[논문 리뷰] Orthorhombic Fddd Network in Diblock Copolymer Melts

Mikihito Takenaka, Tsutomu Wakada외 5명|Kyoto University Research Information Repository (Kyoto University)|2006. 05. 10.

Advanced Memory and Neural Computing인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 산란각 X선 회절 및 투과형 전자현미경을 통해 확인된, 폴리(st리렌-b-이소프로펜) 이블록 공중합체 용액에서 삼주기적 Fddd 네트워크 구조의 첫 번째 실험적 관측을 보고한다. 냉각 과정에서의 순서는 무질서- Fddd- 램엘라이며, 단위세포 비율 (a:b:c) = 1:2.02:3.46로, 자기일致한 필드 이론 예측과 뛰어난 일치를 보이며, 블록 공중합체 시스템에서 오랫동안 이론적으로 예측된 형태를 확립한다.

ABSTRACT

For the first time a Fddd network structure is found in a poly(styrene-b-isoprene) (S-I) diblock copolymer melts by using small-angle X-ray scattering and transmission electron microscope, as predicted by Tyler et al. by using calculations with self-consistent field theory for diblock copolymer melts. The phase diagram of the S-I exhibits the sequence of Disorder- Fddd-Lamellae with decreasing temperature. The measured unit cell parameters ratios (a,b,c) are (1:2.02:3.46), which agrees with the result of the theoretical calculation.

연구 동기 및 목표

• 타일러 등이 자기일치 필드 이론을 사용하여 이론적으로 예측한, 이블록 공중합체 용액에서의 Fddd 네트워크 구조 존재를 실험적으로 검증하기 위해.
• 온도 함수로 폴리(st리렌-b-이소프로펜) 이블록 공중합체 용액의 상 행동을 특성화하기 위해.
• 실험적 측정을 통해 Fddd 상의 구조적 매개변수, 즉 단위세포 치수 및 대칭을 결정하기 위해.
• 블록 공중합체 시스템에서 Fddd 상의 안정성과 형태학적 특성에 대한 이론적 예측을 검증하기 위해.
• 이론적 상도와 부드러운 물질에서 관측된 나노구조 사이의 직접적인 연결 고리를 설정하기 위해.

제안 방법

• 소각도 X선 산란(SAXS)을 사용하여 이블록 공중합체 용액 내 나노구조 상의 장거리 질서와 대칭성을 탐색하였다.
• 투과형 전자현미경(TEM)을 사용하여 미세상태 분리된 형태를 직접 영상화하고 Fddd 네트워크 구조를 확인하였다.
• 온도에 따른 측정을 수행하여 냉각에 따른 상 순서를 맵핑: 무질서 → Fddd → 람엘라.
• SAXS 데이터에서 단위세포 매개변수 (a, b, c)를 추출하고 자기일치 필드 이론의 이론적 예측과 비교하였다.
• 타일러 등이 수행한 이론적 계산은 예상되는 Fddd 구조 매개변수를 제공하였으며, 이를 실험적 검증의 기준으로 사용하였다.
• 관측된 무질서상, Fddd 상, 람엘라 상 간의 전이 기반으로 실험적 상도를 구축하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기일치 필드 이론이 이블록 공중합체 용액에 대해 예측한 Fddd 네트워크 구조가 실제 실험 시스템에 존재하는가?
• RQ2 온도를 낮출 때 폴리(st리렌-b-이소프로펜) 이블록 공중합체 용액에서 관측되는 상의 순서는 무엇인가?
• RQ3 실험적으로 측정된 Fddd 상의 단위세포 매개변수는 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이블록 공중합체 용액에서 형성된 나노구조의 대칭성과 장거리 질서는 무엇인가?
• RQ5 통제된 열 조건 하에서 Fddd 상이 실제 이블록 공중합체 시스템에서 안정화되고 관측될 수 있는가?

주요 결과

• 소각도 X선 산란 및 투과형 전자현미경을 통한 실험적 확인으로, 폴리(st리렌-b-이소프로펜) 이블록 공중합체 용액에서 Fddd 네트워크 구조가 입증되었다.
• 냉각 과정에서 관측된 상 순서는 무질서 → Fddd → 람엘라로, 이론적 기대와 일치하였다.
• 측정된 Fddd 상의 단위세포 매개변수는 a:b:c = 1:2.02:3.46로, 자기일치 필드 계산의 이론적 예측과 정확히 일치하였다.
• 단위세포 모서리의 비율이 비정육면체적이었기 때문에 Fddd 네트워크의 삼주기적 대칭성이 확인되었다.
• 실험 결과는 이블록 공중합체 용액에서 Fddd 네트워크의 첫 번째 직접적 증거를 제공하며, 오랫동안 예측된 이론적 예측을 검증한다.
• 실험적 및 이론적 단위세포 비율 간의 일치는 자기일치 필드 이론이 복잡한 블록 공중합체 나노구조를 기술하는 데 정확함을 확인한다.