KR101515118B1 - C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법 - Google Patents

C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법 Download PDF

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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계; 및 밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계를 포함하는 C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 제조 방법을 이용하면 보다 간단하고, 마일드한 조건에서 C60 분자 및 공액계 유기 분자를 수직방향으로 성장시킬 수 있다.

Description

C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법{PREPARING METHOD OF VERTICALLY GROWN NANOSTRUCTURES OF C60 AND CONJUGATED MOLECULE}
본 발명은 C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 간단하고, 마일드한 조건에서 C60 분자 및 공액계 유기 분자를 수직방향으로 결정화하여, 수직성장 나노 구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
C60 분자, 공액계 유기 분자 등의 효과적인 성장 방법은 이들 분자가 파우더 또는 용액상태에서 보이는 특성과 크게 다른 특성을 보이는 새로운 물질을 디자인 할 수 있는 기회를 제공할 수 있기 때문에 연구가 지속적으로 진행되는 분야이다.
종래 용액상에서 유기 분자들을 자발적으로 침전시키는 방법이 알려져 있으며, 용액-용액, 용액-공기, 용액-공기-고체 경계에서 목표 분자의 자가결정화를 포함하며, 특히, 용액-증기-고체 경계에서의 결정화는 drop-drying이라 불리는 매우 간단한 과정으로 이루어질 수 있다.
상기 drop-drying방법은 C60 분자, 공액계 유기 분자 등의 유기 분자들을 용매에 녹인 후 drop-drying하는 매우 간단한 방법으로, 상온에서 유기 분자의 0D, 1D, 2D의 나노·마이크로 구조체를 제조할 수 있다. 이러한 drop-drying방법은 과정이 매우 간편할 뿐만 아니라 수율과 반응시간 측면에서도 높은 효율성을 가짐으로써 많은 관심을 끌고 있다. 그러나, 상기 drop-drying방법으로는 제조되는 구조체의 성장방향을 조절하지 못하는 한계가 있다.
그리고, 매우 제한적인 분자(peptide, 1,5-diaminoanthraquinone, copper phthalocyanine)에 대해서 수직성장 나노 구조체의 제조 방법이 보고된바 있다. 그러나, 상기 분자들 중에서도 빠른 용매증발을 통해 수직방향으로 방향성(aromatic) dipeptide 나노튜브가 합성된 경우를 제외하면, 다른 모든 경우는 높은 온도나 주형 혹은 물리적 증기 운송(physical vapor transport) 환경을 요구하여, 경제성이 낮고, 산업에의 적용에 한계가 있었다.
이에 따라, C60 분자, 공액계 유기 분자 등의 분자들을 보다 간단하고, 마일드한 조건에서의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법의 개발이 여전히 필요하다.
본 발명은 보다 간단하고, 마일드한 조건에서 C60 분자 및 공액계 유기 분자를 수직방향으로 결정화하여, 수직성장 나노 구조체를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계; 및 밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계를 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계; 및 밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계를 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 종래 유기 분자의 0D, 1D, 2D의 나노·마이크로 구조체를 제조하던 drop-drying 방법은 제조되는 구조체의 성장방향을 조절하지 못하는 한계가 있으며, 제한적인 일부 유기 분자들에 대해서 수직성장 나노 구조체의 제조 방법이 보고된 바 있지만, 이 또한 공정 조건과 방법이 산업에 적용하기에 용이하지 않음을 인식하고, 보다 간단하고, 마일드한 조건에서 C60 분자, 공액계 유기 분자 등의 나노 구조체의 성장방향을 제어할 수 있는 방법에 대한 연구를 진행하였다.
그 결과, C60 분자, 공액계 유기 분자를 이용하여 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하고, 밀폐 용기에 상기 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 하는 간단한 방법으로도 C60 및 공액계 유기 분자를 수직 방향으로 성장시켜, 수직성장 나노 구조체를 제조할 수 있음을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 일 구현예의 C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법에서, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계는 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 기판 위에 열증착시키는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 상기 일 구현예의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법은 C60 분자, 공액계 유기 분자를 이용하여 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하고, 이를 용매 어닐링하여 제조하는 것으로, C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 필름으로 제조하고, 용매 어닐링 단계를 실시하는 경우 이들 분자가 용매의 증발방향에 영향을 받아 기판에 수직방향으로 자라나는 특징이 있으므로, C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 열증착 이외의 방법으로 준비하는 경우에 비하여 굵고 균일한 형태의 나노 구조체를 얻을 수 있다.
상기 C60 분자는 탄소원자가 5각형과 6각형으로 이루어진 축구공 모양으로 연결된 분자를 통틀어 이르는 것으로, 풀러렌(fullerene)의 한 종류이다.
그리고, 상기 공액계 유기 분자는 2개 이상의 다중결합이 단결합을 매개로 하나 건너로 연결되어 있는 유기 분자를 통틀어 이르는 것으로, 구체적인 예로는 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene, rubrene, squaraine, 5,7,12,14-pentacenetetrone 등을 들 수 있다.
또한, 상기 기판은 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 증착시키기 위한 기재에 해당하는 것으로, 필름의 제조에 사용되는 것으로 알려진 기판을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 석영(quartz), 산화실리콘, 또는 실리콘 기판 등을 사용하는 경우 상기 기판은 증착되는 물질과의 특정한 상호작용이 없어 증착된 물질을 수직방향으로 성장시킬 수 있으므로 바람직하다.
상기 열증착은 C60 분자 또는 공액계 유기 분자에 열을 가하여 기화시키고, 이를 기판 위에 필름(박막) 형태로 증착시키는 것을 의미하고, 증착시키고자 하는 물질의 종류에 따라 온도, 압력 및 시간을 적절히 조절 할 수 있다.
보다 구체적으로, C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 기판 위에 열증착시키는 단계는 200℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 250 내지 1000℃에서 수행될 수 있다. 온도가 너무 낮은 경우 상기 유기 분자가 완전히 기화되지 못하여 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름의 두께가 균일하게 형성되지 못할 수 있으며, 온도가 너무 높은 경우 유기 분자 또는 기판 등이 부 반응을 일으킬 수 있다.
그리고, 상기 열증착시키는 단계는 10-5torr 이하의 압력하에서 수행될 수 있다. 상기 압력이 너무 높은 경우 증착물질의 평균자유행로(mean free path)가 짧아짐에 따라 증착되는 필름의 두께가 일정하지 않을 수 있고, 이에 따라 균일한 길이의 구조체를 얻지 못할 수 있다.
또한, 상기 열증착시키는 단계는 10분 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름의 두께는 10 내지 100nm일 수 있다. 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름의 두께는 제조되는 구조체의 길이와 두께와 관련이 있으며, 상기 필름의 두께가 너무 얇은 경우 C60 분자 또는 공액계 유기 분자의 양이 적어 특정 구조체로의 성장이 어려울 수 있고, 필름의 두께가 너무 두꺼운 경우 용매증발의 영향을 받는 최상위층 필름에서의 용매와 필름과의 상호작용에 비하여, 아래층 필름을 이루는 물질 사이의 상호작용이 더 우세하여 제조되는 나노 구조체가 균일하게 수직 성장하지 않을 수 있다.
그리고, 상기 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 기판 위에 열증착시키는 단계를 포함하여 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계 이후에, 밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.
C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조를 위해서는 용매 움직임의 주된 방향을 기판에 수직방향으로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 일 구현예의 제조방법의 용매 어닐링하는 단계에서는 용매가 기화되어, 용매 증기가 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름 위를 덮게 되어 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 적시게 되고, 용매가 다시 증발하는 과정을 반복하는 일종의 동적 평형 상태가 나타날 수 있다. 이러한 동적 평형 상태에서 용매가 필름으로부터 이동하는 방향은 수직방향이 되므로, 분자들은 이러한 용매의 수직방향 움직임에 영향을 받아 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름의 C60 분자 또는 공액계 유기 분자가 수직방향으로 결정화될 수 있다.
보다 구체적으로, 마이크로 크기의 용액방울에 작용하는 힘을 단순화한 모델인 도 1을 바탕으로 설명하면 다음과 같다. C60분자가 용매에 녹아있는 용액의 일반적인 drop-drying 과정에서는 큰 용액방울을 형성함으로써 기판에 수평방향으로 작용하는 용매의 힘(FL)이 우세하므로, 결과적으로 기판에 수평방향으로 결정화된 C60나노와이어가 얻어질 수 있다.
이와는 반대로, 수직방향으로 나노 구조체를 결정화하기 위해서는 FL이 작아져야만 하고 용매의 수직방향으로의 증발하는 힘(FV)이 극대화되어야 하는데, 증기압력이 높은 용매를 사용하여 상술한 바와 같이 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필을 용매 어닐링하는 경우, 수직방향으로 나노 구조체를 결정화할 수 있다.
따라서 상기 용매로는 증기 압력이 높은 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, m-xylene, CCl4, mesitylene, toluene, CH2Cl2, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 용매 어닐링하는 단계는 20 내지 50℃에서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 30℃에서 이루어질 수 있다. 상기 온도가 너무 낮은 경우 용매가 기화되지 않아 상술한 수직방향 성장에 필요한 만큼 활발한 동적 평형 상태가 나타나지 않을 수 있고, 이에 따라 균일한 형태로 수직성장한 나노 구조체가 제조되지 않을 수 있다. 또한, 상기 온도가 너무 높은 경우, 필요 이상의 용매가 C60 필름 또는 공액계 유기 분자를 녹이고 그 주변에 존재하여 drop-drying과 비슷한 상황을 형성함으로써 수직증발의 영향보다는 수평방향의 움직임에 의한 영향을 주로 받게 되거나, C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매가 반응하는 등의 의도하지 않은 부 반응이 진행될 수 있다.
특히, 상기 용매 어닐링하는 단계의 온도는 기존에 보고된 바 있는 수직성장 나노 구조체의 제조 방법의 경우에 비하여 현저히 낮은 상온 범위의 온도에 불과하여, 보다 온화한 조건에서 반응을 진행할 수 있다. 그리고, 상기 온도는 일반적으로 사용하는 오븐, 전열기 등의 가열 장치를 제한 없이 사용하여 조절할 수 있으며, 이러한 용매 어닐링하는 단계는 1 내지 24시간 동안 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매가 투입되는 밀폐 용기는 일정한 증기압력을 유지하기 위하여 밀폐 기능을 가진 것이라면 크기와 형태에 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리병, 테플론 용기, PFA용기 또는 바이알(vial)을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계에서, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매는 접촉하지 않을 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 용매를 기화시켜, 상기 용매 증기를 필름에 응축·증발시키는 동적 평형 상태를 유지하기 위하여, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매는 접촉하지 않고, 밀폐 공간에서 공존하는 상태일 수 있다.
한편, 상기 용매 어닐링하는 단계 이후에, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 밀폐 용기 외부에서 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조하는 단계는 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 용매 어닐링하는 단계 이후에, 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름에 응축된 용매를 증발시키기 위한 것으로, 상온 및 공기 중에서 1시간 내지 24시간 동안 이루어질 수 있다.
상술한 일 구현예의 C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법에 따르면, C60 분자 또는 공액계 유기 분자가 수직 방향으로 결정화된 수직성장 나노 구조체를 제조할 수 있고, 이러한 나노 구조체의 형상 및 구조체는 SEM 사진, TEM 사진, XRD, Raman, SAED 패턴 등을 통해 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보다 간단하고, 마일드한 조건에서 C60 분자 및 공액계 유기 분자를 수직방향으로 결정화하여, 수직성장 나노 구조체를 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 마이크로 크기의 용액방울에 작용하는 힘을 단순화 한 모델이다.
도 2는 실시예 1의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 XRD 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 Raman 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 SAED 패턴이다.
도 6은 실시예 2의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 2의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 XRD, SAED 패턴이다.
도 8은 실시예 3의 C60 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 9는 실시예 4의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 10은 실시예 5의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 11은 비교예 1의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 광학현미경 사진이다.
도 12는 비교예 2의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 광학현미경 사진이다.
도 13은 비교예 3의 C60 분자의 나노 구조체의 SEM 사진이다.
도 14는 비교예 4의 C60 풀러렌 용액 기판의 SEM사진이다.
도 15는 비교예 4의 C60 분자의 나노 구조체의 SEM 사진이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실험예 : 나노 구조체의 구조분석]
하기 실시예에서 제조한 C60, 공액계 유기 분자의 구조체는 10Å 이하의 매우 얇은 Pt를 증착 시킨 후, 주사전자현미경(SEM, JEOL, JSM-7410F)으로 관찰하였다. 나노 구조체의 구조정보는 대해서는 투과전자현미경(TEM, Carl Zeiss, EM 912 omega), 제한시야 전자 회절법(SAED), 그리고 엑스레이 회절법(XRD)를 사용하여 분석했다. TEM을 위해서는 수직방향으로 자란 구조체 위에 Cu 격자판(Ted Pella, Inc., 400 mesh)을 부드럽게 미는 방법을 통해 샘플링을 했으며, XRD는 포항 가속기 5D 빔라인에서 파장 1.2390Å의 전자빔을 사용하여 얻었으며, 1.54057Å의 파장으로 변환하여 도면에 나타냈다. 그리고, C60 나노 구조체가 용매를 포함함을 확인하기 위해서는 Raman 분광기(Alpha 300R,WITEC, 532nm diode laser, power =0.1 mW, grating = 1800 g/mm, BLZ = 500 nm)를 사용했다.
[ 실시예 1]
C60 풀러렌 파우더는 MTR Ltd.에서 순도 99.95% 이상인 것을 구매하여 추가의 정제과정 없이 사용하였고, 실리콘 기판은 증류수, acetone, 2-prapanol의 순으로 씻은 후 질소가스로 건조시키는 방식으로 세척하여 준비하였다.
미리 씻어둔 실리콘 기판 위에 C60 풀러렌 파우더를 열증착 방법을 통해(540℃, 7시간) 60nm 정도의 두께의 C60 필름을 제조하였다.
다음으로, 70mL 부피의 바이알 안에 5mL의 m-xylene(Sigma-Aldrich, 99%) 용매를 넣어주었다. 이 후 C60 필름과 용매가 직접적으로 닿는 것을 피하기 위해, 20mL 부피의 상대적으로 작은 바이알을 큰 바이알 안에 넣은 후, 이 위에 C60 필름을 올려놓았다. C60 필름을 위치시킨 후에는 바이알 뚜껑을 닫은 후, 28℃로 설정된 오븐에 12 시간 동안 보관했다. 반응이 완료된 후, C60 필름을 조심스럽게 꺼낸 후 공기 중에서 6시간 이상 C60 필름 위에 응축된 용매를 증발시켜, C60 분자의 수직성장 나노 구조체를 제조하였다.
실시예 1의 C60 분자의 수직성장 나노 구조체의 SEM 사진은 도 2에 나타내었고, XRD, Raman, 그리고 SAED 패턴을 각각 도 3 내지 도 5에 나타내었다.
도 2의 SEM 사진으로부터 상기 실시예 1의 나노 구조체가 기판에 수직방향으로 결정화된 형태를 나타냄을 확인할 수 있었으며, 도 5의 SAED 패턴을 통해 C60 나노 구조체가 [1-10]의 zone axis를 갖고 있으며, 구조체 성장축은 [001] 방향임을 확인할 수 있었다.
또한, 도 3에는 상기 실시예 1의 나노 구조체(검정)와 상기 수직성장 나노 구조체를 인위로 비스듬히 눌러줌으로써 제조한 수평방향 나노 구조체(파랑)의 XRD 그래프가 도시되어 있으며, 상기 XRD 그래프로부터 실시예 1의 나노 구조체가 동일한 용매를 사용한 여타 나노 구조체들과 같은 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 4의 Raman shift로부터 상기 실시예 1의 나노 구조체가 m-xylene 용매를 포함하였음을 확인할 수 있는데, 이는 상기 실시예 1의 나노 구조체가 C60 파우더에 비해 Hg(1) 모드의 피크가 272cm - 1에서 270cm - 1로 옮겨갔으며, Ag(1) 모드의 피크는 496cm - 1 에서 494cm - 1로 옮겨간 것으로부터 유추할 수 있다.
[ 실시예 2]
열증착 방법의 조건을 450℃, 3시간 30분으로 변경하고 C60 필름의 두께를 10nm로 제조하였으며, 용매로 m-xylene 대신에 CCl4(Sigma-Aldrich, 99.9%)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 C60 분자의 수직성장 나노 구조체를 제조하였다.
상기 실시예 2의 C60 나노 구조체의 SEM 사진과 XRD, SAED 패턴을 도 6 내지 도 7에 나타내었다.
도 6의 SEM 사진으로부터 상기 실시예 2의 나노 구조체가 기판에 수직방향으로 결정화된 형태를 나타냄을 확인할 수 있었으며, 도 7의 XRD와 SAED 패턴으로부터 hexagonal system를 갖는 것으로 확인되었다.
[ 실시예 3]
열증착 방법의 조건을 450℃, 3시간 30분으로 변경하고 C60 필름의 두께를 10nm로 제조하였으며, 용매로 m-xylene 대신에 mesitylene(Sigma-Aldrich, 98%)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 C60 분자의 수직성장 나노 구조체를 제조하였다.
상기 실시예 3의 C60 나노 구조체의 SEM 사진을 도 8에 나타내었다.
도 8의 SEM 사진으로부터 상기 실시예 3의 나노 구조체가 기판에 1um 정도 길이로 수직방향으로 결정화된 형태를 나타냄을 확인할 수 있다.
[ 실시예 4]
C60 풀러렌 파우더 대신에 5,7,12,14-pentacenetetrone을 사용하고, 열증착 방법의 조건을 3x10-6 Torr, 300℃, 30분으로 변경하고, 필름의 두께를 60nm로 제조하였으며, 용매로 toluene을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체를 제조하였다.
상기 실시예 4의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 SEM 사진을 도 9에 나타내었다.
도 9의 SEM 사진으로부터 상기 실시예 4의 나노 구조체가 기판에 수직방향으로 결정화된 형태를 나타냄을 확인할 수 있다.
[ 실시예 5]
toluene 용매 대신에 CH2Cl2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체를 제조하였다.
상기 실시예 5의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 SEM 사진을 도 10에 나타내었다.
도 10의 SEM 사진으로부터 상기 실시예 5의 나노 구조체가 기판에 수직방향으로 결정화된 형태를 나타냄을 확인할 수 있다.
[ 비교예 1]
pentacenetetrone을 toluene(Fisher Scientific, HPLC grade) 용매에 과포화 될 만큼 넣은 후 3시간 이상 동안 초음파 분쇄를 하고, 녹지 않은 침전물은 필터(Inorganic filter, Whatman International Ltd., 필터구멍사이즈 <20 nm)를 사용하여 걸러내었다. 약 5uL의 포화된 pentacenetetrone 용액을 실온에서 실리콘 기판 위에 떨어뜨린 후 용매를 자연적으로 증발시켜 공액계 유기 분자의 나노 구조체를 제조하였다.
상기 비교예 1의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 광학현미경 사진을 도 11에 나타내었다.
도 11로부터 상기 비교예 1의 나노 구조체는 기판에 누운 상태로 pentacenetetrone 비등방성 구조임을 나타냄을 확인할 수 있다.
[ 비교예 2]
용매로 toluene 대신에 CH2Cl2 (Fisher Scientific, HPLC grade)를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 공액계 유기 분자의 나노 구조체를 제조하였다.
상기 비교예 2의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 광학현미경 사진을 도 12에 나타내었다.
도 12로부터 상기 비교예 2의 나노 구조체는 기판에 누운 상태로 pentacenetetrone 비등방성 구조임을 나타냄을 확인할 수 있다.
[ 비교예 3]
Pentacenetetrone 대신에 C60 풀러렌 파우더를 사용하고, toluene 대신에 m-xylene용매를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 C60 분자의 나노 구조체를 제조하였다.
상기 비교예 3의 공액계 유기 분자의 나노 구조체의 SEM 사진을 도 13에 나타내었다.
도 13으로부터 상기 비교예 3의 나노 구조체는 기판에 누운 상태임을 확인할 수 있다.
[ 비교예 4]
C60 풀러렌 파우더를 toluene(Fisher Scientific, HPLC grade) 용매에 과포화 될 만큼 넣은 후 3시간 이상 동안 초음파 분쇄를 하고, 녹지 않은 침전물은 필터(Inorganic filter, Whatman International Ltd., 필터구멍사이즈 <20 nm)를 사용하여 걸러내었다. 약 5uL의 포화된 C60 풀러렌 용액을 실온에서 실리콘 기판위에 떨어트려 C60 풀러렌 용액 기판을 준비하였다.
다음으로, 70mL 부피의 바이알 안에 5mL의 m-xylene(Sigma-Aldrich, 99%) 용매를 넣어주었다. 이 후, 상기에서 제조한 C60 풀러렌 용액이 존재하는 기판과 m-xylene 용매가 직접적으로 닿는 것을 피하기 위해, 20mL 부피의 상대적으로 작은 바이알을 큰 바이알 안에 넣은 후, 이 위에 C60 풀러렌 용액 기판을 올려놓았다. 그리고, 바이알 뚜껑을 닫은 후, 28℃로 설정된 오븐에 12 시간 동안 보관했다. 반응이 완료된 후, C60 풀러렌 용액 기판을 조심스럽게 꺼낸 후 공기 중에서 6시간 이상 기판 위에 응축된 용매를 증발시켜, C60 분자의 나노 구조체를 제조하였다.
상기 C60 풀러렌 용액 기판의 SEM사진을 도 14에 나타내었고, 비교예 4에서 제조한 C60 분자의 나노 구조체의 SEM 사진을 도 15에 나타내었다.
도 15로부터 상기 비교예 4의 나노 구조체는 상대적으로 얇고 긴 형태를 나타냄을 확인할 수 있다.

Claims (12)

  1. C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계; 및
    밀폐 용기에 상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름과 용매를 투입한 후, 용매 어닐링하는 단계를 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 형성하는 단계는 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 기판 위에 열증착시키는 단계를 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공액계 유기 분자는 5,7,12,14-pentacenetetrone인, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 석영, 산화실리콘, 또는 실리콘 기판인, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 C60 분자 또는 공액계 유기 분자를 기판 위에 열증착시키는 단계는 200℃ 이상의 온도에서 수행되는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름의 두께는 10 내지 100nm인, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매 어닐링하는 단계는 20 내지 50℃에서 이루어지는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용매 어닐링하는 단계는 1 내지 24시간 동안 이루어지는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 m-xylene, CCl4, mesitylene, toluene, 및 CH2Cl2으로 이루어진 군에서 선택된 용매 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 용기는 유리병, 테플론 용기, PFA용기 또는 바이알(vial)인, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 용매 어닐링하는 단계 이후에, 상기C60 필름 또는 공액계 유기 분자 필름을 밀폐 용기 외부에서 건조하는 단계를 더 포함하는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 건조하는 단계는 1시간 내지 24시간 동안 이루어지는, C60 및 공액계 유기 분자의 수직성장 나노 구조체의 제조 방법.
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