KR102113219B1

KR102113219B1 - 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자

Info

Publication number: KR102113219B1
Application number: KR1020170139611A
Authority: KR
Inventors: 김동유; 이승훈; 이민혜
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2020-05-21
Also published as: KR20190046252A

Abstract

본 발명의 일실시예는 반도체성 SWNT 및 금속성 SWNT를 포함하는 단일벽탄소나노튜브(SWNT)의 선택적 분리를 위한 공액 고분자를 제공한다.
상기 공액 고분자는 하기의 화학식 1으로 표시되고, 상기 화학식 1에서, M1 및 M2는 모노머이고, 각각 M1은 전자주개(electron donor)이고, M2는 전자받개(electron acceptor)인 것을 특징으로 한다. 이때, R1과 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택되는 알킬 치환기이다. 이때, 상기 n은 1 내지 10000인 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]

Description

단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자{Conjugated molecule for selective separation of carbon nanotubes}

본 발명은 공액 고분자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자에 관한 것이다.

탄소나노튜브는 표면적이 크고 직경 대비 길이의 비가 높고, 강도와 탄성율이 탁월하여 고분자 복합 재료의 유망한 강화재로 인식되어 왔었다. 강도와 탄성율은 고강도/고탄성 탄소섬유 보다 월등히 우수하여 현존하는 재료중 가장 뛰어난 것으로 평가되고 있다.

뿐만 아니라, 전기전도성 및 열전도성이 매우 높아 고분자 복합재료에 구조적인 강화화 전기 및 열전도 기능을 동시에 부여할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 탄소나노튜브는 항공, 우주, 자동차, 전기전자 등의 다양한 분야에서 주목받고 있다.

탄소나노튜브는 6각형의 탄소결합이 서로 연결되어 2차원 평면 시트를 이루고 있는 그래핀이 돌돌 말려서 만들어진 원통형의 구조를 가지고 있다. 탄소나노튜브는 제조방법에 따라 직경이 서로 다른 단일벽탄소나노튜브(Single walled carbon nanotube, SWNT)들이 서로 중첩되어 있는 다층 탄소나노튜브의 형태로 되어있기도 하다.

단일벽탄소나노튜브는 어떠한 카이랄 벡터를 갖느냐에 따라서 카이랄성과 직경이 다르며 이에 따라 다양한 전기적 특성을 나타낸다. SWNT는 다시 반도체성 SWNT(s-SWNT)와 금속성 SWNT(m-SWNT)로 나뉜다.

합성된 SWNT는 반도체성 SWNT(s-SWNT)와 금속성 SWNT(m-SWNT)가 혼재되어 있어, 순수한 반도체성 SWNT보다 산업적 이용 가치가 떨어진다. 따라서, 반도체성 SWNT(s-SWNT)와 금속성 SWNT(m-SWNT)가 혼재되어있는 SWNT 혼합물에서 반도체성 SWNT를 선택적으로 분리해내는 기술 개발이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1744052호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일벽탄소나노튜브복합체(SWNTs) 에서 반도체성 SWNT(s-SWNT)를 선택적으로 분리하기 위한 공액 고분자 및 이를 이용한 분리방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자를 제공한다.

상기 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자는 하기의 화학식 1으로 표현될 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, M1은 전자주개(electron donor)의 특성을 가지는 모노머이고, M2는 전자받개(electron acceptor)의 특성을 가지는 모노머인 것을 특징으로 한다.

R₁과 R₂는 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택될 수 있는 알킬 치환기이다.

상기 n은 1 내지 10000인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 공액 고분자를 이용하여 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 할 수 있다.

또한, 상기 공액 고분자의 디자인을 달리하여 직경과 카이랄성이 다른 SWNT를 분리할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자의 화학식 1이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 이용한 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 HiPco라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 Rn-220라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PC12TV18T 공액고분자와 결합한 HiPco와 Arc discahge 라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 HiPco라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 라만스펙트로스코피 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 Rn-220라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 라만스펙트로스코피 그래프이다.
도 8은 여러가지 단일벽탄소나노튜브의 특성을 도시한 표이다.
도 9는 본발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 이용하여 분리한 반도체성 단일벽탄소나노튜브를 전도물질로 적용한 트랜지스터의 성능 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

공액 고분자는 공액 분자를 단량체로하는 고분자로, 본 제안발명의 일실시예는 연속적인 바이닐그룹의 공액 고분자를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자의 화학식 1이다.

본 발명의 일실시예에 따른 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액분자는 다음의 화학식 1으로 표시되며,

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, 상기 M1은 전자주개(electron donor)의 특성을 가지는 모노머이다.

일예로, 상기 M1은 전자주개의 특성을 가지는 사이닐렌바이닐렌 (Thienylenevinylene, TV) 또는 다이사이노[3,2-b:2',3'-d]사이오펜 (Dithieno[3,2-b:2',3'-d]thiophene, DTT)를 포함할 수 있다.

상기 M2는 전자받개(electron acceptor)의 특성을 가지는 모노머이다.

일예로, 상기 M2는 다이케토피롤로파이롤 (Diketopyrrolopyrole, DPP) 또는 (E)-[3,3'-빈돌리닐리덴]-2,2'-다이온 ((E)-[3,3'-biindolinylidene]-2,2'-dione)를 포함할 수 있다.

상기 전자주개 특성을 가지는 M1과 상기 전자받개 특성을 가지는 M2를 교차적으로 연속되게 배치함으로써, 공액계가 형성된 공액 고분자를 형성할 수 있다.

일예로, 바이닐 그룹이 포함된 공액분자를 치환할 경우 증가된 공액길이를 갖는 공액고분자를 형성할 수 있다. 이는 6각형의 탄소결합이 평면 시트를 이루고 있는 그래핀이 말려 만들어진 탄소나노튜브와 강한 π-π 상호작용을 할 수 있다.

상기 R₁과 R₂는 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택될 수 있는 알킬 치환기이다.

일예로, 상기 알킬치환기는 수소, 가지가 없는 탄소수 1-18의 알킬기, 가지가 있는 탄소수 1-18의 알킬기 또는 탄소수 1-18의 알킬할라이드를 포함할 수 있다.

상기 알킬치환기는 상기 탄소나노튜브를 감싸서 분리하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 알킬치환기의 구조에 따라 단일벽탄소나노튜브와의 상호작용이 변하게 되므로, 알킬치환기의 구조에 따라 선택적으로 다른 직경과 카이랄리티를 가지는 단일벽탄소나노튜브를 분리해 낼 수 있다.

이때, 상기 알킬치환기의 밀도를 조절하여 용매 내에서 반도체 탄소나노튜브와 금속성 탄소나노튜브의 분리 수율이 결정될 수 있다.

이는 알킬치환기의 밀도 차이에 따라 극성이 변하기 때문이며, 상대적으로 낮은 극성을 갖는 반도체 탄소나노튜브는 낮은 극성을 갖는 톨루엔 용매 내에서 상층액에 남게 된다.

상기 n은 1 내지 10000의 정수인 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 공액 고분자는 단일벽 단일벽탄소나노튜브 (SWNT)의 분리를 위한 분리제로 이용할 수 있다. 또한, 단일벽탄소나노튜브를 선택적으로 분리하는 공액 고분자와 이에 의해 분리된 단일벽탄소나노튜브를 이용하여 트랜지스터 제작에 이용할 수 있다.

제조예

본 발명의 일실시예에 따른 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자를 제조하였다.

반응식1

본 발명의 제조예에서는 상기 반응식1에 나타낸 바와 같이, [1]의 화합물을 R-MgBr로 표현되는 그리그나드 시약을 이용하여 알킬레이션을 수행하여 [2]의 화합물을 생성한다. 이때, R은 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택될 수 있고, 서로 독립적으로 일치환 또는 다치환된 치환기로서, 수소, 가지가 없는 탄소수 1-18의 알킬기, 가지가 있는 탄소수 1-18의 알킬기 또는 탄소수 1-18의 알킬할라이드일 수 있다. 다음, [2]의 화합물을 NBS를 이용하여 브로미네이션을 수행하여 [3]의 화합물을 생성한다. 그 다음, [3]의 화합물을 Mg 및 DMF를 사용하여 브롬기를 알데하이드기로 치환하여 [4]의 화합물을 생성한다. 그 다음, [4]의 화합물을 TiCl4, Zn 와 THF 용매하에서 맥머리 커플링반응을 통해 [5]의 화합물을 생성한다. 그 다음, [5]의 화합물을 n-BuLi, SnMe₃Cl과 THF 용매하에서 반응시켜 [6]의 사이닐렌바이닐렌 (Thienylenevinylene, TV) 화합물을 생성한다.

반응식2

상기 반응식2에 나타낸 바와 같이 [7]의 싸이오펜 화합물을 PdCl₂(PhCN)₂, KF, AgNO₃와 DMSO 용매 하에 커플링 반응을 수행하여 [8]의 바이싸이오펜 화합물을 생성한다.

반응식3

상기 반응식3에 나타낸 바와 같이 [6]의 사이닐렌바이닐렌 (Thienylenevinylene, TV) 화합물과 [8]의 바이싸이오펜 화합물을 모노머로 하여 중합반응을 수행하여 [9]의 고분자를 생성한다. 이때 R₁ 및 R₂가 수소인 경우는 PCTV18T라 칭하고, 이때 R₁ 및 R₂가 C₁₂H₂₅인 경우는 PC12TV18T라 칭한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른공액 고분자를 이용한 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 공액 고분자를 이용한 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법은 단일벽탄소나노튜브와 공액 고분자의 혼합용액을 제조하는 단계(S100), 상기 혼합용액의 단일벽탄소나노튜브를 분산시키는 단계(S200), 상기 단일벽탄소나노튜브를 분산시킨 혼합용액을 원심분리하는 단계(S300), 상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계(S400), 상기 상층액의 공액 고분자와 반도체성 SWNT의 혼합용액에서 상기 공액 고분자를 제거하는 단계(S500) 및 상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계(S600)를 포함할 수 있다.

이때, 단일벽탄소나노튜브와 공액 고분자의 혼합용액을 제조하는 단계(S100)는 단일벽탄소나노튜브와 공액 고분자의 비율이 1 : 1~5가 되도록 제조하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 혼합용액의 단일벽탄소나노튜브를 분산시키는 단계(S200)는 음파처리 (sonication)을 통해 분산시키는 것을 특징으로 한다.

상기 음파처리는 음파로 인해 발생하는 진동을 통해 뭉쳐있는 단일벽탄소나노튜브를 각각의 낱개로 분산시키는 역할을 한다. 이렇게 분산된 단일벽탄소나노튜브 중 반도체성 SWNT만 공액 고분자에 둘러싸이게 된다.

상기 단일벽탄소나노튜브를 분산시킨 혼합용액을 원심분리하는 단계(S300)는 낮은 극성의 용매 내에서 상대적으로 낮은 극성을 갖는 공액 고분자와 결합된 반도체성 SWNT는 상층액에 남고, 상대적으로 높은 극성을 갖는 금속성 SWNT는 응집 및 침전되어 반도체성 SWNT와 금속성 SWNT가 분리된다.

이때, 상기 단일벽탄소나노튜브를 분산시킨 혼합용액을 원심분리하는 단계(S300)는 필요에 따라 2회 이상 반복수행하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계(S400)는 상층액에 공액 고분자와 반도체성 SWNT및 잔여 공액 고분자가 용해되어있고, 금속성 SWNT가 침전되어있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 상층액의 공액 고분자와 반도체성 SWNT의 혼합용액에서 상기 공액 고분자를 제거하는 단계(S500)는 원심분리기를 이용하여 수행될 수 있다.

일예로, 상기 공액 고분자를 제거하는 단계(S500)는 상기 상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계(S400)에서 추출된 상층액을 320,000g에서 원심분리 후 톨루엔 용매에 녹아있는 공액고분자를 제거하고 반도체성 SWNT를 침전시키는 과정을 2-3회 반복하는 것으로 수행될 수 있다.

상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계(S400)에서 금속성 SWNT가 대부분 제거되었으므로, 상기 공액 고분자를 제거하는 단계(S500)에서 침전되는 물질은 반도체성 SWNT이다.

이때, 상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계(S600)는 필요에 따라 더 추가될 수 있는 단계로, 추가적으로 원심분리력을 가해 침천된 반도체성 탄소나노튜브를 음파처리를 통해 분산시키는 것을 특징으로 한다.

상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계(S600)는 단일벽탄소나노튜브의 응집을 해소하여 탄소나노튜브의 성능을 높이기 위해 수행할 수 있다.

또한, 상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계(S600)는 용액공정이 가능하게 하기위하여 수행 할 수 있다.

실험예

본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 이용한 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 수행하고 그 결과를 분석하였다.

우선, 공액 고분자 : SWNT = 2:1의 비율료 0.5g/ml이 되도록 톨루엔에 녹여 공액고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액을 제조하였다.

다음, 25°C 상온에서 한시간동안 소니케이션을 수행하여 공액 고분자와 단일벽탄소나노튜브를 분산시켰다.

다음, 상기 공액 고분자와 단일벽탄소나노튜브가 분산된 혼합용액을 85,000g 에서 한시간씩 4회 원심분리를 수행하고 320,000g에서 열두시간동안 1회 원심분리를 수행하였다.

그 다음, 피펫을 이용하여 원심분리된 혼합용액의 상층액을 추출하였다. 이때, 상층액에는 반도체성 SWNT와 공액 고분자가 존재하고 금속성 SWNT는 침전으로 석출된다.

마지막으로, 상기 상층액을 25°C 상온에서 한시간동안 소니케이션을 수행하여 공액 고분자와 반도체성 SWNT를 분산시켰다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 HiPco라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 Rn-220라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.

도 3 내지 4를 참조하면, 반도체성 및 금속성 단일벽탄소나노튜브가 혼재한 HiPco 또는 Rn-220의 흡수파장 그래프에 비해, 공액 고분자 처리를 한 경우에 피크가 세분화되고 장파장 쪽으로의 쉬핑이 약 100nm정도 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 공액 고분자와 단일벽탄소나노튜브 사이에 강한 π-π 상호작용에 의해 광학적 성질이 변했으며, 상기 반도체성 단일벽 탄소나노튜브가 상기 공액고분자에 의해 선택적으로 분리되었음을 의미한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PC12TV18T 공액고분자와 결합한 HiPco와 Arc discahge 라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 흡수파장 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 PC12TV18T는 각각 서로 다른 단일벽탄소나노튜브인 HiPco와AD (Arc Discharge)를 분리해낼 수 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 HiPco라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 라만스펙트로스코피 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리에 따른 Rn-220라는 명칭의 단일벽탄소나노튜브의 라만스펙트로스코피 그래프이다.

도 6내지 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자를 통한 분리처리를 수행하기 전과 수행한 후를 비교했을 때, 금속성 단일벽탄소나노튜브(m-SWNT)의 흡수는 분리 처리 전에 비해 확연히 감소한 반면, 반도체성 단일벽탄소나노튜브(s-SWNT)의 흡수는 분리 처리 전과 후가 거의 유사한 것으로 보아 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자가 반도체성 SWNT를 선택적으로 랩핑하여 효과적으로 반도체성 SWNT를 분리해낼 수 있음을 알 수 있다.

도 8은 여러가지 단일벽탄소나노튜브의 특성을 도시한 표이다.

도 3 내지 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자는 혼합SWNT에서 HiPco, Rn-220, AD (Arc Discharge)의 세가지 단일벽탄소나노튜브를 각각 분리해낼 수 있었다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자는 0.8 내지 1.7nm의 직경을 갖는 단일벽탄소나노튜브를 보편적으로 분리할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이때, Rn-220 단일벽탄소나노튜브는 가격이 가장 저렴하여 상용화 가능성이 가장 큰 물질이다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 이용할 경우 상업 시장에 이용 가능한 고순도의 단일벽탄소나노튜브를 제공할 수 있다.

도 9는 본발명의 일실시예에 따른 공액 고분자를 이용하여 분리한 반도체성 단일벽탄소나노튜브를 전도물질로 적용한 트랜지스터의 전압-전류 특성 그래프이다.

도 9의 a는 SWNTs를 이용한 트랜지스터의 구조를 도시한 그림이다.

도 9의 b는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 공액고분자 PC12TV18T로 분리한 서로 다른 직경의 SNWT인 HiPco와 RN-220의 AFM (Atomic Force Microscopy) 이미지이다.

이를 통해 본 발명의 일실시예에 따른 공액고분자가 서로 다른 직경의 SWNT를 분리할 수 있음을 알 수 있다.

도 9의 c는 본 발명의 일실시예에 따른 공액 고분자의 전류-전압 특성 그래프이다.

도 9의 d를 참조하면, 더 큰 직경을 갖게 되면 소자의 on/off ratio의 특성이 좋아지며 낮은 밴드갭으로 인하여 더 높은 전하이동도를 보이는 것을 알 수 있다.

또한, 탄소원자 사이의 결합은 현재 반도체의 주요 소재인 실리콘의 결합보다 강하여, 실내 온도의 공기중에서 화학적으로 안정하고, 열전도도가 높아서 반도체 소자 작동시 열배출이 용이하여 과열을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 9을 참조하면, 본 발명에서 제공하는 공액 고분자 및 이를 이용한 반도체성 SWNT 분리방법이 효과적으로 반도체성 SWNT를 분리하여 트랜지스터 제작에 쓰일 수 있음을 알 수 있다.

종합적으로, 본 발명의 실시예에 따른 공액 고분자는 반도체성과 금속성 탄소나노튜브가 혼재하는 탄소나노튜브에서 반도체성 탄소나노튜브를 선택적으로 분리해낼 수 있음이 확인되었다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

하기의 화학식 2로 표시되며, 반도체성 SWNT 및 금속성 SWNT를 포함하는 단일벽탄소나노튜브(SWNT)의 선택적 분리를 위한 공액 고분자.
[화학식 2]

상기 화학식 2에서,
R₁ 및 R₂는 각각 수소, 가지가 없는 탄소수 1-12의 알킬기, 가지가 있는 탄소수 1-12의 알킬기 또는 탄소수 1-12의 알킬할라이드이고, 상기 n은 1 내지 10000임.
제1항에 있어서,
상기 R₁ 및 R₂는 각각 수소 또는 C₁₂H₂₅인 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리를 위한 공액 고분자.
단일벽탄소나노튜브(SWNT)와 공액 고분자의 혼합용액을 제조하는 단계;
상기 혼합용액의 단일벽탄소나노튜브를 분산시키는 단계;
상기 단일벽탄소나노튜브를 분산시킨 혼합용액을 원심분리하는 단계; 및
상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계를 포함하고,
상기 공액 고분자는 제 1항에 의해 정의되는 공액 고분자인 것을 특징으로 하고,
한가지의 상기 공액 고분자를 이용하여 직경이 서로 다른 2가지 이상의 단일벽탄소나노튜브의 분리가 가능한 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
단일벽탄소나노튜브와 공액 고분자의 혼합용액을 제조하는 단계는 단일벽탄소나노튜브와 공액 고분자의 비율이 1 : 1~5가 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합용액의 용매는 비극성 용매인 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제5항에 있어서,
상기 용매는 톨루엔인 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합용액의 단일벽탄소나노튜브를 분산시키는 단계는 음파처리(sonication)을 통해 분산시키는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
상기 단일벽탄소나노튜브를 분산시킨 혼합용액을 원심분리하는 단계는 2회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계는 상층액에 공액 고분자와 반도체성 SWNT가 용해되어있고, 금속성 SWNT가 침전되는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제3항에 있어서,
상기 원심분리한 혼합용액의 상층액을 추출하는 단계 다음에,
상기 상층액의 공액 고분자와 반도체성 SWNT의 혼합용액에서 상기 공액 고분자를 제거하는 단계가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제10항에 있어서,
상기 상층액의 공액 고분자와 반도체성 SWNT의 혼합용액에서 상기 공액 고분자를 제거하는 단계 다음에,
상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
제11항에 있어서,
상기 상층액의 반도체성 SWNT를 분산시키는 단계는 음파처리를 통해 분산시키는 것을 특징으로 하는 단일벽탄소나노튜브의 선택적 분리방법.
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