[논문 리뷰] On a novel nanomaterial based on graphene and POSS: GRAPOSS

Luca Valentini, Marta Cardinali외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 15.

Silicone and Siloxane Chemistry참고 문헌 28인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 산화 그래핀(GO)과 아미노프로필 기능화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(POSS-NH2)을 조합한 새로운 하이브리드 나노물질인 GRAPOSS를 소개한다. 저자들은 GO 시트에 POSS-NH2를 접목시켜 감소된 산화 그래핀의 전기 전도도를 복원함으로써, 고분자 나노복합재 및 고급 재료 분야에서 유망한 응용 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

A novel nanomaterial which consists of graphene sheets decorated with silsesquioxane molecoles has been developed. Indeed, aminopropyl-silsesquioxane (POSS-NH2) has been employed to functionalize graphene oxide sheets (GOs). The surface grafting of GOs with POSS-NH2 has been established by infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, while the morphology has been investigated by field emission electron microscopy as well as by atomic force microscopy. The combination of the amino functionalized POSS molecules with GO sheets produces a hybrid silicon/graphite-based nanomaterial, named GRAPOSS, for which the electrical conductivity of reduced GO was restored, thus allowing promising exploitations in several fields such as polymer nanocomposites.

연구 동기 및 목표

• 산화 그래핀을 아미노프로필 실세스퀴옥산(POSS-NH2)으로 기능화하여 새로운 하이브리드 나노물질을 개발하기 위해
• POSS-NH2와의 공유 결합을 통해 산화 그래핀의 전기 전도도를 향상시키기 위해
• 결합된 하이브리드 물질의 구조적, 미세구조적, 전자적 특성을 특성화하기 위해
• 이 하이브리드 물질인 GRAPOSS가 고분자 나노복합재에 응용될 잠재력을 평가하기 위해

제안 방법

• 수정된 Hummers' 방법을 이용한 산화 그래핀(GO) 시트 합성
• 공유 결합을 통한 GO의 아미노프로필 실세스퀴옥산(POSS-NH2) 기능화
• FTIR을 이용한 GO와 POSS-NH2 간의 화학 결합 확인
• 표면 원소 조성 및 화학적 산화 상태 분석을 위한 X선 광전자 분광법(XPS)
• 형상 및 표면 미세 구조 분석을 위한 분산 전자현미경(FE-SEM) 및 원자력 현미경(AFM)
• 감소된 GO의 전기 전도도 측정을 통한 POSS 접합이 미치는 영향 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아미노프로필 기능화 POSS가 산화 그래핀 시트에 성공적으로 접합될 수 있는가?
• RQ2 POSS-NH2의 접합이 산화 그래핀의 전기 전도도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 결과로 생성된 GRAPOSS 하이브리드 물질의 미세구조적 및 표면 화학적 특성은 무엇인가?
• RQ4 POSS 기능화 후 감소된 산화 그래핀의 전기 전도도는 어느 정도 복원되는가?
• RQ5 GRAPOSS는 고분자 나노복합재에 어떤 잠재적 응용을 가질 수 있는가?

주요 결과

• FTIR 및 XPS 분광법을 통한 결과, POSS-NH2가 산화 그래핀에 성공적으로 공유 결합된 것으로 확인되었다.
• 분산 전자현미경 및 원자력 현미경 분석을 통해 GO 시트 표면에 균일하게 POSS-NH2 클러스터가 부착된 것으로 관찰되었다.
• POSS-NH2 기능화 후 감소된 그래핀 산화물의 전기 전도도가 효과적으로 복원되었다.
• GRAPOSS라는 이름이 붙은 하이브리드 물질은 실리카 기반 POSS와 탄소 기반 그래핀의 상호보완적 조합을 보이며, 그 功能적 다양성을 향상시켰다.
• 향상된 인터페이스 상호작용과 복원된 전기적 특성 덕분에, 고분자 나노복합재에 응용 가능성이 높아 보였다.
• 이 연구는 표면 화학을 정밀하게 제어하고 성능을 향상시킬 수 있는 그래핀 기반 나노물질을 설계하는 가용 가능한 길을 제시한다.