반응성 에시드 클로라이드인 트리멜리틱 안하이드라이드 클로라이드를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중 합을 통하여 트리멜리틱 부분을 측쇄로 갖는 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 2-에티닐피리딘과 트리멜리틱 안하이드라이드 클로라이드를 1:1 몰비로 DMF 용매에서 반응시킨 결과 해당 공액구조 고분자를 높은 수율로 합성 할 수 있었다. 첫 번째 반응 단계에서 만들어진 단량체인 N-치환-2-에티닐피리디늄 염은 별도의 촉매 사용없이도 중합반응이 잘 진행되었다. NMR, IR, UV-visible 등의 분광분석기를 사용하여 합성 고분자의 구조를 분석한 결과 설계한 치환기를 갖는 공액구조 고분자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 합성 고분자의 전기-광학적 특성과 전기 화학적 특성을 측정하였다. 본 고분자는 자외선 영역뿐만 아니라 가시광선 영역에서 500 nm까지 넓은 흡수 피크 를 보였으며 PL 최대값은 539 nm에서 나타났다.

벤조다이옥산 기능기를 갖는 새로운 이온성 폴리아세틸렌 유도체를 2-브로모메틸-1,4-벤조디옥산을 이용한 2-에티닐피리딘의 4차염화 중합법으로 합성하였다. 2-브로모메틸-1,4-벤조디옥산에 의한 2-에티닐피리딘의 4차염화 반응에 의해 먼저 생성된 단량체인 에티닐피리디늄 염은 별도의 촉매나 개시제 없이도 중합반응이 잘 진행되어 70% 수율로 원하는 이온성 폴리아세틸렌 유도체를 합성할 수 있었다. 여러 가지 분석장비를 이용하여 고분자 구 조를 분석한 결과 합성 고분자는 벤조디옥산 피리디늄 부분을 갖는 공액구조 고분자임을 확인할 수 있었다. 합성 공액구조 고분자는 메탄올, DMF, DMSO, NMP 등과 같은 극성 유기 용매에 잘 용해하었다. 이 고분자는 이온성 피리디늄 부분을 갖고 있는 특성으로, 공기 중에서 상대적으로 더 많은 흡습 특성을 보였다. 합성한 고분자의 전기 -광학적 및 전기화학적 특성을 측정하고 분석하였다. 비가역적 전기화학적 거동이 산화 피크와 환원 피크 사이에서 관찰되었다. 본 고분자는 피리디늄 치환기를 갖는 다른 폴리아세틸렌 유도체와 비슷하게 50 사이클까지 안정적인 산화환원 거동과 1.0V에서의 안정한 산화전류값을 나타내었다.

3-(2-브로모에틸)인돌을 사용한 2-에티닐피리딘의 4차염화 중합을 통해 새로운 이온성 폴리아세틸렌 유도체 를 합성하였다. 3-(2-브로모에틸)인돌을 사용한 2-에티닐피리딘의 중합은 균일하게 진행되었으며 비교적 높은 수율 로 중합체를 합성할 수 있었다(78%). 3-(2-브로모에틸)인돌에 의한 2-에티닐피리딘의 4차염화 반응에 의해 형성된 N-(3-에틸인돌)-2-에티닐피리디늄 브로마이드의 활성화된 아세틸렌 삼중 결합은 별도의 개시제나 촉매 없이도 중합 반응이 잘 진행됨을 알 수 있었다. 여러 가지 분석 장비를 이용하여 중합체의 구조를 확인한 결과 설계한 인돌 치 환기를 갖는 공액구조 고분자가 생성되었음을 확인할 수 있었다. 이 중합체는 DMF, DMAc, DMSO 등과 같은 극성 유기 용매에 잘 용해하였다. 중합체는 가시광선 영역인 457 nm에서 특징적인 흡수 피크, 600 nm에서 엣지 파장 을 보였다. 중합체의 사이클릭 볼타모그램은 산화와 환원 피크 사이에서 안정한 비가역적 전기화학 거동을 나타내 었다. 스캔 속도가 증가할수록 환원 전류량이 증가하였으며 주 환원 및 산화 피크는 -1.3 V 및 1.1 V에서 관찰되었 다.

Ni-rich계 양극 소재는 낮은 가격과 높은 용량으로 인해 고용량 달성을 위한 상용화 소재로 주목받고 있지만, 이 소재의 경 우 전기화학적 불안정성으로 인한 한계를 가진다. 그래서 다양한 표면 코팅 방법을 통해 성능향상을 이루고 있지만, 성능향상이 소 재와 코팅 방법때문인지 또는 코팅 범위가 넓어진 것 때문인지는 모호하게 남아 있다. 본 연구에서는 전이금속으로 양극 활물질을 코팅할 때 전구체 코팅 범위에 따른 리튬이온배터리 전기화학 성능평가를 분석하였다. 상업용 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 양극 소재 표면을 에탄올 용액에 용해된 리튬-코발트와 리튬-주석 아세테이트 전구체를 코팅하였고, 교반속도를 다르게 하여 (200 rpm 및 600 rpm) 전구체 코팅 범위를 다르게 하였다. 리튬-코발트 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 증가하였지만, 리튬 -주석 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 감소하였다. 하지만 원소의 종류에 관계없이 코팅 범위가 넓 은 경우에 상대적으로 우수한 전기화학적 성능을 나타내었다. 코팅된 양극 활물질의 물리적 특성은 SEM 및 XRD를 이용하여 분석하 였으며, 전기화학적 성능은 초기 충·방전 용량, 사이클 안정성 및 율속특성 테스트를 통해 조사하였다.

2-브로모메틸-1,3-디옥솔란을 이용한 2-에티닐피리딘의 중합을 통하여 측쇄에 디옥솔란 치환기를 갖는 새로운 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 별도의 촉매없이도 중합반응이 잘 진행되어 높은 수율의 중합체를 얻을 수 있었다(76%). 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비를 사용하여 분석한 결과 1,3-디옥솔란 부분을 갖는 설계한 공액구조 고분자임을 확인하였다. 고분자의 적외선분광분석 스펙트럼에서는 2110 cm-1 와 3293 cm-1에 서 관찰되었던 2-에티닐피리딘의 아세틸렌 특성피크를 보여주지 않는 대신 1620 cm-1 인근에서 공액이중결합의 탄소-탄소 이중결합의 특성 피크를 보다 강하게 보여주었다. 합성한 고분자의 전기전도도 및 전기-광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 요오드로 도핑한 고분자의 전기전도도는 1.82 x 10-3 S/cm 였다.

(트리플로로아세톡시)메틸 기능기를 갖는 디프로파길 단량체인 4-(트리플로로아세톡시)메틸-1,6- 헵타 디인을 합성하고 그 중합실험을 수행하였다. 여러 가지 전이금속촉매를 사용한 4-(트리플로로아세톡시)메틸 -1,6-헵타디인의 고리화중합을 통하여 해당 고분자인 폴리[4-(트리플로로아세톡시)메틸-1,6-헵타디 인]을 높은 수율로 합성하였다. 본 중합에서는 몰리브데늄 계 촉매가 텅스텐 계 촉매보다 더 효과적이였 다. 반응과정 중에 생성된 고분자의 가교화반응으로 합성 고분자들은 대부분 유기용매에 용해하지 않았다. 고분자의 IR 스펙 트럼에서는 단량체의 아세틸렌 C≡C 및 ≡C-H 신축진동띠를 보여주지 않았다. 이 고분자는 XRD 회절분석 결과 대부분 무정형상임이 밝혀졌다.

전이금속촉매를 사용한 4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인의 고리화중합을 통하여 고분자 반복단위 내에 고리구조를 갖는 공액구조 고분자인 폴리{4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인}(PBTFMH)을 합성하였다. 일반적으로 몰리브데늄 계 촉매를 사용한 경우의 중합수율이 텅스텐 계 촉매 를 사용한 경우의 그것보다는 높게 나타났다. 합성한 고분자는 중합과정중의 가교화반응으로 대부분 유기 용매에 용해하지 않았다. 고분자의 IR 스펙트럼에서는 단량체의 그것에서 나타났던 아세틸렌의 C≡C, 및 ≡C-H 신축진동띠를 보여주지 않았다. 이 고분자는 XRD 회절분석 결과 대부분 무정형상임이 밝혀졌다.

페로브스카이트 양자점에 물을 첨가하여 절대양자효율과 안정성이 향상되는 현상에 대해 연구를 수행하였다. 수분에 의해 특성이 저하되는 페로브스카이트 양자점의 일반적인 성질과 다르게 절대양자효율과 안정성이 향상되는 원인을 여러 가지 분석장비를 활용해 분석하였다. 물을 첨가했을 때 결정성이 향상되는 것을 확인하였다.

고등 복합재료 구조물 제작에 적용되는 고온경화용 에폭시 수지 시스템 경화물의 물리적 특성을 연구하였다. 고온경화용 에폭시 수지 경화물의 표면 몰폴로지는 저온경화용 수지 시편의 표면과는 달리 균일한 몰폴로지를 보여주었다. 이 수지 경화물의 열중량분석 결과 300 oC까지는 무게감소가 거의 없는, 즉 열적으로 매우 안정한 것으로 나타났는데, 이는 높은 가교화밀도에 기인한 것이다. 300-500 oC 영역에 서 급격한 무게감도는 매트릭스 수지의 본격적인 열분해에 기인한 것이다. 시편의 인장 및 압축 특성, 열 변형온도, 밀도, 부피수축 등의 특성을 측정하고 평가하였다.

강직한 아로마틱 기능기를 주쇄로 갖는 폴리아로마틱 고분자는 일반적으로 해당 단량체의 축합반응을 제조된다. 많은 유형의 폴리아로마틱 고분자 중에서 폴리(파라-페닐렌)과 폴리(페닐렌 술파이드)는 그 고분자 구조의 특성으로 내열성이 우수하고 기계적 특성과 내화학성이 뛰어난 고성능 열가소성 수지의 대표적인 예이다. 특히 폴리(페닐 렌 술파이드)는 전도성 고분자, 전자부품 엔캡슐레이트, 인쇄회로기판, 광섬유, 나노복합체 등 현대산업 기술에서는 없어서는 안될 중요한 소재로 자리 잡았다. 본고에서는 대표적인 폴리(아로마틱) 고분자인 폴리(파라-페닐렌)과 폴리(페 닐렌 술파이드)의 합성과 그 응용에 관한 그동안의 연구동향을 간단히 살펴보았다.

고성능 복합재의 설계와 제작에 있어서 경량화는 필수 트랜드이다. 본 연구에서는 DGEBA계 에폭시 그리고 폴리아마이드 아민으로 조합된 수지시스템과 글라스 버블을 이용한 경량 복합재료를 제조하고 그 특성을 평가하였다. 제조한 경량 복합제의 밀도는 0.31-0.53 g/cm3 범위였다. 실온에서 2일간 방치한 후 성형한 시료의 압축강도가 바로 60 oC에서 2시간 경화시킨 시편보다 2배 이상 높게 나타났다.

공액구조 고분자는 일반적으로 전도성, 착체형성, 색, 광학 비선형성, 높은 기체투과도, 광 및 전기 발광 등의 특성을 보인다. 다양한 유형의 전도성 고분자 중에서 폴리(아로마틱 헤테로사이클릭)은 해당 단량체의 화학적 혹은 전기화학적 중합을 통하여 합성되는 주쇄 방향족성 고분자이다. 이들 소재는 발광소자, 화학센서, 수퍼커페시터, 유기 태양전지, 유기 트랜지스터, 스마트 윈도우 등 다양한 응용 영역을 가지고 있다. 본고에서는 폴리(아로마틱 헤테로사 이클릭)의 합성과 응용에 관한 그동안의 연구동향을 제시하였다.

PVA 부직포의 방염성을 향상시키기 위하여 POCl3로 방염처리하였다. POCl3로 처리한 PVA 부직포의 물리적 및 열적 특성을 측정하고 분석하였다. 개질한 PVA 부직포는 대부분 물에 용해하지 않았으나 수축과 스웰링 특성을 보 였다. POCl3로 방염처리한 PVA 부직포의 열적 특성이 우수하고 방염특성이 원시료 보다 많이 우수한 것을 확인하였다. 그라프트 비와 염색성 사이의 선형관계는 PVA 부직포의 히드록시기와 POCl3가 공유결합으로 연결된 것에 기인하는 것 으로 분석되었다.

고성능 복합재료는 기존의 소재에 비해 우수한 기계적 물성을 보이며 특히 높은 비강도를 보인다. 복합재료 의 매트릭스로 사용되는 에폭시 수지는 이들의 독특한 화학반응성, 경화반응에 사용되는 경화제의 적절한 조합으로 많은 다양한 특성을 보일 수 있다. 본고에서는 고성능 복합재 구조물 제작에 사용되어온 에폭시 수지 시스템을 소개 하고자 한다. 필라멘트 와인딩 공법에 사용되는 에폭시 수지와 프리프레그 제조에 사용되는 에폭시 수지의 조성과 특 성을 중심으로 설명하였다.

고성능 복합재료 제조에 사용되는 고온경화용 에폭시 수지 시스템의 성형성을 연구하였다. 테트라글리시딜 메틸렌 디아닐린계 에폭시 수지 시스템의 조성과 화학구조를 여러 가지 분석장비를 이용하여 분석하고 확인하였다. 이 수지 시스템은 보통의 작업온도 조건에서 시간 경과에 따른 점도 상승이 미미한 것으로 나타났다. 유전 경화 모니 터링 방법을 이용하여 선정한 수지 시스템의 경화거동을 연구하였다.

고분자 주쇄가 공액구조를 갖는 고분자는 일반적으로 전기전도성, 비선형광학특성, 기체투과성, 자기성, 광 및 전기발광 등의 다양한 특성을 보인다. 공액구조 고분자의 이러한 특성을 근간으로 유기발광소자, 유기태양전지, FET, Schottky 다이오드, 배터리, 화학센서 등에서 중요한 소재로 이용되어 오고 있다. 지금까지 다양한 형태의 공액 구조 고분자가 설계되었는데, 특히 고분자 전해질은 고분자 구조 내의 많은 부분이 이온화가능하거나 이온성 부분을 갖는 분자량이 큰 물질을 말한다. 본고에서는 공액고분자 전해질의 분자설계와 합성, 더 나아가 이들의 응용에 관한 최근의 연구동향을 제시하였다.

1,2-디브로모에탄을 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 이온성 전도성 고분자를 높은 수율로 합 성하였다. 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비로 측정한 결과 설계한 N-(2-브로모에틸)피리디늄 브로마 이드를 갖는 공액구조 고분자임을 확인할 수 있었다. 이 고분자의 UV-Visible스펙트럼에서는 800 nm 까지 흡수 피 크를 보여주는데, 이는 공액구조 고분자의 π→ π* 전이에 기인한 것이다. 아울러 고분자의 전기전도도 및 전기광학 특성을 측정하고 분석하였다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 사이에서 매우 안정한 비가역 전기화학적 거동을 보였다.

소듐 2-브로모에탄술포네이트를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 새로운 이온성 폴리아세틸렌을 합성하였다. 중합반응은 균일하게 진행되었으며 높은 수율 (중합수율: 78%)로 해당고분자를 합성하였다. 반응 초기 사차 염화과정에서 생성된 활성화 N-(에틸술포네이트 소듐)-2-에티닐피리디늄 브로마이드가 중합반응의 단량체로 참여하고 있는 것으로 밝혀졌다. 고분자의 분자 구조를 여러 가지 분석기기로 확인한 결과 설계한 치환기를 갖는 폴리아세틸렌 유도체가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 합성 고분자의 고유점도는 0.12-0.15 dL/g 범위였으며 X-선 회절분석 결과 무정형상임을 확인할 수 있었다. 고분자의 광발광 피크가 593 nm에서 관찰되었는데, 이는 2.09 eV의 광에너지에 해당한다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 피크 사이에서 비가역 전기화학적 거동을 보였다.

WCl6-EtAlCl2 촉매계를 이용하여 비교적 큰 분자량을 갖는 폴리(페닐아세틸렌)을 합성하였다. 중합반응이 잘 진행되었으며 중합수율은 81%였다. 합성한 폴리(페닐아세틸렌) 분자구조를 NMR(1H-,13C-), IR, UV-visible, 원소분석 등으로 분석한 결과 페닐 치환기를 갖는 공액구조 고분자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 아울러 332 nm의 빛으로 여기시킬 경우 PL 최대 peak는 424 nm에서 관찰되었는데, 이는 2.93 eV의 광 에너지에 해당한다. 이 고분자의 순환 전압전류 그림은 도핑과 탈도핑사이에서 비가역적인 전기화학적 거동을 보여주었다. 이 고분자의 전기화학적 과정이 매우 안정하였으며, 스캔속도에 따른 산화전류 밀도 실험으로부터 이 고분자의 산화-환언 과정은 확산-제어과정에 따르는 것으로 분석되었다.

탄소섬유로 보강한 에폭시 복합재료를 필라멘트 와인딩 공법으로 제조하고 이의 기계적 및 전기적 특성을 연구하였다. 사단자법으로 제작한 UD-CFRP의 전기비저항을 유리전이 온도 부근에서 온도의 함수로서 알아보았다. 실온에서 세로 전기비저항 ρa와 가로 전기비저항 ρc는 방향에 따른 강한 이방성을 보였으며 이들의 비는 약 1:3000이었다. UD-CFRP 시편의 세로 및 가로 전기비저항은 처리된 에폭시 물질의 유리전이 온도 Tg 아래에서는 온도에 선형으로 감소하는 거동을 보였다. 그러나 Tg 위에서 UD-CFRP의 가로 전기비저항은 금속과 같은 거동을 나타내며 온도의 지수승에 비례하여 증가하였다. 전기비저항이 양의 온도 계수를 갖는 메커니즘은 Tg 위에서 온도가 증가함에 따라 탄소섬유 사이의 접촉이 끓어져서 전하운반자의 깡총뛰기나 터널링이 감소하기 때문으로 생각된다. 세로방향의 dc 전도에 관한 활성화 에너지는 Tg 아래에서 0.005 eV이고, Tg 위에서는 0.08 eV이었다.