실험에서 사용된 BCP의 경우 고분자 중합도가 크고, χ값이 높은 ps-b-p2vp를 사용했기에 비교적 쉽게 미세상 분리를 잘 관찰할 수 있다. 또한 PS : P2VP = 110,000 (g/mol) : 52,000 (g/mol) = 2:1 의 부피 분율을 갖기에 Hexagonal(cylinder) 형태로 수직과 수평 배향이 진행 될 것을 예측할 수 있다.

2)Solvent-Vapor Annealing

Solvent-Vapor Annealing은 BCP 필름의 나노 구조 및 배향을 부여하기 위한 간단하고 효과적인 방법이다. 용매의 증기가 고분자에 각 고분자 사슬에 유동성을 부여하는데, 이는 고분자의 Tg를 낮추는 듯한 효과를 줄 수 있다. Annealing 이후, 용매를 완전히 증발시키면 미세상 구조가 고정되기 때문에 BCP의 배향된 구조를 관찰할 수 있다. 반면 Thermal annealing의 경우 작은 분자들이 고온에서 분해될 수 있고, 이는 BCP 필름에서 구조 변화를 초래하기 때문에 일반적으로 BCP 필름 배향에 관해서는 Solvent-Vapor Annealing 방식을 선택한다.

참고자료

· Lee, Dong Hyun, et al. "Ordering evolution of block copolymer thin films upon solvent-annealing process." Journal of colloid and interface science 383.1 (2012): 118-123.
· Shamsudin, Siti Aisyah B., et al. "Influence of Temperature and Type of Solvents on the Microdomain Orientation of PS‐b‐P 2 VP Ultrathin Films by Solvent Annealing." Macromolecular Symposia. Vol. 327. No. 1. 2013.
· 이동은. "Large Scale Directed Self-Assembly of Block Copolymer Nanostructures in Thin Films on Topographically Well-Controlled Surface Patterns: 제어된 표면 패턴에서 블록공중합체 나노 구조의 대면적 유도자기조립에 관한 연구." (2018).
· Piñón-Balderrama, C.I.; Leyva-Porras, C.; Conejo-Dávila, A.S.; Zaragoza-Contreras, E.A. Sulfonated Block Copolymers: Synthesis, Chemical Modification, Self-Assembly Morphologies, and Recent Applications. Polymers 2022, 14, 5081.