[논문]공액 전도성 고분자와 이온성 액체 간에 상호작용 연구

김중일; 김도영; 김인태

doi:10.12925/jkocs.2014.31.3.337

[국내논문] 공액 전도성 고분자와 이온성 액체 간에 상호작용 연구
Interaction of Conjugated Conducting Polymer with Ionic Liquids 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.31 no.3, 2014년, pp.337 - 344

김중일 (광운대학교 화학과) , 김도영 (광운대학교 전자바이오물리학과) , 김인태 (광운대학교 화학과)

초록
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이 논문은 온도차에 따라 변화되는 이온성 액체와 낮은 밴드갭을 갖는 고분자인 poly(2-heptadecyl-4-vinylthieno[3,4-d]thiazole)(PHVTT) 간의 상호작용 및 고분자의 거동을 조사하였다. 이온성 액체는 methyl imidazolium chloride([MIM]Cl), butyl methyl imidazolium chloride([BMIM]Cl), tri-butyl methyl ammonium methyl sulfate([TBMA][ $MeSO_4$])를 사용하였으며, 21, 28, 32, $37^{\circ}C$로 온도를 변화시키며 상호작용의 변화를 UV-vis spectroscopy, FT-IR spectroscopy, photoluminescence spectroscopy를 통해 확인한 결과 이온성 액체인 [MIM]Cl, [TBMA][$MeSO_4$]와 PHVTT의 상호작용은 점차 약해짐을 확인할 수 있었지만, [BMIM]Cl은 온도 변화에 따른 상호작용의 변화를 보이지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we have examined the interaction of low bandgap polymer {poly(2-heptadecyl-4-vinylthieno[3,4-d]thiazole)(PHVTT)} with ionic liquids. Further, we have studied the temperature dependent interactions between the ionic liquids [tri-butyl methyl ammonium methyl sulfate ([TBMA][$MeSO_4$]), methyl imidazolium chloride ([MIM]Cl) and butyl methyl imidazolium chloride ([BMIM]Cl)] and polymer using UV-vis spectroscopy, FT-IR spectroscopy, photoluminescence (PL) spectroscopy, as a function of temperature at 21, 28, 32, $37^{\circ}C$. These experimental results suggest that interactions of polymer with ionic liquids ([MIM]Cl, [TBMA][$MeSO_4$]) showed weak interactions by increasing temperature but [BMIM]Cl has no significant effect with increase in temperature.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

최근 상온에서 이온성 액체와 고분자사이의 상호작용을 토의하였으며, 아직 온도가 상호작용에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서는 관련 지식이 부족한 실정이다. 고분자와 이온성 액체인 tri-Butyl ammonium methyl sulfonate ([TBMA][MeSO4]), methyl imidazolium chloride([MIM]Cl), butyl methyl imidazolium chloride([BMIM]Cl), 를 혼합한 후 온도에 따른 상호작용에 변화를 UV-vis spectroscopy, FT-IR spectroscopy, photoluminescence spectroscopy를 통하여 관찰하였다.
003 g의 methyl imidazolium chloride([MIM]Cl), butyl methyl imidazolium chloride([BMIM]Cl), tri-butyl methyl ammonium methyl sulfate([TBMA][MeSO₄])를 각각 클로로포름 3 mL에 녹인다. 그 후 21, 28, 32, 37℃에서 8시간 교반하여 만들어진 이온성 액체/PHVTT 혼합물의 물성을 UV-vis spectroscopy과 FT-IR spectroscopy를 이용하여 측정하였다. 또한, Nile-red를 추가로 첨가한 후 각각의 온도에서 8시간 교반하여 photoluminescence spectroscopy를 이용해 결과를 측정하였다.
그 후 21, 28, 32, 37℃에서 8시간 교반하여 만들어진 이온성 액체/PHVTT 혼합물의 물성을 UV-vis spectroscopy과 FT-IR spectroscopy를 이용하여 측정하였다. 또한, Nile-red를 추가로 첨가한 후 각각의 온도에서 8시간 교반하여 photoluminescence spectroscopy를 이용해 결과를 측정하였다.
이는 열에 의한 구조적 장애가 발생함으로써 PHVTT의 흡수 기능이 약화됨을 의미한다. 이러한 열에 의한 PHVTT의 변화를 관찰한 이후 이온성 액체와 PHVTT(PHVTT)를 혼합하여 같은 방법으로 온도를 증가시키면서 분자간 상호작용의 광학적 물성 변화를 Fig. 3 에 표시하였다
이번 연구를 위해 합성된 PHVTT(PHVTT)의 경우 상온에서 750 nm 영역에서 최대 흡수 파장을 보인다는 것을 확인하였으며, 온도가 PHVTT에 미치는 영향을 UV-vis spectroscopy를 이용하여 조사하였다. 온도를 상승 시키며 확인해보았을때, 28℃ 에서 745 nm, 32℃ 에서 741 nm, 37℃에서 738 nm 의 최대 흡수 파장을 나타났다.
추가적인 광학적 특성을 확인하기 위하여 나일레드를 소량 첨가한 후 PHVTT와 PHVTT+이온성 액체 혼합물의 발광 특징을 조사하였으며 위 데이터는 Fig. 4 에 나타내었다..
합성된 고분자와 이온성 액체가 합성되었음을 확인하기 위하여 Jeol MSL 280 spectrometer를 사용하여 ¹H NMR과 ¹³C NMR 데이터를 얻었으며, THF 용매 하에서 폴리스티렌을 기준물질로 사용하는 영린기기사의 Gel permeation chromatography (GPC)를 통해 분자량을 확인하였다. 흡수 파장 영역은 scninco사의 S-3100 UV-vis spectrophotometer를 사용하여 확인하였고 분해능은 0.
흡수 파장 영역은 scninco사의 S-3100 UV-vis spectrophotometer를 사용하여 확인하였고 분해능은 0.95 nm 이며 파장 정확도는 ±0.5 nm, 파장 재현성은 ±0.02 nm 이다.

대상 데이터

02 nm 이다. FT-IR spectrometer는 Bohem MB series MB100이며 Photoluminescence spectroscopy는 Perkin elmer사의 LS 50B를 이용했으며, 제논 방전램프는 50Hz에서 7.3 W인 것을 사용하였다. 실험 방법은 0.
고분자와 이온성 액체의 합성에 이용되는 시료들은 시그마 알드리치(미국)에서 공급받았으며, 추가적인 순수화 없이 사용하였다. [MIM]Cl(methyl imidazolium chloride) 역시 시그마 알드리치에서 주문하였으며, 99.
3 W인 것을 사용하였다. 실험 방법은 0.001 g의 고분자(PHVTT)와 0.003 g의 methyl imidazolium chloride([MIM]Cl), butyl methyl imidazolium chloride([BMIM]Cl), tri-butyl methyl ammonium methyl sulfate([TBMA][MeSO₄])를 각각 클로로포름 3 mL에 녹인다. 그 후 21, 28, 32, 37℃에서 8시간 교반하여 만들어진 이온성 액체/PHVTT 혼합물의 물성을 UV-vis spectroscopy과 FT-IR spectroscopy를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

], [MIM]Cl, [BMIM]Cl을 각각 PHVTT와 혼합한 후 21 ℃에서 측정하였을 때 최대 흡수 파장은 781, 795, 790 nm를 보인다. 28℃에서 UV-vis 흡수 파장은 [TBMA][MeSO₄], [MIM]Cl는 약간의 blue shift되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 [BMIM]Cl과 PHVTT의 혼합물은 전혀 변화가 없었다.
이때 색이 급격하게 어두워지며 용액은 전체적으로 보라색 빛이 약간 도는 검은 색을 띤다. 72시간가량 교반시키면 색 변화는 더 이상 일어나지 않으며, 반응이 거의 종결되었음을 TLC를 통해서도 확인할 수 있다. 반응이 완결되면 고분자의 끝부분에 남은 Br과 Sn을 제거해 주기 위해 2-tributylstannylthiophene과 2-bromothiophene을 1시간 간격으로 첨가해 준다.
[TBMA][MeSO₄]/PHVTT 혼합물은 [MIM]Cl/PHVTT혼합물과 다른 유형을 보여주었는데, 21℃부터 37℃까지 지속적으로 Red shift가 진행되었다. [BMIM]Cl/PHVTT 혼합물은 최대 발광파장인 592 nm는 변함이 없이 온도가 상승할수록 피크가 더 넓어지는 특징을 나타냈다. 이는 결과적으로 UV-vis spectrum에서 보여주었던 것과 같은 PHVTT와의 상호작용이 [BMIM]Cl과 가장 강하게 일어나고 있음을 알 수 있었다.
하지만 [BMIM]Cl과 PHVTT의 혼합물은 전혀 변화가 없었다. 그리고 32℃와 37℃에서 각 혼합물을 재조사하였고, 28℃에서 나타난 측정값과 변함없이 일정한 값으로 측정되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 보았을 때, [BMIM]Cl과 PHVTT사이의 일어나는 파이-파이 겹침 상호작용이 다른 이온성 액체와 PHVTT사이의 상호작용과 비교하였을 때 가장 강하게 일어남을 알 수 있었다.
이러한 흡수 구간의 shift는 [TBMA][MeSO₄]와의 상호작용에 의하여 변화한 것이다. 또한 양자성 이온성 액체인 [MIM]Cl의 경우에서도 알킬 체인은 2622, 2971 cm^-1, C=C 결합은1551, 1584 cm^-1 로 변화되었으며 비양자성 이온성 액체인 [BMIM]Cl과 상호작용을 진행한 후에는 알킬체인이 2873, 2961 cm^-1, C=C 결합은 1465, 1572 cm^-1 로 변화되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 PHVTT와 이온성 액체 사이의 상호작용에 의한 것으로 확인하였다.
766 mmol)를 고체 상태로 빠르게 첨가하고 1 시간 동안 온도를 서서히 상온으로 올린다. 상온에서 2 시간 동안 교반한 후 THF를 감압제거한 후 혼합물을 triethyl amine으로 중화하고 silica gel 컬럼으로 정제하여 밝은 오렌지색 고체인 4,6-dibromo-2-heptadecyl-thieno[3,4-d]thiazole (0.67 g, 95%)를 얻을 수 있었다.; ¹H-NMR(400 MHz, CDCl₃) δ 2.
이번 연구를 위해 합성된 PHVTT(PHVTT)의 경우 상온에서 750 nm 영역에서 최대 흡수 파장을 보인다는 것을 확인하였으며, 온도가 PHVTT에 미치는 영향을 UV-vis spectroscopy를 이용하여 조사하였다. 온도를 상승 시키며 확인해보았을때, 28℃ 에서 745 nm, 32℃ 에서 741 nm, 37℃에서 738 nm 의 최대 흡수 파장을 나타났다. 이러한 변화를 나타낸 이유는 합성된 PHVTT의 안정성이 온도가 증가할수록 감소하기 때문이다.
[BMIM]Cl/PHVTT 혼합물은 최대 발광파장인 592 nm는 변함이 없이 온도가 상승할수록 피크가 더 넓어지는 특징을 나타냈다. 이는 결과적으로 UV-vis spectrum에서 보여주었던 것과 같은 PHVTT와의 상호작용이 [BMIM]Cl과 가장 강하게 일어나고 있음을 알 수 있었다.
그리고 32℃와 37℃에서 각 혼합물을 재조사하였고, 28℃에서 나타난 측정값과 변함없이 일정한 값으로 측정되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 보았을 때, [BMIM]Cl과 PHVTT사이의 일어나는 파이-파이 겹침 상호작용이 다른 이온성 액체와 PHVTT사이의 상호작용과 비교하였을 때 가장 강하게 일어남을 알 수 있었다.
이러한 결과는 PHVTT와 이온성 액체 사이의 상호작용에 의한 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 본 후 온도를 21~37℃까지 상승시키며 PHVTT과 이온성 액체/PHVTT 혼합물의 FT-IR을 확인해 보았고, 아무런 변화가 일어나지 않는 것을 확인하였다. 이는 온도가 상승하면서 구조적, 상호작용의 일부 장애가 일어나지만, 이온성 액체와 PHVTT간의 상호작용은 지속적으로 진행되고 있음을 보이는것이다.
이번 실험적인 데이터는 이온성 액체가 서로 다른 형태로 온도에 의해 상호작용이 진행된다는것을 UV-vis, FT-IR, Photoluminescence spectroscopy를 이용하여 확인할 수 있었다. 이온성 액체 중 [TBMA][MeSO₄], [MIM]Cl은 온도가 상승하면서 PHVTT와의 상호작용이 약해짐을 보였지만, [BMIM]Cl은 온도가 상승하여도 PHVTT와의 강한 상호작용에 의하여 거의 상온과 비슷한 특징들을 지속적으로 보여주었다.

후속연구

이온성 액체 중 [TBMA][MeSO₄], [MIM]Cl은 온도가 상승하면서 PHVTT와의 상호작용이 약해짐을 보였지만, [BMIM]Cl은 온도가 상승하여도 PHVTT와의 강한 상호작용에 의하여 거의 상온과 비슷한 특징들을 지속적으로 보여주었다. 이러한 결과들을 토대로 이온성 액체를 활용하여 PHVTT의 광학적 디바이스의 효율 상승 연구, 태양 전지 및 전기 디바이스 연구 분야에도 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
이온성 액체의 응용성은 수많은 과학자들에 의해 밝혀지며, 점차 그 응용 분야가 증가하는 추세이다 [10-15]. 이러한 구조적 특성으로 인해 갖게 되는 높은 전도도, 넓은 전기화학적 통로, 높은 화학적, 열적 안정성은 고분자와 이온성 액체 혼합물의 사용과 특성 연구에 도움을 줄것이다. Homopolymer[16], copolymer[17],crosslinked polymer[18], block copolymers[19-24]을 이온성 액체와 혼합하였을 때 기존보다 전도도가 증가된다는 연구가 발표되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이온성 액체의 구성은?	이온성 액체는 유기 양이온과 유, 무기 음이온으로 구성되어 있으며, 과학 분야에서 그 응용성 및 유용성이 증명되고 있다. 이러한 이온성 액체는 유기 양이온과 무기 또는 유기 음이온 형태를 이루고 있으며 약한 배위결합을 진행하고 있다.
	이온성 액체는 어떤 약한 결합을 하고 있는가?	이온성 액체는 유기 양이온과 유, 무기 음이온으로 구성되어 있으며, 과학 분야에서 그 응용성 및 유용성이 증명되고 있다. 이러한 이온성 액체는 유기 양이온과 무기 또는 유기 음이온 형태를 이루고 있으며 약한 배위결합을 진행하고 있다.[1-9].
	고분자는 유기 태양전지 분야에서 주목받고 있는 이유는?	현재 활발히 연구되고 있는 고분자는 유기 태양전지 분야에서 주목받고 있다. 그 이유는 저가로 대량생산이 가능하며, 열적 안정성과 가공성이 매우 뛰어나며, 열적 안정성이 좋고, 매우 빠르게 공정이 가능하기 때문이다. 최근 상온에서 이온성 액체와 고분자사이의 상호작용을 토의하였으며, 아직 온도가 상호작용에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서는 관련 지식이 부족한 실정이다.

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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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