[논문] 나노홀 구조로 오팔의 무지개 빛깔을 모방한 폴리머 입자

울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 오팔 원석의 놀라운 무지개 빛깔을 모방한 고분자 기반 입자를 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 이 혁신적인 접근 방식은 선형 블록 공중합체로 구성된 나노 구조의 다공성 미세 입자를 사용하여 기존 염료 및 안료에 대한 지속 가능하고 확장 가능한 대안을 제공합니다.

이 연구는 다음에서 출판되었습니다. 응용화학 국제판.

오팔 원석은 특정 패턴으로 배열된 실리카 구체의 독특한 내부 나노 구조에서 발생하는 매혹적인 색상 변화 외관으로 유명합니다.

UNIST 에너지 및 화학공학부의 구강희 교수팀은 양친매성 선형 블록 공중합체, 특히 폴리(스티렌-블록-4-비닐피리딘)(PS-b-P4VP)을 활용해 각도에 무관한 역광 유리 미세입자를 만들었다. 생생한 색상.

이 입자는 폴리머 매트릭스 내에 배열된 나노 크기의 기공을 갖추고 있어 시간이 지남에 따라 퇴색되는 화학적 염료에 의존하지 않고 구조적으로 착색된 안료를 생산할 수 있습니다.

핵심 혁신은 다음을 유도하는 확장 가능한 유제 템플릿 프로세스에 있습니다. 물 침투 계면에서 유기상 내에 나노 규모의 수성 도메인을 형성합니다. 용매가 증발함에 따라 이러한 영역은 천연 단백석의 실리카 구 배열과 반대되는 것과 유사한 다공성 나노구조 입자로 응고됩니다.

생성된 미세입자는 크기가 약 수십 마이크로미터이며, 내부 기공 구조는 수백 배 더 작아서 입자를 효과적으로 제어합니다. 광학적 성질.

이 공정은 표면 불안정 현상을 통해 물이 폴리머 입자에 침투하는 계면 과학의 원리를 활용합니다. 입자의 외부 껍질은 소수성이며 물의 침투를 방지하는 폴리스티렌으로 구성되어 있으며, 내부 구조는 블록 공중합체의 자기 조립 특성에 의해 구동됩니다.

블록의 독특한 화학적 구성으로 인해 기공 크기, 껍질 두께 및 결과적으로 전체 스펙트럼에 걸쳐 가시적인 색상 출력을 정밀하게 조정할 수 있습니다.

놀랍게도, 생성된 안료는 색상에 상관없이 일관된 색상을 나타냅니다. 시야각– 관찰 각도에 따라 색상 변화를 나타내는 천연 단백석에 비해 상당한 이점이 있습니다.

연구진은 계면활성제 유형, 분자량 및 공중합체의 화학적 변형을 조정하여 다양한 색상 제어를 시연했습니다. 그들은 또한 이러한 입자를 수분 함량이 높은 하이드로겔에 성공적으로 분산시켜 표준 인쇄 기술을 통해 복잡한 인쇄 패턴을 생성할 수 있는 광학 잉크를 제조했습니다.

구 교수는 “비교적 간단한 선형 블록 공중합체 구조를 사용함으로써 각도에 관계없이 생동감 넘치는 구조 색상을 생성할 수 있는 다용도 플랫폼을 개발했습니다. 이 기술은 디스플레이 응용 분야에 대한 가능성을 가지고 있습니다. 보안 기능기능성 코팅.”