Synthesis and Characterization of Metal Oxide-Based and Polydiacetylene-Based Electrospun Fibers

Abstract

In chapter Ⅰ, we report a facile growth route to synthesize hierarchically assembled single crystalline metallic RuO2 nanowires on electrospun IrO2 nanofibers via the combination of a simple vapor phase transport process with an electrospinning process. The hierarchical network formation of well-defined the hetero-nanostructures on electrospun nanofibers can be readily achieved by the favorable nucleation of gases RuOx precursors on the rough surface of particle-like IrO2 nanofibers and then subsequently the epitaxial crystal growth via a simple vapor-solid recrystallization process. This synthetic strategy could be thus extended to design a variety of highly branched network architectures of the functional hetero-nanostructures toward future applications. In chapter Ⅱ, we synthesized polydiacetylene (PDA) monomers bearing dimethyl amine (PCDA-DMEDA) and incorporated them with Poly(ethylene oxide) (PEO) into electrospun fibers. For the first time, we successfully demonstrated that PDA-based electrospun fibers can be used for the naked-eye detection of HCl gas by simple color change (blue to red). In chapter Ⅲ, thermoresponsive polydiacetylenes derived from ethylene oxide-containing bisdiacetylenes were synthesized. Thermochromic assays showed bis-polydiacetylenes have the colorimetrically reversible properties in the range of 40 ◦C and 60 ◦C in solution as well as in embedded PVA film. Interestingly, bis-polydiacetylenes (PDAs)-embedded electrospun fibers prepared from PEO backbone displayed much wider temperature range of the colorimetric response with reversibility between 40 ◦C and 80 ◦C.;첫 번째 장에서는 전기방사법과 화학기상증착법을 이용하여 전기방사한 이리듐옥사이드 나노 섬유 위에 금속성의 루테늄옥사이드 나노선을 계층적인 구조로 쉽게 합성하는 방법을 규명하였다. 거친 표면을 가진 이리듐옥사이드 나노 섬유 위에 가스 상태의 루테늄옥사이드 전구체가 결정핵을 형성하고 단순한 증기-고치 재결정 과정을 통해 결정축을 따라서 결정이 성장하는 과정을 거친다. 이러한 합성 방법은 나아가 응용에 있어서 기능성 복합 나노 구조체의 가지 구조를 계획하는데 도움이 될 것이다. 두 번째 장에서는 폴리다이아세틸렌에 디메틸아민기를 작용기로 가지는 폴리다이아세틸렌 단량체를 합성하여 염산을 검출하는 센서로서의 가능성을 보았다. 처음으로 단량체와 고분자인 폴리에틸렌옥사이드를 혼합하여 전기방사를 통해 섬유를 합성하였고 청색에서 적색으로의 섬유의 단순한 색 변화를 통해 육안으로 염산 가스를 검출하였다. 염산 가스의 농도가 2ppm, 노출 시간은 1초 안에 색 변화가 일어남을 확인하였다. 세 번째 장에서는 온도에 반응하여 색이 변하는 비스 폴리다이아세틸렌을 용액, 필름, 섬유의 형태로 나누어 온도에 따른 가역적인 색 변화를 연구하였다. 에틸렌옥사이드를 함유하는 비스폴리다이아세틸렌을 합성하였고 용액과 폴리비닐알코올 필름 상에서 40도부터 60도까지 가역적인 색 변화를 관찰하였다. 흥미롭게도 비스폴리다이아세틸렌에 고분자인 폴리에틸렌옥사이드를 혼합하여 전기방사한 섬유의 경우 40도부터 80도까지 더 넓은 범위에서 가역적인 색 변화를 보였다.