KR100379248B1 - 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된무기-고분자 복합 소재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노미터 단위의 무기(금속) 입자를 고분자 물질의 표면에 균일하게 분산시켜서, 광학적, 전기적, 자기적 기능성 재료로 이용할 수 있도록 해 주는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 고분자 물질로 된 매트릭스에 무수화물 반응기를 형성하는 단계와; 덴드리머에 금속과 무기염 중에서 어느 하나를 선택 첨가하여 덴드리머-금속 전구체 용액과 덴드리머-무기 입자 용액 중에서 어느 한 용액을 형성하는 단계와; 무수화물 반응기가 형성된 매트릭스와 상기 어느 한 용액을 반응시켜 화학적으로 결합시키는 단계와; 광선을 조사하여 금속 또는 무기 입자 이온을 환원시켜 주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 제조 방법과, 이 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 복합 소재를 제공한다.
Description
본 발명은 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노미터 단위의 무기(금속) 입자를 고분자 물질의 표면에 균일하게 분산시켜서, 광학적, 전기적, 자기적 기능성 재료로 이용할 수 있도록 해 주는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금속 또는 반도체의 나노미터 단위 입자, 즉 나노 입자(nano-particles)는 비선형 광학 효과를 나타내므로, 나노 입자가 중합체 또는 유리 매트릭스(Matrix)에 분산되어 있는 복합 재료는 광기능성 재료로서 관심을 모아왔다.
또한, 자성 특성을 갖는 나노 입자들은 전자기 저장 매체로 사용되는 등 많은 응용이 있다. 이러한 복합 재료를 제조하는 한 가지 방법은 진공 침착, 스퍼터링, CVD, 졸-겔 방법 등으로 제조된 나노 입자를 적절한 지지막 위에 단일막으로 부착시키는 것이다.
예를 들면, 유리 표면 위에 (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane이나 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 등을 시레인(silane, SiH4)으로 부착한 후, 나노 입자가 있는 용액 내에 함침하여 자기 조립 단일층을 만드는 방법이 알려져 있다(Doron, A.; Katz, E.; Willner, I. Langmuir, 1995, 11, 1313; Graber, K. C.; Freeman, R.; Hommer, M. B.; Natan, M. J. Anal. Chem. 1995, 67, 735; Freeman, R.G.; Grabar, K. C.; Allison, K. J.; Bright, R. M.; Davis, J. A.; Guthrie, A.P.; Hommer, M. B.; Jackson, M. A.; Smith, P. C. Walter, D. G.; Natan, M. J. Science, 1995, 267, 1629).
기존의 나노 입자 분산 매트릭스 시스템은, 나노 입자의 표면 에너지가 높기 때문에 일어나는 부가적인 나노 입자의 상태 변화와 아울러 나노 입자가 매트릭스에 분산될 때 응집물을 형성하기 쉬워서, 예를 들면 비선형 광학 등에 사용하는 데에는 광산란을 유발하는 등 만족스러운 복합 재료 특성을 나타내지 못하고 있다.
덴드리머(dendrimer)는 나노미터 크기의 고분자로 세대라고 표현되는 층 구조를 하고 있으며, 분자량 분포가 좁고, 그 말단에 반응기를 많이 갖고 있는 특징이 있다. 이러한 덴드리머 말단의 많은 반응기를 이용해 화학적으로 고분자 표면에 부착시키는 방법에 대해서는 특허가 출원되어 있다(원종옥, 강용수, 박용순, 차봉준, 박현채, 정범석, 국내 특허 출원번호 10-2000-42435호).
미세 입자의 특성은 유한 크기(finite size) 효과로 인하여 덩어리 상태와는 다른 특성을 가진다. 이러한 미세 입자를 제조하기 위하여 다양한 물리적, 화학적 합성 경로가 안정성 있고, 단분산상이며, 원자가가 영가인 나노미터 크기의 금속 입자를 생산하기 위하여 시도되어 왔다.
그러한 것들은 스퍼터링(sputtering), 금속 증착, 연마, 금속염 환원 및 중성 유기 금속 전구체 분해를 포함한다.
종래 방법에 따라 제조된 Au, Ag, Pd, Pt 전이 금속의 입자는 응집된 분말 형태이거나 대기에 민감하며 비가역적으로 응집되는 경향이 있다. 이러한 대기 민감성은 많은 양의 물질이 있을 경우 안정성 문제를 일으키며, 공정 중에 고가의 공기 차단 처리 절차를 채용하지 않고 최종 제품이 밀봉 포장되지 않으면, 그 시간 동안 산화에 의해 붕괴되는 결과를 가져오기 때문에 문제가 된다.
입자의 비가역적인 응집은 입자 크기 분포를 좁힐 수 없는 분리 공정을 일으키고, 자기 기록 응용 분야 등 필수적인 부드럽고 얇은 필름을 쉽게 형성하는 것을 막는다. 그 응집체는 촉매 작용을 위한 화학적으로 활성인 표면적을 감소시키고, 생화학적 표지, 분리, 약품 전달 응용 분야에 필수적인 용해도를 크게 제한한다.
그러한 이유로 입자 차원의 정확한 크기 제어나 단분산상 나노 입자를 제조하는 것은 나노 물질의 기술적인 응용 분야에서는 중요한 목표가 되어 기계적인 연마, 금속 증착 축합, 레이저 어블레이션(ablation), 전기 스파크 부식과 같은 물리적인 방법과 금속염의 용액 상태의 환원, 금속 카르보닐 전구체의 열분해, 그리고 전기 화학적인 도금을 포함한 화학적 방법들로 제조되고 있다.
이러한 물리적 또는 화학적인 공정 중에 어떤 것은 적당한 안정제, 그리고 전달 유체 또는 적당한 안정제를 포함하는 전달 유체에서 증기 상태로부터 집적된 금속 입자의 존재에서 직접적으로 매트릭스와 복합화 시킬 때 상용성 및 영구 응집성이 일어나 기존의 기술들은 필요한 수준만큼 필요한 제어 수준으로 개선하는 것이 불가능했다.
아울러 금속 입자가 아무리 어렵게 단분산 상태로 제조된다 하더라도, 고분자 매트릭스 내에 분산시키는 과정에서 공정 중 발생하는 열이나 압력들의 조건에 의해 각각 입자들이 잘 분산되기보다는 분자끼리의 응집이 일어나는 문제, 고분자 매트릭스와의 비상용성, 계면에서의 디펙트(defects), 또한 제조된 입자들간의 응집성 등의 문제 등으로, 기존의 기술들은 필요한 수준만큼 제어수준으로 개선하는 것이 불가능하였다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 무기 나노 입자가 고분자 물질 표면 위에 영구적인 응집 없이 잘 분산되어 있는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 덴드리머를 이용하여 무기 나노 입자를 고분자 표면 위에 높은 접착력으로 부착시킬 수 있는 단순 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 무기 입자의 크기 및 고분자 표면의 나노 입자간의 거리를 금속 전구체 또는 덴드리머의 양으로부터 쉽게 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1a, b는 본 발명의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 사용한 금속-덴드리머 콤플렉스를 자외선 조사 후에 얻어진 금 나노 입자의 크기를 TEM을 사용하여 측정한 사진.
도 3은 본 발명의 실시예 24에서 얻어진 필름의 사진.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 물질로 된 매트릭스에 무수화물 반응기를 형성하는 단계와; 덴드리머에 금속과 무기염 중에서 어느 하나를 선택 첨가하여 덴드리머-금속 전구체 용액과 덴드리머-무기 입자 용액 중에서 어느 한 용액을 형성하는 단계와; 무수화물 반응기가 형성된 매트릭스와 상기 어느 한 용액을 반응시켜 화학적으로 결합시키는 단계와; 광선을 조사하여 금속 또는 무기 입자 이온을 환원시켜 주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재 제조 방법과, 이 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 복합 소재를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 상기 금속 전구체는 Au, Pt, Pd, Cu, Ag, Co, Fe, Ni, Mn, Sm, Nd, Pr, Gd, Ti, Zr, Si, In 원소, 상기 원소의 금속간 화합물(intermetallic compound), 상기 원소의 2성분 합금, 상기 원소의 3성분 합금, 바륨페라이트 및 스트론튬 페라이트 이외의 상기 원소 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 Fe의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 것을 이용한다.
본 발명에서 사용되는 매트릭스는 무수말레산 존재 하에 플라즈마 처리를 하여 무수물(anhydride) 기능기가 부착되는 고분자 필름으로 사용한다.
본 발명에서 사용되는 매트릭스로는 일반 공학용(engineering) 고분자 또는 특수 고분자 중 무수말레산 존재 하에 플라즈마 처리를 하여 무수물(anhydride) 기능기가 부착되는 고분자 필름은 모두 사용될 수 있다.
예를 들면, 폴리프로필렌, 이축 연신 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아미드 6, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부틸렌, 폴리펜타디엔, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리술폰, 폴리이미드, 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 터폴리머, 폴리옥사졸린, 폴리에필렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 또는 그들의 유도체 등이 고분자 매트릭스 필름으로 사용될 수 있다.
도 1에 본 발명의 일반적인 반응 기구를 나타내었다.
고분자 매트릭스에 무수말레산을 플라즈마 반응 용기에 같이 넣고 플라즈마 처리를 하여 고분자 매트릭스 표면에 무수화물(anhydride) 반응기를 도입한다(제 1단계; 도 1a 참조, 생성물 1).
적당한 비율의 금속 또는 무기염을 덴드리머가 녹아 있는 용액에 첨가하여 덴드리머와 금속 또는 무기염과의 상호 작용에 의해 덴드리머-금속 전구체 용액 (제 2단계; 도 1b 참조, 생성물 2), 또는 덴드리머-무기입자 용액(제 3단계; 도 1c 참조, 생성물 3)을 형성시킨다.
덴드리머와 금속염/무기입자와의 콤플렉스 용액을 무수화물(anhydride) 반응기가 붙은 고분자 매트릭스와 반응시켜 화학적 반응을 유도한다(각각 제 4 및 제 5단계; 도 1d, 도 1e 참조, 생성물은 각각 4 및 5).
이어서 금속염을 함유하고 있는 덴드리머가 고분자 매트릭스 표면(생성물 4) 에 붙은 고분자 필름에 자외선을 조사하여 금속염을 환원시켜 나노 입자가 잘 분산되어 있는 무기-고분자 복합 필름을 제조한다(제 6단계; 도 1f 참조, 생성물 6).
본 발명에 따르는 복합 재료는 금속 나노 입자의 존재로 인해 비선형 광학 특성을 나타내며, 빛의 상 및 세기 또는 주파수를 조절하기 위한 한 요소로써 사용할 수 있다. 이는 응집물이 없는 나노 금속 복합재의 특성인 것으로 알려져 있다. 또한, 나노 입자 금속의 자기적 성질을 이용해 데이터 저장 매체로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 복합재료는 표면의 유기 덴드리틱 고분자의 존재로 차후의 반응에 대한 물리적, 화학적 활성이 있다.
또한, 매트릭스의 성질을 조절함으로써, 금속 나노 입자의 비선형성 광학 효과와 매트릭스의 특성(예를 들면, 전기 전도성) 등을 이용하는 각종 적용 분야에 사용될 수 있으며, 금속 나노 입자가 촉매 활성을 갖는 경우, 복합 재료는 촉매 성분이 내열성 매트릭스에 의해 지지되는 촉매로써 사용될 수 있다.
다음 실시예에서 본 발명을 자세히 설명한다.
1. 실시예 1
스페셜티 실리콘 프로덕트(Specialty Silicone Product)에서 나온 상표명이 SSPM100인 폴리디메틸실리콘(PDMS) 막을 고분자 지지체로 사용하였다. 플라즈마 반응기 안에 메탄올로 여러 번 잘 씻은 PDMS 지지체와 머크(Merch)사의 무수말레산 102mg을 같이 넣고 진공으로 한 후 1분 동안 플라즈마 처리를 하였다.
플라즈마 장치는 오토일렉트릭(Autoelectric)사의 R-300A 라디오-주파수 생성기(radio-frequency generator)를 50W에서 13.56MHz로 고정해 놓고 처리를 하였다.
HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다. 반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다.
이 때, 얻어진 금 나노 입자의 TEM 그림을 도 2에 나타내었다(도 2에서 우측 하단에 표시된 바(bar)의 길이는 130nm이다). 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 접착력이 거의 없는 PDMS 막 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
2. 실시예 2
상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
3. 실시예 3
상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl460mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
4. 실시예 4
무수말레산을 200mg 사용하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 접착력이 거의 없는 PDMS 막 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
5. 실시예 5
무수말레산을 200mg 사용하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
6. 실시예 6
무수말레산을 500mg 사용하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 접착력이 거의 없는 PDMS 막 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
7. 실시예 7
무수말레산을 500mg 사용하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 PDMS막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
8. 실시예 8
주식회사 율촌에서 나온 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 막을 고분자 지지체로 사용하였다. 플라즈마 반응기 안에 메탄올로 여러 번 잘 씻은 PDMS 지지체와 머크(Merch)사의 무수말레산을 100mg 같이 넣고 진공으로 한 후 1분 동안 플라즈마 처리를 하였다. 플라즈마 장치는 오토일렉트릭(Autoelectric)사의 R-300A 라디오-주파수 생성기(radio-frequency generator)를 50W에서 13.56MHz로 고정해 놓고 처리를 하였다.
HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 PET 필름 표면 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
9. 실시예 9
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
10. 실시예 10
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl460mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
11. 실시예 11
무수말레산을 201mg 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 PET 필름 표면 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
12. 실시예 12
무수말레산을 201mg 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
13. 실시예 13
무수말레산을 501mg 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 PET 필름 표면 위에 붉은 색의 금 나노 입자가 부착된 복합 필름을 얻었다.
14. 실시예 14
무수말레산을 501mg 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl440mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 3세대 덴드리머(20중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PDMS 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
15. 실시예 15
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 4세대 덴드리머(10중량%)를 10mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PET 지지체 12cm2당 100mg 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
16. 실시예 16
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 4세대 덴드리머(10중량%)를 45mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PET 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
17. 실시예 17
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl420mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 4세대 덴드리머(10중량%)를 90mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PET 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
18. 실시예 18
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, HAuCl460mg을 10g의 물에 녹이고, polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 4세대 덴드리머(10중량%)를 90mg 첨가하여 금이온-덴드리머 콤플렉스를 제조하였다. 처리한 PET 지지체 12cm2당 100mg의 금이온-덴드리머 콤플렉스를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결 시켰다.
반응 후 바로 자외선을 조사하여 금이온의 환원을 유도하였다. 환원 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 금이온-덴드리머 콤플렉스를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
19. 실시예 19
상기 실시예 8과 같은 방법으로 PET막을 무수말레산 존재 하에 처리하고, Cd(NO3)24H2O(Baker 사)를 100㎖ 메탄올에 녹이고, 15mg의 Na2S(Alfa 사)를 100mg에 녹여 각각 2.0mM stock 용액을 제조한다. polyamidoamine Starburst(Aldrich 사) 4세대 덴드리머(10중량%)를 1.14 ×10-4M stock 용액을 만들고, 이 용액 10㎖에 2.0mM Cd2+용액과 2.0mM S2-용액을 각각 10㎖ 첨가하여 CdS-덴드리머 용액을 제조한다.
처리한 PET 지지체 12cm2당 100mg의 CdS-덴드리머를 올려놓고 120℃에서 1시간 동안 두어 반응을 완결시켰다. 반응 후 반응하지 않은 덴드리머 또는 CdS-덴드리머를 씻어내어 무기-고분자 복합 필름을 제조하였다.
20. 실시예 20
덴드리머-금속 콤플렉스로 HAuCl4와 AgBF4를 1:1 몰비로 섞은 금속염을 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 복합 필름을 제조하였다.
21. 실시예 21
덴드리머-금속 콤플렉스로 HAuCl4와 H2PtCl4를 1:1 몰비로 섞은 금속염을 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 복합 필름을 제조하였다.
22. 실시예 22
덴드리머-금속 콤플렉스로 FeCl2금속염을 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 복합 소재를 제조하였다.
23. 실시예 23
덴드리머-금속 콤플렉스로 CoCl2금속염을 사용하여 상기 실시예 8과 같은 방법으로 복합 소재를 제조하였다.
24. 실시예 24
상기 실시예 8과 같은 방법으로 덴드리머-금속 전구체가 PET 필름 표면에 부착된 복합 필름 위에 패턴화(patterning)하여 패턴화(patterning) 된 금-고분자 필름을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 필름의 사진을 도 3에 나타내었으며, 도 3에서 보는 바와 같이, 매트릭스 바탕 위에 나란하게 배치된 다수의 직선 형태의 패턴이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 말단에 많은 기능기를 갖고 있을 뿐 아니라 금속 이온과 콤플렉스를 이루는 덴드리머의 성질을 이용하여 고분자 필름 표면 위에 금속전구체-덴드리머 콤플렉스를 간단한 플라즈마 방법을 통해 고분자 필름 표면 위에 부착을 시키고, 이어 간단한 UV조사를 하여 금속 나노 입자를 고분자 필름 표면 위에 영구적 응집 없이 부착시켜 금속-고분자 복합 필름을 제조할 수 있다.
또한, 덴드리머가 금속 나노 입자를 제조하는데 안정제 역할을 할 뿐 아니라, 무기 나노입자를 저장하는 그릇 역할을 하는 장점을 이용하여 무기 나노입자가 고분자 필름 표면에 응집 없이 높은 접착력으로 붙은 무기-고분자 복합 필름도 제조할 수 있다.
이러한 본 발명은 간단한 플라즈마 방법이나, UV 조사 등을 사용해서 공정이 수월하고 여러 응용 가능성이 높은 나노미터 크기의 무기/금속 입자가 영구적 응집 없이 잘 분산되어 있는 무기-고분자 복합 필름을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.
이와 같이 본 발명에 의하면 기존의 금속 나노 입자 제조 및 나노 입자를 매트릭스 위에 분산하는 공정에 있어서, 기존의 복합 재료 공정의 문제점인 금속 또는 무기 나노 입자와 고분자 매트릭스와의 낮은 접착력, 나노 입자들간의 응집체형성의 문제를, 덴드리머를 이용하여 입자의 크기가 조절되고, 응집이 일어나지 않는 복합 소재를 제조할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (7)
- 고분자 물질로 된 매트릭스에 무수화물 반응기를 형성하는 단계와;덴드리머에 금속과 무기염 중에서 어느 하나를 선택 첨가하여 덴드리머-금속 전구체 용액과 덴드리머-무기 입자 용액 중에서 어느 한 용액을 형성하는 단계와;무수화물 반응기가 형성된 매트릭스와 상기 어느 한 용액을 반응시켜 화학적으로 결합시키는 단계와;광선을 조사하여 금속 또는 무기 입자 이온을 환원시켜 주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스는 고분자 물질과 무수말레산을 함께 플라즈마 처리를 함으로써, 무수화물 반응기를 형성하는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 매트릭스는 폴리프로필렌, 이축 연신 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아미드 6, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부틸렌, 폴리펜타디엔, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리술폰, 폴리이미드, 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 터폴리머, 폴리옥사졸린, 폴리에필렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 또는 그들의 유도체 유도체 중에서 선택된 적어도 어느 한 종류인 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 덴드리머-금속 전구체 및 덴드리머-무기 입자 용액은 금속과 무기물 중에서 어느 한 성분을 포함한 염을 용매에 녹이고, 덴드리머를 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 금속 전구체는 Au, Pt, Pd, Cu, Ag, Co, Fe, Ni, Mn, Sm, Nd, Pr, Gd, Ti, Zr, Si, In 원소, 상기 원소의 금속간 화합물(intermetallic compound), 상기 원소의 2성분 합금, 상기 원소의 3성분 합금, 상기 원소 중 적어도 하나를 추가로 포함하면서 바륨페라이트 및 스트론튬 페라이트를 제외한 Fe의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 금속염으로 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 덴드리머-금속 전구체 용액과 덴드리머-무기 입자 용액 중에서 어느 한 용액을 선택하여 무수화물 반응기가 형성된 매트릭스의 표면에패턴화하여 화학 반응시킴으로써, 패턴화된 필름을 제조할 수 있는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재.
- 제 1항의 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 덴드리머를 이용한 나노 입자가 표면에 부착된 무기-고분자 복합 소재.
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