In this dissertation, anti-counterfeiting systems were proposed with versatile methods such as luminescence materials, optical materials, and polymeric structural architecture. We studied various novel anticounterfeiting systems exhibiting which is close to commercialization.
In chapter 1, we introduced various nanocomposite for optical encryption and its printing technique for mass production.
In chapter 2, we successfully developed a universal design principle for a highly stable PDA sensor platform with unprecedented stability when faced with environmental perturbation such as acids, bases, organic solvents, and thermal and mechanical stress. The stability of the PDA sensor system was enhanced by (i) rational control of the strong ionic bonds between cobalt ions and PCDA and (ii) maximization of the hydrophobic intermolecular interactions of PCDA-Co supramolecules. UCNs were incorporated into the highly stable PCDA-Co sensor system to selectively detect CN ions via stable dual signaling (colorimetric transition + luminescence color change), and a customized portable detection system was demonstrated. The developed sensor platform can be further employed in diverse PDA sensor systems for use in harsh environments (both night- and daytime) because of the simplicity of its synthesis and unusually high stability. Thus, this work provides insights into ways of overcoming the inherent disadvantages of PDA sensor systems for robust and practical dual signaling sensor applications.
In chapter 3, we developed facile synthetic method can effectively manipulate or tailor the luminescence color of UCNs with high luminescent intensity by involving SiO2 NPs to be used in the commercial high temperature thermal processes. We envision that the strategy of SiO2 NPs-promoted luminescence color change of UCNs combined with the described additive color mixing method is a particularly effective means to label information through stepwise alteration of the luminescence color in a high temperature industrial thermal process.
In chapter 4, we manufactured a simple, reusable, and reliable 3D hydrogel SERS substrate in microfluidic system with programmed and automated maskless flow lithography technique. In our system, silver nanoparticles (AgNPs) were synthesized uniformly in porous polymeric network by means of acrylic acid (AA). Using this system, we achieved 2.4 amplification of SERS signal for a typical analyte rhodamin 6G (R6G). Also, we confirmed reproducibility and reusability of our substrate over 20 cycles. Furthermore, our system worked for multiple targets: R6G, three isomers of ABA, and GHB without interference. Considering up-to-date SERS substrates, we estimate our system can open
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a new horizon for the progress of a robust and scalable SERS substrate to identify multiple miniscule targets with high sensitivity.
In chapter 5, we have invented a novel polydiacetylene (PDA) hologram system that has a 2D grating function when expanded in aprotic solvents and 3D refractive index anisotropy when contracted in protic solvents. Our polymeric hologram systems reversibly display either unique 3D full parallax signals or structural colors according to the type of solvents. This ability to reversibly expand and contract the polymeric structure enabled three holographic modes to be displayed in a single architecture, forming new polymeric hologram systems. Such holographic features were theoretically studied by DFT calculations, MD, and FEA simulations. Moreover, we presented a variety of encryption applications and our method has made considerable progress in anti-counterfeiting technologies. Based on our results, we believe that our method and system can open new avenues in the development of thin structures to actively manipulate light and will form the basis of self-signaling 4D printing materials.
To conclude, we investigated novel optical encryption system exhibiting superior to optical stability and close to real-world application
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Acknowledgements
전주에서만 살아온 촌뜨기가 울산에서 학위를 시작한 지도 7년이 넘었습니다. 그 긴 시간동안 함께해준 모든 분들께 감사드립니다.
먼저 제 지도교수님이신 이지석 교수님께 진심으로 감사드립니다. 연구적인 면에서 방법론, 실험 과정, 결론 도출 등의 기본적인 지식부터 업무적 지식과 능력, 그리고 인생을 살아가는 데 있어 통찰을 주심에 감사합니다. 인생을 바꿀 수 있는 조건 하나가 귀인을 만나라는 건데 저는 교수님과 인연을 맺은 게 제 인생을 바꾸는 계기가 되었습니다. 교수님께 받은 가르침들 잊지 않고, 더욱 정진하여 자랑스러운 제자가 될 수 있게 노력하겠습니다.
바쁘신 와중에도 기꺼이 박사 졸업 논문 심사위원을 맡아 주신 교내의 이창영 교수님, 안광진 교수님, 이동욱 교수님 및 교외의 이승구 교수님께 감사말씀 드립니다. 디펜스 때 말씀해주신 조언들 잊지 않고 사회에 나아가서도 기억하고 더 나은 사람이 될 수 있도록 열심히 살겠습니다.
긴 학위기간동안 도움을 준 실험실 사람들에게도 감사의 말씀드립니다. 같은 1기로써 긴 시간동안 함께 실험실을 이끌어간 종원이, 실험실의 첫 후배 영훈이, 랩장 이어받아서 고생하고 있는 창일이, 실험실에 서 궂은 일 맡아도 항상 잘하는 도원이, 통합과정이 아니라 박사과정 시작해서 열심히 일하는 병천이, 신 입생으로써 지난 1년간 고생한 채영이와 종규에게 감사하단 말 전하고 싶습니다. 그리고 실험실에서 못난 선배 만나서 고생했던 부사수들, 다혜와 혜리에게 고맙습니다. 먼저 졸업한 실험실 석사들에게도 감사합 니다. 처음부터 같이 고생했던 성현이, 항상 똑똑했던 다정이, 성실해서 배울 점이 많았던 수빈이, 활발했 던 희수에게 감사합니다. 특히나, 저의 첫 부사수였던 윤경이에게 정말 고맙다고 말하고 싶습니다. 모두 가 각자의 위치에서 잘되길 바랍니다. 그리고 실험실에서 시작해서 저와 새로운 모험을 함께하는 ‘깐부’
상균이에게 무한한 감사의 말 전합니다.
또한, 제가 어릴 때부터 함께해준 친구들과 학사 시절 친하게 지냈던 선후배 분들에게도 감사의 말 전 합니다. 전주에서 항상 함께했던 연탁, 기환, 정빈, 원기에게 고맙고 앞으로도 함께해주었으면 합니다. 고 등학교부터 지금까지 어울리는 상혁, 찬송, 호진이에게도 감사드립니다. 얼마 후 결혼하는 주혁이와 곧 박사가 될 종혁이에게도 그동안 함께해줘서 참 많은 도움되었다 말하고 싶습니다. 제가 2년 어린 후배인 데도 친구처럼 대해주신 참 감사한 선배님들, 동규형, 원진이형, 재훈이형, 종환이형, 명철이형 모두 감사 드립니다. 각자의 자리에서 고생하는 후배들, 혜성이, 경애, 진수, 진우에게도 고맙습니다.
마지막으로 편한 길 대신 어려운 길을 선택했어도 믿어주시고 지지해주시고 응원해주신 사랑하는 어머 니, 아버지와 동생 인하, 외할아버지, 외할머니에게 진심으로 감사하고 사랑한다는 말씀을 전하고 싶습니 다. 오랫동안 공부하는 아들을 위해 항상 응원해주시고 믿어 주셔서 감사합니다. 더 열심히 노력하여 자 랑스러운 아들, 오빠가 되겠습니다. 모두 감사합니다.
