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Polymer(Korea), Vol.36, No.4, 542-548, July, 2012
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용매 어닐링에 의한 박막에서 Polystyrene-Poly(1,4-butadiene) 블록공중합체의 모폴로지 전이
Morphological Transitions of Symmetric Polystyrene-block-Poly(1,4-butadiene) Copolymers in Thin Films upon Solvent-Annealing
이동은, 김응건, 이동현†
  • 단국대학교 고분자시스템공학과
Dong-Eun Lee, Eung-Gun Kim, and Dong Hyun Lee†
  • Department of Polymer Science and Engineering, Dankook University, 126 Jookjeon-Dong, Suji-Gu, Korea
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초록
본 연구에서는 용매 증기 하에서 박막으로 제조된 polystyrene-poly(1,4-butadiene) 블록공중합체(PS-b-PBD)의 모폴로지 형성과 특성이 원자주사현미경(AFM)을 사용하여 연구되었다. 사이클로헥산으로만 용매 어닐링된 박막의 경우 폴리스티렌의 매트릭스 내부에 PBD가 미세상을 형성하는 perforated lamellae가 형성되었지만, n-헥산만으로 용매 어닐링 된 박막은 불규칙한 패턴만이 관측되었다. 그러나 사이클로헥산과 n-헥산의 혼합 용매를 사용하여 용매 어닐링할 경우 기질에 수직으로 배향된 라멜라가 관측되었다. 이러한 모폴로지 전이는 혼합 용매의 혼합비에 의해 조절되며 n-헥산의 양이 증가하면서 라멜라의 형성이 뚜렷이 관측되었다. 그러나 용매 어닐링에 사용된 혼합 용매 중 n-헥산의 주요 성분이 될 경우 n-헥산의 PBD로의 용매 친화력에 의해 모폴로지 형성이 오히려 지연되는 것을 확인하였다. 이러한 사이클로헥산과 n-헥산의 혼합비에 따른 모폴로지 전이는 블록공중합체에 대한 두 용매들의 친화력과 관련 있으며, 이를 이해하기 위해 이들의 용해도 상수 및 Flory 상호인력 인자들이 고려되었다. 또한 본 연구로부터 얻어진 두 가지 모폴로지를 이용하여 실리카 나노 패턴의 제조를 위한 템플레이트로 활용하였다.
Morphological characteristics and formation of symmetric polystyrene-block-poly(1,4-butadiene) copolymer (PS-b-PBD) in thin films upon solvent-annealing were investigated by using atomic force microscopy (AFM). The thin films solvent-annealed in cyclohexane revealed the perforated lamellae of poly(1,4-butadiene) in the matrix of polystyrene while those solvent-annealed in n-hexane exhibited highly disordered patterns. Interestingly, when the thin films of PS-b-PBD were solvent-annealed with binary mixtures of cyclohexane and n-hexane, the morphological transition from the perforated lameallae to the perpendicularly-oriented lamellae of poly(1,4-butadiene) could be induced by changing the mixing ratio of both solvents. We also demonstrated that after microdomians of poly(1,4-butadiene) were successfully degraded by UV-O3, linear poly(dimethyl siloxane) chains were back-filled into the etched regions of the thin film and then converted to silica nano-objects by oxygen plasma treatments.
Keywords:morphology;block copolymers;self-assembly;solvent-annealing;thin films.
  1. Hamley IW, The Physics of Block Copolymers, Oxford Science Publications, New York (1998)
  2. Leibler L, Macromolecules., 13, 1602 (1980)
  3. Bates FS, Fredrickson GH, Annu. Rev. Phys. Chem., 41, 525 (1990)
  4. Knoll A, Horvat A, Lyakhova KS, Krausch G, Sevink JA, Zvelindovsky AV, Magerle R, Phys. Rev. Lett., 0355011, 89 (2002)
  5. Mansky P, Liu Y, Huang E, Russell TP, Hawker C, Science, 275(5305), 1458 (1997)
  6. Hawker CJ, Russell TP, MRS Bull., 30, 952 (2005)
  7. Tang C, Lennon EM, Fredrickson GH, Kramer EJ, Hawker KJ, Science., 322, 429 (2008)
  8. Park S, Lee DH, Xu J, Kim B, Hong SW, Jeong U, Xu T, Russell TP, Science., 323, 1030 (2009)
  9. Lee W, Han H, Lotnyk A, Schubert MA, Senz S, Alexe M, Hesse D, Baik S, Gosele U, Nat. Nanotechnol., 3, 402 (2008)
  10. Cheng JY, Ross CA, Chan VZH, Thomas EL, Lammertink RGH, Vancso GJ, Adv. Mater., 13(15), 1174 (2001)
  11. Thurn-Albrecht T, Schotter J, Kastle GA, Emley N, Shibauchi T, Krusin-Elbaum L, Guarini K, Black CT, Tuominen MT, Russell TP, Science., 290, 2126 (2000)
  12. Lee DH, Park S, Gu W, Russell TP, ACS Nano., 5, 1207 (2011)
  13. Cho H, Choi S, Kim JY, Park S, Nanoscale., 3, 5007 (2011)
  14. Edrington AC, Urbas AM, DeRege P, Chen CX, Swager TM, Hadjichristidis N, Xenidou M, Fetters LJ, Joannopoulos JD, Fink Y, Thomas EL, Adv. Mater., 13(6), 421 (2001)
  15. In I, La YH, Park SM, Nealey PF, Gopalan P, Langmuir, 22(18), 7855 (2006)
  16. Morkved TL, Lu M, Urbas AM, Ehrichs EE, Jaeger HM, Mansky P, Russell TP, Science., 16, 931 (1996)
  17. Thurn-Albrecht T, DeRouchey J, Russell TP, Jaeger HM, Macromolecules, 33(9), 3250 (2000)
  18. Kim G, Libera M, Macromolecules, 31(8), 2569 (1998)
  19. Fukunaga K, Elbs H, Magerle R, Krausch G, Macromolecules, 33(3), 947 (2000)
  20. Niu SJ, Saraf RF, Macromolecules, 36(7), 2428 (2003)
  21. Zhang QL, Tsui OKC, Du BY, Zhang FJ, Tang T, He TB, Macromolecules, 33(26), 9561 (2000)
  22. Huang HY, Zhang FJ, Hu ZJ, Du BY, He TB, Lee FK, Wang YJ, Tsui OKC, Macromolecules, 36(11), 4084 (2003)
  23. Park S, Wang JY, Kim B, Chen W, Russell TP, Macromolecules, 40(25), 9059 (2007)
  24. Kim SO, Solak HH, Stoykovich MP, Ferrier MJ, de Pablo JJ, Nealey PF, Nature., 424, 411 (2003)
  25. Segalman RA, Yokoyama H, Kramer EJ, Adv. Mater., 13(15), 1152 (2001)
  26. De Rosa C, Park C, Thomas EL, Lotz B, Nature., 405, 433 (2000)
  27. Kim SH, Misner MJ, Russell TP, Adv. Mater., 16(23-24), 2119 (2004)
  28. Cavicchi KA, Russell TP, Macromolecules, 40(4), 1181 (2007)
  29. Knoll A, Magerle R, Krausch G, Macromolecules, 34(12), 4159 (2001)
  30. Huang HY, Hu ZJ, Chen YZ, Zhang FJ, Gong YM, He TB, Wu C, Macromolecules, 37(17), 6523 (2004)
  31. Lee LH, J. Polym. Sci., 5, 1103 (1967)
  32. Grulke EA, “VII Solution Properties”, in Polymer Handbook, Brandrup J, Immergut EH, Editors, John Wiley & Son, New York, 176 (1989)
  33. Buonomenna MG, Golemme G, Tone CM, De Santo MP, Ciuchi F, Perrotta E, Adv. Funct. Mater., 22, 1759 (2012)
  34. Turturro A, Gattiglia E, Vacca P, Viola GT, Polymer, 36(21), 3987 (1995)
  35. Jung YS, Chang JB, Verploegen E, Berggren KK, Ross CA, Nano Lett., 10, 1000 (2010)