[논문]치환된 알킬 사슬 혼합물의 자기조립 단분자막 구조지 STM 연구

손승배; 이해성; 전일철; 한재량

치환된 알킬 사슬 혼합물의 자기조립 단분자막 구조지 STM 연구
STM Study of Self Assembled Monolayer Formed from Binary Mixtures of Substituted Alkyl Chains 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.15 no.2, 2006년, pp.145 - 151

손승배 (전북대학교 화학과, 한국기초과학지원연구원) , 이해성 (한국기초과학지원연구원) , 전일철 (전북대학교 화학과) , 한재량 (전북대학교 화학과)

초록
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p-iodo-phenyl octadecyl ether (I-POE)와 p-iodo-phenyl docosyl ether (I-PDE)의 분자의 흑연표면에서의 자기조립과 이 두 분자로 이루어진 혼합물의 자기조립을 주사 터널링 현미경을 이용하여 연구하였다. 각 분자 시스템은 흑연 표면에서 head-to-tail 배향의 안정된 단분자막으로 자기조립한다. 혼합물 시스템에서는 I-POE와 I-PDE 분자들은 표면에서 섞이지 않고, 고립된 단분자막 도메인을 형성한다. 특히 I-POE 분자는 흑연 표면에서 단분자막 구조를 우선적으로 형성하는데 이는 알킬 사슬 길이와 작용기를 가진 헤드 그룹의 효과에 기인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The molecular assembly of p-iodo-phenyl octadecyl ether (I-POE), p-iodo-phenyl docosyl ether (I-PDE) and a binary mixture of these two molecules on graphite has been studied using a scanning tunneling microscope. Each molecular system self-assembles on the graphite surface to form a stable monolayer with a head-to-tail configuration. For the binary system, the I-POE and I-PDE molecules do not mix on the surface, preferring instead to form isolated monolayer domains. Here, the I-POE molecules are preferentially adsorbed on the graphite surface, due to the effects of alkyl chain length and the functional group on the monolayer structure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

몇몇 연구에 의하면 표면에서 이성분 알킬 혼합물들의 실험에서 한 알칸이 다른 것보다 훨씬 길 때, 더 긴 분자만이 흑연 표면에 흡착되는 것으로 나타났다 [23, 24], 부분적으로 섞이지 않는 단분자막이。1汨36과 C₃₆H₇₄ 분자들의 혼합으로부터 형성되기도 하였다 [25], 혼합물이 때표면에 흡착될 때 흡착구조 연구는 중요하다. 그래서 본 논문에선 치환된 알킬 혼합물로부터 형성되는 단분자막을 연구하였다.

가설 설정

특히 데칸이나 도데칸을 제외한 짧은 사슬의 알칸을 STM을 이용해 이미지를 얻는 것은 불가능하다. (ii) 알칸의 탄소 골격구조는 표면과 평행하게 눕는다. (ⅲ) n-alkane의 이성분 혼합물의 경우, 더 긴 분자가 큰 반데르발스 상호작용 때문에 흑연 표면에 우선적으로 흡착된다.

제안 방법

정리하면 순수한 (i) I-POE와 (ii) I-PDE, 그리고 (ⅲ) 이성분 혼합물의 자기조립 단분자막을 STM을 이용하여 흑연 표면에서 연구하였다. 단일 성분 단분자막에서 분자의 헤드 그룹은 밝은 부분으로 나타나는데, 그것은 HOMO 레벨의 전자 터널링 때문이다.
I-POE 또는 I-PDE의 물리 흡착된 자기조립 단분자막의 이미지들은 단결정 흑연 (Advance Ceramics, grade ZYA) 표면에 용액을 떨어뜨리고, STM 탐침을 이 용액에 담궈 얻었다. 각 단분자막의 이미지들은 액체/고체 계면에서 STM (Solver P-47, NT-MDT)을 사용하여 얻었다. 탐침은 직경 0.
순수한 1-phenythexane 에 I-POE 와 I-PDE를 녹여 이성분 혼합물을 제조하였다. 용매로 사용한 1-phenythexanee 흑연 표면에 흡착되지 않는다.

대상 데이터

n-alkane의 혼합물에 대한 몇몇의 연구에선 분자 길이의 차이가 6개 미만의 탄소 원자이면 3차원 용액에서 완벽하게 섞이는 것으로 보고되었다 [27-29]. 이 실험에서 I-POE와 I-PDE 분자들 사이의 사슬 길이 차이는 4개의 탄소 원자이다.
각 단분자막의 이미지들은 액체/고체 계면에서 STM (Solver P-47, NT-MDT)을 사용하여 얻었다. 탐침은 직경 0.25mm의 Pt/Ir 와이어를 잘라 사용하였다. 특정 샘플 바이어스 전압에서, 요오드 원자와 페닐 그룹의 전자구조에서 탐침의 전자구조로 터널링 현상이 생기며, 그로 인해 이미지에 대한 명백한 대비를 볼 수 있었다 [9].

이론/모형

특정 샘플 바이어스 전압에서, 요오드 원자와 페닐 그룹의 전자구조에서 탐침의 전자구조로 터널링 현상이 생기며, 그로 인해 이미지에 대한 명백한 대비를 볼 수 있었다 [9]. 모든 이미지들은 평균 평면 제거 (mean plane subtraction) 방법으로 처리되었다.

성능/효과

(1) />-iodo-phenyl octadecyl ether (I-POE; C24H41IO)와 (2) p-iodo-phenyl docosyl ether (I-PDE; C₂₈H₄₉lO) 분자들은 Williamson ether synthesis 방법으로 합성되었다 [26], 각 혼합물의 구조와 순도는 1H-NMR과 GC/MS에 의해 확인되었다. 순수한 1-phenythexane 에 I-POE 와 I-PDE를 녹여 이성분 혼합물을 제조하였다.
둘째, 짧은 길이의 알킬 사슬 분자(I-POE)가 흑연 표면에 단분자막으로 더 잘 흡착된다는 것이다. 열역학적 측면에서 본다면 n-alkane 혼합물에서 더 긴 분자들이 흑연 표면에 더 잘 흡착된다 [23, 24], n-alkane 용액과 흑연 표면 사이의 계면에서 알칸 단분자막의 구조에 대한 STM 연구를 요약하면 다음과 같다 [1-25]: (1) 상온에서 약 20개 탄소 원자보다 적은 길이의 n-al-kanee 흑연 표면에 자기조립 단분자막을 형성하지 않는다.
있다. 따라서 부피가 크고 작용기를 가진 헤드 그룹의 I-POE (I-PDE)는 n-&lkane과 비교해 알킬 사슬 사이에 큰 간격을 가지는데 [I-POE (I-PDE)는 9.8A (8.3a)], 이로 인해 알킬-알킬 간 수평 상호작용은 매우 약할 것으로 예상된다. I-POE와 I-PDE의 알킬 사슬 비교는 알킬 유도체와 같은 긴 사슬 알칸들로부터 보고되었는데, I-POE와 흑연 격자 간의 비교적 균일하고 주기적인 라멜라를 형성한다.
단일 성분 단분자막에서 분자의 헤드 그룹은 밝은 부분으로 나타나는데, 그것은 HOMO 레벨의 전자 터널링 때문이다. 이성분 혼합물에서 형성 된단 분자 막은 I-POE오+ I-PDE 분자들이 서로 섞이지 않고, I-POE 분자가 흑연 표면에 우선적으로흡착하는 것으로 나타났다. 인접한 도메인의 분자 축과 라멜라 방향 사이에 형성되는 각도를 분석하면, 헤드 그룹 간의 쌍극자-쌍극자 상호작용과 알킬 사슬 사이에 약한 반데르발스 상호작용이 존재하는 것을 알 수 있다.
이성분 혼합물에서 형성 된단 분자 막은 I-POE오+ I-PDE 분자들이 서로 섞이지 않고, I-POE 분자가 흑연 표면에 우선적으로흡착하는 것으로 나타났다. 인접한 도메인의 분자 축과 라멜라 방향 사이에 형성되는 각도를 분석하면, 헤드 그룹 간의 쌍극자-쌍극자 상호작용과 알킬 사슬 사이에 약한 반데르발스 상호작용이 존재하는 것을 알 수 있다. I-POE의 높은 흡착 안정성은 흑연과 알킬 사슬의 수직적 매칭과 부피가 큰 헤드 그룹의 존재 때문으로 분석된다.
두 가지 다른 특징이 있다. 첫째, 두 분자가 삼차원 용액에서는 잘 섞여도 2차원 표면에서는 섞이지 않는다는 것이다. 이성분 혼합물들의 성질은 주로 분자의 사슬 길이들의 차이에 결정된다고 보고되었다 [23, 24].
흥미롭게도 I-POE와 I-PDE 분자들은 흑연 표면에서 섞이지 않는다. 혼합된 단분자막의 STM 이미지에서 단일 성분의 도메인 경계가 더 자주 관찰되었고, 따라서 관찰된 라멜라 도메인들의 크기는 단일 성분 단분자막의 STM 이미지에서 관찰된 것보다 작았다. 그 밖에도 다수의 무질서한 영역들이 도메인의 경계면에서 관찰되었으며, 그 영역 비율은 약 3%이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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