KR101638060B1 - 주기적인 옹스트롬 단위의 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인 - Google Patents

주기적인 옹스트롬 단위의 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인 Download PDF

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게리 엘. 듀얼센
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엠파이어 테크놀로지 디벨롭먼트 엘엘씨
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Abstract

천공된 그래핀 모노레이어와 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인에 관한 기술이 일반적으로 개시된다. 예시적인 멤브레인은, 화학적으로 형성될 수 있는 복수의 분산 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어를 포함할 수 있다. 분산된 구멍들은 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 구멍 크기는, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함(carbon vacancy defect)에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 일부 예에서, 멤브레인은, 그래핀 모노레이어를 지지할 수 있으며 그래핀 모노레이어를 접촉하는 투과성 기판을 포함할 수 있다. 이러한 천공된 그래핀 모노레이어, 및 이러한 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인은, 예를 들어, 더 높은 선택도, 더 높은 기체 투과율 등과 같이, 기체 분리에 있어서 종래의 폴리머 멤브레인에 비해서 향상된 특성을 보일 수 있다.

Description

주기적인 옹스트롬 단위의 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인{GRAPHENE MEMBRANE WITH REGULAR ANGSTROM-SCALE PORES}
본원은 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인 및 구성이 형성된 그래핀 모노레이어를 일반적으로 기술한다.
본원에서 다르게 기재되지 않는 한, 본 섹션에 기술된 내용은 본원의 청구범위에 대한 선행기술이 아니며, 본 섹션에 포함함으로써 선행기술로 자인하는 것은 아니다.
구멍이 있는 그래핀(porous graphene)은, 가스(또는 기체) 분리를 위한 바람직한 멤브레인으로 간주된다. 이론적이며 실험적인 연구들에서, 그래핀 레티스(graphene lattice)에서 원자 단위의 구멍들은 분자 크기에 기초한 기체 분리를 위한 상당한 선택도를 제공할 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 하나의 원자 두께에서의 모노레이어 그래핀(monolayer graphene)은, 멤브레인 두께가 감소할수록 멤브레인을 통한 기체 투과율이 증가하기 때문에, 바람직한 후보이다.
결과적으로, 천공된 그래핀 멤브레인(perforated graphene membrane)은, 예를 들어 고온에서 합성되는 분리 기체들에서, 기존의 폴리머 멤브레인의 성능을 상당히 능가할 수 있는 잠재력 때문에 계속 연구되고 있다. 예를 들어, 물과 이산화탄소로부터 수소 기체를 생성하는데 사용되는 "전이 반응(shift reaction)"은, 400도씨를 초과하는 온도에서 실행될 수 있다. 현재 이러한 고온에서 상당히 적은 양으로 수소 정제가 일어나고, 단일 동작으로 효과적으로 수소를 정제할 수 있는 멤브레인이 없기 때문에, 현재의 수소 정제는, 물, 이산화탄소 및 다른 불순물의 제거뿐만 아니라, 냉각과 같은 고비용의 고에너지 동작을 포함할 수 있다.
균일한 크기의 구성을 갖는 그래핀 멤브레인은, 단일 동작에서 "전이 반응"으로부터 수소를 효과적으로 정제할 수 있다. 그러나, 작은 단위의 학술적인 연구에서 천공된 그래핀이 흥미로운 성능을 보였지만, 현재의 제조 방법으로는 균일한 크기의 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인을 제조할 수 없다. 알려진 구멍을 갖는 그래핀 예들이, 그래핀 표면에 손상을 주기 위해 전자 또는 이온 빔과 같은 물리적인 프로세스를 사용한 후, 구멍을 형성하기 위해 결함의 산화적인 확장을 실행하여 생성되었다. 이러한 방법은, 멤브레인 상의 면적 밀도와 크기에 있어서 상당한 변화를 갖는 천공된 그래핀 멤브레인을 생성하였다.
본원은, 예를 들어 분리 멤브레인에서 사용하는, 천공된 그래핀을 제조하는 것은 복잡한 공정일 수 있음을 인지한다.
이하 요약은 예시적일 뿐이며 어떤 방법으로도 한정하려고 의도된 것은 아니다. 이상 기술된 예시적인 양상, 실시예 및 특징들에 추가하여, 추가의 양상, 실시예 및 특징들이, 도면과 이하 상세한 설명을 참조하여 명확해질 것이다.
본원은 일반적으로, 천공된 그래핀 모노레이어, 및 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인을 기술한다. 예시적인 멤브레인은, 화학적으로 천공된 복수의 분산 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 그래핀 모노레이어가 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있도록, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함(carbon vacancy defect)에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 크기의 구멍을 가질 수 있다.
본원은 또한, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 예시적인 방법을 일반적으로 기술한다. 예시적 방법은, 그래핀 모노레이어에서, R-Het*로 나타내는 화합물을 복수의 위치에 접촉하는 단계를 포함한다. Het*는 니트렌(nitrene) 또는 활성화된 옥시(oxy)일 수 있다. R은 Ra, SO2Ra, (CO)ORa, 또는 SiRaRbRc 중의 하나 일 수 있다. Ra, Rb, 및 Rc는 독립적으로 아릴(aryl) 또는 헤테로아릴(heteroaryl)일 수 있다. 일부 예시적인 방법은 또한, 복수의 위치에서 인접한 위치 사이의 적어도 rR의 분리 거리를 제공하는 단계를 포함하며, rR는 R의 최소 입체 반경(steric radius)일 수 있다. 다양한 예시적인 방법은 또한, [R-Het-Cg]p그래핀에 의해 나타내는 그래핀 모노레이어에서 복수 p의 헤테로 원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg를 갖는 R-Het*에 의해 나타내는 화합물을 반응하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, R-Het-Cg에 의해 나타내는 복수의 헤테로 원자-탄소 일부를 제거함으로써, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍은, 복수의 위치로부터 그래핀 탄소 원자 Cg를 제거함으로써 정의되는 그래핀 모노레이어에서 복수의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다.
본원은 또한 일반적으로, 유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법을 기술한다. 예시적인 방법은, 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 유체 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 방법은 또한, 복수의 분산 구멍에 의해 화학적으로 구멍이 형성될 수 있는 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 그래핀 모노레이어가 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가지도록, 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 제2 화합물에 비해 제1 화합물의 경로에 대해 선택적일 수 있는 직경에 의해 특징지어질 수 있다. 다양한 예시적인 방법은 또한, 그래핀 모노레이어의 제1 표면에 유체 혼합물을 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 방법은, 제2 화합물로부터 제1 화합물을 분리하기 위해, 제1 화합물을 복수의 분산 구멍을 통해 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원은 또한 예시적인 멤브레인을 일반적으로 기술한다. 예시적인 멤브레인은, R-Het*에 의해 나타낸 화합물을 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 접촉하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. Het*는 니트렌(nitrene) 또는 활성화된 옥시(oxy)일 수 있다. R은 Ra, SO2Ra, (CO)ORa, 또는 SiRaRbRc 중의 하나 일 수 있다. Ra, Rb, 및 Rc는 독립적으로 아릴(aryl) 또는 헤테로아릴(heteroaryl)일 수 있다. 일부 예시적인 멤브레인은, 복수의 위치에서 인접한 위치 사이의 적어도 rR의 분리 거리를 제공하는 단계를 또한 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있으며, rR는 R의 최소 입체 반경(steric radius)일 수 있다. 예시적인 멤브레인은, [R-Het-Cg]p그래핀에 의해 나타내는 그래핀 모노레이어에서 복수 p의 헤테로 원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg를 갖는 R-Het*에 의해 나타내는 화합물을 반응하는 단계를 더 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. 예시적인 멤브레인은, R-Het-Cg에 의해 나타내는 복수의 헤테로 원자-탄소 일부를 제거함으로써, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 단계를 또한 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. 복수의 분산 구멍은, 복수의 위치로부터 그래핀 탄소 원자 Cg를 제거함으로써 정의되는 그래핀 모노레이어에서 복수의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다.
본원은 또한, 실질적으로 균일한 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인을 준비하기 위한 시스템을 기술한다. 시스템은, 전구체 시약(precursor reagent)로부터 활성화된 시약을 준비하기 위한 시약 활성제(reagent activator), 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 활성화된 시약을 접촉하도록 구성된 시약 적용기(reagent applicator), 그래핀 모노레이어를 유지하도록 구성된 반응 챔버, 천공된 그래핀 모노레이어를 형성하기 위해, 그래핀 모노레이어에서 복수의 헤테로 원자-탄소 일부(moiety)를 열적 분할(thermally cleave)하도록 구성된 히터, 및 천공된 그래핀 모노레이어를 지지 기판에 접촉하도록 구성된 지지 기판 적용기를 포함할 수 있다.
본 개시의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 결합하여, 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 충분히 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시에 따른 단지 몇 개의 예시를 묘사할 뿐이고, 따라서, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 될 것임을 이해하면서, 본 개시는 첨부 도면의 사용을 통해 더 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1a는, 그래핀의 방향족 결합 및 탄소 원자의 육방 격자를 도시하는, 예시적인 그래핀 모노레이어의 개념도이다.
도 1b는, 복수의 위치로부터 제거되는 하나의 그래핀 탄소 원자를 보여주는, 예시적인 그래핀 모노레이어의 개념도이다.
도 1c는, 구멍 당 하나의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있는 복수의 분산 구멍을 포함하는, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어의 개념도이다.
도 1d는, 복수의 위치의 각각으로부터 제거되는 그래핀 탄소 원자를 보여주는, 예시적인 그래핀 모노레이어의 개념도이다.
도 1e는, 구멍 당 2개의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있는 복수의 분산 구멍을 포함하는, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어의 개념도이다.
도 2a는, 투과성 기판과 접촉하는 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 예시적인 멤브레인의 측면의 개념도이다.
도 2b는, 2개의 화합물의 유체 혼합물을 분리하는 방법을 도시하는 예시적인 멤브레인의 측면의 개념도이다.
도 3a는, 인접한 시약 사이의 입체적 상호작용을 포함하는, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 방법을 보여주는 개념도이다.
도 3b는, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 방법에 포함될 수 있는 추가적인 동작을 보여주는 개념도이다.
도 4는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 일반적인 개략도에 대응하는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 5a는, 예시적인 그래핀 모노레이어가 복수의 치환된 니트린 래디컬과 접속될 수 있는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 5b는, 니트린 시약으로부터 단일 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 5c는, 니트린 시약으로부터 2개의 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 5d는, 활성화된 옥시 시약으로부터 2개의 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하는 과정에서 1,2 디올 중간 화합물을 형성하기 위해 1,2 디에테르를 사용하는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 5e는, 활성화된 옥시 시약으로부터 2개의 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하는 과정에서 1,2 디올 중간 화합물을 형성하기 위해 1,2 디에스테르 일부분을 사용하는 예시적인 반응 개략도를 도시한다.
도 6은, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 그 멤브레인을 제조하는데 사용될 수 있는 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 7은, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어를 제조하는데 사용될 수 있는 자동화된 머신(700)의 블록도이다.
도 8은, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 그 멤브레인을 제조함에 있어서 도 7의 자동화된 머신을 제어하는데 사용될 수 있는 범용 컴퓨팅 장치를 도시한다.
도 9는, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 예시적인 멤브레인을 제조함에 있어서 도 7의 자동화된 머신 또는 유사한 제조 장비를 제어하는데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품의 블록도를 도시한다.
이상 도면은 본원에 기술된 적어도 일부 실시예에 따라 배열된다.
이하의 상세한 설명에서 본 개시의 일부를 이루는 첨부된 도면이 참조된다. 문맥에서 달리 지시하고 있지 않은 한, 통상적으로, 도면에서 유사한 부호는 유사한 컴포넌트를 나타낸다. 상세한 설명, 도면, 그리고 청구범위에 설명되는 예시적인 예시는 제한적으로 여겨지지 않는다. 본 개시에서 제시되는 대상의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서도 다른 예시가 이용되거나, 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에서 일반적으로 설명되고, 도면에 도시되는 본 개시의 양태는 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있음과 이 모두가 여기에서 암시적으로 고려됨이 기꺼이 이해될 것이다.
본원은 일반적으로, 무엇보다도, 예를 들어, 기체 분리에 사용될 수 있는 멤브레인의 일부로써, 천공된 그래핀을 사용하거나 제조하는 것과 관련된 화합물, 방법, 장치, 시스템, 디바이스 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
간단히 기술하면, 그래핀 모노레이어에 화학적으로 형성될 수 있는 복수의 분산 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어를 포함할 수 있는 멤브레인에 관한 기술이 일반적으로 기술된다. 분산된 구멍들은 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 구멍 크기는, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함(carbon vacancy defect)에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 일부 예에서, 멤브레인은, 그래핀 모노레이어를 지지할 수 있으며 그래핀 모노레이어를 접촉하는 투과성 기판을 포함할 수 있다. 이러한 천공된 그래핀 모노레이어, 및 이러한 천공된 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인은, 예를 들어, 더 높은 선택도, 더 높은 기체 투과율 등과 같이, 기체 분리에 있어서 종래의 폴리머 멤브레인에 비해서 향상된 특성을 보일 수 있다.
도 1a는, 예시적인 그래핀 모노레이어(100)의 개념도이다. 도 1a는, 그래핀의 방향족 결합 특성 및 탄소 원자의 육방 격자를 도시한다. 예를 들어 모노레이어(100)에서와 같이, 본원에 기술된 예시적인 그래핀 모노레이어에서 탄소-탄소 이중 결합의 배열은, 그래핀을 예시하기 위한 의도이나, 한정적으로 의도된 것은 아니다.
도 1b는, 예시적인 그래핀 모노레이어(100)에서 복수의 위치로부터 제거되는 하나의 그래핀 탄소 원자(102)를 보여주는, 예시적인 그래핀 모노레이어(100)의 개념도이다. 그래핀 탄소 원자(102)의 제거는, 도 1c에서 예시적인 그래핀 모노레이어(106)를 형성한다. 도 1b는 또한, 예시적인 그래핀 모노레이어(100)에서 인접한 위치들 사이의 최소 입체 분리(104)를 도시한다. 최소 입체 분리(104)는 또한, 그래핀 탄소 원자(102) 주위의 원(105)의 직경에 대응할 수 있다. 원(105)는, 큰 부피의 화학적 천공 시약(chemical perforation reagent)(R-Het*)에서 R 기의 최소 입체 반경 rR에 대응할 수 있다. 큰 부피의 시약(R-Het*)를 사용한 화학적 천공의 방법은, 도 4a 내지 도 5e의 설명을 통해 추가로 기술된다.
도 1c는, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어(106)의 개념도이다. 복수의 분산 구멍(discrete pore)(108)은 예시적인 그래핀 모노레이어(106)에서 화학적으로 천공된다. 분산 구멍(108)은, 그래핀 모노레이어(106)에서 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 다양한 예들에서, 각 분산 구멍(108)은, 수소-비활성된 탄소 원자(hydrogen-passivated carbon atom)(110)를 포함할 수 있다. 도 1c는 또한, 인접한 분산 구멍(108) 사이의 최소 입체 분리(minimum steric separation)(104)를 도시한다. 최소 입체 분리(104)는 또한, 분산 구멍(108) 주위의 원(105)의 직경에 대응할 수 있다.
도 1d는, 도 1e에서 예시적인 그래핀 모노레이어(120)의 결과가 되는, 예시적인 그래핀 모노레이어(112)에서 복수의 위치의 각각으로부터 제거되는 그래핀 탄소 원자(114, 116)을 보여주는, 예시적인 그래핀 모노레이어(112)의 개념도이다. 도 1d는 또한, 예시적인 그래핀 모노레이어(112)에서 인접한 위치들 사이의 최소 입체 분리(118)를 도시한다. 최소 입체 분리(118)는 또한, 그래핀 탄소 원자(114, 116) 주위의 원(119)의 직경과 대응될 수 있다. 원(119)는, 큰 부피의 화학적 천공 시약 (R-Het*)에서 R 기의 최소 입체 반경 rR에 대응할 수 있다. 큰 부피의 시약(R-Het*)를 사용한 화학적 천공의 방법은, 도 4a 내지 도 5e의 설명을 통해 추가로 기술된다.
도 1e는, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어(120)의 개념도이다. 복수의 분산 구멍(122)은 예시적인 그래핀 모노레이어(120)에서 화학적으로 천공된다. 복수의 분산 구멍(122)의 각각은, 그래핀 모노레이어(120)에서 2개 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다. 다양한 예들에서, 각 분산 구멍(120)은 수소-비활성화된 탄소 원자(124)를 포함할 수 있다. 도 1e는 또한, 인접한 분산 구멍(122) 사이의 최소 입체 분리(118)를 도시한다. 최소 입체 분리(118)은 또한, 분산 구멍(122) 주위의 원(119)의 직경에 대응될 수 있다.
본원에 기술된, "그래핀(graphene)"이라는 용어는 일반적으로, 예를 들어, 도 1a에서 그래핀(100)에 의해 도시된 것과 같이, 방향족 탄소-탄소 결합에 의해 연결될 수 있는 탄소 원자들의 육방 격자에 의해 특징지어지는 탄소의 평면 동소체(planar allotrope)를 의미할 수 있다. 본원에 사용되는, 그래핀 "모노레이어(monolayer)"라는 용어는 일반적으로, 그래핀의 단일 탄소 원자 두께 층일 수 있다. 일부 예에서, 그래핀 모노레이어는 일부 비방향족 탄소를 포함할 수 있고, 예를 들어, 일부 탄소는 비방향족 단일 탄소-탄소 결합에 의해 다른 탄소에 결합될 수 있으며 수소와 함께 비활성화될 수 있다. 본원에 사용되는, "천공된 그래핀 모노레이어(perforated graphene monolayer)"라는 용어는 일반적으로, 그래핀 모노레이어를 통해 복수의 분산 구멍을 포함하는 그래핀 모노레이어를 의미할 수 있다. 분산 구멍은, 그래핀 모노레이어를 전체적으로 통과할 수 있다. 분산 구멍은, 그래핀 모노레이어의 한 측면으로부터 다른 측면까지, 원자 또는 분자 화학종(atomic or molecular species)의 선택적인 투과를 허용할 수 있다. 본원에 사용된, 그래핀에서 "화학적으로 천공된(chemically perforated)" 구멍은, 예를 들어, 도 1d 및 1e 사이에서 보여진 천공 또는 도 1b 및 1c 사이에서 보여진 천공과 같이, 그래핀 격자로부터 하나 이상의 탄소 원자의 선택적 제거에 의해 준비되는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 원자 또는 분자 화학종은, 그래핀 격자로부터 하나 이상의 탄소 원자의 선택적인 제거의 결과가 되는 프로세스에서 그래핀과 반응할 수 있다. 구멍 (또는 천공)을 준비하는 예시적인 절차는, 도 3a-5e의 설명을 통해 추가로 기술된다.
본원에 사용된, 그래핀 모노레이어에서의 "분산(discrete)" 구멍은, 적어도 하나의 중간 탄소-탄소 결합 또는, 일부 예에서, 적어도 하나의 중간 6-원소 그래핀 링에 의해 상호 구분된다. 예를 들어, 도 1c에서, 분산 구멍(108A, 108B)는 적어도 4개의 6-원소 링 또는 적어도 5개의 탄소-탄소 결합에 의해 구분된다. 또한, 예를 들어, 도 1c에서, 분산 구멍(108C)은, 적어도 3개의 6-원소 링 도는 적어도 4개의 탄소-탄소 결합에 의해 분산 구멍(108A, 108B)의 각각으로부터 분리될 수 있다. 다른 예에서, 도 1e에서, 분산 구멍(122A, 122B)는, 적어도 4개의 6-원소 링 또는 적어도 5개의 탄소-탄소 결합에 의해 분리된다. 또한, 예를 들어, 도 1e에서, 분산 구멍(122C)은, 적어도 3개의 6-원소 링 또는 적어도 4개의 탄소-탄소 결합에 의해 분산 구멍(122A, 122B)의 각각으로부터 분리될 수 있다.
본원에 사용된, "최소 입체 분리(minimum steric separation)"는 일반적으로, 도 1e에서 거리(118) 또는 도 1c에서 거리(104)와 같은, 인접한 분산 구멍들의 중심들 사이의 거리를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 중간 탄소-탄소 결합에 대응하는 최소 입체 분리는, 적어도 약 1 옹스트롬일 수 있다. 일부 예에서, 적어도 하나의 중간 6-원소 그래핀 링에 대응하는 최소 입체 분리는, 적어도 약 4 옹스트롬일 수 있다. 다양한 예에서, 최소 입체 분리는, 약 1 옹스트롬으로부터 약 100 옹스트롬 사이의 범위 내의 값, 예를 들어, 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12.5, 15, 20, 15, 35 또는 50 옹스트롬일 수 있다. 본원에서 사용된, "최소 입체 분리"는 일반적으로, 분산 구멍을 형성하는데 사용되는 부피가 큰(bulky) 화학적 천공 시약(R-Het*)에서 R 기의 최소 입체 반경 rR의 2배를 나타낼 수 있다. 부피가 큰 시약 R-Het*을 이용한 화학적 천공 방법과 R 기 및 최소 입체 반경 rR의 상세한 내용은, 도 3a-5e를 참조하여 추가로 일반적으로 기술된다.
다양한 예에서, 구멍(pore)은, 그래핀 층이 실질적으로 균일한 구멍 크기를 전체적으로 갖도록, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 구멍의 각각은, 구멍이 전체적으로 실질적으로 동일한 수의 탄소 공공 결함을 갖도록, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다.
본원에 사용된, "탄소 공공 결함(carbon vacancy defect)"는, 탄소 공공 결함 없이 그래핀 모노레이어에 비해 하나 이상의 탄소 원자의 결함(absence)에 의해 정의될 수 있는 그래핀 모노레이어에서의 구멍(또는 천공)일 수 있다.
본원에 사용된, "실질적으로 균일한 구멍 크기(substantially uniform pore size)"는, 실질적으로 동일한 수의 하나 이상의 분산 구멍 당 탄소 공공 결함(carbon vacancy defects per discrete pore)에 의해 분산 구멍이 특징지어질 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 도 1c에서, 분산 구멍(108)은, 도 1b에서 그래핀 모노레이어(100)로부터 탄소 원자(102)의 결함에 대응하는 단일-탄소 공공 결함으로써 특징지어질 수 있다. 다른 예에서, 도 1e에서, 분산 구멍(122)은, 도 1d에서 그래핀 모노레이어(100)로부터 탄소 원자(114, 116)의 결함에 대응하는 이중-탄소 공공 결함으로써 특징지어질 수 있다. 다양한 예에서, 실질적으로 균일한 구멍 크기의 분산 구멍은, 각 분산 구멍 내에서 실질적으로 동일한 상대적 격자 위치에 배열된 탄소 공공 결함을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각 6개의 탄소 공공 결함을 포함하는 복수의 실질적으로 균일한 구멍은, 육방 그래핀 격자에서 탄소 원자의 6-원소 링의 제거에 대응될 수 있다. 다른 예에서, 각각 6개의 탄소 공공 결함을 포함하는 복수의 실질적으로 균일한 구멍은, 육방 그래핀 격자에서 탄소 원자의 6-원소 스태거드 선형 사슬(staggered linear chain)의 제거에 대응될 수 있다.
본원에 사용된 "전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기(substantially uniform pore size throughout)"는, 천공된 그래핀 모노레이어에서 분산 구멍의 적어도 약 80%가 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있음을 의미한다. 다양한 예에서, 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있는 천공된 그래핀 모노레이어에서 분산 구멍의 비율은, 약 85%, 약 90%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 약 99.5%, 약 99.9%일 수 있다. 일부 예에서, 천공된 그래핀 모노레이어에서 모든 분산 구멍은, 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다.
본원에 사용되는, 복수의 분산 구멍과 연관된 "실질적으로 동일한 수의 하나 이상의 탄소 공공 결함(substantially the same number of one or more carbon vacancy defects)"는, 이러한 분산 구멍이 최대 약 3개의 탄소 공공 결함에 의해 서로 상이한 것을 의미한다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 수의 하나 이상의 탄소 공공 결함을 갖는 복수의 구멍은, 구멍 당 1개 및 3개 사이의 범위의 탄소 공공 결함을 가질 수 있다. 다양한 예에서, 분산 구멍은, 약 3개, 약 2개 또는 약 1개와 같이 다양한 수의 탄소 공공 결함을 가질 수 있다. 일부 예에서, 복수의 분산 구멍의 각각은, 동일한 수의 탄소 공공 결함을 갖는다. 예를 들어, 도 1c에서, 분산 구멍(108)은, 구멍 당 단일 탄소 공공 결함을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 다른 예에서, 도 1e에서, 분산 구멍(122)은, 구멍 당 이중-탄소 공공 결함을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 다른 예에서, 천공된 그래핀 모노레이어에서 분산 구멍의 적어도 약 80%는, 동일한 수의 탄소 공공 결함을 가질 수 있다. 다양한 예에서, 동일한 수의 탄소 공공 결함을 가질 수 있는 천공된 그래핀 모노레이어에서의 분산 구멍의 비율은, 약 85%, 약 90%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 약 99.5%, 약 99.9%일 수 있다. 일부 예에서, 천공된 그래핀 모노레이어에서 모든 분산 구멍은, 동일한 수의 탄소 공공 결함을 가질 수 있다.
본원에 사용된, "실질적으로 동일한 수의 하나 이상의 탄소 공공 결함"을 참조할 때의 탄소 공공 결함의 "수(number)"는, 약 하나 이상의 탄소 결함, 또는 일부 예에서는 적어도 약 2개의 탄소 결함을 의미한다.
도 2a는, 투과성 기판(202)와 접촉하도록 구성된 천공된 그래핀 모노레이어(106)를 포함하는 예시적인 멤브레인(200)의 측면의 개념도이다. 천공된 그래핀 모노레이어(106)는 분산 구멍(108)을 포함할 수 있다. 투과성 기판(202)과 같은 기판은, 106과 같은 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어의 1개 측면 또는 양 측면을 접촉하도록 구성될 수 있다.
본원에 사용된 "투과성 기판(permeable substrate)," 예를 들어 투과성 기판(302)은, 106과 같은 천공된 그래핀 모노레이어에 대한 지지를 제공하기 위해 사용될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 본원에 사용된 "투과성 기판"은 또한, 천공된 그래핀 모노레이어에서 분산 구멍을 가로지를 수 있는 적어도 하나의 원자 또는 분자 화학종에 대해 투과성을 가질 수 있다. 적절한 투과성 기판은, 투과성 기판의 고체 재료를 통해 원자 또는 분자 화학종을 확산시키는 "용액-확산(solution-diffusion)" 고체 멤브레인을 포함할 수 있다. 적절한 투과성 기판은 또한, 원자 또는 분자 화학종이 투과할 수 있는, 천공 멤브레인(poruous membrane), 부직 재료(non-woven material), 또는 천공, 결함, 채널 등을 갖는 필터로써 구성될 수 있다. 투과성 기판을 위한 적절한 재료는, 예를 들어 초고도 분자량 폴리에틸렌(ultra high molecular weight polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 아라미드(aramide), 방향족 폴리에스터, 탄소 섬유, 폴리수폰(polysufone) 및/또는 폴리에테르설폰(polyethersulfone)의 하나 이상을 포함할 수 있다. 적절한 투과성 기판은 또한, 금속 메쉬(metal mesh) 및 천공 세라믹(porous ceramic)을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 투과성 기판을 위한 적절한 폴리머 재료는, 약 1,000,000 달톤(Dalton), 약 500,000 달톤, 약 250,000 달톤, 또는 100,000 달톤에서의 최소 분자량 차단(cutoff)에 의해 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 적절한 투과성 기판은, 약 100,000 달톤의 최대 분자량 차단에 의해 특징지어지는 폴리에스테르 설폰 멤브레인을 포함할 수 있다.
도 2b는, 투과성 기판(202)와 접속하도록 배열된 천공된 그래핀 모노레이어(106)를 포함할 수 있는 예시적인 멤브레인(200)의 측면의 개념도이다. 천공된 그래핀 모노레이어(106)는 분산 구멍(108)을 포함할 수 있다. 도 2b에서, 멤브레인(200)은 챔버(204) 및 챔버(206)를 분리한다. 챔버(204)는, 2개의 화합물(208, 210)의 유체 혼합물을 포함하도록 구성될 수 있다. 챔버(206)는, 화합물(208, 210) 중의 하나의 정화된 선택을 수신하도록 구성될 수 있다. 도 2b는, 흑백으로 채워진 원들에 의해 기호화된 제1 화합물(208), 및 백색으로 채워진 원들에 의해 기호화된 제2 화합물(210)을 포함하는 유체 혼합물을 도시한다. 제1 및 제2 화합물은 또한, 원소 화합물, 원소 동위 화합물, 분자 구조, 크기, 질량, 소수성, 극성(polarity), 극성도(polarizability), 전하 분포 등에서의 차이와 같은, 원자 또는 화학적 특성에서의 하나 이상의 차이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 화합물(208)은, 도 2b에서 채워진 원의 상대적 크기에 의해 기호화된 것과 같이, 제2 화합물(210)보다 작을 수 있다. 일부 예에서, 108과 같은 분산 구멍은, 제2 화합물에 비해 제1 화합물의 통과에 선택적일 수 있는 직경에 의해 특징지어질 수 있다. 직경은, 예를 들어 예시적인 멤브레인에 대한 크기, 이온 속성, 화학적 친화력 등과 같은, 원자 또는 화학적 특성에서의 하나 이상의 차이에 기초하여, 제2 화합물(210)에 비해 제1 화합물(208)의 통과에 선택적일 수 있다.
화합물(208, 210)의 유체 혼합물은 멤브레인(200)에 접촉될 수 있다. 제1 화합물(208)은 구멍(108)을 통해 챔버(204)로부터 챔버(206)으로 진행하여, 제1 화합물(208)을 제2 화합물(210)로부터 분리할 수 있다. 제1 화합물(208)은, 그래핀 모노레이어를 걸쳐 형성된 기울기(gradient)를 이용하여 분산 구멍(108)을 통해 진행할 수 있다. 기울기는, 온도, 압력, 농도, 전기장, 또는 전기화학 포텐셜(electrochemical potential)과 같은 하나 이상의 특성에서의 차이를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 "유체 혼합물(fluid mixture)"라는 용어는, 예를 들어 화합물(208, 210)과 같은, 적어도 제1 분자 화학종 및 제2 분자 화학종을 포함할 수 있는, 예를 들어 기체상(gas phase), 액체상(liquid phase), 또는 초임계상(supercritical phase)와 같은, 임의의 유체상(fluid phase)일 수 있다. 다양한 예에서, 유체 혼합물은, 기체의 혼합물, 기체 상태의 증기 혼합물, 액체 혼합물, 액체 상태로 용해된 기체의 용액, 액체 상태로 용해된 고체의 용액, 초임계 유체에서의 기체, 액체 또는 고체의 용액 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 유체 혼합물은, 2개 이상의 상이한 화합물의 다른 상(phase)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 화합물들 중의 하나로써 유체상의 이산화탄소를 포함하는 유체 혼합물은, 고체상의 이산화탄소와 접촉할 수 있다.
제1 및 제2 화합물은, 단일 원자, 예를 들어, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 및 라돈으로 구성된 화합물을 포함할 수 있다. 화합물은 또한, 하나 이상의 공유 결합, 이온 결합, 배위 결합 등에 의해 연결된 2개 이상의 원자의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 분자는, 물, 수소, 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황, 황화수소, 산화질소, C1-C4 알칸, 실란, 유기 용매, 할로겐 함유산을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "유기 용매(organic solvent)"는, 약 1 atm의 대기압에서 약 25도씨의 온도에서부터 일반적으로 액체 상태에 있는 탄소에 기초한 화합물이다. 유기 용매는, 예를 들어, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 제3차의 부탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등과 같은 알코올; 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 사이클로헵탄 등과 같은 알칸; 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 테트라하이드로퓨란, 글라임, 디글라임 등과 같은 에테르; 디클로로메탄, 클로로폼, 탄소 테트라클로라이드, 트리클로로에틸렌 등과 같은 할로겐화된 용매; 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족; 또는 디메틸 설폭사이드, 디메틸 포름아미드 등과 같은 극성 비양성자성 용매(polar aprotic solvent)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 제2 분자는, 예를 들어, 물 또는 유기 용매와 같은 액체일 수 있으며, 제1 분자는, 액체 상태에서 용해된 공유결합의 또는 이온결합의 분자 화합물일 수 있다.
일부 예에서, 1개의 분자는, 물과 같은 극성 액체일 수 있으며, 다른 분자는, 양이온 또는 음이온을 포함하는 염(salt)일 수 있다. 염을 위한 양이온의 예에는, 금속 양이온, 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨 등과 같은 알칼리 금속 양이온; 칼슘 또는 마그네슘과 같은 알칼리 토류 금속; 구리, 철, 니켈, 아연, 망간 등과 같은 전이 금속 양이온; 알루미늄 양이온과 같은 다른 기의 금속 양이온이 포함될 수 있다. 염을 위한 음이온의 예는, 플루오르화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 염소산염, 브롬산염, 요오드산염, 과염소산염, 과요오드산염, 수산화물, 탄산염, 중탄산염, 황산염, 인산염 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일부 예에서, 유체 혼합물은, 해수 또는 지하수와 같은 자연수 원천일 수 있으며, 여기서 천공된 그래핀 멤브레인이 사용되어, 염화나트륨과 같은 자연 용질, 및/또는 인공의 오염물질인 분자와 같은 비자연 용질로부터 물을 분리할 수 있다.
본원에 사용된 "분리 선택도(separation selectivity)")는, 예를 들어 도 2b에서의 분자(208, 210)과 같은, 분자 화학종의 원자의 특정 쌍들 사이의 천공된 그래핀 모노레이어의 투과율들의 비율을 의미한다. 예를 들어, 직경이 약 25 옹스트롬인 구멍에 의해 특징지어지는 단일 원자 두께의 모노레이어에 대해 이론적인 계산이 기술되었는데, 계산된 수소의 투과율을 계산된 메탄의 투과율에 의해 나눈 결과는 10^23:1이었다. 비교를 위해, 현재 알려진 "용액 확산(solution diffusion)" 폴리머 멤브레인은, 약 150:1의 수소 대 메탄의 분리 선택도를 갖는다. 본원에 기술된 천공된 그래핀 모노레이어는, 예를 들어 도 2a 및 2b의 멤브레인(200)에서의 106과, 도 1e에서의 120, 도 1c에서의 천공된 그래핀 모노레이어(106)과 같이, 분리 선택도에 의해 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 106과 같은 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어는, 구멍 당 약 하나의 탄소 공공 결함을 가질 수 있다. 천공된 그래핀 모노레이어(106)를 위한 수소:메탄 분리 선택도는, 메탄(CH4)에 대비한 분자 수소(H2)의 투과율들의 비율로써 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 수소:메탄 분리 선택도는, 적어도 약 200:1, 또는 다양한 예에서, 약 200:1에서 약 1023:1 사이, 예를 들어, 적어도 약 103:1, 104:1, 105:1, 106:1, 109:1, 1012:1, 1015:1, 1018:1 또는 1021:1일 수 있다.
도 3a는, 천공된 그래핀 모노레이어(106)를 형성하기 위해 그래핀 모노레이어(100)에서 복수의 분산 구멍(108)을 형성하는 방법을 보여주는 개념도이다. 도 3a는 그래핀 모노레이어(100)의 측면도이다. 시약 R-Het*는, 그래핀 모노레이어(100)와 같은 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 접촉될 수 있다. 시약은, 예를 들어, 고체, 액체, 기체, 용액 상태의 용질, 공중에 부유된 상태의 입자 등과 같은, 임의의 적절한 형태로, 그래핀 모노레이어에 접촉될 수 있다. 시약은, 담금(immersion), 스핀 코팅, 딥 코팅, 선택적 코팅 (예를 들어, 잉크젯 형태의 노즐을 통해 적용), 승화 또는 응축, 화학적 기상 증착 등과 같은, 임의의 적절한 수단에 의해 그래핀 모노레이어에 접촉될 수 있다.
도 3a는, 그래핀 모노레이어(100)에서, R-Het*에 의해 표현되는 시약이, 예를 들어 Cg(304, 306)과 같이, 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자(Cg)와 반응할 수 있음을 또한 도시하고 있다. 시약은, 변경된 그래핀 모노레이어(100')에서 R-Het-Cg(300, 302)에 의해 표현되는 헤테로원자 탄소 일부(moiety)를 형성한다. 변경된 그래핀 모노레이어(100')는, 화학식 [R-Het-Cg]p그래핀으로 표현될 수 있으며, 여기서 p는 복수의 위치에서 위치들의 수를 표시한다.
도 3a는 또한, 그래핀 모노레이어(100')에서, 인접하게 위치한 R-Het-Cg(300, 302) 사이의 입체적 상호작용이 최소 분리 거리(104)를 제공하는 것을 도시한다. 도 3a에 도시된 측면도는, 도 1b 및 1c에 도시된 평면도에 비교될 수 있다. 도 3a에서 어둡게 표시된 원들로 기호화된 R 기는, 최소 입체 반경 rR을 제공하기 위해 선택될 수 있다. "최소 입체 반경(minimum steric radius) rR"이라는 구절은, 적어도 약 2* rR의 최소 분리 거리(104)를 제공하는 각 R 기들의 상대 방향을 의미한다. 도 3a에서 R 기를 표현하는 어둡게 표시된 원들은, 도 1b, 1c, 1d 및 1e에 도시된 원들(105, 119)에 대응된다. R 기를 이용하여 제공되는 최소 입체 거리(104)는, 실질적으로, 그래핀에서 H-Het-Cg가 인접한 탄소-탄소 결합을 유도체화(derivitize)할 가능성을 감소할 수 있다. 다양한 예에서, 입체 상호작용은 Het-Cg 결합을 상호 분리할 수 있다. 다양한 예에서, 입체 상호작용은 분산된 천공 형성으로 귀결될 수 있으며, 여기서 Het-Cg를 제거함으로써 생성된 그래핀 탄소 래디컬은, 더 큰 구멍으로 결합 또는 재배열되기 어려울 수 있다.
R에 의해 표현되는 기(group)는, -Ra, -SO2Ra, -(CO)ORa, 또는 -SiRaRbRc 중의 하나일 수 있으며, 여기서 Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아랄킬, 또는 헤테로아랄킬이다. 다양한 예에서, Ra, Rb 및 Rc에 의해 표현되는, 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아랄킬, 및 헤테로아랄킬 기는, 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일부 예에서, Ra, Rb 및 Rc에 의해 표현되는 기는 치환되지 않을 수 있다.
기 Het*은, 예를 들어 R-Het-Cg(300, 302)에 의해 표현되는, 헤테로원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 그래핀에서 탄소-탄소 중결합 Cg=Cg 또는 탄소 Cg와 반응하는 임의의 헤테로원자 기일 수 있다. Het*에 의해 표현되는 헤테로원자 기의 예는, 니트렌 래디컬, 또는, 옥시 래디컬, 옥시 음이온, 하이드록실, 카르복실, 또는 카르복산염 등을 포함할 수 있다. R-Het*에 의해 표현되는 활성화된 헤테로원자 시약은, R-Het에 의해 표현되는 전구체 화합물을 활성화하여 준비될 수 있다. 헤테로원자 기를 그래핀에 반응하는 다양한 예는, 도 5a, 5b, 5c, 5d 및 5e의 설명에서 논의된다.
도 3a는 또한, 분산 구멍(108)을 포함하는 천공된 그래핀 모노레이어(106)가, 변경된 그래핀 모노레이어(100')에서 R-Het-Cg(300)에 의해 표현되는 헤테로원자-탄소 일부를 제거함으로써 형성될 수 있음을 도시한다. 분산 구멍(108)은, 그래핀 모노레이어가 실질적으로 전체적으로 균일한 구멍 크기를 가지도록, 복수의 위치로부터 그래핀 탄소 원자(Cg)를 제거함으로써 정의되는 그래핀 모노레이어에서의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다.
도 3b는, 천공된 그래핀 모노레이어(106)을 형성하기 위해, 그래핀 모노레이어(100)에서 복수의 분산 구멍(108)을 형성하는 방법에 포함될 수 있는, 추가의 동작들을 보여주는 개념도이다. 예를 들어, 도 3b는, 활성화된 시약(R-Het*)을 형성하기 위해, 전구체(R-Het)를 활성화하는 동작을 도시한다. 추가 동작의 다른 예에서, 도 3b는, R-Het-Cg(300, 302)에 의해 표현되는 헤테로원자-탄소 일부가, 추가 동작을 사용함으로써 제거될 수 있음을 도시한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, R 기가 제거되어 기 H-Het*-Cg(301, 303)이 제공될 수 있으며, 이어서 H-Het*-Cg(301, 303)의 제거와 수소를 이용한 비활성화에 의해, 천공된 그래핀 모노레이어(106)에서 분산 구멍(108)을 제공할 수 있다.
도 4는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 일반적인 스킴에 대응하는 예시적인 반응 스킴을 도시한다. 도 4에서, 도 3a 및 3b에서 R-Het에 대응되는 트림에틸 시릴 아자이드(trimethyl silyl azide)(400)는, 먼저 가열되거나 광분해되어, 활성화된 트림에틸 시릴 니트렌 래디컬(402)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 그래핀(404)은 배기된 반응 챔버(evacuated reaction chamber)에 재치될 수 있다. 트림에틸 시릴 아자이드(400)는 기체가 제거되어 약 0.1 Torr 및 약 10 Torr 사이의 기압, 예를 들어 약 1 Torr의 기압으로 배기될 수 있다. 예를 들어, 챔버는, 약 150도씨 및 약 250도씨 사이, 예를 들어 약 200도씨에서 가열될 수 있다. 트림에틸 시릴 니트렌 래디컬(402)은, 그래핀(404)에서 탄소-탄소 중결합과 반응하여, 도 3a 및 3b에서 R-Het-Cg에 대응되는, 트림에틸 시릴 아지리다인(trimethyl silyl aziridine) 화합물(406)을 형성할 수 있다. 도 3a를 참조하면, R-Het-Cg(300, 302)에서 Het 기는 적어도 하나의 탄소(Cg)와 결합한다. 도 4의 예에서, 니트렌 래디컬은 2개의 탄소와 결합하여, 화합물(406)에서 3-원소 아지리다인 링을 형성한다. 도 4의 특정 예는 또한, R에 대응하는, 화합물(406)에서의 트림에틸 시릴 기는, 예를 들어 테트라부틸 암모니움 플루오라이드(tetrabutyl ammonium fluoride)와 같은 플루오르화물 이온 소스에 의해 쪼개져서, 화합물(408)에서 N-H 아지리다인 링을 형성한다.
도 5a는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 일반적인 스킴의 일부에 대응되는 예시적인 반응 스킴을 도시한다. 그래핀 모노레이어(500)은, 복수의 치환된 니트렌 래디컬(501)과 접촉할 수 있다. 그래핀 모노레이어(500)에서 복수의 탄소-탄소 중결합 Cg=Cg은, 치환된 니트렌 래디컬(501)과 반응할 수 있다. 그래핀 모노레이어는, 아지리다인 구조(502)에 의해 표현되는 것과 같이, 복수의 N-R 치환된 아지리다인 기와 기능할 수 있도록 형성될 수 있다. 아지리다인 기의 N-R 치환기는 분할되어 N-H 아지리다인 구조(504)를 형성할 수 있다.
다양한 예에서, -Het에 의해 표현되는 적절한 니트렌 전구체 기는 아지드(azide), -N3일 수 있다. 일부 예에서, R-Het*는, 아지드를 니트렌으로 변환하기에 적절한 광분해 조건 또는 열분해 조건 하에서 R-N3에 의해 표현되는 아지드 전구체를 반응함으로써, R-니트렌(501)으로써 준비될 수 있다. 일부 예에서, -Het가 아지드일 때 R에 대한 적절한 값은, -Ra 또는 -SiRaRbRc를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 그래핀과 R-니트렌의 반응은, 도 5a에 도시된 바와 같이 N-R 아지리다인(502)을 생성한다.
일부 예에서, 아지리다인 구조(502)에서의 R은 -SiRaRbRc일 수 있다. 다양한 예에서, -SiRaRbRc와 같은 기는, 각각의 치환된 아지리다인(502)을 4-원소 암모늄 플루오라이드, 알킬 황산, 아릴 황산, 트라이플루오메탄 황산, 알칼리 금속 수산화물, 또는 산화제 중의 하나와 접촉함으로써, 구조(502)에 의해 표현되는 치환된 아지리다인으로부터 분할될 수 있다.
다양한 예에서, R이 -(CO)ORa일 때, -Het에 의해 표현되는 적절한 니트렌 전구체 기는 -N-OSO2-Rf일 수 있으며, Rf는 메탄 황산염, 트리플루오메탄 황산염, 브로모페닐 황산염, 메틸페닐 황산염, 또는 니트로페닐 황산염 기일 수 있다. 일부 예에서, R-Het*은, RaO(CO)-N-OSO2-Rf로 표현되는 니트렌 전구체를 트라이에틸아민과 같은 아민과 반응하여, R-니트렌(501)으로써 준비될 수 있다. 다양한 예에서, R-니트렌을 그래핀에 반응시키면, 도 5a에 도시된 바와 같은 N-R 아지리다인(502)이 생성된다.
다양한 예에서, R이 -(SO2)Ra'일 때, -Het에 의해 표현되는 적절한 니트렌 전구체 기는 -NH2일 수 있다. 일부 예에서, Ra'는 치환되거나 치환되지 않은 알킬, 헤테로아릴, 아랄킬, 또는 테헤로아랄킬일 수 있다. 다양한 예에서, Ra'는 알킬, 플루오로알킬, 프로모페닐, 알킬페닐 또는 니트로페닐 기일 수 있으며, 이는 더 치환될 수 있다. 일부 예에서, R-Het*는, 구리, 팔라듐 또는 금 촉매의 존재 하에, Ra-SO2-NH2에 의해 표현되는 니트렌 전구체를 Phl(O(CO)CH3)2와 반응함으로써, R-니트렌(501)로써 준비될 수 있다. 예시적인 촉매는, 구리, 아세틸아세톤화물, 팔라듐 테트라키스 아세틸아세톤화물, 금4,4'4''-트리-테르트-부틸-2,2':6',2''-테르피리다인 트라이플레이트(gold 4,4',4' '-tri-tert-butyl-2,2':6',2' '-terpyridine triflate) 등을 포함할 수 있다. 반응은 그래핀 모노레이어의 중간에서 실행될 수 있다. 일부 예에서, 알코올, 예를 들어, 메탄올에서 알칼린 금속 수산화물로 Ra-SO2-NH2를 Phl(O(CO)CH3)2와 반응시킴으로써, Ra-SO2-N=lPh가 형성될 수 있다. 분리된 Ra-SO2-N=lPh는, 구리 아세틸아세톤화물과 같은 구리, 팔라듐, 또는 금 촉매와 반응하여, R-니트렌으로써 R-Het*을 생성할 수 있다. 다양한 예에서, R-니트렌을 그래핀과 반응하여, 도 5a에 도시된 바와 같이 N-R 아지리다인(502)으로써 생성될 수 있다.
일부 예에서, 아지리다인 구조(502)는 -(CO)ORa일 수 있다. 다양한 예에서, -(CO)ORa와 같은 기는, 각 치환된 아지리다인(502)를, 알칼리 알킬티오레이트, 트라이알킬 시릴 이오다이드, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토류 금속 수산화물, 칼륨 탄산염, HBr/아세트산, 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드, 소디움 텔루륨 하이드라이드, 칼륨 트라이알킬실록사이드, 알킬 리튬, 4-원소 암모늄 플루오라이드, 소디움 이오다이드를 갖는 아실 클로라이드, 알킬 황산, 트라이플루오로메탄 황산, 또는 아릴 황산 중의 하나와 접촉하여, 구조(502)에 의해 표현되는 치환된 아지리다인으로부터 분리될 수 있다.
일부 예에서, 아지리다인 구조(502)에서 R은 -SO2Ra일 수 있다. 다양한 예에서, -SO2Ra와 같은 기는, 각 치환된 아지리다인(502)을, HBr 및 아세트산, HBr 및 페놀, HF 및 피리다인, 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드, 알칼리 메탈 아릴라이드 염, 암모니아 또는 이소-프로필라민에서의 알칼리 메탈, 실리카 젤에 흡착된 소디움-칼륨 합금, 사마륨 이오다이드, 아세트산에서의 페르클로릭 산, 에테르의 존재 하의 광분해, 소디움 보로하이드라이드 및 디메톡시벤젠의 존재 하의 광분해, 하이드라진의 존재 하의 광분해, 보란의 존재 하의 광분해, 암모니아, 소디움 보로하이드라이드 및 베타-나프톡사이드의 존재 하의 광분해, 또는 소디움 모노하이드로젠 포스페이트의 존재 하의 광분해 중의 하나와 접촉함으로써, 구조(502)에 의해 표현되는 치환된 아지리다인으로부터 분리될 수 있다.
일부 예에서, 아지리다인 구조(502)에서 R은 -Ra일 수 있다. 다양한 예에서, -Ra와 같은 기는, 각 치환된 아지리다인(502)을, 촉매 반응의 팔라듐, 촉매 반응의 팔라듐의 존재 하의 보란, 촉매 반응의 레이니 니켈(Raney nickel), 또는 하이드로젠 페록사이드에 이은 테트라소디움 5,10,15,20-테트라(4-설포페닐)포르피리나토이론(II) 중의 하나와 접촉함으로써, 구조(502)에 의해 표현되는 치환된 아지리다인으로부터 분리될 수 있다.
도 5b는, 단일 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하는데 사용될 수 있는, 도 3a 및 3b에 도시된 일반적인 스킴의 일부에 대응하는 예시적인 반응 스킴을 도시한다. 다양한 예에서, 구조적 화학식(504)에 의해 표현된 N-H 아지리다인 일부는 가열될 수 있다. 일부 예에서, 구조적 화학식(504)에 의해 표현된 N-H 아지리다인 일부는, 수소 기체의 존재 하에 가열될 수 있다. 적절한 온도는 약 700도씨 내지 약 900도씨의 범위 내이며, 다양한 예에서 약 750도씨 내지 약 850도씨 사이이며, 또는 일부 예에서 약 800도씨일 수 있다. 적절한 반응 시간은 약 1분 내지 약 12시간 범위이며, 다양한 예에서 약 10분 내지 약 4시간 사이이며, 일부 예에서 약 15분 내지 약 2시간이며, 또는 다른 예에서 약 30분일 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 수소 기체의 조건은, 약 1 Torr 내지 약 7600 Torr 사이의 수소 압력의 범위이며, 일부 예에서 약 1 Torr 내지 약 760 Torr 사이이며, 또는 다른 예에서 약 10 Torr 내지 약 100 Torr 사이이며, 예를 들어 50 Torr일 수 있다. 다른 적절한 수소 기체 조건은, 약 1 sccm 내지 약 25 sccm 사이, 다양한 예에서 약 1 sccm 내지 약 5 sccm 사이, 또는 일부 예에서 약 3 sccm의 수소 기체 흐름을 포함할 수 있다. N-H 기 및 하나의 Cg는, 구조(504)의 표면으로부터 열분해적으로 분리될 수 있다. 수소를 이용한 비활성화는, 단일 그래핀 탄소(Cg)의 제거에 의해 정의되는 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어인, 구조(506)을 제공할 수 있다. 천공된 그래핀 구조(506)은, 예를 들어 도 1c에서 천공된 그래핀 모노레이어(106)에서 도시된 것과 같이, 분산 구멍(108)의 단일-탄소 공공 결함에 대응된다.
도 5c는, 이중 탄소 공공 결함을 포함하는 구멍을 형성하는데 사용될 수 있는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 일반적인 스킴의 일부에 대응하는 예시적인 스킴을 도시한다. 다양한 예에서, 구조(504)에 의해 표현되는 N-H 아지리다인 일부가 가수분해되어, 구조적 화학식(508)에 의해 각각 표현되는 베타-아미노 알코올 일부를 생성할 수 있다. 가수분해 반응은, 구조(504)를 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼린 토류 금속 산화물 또는 수산화물의 기본 수용성 용액과 접촉함으로써 실행될 수 있다. 가수분해 반응은, 약 0.1 몰농도 내지 약 10 몰농도의 범위, 예를 들어 약 1 몰농도의 기본 수용성 용액을 사용할 수 있다. 다양한 예에서, 가수분해 반응은, 약 0도씨 및 약 100도씨 사이, 약 10도씨 및 약 90도씨 사이, 약 20도씨 및 약 80도씨 사이, 또는 약 25도씨 및 약 75도씨 사이의 온도에서 실행될 수 있다. 가수분해 반응에 이어서, 물 및/또는 수용성 버퍼 용액, 예를 들어 pH 7의 버퍼 용액을 이용한 린싱(rinsing)을 실행할 수 있다.
가수분해 반응 후에, 구조적 화학식(508)에 의해 표현되는 복수의 N-H 아지리다인 일부는, 수소 조건 하에 약 750도씨 및 약 900도씨 사이의 온도까지 가열되어, 구조적 화학식(510)에 의해 각각 표현된 복수의 이중-탄소 공공 결함으로써, 그래핀 모노레이어에서 복수의 구멍을 생성할 수 있다. Cg-NH2 및 Cg-OH 기는, 베타-아미노 알코올 구조(508)의 표현으로부터 열분해적으로 분리될 수 있다. 열분해 분리(thermolytic cleavage)는, 예를 들어 수소 시안화물, 수소, 탄소 일산화물, 암모니아, 물 등과 같은, 하나 이상의 기체를 포함할 수 있다. 수소를 이용한 비활성화(passivation)가 사용되어, 2개의 그래핀 탄소(Cg)의 제거에 의해 정의된 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어인 구조(510)가 제공될 수 있다. 천공된 그래핀 구조(510)는, 예를 들어 도 1e의 천공된 그래핀 모노레이어에 도시된 바와 같이, 분산 구멍(122)의 이중-탄소 공공 결함에 대응한다.
도 5d는, 구조(514)에 의해 표현된 1,2 디올 중간 화합물을 형성하기 위해 1,2 디에테르를 사용하는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 일반적인 스킴의 일부에 대응하는 예시적인 반응 스킴을 도시한다. 그래핀 모노레이어(500)는, R-Het*에 의해 표현되는 활성화된 옥시 시약과 접촉할 수 있으며, 여기서 R은 -Ra일 수 있다. R-Het*에 의해 표현되는 활성화된 옥시 시약은, R-Het에 의해 표현되는 활성화된 옥시 시약의 적절한 전구체를, 3가의 이오도소아릴(iodosoaryl) 시약과 같은 활성화 시약과 결합함으로써 준비될 수 있다. 적절한 이오도소아릴 시약은, 예를 들어 이오도소벤젠 테트라플루오로보레이트, 이오도소벤젠 헥사플루오로안티모네이트, 이오도소벤젠 헥사플루오로포스페이트 등을 포함할 수 있다.
3가의 이오도소아릴 시약은, (디아세톡시오도)벤젠의 클로로폼 용액을, 예를 들어, 테트라플루오로보릭 산, 헥사플루오로안티모닉 산, 또는 헥사플루오로포스포릭 산과 같은 적절한 산의 수용성 용액과 결합하여 준비될 수 있다. 혼합물은, 40도씨 내지 50도씨에서 진공 상태에서 증발될 수 있다. 제품, 예를 들어, 이오도소벤젠 테트라플루오로보레이트, 이오도소벤젠 헥사플루오로안티모네이트, 또는 이오도소벤젠 헥사플루오로포스페이트는, 소량의 물을 첨가하여 결정화될 수 있다.
R-Het에 의해 표현되는 활성화된 옥시 시약(여기서 R은 -Ra일 수 있음)의 적절한 전구체는, 화학식 R-OH의 알코올, 알칼린 금속 양이온을 갖는 R-O-의 염, 알칼린 토류 금속 양이온을 갖는 R-O-의 염 등을 포함할 수 있다. 그래핀 모노레이어(500)에서 탄소-탄소 이중 결합 Cg=Cg는, 3가의 이오도소아릴 시약 및 R-Het*의 존재 하에 반응하여, 구조(512)로 표현되는 1,2-디에테르로 기능화된 그래핀 모노레이어를 형성할 수 있다.
다양한 예에서, RO 에테르 기는 구조(512)로부터 분리되어, 구조(514)로 표현되는 1,2 디올 중간 화합물을 형성할 수 있다. 다양한 예에서, 1,2 디에테르 구조(512)는, 하이드로브로믹 산, 하이드로이오딕 산, 보론 트라이브로마이드, 또는 알루미늄 트라이클로라이드 중의 하나 이상과 반응할 수 있다.
도 5e는, 구조(514)에 의해 표현되는 1,2 디올 중간 화합물을 형성하기 위해 1,2 디에스테르 일부를 사용하는, 도 3a 및 3b에 도시된 일반적인 스킴의 일부에 대응하는 예시적인 반응 스킴을 도시한다.
도 5e를 참조하면, 다양한 예에서, 그래핀 모노레이어(500)는, 3가의 이오도소아릴 시약 및 카르복실 전구체 R-Het (여기서 R은 -Ra일 수 있음)와 반응할 수 있다.
다양한 예에서, 3가의 이오도소아릴 시약은, 예를 들어, 도 5d의 설명에서 기술된 것과 같이 준비된, 이오도소벤젠 테트라플루오로보레이트, 이오도소벤젠 헥사플루오로안티모네이트 또는 이오도소벤젠 헥사플루오로포스페이트를 포함할 수 있다.
다양한 예에서, R-Het(여기서 R은 -Ra일 수 있음)에 의해 표현된 활성화된 옥시 시약의 적절한 카르복실 전구체는, 화학식 R-CO2H의 카르복실릭 산, 알칼린 금속 양이온을 갖는 R-CO2의 염, 알칼린 토류 금속 양이온을 갖는 R-CO2의 염 등을 포함할 수 있다. 그래핀 모노레이어에서 탄소-탄소 이중 결합 Cg=Cg는, R-Het에 의해 표현되는 카르복실 전구체 및 3가의 이오도소아릴 시약과 반응하여, 구조(518)에 의해 표현되는 11,2-디에스테르 일부로 기능화된 그래핀 모노레이어를 형성할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 다양한 예에서, 이오도소아릴 시약 및 카르복실 전구체 R-Het는 함께, R-Het*에 대응되는 복합체(complex)를 형성할 수 있다. 예를 들어, R-Het*는, 농축된 황산의 존재 하의 R-Het = R-CO2H, 및 벤젠, 포타시움 페록소디설페이트, 원자의 요오드(elemental iodine)와 반응하여 형성될 수 있는, (bis(R-CO2)이오도(III))벤젠을 나타낼 수 있다. 다양한 예에서, 그래핀 모노레이어(500)는, 트라이플루오메탄설포네이트(trifluoromethanesulfonate); 페르플로레이트(perchlorate); 메탄설포네이트(methanesulfonate); 설포네이트(sulfonate); 메틸페닐설포네이트(methylphenylsulfonate); 브로모페닐설포네이트(bromophenylsulfonate); 니트로페닐설포네이트(nitrophenylsulfonate) 등의 구리(I) 또는 구리(II) 염 및 (bis(R-CO2)이오도(III))벤젠과 반응할 수 있다. 그래핀 모노레이어(500)에서 탄소-탄소 이중 결합 Cg=Cg는, (bis(R-CO2)이오도(III))벤젠과 반응하여, 구조(518)에 의해 표현되는 1,2-디에스테르 일부로 기능화된 그래핀 모노레이어를 형성할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 다양한 예에서, 1,2-디에스테르 일부(518)에서 RCO2-Cg 카르복실 기는, 가수분해되어 구조(514)로 표현되는 1,2 디올 화합물을 형성할 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 조건은, 구조(514)에 의해 표현된 1,2 디올 화합물을 형성하기 위해 1,2-디에스테르 일부를 가수분해하기에 적절한 조건 하에서, 1,2-디에스테르 일부(518)를 산 또는 염기에 접촉하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 산은, HF, HCl, HBr, HI, H2SO4, 포스포릭 산(phosphoric acid), 메탄설포닉 산(methanesulfonic acid), 트라이플루오로메탄설포닉 산(trifluoromethanesulfonic acid), 메틸페닐설포닉 산(methylphenylsulfonic acid); 브로모페닐설포닉 산(bromophenylsulfonic acid); 니트로페닐설포닉 산(nitrophenylsulfonic acid) 등을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 조건은, 1,2-디에스테르 일부(518)를, 예를 들어, 알칼린 금속 수산화물, 알칼린 토류 금속 수산화물, 알칼린 토류 금속 산화물 등과 같은 염기에 접촉하는 것을 포함할 수 있다. 일부 다른 예에서, 적절한 염기는, 4가의 암모니움 수산화물, 예를 들어, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide), 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(tetrabutylammonium hydroxide) 등을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 4가의 암모늄 염은, 예를 들어, 테트라부틸암모늄 설페이트(tetrabutylammonium sulfate), 테트라에틸암모늄 프로마이드(tetraethylammonium bromide) 등이 첨가될 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 조건은, 물의 소스를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 조건은, 수용성 상(aqueous phase) 및 유기적 상(organic phase)을 포함하는 이상 시스템(biphasic system)을 포함할 수 있으며, 여기서 유기적 상은, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디옥산(dioxane), 디에틸 에테르(diethyl ether) 등을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 조건은, 약 20도씨 및 약 100도씨 사이의 가열을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 이상 시스템이 사용될 때, 적절한 조건은, 약 20도씨 및 유기적 상, 예를 들어 테트라하이드로퓨란의 약 비등점 사이에서의 가열을 포함할 수 있다.
도 5d 및 5e를 다시 참조하면, 다양한 예에서, 구조(514)로 표현되는 1,2 디올 중간 화합물은, 열분해적으로 분리되어 비활성화됨으로써, 2개의 그래핀 탄소(Cg)의 제거에 의해 정의되는 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어인 구조(516)를 제공할 수 있다. 구조(514)에 의해 표현되는 1,2 디올 중간 화합물은 가열될 수 있다. 일부 예에서, 구조(514)에 의해 표현되는 1,2 디올 중간 화합물은, 수소 기체의 존재 하에 가열될 수 있다. 적절한 온도는 약 700도씨 내지 약 900도씨 사이의 범위, 다양한 예에서, 약 750도씨 내지 약 850도씨 사이, 또는 일부 예에서 약 800도씨일 수 있다. 적절한 반응 시간은, 약 1분 내지 약 12시간, 다양한 예에서, 약 10분 내지 약 4시간 사이, 일부 예에서 약 15분 내지 약 2시간 사이, 또는 다른 예에서, 약 30분일 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 수소 기체 조건은, 약 1 Torr 내지 약 7600 Torr의 범위, 일부 예에서 약 1 Torr 내지 약 760 Torr의 범위, 또는 다른 예에서 약 10 Torr 내지 약 100 Tor의 범위, 예를 들어 50 Torr이다. 다른 적절한 수소 기체 조건은, 약 1 sccm 내지 약 25 sccm, 다양한 예에서, 약 1 sccm 내지 약 5 sccm, 또는 일부 예에서 약 3 sccm의 수소 기체 흐름을 포함할 수 있다. 2개의 Cg-OH 기가 구조(514)의 표면으로부터 열분해적으로 분리될 수 있다. 열분해적 분리는, 하나 이상의 화학종, 예를 들어, 수소, 하이드록실, 일산화 탄소, 이산화 탄소, 물 등을 포함할 수 있다. 수소를 이용한 비활성화가 사용되어, 2개의 그래핀 탄소(Cg)의 제거에 의해 정의되는 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어인 구조(516)을 제공할 수 있다. 천공된 그래핀 구조(516)은, 예를 들어 도 1d에서 천공된 그래핀 모노레이어(120)에 도시된 것과 같이, 분산 구멍(122)의 이중-탄소 공공 결함에 대응할 수 있다.
예시적인 실시예는 또한, 본원에 기술된 바와 같은 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어를 포함할 수 있는 예시적인 멤브레인 또는 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어의 제조 방법을 포함할 수 있다. 이들 방법은, 본원에 기술된 구조를 포함하는 임의의 수의 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 한가지 방법은, 본원에 기술된 유형의 장치의 머신 동작에 의한 것일 수 있다. 다른 선택적인 방법은, 동작의 일부를 수행하는 하나 이상의 인간 오퍼레이터와 결합하여 방법의 개별 동작들의 하나 이상이 실행되고, 다른 동작들은 머신에 의해 실행되는 것일 수 있다. 이들 인간 오퍼레이터는 상호 동일 위치에 있을 필요는 없으며, 각각은 프로그램의 일부를 실행하는 머신과만 함께 있을 수 있다. 다른 일부 예에서, 인간 상호작용이, 머신 자동화될 수 있는 사전 선택된 범주에 의한 것과 같이 자동화될 수 있다.
도 6은, 본원에 기술된 적어도 일부 실시예에 따른, 멤브레인(200)과 같은 멤브레인에 대응하거나, 천공된 그래핀 모노레이어(106, 120)과 같은, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어를 제조하는데 사용될 수 있는 동작들을 보여주는 흐름도이다.
106 또는 120과 같은 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어의 제조 방법은, 블록(622, 624, 626, 628 및/또는 630)의 하나 이상에 의해 예시되는 하나 이상의 기능, 동작, 또는 행위를 포함할 수 있다. 방법은, 동작(622), 그래핀 모노레이어(100)과 같은 "그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 R-Het*를 접촉"으로 시작할 수 있다. 시약은, 고체, 액체, 기체, 용액 상태의 용질, 부유 상태의 입자 등과 같은, 임의의 적절한 형태에서 그래핀 모노레이어와 접촉할 수 있다. R-Het* 시약은, 용액 코팅 장치, 스핀 코팅 장치, 딥 코팅 장치, 예를 들어, 인크젯 유형의 노즐과 같은, 예를 들어, 압력 유체 적용기를 통해 적용되는 것과 같은, 선택적 코팅 장치, 응축기, 진공 챔버, 및/또는 히터를 이용한 승화 또는 응축, 화학 증착 등을 이용하는 것과 같은, 임의의 적절한 장치 또는 방법에 의해, 그래핀 모노레이어에 접촉될 수 있다. 제어 장치(610)는 "혼합기/반응기/R-Het* 첨가/적용기" 머신(792)을 동작시켜서, 동작(622)을 실행할 수 있다. 머신(792)은, 이상 기술한 바와 같은, 기계적 휘저음, 가열, 용해를 위한 초음파 발생 및/또는 반응 시약과 같은, 하나 이상의 혼합 기능을 포함할 수 있다. 머신(792)은 또한, R-Het*와 같은 시약을 그래핀에 접촉하기 위한 하나 이상의 적용 또는 코팅 기능을 포함할 수 있다. 동작(622)에서, 제조 제어기(790)는, 예를 들어, 사용된 시약에 기초한 반응 또는 기계적 휘저음의 정도에 관한 파라미터를 이용하여 머신(792)에 명령할 수 있다. 동작(622)은, 예를 들어, 반응이 충분한 시간 동안 진행되어 그래핀 모노레이어의 표현을 기능화될 때와 같은, 요구되는 지점에 도달할 때까지 계속될 수 있다.
일부 예에서, R-Het* 전구체를 활성화하여, 도 5a, 5b, 5c, 5d, 및 5e에 관해 기술된 바와 같이, R-니트렌, [RO] 또는 [RCO2]과 같은 활성화된 헤테로원자를 형성함으로써, 그래핀 모노레이어의 존재 하에 R-Het* 시약이 준비될 수 있다. 다양한 예에서, 적절한 시약 활성화 장치는, 저항 가열 요소, 적외선 레이저, 자외선 광원, 및/또는 하나 이상의 시약 저장기, 예를 들어, 전구체 화합물 R-Het 및 3가의 이오도소아릴 화합물을 접촉하도록 구성된 반응 챔버 등의 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 방법은, 동작(624), 분리거리(104 또는 118)와 같은, "위치들 사이의 분리 거리를 제공"을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 분리 거리는, 요구되는 양의 입체 벌크(bulk)를 갖는 R 기를 선택함으로써 제공될 수 있으며, 여기서 분리 거리는 기 R의 최소 입체 반경(rR)의 적어도 약 2배일 수 있다. 일부 예에서, 분리 거리는, 예를 들어, 그래핀 모노레이어의 표면이 희박하게 반응할 수 있도록, 낮은 농도의 R-Het*에서 반응을 실행함으로써, 증가할 수 있다. 일부 예에서, 분리 거리는, 압력 유체 적용기 등을 이용하여 R-Het*의 패턴 적용을 통해 선택된 위치에서 R-Het*으로 그래핀 모노레이어를 접촉함으로써 간접적으로 조절될 수 있다.
방법은, 동작(626), "각 위치에서 그래핀 탄소로 각 R-Het*을 반응"을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 반응은, 그래핀 모노레이어로 R-Het*의 접촉하여 발생할 수 있다. 다른 예에서, R-Het는, 그래핀 모노레이어에서 선택된 위치에서 활성화될 수 있다. 예를 들어, R-Het가 R-아자이드(R-azide)일 수 있을 때, 자외선 램프, 자외선 발광 다이오드 와 같은 자외선 광원, 자외선 레이저와 같은 평행 광원이 사용되어, R-Het*를 R-니트렌으로써 광분해적으로 생성할 수 있다. 일부 예에서, 자외선 레이저와 같은 평행 광원이 사용되어, 그래핀 모노레이어 상에서 특정 위치에서 R-Het*를 R-니트렌으로써 광분해적으로 생성할 수 있다. 제어 장치(610)는, 동작(624, 626)을 실행하기 위해 머신(792)와 선택적으로 결합하여, "히터/광분해기" 머신(794)을 동작할 수 있다. 제어 장치(610)는, 예를 들어 광분해 활성화, 가열 등에 의해, 예를 들어, R-Het 전구체로부터 R-Het* 시약을 활성화하는 패턴닝 및 위치, R-Het* 시약을 적용하는 패터닝 및 위치에 관한 파라미터를 이용해 머신(792 및/또는 794)을 제공할 수 있다. 동작(624)은, 요구되는 지점에 이를 때까지, 예를 들어 그래핀 모노레이어가 요구되는 수준의 기능화까지 반응할 정도의 충분한 시간을 가질 때까지 계속될 수 있다.
방법은, 동작(628), 구멍(108, 122)과 같이, "비활성화 조건 하에 탄소 공공 결함을 생성함으로써 구멍을 형성"을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 108, 122와 같은 구멍은, 아지리다인(504), 베타 아미노 알코올(508), 1,2 디올(514) 등과 같은 전구체를 가열함으로써 형성될 수 있다. 구멍(108, 122)을 형성하기 위한 적절한 장치 구성요소는, 저항 가열 요소 또는 적외선 레이저와 같은, 히터를 포함할 수 있다. 구멍(108, 122)을 형성하기 위한 적절한 장치 구성요소는, 예를 들어 가열이 실행될 수 있는 동안에 수소의 흐름 또는 수소의 부분 압력을 적용하도록 구성된 반응 챔버와 같은 수소 소스를 또한 포함할 수 있다. 제어 장치(610)는 또한, 동작(628)을 실행하기 위해 "수소 비활성화 소스"와 선택적으로 결합하여, "히터/광분해기" 머신(794)을 동작할 수 있다. 동작(628)은, 요구되는 지점이 이를 때까지, 예를 들어, 기능화된 그래핀 모노레이어가, 구멍(108 또는 122)와 같은, 분산 구멍을 형성하고 비활성화하도록 반응할 정도의 충분한 시간을 가질 때까지 계속될 수 있다.
방법은, 동작(630), "투과성 지지 기판에 구멍을 갖는 그래핀을 접촉"을 포함할 수 있다. 동작(630)은, 예를 들어 마이크로미터 두께의 구리 호일(copper foil)과 같은 구리 호일 상에 생성된 그래핀 모노레이어로부터, 본원에서 기술된 바와 같은 천공된 그래핀 모노레이어를 준비하는 것을 포함할 수 있다. 동작(630)은 또한, 천공된 그래핀 모노레이어 상에 적절한 전이 폴리머의 층을 증착하여 경화하는 단계; 구리 호일을 제거하기 위해 에칭하는 단계; 결과적으로 천공된 그래핀 모노레이어/ 경화된 폴리머를 세척하는 단계; 천공된 그래핀 모노레이어 표면을 적절한 투과성 기판에 접촉하는 단계; 폴리머의 제2층을 재증착하고 경화하는 단계; 아세톤 등과 같은 용매를 이용하여 결합된 폴리머 층을 세척하여 제거하는 단계 등과 같은 하나 이상의 동작을 포함할 수 있다. 동작(630)을 위한 적절한 장치는, 예를 들어, 용액 코팅기, 스킨 코팅기, 딥 코팅기 등과 같은, 폴리메틸 메타크릴레이트를 코팅하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 동작(630)을 위한 적절한 장치는 또한, 폴리메틸 메타아크릴레이트를 경화하기 위한 자외선 광원 또는 경화 오븐을 포함할 수 있다. 동작(630)을 위한 추가의 적절한 장치는, 에칭 및 세척 챔버를 포함할 수 있다. 동작(630)을 위한 추가의 적절한 장치는, 접촉 프레스와 같이, 천공된 그래핀 모노레이어 표면을 적절한 투과성 기판에 접촉하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 동작(630)에서, 프로세서(예를 들어 프로세서(610))는, 머신(792)의 적용기, 혼합기 및 반응기 기능을 제어하여, 천공된 그래핀 모노레이어를 302와 같은 투과성 기판에 전이하여, 300과 같은 멤브레인을 형성할 수 있다. 동작(630)은, 용해 처리, 용매 증발, 감소된 압력의 용매 증발, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 용매 캐스팅, 닥터 블레이딩(doctor blading), 초임계 조건 하에서 용매의 제거, 폴리머의 전구체로부터 인시츄 폴리머화(polymerization in situ), 폴리머의 인시츄 경화 또는 크로스링킹, 콘택 프린팅, 금속 에칭, 폴리머 에칭/분해 등과 같은, 하나 이상의 기능을 포함할 수 있다.
다양한 예에서, 본원에 기술된 동작들은, 시약을 그래핀 모노레이어 또는 천공된 그래핀 모노레이어에 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작(622)은, 시약(R-Het*)을 그래핀 모노레이어에 접촉하는 단계를 포함할 수 있으며, 동작(630)은, 폴리머를 천공된 그래핀 모노레이어에 접촉하고 경화하는 단계 등을 포함할 수 있다. 이러한 방법은, 용해 처리, 용매 증발, 감소된 압력의 용매 증발, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 인크젯 형태의 프린팅, 용매 캐스팅, 닥터 블레이딩(doctor blading), 초임계 조건 하에서 용매의 제거, 폴리머의 전구체로부터 인시츄 폴리머화(polymerization in situ), 폴리머의 인시츄 경화 또는 크로스링킹 등과 같은, 하나 이상의 기능을 포함할 수 있다. 적절한 폴리머 처리 조건의 특정 세부사항은, 특정 R-Het* 또는 폴리머에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 용액 캐스팅 방법은, 문제의 폴리머의 높은 비등점 용매를 사용한다.
이상 기술된 도 6의 프로세스에 포함된 동작들은, 예시 목적을 위한 것이다. 본원인 개시된 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 멤브레인의 제조 프로세스는, 더 적은 또는 추가의 동작들을 이용하는 유사한 프로세스로 구현될 수 있다. 일부 예에서, 동작들은 다른 순서로 실행될 수 있다. 일부 다른 예에서, 다양한 동작들이 제거될 수 있다. 또 다른 예에서, 다양한 동작들이 추가의 동작들로 분할되거나, 더 적은 동작들로 함께 결합될 수 있다. 순차적으로 실행하는 동작들로써 예시되었지만, 일부 예에서, 다양한 동작들은 다른 순서로 실행될 수 있거나, 일부의 경우에, 다양한 동작들은 실질적으로 동시에 실행될 수 있다.
도 7은, 본원에 개시된 적어도 일부 실시예에 따른, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어를 제조하는데 사용될 수 있는, 자동화된 머신(700)의 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, "제조 제어기"(790)가, 예를 들어, "혼합기/반응기/R-Het*추가/적용기"(792), "히터/광분해기"(794), "수소 비활성화 소스"(796) 및/또는 "지지 기판 적용기"(798)과 같이, 본원에 기술된 동작들을 실행하는데 사용될 수 있는 머신들에 연결될 수 있다.
제조 제어기(790)는, 인간 제어에 의해 동작될 수 있거나, 네트워크(710)를 통해 원격 제어기(770)에 의해 제어될 수 있다. 천공된 그래핀 모노레이어 및 그 멤브레인의 제조를 위한 다른 프로세스들을 제어하는 것과 연관된 데이터가, 데이터 저장소(780)에 저장되거나 그로부터 수신될 수 있다.
도 8은, 본원에 개시된 적어도 일부 실시예에 따른, 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 그 멤브레인을 제조하는데 있어서, 도 7의 자동화된 머신 또는 유사한 제조 장비를 제어하는데 사용될 수 있는 범용 컴퓨팅 장치를 도시한다. 기본 구성(basic configuration)(802)에서, 컴퓨팅 장치(800)는 전형적으로 하나 이상의 프로세서(804) 및 시스템 메모리(806)를 포함할 수 있다. 메모리 버스(808)가 프로세서(804)와 시스템 메모리(806) 사이의 통신을 위해 사용될 수 있다.
요구되는 구성에 따라, 프로세서(804)는 마이크로프로세서(μP), 마이크로컨트롤러(μC), 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 그 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 프로세서(804)는 레벨 캐시 메모리(812)와 같은 하나 이상의 레벨의 캐싱, 프로세서 코어(814) 및 레지스터(816)를 포함할 수 있다. 예시적인 프로세서 코어(814)는 ALU(arithmetic logic unit), FPU(floating point unit), DSP 코어(digital signal processing core), 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 메모리 컨트롤러(818)는 또한 프로세서(804)와 사용될 수 있거나, 또는 일부 구현예에서, 메모리 컨트롤러(818)는 프로세서(804)의 내부 부품일 수 있다.
요구되는 구성에 따라, 시스템 메모리(806)는 (RAM과 같은) 휘발성 메모리, (ROM, 플래시 메모리 등과 같은) 비휘발성 메모리, 또는 그 임의의 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는 임의의 유형일 수 있다. 시스템 메모리(806)는 운영 체제(820), 하나 이상의 제조 제어 애플리케이션(manufacturing control application)(822) 및 프로그램 데이터(824)를 포함할 수 있다. 제조 제어 애플리케이션(822)은 도 7의 자동화된 머신(700) 및 전술된 바와 같은 임의의 기타 프로세스, 방법 및 기능을 제어하도록 배열될 수 있는 제어 모듈(826)을 포함할 수 있다. 프로그램 데이터(824)는 다른 데이터 중에서도 자동화된 머신(700)의 다양한 양태를 제어하기 위한 물질 데이터(material data)(828)를 포함할 수 있다. 이러한 설명된 기본 구성(802)은 내부 파선 내의 컴포넌트에 의해 도 8에 도시된다.
컴퓨팅 장치(800)는 추가적인 특징 또는 기능, 및 기본 구성(802)과 임의의 요구되는 장치와 인터페이스 간 통신을 용이하게 하기 위한 추가적인 인터페이스를 가질 수 있다. 예를 들면, 버스/인터페이스 컨트롤러(830)는 저장 인터페이스 버스(834)를 통한 기본 구성(802)과 하나 이상의 데이터 저장 장치(832) 간의 통신을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 데이터 저장 장치(832)는 분리형 저장 장치(836), 비분리형 저장 장치(838), 또는 그들의 조합일 수 있다. 분리형 저장 장치 및 비분리형 저장 장치의 예로는, 몇 가지 말하자면, 플렉서블 디스크 드라이브 및 하드 디스크 드라이브(HDD)와 같은 자기 디스크 장치, 컴팩트 디스크(CD) 드라이브 또는 디지털 다기능 디스크(DVD) 드라이브와 같은 광 디스크 드라이브, 고체 상태 드라이브(solid state drive; SSD), 및 테이프 드라이브를 포함할 수 있다. 예시적인 컴퓨터 저장 매체는, 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성의, 분리형 및 비분리형 매체를 포함할 수 있다.
시스템 메모리(806), 분리형 저장 장치(836) 및 비분리형 저장 장치(838)는 모두 컴퓨터 저장 매체의 예시일 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 다른 광학 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는 데에 사용될 수 있고 컴퓨팅 장치(800)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러한 임의의 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨팅 장치(800)의 일부일 수 있다.
컴퓨팅 장치(800)는 버스/인터페이스 컨트롤러(830)를 통한 다양한 인터페이스 장치(예를 들면, 출력 장치(842), 주변 인터페이스(844) 및 통신 장치(866))로부터 기본 구성(802)으로의 통신을 용이하게 하기 위한 인터페이스 버스(840)도 포함할 수 있다. 예시적인 출력 장치(842)는 그래픽 처리 유닛(848) 및 오디오 처리 유닛(850)을 포함하며, 이는 하나 이상의 A/V 포트(852)를 통해 디스플레이 또는 스피커와 같은 다양한 외부 장치로 통신하도록 구성될 수 있다. 예시적인 주변 인터페이스(844)는 직렬 인터페이스 컨트롤러(854) 또는 병렬 인터페이스 컨트롤러(856)를 포함하며, 이는 하나 이상의 I/O 포트(858)를 통해 입력 장치(예컨대, 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 장치, 터치 입력 장치 등) 또는 다른 주변 장치(예컨대, 프린터, 스캐너 등)와 같은 외부 장치와 통신하도록 구성될 수 있다. 예시적인 통신 장치(866)는 네트워크 컨트롤러(860)를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 통신 포트(864)를 통해 네트워크 통신 링크 상에서의 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치(862)와의 통신을 용이하게 하도록 배치될 수 있다.
네트워크 통신 링크는 통신 매체의 일 예시일 수 있다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파 또는 다른 전송 메커니즘 같은 변조된 데이터 신호 내의 다른 데이터에 의해 구현될 수 있고, 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다. "변조된 데이터 신호"는 신호 내에 정보를 인코딩하기 위한 방식으로 설정되거나 변경된 특성 중 하나 이상을 갖는 신호일 수 있다. 제한적인지 않은 예시로서, 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접 유선 접속과 같은 유선 매체, 및 음파, 무선 주파수(RF), 마이크로웨이브, 적외선(IR) 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 저장 매체 및 통신 매체 둘 다를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치(800)는, 물리적 서버(physical server), 가상 서버(virtual server), 컴퓨팅 클라우드(computing cloud), 또는 위 기능 중 임의의 것을 포함하는 하이브리드 장치(hybrid device)의 일부로서 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치(800)는 또한 랩톱 컴퓨터 및 랩톱이 아닌 컴퓨터 구성을 모두 포함하는 개인용 컴퓨터로서 구현될 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(800)는 네트워킹된 시스템(networked system)으로서 또는 범용 또는 전문화된 서버의 일부로서 구현될 수 있다.
컴퓨팅 장치(800)를 포함하는 네트워킹된 시스템을 위한 네트워크는 임의의 토폴로지의 서버, 클라이언트, 스위치, 라우터, 모뎀, 인터넷 서비스 제공자, 및 임의의 적절한 통신 매체(예컨대, 유선 또는 무선 통신)를 포함할 수 있다. 실시예에 따른 시스템은 정적 또는 동적 네트워크 토폴로지를 가질 수 있다. 네트워크는 기업 네트워크(enterprise network)와 같은 보안된 네트워크(예컨대, LAN, WAN 또는 WLAN), 무선 개방형 네트워크(wireless open network)와 같은 보안되지 않은 네트워크(예컨대, IEEE 802.11 무선 네트워크), 또는 월드와이드 네트워크(예컨대, 인터넷)를 포함할 수 있다. 네트워크는 함께 동작하도록 구성될 수 있는 복수의 별개의 네트워크도 포함할 수 있다. 그러한 네트워크는 여기에서 설명되는 노드 사이의 통신을 제공하도록 구성될 수 있다. 제한적이지 않은 예시로서, 이러한 네트워크는 음파, RF, 적외선 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크는 동일한 네트워크 또는 별개의 네트워크의 일부일 수 있다.
도 9는 여기에서 설명되는 적어도 일부 실시예에 따라 배열되는, 도 7의 자동화된 머신 또는 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 예시적인 멤브레인을 만드는데 있어서의 유사한 제조 장비를 제어하는 데에 이용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품의 블록도를 도시한다. 일부 예시에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 프로그램 제품(900)은, 예컨대 프로세서에 의해 실행되는 경우 도 6 내지 도 8에 관하여 전술된 기능을 제공할 수 있는 머신 판독 가능 명령어(904)를 포함할 수 있는 신호 베어링 매체(signal bearing medium)(902)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(790)를 참조하면, 도 9에 도시된 하나 이상의 태스크는 매체(902)에 의해 프로세서(790)로 전달된 명령어(904)에 응답하여 착수되어, 여기에 설명된 예시적인 천공된 그래핀 모노레이어 또는 예시적인 멤브레인을 만드는 것과 연관된 작용을 수행할 수 있다. 그러한 명령어 중 일부는, 예를 들어, R-Het*를 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 접촉; 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자로 각 R-Het*과 반응; 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성; 및/또는 투과성 기판에 천공된 그래핀 모노레이어를 접촉하기 위한 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 도 9에 도시된 신호 베어링 매체(902)는 하드 디스크 드라이브, CD(Compact Disk), DVD(Digital Versatile Disk), 디지털 테이프, 메모리 등과 같은 컴퓨터 판독 가능 매체(906)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 구현예에서, 신호 베어링 매체(902)는 메모리, 읽기/쓰기(R/W) CD, R/W DVD 등과 같은 기록 가능 매체(908)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 일부 구현예에서, 신호 베어링 매체(902)는 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체(예컨대, 광섬유 케이블, 도파관(waveguide), 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 등)와 같은 통신 매체(910)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품(900)은, 신호 베어링 매체(902)가 무선 통신 매체(910)(예컨대, IEEE 802.11 표준에 따르는 무선 통신 매체)에 의해 전달될 수 있는 RF 신호 베어링 매체(902)에 의하여 프로세서(904)로 전달될 수 있다. 개인용 컴퓨터 상의 운영 체제 상에서 실행하는 애플리케이션 프로그램과 함께 실행하는 프로그램 모듈의 일반적인 맥락에서 실시예들이 설명될 것이나, 당업자라면 그러한 양태가 다른 프로그램 모듈과 조합하여 구현될 수도 있음을 인식할 것이다.
일반적으로, 프로그램 모듈은 루틴, 프로그램, 컴포넌트, 데이터 구조 및 특정 추상 데이터 유형을 구현하거나 특정 태스크를 수행하는 다른 유형의 구조를 포함한다. 또한, 당업자는 실시예들이 휴대용 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그램 가능 가전 제품, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 및 비슷한 컴퓨팅 장치를 포함하는 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수 있음을 알 것이다. 실시예들은 통신 네트워크를 통해 연결될 수 있는 원격 프로세싱 장치에 의해 태스크가 수행될 수 있는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수도 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 위치될 수 있다.
실시예들은 컴퓨터 구현 프로세스(방법), 컴퓨팅 시스템, 또는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 제조 물품(article of manufacture)으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 시스템에 의해 판독 가능하고 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템이 예시적인 프로세스를 수행하게 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 인코딩하는 컴퓨터 저장 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 예컨대 휘발성 컴퓨터 메모리, 비휘발성 메모리, 하드 드라이브, 플래시 드라이브, 플로피 디스크, 또는 컴팩트 디스크, 및 비슷한 매체 중 하나 이상을 통해 구현될 수 있다.
본 명세서를 통해, "플랫폼"이라는 용어는 구성 환경을 제공하기 위한 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트의 조합일 수 있으며, 이는 다양한 목적을 위해 소프트웨어/하드웨어 제품과 서비스의 구성을 용이하게 할 수 있다. 플랫폼의 예는 복수의 서버 상에서 실행되는 호스팅된 서비스, 단일 컴퓨팅 장치 상에서 실행되는 애플리케이션 및 유사한 시스템을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 일반적으로 "서버"라는 용어는 전형적으로 네트워킹된 환경에서 하나 이상의 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨팅 장치를 가리킨다. 그러나, 서버는 네트워크 상에서 서버로서 보이는 하나 이상의 컴퓨팅 장치 상에서 실행되는 가상 서버(소프트웨어 프로그램)로서 구현될 수도 있다. 이러한 기술에 관한 더 상세한 사항 및 예시적인 동작은 이하에서 제공된다.
예시적인 멤브레인은, 화학적으로 천공된 복수의 분산 구멍을 갖는 그래핀 모노레이어를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 그래핀 모노레이어가 실질적으로 균일한 구멍 크기를 전체적으로 가질 수 있도록, 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍크기를 가질 수 있다.
다양한 예에서, 멤브레인은, 그래핀 모노레이어와 접촉하는 투과성 기판을 더 포함할 수 있으며, 여기서 투과성 기판은, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 아라마이드(aramide), 방향족 폴리에스테르(aromatic polyester), 탄소 섬유(carbon fiber), 폴리수폰(polysufone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 메탈 메쉬(metal mesh), 및/또는 구멍이 있는 세라믹(porous ceramic) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적 방법은, 그래핀 모노레이어에서, R-Het*로 나타내는 화합물을 복수의 위치에 접촉하는 단계를 포함한다. Het*는 니트렌(nitrene) 또는 활성화된 옥시(oxy)일 수 있다. R은 Ra, SO2Ra, (CO)ORa, 또는 SiRaRbRc 중의 하나 일 수 있다. Ra, Rb, 및 Rc는 독립적으로 아릴(aryl) 또는 헤테로아릴(heteroaryl)일 수 있다. 일부 예시적인 방법은 또한, 복수의 위치에서 인접한 위치 사이의 적어도 rR의 분리 거리를 제공하는 단계를 포함하며, rR는 R의 최소 입체 반경(steric radius)일 수 있다. 다양한 예시적인 방법은 또한, [R-Het-Cg]p그래핀에 의해 나타내는 그래핀 모노레이어에서 복수 p의 헤테로 원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg로 R-Het*에 의해 나타내는 화합물을 반응하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, R-Het-Cg에 의해 나타내는 복수의 헤테로 원자-탄소 일부를 제거함으로써, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍은, 복수의 위치로부터 그래핀 탄소 원자 Cg를 제거함으로써 정의되는 그래핀 모노레이어에서 복수의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다.
다양한 예에서, Het*는 니트렌일 수 있으며, 그래핀 모노레이어에서 복수의 헤테로원자-탄소 일부의 각각은, 구조적 화학식(502)에 의해 표현되는 치환된 아지리다인일 수 있다:
502
Figure 112014080379994-pct00001
.
일부 예에서, 방법은 아자이드(azide)를 니트렌으로 변환하기에 적절한 열분해 또는 광분해 조건 하에서, R-N3에 의해 표현되는 아자이드 전구체를 반응함으로써 R-Het*를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있으며, Het*는 니트렌일 수 있다.
추가의 예에서, 방법은 또한, R-N-OSO2-Rf에 의해 표현되는 아자이드 전구체를 염기에 반응함으로써 R-Het*를 준비하는 단계를 포함할 수 있으며, Rf는 메실레이트(mesylate), 트라이플레이트(triflate), 브로실레이트(brosylate), 토실레이트(tosylate) 또는 노실레이트(nosylate) 기일 수 있으며, Het*는 니트렌일 수 있으며, R은 (CO)ORa일 수 있다.
다양한 예에서, 방법은, 구조적 화학식(504)에 의해 각각 표현될 수 있는, 그래핀 모노레이어에서 복수의 N-H 아지리다인 일부를 생성하기 위해 복수의 R 기를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다:
504
Figure 112014080379994-pct00002
.
방법의 일부 예에서, R은 SiRaRbRc일수 있으며, 복수의 R 기는, 4가의 암모늄 플루오라이드(ammonium fluoride); 알킬 설포닉 산(alkyl sulfonic acid); 아릴 설포닉 산(aryl sulfonic acid); 트라이플루오로메탄 설포닉 산(trifluoromethane sulfonic acid); 알칼리 금속 수산화물(alkali metal hydroxide); 또는 산화제 중의 하나와, 구조적 화학식 I에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을 접촉함으로써 분리될 수 있다.
방법의 다른 예에서, R은 -(CO)ORa일 수 있으며, 복수의 R 기는, 구조적 화학식 I에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, 알칼리 알킬티올레이트(alkali alkylthiolate); 트라이알킬 실릴 이오다이드(trialkyl silyl iodide); 알칼리 금속 수산화물(alkali metal hydroxide); 알칼리 토류 금속 수산화물(alkali earth metal hydroxide); 포타슘 카르보네이트(potassium carbonate); HBr/아세트산(HBr/acetic acid); 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride); 소디움 텔루리움 하이드라이드(sodium tellurium hydride); 포타슘 트라이알킬실록사이드(potassium trialkylsiloxide); 알킬 리튬(alkyl lithium); 4가의 암모늄 플루오라이드(quaternary ammonium fluoride); 소디움 이오다이드가 있는 아실 클로라이드(acyl chloride with sodium iodide); 알킬 설포닉 산(alkyl sulfonic acid); 트라이플루오메탄 설포닉 산(trifluoromethane sulfonic acid); 또는 아릴 설포닉 산(aryl sulfonic acid) 중의 하나와 접촉함으로써 분리될 수 있다.
방법의 다양한 예에서, R은 -SO2Ra일 수 있으며, 복수의 R 기는, 구조적 화학식 I에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, HBr 및 아세트산; HBr 및 페놀; HF 및 피리다인(pyridine); 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride); 알칼리 메탈 아릴라이드 염(alkali metal arylide salt); 암모니아에서의 알칼리 메탈(alkali metal in ammonia) 또는 이소-프로필라민(iso-propylamine); 실키라겔에 흡착된 소디움-포타슘 알로이(sodium-potassium alloy adsorbed on silica gel); 사마리움 이오다이드(samarium iodide); 아세트산에서의 페르클로릭 산(perchloric acid in acetic acid); 에테르 존재 하의 광분해; 소디움 보로하이드라이드 및 디메톡시벤젠(sodium borohydride and dimethoxybenzene)의 존재 하의 광분해; 하이드라진(hydrazine) 존재 하의 광분해; 보란:암모니아(borane:ammonia)존재 하의 광분해; 소디움 보로하이드라이드 및 베타-사프톡사이드(sodium borohydride and beta-naphthoxide) 존재 하의 광분해; 또는 소디움 모노하이드로젠 포스페이트(sodium monohydrogen phosphate) 존재 하의 소디움 아말감 중의 하나와 접촉함으로써 분리될 수 있다.
일부 예에서, R은 -Ra일 수 있으며, 복수의 R 기는, 구조적 화학식 I에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, 촉매 팔라듐 존재 하의 수소; 촉매 팔라듐 존재 하의 보란(borane in the presence of catalytic palladium); 촉매 레이니 니켈 존재 하의 보란(borane in the presence of catalytic Raney nickel); 또는 하이드로젠 페록사이드(hydrogen peroxide)에 이어서 테트라소디움 5,10,15,20-테트라(4-설포페닐)포르피리나토아이언(II)(tetrasodium 5,10,15,20-tetra(4-sulfophenyl) porphyrinatoiron(II)) 중의 하나와 접촉함으로써 분리될 수 있다.
다른 예에서, 방법은 또한, 각각이 구조적 화학식(506)에 의해 표현될 수 있는, 복수의 단일-탄소 공공 결함으로써 그래핀 모노레이어에서 복수의 구멍을 생성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지, 수소 기체의 존재 하에 구조적 화학식(504)에 의해 표현되는 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가열하는 단계를 포함할 수 있다:
506
Figure 112014080379994-pct00003
.
다양한 예에서, 방법은 또한, 각각이 구조적 화학식(508)에 의해 표현될 수 있는 그래핀 모노레이어에서 복수의 베타-아미노 알코올 일부를 생성하기 위해 구조적 화학식(504)에 의해 표현되는 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가수분해하는 단계; 및 각각이 구조적 화학식(510)에 의해 표현될 수 있는, 복수의 이중-탄소 공공 결함으로써 그래핀 모노레이어에서 복수의 구멍을 생성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지, 수소 기체의 존재 하에 구조적 화학식(508)에 의해 표현되는 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가열하는 단계를 포함할 수 있다:
508
Figure 112014080379994-pct00004
510
Figure 112014080379994-pct00005
.
방법의 일부 예에서, R은 -Ra일 수 있으며, Het*는 활성화된 옥시일 수 있으며, 그래핀 모노레이어에서 복수의 헤테로원자-탄소 일부의 각각은, 구조적 화학식(512)에 의해 표현되는 화합물 또는 구조적 화학식(518)에 의해 표현되는 화합물일 수 있다:
514
Figure 112014080379994-pct00006
; 518
Figure 112014080379994-pct00007
.
다른 예에서, 방법은 또한, 3가의 이오도소아릴 시약을, RaOH; RaO-의 알칼린 금속 염; RaO-의 알칼린 토류 금속 염; RaCO2H; RaCO2 -의 알칼린 금속 염; RaCO2 -의 알칼린 토류 금속 염 중 하나와 접촉함으로써 R-Het*를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 3가의 이오도소아릴 시약은, 이오도소벤젠 테트라플루오로보레이트(iodosobenzene tetrafluoroborate), 이오도소벤젠 헥사플루오로안티모네이트(iodosobenzene hexafluoroantimonate), 또한 이오도소벤젠 헥사플루오로포스페이트(iodosobenzene hexafluorophosphate)일 수 있다.
일부 예에서, 방법은, 구조적 화학식(512)에 의해 표현되는 화합물을, 하이드로브로믹 산(hydrobromic acid), 하이드로이오딕 산(hydroiodic acid), 보론 트라이브로마이드(boron tribromide), 또는 알루미늄 트라이클로라이드(aluminium trichloride) 중의 하나 이상과 반응하거나; 구조적 화학식(518)에 의해 표현되는 화합물을 산 또는 염기와 반응함으로써, 구조적 화학식(514)에 의해 표현될 수 있는 화합물을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다:
514
Figure 112014080379994-pct00008
.
다른 예에서, 방법은 또한, 각각이 구조적 화학식(510)에 의해 표현될 수 있는 복수의 이중-탄소 공공 결함으로써 그래핀 모노레이어에서 복수의 구멍을 형성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지 수소 존재 하에서 구조적 화학식(514)에 의해 표현되는 화합물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다:
510
Figure 112014080379994-pct00009
.
다양한 예에서, 방법은, 그래핀 모노레이어를 투과성 기판에 접촉하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 투과성 기판은, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 아라마이드(aramide), 방향족 폴리에스테르(aromatic polyester), 탄소 섬유(carbon fiber), 폴리수폰(polysufone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 메탈 메쉬(metal mesh), 및/또는 구멍이 있는 세라믹(porous ceramic) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 예시적인 방법은, 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 유체 혼합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 방법은 또한, 복수의 분산 구멍에 의해 화학적으로 천공될 수 있는 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 그래핀 모노레이어가 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가지도록, 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 복수의 분산 구멍의 각각은, 제2 화합물에 비교하여 제1 화합물의 통과에 대해 선택적일 수 있는 직경에 의해 특징지어질 수 있다. 다양한 예시적인 방법은 또한, 유체 혼합물을 그래핀 모노레이어의 제1 표면에 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 방법은 또한, 제2 화합물로부터 제1 화합물을 분리하기 위해, 복수의 분산 구멍을 통해 제1 화합물을 통과하는 단계를 포함할 수 있다.
유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법의 다양한 예에서, 제1 화합물은 제2 분자보다 작을 수 있다.
일부 예에서, 유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법은 또한, 그래핀 모노레이어에 걸쳐서 경사를 사용함으로써, 복수의 분산 구멍을 통해 제1 화합물을 통과하는 단계를 포함할 수 있으며, 경사(gradient)는, 온도, 압력, 농도, 전기장, 또는 전기화학적 포텐셜 중의 하나 이상일 수 있다.
추가의 예에서, 유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법은 또한, 약 200:1 내지 약 10^23:1의 분리 선택도에서 제2 화합물로부터 제1 화합물을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법의 다양한 예에서, 제1 화합물은, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤, 라돈, 수소, 질소, 산소, 일산화 탄소, 이산화 탄소, 이산화 황, 황화 수소, 산화 질소, C1-C4 알칸, 실란, 물, 유기 용매, 또는 할로겐산(haloacid) 중의 하나일 수 있다.
본원은 또한 예시적인 멤브레인을 인반적으로 기술한다. 예시적인 멤브레인은, R-Het*에 의해 나타낸 화합물을 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 접촉하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. Het*는 니트렌(nitrene) 또는 활성화된 옥시일 수 있다. R은 Ra, SO2Ra, (CO)ORa, 또는 SiRaRbRc 중의 하나 일 수 있다. Ra, Rb, 및 Rc는 독립적으로 아릴(aryl) 또는 헤테로아릴(heteroaryl)일 수 있다. 일부 예시적인 멤브레인은, 복수의 위치에서 인접한 위치 사이의 적어도 rR의 분리 거리를 제공하는 단계를 또한 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있으며, rR는 R의 최소 입체 반경(steric radius)일 수 있다. 예시적인 멤브레인은, [R-Het-Cg]p그래핀에 의해 나타내는 그래핀 모노레이어에서 복수 p의 헤테로 원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg를 갖는 R-Het*에 의해 나타내는 화합물을 반응하는 단계를 더 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. 예시적인 멤브레인은, R-Het-Cg에 의해 나타내는 복수의 헤테로 원자-탄소 일부를 제거함으로써, 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 단계를 또한 포함하는 프로세스에 의해 준비될 수 있다. 복수의 분산 구멍은, 복수의 위치로부터 그래핀 탄소 원자 Cg를 제거함으로써 정의되는 그래핀 모노레이어에서 복수의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어질 수 있다. 그래핀 모노레이어는 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가질 수 있다.
본원은 또한, 실질적으로 균일한 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인을 준비하기 위한 시스템을 기술한다. 시스템은, 전구체 시약(precursor reagent)로부터 활성화된 시약을 준비하기 위한 시약 활성화기(reagent activator), 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 활성화된 시약을 접촉하도록 구성된 시약 적용기(reagent applicator), 그래핀 모노레이어를 유지하도록 구성된 반응 쳄버, 천공된 그래핀 모노레이어를 형성하기 위해, 그래핀 모노레이어에서 복수의 헤테로 원자-탄소 일부(moiety)를 열적 분할(thermally cleave)하도록 구성된 히터, 및 천공된 그래핀 모노레이어를 지지 기판에 접촉하도록 구성된 지지 기판 적용기를 포함할 수 있다.
시스템의 다양한 예에서, 시약 활성화기는, 저항 가열 요소, 적외선 레이저, 자외선 광원, 및/또는 전구체 화합물을 3가의 이오도소아릴 화합물과 접촉하도록 구성되는 반응 챔버 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 예에서, 시약 적용기는, 용액 코팅기, 스킨 코팅기, 딥 코팅기, 압력 유체 적용기, 시약 저장소, 진공 챔버, 응축기, 및/또는 화학적 기상 증착 챔버 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
시스템의 추가 예에서, 히터는, 수소 소스, 저항 가열 요소, 및/또는 적외선 레이저 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
시스템의 다양한 예에서, 지지 기판 적용기는, 용액 코팅기, 스핀 코팅기, 딥 코팅기, 경화 오븐, 자외선 광원, 에칭 챔버, 세척 챔버, 및/또는 콘택 프레스 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기에서 사용된 부정관사("a" 및 "an")는 단수임이 명시적으로 특정되지 않는 한 "하나 이상"을 의미한다. 예를 들어, "염기"라고 언급한 것은 하나의 염기 뿐만 아니라 둘 이상의 염기의 혼합물을 포함할 수 있다.
여기에서 사용되는 "약(about)"은 당업자에 의해 이해될 것이며, 사용되는 문맥에 따라 어느 정도 변할 것이다. 사용되는 문맥에 비추어 당업자에게 명확하지 않은 용어가 사용되는 경우, "약"은 특정 용어의 플러스 또는 마이너스 10%까지를 의미할 것이다.
여기에서 사용되는 용어 "선택적인(optional)" 및 "선택적으로(optionally)"는 후속적으로 설명되는 상황이 일어나거나 일어나지 않을 수 있음을 의미하며, 따라서 그 설명은 상황이 일어나는 경우와 일어나지 않는 경우를 포함한다.
여기에서 사용되는 "치환된(substituted)"은, 함유된 수소 원자에 대한 하나 이상의 결합이 수소가 아닌 원자 또는 탄소가 아닌 원자에 대한 결합에 의해 대체될 수 있는, 아래에서 정의되는 유기기(organic group)(예컨대, 알킬기)를 가리킨다. 치환된 기(substituted group)는 탄소 또는 수소 원자에 대한 하나 이상의 결합이 헤테로 원자(heteroatom)에 대한 이중 또는 삼중 결합을 포함하는 하나 이상의 결합에 의해 대체될 수 있는 기도 포함한다. 치환된 기는 달리 특정되지 않는 한 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. 일부 실시예에서, 치환된 기는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6 치환기로 치환될 수 있다. 치환기의 예시는, 할로겐(halogen)(즉, F, Cl, Br 및 I); 히드록실(hydroxyl); 알콕시(alkoxy), 알켄옥시(alkenoxy), 아릴옥시(aryloxy), 아랄킬옥시(aralkyloxy), 헤테로사이클릴옥시(heterocyclyloxy) 및 헤테로사이클릴알콕시(heterocyclylalkoxy) 기; 카르보닐(옥소)(carbonyl (oxo)); 카복실(carboxyl); 에스테르(ester); 우레탄(urethane); 옥심(oxime); 히드록실아민(hydroxylamine); 알콕시아민(alkoxyamine); 아랄콕시아민(aralkoxyamine); 티올(thiol); 설파이드(sulfide); 설폭사이드(sulfoxide); 설폰(sulfone); 설포닐(sulfonyl); 설폰아미드(sulfonamide); 아민(amine); N-옥사이드(N-oxide); 히드라진(hydrazine); 히드라지드(hydrazide); 히드라존(hydrazone); 아지드(azide); 아미드(amide); 요소(urea); 아미딘(amidine); 구아니딘(guanidine); 에나민(enamine); 이미드(imide); 이소시아네이트(isocyanate); 이소티오시아네이트(isothiocyanate); 시아네이트(cyanate); 티오시아네이트(thiocyanate); 이민(imine); 니트로기(nitro group); 니트릴(nitrile)(즉, CN) 등을 포함할 수 있다.
또한, 치환된 시클로알킬(cycloalkyl), 아릴(aryl), 헤테로사이클릴(heterocyclyl) 및 헤테로아릴(heteroaryl) 기와 같은 치환된 고리기(ring group)는 수소 원자에 대한 결합이 탄소 원자에 대한 결합으로 대체될 수 있는 고리 또는 고리 구조를 포함한다. 치환된 시클로알킬, 아릴, 헤테로사이클릴 및 헤테로아릴 기는 이하에서 정의되는 바와 같이 치환된 또는 치환되지 않은 알킬(alkyl), 알케닐(alkenyl) 및 알키닐(alkynyl) 기로 치환될 수도 있다.
알킬기는 1개 내지 12개의 탄소 원자, 전형적으로 1개 내지 10개의 탄소, 또는 일부 예시에서 1개 내지 8개, 1개 내지 6개, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 직쇄(straight chain) 및 측쇄(branched chain) 알킬기를 포함한다. 직쇄 알킬기의 예시는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸 및 n-옥틸 기와 같은 기를 포함한다. 측쇄 알킬기의 예시는 이소프로필, 이소-부틸, 이차 부틸(sec-butyl), 삼차 부틸(tert-butyl), 네오펜틸, 이소펜틸 및 2,2-디메틸프로필(2,2-dimethylpropyl) 기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 치환된 알킬기는 위에 열거된 것과 같은 치환기로 한 번 이상 치환될 수 있으며, 할로알킬(haloalkyl)(예컨대, 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)), 히드록시알킬(hydroxyalkyl), 티오알킬(thioalkyl), 아미노알킬(aminoalkyl), 알킬아미노알킬(alkylaminoalkyl), 디알킬아미노알킬(dialkylaminoalkyl), 알콕시알킬(alkoxyalkyl), 카복시알킬(carboxyalkyl) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
시클로알킬기는 고리 안에 3개 내지 12개의 탄소 원자, 또는 일부 실시예에서 3개 내지 10개, 3개 내지 8개, 또는 3개 내지 4개, 5개, 또는 6개의 탄소 원자를 가지는 단환식(monocyclic), 쌍환식(bicyclic) 또는 삼환식(tricyclic) 알킬기를 포함한다. 예시적인 단환식 시클로알킬기는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸 기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 시클로알킬기는 3개 내지 8개의 환원(ring member)을 가지는 한편, 다른 실시예에서, 고리 탄소 원자의 개수는 3개 내지 5개, 3개 내지 6개, 또는 3개 내지 7개의 범위이다. 쌍환식 또는 삼환식 고리 구조는 비시클로[2.1.1]헥산(bicyclo[2.1.1]hexane), 아다만틸(adamantyl), 데카리닐(decalinyl) 등과 같지만 이제 제한되지는 않는 축합 고리(fused ring)와 가교 시클로알킬기(bridged cycloalkyi group) 둘 다를 포함한다. 치환된 시클로알킬기는 위에서 정의된 바와 같이 수소가 아닌 기 및 탄소가 아닌 기로 한 번 이상 치환될 수 있다. 그러나, 치환된 시클로알킬기는 위에서 정의된 바와 같은 직쇄 또는 측쇄 알킬기로 치환될 수 있는 고리도 포함한다. 대표적인 치환된 시클로알킬기는 단일 치환될 수 있거나, 위에서 열거된 것과 같은 치환기로 치환될 수 있는 2,2-, 2,3-, 2,4- 2,5- 또는 2,6- 이기 치환된(disubstituted) 시클로헥실기와 같이(이에 제한되지는 않음) 한 번보다 많이 치환될 수 있다.
아릴기는 헤테로 원자를 함유하지 않는 환식 방향족 탄화수소(cyclic aromatic hydrocarbon)일 수 있다. 여기에서 아릴기는 단환식, 쌍환식 및 삼환식 고리 구조를 포함한다. 아릴기는 페닐(phenyl), 아줄레닐(azulenyl), 헵탈레닐(heptalenyl), 비페닐(biphenyl), 플루오레닐(fluorenyl), 페난트레닐(phenanthrenyl), 안트라세닐(anthracenyl), 인데닐(indenyl), 인다닐(indanyl), 펜탈레닐(pentalenyl) 및 나프틸(naphthyl) 기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 아릴기는 6개 내지 14개의 탄소를 함유하며, 다른 실시예에서, 기의 고리 부분에 6개 내지 12개 또는 6개 내지 10개의 탄소 원자를 함유한다. 일부 실시예에서, 아릴기는 페닐 또는 나프틸일 수 있다. "아릴기"라는 말이 축합된 방향족-지방족(aliphatic) 고리 구조(예컨대, 인다닐, 테트라하이드로나프틸 등)와 같은 축합 고리를 함유하는 기를 포함할 수 있으나, "아릴기"는 환원 중 하나에 결합되는 알킬 또는 할로 기와 같은 다른 기를 가지는 아릴기를 포함하지 않는다. 오히려, 톨릴(tolyl)과 같은 기는 치환된 아릴기로서 지칭될 수 있다. 대표적인 치환된 아릴기는 단일 치환되거나, 한 번보다 많이 치환될 수 있다. 예를 들어, 단일 치환된 아릴기는 위에서 열거된 것과 같은 치환기로 치환될 수 있는 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6- 치환된 페닐 또는 나프틸 기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
아랄킬기는 알킬기의 수소 또는 탄소 결합이 위에서 정의된 바와 같은 아릴기에 대한 결합으로 대체될 수 있는, 위에서 정의된 바와 같은 알킬기일 수 있다. 일부 실시예에서, 아랄킬기는 7개 내지 16개의 탄소 원자, 7개 내지 14개의 탄소 원자, 또는 7개 내지 10개의 탄소 원자를 함유한다. 치환된 아랄킬기는 기의 알킬, 아릴 또는 알킬과 아릴 부분 둘 다에서 치환될 수 있다. 대표적인 아랄킬기는 벤질(benzyl) 및 페네틸(phenethyl) 기 및 4-인다닐에틸(4-indanylethyl)과 같은 축합된 (시클로알킬아릴)알킬기((cycloalkylaryl)alkyl group)를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 치환된 아랄킬기는 위에서 열거된 것과 같은 치환기로 한 번 이상 치환될 수 있다.
헤테로사이클릴기는, 그 중 하나 이상이 N, O 및 S와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 헤테로 원자일 수 있는 셋 이상의 환원을 함유하는 방향족(헤테로아릴로도 지칭됨) 및 방향족이 아닌 고리 화합물(ring compound)을 포함한다. 일부 실시예에서, 헤테로사이클릴기는 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로 원자를 함유한다. 일부 실시예에서, 헤테로사이클릴기는 3개 내지 16개의 환원을 가지는 단환식, 쌍환식 및 삼환식 고리를 포함하는 한편, 다른 그러한 기는 3개 내지 6개, 3개 내지 10개, 3개 내지 12개, 또는 3개 내지 14개의 환원을 가진다. 헤테로사이클릴기는, 예컨대 이미다졸릴(imidazolyl), 이미다졸리닐(imidazolinyl) 및 이미다졸리디닐(imidazolidinyl) 기와 같은 방향족의, 부분적 불포화 및 포화 고리 구조를 포함한다. "헤테로사이클릴기"라는 말은, 예컨대 벤조트리아졸릴(benzotriazolyl), 2,3-디하이드로벤조[1,4]다이옥시닐(2,3-dihydrobenzo[1,4]dioxinyl) 및 벤조[1,3] 다이옥솔릴(benzo[1,3]dioxolyl)과 같은 축합된 방향족 및 방향족이 아닌 기를 포함하는 것을 포함하는 축합된 고리 종(ring species)을 포함한다. 이 말은 또한 퀴누클리딜(quinuclidyl)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 헤테로 원자를 함유하는 가교 다환식 고리 구조를 포함한다. 그러나, 이 말은 환원 중 하나에 결합된 알킬, 옥소 또는 할로 기와 같은 다른 기를 가지는 헤테로사이클릴기를 포함하지 않는다. 오히려, 이는 "치환된 헤테로사이클릴기"로 지칭될 수 있다. 헤테로사이클릴기는 아지리디닐(aziridinyl), 아제티디닐(azetidinyl), 피롤리디닐(pyrrolidinyl), 이미다졸리디닐(imidazolidinyl), 피라졸리디닐(pyrazolidinyl), 티아졸리디닐(thiazolidinyl), 테트라하이드로티오페닐(tetrahydrothiophenyl), 테트라하이드로퓨라닐(tetrahydrofuranyl), 다이옥솔릴(dioxolyl), 퓨라닐(furanyl), 티오페닐(thiophenyl), 피롤릴(pyrrolyl), 피롤리닐(pyrrolinyl), 이미다졸릴(imidazolyl), 이미다졸리닐(imidazolinyl), 피라졸릴(pyrazolyl), 피라졸리닐(pyrazolinyl), 트리아졸릴(triazolyl), 테트라졸릴(tetrazolyl), 옥사졸릴(oxazolyl), 이속사졸릴(isoxazolyl), 티아졸릴(thiazolyl), 티아졸리닐(thiazolinyl), 이소티아졸릴(isothiazolyl), 티아디아졸릴(thiadiazolyl), 옥사디아졸릴(oxadiazolyl), 피페리딜(piperidyl), 피페라지닐(piperazinyl), 모르폴리닐(morpholinyl), 티오모르폴리닐(thiomorpholinyl), 테트라하이드로피라닐(tetrahydropyranyl), 테트라하이드로티오피라닐(tetrahydrothiopyranyl), 옥사티안(oxathiane), 다이옥실(dioxyl), 디티아닐(dithianyl), 피라닐(pyranyl), 피리딜(pyridyl), 피리미디닐(pyrimidinyl), 피리다지닐(pyridazinyl), 피라지닐(pyrazinyl), 트리아지닐(triazinyl), 디하이드로피리딜(dihydropyridyl), 디하이드로디티이닐(dihydrodithiinyl), 디하이드로디티오닐(dihydrodithionyl), 호모피페라지닐(homopiperazinyl), 퀴누클리딜(quinuclidyl), 인돌릴(indolyl), 인돌리닐(indolinyl), 이소인돌릴(isoindolyl), 아자인돌릴(azaindolyl)(피롤로피리딜(pyrrolopyridyl)), 인다졸릴(indazolyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 벤조트리아졸릴(benzotriazolyl), 벤즈이미다졸릴(benzimidazolyl), 벤조퓨라닐(benzofuranyl), 벤조티오페닐(benzothiophenyl), 벤즈티아졸릴(benzthiazolyl), 벤즈옥사디아졸릴(benzoxadiazolyl), 벤즈옥사지닐(benzoxazinyl), 벤조디티이닐(benzodithiinyl), 벤즈옥사티이닐(benzoxathiinyl), 벤조티아지닐(benzothiazinyl), 벤즈옥사졸릴(benzoxazolyl), 벤조티아졸릴(benzothiazolyl), 벤조티아디아졸릴(benzothiadiazolyl), 벤조[1,3]다이옥솔릴(benzo[1,3]dioxolyl), 피라졸로피리딜(pyrazolopyridyl), 이미다조피리딜(imidazopyridyl)(아자벤즈이미다졸릴(azabenzimidazolyl)), 트리아졸로피리딜(triazolopyridyl), 이속사졸로피리딜(isoxazolopyridyl), 퓨리닐(purinyl), 크산티닐(xanthinyl), 아데니닐(adeninyl), 구아니닐(guaninyl), 퀴놀리닐(quinolinyl), 이소퀴놀리닐(isoquinolinyl), 퀴놀리지닐(quinolizinyl), 퀴녹살리닐(quinoxalinyl), 퀴나졸리닐(quinazolinyl), 시놀리닐(cinnolinyl), 프탈라지닐(phthalazinyl), 나프티리디닐(naphthyridinyl), 프테리디닐(pteridinyl), 티아나프틸(thianaphthyl), 디하이드로벤조티아지닐(dihydrobenzothiazinyl), 디하이드로벤조퓨라닐(dihydrobenzofuranyl), 디하이드로인돌릴(dihydroindolyl), 디하이드로벤조다이옥시닐(dihydrobenzodioxinyl), 테트라하이드로인돌릴(tetrahydroindolyl), 테트라하이드로인다졸릴(tetrahydroindazolyl), 테트라하이드로벤즈이미다졸릴(tetrahydrobenzimidazolyl), 테트라하이드로벤조트리아졸릴(tetrahydrobenzotriazolyl), 테트라하이드로피롤로피리딜(tetrahydropyrrolopyridyl), 테트라하이드로피라졸로피리딜(tetrahydropyrazolopyridyl), 테트라하이드로이미다조피리딜(tetrahydroimidazopyridyl), 테트라하이드로트리아졸로피리딜(tetrahydrotriazolopyridyl) 및 테트라하이드로퀴놀리닐(tetrahydroquinolinyl) 기를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 대표적인 치환된 헤테로사이클릴기는 피리딜(pyridyl) 또는 모르폴리닐(morpholinyl) 기와 같이(이에 제한되지는 않음) 단일 치환되거나 한 번보다 많이 치환될 수 있으며, 이는 위에 열거된 것과 같은 다양한 치환기로 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6- 치환 또는 이기 치환될 수 있다.
헤테로아릴기는 그 중 하나 이상이 N, O 및 S와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 헤테로 원자일 수 있는 다섯 이상의 환원을 함유하는 방향족 고리 화합물일 수 있다. 헤테로아릴기는 피롤릴, 피라졸릴, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 옥사졸릴, 이속사졸릴, 티아졸릴, 피리디닐(pyridinyl), 피리다지닐, 피리미디닐, 피라지닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 퓨라닐, 벤조퓨라닐, 인돌릴, 아자인돌릴(피롤로피리디닐), 인다졸릴, 벤즈이미다졸릴, 이미다조피리디닐(아자벤즈이미다졸릴), 피라졸로피리디닐, 트리아졸로피리디닐, 벤조트리아졸릴, 벤즈옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조티아디아졸릴, 이미다조피리디닐, 이속사졸로피리디닐, 티아나프틸, 퓨리닐, 크산티닐, 아데니닐, 구아니닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 테트라하이드로퀴놀리닐, 퀴녹살리닐 및 퀴나졸리닐 기와 같은 기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 헤테로아릴기는 인돌릴기와 같이 모든 고리가 방향족일 수 있는 축합 고리 화합물을 포함하며, 2,3-디하이드로 인돌릴기(2,3-dihydro indolyl group)와 같이 고리 중 하나만이 방향족일 수 있는 축합 고리 화합물을 포함한다. "헤테로아릴기"라는 말이 축합 고리 화합물을 포함하지만, 알킬기와 같이 환원 중 하나에 결합된는 다른 기를 가지는 헤테로아릴기는 포함하지 않는다. 오히려, 그러한 치환이 있는 헤테로아릴기는 "치환된 헤테로아릴기"로 지칭될 수 있다. 대표적인 치환된 헤테로아릴기는 위에서 열거된 것과 같은 다양한 치환기로 한 번 이상 치환될 수 있다.
헤테로아랄킬기(heteroaralkyl group)는 알킬기의 수소 또는 탄소 결합이 위에서 정의된 바와 같은 헤테로아릴기로의 결합으로 대체될 수 있는, 위에서 정의된 바와 같은 알킬기일 수 있다. 치환된 헤테로아랄킬기는 기의 알킬, 헤테로아릴 또는 알킬과 헤테로아릴 부분 둘 다에서 치환될 수 있다. 대표적인 치환된 헤테로아랄킬기는 위에서 열거된 것과 같은 치환기로 한 번 이상 치환될 수 있다.
여기에서 설명되는, 기술의 화합물 내의 둘 이상의 부착점(point of attachment)을 가지는(즉, 이가(divalent), 삼가(trivalent) 또는 다가(polyvalent)) 기는 접미사 "ene"을 사용하여 표시될 수 있다. 예를 들어, 이가 알킬기(divalent alkyl group)는 알킬렌기일 수 있고, 이가 아릴기(divalent aryl group)는 아릴렌기일 수 있으며, 이가 헤테로아릴기(divalent heteroaryl group)는 헤테로아릴렌기일 수 있는 등이다.
알콕시기는 수소 원자에 대한 결합이 위에서 정의된 바와 같은 치환된 또는 치환되지 않은 알킬기의 탄소 원자에 대한 결합에 의해 대체될 수 있는 하이드록실기(hydroxyl group)(-OH)일 수 있다. 선형(linear) 알콕시기의 예시는 메톡시(methoxy), 에톡시(ethoxy), 프로폭시(propoxy), 부톡시(butoxy), 펜톡시(pentoxy), 헥속시(hexoxy) 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 가지형(branched) 알콕시기의 예시는 이소프로폭시(isopropoxy), 이차 부톡시(sec-butoxy), 삼차 부톡시(tert-butoxy), 이소펜톡시(isopentoxy), 이소헥속시(isohexoxy) 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 시클로알콕시기(cycloalkoxy group)의 예시는 시클로프로필옥시(cyclopropyloxy), 시클로부틸옥시(cyclobutyloxy), 시클로펜틸옥시(cyclopentyloxy), 시클로헥실옥시(cyclohexyloxy) 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 치환된 알콕시기는 위에서 열거된 것과 같은 치환기로 한 번 이상 치환될 수 있다.
여기에서 사용되는 "아민(amine)"(또는 "아미노(amino)")이라는 용어는 NR5R6기를 가리키며, 여기서 R5 및 R6는 독립적으로 수소, 또는 여기에서 정의된 바와 같은 치환된 또는 치환되지 않은 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬, 아릴, 아랄킬, 헤테로사이클릴알킬 또는 헤테로사이클릴 기일 수 있다. 일부 실시예에서, 아민은 알킬아미노(alkylamino), 디알킬아미노(dialkylamino), 아릴아미노(arylamino) 또는 알킬아릴아미노(alkylarylamino)일 수 있다. 다른 실시예에서, 아민은 NH2, 메틸아미노(methylamino), 디메틸아미노(dimethylamino), 에틸아미노(ethylamino), 디에틸아미노(diethylamino), 프로필아미노(propylamino), 이소프로필아미노(isopropylamino), 페닐아미노(phenylamino) 또는 벤질아미노(benzylamino)일 수 있다. "알킬아미노"라는 용어는 NR7R8로서 정의될 수 있으며, 여기서 R7 및 R8 중 적어도 하나는 알킬일 수 있고, 다른 것은 알킬 또는 수소일 수 있다. "아릴아미노"라는 용어는 NR9R10으로서 정의될 수 있으며, 여기서 R9 및 R10 중 적어도 하나는 아릴일 수 있고, 다른 것은 아릴 또는 수소일 수 있다.
여기에서 사용되는 "할로겐" 또는 "할로"라는 용어는 브롬, 염소, 플루오르 또는 요오드를 가리킬 수 있다. 일부 실시예에서, 할로겐은 플루오르일 수 있다. 다른 실시예에서, 할로겐은 염소 또는 브롬일 수 있다.
시스템 양상들의 하드웨어와 소프트웨어 구현 사이에는 구별이 거의 없다. 하드웨어 또는 소프트웨어의 사용은 일반적으로 (그러나 어떤 맥락에서 하드웨어 및 소프트웨어 사이의 선택이 중요하게 될 수 있다는 점에서 항상 그런 것은 아니지만) 비용 대비 효율의 트레이드오프(tradeoff)를 나타내는 설계상 선택(design choice)이다. 여기에서 기술된 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술들이 영향 받을 수 있는 다양한 수단(vehicle)(예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어)이 있으며, 선호되는 수단은 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술이 사용되는 맥락에 따라 변경될 것이다. 예를 들어, 구현자가 속도 및 정확도가 중요하다고 결정하면, 구현자는 주로 하드웨어 및/또는 펌웨어 수단을 선택할 수 있고, 유연성이 중요하다면, 구현자는 주로 소프트웨어 구현을 선택할 수 있으며, 또는, 또 다른 대안으로서, 구현자는 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어 중 일부 조합을 선택할 수 있다.
전술한 상세한 설명은 블록도, 흐름도 및/또는 예시의 사용을 통해 장치 및/또는 프로세스의 다양한 실시예를 개시하였다. 그러한 블록도, 흐름도 및/또는 예시가 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한, 당업자라면 그러한 블록도, 흐름도 또는 예시 내의 각각의 기능 및/또는 동작은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 실질적으로 그들 임의의 조합의 넓은 범위에 의해 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 여기에서 기술된 대상의 몇몇 부분은 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor) 또는 다른 집적의 형태를 통해 구현될 수 있다. 그러나, 당업자라면, 여기에서 개시된 실시예의 일부 양상이, 전체적으로 또는 부분적으로, 하나 이상의 컴퓨터 상에 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에 실행되는 하나 이상의 프로그램), 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램), 펌웨어 또는 실질적으로 임의의 그들의 조합으로서, 균등하게 집적 회로에 구현될 수 있다는 점과, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 위한 코드의 작성 및/또는 회로의 설계는 본 개시에 비추어 당업자의 기술 내일 것임을 알 것이다.
본 개시는 다양한 태양의 예시로서 의도된 본 출원에 기술된 특정 실시예들에 제한되지 않을 것이다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정과 변형이 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 여기에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 안에서 기능적으로 균등한 방법과 장치가 위의 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정과 변형은 첨부된 청구항의 범위에 들어가도록 의도된 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항의 용어에 의해서만, 그러한 청구항에 부여된 균등물의 전 범위와 함께, 제한될 것이다. 본 개시가 물론 다양할 수 있는 특정 방법, 시스템, 또는 컴포넌트에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예들을 기술하기 위한 목적이고, 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.
또한, 당업자라면, 여기에서 기술된 대상의 메커니즘들이 다양한 형태의 프로그램 제품으로 배포될 수 있음과, 여기에서 기술된 대상의 실시예는, 배포를 실제로 수행하는 데에 사용되는 신호 베어링 매체의 특정 유형과 무관하게 적용됨을 이해할 것이다. 신호 베어링 매체의 예시는, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브(HDD), CD(Compact Disc), DVD(Digital Versatile Disk), 디지털 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 기록 가능 유형의 매체, 및 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체(예를 들어, 광섬유 케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 등)와 같은 전송 유형 매체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
당업자라면, 여기서 설명된 형식으로 장치 및/또는 프로세스를 기술하고, 이후, 공학 실무를 사용하여 그러한 기술된 장치 및/또는 프로세스를 데이터 처리 시스템에 통합한다는 것은 당해 분야에서는 일반적이란 것을 인식할 것이다. 즉, 여기서 기술된 장치 및/또는 프로세스의 적어도 일부는 합당한 양의 실험을 통해 데이터 처리 시스템에 통합될 수 있다. 당업자라면, 전형적인 데이터 처리 시스템은 일반적으로 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 장치, 휘발성 및 비휘발성 메모리 같은 메모리, 마이크로프로세서 및 디지털 신호 프로세서와 같은 프로세서, 운영 체제, 드라이버, 그래픽 사용자 인터페이스 및 애플리케이션 프로그램과 같은 컴퓨터 엔티티(computational entities), 터치 패드 또는 스크린 같은 하나 이상의 상호작용 장치, 및/또는 피드백 루프를 포함하는 제어 시스템 중 하나 이상을 일반적으로 포함한다는 것을 인식할 것이다.
전형적인 제조 시스템은 데이터 컴퓨팅/통신 및/또는 네트워크 컴퓨팅/통신 시스템에서 전형적으로 발견되는 것과 같은 임의의 적절한 시판되는 컴포넌트를 이용하여 구현될 수 있다. 여기에서 기술된 대상은 때때로 상이한 다른 컴포넌트 내에 포함되거나 그와 결합된 상이한 컴포넌트를 도시한다. 도시된 그러한 아키텍처는 단순히 예시적인 것이고, 사실상 동일한 기능을 달성하는 다른 많은 아키텍처가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적으로, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트의 임의의 배치는 원하는 기능이 달성되도록 유효하게 "연관"된다. 이에 따라, 특정 기능을 달성하기 위해 여기에서 조합된 임의의 두 개의 컴포넌트는, 아키텍처 또는 중간 컴포넌트와는 무관하게, 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"된 것으로 볼 수 있다. 마찬가지로, 연관된 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 접속"되거나 또는 "동작적으로 결합"되는 것으로 간주될 수 있고, 그와 같이 연관될 수 있는 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 결합 가능"한 것으로 간주될 수 있다. 동작적으로 결합 가능하다는 것의 구체적인 예시는 물리적으로 연결 가능 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 무선으로 상호작용 가능 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 논리적으로 상호작용 및/또는 논리적으로 상호작용 가능한 컴포넌트를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수의 용어의 사용에 대하여, 당업자는 맥락 및/또는 응용에 적절하도록, 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 해석할 수 있다. 다양한 단수/복수의 치환은 명확성을 위해 여기에서 명시적으로 기재될 수 있다.
당업자라면, 일반적으로 본 개시에 사용되며 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위 본문)에 사용된 용어들이 일반적으로 "개방적(open)" 용어로 의도됨을 이해할 것이다(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로, 용어 "갖는"는 "적어도 갖는"으로, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는" 등으로 해석되어야 한다). 또한, 당업자라면, 도입된 청구항의 기재사항의 특정 수가 의도된 경우, 그러한 의도가 청구항에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재사항이 없는 경우, 그러한 의도가 없음을 이해할 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 이하의 첨부된 청구범위는 "적어도 하나" 및 "하나 이상" 등의 도입 구절의 사용을 포함하여 청구항 기재사항을 도입할 수 있다. 그러나, 그러한 구절의 사용이, 부정관사 "하나"("a" 또는 "an")에 의한 청구항 기재사항의 도입이, 그러한 하나의 기재사항을 포함하는 실시예로, 그러한 도입된 청구항 기재사항을 포함하는 임의의 특정 청구항을 제한함을 암시하는 것으로 해석되어서는 안되며, 동일한 청구항이 도입 구절인 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "하나"("a" 또는 "an")와 같은 부정관사를 포함하는 경우에도 마찬가지로 해석되어야 한다(예를 들어, "하나"는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다). 이는 청구항 기재사항을 도입하기 위해 사용된 정관사의 경우에도 적용된다. 또한, 도입된 청구항 기재사항의 특정 수가 명시적으로 기재되는 경우에도, 당업자라면 그러한 기재가 전형적으로 적어도 기재된 수를 의미하도록 해석되어야 함을 이해할 것이다(예를 들어, 다른 수식어가 없이 "두 개의 기재사항"을 단순히 기재한 것은, 적어도 두 개의 기재사항 또는 두 개 이상의 기재사항을 의미한다).
또한, "A, B 및 C 등 중의 적어도 하나"와 유사한 규칙이 사용된 경우에는, 일반적으로 그러한 해석은 당업자가 그 규칙을 이해할 것이라는 전제가 의도된 것이다(예를 들어, "A, B 및 C 중의 적어도 하나를 갖는 시스템"은, A만을 갖거나, B만을 갖거나, C만을 갖거나, A 및 B를 함께 갖거나, A 및 C를 함께 갖거나, B 및 C를 함께 갖거나, A, B 및 C를 함께 갖는 시스템 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다). 또한 당업자라면, 실질적으로 임의의 이접 접속어(disjunctive word) 및/또는 두 개 이상의 대안적인 용어들을 나타내는 구절은, 그것이 상세한 설명, 청구범위 또는 도면에 있는지와 상관없이, 그 용어들 중의 하나, 그 용어들 중의 어느 하나, 또는 그 용어들 두 개 모두를 포함하는 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 함을 이해할 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 구절은 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 개시의 특징 또는 양태가 마쿠시(Markush) 그룹으로 기술되는 경우, 개시는 마쿠시 그룹의 임의의 개별 요소 또는 요소들의 하위 그룹의 면에서도 설명됨을 당업자는 인식할 것이다. 당업자에게 이해될 것과 같이, 서면의 설명을 제공하는 측면에서와 같은 임의의 그리고 모든 목적에서, 여기에 개시되어 있는 모든 범위는 임의의 그리고 모든 가능한 하위범위와 그러한 하위범위의 조합을 또한 포함한다. 임의의 열거된 범위는 적어도 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/10 등으로 나누어지는 동일한 범위를 충분히 설명하고 실시가능하게 하는 것으로서 쉽게 인식될 수 있다. 제한하지 않는 예시로서, 여기서 논의되는 각각의 범위는 하위 1/3, 중앙 1/3, 상위 1/3 등으로 나누어질 수 있다. 또한, "까지", "적어도", "보다 많은", "보다 적은" 등과 같은 모든 언어가 기재된 수를 포함하며, 전술한 하위범위로 후속적으로 나누어질 수 있는 범위를 지칭함이 당업자에게 이해되어야 한다. 마지막으로, 범위는 각각의 개별 요소를 포함함이 이해되어야 한다. 예를 들어, 1-3개의 셀을 갖는 그룹은 1, 2 또는 3개의 셀을 갖는 그룹들을 지칭한다. 유사하게, 1-5개의 셀을 갖는 그룹은 1, 2, 3, 4 또는 5개의 셀을 갖는 그룹을 지칭한다. 다양한 양상 및 실시예가 여기에 개시되었지만, 다른 양상 및 실시예가 당업자에게 명확할 것이다.
여기에 개시된 다양한 양상 및 실시예는 예시의 목적으로 제시된 것이고, 제한하려고 의도된 것이 아니며, 진정한 범위와 사상은 이하 청구범위에 의해 나타낸다.

Claims (32)

  1. 화학적으로 천공된 복수의 분산 구멍을 포함하는 그래핀 모노레이어 - 상기 복수의 분산 구멍의 각각은, 상기 그래핀 모노레이어가 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 갖도록, 상기 그래핀 모노레이어에서 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가짐 -; 및
    상기 그래핀 모노레이어와 접촉하도록 배열된 투과성 기판을 포함하며, 상기 투과성 기판은, 폴리머, 메탈 메쉬 및/또는 구멍이 있는 세라믹 중의 하나 이상을 포함하는,
    멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분산 구멍의 각각은, 상기 그래핀 모노레이어에서 적어도 3개의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지는,
    멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 모노레이어는, 적어도 200:1의 H2:CH4의 분리 선택도에 의해 특징지어지는,
    멤브레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분산 구멍은, 적어도 약 4 옹스트롬의 최소 분리에 의해 특징지어지는,
    멤브레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 아라마이드, 방향족 폴리에스테르, 탄소 섬유, 폴리설폰, 및/또는 폴리에스테르설폰 중의 하나 이상인,
    멤브레인.
  6. 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 방법에 있어서,
    R-Het*에 의해 표현되는 화합물을 상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 접촉하는 단계 - Het*는 니트렌 또는 활성화된 옥시이며, R은 Ra, SO2Ra, (CO)ORa, 또는 SiRaRbRc 중의 하나이며, Ra, Rb, 및 Rc는 독립적으로 아릴 또는 헤테로아릴임 -;
    상기 복수의 위치에서 인접한 위치들 사이의 적어도 rR의 분리 거리를 제공하는 단계 - rR는 R의 최소 입체 반경(steric radius)임 -;
    상기 그래핀 모노레이어를 변경하기 위해 상기 그래핀 모노레이어에서 복수 p의 헤테로 원자-탄소 일부를 형성하기 위해, 상기 복수의 위치의 각각에서 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg로 R-Het*에 의해 표현되는 화합물을 반응하는 단계 - 상기 변경된 그래핀 모노레이어는 [R-Het-Cg]p그래핀에 의해 표현됨 -; 및
    R-Het-Cg에 의해 표현되는 상기 복수 p의 상기 헤테로 원자-탄소 일부를 제거함으로써, 상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 분산 구멍을 형성하는 단계 - 상기 복수의 분산 구멍은, 상기 그래핀 모노레이어가 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가지도록, 상기 복수의 위치로부터 상기 적어도 하나의 그래핀 탄소 원자 Cg를 제거함으로써 정의되는 상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어짐 -을 포함하는,
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    Het*는 니트렌이며;
    상기 그래핀 모노레이어에서 상기 복수 p의 헤테로원자-탄소 일부의 각각은, 이하 구조적 화학식에 의해 표현되는 치환된 아지리다인인,
    Figure 112014080705919-pct00010

    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    아자이드를 니트렌으로 변환하기에 적절한 열분해 또는 광분해 조건 하에서, R-N3에 의해 표현되는 아자이드 전구체를 반응하는 것; 또는
    R-N-OSO2-Rf에 의해 표현되는 아자이드 전구체를 염기에 반응하는 것 - Rf는 메실레이트(mesylate), 트라이플레이트(triflate), 브로실레이트(brosylate), 토실레이트(tosylate) 또는 노실레이트(nosylate) 기이며, R은 -(CO)ORa임 - 중의 어느 하나에 의해,
    R-Het*를 준비하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 N-H 아지리다인 일부를 생성하기 위해 복수의 R 기를 분리하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 N-H 아지리다인 일부의 각각은 이하 구조적 화학식에 의해 표현되며,
    Figure 112014080705919-pct00011

    R은:
    -SiRaRbRc이며, 상기 복수의 R 기는, 4가의 암모늄 플루오라이드(ammonium fluoride); 알킬 설포닉 산(alkyl sulfonic acid); 아릴 설포닉 산(aryl sulfonic acid); 트라이플루오로메탄 설포닉 산(trifluoromethane sulfonic acid); 알칼리 금속 수산화물(alkali metal hydroxide); 또는 산화제 중의 하나와, 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00038
    에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을 접촉함으로써 분리되는 것;
    -(CO)ORa이며, 상기 복수의 R 기는, 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00039
    에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, 알칼리 알킬티올레이트(alkali alkylthiolate); 트라이알킬 실릴 이오다이드(trialkyl silyl iodide); 알칼리 금속 수산화물(alkali metal hydroxide); 알칼리 토류 금속 수산화물(alkali earth metal hydroxide); 포타슘 카르보네이트(potassium carbonate); HBr/아세트산(HBr/acetic acid); 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride); 소디움 텔루리움 하이드라이드(sodium tellurium hydride); 포타슘 트라이알킬실록사이드(potassium trialkylsiloxide); 알킬 리튬(alkyl lithium); 4가의 암모늄 플루오라이드(quaternary ammonium fluoride); 소디움 이오다이드가 있는 아실 클로라이드(acyl chloride with sodium iodide); 알킬 설포닉 산(alkyl sulfonic acid); 트라이플루오메탄 설포닉 산(trifluoromethane sulfonic acid); 또는 아릴 설포닉 산(aryl sulfonic acid) 중의 하나와 접촉함으로써 분리되는 것;
    -SO2Ra이며, 상기 복수의 R 기는, 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00040
    에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, HBr 및 아세트산; HBr 및 페놀; HF 및 피리다인(pyridine); 소디움 bis(2-메톡시에톡시)알루미늄 하이드라이드(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride); 알칼리 메탈 아릴라이드 염(alkali metal arylide salt); 암모니아에서의 알칼리 메탈(alkali metal in ammonia) 또는 이소-프로필라민(iso-propylamine); 실키라겔에 흡착된 소디움-포타슘 알로이(sodium-potassium alloy adsorbed on silica gel); 사마리움 이오다이드(samarium iodide); 아세트산에서의 페르클로릭 산(perchloric acid in acetic acid); 에테르 존재 하의 광분해; 소디움 보로하이드라이드 및 디메톡시벤젠(sodium borohydride and dimethoxybenzene)의 존재 하의 광분해; 하이드라진(hydrazine) 존재 하의 광분해; 보란:암모니아(borane:ammonia)존재 하의 광분해; 소디움 보로하이드라이드 및 베타-사프톡사이드(sodium borohydride and beta-naphthoxide) 존재 하의 광분해; 또는 소디움 모노하이드로젠 포스페이트(sodium monohydrogen phosphate) 존재 하의 소디움 아말감 중의 하나와 접촉함으로써 분리되는 것; 또는
    -Ra이며, 상기 복수의 R 기는, 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00041
    에 의해 표현되는 각각의 치환된 아지리다인을, 촉매 팔라듐 존재 하의 수소; 촉매 팔라듐 존재 하의 보란(borane in the presence of catalytic palladium); 촉매 레이니 니켈 존재 하의 보란(borane in the presence of catalytic Raney nickel); 또는 하이드로젠 페록사이드(hydrogen peroxide)에 이어서 테트라소디움 5,10,15,20-테트라(4-설포페닐)포르피리나토아이언(II)(tetrasodium 5,10,15,20-tetra(4-sulfophenyl) porphyrinatoiron(II)) 중의 하나와 접촉함으로써 분리되는 것 중의 어느 하나인,
    방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    복수의 단일-탄소 공공 결함으로써 상기 그래핀 모노레이어에서 상기 복수의 구멍을 생성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지, 수소 기체의 존재 하에 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00042
    에 의해 표현되는 상기 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 단일-탄소 공공 결함의 각각은 이하 구조적 화학식에 의해 표현되는:
    Figure 112014080705919-pct00012
    ,
    방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 베타-아미노 알코올 일부를 생성하기 위해 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00043
    에 의해 표현되는 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가수분해하는 단계 - 상기 복수의 베타-아미노 알코올 일부의 각각은 이하 구조적 화학식에 의해 표현됨 -
    Figure 112014080705919-pct00013
    ; 및
    복수의 이중-탄소 공공 결함으로써 상기 그래핀 모노레이어에서 상기 복수의 구멍을 생성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지, 수소 기체의 존재 하에 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00044
    에 의해 표현되는 상기 복수의 N-H 아지리다인 일부를 가열하는 단계 - 상기 복수의 이중-탄소 공공 결함의 각각은 이하 구조적 화학식에 의해 표현됨 - 를 더 포함하는:
    Figure 112014080705919-pct00014

    방법.
  17. 제6항에 있어서,
    R은 -Ra이며;
    Het*는 활성화된 옥시이며;
    상기 그래핀 모노레이어에서 상기 복수 p의 헤테로원자-탄소 일부의 각각은, 이하 구조적 화학식에 의해 표현되는 화합물
    Figure 112014080705919-pct00015
    ; 또는
    이하 구조적 화학식에 의해 표현되는 화합물인:
    Figure 112014080705919-pct00016

    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    3가의 이오도소아릴 시약을, RaOH; RaO-의 알칼린 금속 염; RaO-의 알칼린 토류 금속 염; RaCO2H; RaCO2 -의 알칼린 금속 염; RaCO2 -의 알칼린 토류 금속 염 중 하나와 접촉함으로써 R-Het*를 준비하는 단계를 더 포함하며, 상기 3가의 이오도소아릴 시약은, 이오도소벤젠 테트라플루오로보레이트(iodosobenzene tetrafluoroborate), 이오도소벤젠 헥사플루오로안티모네이트(iodosobenzene hexafluoroantimonate), 또한 이오도소벤젠 헥사플루오로포스페이트(iodosobenzene hexafluorophosphate)인,
    방법.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00045
    에 의해 표현되는 상기 화합물을, 하이드로브로믹 산(hydrobromic acid), 하이드로이오딕 산(hydroiodic acid), 보론 트라이브로마이드(boron tribromide), 또는 알루미늄 트라이클로라이드(aluminium trichloride) 중의 하나 이상과 반응하는 단계; 또는
    상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00046
    에 의해 표현되는 상기 화합물을 산 또는 염기와 반응함으로써, 이하 구조적 화학식에 의해 표현될 수 있는 화합물을 형성하는 단계 중의 어느 하나를 더 포함하는:
    Figure 112014080705919-pct00017

    방법.
  21. 제20항에 있어서,
    복수의 이중-탄소 공공 결함으로써 상기 그래핀 모노레이어에서 상기 복수의 구멍을 형성하기 위해, 약 750도씨 내지 약 900도씨 사이의 온도까지 수소 존재 하에서 상기 구조적 화학식
    Figure 112014080705919-pct00047
    에 의해 표현되는 화합물을 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 이중-탄소 공공 결함의 각각은 이하 구조적 화학식에 의해 표현되는,
    Figure 112014080705919-pct00018

    방법.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀 모노레이어를 투과성 기판에 접촉하는 단계를 더 포함하며, 상기 투과성 기판은, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 아라마이드(aramide), 방향족 폴리에스테르(aromatic polyester), 탄소 섬유(carbon fiber), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 메탈 메쉬(metal mesh), 및/또는 구멍이 있는 세라믹(porous ceramic) 중의 하나 이상을 포함하는,
    방법.
  23. 유체 혼합물로부터 화합물을 분리하는 방법에 있어서,
    제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하는 유체 혼합물을 제공하는 단계;
    복수의 분산 구멍에 의해 화학적으로 천공될 수 있는 그래핀 모노레이어를 포함하는 멤브레인을 제공하는 단계 - 상기 복수의 분산 구멍의 각각은, 상기 그래핀 모노레이어가 전체적으로 실질적으로 균일한 구멍 크기를 가지도록, 하나 이상의 탄소 공공 결함에 의해 특징지어지며, 상기 복수의 분산 구멍의 각각은, 상기 제2 화합물에 비교하여 상기 제1 화합물의 통과에 대해 선택적일 수 있는 직경에 의해 특징지어짐 -;
    상기 유체 혼합물을 상기 그래핀 모노레이어의 제1 표면에 접촉하는 단계; 및
    상기 제2 화합물로부터 상기 제1 화합물을 분리하기 위해, 상기 복수의 분산 구멍을 통해 상기 제1 화합물을 통과하는 단계를 포함하는,
    방법.
  24. 삭제
  25. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 분산 구멍을 통해 상기 제1 화합물을 통과하는 단계는, 상기 그래핀 모노레이어에 걸쳐서 경사(gradient)를 사용함으로써, 상기 복수의 분산 구멍을 통해 상기 제1 화합물을 통과하는 단계를 포함하며, 상기 경사는, 온도, 압력, 농도, 전기장, 또는 전기화학적 포텐셜 중의 하나 이상인,
    방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 제2 화합물로부터 제1 화합물을 분리하는 단계는, 약 200:1 내지 약 10^23:1의 분리 선택도에서 상기 제2 화합물로부터 상기 제1 화합물을 분리하는 단계를 포함하는,
    방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 제1 화합물은, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤, 라돈, 수소, 질소, 산소, 일산화 탄소, 이산화 탄소, 이산화 황, 황화 수소, 산화 질소, C1-C4 알칸, 실란, 물, 유기 용매, 또는 할로겐산(haloacid) 중의 하나인,
    방법.
  28. 실질적으로 균일한 구멍을 갖는 그래핀 멤브레인을 준비하기 위한 시스템에 있어서,
    전구체 화합물로부터 활성화된 시약을 준비하도록 구성된 시약 활성화기 - 상기 활성화된 시약은 R-Het*를 포함함 -;
    그래핀 모노레이어에서 복수의 위치에 상기 활성화된 시약을 접촉하도록 구성된 시약 적용기;
    상기 그래핀 모노레이어를 유지하도록 구성된 반응 쳄버;
    천공된 그래핀 모노레이어를 형성하기 위해, 상기 그래핀 모노레이어에서 복수의 헤테로 원자-탄소 일부(moiety)를 열적 분할하도록 구성된 히터; 및
    상기 천공된 그래핀 모노레이어를 지지 기판에 접촉하도록 구성된 지지 기판 적용기를 포함하는,
    시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 시약 활성화기는, 저항 가열 요소, 적외선 레이저, 자외선 광원, 및/또는 상기 전구체 화합물을 3가의 이오도소아릴 화합물과 접촉하도록 구성되는 반응 챔버 중의 하나 이상을 포함하며;
    상기 시약 적용기는, 용액 코팅기, 스킨 코팅기, 딥 코팅기, 압력 유체 적용기, 시약 저장소, 진공 챔버, 응축기, 및/또는 화학적 기상 증착 챔버 중의 하나 이상을 포함하며,
    상기 히터는, 수소의 부분 압력과 흐름 중의 하나를 적용하도록 구성된 반응 챔버, 저항 가열 요소, 및/또는 적외선 레이저 중의 하나 이상을 포함하며,
    상기 지지 기판 적용기는, 용액 코팅기, 스핀 코팅기, 딥 코팅기, 경화 오븐, 자외선 광원, 에칭 챔버, 세척 챔버, 및/또는 콘택 프레스 중의 하나 이상을 포함하는,
    시스템.

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Families Citing this family (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101967934B1 (ko) 2010-06-16 2019-04-10 닛토덴코 가부시키가이샤 방수 통기 필터 및 그의 용도
CN102985153B (zh) * 2010-06-16 2015-02-11 日东电工株式会社 防水透气过滤器及其用途
US9475709B2 (en) 2010-08-25 2016-10-25 Lockheed Martin Corporation Perforated graphene deionization or desalination
US9056282B2 (en) * 2012-01-27 2015-06-16 Empire Technology Development Llc Accelerating transport through graphene membranes
EP2825508A4 (en) 2012-03-15 2015-10-21 Massachusetts Inst Technology GRAPH-BASED FILTER
US9527043B2 (en) 2012-05-17 2016-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Gas separation membrane and method of preparing the same
KR101920716B1 (ko) * 2012-05-17 2019-02-13 삼성전자주식회사 기체 분리막 및 그 제조방법
US9610546B2 (en) 2014-03-12 2017-04-04 Lockheed Martin Corporation Separation membranes formed from perforated graphene and methods for use thereof
US9744617B2 (en) 2014-01-31 2017-08-29 Lockheed Martin Corporation Methods for perforating multi-layer graphene through ion bombardment
US10376845B2 (en) 2016-04-14 2019-08-13 Lockheed Martin Corporation Membranes with tunable selectivity
US10980919B2 (en) 2016-04-14 2021-04-20 Lockheed Martin Corporation Methods for in vivo and in vitro use of graphene and other two-dimensional materials
US10653824B2 (en) 2012-05-25 2020-05-19 Lockheed Martin Corporation Two-dimensional materials and uses thereof
US9834809B2 (en) 2014-02-28 2017-12-05 Lockheed Martin Corporation Syringe for obtaining nano-sized materials for selective assays and related methods of use
WO2014084864A1 (en) 2012-11-30 2014-06-05 Empire Technology Development, Llc Gas detection device with graphene membrane
US20140205796A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 International Business Machines Corporation Method of forming graphene nanomesh
TW201504140A (zh) 2013-03-12 2015-02-01 Lockheed Corp 形成具有均勻孔尺寸之多孔石墨烯之方法
US9480952B2 (en) * 2013-03-14 2016-11-01 Lockheed Martin Corporation Methods for chemical reaction perforation of atomically thin materials
EP2969110A4 (en) * 2013-03-15 2016-12-21 Univ Texas NANOCOMPOSITE HAVING NANO-CHANNELS OR NANOPORES FOR FILTRATION OF USED EFFLUENTS
US9572918B2 (en) 2013-06-21 2017-02-21 Lockheed Martin Corporation Graphene-based filter for isolating a substance from blood
US9475007B2 (en) 2013-08-23 2016-10-25 Energysolutions, Inc. Methods relating to isotopic water filtration
CA2921197C (en) * 2013-08-23 2018-02-27 Energysolutions, Inc. Systems and methods for isotopic water separation
AU2014342140B2 (en) * 2013-11-01 2018-10-04 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Mitigating leaks in membranes
US9353037B2 (en) * 2013-11-19 2016-05-31 The Research Foundation For The State University Of New York Graphene oxide-based composite membranes
US9610544B2 (en) 2013-12-04 2017-04-04 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Method for creating a nano-perforated crystalline layer
CN106415890A (zh) * 2014-01-21 2017-02-15 英派尔科技开发有限公司 石墨烯膜及用于制造和使用其的方法
CA2938305A1 (en) 2014-01-31 2015-08-06 Lockheed Martin Corporation Processes for forming composite structures with a two-dimensional material using a porous, non-sacrificial supporting layer
CN105940479A (zh) 2014-01-31 2016-09-14 洛克希德马丁公司 使用宽离子场穿孔二维材料
JP2017512129A (ja) * 2014-03-12 2017-05-18 ロッキード・マーチン・コーポレーション 有孔グラフェンから形成された分離膜
US9902141B2 (en) 2014-03-14 2018-02-27 University Of Maryland Layer-by-layer assembly of graphene oxide membranes via electrostatic interaction and eludication of water and solute transport mechanisms
EP3263210A1 (en) * 2014-06-30 2018-01-03 Shinshu University Method for perforating carbon nanomaterial, and method for producing filter molded article
CN104138715B (zh) * 2014-07-13 2016-06-01 安徽师范大学 一种层层点击键合自组装氧化石墨烯聚烯烃分离膜及其制备方法
EP3188823A4 (en) 2014-09-02 2018-04-25 Lockheed Martin Corporation Hemodialysis and hemofiltration membranes based upon a two-dimensional membrane material and methods employing same
CN104722215B (zh) * 2014-10-08 2017-04-12 南京工业大学 基于石墨烯材料的二氧化碳气体分离膜的制备方法
AU2016303048A1 (en) 2015-08-05 2018-03-01 Lockheed Martin Corporation Perforatable sheets of graphene-based material
AU2016303049A1 (en) 2015-08-06 2018-03-01 Lockheed Martin Corporation Nanoparticle modification and perforation of graphene
US10124299B2 (en) * 2015-09-08 2018-11-13 Gwangju Institute Of Science And Technology Membrane based on graphene and method of manufacturing same
CN106866324B (zh) * 2015-09-23 2019-06-25 苏州大学 一种碳硼烷基高氯酸铵的应用
US10722849B2 (en) * 2016-02-12 2020-07-28 Nitto Denko Corporation Pressure sensitive graphene-based valve element
CA3020686A1 (en) 2016-04-14 2017-10-19 Lockheed Martin Corporation Method for treating graphene sheets for large-scale transfer using free-float method
JP2019521055A (ja) 2016-04-14 2019-07-25 ロッキード・マーチン・コーポレーション グラフェン欠陥の選択的界面緩和
EP3443329A4 (en) 2016-04-14 2020-04-08 Lockheed Martin Corporation METHODS FOR PROVIDING IN SITU MONITORING AND CONTROL OF DEFECT TRAINING OR HEALING
EP3442786A4 (en) 2016-04-14 2020-03-18 Lockheed Martin Corporation TWO-DIMENSIONAL MEMBRANE STRUCTURES HAVING FLOW PASSAGES
US10974208B2 (en) 2016-05-11 2021-04-13 Massachusetts Institute Of Technology Graphene oxide membranes and related methods
EP3254750A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-13 ETH Zurich Method for making porous graphene membranes and membranes produced using the method
EP3507000A4 (en) * 2016-09-04 2020-04-29 Ariel Scientific Innovations Ltd. SELECTIVELY PLEASANT MEMBRANE
US20190070566A1 (en) * 2016-11-04 2019-03-07 Massachusetts Institute Of Technology Techniques for performing diffusion-based filtration using nanoporous membranes and related systems and methods
IT201700018514A1 (it) * 2017-02-20 2018-08-20 Consult S A S Di Gaspari Elisabetta & C Membrana in poliuretano comprendente grafene e tessuti contenenti detta membrana
WO2018177533A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Ultrahigh flux gas-selective nanoporous carbon membrane and manufacturing method thereof
JPWO2019013059A1 (ja) 2017-07-14 2020-05-07 国立大学法人信州大学 グラフェンのナノウィンドウ構造、グラフェン膜、および高純度ガスの製造方法
CN110694596B (zh) * 2019-03-11 2022-06-07 陕西有为新材环境工程有限公司 具有高效除尘功能的材料
EP3969158A1 (en) 2019-05-15 2022-03-23 Via Separations, Inc. Filtration apparatus containing graphene oxide membrane
CA3140177A1 (en) 2019-05-15 2020-11-19 Via Separations, Inc. Durable graphene oxide membranes
US11145875B2 (en) * 2019-08-19 2021-10-12 Robert Bosch Gmbh Fuel cell electrode catalyst layer coating
US11670790B2 (en) 2019-11-25 2023-06-06 Robert Bosch Gmbh Fuel cell membrane electrode assemblies
WO2021177244A1 (ja) * 2020-03-05 2021-09-10 株式会社寿ホールディングス 炭素材及び炭素材の製造方法
US11631863B2 (en) 2020-03-27 2023-04-18 Robert Bosch Gmbh Fuel cell catalyst material with defective, carbon-based coating
CN112023719B (zh) * 2020-09-21 2022-12-06 北京石墨烯研究院 支撑层及其制备方法、复合膜及其应用
CN114381022A (zh) * 2020-10-19 2022-04-22 苏州南诣科技有限公司 一种石墨烯膜和石墨烯膜增强导热复合膜
WO2023097166A1 (en) 2021-11-29 2023-06-01 Via Separations, Inc. Heat exchanger integration with membrane system for evaporator pre-concentration

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59160506A (ja) 1983-02-28 1984-09-11 Kuraray Co Ltd 複合中空糸分離膜およびその製造法
US4602922A (en) 1984-11-09 1986-07-29 Research Foundation Of State University Of New York Method of making membranes for gas separation and the composite membranes
EP0227832B1 (en) 1985-06-27 1990-09-19 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Composite hollow yarn and a process for producing the same
US4863496A (en) 1988-04-13 1989-09-05 E. I. Du Pont De Nemours And Co. Reactive posttreatment for gas separation membranes
US5091216A (en) 1988-04-13 1992-02-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Reactive post treatment for gas separation membranes
US5045354A (en) 1989-12-19 1991-09-03 Exxon Research & Engineering Company Production of supported thin film membranes
US5702503A (en) 1994-06-03 1997-12-30 Uop Composite gas separation membranes and making thereof
US5629353A (en) 1995-05-22 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Highly cross-linked nanoporous polymers
DE59814290D1 (de) 1997-07-23 2008-10-30 Membrana Gmbh Integral asymmetrische polyolefinmembran zum gasaustausch
US6442144B1 (en) 1998-06-15 2002-08-27 Compaq Computer Corporation Method and apparatus for discovering network devices using internet protocol and producing a corresponding graphical network map
US6730145B1 (en) 2002-01-29 2004-05-04 L'air Liquide Societe Anonyme Treating gas separation membrane with aqueous reagent dispersion
US7846738B2 (en) * 2003-08-15 2010-12-07 President And Fellows Of Harvard College Study of polymer molecules and conformations with a nanopore
GB0516154D0 (en) 2005-08-05 2005-09-14 Ntnu Technology Transfer As Carbon membranes
US8110026B2 (en) * 2006-10-06 2012-02-07 The Trustees Of Princeton University Functional graphene-polymer nanocomposites for gas barrier applications
GB0805473D0 (en) * 2008-03-26 2008-04-30 Graphene Ind Ltd Method and article
GR20080100438A (el) 2008-06-27 2010-01-27 Μεθοδος χημικης διεισδυσης ατμων χαμηλης θερμοκρασιας, για την τροποποιηση του μεγεθους των πορων και την επιδιορθωση ατελειων σε μικροπορωδεις και νανοπορωδεις μεμβρανες
KR101681950B1 (ko) * 2009-01-15 2016-12-05 삼성전자주식회사 그라펜 에지의 화학적 변형 방법 및 이에 의하여 얻어진 그라펜
KR101118473B1 (ko) * 2009-03-27 2012-03-12 (주)바이오니아 나노다공막 및 이의 제조방법
US8287699B2 (en) 2009-07-27 2012-10-16 Nanotek Instruments, Inc. Production of chemically functionalized nano graphene materials
US8268180B2 (en) * 2010-01-26 2012-09-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Methods of fabricating large-area, semiconducting nanoperforated graphene materials
CN101774575B (zh) 2010-02-10 2012-08-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 低温下用含氨基基团的有机物修复氧化后的石墨烯的方法
US8546785B2 (en) * 2010-03-31 2013-10-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive device
US8203171B2 (en) * 2010-04-05 2012-06-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Defective graphene-based memristor
CN101831633A (zh) * 2010-04-21 2010-09-15 清华大学 一种石墨烯与非晶碳复合薄膜的制备方法
WO2011150325A2 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Graphene oxide and graphite oxide catalysts and systems
US8828211B2 (en) 2010-06-08 2014-09-09 President And Fellows Of Harvard College Nanopore device with graphene supported artificial lipid membrane
CN101983758B (zh) * 2010-10-21 2013-06-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 高分子/无机纳米复合分离膜及其制备方法
US8277899B2 (en) 2010-12-14 2012-10-02 Svaya Nanotechnologies, Inc. Porous films by backfilling with reactive compounds
US8889298B2 (en) * 2011-08-30 2014-11-18 Nanotek Instruments, Inc. Surface-mediated lithium ion-exchanging energy storage device
US8551650B2 (en) * 2011-05-12 2013-10-08 Northwestern University Graphene materials having randomly distributed two-dimensional structural defects
US9779883B2 (en) * 2011-09-07 2017-10-03 Nanotek Instruments, Inc. Partially surface-mediated lithium ion-exchanging cells and method for operating same
US20130186758A1 (en) * 2011-12-09 2013-07-25 University Of Delaware Current-carrying nanowire having a nanopore for high-sensitivity detection and analysis of biomolecules
US9349542B2 (en) * 2011-12-21 2016-05-24 Nanotek Instruments, Inc. Stacks of internally connected surface-mediated cells and methods of operating same
US9056282B2 (en) * 2012-01-27 2015-06-16 Empire Technology Development Llc Accelerating transport through graphene membranes
US8895189B2 (en) * 2012-02-03 2014-11-25 Nanotek Instruments, Inc. Surface-mediated cells with high power density and high energy density
EP2825508A4 (en) * 2012-03-15 2015-10-21 Massachusetts Inst Technology GRAPH-BASED FILTER
US20140107326A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-17 Massachusetts Institute Of Technology Methods involving graphene and functionalized graphene
US9278318B2 (en) * 2012-12-04 2016-03-08 Empire Technology Development Llc Graphene nanotube array for gas filtration

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANG, D. Nano Letters 9(12):4019-4024 (2009. 12.)*

Also Published As

Publication number Publication date
CN104204796B (zh) 2016-05-25
WO2013112164A1 (en) 2013-08-01
US20130192460A1 (en) 2013-08-01
KR20140116224A (ko) 2014-10-01
CN104204796A (zh) 2014-12-10
US8979978B2 (en) 2015-03-17

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Tong et al. Monolayer Fullerene Membranes for Hydrogen Separation

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