KR101158999B1 - 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용 - Google Patents

전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용 Download PDF

Info

Publication number
KR101158999B1
KR101158999B1 KR1020080117750A KR20080117750A KR101158999B1 KR 101158999 B1 KR101158999 B1 KR 101158999B1 KR 1020080117750 A KR1020080117750 A KR 1020080117750A KR 20080117750 A KR20080117750 A KR 20080117750A KR 101158999 B1 KR101158999 B1 KR 101158999B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polyvinyl alcohol
nanofibers
pva
conductive polymer
electrospinning
Prior art date
Application number
KR1020080117750A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100059100A (ko
Inventor
장정식
박은유
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020080117750A priority Critical patent/KR101158999B1/ko
Publication of KR20100059100A publication Critical patent/KR20100059100A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101158999B1 publication Critical patent/KR101158999B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4282—Addition polymers
    • D04H1/4309—Polyvinyl alcohol

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 발명은 전기 방사-기상 증착 중합을 이용하여 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조한 후 이를 화학센서로 응용한 내용에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기 방사를 이용하여 폴리비닐알콜 나노섬유를 제조한 후, 이에 기상 증착 중합법을 통해 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조하며, 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 화학센서로 활용한 것이다.
본 발명에 따르면, 간단하고 저렴한 전기 방사-기상 증착 중합 방법에 의해 전도성 고분자로 구성된 나노섬유를 용이하게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 그리고 제조된 전도성 고분자 물질이 센서장치 내에 손쉽게 도입되었고, 기존 재료들에 비해 향상된 감응도를 나타내었다. 본 발명에서 제조될 수 있는 전도성 고분자가 도입된 나노섬유는 단량체 및 금속염의 종류에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 고분자 나노섬유의 직경 및 길이에 제한 없이 제조가 가능하다.
전도성 고분자, 전기 방사, 화학센서, 나노섬유, 기상 증착 중합

Description

전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용 {Fabrication of Polyvinyl alcohol/conducting polymer coaxial nanofibers using vapor deposition polymerization mediated electrospinning and their application as a chemical sensor}
본 발명은 전기 방사-기상 증착 중합을 이용하여 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조한 후 이를 화학센서로서의 응용한 내용에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기 방사를 이용하여 폴리비닐알콜 나노섬유를 제조한 후 이에 기상 증착 중합법을 통해 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조하며, 이를 화학센서로 활용한 것이다.
본 발명에 따르면, 간단하고 저렴한 전기 방사-기상 증착 중합 방법에 의해 전도성 고분자로 구성된 나노섬유를 용이하게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 그리고 제조된 전도성 고분자 물질이 센서장치 내에 손쉽게 도입되었고, 기존 재료들에 비해 훨씬 더 향상된 감응도를 나타내었다. 본 발명에서 제조될 수 있는 전도성 고분자가 도입된 나노섬유는 단량체 및 금속염의 종류에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 고분자 나노섬유의 직경 및 길이에 제한 없이 제조가 가능하다.
최근 수년간, 전도성 고분자는 연료전지, 디스플레이, 액츄에이터 및 전도성 코팅 등의 매우 다양한 분야에서 그 응용 가능성을 인정받고 활발한 연구가 진행되어 왔다. 특히 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)은 높은 전기 전도도(ca. 300 S/cm), 낮은 광학적 밴드갭(1.6~1.7 eV), 그리고 매우 우수한 환경적 안정성 때문에 많은 관심을 끌고 있다.
전도성 고분자의 산화 정도(oxidation level)는 화학적 또는 전기화학적 도핑(doping)/탈도핑(dedoping)에 의해 쉽게 조절이 가능하다. 그리고 이것은 어떤 특별한 화학적/생물학적 종(species)들에 대한 민감하고 빠른 반응(전기 전도도 또는 색의 변화)을 유도한다(참조: Chem. Rev., vol. 100, pp. 2537-2574, 2000). 예를 들어, 메탄올 또는 에탄올과 같은 극성 용매는 전도성 고분자 내의 고분자 사슬과 도펀트 이온 간의 정전기적 상호작용을 줄여줌으로써, 전하 운반체의 호핑 속도(hopping rate)를 증가시켜 결국 전도성 고분자의 전도도를 향상시키는 역할을 수행한다 (참조: Nano Lett., vol. 4, pp. 491-496, 2004). 이러한 특징은 다양한 센서 장치에 전도성 고분자의 응용을 가능케 한다. 실제로 전도성 고분자는 전기 전도성 및 에너지 전달과 같은 그들 고유의 운반 성질때문에 다른 감지물질에 비해 외부 환경적 변동에 더 민감한 것으로 알려져 왔다(참조: Acc. Chem. Res., vol. 31, pp. 201-207, 1998). 게다가 나노막대, 나노섬유 및 나노튜브와 같은 일차원적 전도성 고분자 나노구조물들은 상대적으로 높은 표면적을 지니고 있기 때문에 분석물과의 증가된 상호작용을 통해 증폭된 감도와 실시간 반응들을 제공할 수 있다(참조: J. Phys. Chem. B, vol. 110, pp. 14074-14077, 2006; Nano Lett., vol 4, pp. 671-675, 2004). 이러한 장점들에도 불구하고 재현성있고 신뢰성있는 나노입자 제조 방법의 부재로 인해 전도성 고분자 나노구조물들을 이용한 센서 개발은 상당히 제한되어 왔다. 대부분의 전도성 고분자 나노섬유는 다공성 산화 알루미늄 막(anodic aluminum membrane) 또는 폴리카보네이트 막(polycarbonate membrane)과 같은 값비싼 템플레이트(template)를 이용하는 방식에 국한되어 왔다. 그러나 상기 기술들은 복잡한 제조 과정과 함께 매우 소량의 합성물만을 얻을 수 있다는 단점들을 갖고 있다(참조: Chem. Mater., vol. 8, pp. 2382-2390; Science, vol. 296, pp. 1997). 따라서 전도성 나노섬유를 손쉽게 제조하는 기술은 센서 제작을 포함한 제반 기술의 산업적 응용을 위해 필수적이며 그 중요성이 점점 높아져 가고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점들을 일거에 해결하고자 새로운 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용하여 수십 나노미터에서 수백 나노미터 크기의 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조하는 방법을 제공하고, 이것을 화학센서에 적용하여 전도성 고분자가 도입된 나노섬유의 화학센서로서의 적용성을 확인하는데 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 전도성 고분자가 도입된 나노섬유를 이용한 고성능 화학 센서를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 기존의 제조 방법과는 전혀 다른 방법, 즉, 미셀 템플레이트를 사용하지 않고, 전기 방사와 기상 증착 중합법을 통해 나노섬유 형태의 전도성 고분자들을 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한 제조된 전도성 나노섬유를 이용한 화학 센서들이 기존의 벌크(bulk)한 물질을 이용한 화학 센서들에 비해 우수한 성능을 나타낼 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 수십 나노미터에서 수백 나노미터 크기의 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유를 전기 방사 및 기상 증착 중합법을 통해 제조하고, 이를 이용한 화학센서로의 적용 방법을 제공함을 내용으로 한다.
본 발명에 따르면 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유의 제조 및 화 학센서로서의 적용 방법은,
(A) 폴리비닐알콜(PVA) 용액의 전기 방사를 통해 센서 기판 위에 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 형성하는 단계;
(B) 상기 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 담금(soaking)과정을 통해 도입하는 단계; 및,
(C) 상기 금속이온이 도입된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 전도성 고분자 단량체의 기상 증착 중합법을 통해 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 제조하는 단계; 및,
(D) 상기 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유를 이용하여 나노섬유의 전기적 특성의 변화를 검출하기 위한 검출 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 전기 방사-기상 증착 중합을 이용한 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유의 제조와 화학센서로의 적용방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유를 손쉽게 제조할 수 있는 실험적 조건 및 중합 변수를 제공해 주는 바, 기술된 내용은 화학적 중합이 가능한 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜), 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리아닐린 등의 여러 전도성 고분자를 나노섬유 형태로 제조할 수 있는 합성 방법을 제공해 준다. 또한, 제조된 폴리비닐알콜/전도성 고분자 동축 나노섬유를 이용하여 화학 센서를 제조했을 때, 기존 재료에 비해 빠른 반응속도와 재현성있고 가역적인 반응들을 얻을 수 있었다. 따라서 전도성 고분자의 공기 중에서 안정성, 높은 전도도 등의 장점들과 함께 다양한 화학 센서 형태로의 응용 및 구현이 가능할 것으로 여겨진다.
본 명세서에서 특별히 명시되지 않는 한, 온도, 함량, 크기 등의 수치 범위는 본 발명의 제조방법을 최적화 할 수 있는 범위를 의미한다.
단계 (A)에서 사용되는 폴리비닐알콜(PVA)의 분자량은 특별히 제한되는 것은 아니며, 증류수에 녹을수 있는 폴리비닐알콜(PVA)들이 사용될 수 있다. 그 중에서도 분자량(MW)이 9,000-10,000, 31,000-50,000, 85,000-146,000, 124,000-186,000과 같은 폴리비닐알콜(PVA)들이 바람직하다.
폴리비닐알콜(PVA)의 농도는 수용액 대비 1에서 100 중량부이며, 1이하일 경우 나노섬유가 얻어지지 않으며, 100 중량부 이상이면 전기 방사가 되지 않는다. 전기 방사시 대전되는 전압은 1에서 30 kV이다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유는 50에서 1000 nm 이상의 길이를 갖는 나노섬유이다.
단계 (B)에서 금속이온은 전도성 고분자를 중합할 수 있는 금속이온이며, 금속이온은 염화철(III)(FeCl3), 염화철(III) 수화물 (FeCl3(H2O)6), 염화구리(CuCl2), 황산세륨(CeSO4), 황산철(III)(Fe2(SO4)3) 등과 같이 화학적 산화중합의 개시제 역할을 수행할 수 있는 것들을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속염도 에탄올(ethanol)에 녹인 후 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 그 용액에 담금(soaking)과 정을 통해 표면에 금속이온을 흡착한다.
상기 담금과정에 필요한 금속염/산화제 용액의 농도는 에탄올 100 중량부 대비 1에서 50 중량부가 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 금속염의 종류, 반응 온도와 같은 반응 요구조건에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
상기 담금과정에 필요한 반응 온도 및 시간은 1~80 ℃ 그리고 1~24 시간이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 금속염의 종류나 반응 요구조건에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
단계 (C)에서 전도성 고분자의 단량체를 일정량 적가하고 이를 금속이온이 흡착된 나노섬유와 함께 기상 증착 중합을 위한 용기에 도입한다. 기상 증착 중합에 사용된 단량체는 폴리비닐알콜 대비 은 0.01에서 0.1 중량부까지이며, 충분한 중합 시간을 통해 단량체가 기체화되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 중합에 필요한 중합 온도 및 시간은 1~100 ℃ 그리고 1~48 시간이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 금속염 및 단량체의 종류나 반응 요구조건에 따라 상기 범위보다 짧거나 길 수도 있다.
상기 중합에 사용된 단량체는 금속염에 의해 중합이 가능한 단량체라면 특별히 한정되는 것이 아니다. 본 발명에서는 전도성 고분자의 단량체인 피롤, 아닐린, 싸이오펜, (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜), 페닐린비닐린 등이 바람직하다.
상기 중합에 의해 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유의 두께는 50에서 1000 nm까지이다.
단계 (D)에서 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유들을 이용해서 신호감지부를 구성한다. 즉, 마이크로 회로 한 쌍의 전극사이의 간극을 전도성 고분자 나노섬유들로 연결한다. 이러한 배열에서는 분석물이 전도성 나노섬유들과 프로토네이션(protonation), 디프로토네이션(deprotonation), 축소(reduction), 팽창(swelling), 사슬구조 변화(conformational change) 등의 다양한 반응 기작을 통해서 도전성에 변화를 줄 수 있다. 신호감지부에서 발생된 도전성 변화를 전기적 변환 장치를 이용해서 실시간 정량화한다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유는 전체적으로 수십에서 수백 나노미터 크기의 직경을 가졌으며, 길이는 수십 나노미터에서 수십 마이크로미터 크기에 이르렀다. 제작된 화학 센서 장치는 일차원적 전도성 나노입자 특유의 높은 표면적과 다공성 때문에 분석물과의 증가된 상호작용을 할 수 있었고, 이것을 통해 매우 빠르고 재현성 있는 가역적인 반응을 나타낼 수 있었다. 본 발명에 따른 화학 센서 장치는 특정 분석물에 한정됨이 없이 추후 예상되는 다양한 분석물에 대한 검출 수단으로 적용될 수 있으며, 이들의 용도가 본 발명의 범주를 벗어나는 것은 아니다.
[실시예]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000인 3.0g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기 방사를 통해 120 nm 직경의 폴리비닐알 콜(PVA) 나노섬유를 제조한다.(도 1) 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.(도 2)
[실시예 2]
50 ml 증류수에 분자량 9,000-10,000, 7.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기방사를 통해 70 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.(도 7)
[실시예 3]
50 ml 증류수에 분자량 31,000-50,000, 6.5 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기방사를 통해 80 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴 리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 4]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기방사를 통해 120 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 5]
50 ml 증류수에 분자량 124,000-186,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기방사를 통해 200 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 6]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 10 kV의 전기방사를 통해 120 nm 직경의 폴리비닐알 콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 7]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 15 kV의 전기방사를 통해 125 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 8]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴 리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 9]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 5 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 10]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 11]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알 콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 30 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 8 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 12]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 40 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 9 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 13]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴 리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 14]
50 ml 증류수에 분자량 85,000-146,000 3.0 g의 폴리비닐알콜(PVA)을 녹인 폴리비닐알콜(PVA) 용액을 20 kV의 전기방사를 통해 130 nm 직경의 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 제조한다. 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 에탄올 대비 10 중량부의 염화철 용액의 담금과정을 통해 도입한 후, 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유 대비, 50 중량부의 (3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)을 기상 증착 중합법을 이용하여 10 nm의 전도성 고분자 쉘이 도입된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하였다.
[실시예 15]
유리 기판 상에 광리소그래피 기술로 제조된 지상돌기(interdigitated) 전극 구조물은 40 nm 두께의 금층이 침착된 50 nm의 크롬 부착층을 포함한다. 그리고 10 μm의 너비, 40 nm의 두께, 그리고 10 μm의 간격(interspacing)을 지닌 80 핑거 쌍의 배열을 포함한다. 컴퓨터와 연결된 Keithley 2400 sourcemeter를 사용해서 직류 전류를 인가하고 저항변화(ㅿR/R0=(R-R0)/R0, R과 R0는 각각 실시간 측정된 저항과 초기 저항값을 나타낸다)을 실시간 모니터링했다.
실시예 1에서 제조된 전도성 나노섬유와 벌크 필름과의 감응성(sensitivity)을 비교하기 위해서 센서 기판을 350 mL 용량의 반응기에 위치시켰다. 반응기는 100 torr의 압력이 유지되었다. 0.1 mL의 암모니아(20, 50, 100 ppm) 가스가 주입되었 고, 가전류는 10-7 A에서 실시간 저항이 기록되었다. 반응기 내에 가스 주입과 거의 동시에 급격한 저항의 증가가 관찰되었으며, 농도에 따라 증가된 감응성을 보였다. 벌크 필름에 비해 100~600 % 향상된 나노섬유의 감응성을 관찰할 수 있었다.(도 3)
[실시예 16]
실시예 1에서 제조된 전도성 나노섬유의 일정 농도의 암모니아 가스에 대한 센서의 저항변화를 측정하기 위해서 실시예 2에서 제작된 센서 기판을 350 mL 용량의 반응기에 위치시켰다. 그리고 암모니아와 공기에 주기적으로 노출시켰다. 50 ppm의 암모니아를 30 초 동안 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유와 반응시킨 후, 압축공기로 대체하는 방식으로 실험을 진행하였다. 유량은 2 L/min이었고, 가전류는 10-7 A였다. 도 5에서 관찰되는 바와 같이 5 회 이상의 재현성있고 가역적인 반응들이 관찰되었다.
[실시예 17]
실시예 8와 동일한 방법으로 수행하되, 암모니아 대신 0.1 mL의 염산(5, 20, 50 ppm) 가스가 주입되었다. 반응기 내에 가스 주입과 거의 동시에 급격한 저항의 감소가 관찰되었으며, 농도 증가에 따라 감응성은 증가하였다. 벌크 필름에 비해 200~300 % 향상된 나노섬유의 감응성을 관찰할 수 있었다.(도 4)
[실시예 18]
실시예 8과 동일한 방법으로 수행하되, 암모니아 대신. 50 ppm의 염산 가스를 이용해서 실험을 진행했다. 도 6에서 관찰되는 바와 같이 5 회 이상의 재현성있 고 가역적인 반응들이 관찰되었다.
[실시예 19]
실시예 2에서 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유의 정상 상태(steady state)에서 가스 농도에 따른 센서의 저항변화를 측정하기 위해서 센서 기판을 350 mL 용량의 반응기에 위치시켰다. 반응기는 100 torr의 압력이 유지되었다. 0.01 mL의 암모니아(20, 50, 100 ppm) 가스가 주입되었고, 가전류는 10-6 A에서 실시간 저항이 기록되었다. 반응기 내에 가스 주입과 거의 동시에 급격한 저항의 증가가 관찰되었으며, 농도에 따라 증가된 감응성을 보였다.
[실시예 20]
실시예 2에서 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유의 일정 농도의 가스에 대한 센서의 저항변화를 측정하기 위해서 센서 기판을 350 mL 용량의 반응기에 위치시켰다. 그리고 암모니아와 공기에 주기적으로 노출시켰다. 50 ppm의 암모니아 가스를 0.5 초 동안 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)과 반응시킨 후, 압축공기로 대체하는 방식으로 실험을 진행했다. 유량은 3 L/min이었고, 가전류는 10-5 A였다. 일차원적 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 나노입자를 이용한 센서 장치는 10 회 이상 재현성있는 가역적인 반응들을 보였으며, 회복 시간은 8.2 분이었다.
[실시예 21]
실시예 8과 동일한 방법으로 수행하되, 암모니아 대신 0.01 mL의 염산(5, 20, 50 ppm) 가스가 주입되었다. 반응기 내에 가스 주입과 거의 동시에 급격한 저항의 감소가 관찰되었으며, 농도에 따라 증가된 감응성을 보였다.
[실시예 22]
실시예 8과 동일한 방법으로 수행하되, 암모니아 대신 50 ppm의 염산 가스를 이용해서 실험을 진행했다. 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 이용한 센서 장치는 염산 가스에 대해 5 회 이상 재현성있는 가역적인 반응들을 보였으며, 회복 시간은 1.5 분이었다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유의 주사전자현미경(scanning electron microscope) 사진이며;
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유 입자의 주사전자현미경(scanning electron microscope) 사진이고;
도 3은 본 발명의 실시예 8에서 측정된 센서 전극에서의 암모니아에 대한 벌크 필름과 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유의 감응도 차이 변화 그래프이며;
도 4는 본 발명의 실시예 8에서 측정된 센서 전극에서의 염산에 대한 벌크 필름과 제조된 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유의 감응도 차이 변화 그래프이고;
도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제작된 센서 기판을 암모니아와 공기에 주기적으로 노출시켜 관찰되는 반응에 대한 변화 그래프이며;
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제작된 센서 기판을 암모니아와 공기에 주기적으로 노출시켜 관찰되는 반응에 대한 변화 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에서 제작된 센서 기판의 개략도이다.

Claims (10)

  1. (A) 폴리비닐알콜(PVA) 용액의 전기 방사를 통해 센서 기판 위에 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유를 형성하는 단계;
    (B) 상기 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 금속이온을 담금(soaking)과정을 통해 도입하는 단계; 및,
    (C) 상기 금속이온이 도입된 폴리비닐알콜(PVA) 나노섬유에 3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜 단량체의 기상 증착 중합법을 통해 폴리비닐알콜(PVA)/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기 방사시 폴리비닐알콜(PVA)의 분자량이 10,000 에서 186,000인 것을 특징으로 하는 제조방법
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전기 방사시, 폴리비닐알콜(PVA) 제조에 대전되는 전압이 1 에서 30 kV까지인 것을 특징으로 하는 폴리비닐알콜/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 금속이온이 염화철(III)(FeCl3), 염화철(III) 수화물 (FeCl3(H2O)6), 염화구리(CuCl2), 황산세륨(CeSO4), 황산철(III)(Fe2(SO4)3)의 금속이온임을 특징으로 하는 폴리비닐알콜/폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 동축 나노섬유의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서, 상기 폴리비닐알콜(PVA)/전도성 고분자 동축 나노섬유에 있어서 도입된 전도성 고분자의 두께가 50 에서 200 나노미터인 것을 특징으로 하는 제조방법.
KR1020080117750A 2008-11-25 2008-11-25 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용 KR101158999B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080117750A KR101158999B1 (ko) 2008-11-25 2008-11-25 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080117750A KR101158999B1 (ko) 2008-11-25 2008-11-25 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100059100A KR20100059100A (ko) 2010-06-04
KR101158999B1 true KR101158999B1 (ko) 2012-06-21

Family

ID=42360446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080117750A KR101158999B1 (ko) 2008-11-25 2008-11-25 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101158999B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102000452B1 (ko) * 2016-11-11 2019-07-16 대한민국 미세조류 밀도 판정용 조견표 및 이에 따라 미세조류의 밀도를 판정하는 방법
CN113325043B (zh) * 2021-07-19 2022-11-29 东北师范大学 一种柔性无机半导体电阻型室温气体传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WALLACE, G. et al. Vapor Phase Polymerization of Pyrrole and Thiophene Using Iron(III) Sulfonates as Oxidizing Agents, Macromolecules, 2004, 37, 5930-5935 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100059100A (ko) 2010-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101197986B1 (ko) 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/폴리페돗 동축 나노섬유와 폴리페돗 나노튜브의 대량 생산 및 센서로서의 응용
Wang et al. One‐Dimensional Nanostructured Polyaniline: Syntheses, Morphology Controlling, Formation Mechanisms, New Features, and Applications
Sajedi-Moghaddam et al. Two-dimensional transition metal dichalcogenide/conducting polymer composites: synthesis and applications
Cho et al. Enhanced electrochemical performance of highly porous supercapacitor electrodes based on solution processed polyaniline thin films
Long et al. Recent advances in synthesis, physical properties and applications of conducting polymer nanotubes and nanofibers
Nie et al. Facile fabrication of flexible SiO2/PANI nanofibers for ammonia gas sensing at room temperature
Zheng et al. Praparation, characterizations, and its potential applications of PANi/graphene oxide nanocomposite
Verma et al. A review of composite conducting polymer-based sensors for detection of industrial waste gases
CN102866181A (zh) 聚苯胺/二氧化钛纳米复合阻抗型薄膜气体传感器及其制备方法
Pang et al. Effect of In 2 O 3 nanofiber structure on the ammonia sensing performances of In 2 O 3/PANI composite nanofibers
Wang et al. Facile fabrication of urchin-like polyaniline microspheres for electrochemical energy storage
Olad et al. Preparation and electrochemical investigation of the polyaniline/activated carbon nanocomposite for supercapacitor applications
Liu et al. Synthesis and electrochemical properties of various dimensional poly (1, 5-diaminoanthraquinone) nanostructures: nanoparticles, nanotubes and nanoribbons
Thomas et al. Conductive polymers and metal oxide polymeric composites for nanostructures and nanodevices
Kausar Epitome of fullerene in conducting polymeric nanocomposite—Fundamentals and beyond
Lv et al. One-step preparation of flexible citric acid-doped polyaniline gas sensor for ppb-level ammonia detection at room temperature
Gao et al. Interfacial polymerization for controllable fabrication of nanostructured conducting polymers and their composites
Anwane et al. Electrospun poly (methyl methacrylate)/polyaniline blend nanofibres with enhanced toxic gas sensing at room temperature
Sood et al. A review on synthetic strategies and gas sensing approach for polypyrrole‐based hybrid nanocomposites
KR20110074282A (ko) 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 자성을 갖는 폴리피롤/폴리페돗 나노튜브 복합막의 제조 및 중금속 여과기로서의 응용
KR101158999B1 (ko) 전기 방사-기상 증착 중합법을 이용한 폴리비닐알콜/전도성고분자 동축 나노섬유의 제조 및 센서로서의 응용
Kausar Reinforced polyaniline nanocomposite nanofibers: cutting-edge potential
Sudheep et al. Revolutionizing gas sensors: the role of composite materials with conducting polymers and transition metal oxides
Kang et al. Characterization of the electrical conductivity and chemical properties of camphorsulfonic acid protonated polyaniline/poly (vinyl acetate) composite films
Madgula et al. Conducting polymer nanocomposite-based gas sensors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160204

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170524

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180521

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190902

Year of fee payment: 8