고분자 특성분석 지상강좌 고분자 과학과 기술 제 27 권 3 호 2016년 6월 245 강현구 2016 인하대학교 화학과 학사 2016-현재 인하대학교 화학․ 화공융합학과 석사과정 김명웅 2002 한양대학교 화학과 학사 2004 한양대학교 화학과 석사 2004-2007 금호석유화학 전자화학연구소 연구원 2013 Department of Materials Science and Engineering, University of Wisconsin, Madison 박사 2013-2015 Department of Materials Science and Engineering, Cornell University 박사후 연구원 2015-현재 인하대학교 화학과 조교수 엑스선 광전자 분광법을 이용한 고분자 박막 분석 기술 X-ray Photoelectron Spectroscopy to Characterize Polymer Thin Films 강현구ㆍ김명웅 | Hyun Goo KangㆍMyungwoong Kim Department of Chemistry, Inha University, 100 Inha-ro, Nam-gu, Incheon 22212, Korea E-mailmkim233@inha.ac.kr 1. 서론 광전자 분광법 X-ray photoelectron spectroscopy, XPS 은 표면 분석에 있...

강현구ㆍ김명웅 고분자 과학과 기술 제 27 권 3 호 2016년 6월 247 a b c 그림 3. 불소를 포함한 고분자 브러쉬의 XPS 스펙트럼. a SPF0 R = -CH3 , SPF3 R = -CF3 , SPF7 R = -C3F7 , SPF17 R = -C8F17 의 survey 스펙트럼, b and c SPF7, SPF17 브러쉬의 C 1s multiplex 스펙트럼.1 Reproduced with permission of Langmuir. Copyright 2014 American Chemical Society. a b 그림 2. a Poly 2-hydroxyethyl methacrylate 브러쉬의 survey 스펙트럼, b C 1s 부분을 고분해능으로 측정한 multiplex 스펙트럼. 엑스선에 의해 방출되는 전자가 시료 내부로부터 표면 밖 으로 탈출하기 위하여 움직이는 동안 시료 내부에 존재하는 원소들의 전자들과 연속적인 비탄성 충돌을 하게 된다. 비탄 성 충돌을 한 광전자는 에너지를 잃어버리게 되어 핵심부 전 자의 결합 에너지에 관한 정보를 더 이상 가지고 있지 않은 상태가 된다. 이러한 전자의 특성을 설...

강현구ㆍ김명웅 고분자 과학과 기술 제 27 권 3 호 2016년 6월 249 a b c 그림 4. a 열가교를 통하여 형성한 개시제 포함 고분자 박막의 제조 및 고분자 브러쉬 합성. b 엑스선이 조사되었을 때 방출되는 세 가지 종류의 광전자. c 위의 시스템에서 얻은 XPS 스펙트럼.4 Reproduced with permission of Langmuir. Copyright 2013 American Chemical Society. 위한 기반이 되는 식이다. ATRP 개시제를 포함한 고분자 박 막이 실리콘 기판 위 존재하는 native SiO2 위에 제조되었고 해당 고분자 박막의 두께가 충분히 얇을 때, 광전자는 엑스선이 조사되었을 때 실리콘, native SiO2, 고분자 박막의 세 개의 층 에서 발생하게 되고, 이 전자들은 3가지 경로로 방출이 된다. 무기물이 SiO2 이고 고분자 박막에 ATRP 개시제로서 C-Br 결합이 존재할 때, 발생하는 광전자는 다음과 같다 그림 4b i 실리콘 기판에서 방�...

강현구ㆍ김명웅 고분자 과학과 기술 제 27 권 3 호 2016년 6월 251 a b c 그림 7. a 판상 구조를 갖는 블록 공중합체와 리튬 염을 혼합한 후 에칭을 이용한 수직적 화학 조성 분석 방법, b 두께에 따른 네 가지 원소의 XPS 스펙트럼, c 이를 바탕으로 분석한 두께에 따른 원자 백분율, 즉 수직적 화학 조성.18 Reproduced with permission of ACS Nano. Copyright 2015 American Chemical Society. 다른 예시로 블록 공중합체를 이용한 나노 구조의 박막 상 모폴로지 및 배향성을 용매 증기를 이용하여 조절하는 프로 세스,14 수직 구조화된 블록 공중합체 박막의 한 블록을 용매 를 이용하여 팽창시켜 수 나노미터 크기를 갖는 작은 구멍을 제작하는 BCP 박막 표면 재건설 reconstruction 프로세스 를 각분해 XPS를 이용하여 분석하는 것이 가능하다.15 이 뿐만 아니라 각분해 XPS 분석법은 유기 박막의 두...

강현구ㆍ김명웅 고분자 과학과 기술 제 27 권 3 호 2016년 6월 253 원자가 포함되어 있지 않기 때문에 N 1s XPS 스펙트럼을 통해 반응의 정도를 추적할 수 있다. 이를 통해 PGMA 브러 쉬 내부로 프로필 아민이 어느 깊이까지 침투하여 반응을 일 으키는가에 관한 자세한 정보를 얻을 수 있으며, 이는 분자의 크기와 고분자 박막 내 확산의 상관관계를 찾을 수 있는 중 요한 연구라 할 수 있다. 3. 결론 지금까지 XPS 분석법의 기초적인 원리와 이를 이용한 고 분자 박막에 대한 다양한 분석 방법에 대하여 살펴보았다. XPS 분석법은 고분자 박막 표면의 다양한 정보에 쉽게 접근 할 수 있기 때문에 표면 및 계면을 연구하는 과학자들이 즐 겨 사용하는 분석 방법이다. XPS를 통해 고분자 표면의 정성 분석 및 정량 분석뿐 아니라 표면의 화학 조성 및 화합 결합 상태, 깊이에...