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자기조립 블록공중합체를 이용한 신나노구조체 및 그 박막 설계에 관한 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 자기조립 블록공중합체를 이용한 신나노구조체 및 그 박막 설계에 관한 연구 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 조준한(단국대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00020
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 07월 20일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • 블록공중합체 및 그 박막의 자기조립 현상과 그 압력 효과를 이해하고 나노구조체를 설계하기 위하여 장이론적 모사 연구가 수행되었다. 블록공중합체의 압축성이 단량체간 배제부피효과와 비결합 단량체간 인력을 일반적으로 기술하는 유효 random-phase approximation (RPA) 인력장으로 기술되어 블록공중합체의 분산 동력학을 위한 자유에너지 범함수가 도출되었다. 이 방법을 이용하여 일반적인 온도-압력-조성의 공정창에서 블록공중합체 및 그 박막의 평형 내지는 준평형 자기조립 나노구조체가 어떠한 구조 가정도 필요 없이 블록공중합체의 블록들을 기술하는 기본적인 분자변수로부터 완전히 기술됨을 보였다. 이 모사법은 블록공중합체의 감온 유도 자기 조립과 승온 유도 자기 조립, 압방성과 압가소성 등 제반 블록공중합체 및 박막의 자기 조립 거동을 통합적 기술로 예측하고 설계함이 가능함을 보였다.
  • English
  • A simple field-theoretic simulation method based on a compressible random-phase approximation (RPA) theory has been suggested to understand the self-assembly behavior and its pressure responses of compressible block copolymer systems. Finite compressibility is incorporated in the free energy functional for the dissipative dynamics through effective RPA interactions that account for the excluded volume and the attractive nonbonded interactions. It was shown that basic equation-of-state parameters completely characterizing given block components readily yield stable and metastable morphologies without any presumed symmetry over a wide range of temperature-pressure-composition space for copolymer melts in unconfined or confined geometry. It was demonstrated that the simulation tool is capable of predicting in a unified way block copolymer phase behaviornot only exhibiting nanoscale ordering either upon cooling or reversely upon heating, but also revealing barotropicity and baroplasticity.
Research result report
  • Abstract
  • 블록공중합체 및 그 박막의 자기조립 현상과 그 압력 효과를 이해하고 나노구조체를 설계하기 위하여 장이론적 모사 연구가 수행되었다. 블록공중합체의 압축성이 단량체간 배제부피효과와 비결합 단량체간 인력을 일반적으로 기술하는 유효 random-phase approximation (RPA) 인력장으로 기술되어 블록공중합체의 분산 동력학을 위한 자유에너지 범함수가 도출되었다. 이 방법을 이용하여 일반적인 온도-압력-조성의 공정창에서 블록공중합체 및 그 박막의 평형 내지는 준평형 자기조립 나노구조체가 어떠한 구조 가정도 필요 없이 블록공중합체의 블록들을 기술하는 기본적인 분자변수로부터 완전히 기술됨을 보였다. 이 모사법은 블록공중합체의 감온 유도 자기 조립과 승온 유도 자기 조립, 압방성과 압가소성 등 제반 블록공중합체 및 박막의 자기 조립 거동을 통합적 기술로 예측하고 설계함이 가능함을 보였다.
    A simple field-theoretic simulation method based on a compressible random-phase approximation (RPA) theory has been suggested to understand the self-assembly behavior and its pressure responses of compressible block copolymer systems. Finite compressibility is incorporated in the free energy functional for the dissipative dynamics through effective RPA interactions that account for the excluded volume and the attractive nonbonded interactions. It was shown that basic equation-of-state parameters completely characterizing given block components readily yield stable and metastable morphologies without any presumed symmetry over a wide range of temperature-pressure-composition space for copolymer melts in unconfined or confined geometry. It was demonstrated that the simulation tool is capable of predicting in a unified way block copolymer phase behaviornot only exhibiting nanoscale ordering either upon cooling or reversely upon heating, but also revealing barotropicity and baroplasticity.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구자는 지난 수년간 확립한 독창적인 분자이론인 압축성 random-phase approximation (RPA) 이론을 응용한 가장 광범위한 분자설계 이론을 구축하고 있다. 압축성 RPA 이론으로부터 장이론적 분자모사 설계법을 창안하여 압축성 블록공중합체 및 그 박막의 나노 자기조립 현상과 그 압력 반응을 이론적으로 고찰할 수 있도록 한 것이다. 압축성은 유효 RPA 인력을 통하여 dissipative dynamics를 위한 free energy functional 에 도입되었다. 이러한 RPA 인력은 바로 배제부피와 비결합 단량체간 인력을 모두 기술한다. 하나의 공중합체를 완전히 기술할 수 있는 분자 변수로는 일반적인 상태방정식 분자 변수-자기 및 교호 인력상수, 단량체 크기, 사슬 길이-가 사용된다. 기존의 블록공중합체 자기 조립 이론의 한계인 나노 구조의 가정이 없이 주어진 블록공중합체로부터 안정 또는 준안정 나노 구조가 결정되었다. 특히 보통의 UODT 블록공중합체뿐만 아니라 반대 개념의 LDOT 계의 블록공중합체가 모두 새로운 이론적 분자모사법에 의하여 기술이 가능하였다. 또한 많은 블록공중합체애서 관찰되고 있는 압방성 (barotropicity)과 압가소성 (baroplasticity) 이 모두 압축성을 도입한 새로운 분자모사법으로 기술되었다. 아울러 블록공중합체의 박막의 나노 구조 형성이 본 방법론으로 잘 기술됨을 보일 수 있었다.
    본 방법은 학술적으로는 블록공중합체의 자기조립 현상에 대한 물리화학적 설명을 가능하게 하고, 이 현상을 지배하는 분자 변수 추출이 가능하게 하여 우리나라 과학기술의 진흥에 일조할 수 있다. 이로부터 산업/경제적으로는 다양한 물성과 공정조건을 갖는 블록공중합체 신나노구조체 및 그 박막의 설계에 비약적인 발전을 기할 수 있으며, 적절한 공정 조건의 예측으로부터 생산 에너지를 절감하고, 목적하는 전자/바이오 응용 분야에 적합한 물성을 갖는 물질의 제조를 가능하게 할 수 있다고 사료된다.
  • Index terms
  • block copolymer, self-assembly, block copolymer thin film,nanomaterial design, compressibility, field-theoretic approach, barotropicity, baroplasticity
  • List of digital content of this reports
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