KR102545566B1 - 2-dimensional polymer nanosheet and width, length, and height tunable method of preparing the same - Google Patents

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KR102545566B1
KR102545566B1 KR1020210046882A KR20210046882A KR102545566B1 KR 102545566 B1 KR102545566 B1 KR 102545566B1 KR 1020210046882 A KR1020210046882 A KR 1020210046882A KR 20210046882 A KR20210046882 A KR 20210046882A KR 102545566 B1 KR102545566 B1 KR 102545566B1
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Abstract

컨쥬게이션된 폴리머의 자기-조립으로 제조된 반도체 2 차원 (2D) 나노 물질은 광전자 응용 분야에 유망한 재료이다. 그러나, 자기-조립을 통해 길이와 종횡비가 동시에 제어되는 2D 나노 시트의 예는 없었다. 본원은 컨쥬게이션된 폴리 (시클로 펜테닐렌비닐렌) 호모폴리머와 그 블록 코폴리머를 블렌딩 및 가열하여 균일 한 반도체 2D 시트를 성공적으로 제조하였다. 이를 2D 씨드로서 사용하여 호모폴리머를 유니머로서 첨가하여 리빙 결정화 구동 자기 조립(CDSA)을 달성하였다. 흥미롭게도, 방사형 성장을 보여주는 일반적인 2D CDSA 예들과 달리, 상기 호모폴리머는 한 방향으로만 조립된다. 이러한 단일축 성장으로 인해 2D 나노 시트의 길이는 유니머-대-씨드(unimer-to-seed) 비율에 따라 좁은 분산 도로 정밀하게 조정될 수 있다. 또한, 리빙 2D CDSA의 성장 동역학을 연구하고 1 차 동역학을 확인했습니다. 또한, 본 발명자들은 원-샷 방법으로 penta-BCM을 포함하여 여러 2D 블록 코믹 셀 (BCM)을 제조하였다.Semiconducting two-dimensional (2D) nanomaterials prepared by self-assembly of conjugated polymers are promising materials for optoelectronic applications. However, there have been no examples of 2D nanosheets in which length and aspect ratio are simultaneously controlled through self-assembly. The present application successfully prepared a uniform semiconductor 2D sheet by blending and heating a conjugated poly(cyclopentenylenevinylene) homopolymer and its block copolymer. Using this as a 2D seed, homopolymers were added as unomers to achieve living crystallization driven self-assembly (CDSA). Interestingly, unlike typical 2D CDSA examples that show radial growth, the homopolymer only assembles in one direction. Due to this uniaxial growth, the length of 2D nanosheets can be precisely tuned with a narrow dispersion according to the unimer-to-seed ratio. In addition, we studied the growth kinetics of living 2D CDSA and confirmed the primary kinetics. In addition, the present inventors fabricated several 2D block comic cells (BCMs) including penta-BCMs by a one-shot method.

Description

2 차원 폴리머 나노시트 및 이의 폭, 길이, 및 높이 조절이 가능한 제조 방법 {2-DIMENSIONAL POLYMER NANOSHEET AND WIDTH, LENGTH, AND HEIGHT TUNABLE METHOD OF PREPARING THE SAME}Two-dimensional polymer nanosheet and its width, length, and height controllable manufacturing method {2-DIMENSIONAL POLYMER NANOSHEET AND WIDTH, LENGTH, AND HEIGHT TUNABLE METHOD OF PREPARING THE SAME}

본원은, 2 차원 폴리머 나노시트 및 이의 폭, 길이, 및 높이 조절이 가능한 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a two-dimensional polymer nanosheet and a manufacturing method capable of controlling its width, length, and height.

연질 물질에 기반을 둔 2 차원 (2-dimensional; 2D) 유기 나노 구조체, 특히 그래핀과 같은 컨쥬게이션된 2D 물질은, 초박형이고 편평한 모양에 기반한 고유의 특성으로 전자 전달 플랫폼으로의 응용 가능성이 있어 주목 받아 왔다. 반결정성(semi-crystalline) 고분자의 자기 조립은 이러한 합성 2D 나노 구조체를 합성하는 효율적인 상향식 접근(bottom-up approach) 중 하나이며, 지금까지 PFS, PLLA, PCL, PE 등 고유한 이차원 결정 배열을 가지는 반결정성 고분자와 가용성 쉘 블록(solubilizing shell block)을 포함하는 블록 코폴리머(block copolymer; BCP)의 자기 조립으로 직사각형, 육각형, 다이아몬드, 정사각형 등 다양한 모양의 2D 나노 구조체 합성에 성공하였다. 반결정성 컨쥬게이션된 고분자인 P3HT, PPV, PF 역시 센서, 이미징 에이전트, 발광 다이오드, 광전지 등 다양한 응용 가능성이 있는 컨쥬게이션된 2D 재료로서 활용되었다.2-dimensional (2D) organic nanostructures based on soft materials, especially conjugated 2D materials such as graphene, have potential applications as electron transport platforms due to their unique characteristics based on ultra-thin and flat shapes. has been noticed Self-assembly of semi-crystalline polymers is one of the efficient bottom-up approaches to synthesize these synthetic 2D nanostructures, and so far, such as PFS, PLLA, PCL, and PE, which have a unique two-dimensional crystal arrangement By self-assembly of a block copolymer (BCP) containing a semi-crystalline polymer and a solubilizing shell block, 2D nanostructures of various shapes such as rectangle, hexagon, diamond, and square have been successfully synthesized. P3HT, PPV, and PF, which are semi-crystalline conjugated polymers, have also been utilized as conjugated 2D materials with various potential applications such as sensors, imaging agents, light emitting diodes, and photovoltaic cells.

이러한 2D 고분자 물질의 더 높은 응용성을 위해서는 구조의 모양과 크기 조절이 필수적이며, 이에 따라 나노 구조체 모양에 대한 다양화 전략뿐 아니라 크기 및 모양 조절 전략도 활발히 개발되어 왔다. 가열, 반결정성 호모폴리머와의 블렌딩 등의 단순 전략부터 씨드 성장 (seeded-growth), 자기 씨딩(self-seeding)을 포함하는 결정화 구동 자기 조립(crystallization-driven self-assembly; CDSA)전략이 개발되었고 균일한 2D 나노구조체 합성에 활용되었다. 하지만, 기존의 고분자 자기 조립은 무기 또는 유기 평면 분자의 자기 조립과는 달리 코어 블록(core-block)이 결정성 고분자의 체인 폴딩(chain-folding)을 통해 라멜라(lamellae) 배열을 이루어 방사형으로 성장하기 때문에 2D 나노구조체의 종횡비 외의 각 길이의 세밀한 조절이 제한된다. 또한, 컨쥬게이션된 2D 물질의 경우, 컨쥬게이션된 고분자의 강한 π-π(pi-pi) 상호작용이 2D 나노구조체의 용해도를 낮추어 불규칙적인 응집이 일어난다는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 지금까지는 컨쥬게이션된 코어 블록에 가용성 쉘 블록을 도입한 BCP의 자기 조립로부터 전도성 2D 고분자 나노구조체를 합성하였으며, 이마저도 농도나 용매 조성 변화를 통한 종횡비 및 넓이를 조절하였고 씨드 성장법의 도입을 통한 세밀한 길이 조절은 어려웠다.Controlling the shape and size of the structure is essential for higher applicability of these 2D polymer materials, and accordingly, strategies for diversifying the shape of nanostructures as well as size and shape control strategies have been actively developed. From simple strategies such as heating and blending with semi-crystalline homopolymers to crystallization-driven self-assembly (CDSA) strategies including seeded-growth and self-seeding have been developed. It was utilized for the synthesis of uniform 2D nanostructures. However, unlike self-assembly of inorganic or organic planar molecules, conventional polymer self-assembly grows radially by forming a lamellae arrangement through chain-folding of crystalline polymers. Therefore, detailed control of each length other than the aspect ratio of the 2D nanostructure is limited. In addition, in the case of conjugated 2D materials, there is a limitation that irregular aggregation occurs because the strong π-π (pi-pi) interaction of the conjugated polymer lowers the solubility of the 2D nanostructure. In order to solve this problem, so far, conductive 2D polymer nanostructures have been synthesized from the self-assembly of BCP by introducing a soluble shell block to the conjugated core block, and even these have been synthesized with aspect ratio and width controlled by changing the concentration or solvent composition, and seeds It was difficult to fine-tune the length through the introduction of the growth method.

이렇듯 전반적으로 높은 수준의 조절을 통해 다양한 2D 나노구조체를 형성하는데 성공하였지만, 한편으로 용액 내에서 이차원 결정화 과정에 대한 이해는 아직 부족하다. 결정화 과정에 대한 이해는 다양한 고분자 디자인을 통한 새로운 2D 나노 구조체의 예측을 가능하게 해 줄 것이기 때문에 매우 중요하다. 최근 1차원 결정화 과정에 대해서는 PFS-b-PDMS BCP의 리빙 CDSA를 바탕으로 성장 동역학(growth kinetic) 연구가 본격적으로 보고되었으나, 무정형 쉘(PDMS)은 용액 상에서 다양하게 변화하는 체인 형태를 가지기 때문에 체인 형태 효과(chain conformational effect)를 가지며, 유사 리빙 중합(analogous living polymerization)이나 단분자 조립 성장 동역학과는 달라질 수 밖에 없다. 반면에, 합성이 쉬운 호모폴리머의 자기조립은 나노 구조체를 형성하는 가장 간단한 방법으로서 2D 성장 동역학 연구에 적합한 도구이다. 최근 Manners group을 필두로 하전 그룹(charged-group)을 도입한 호모폴리머의 2D 자기 조립 전략이 개발되었고 2D 나노구조체의 모양이 결정학적 방향에 대한 성장률의 상대적인 차이로 결정됨을 밝혔으나, 정량적인 2D 성장 동역학은 아직 연구되지 않았다.Overall, various 2D nanostructures have been successfully formed through high-level control, but on the other hand, understanding of the two-dimensional crystallization process in solution is still insufficient. Understanding the crystallization process is very important because it will enable the prediction of new 2D nanostructures through various polymer designs. Recently, growth kinetic studies based on living CDSA of PFS-b-PDMS BCP have been reported in earnest for the one-dimensional crystallization process. It has a chain conformational effect and is inevitably different from analogous living polymerization or single molecule assembly growth kinetics. On the other hand, self-assembly of homopolymers, which are easy to synthesize, is the simplest method for forming nanostructures and is a suitable tool for 2D growth kinetics. Recently, a 2D self-assembly strategy of homopolymers introducing charged-groups was developed led by Manners group, and it was revealed that the shape of 2D nanostructures was determined by the relative difference in growth rate with respect to the crystallographic direction. Growth kinetics have not yet been studied.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0036856호.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0036856.

본원은, 2 차원 폴리머 나노시트 및 이의 폭, 길이, 및 높이 조절이 가능한 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a two-dimensional polymer nanosheet and a manufacturing method capable of controlling its width, length, and height.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머; 및 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는, 2 차원 폴리머 나노시트를 제공한다:A first aspect of the present application is a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below; And a two-dimensional polymer nanosheet comprising a homopolymer represented by Formula 3 below is provided:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021042150762-pat00001
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[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021042150762-pat00002
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[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112021042150762-pat00003
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Figure 112021042150762-pat00003
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상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서,In Formula 1, Formula 2 and Formula 3,

R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며, R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group;

R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며, When one or more of R 1 to R 3 is substituted, it is substituted with -SiR a R b R c ,

Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고,R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group;

m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고, m and o are each independently an integer from 20 to 70;

n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고,n and p are each independently an integer from 5 to 70;

q는 5 내지 70의 정수임.q is an integer from 5 to 70;

본원의 제 2 측면은, (a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머 및 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 혼합하여 2 차원 씨드를 수득하고; 및 (b) 상기 2 차원 씨드에 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는 유니머를 첨가하여 2 차원 폴리머 나노시트를 수득하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법 을 제공한다:In a second aspect of the present application, (a) obtaining a two-dimensional seed by mixing a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below and a homopolymer represented by Formula 3 below; and (b) obtaining a two-dimensional polymer nanosheet by adding a homopolymer represented by Chemical Formula 3 to the two-dimensional seed to obtain a two-dimensional polymer nanosheet. provides:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021042150762-pat00004
;
Figure 112021042150762-pat00004
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[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021042150762-pat00005
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Figure 112021042150762-pat00005
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[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112021042150762-pat00006
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Figure 112021042150762-pat00006
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상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서,In Formula 1, Formula 2 and Formula 3,

R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며, R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group;

R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며, When one or more of R 1 to R 3 is substituted, it is substituted with -SiR a R b R c ,

Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고,R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group;

m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고, m and o are each independently an integer from 20 to 70;

n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고,n and p are each independently an integer from 5 to 70;

q는 5 내지 70의 정수임.q is an integer from 5 to 70;

본원의 제 3 측면은, 제 1 측면에 따른 2 차원 폴리머 나노시트를 포함하는, 디바이스를 제공한다.A third aspect of the present application provides a device comprising the two-dimensional polymer nanosheet according to the first aspect.

본원의 구현예들에 따르면, 블렌드 전략을 사용하여 적층없이 균일한 반도체 2D 나노 시트의 성공적인 형성하였다. 상기 제조 방법에 의해 형성된 초기 2D 씨드에 상기 유니머로서 상기 호모폴리머를 첨가하여 씨드-성장 메커니즘에 의한 리빙 2D CDSA가 가능하였다. 흥미롭게도, 상기 호모폴리머는 상기 2D 씨드에 단일축(uniaxially)으로 조립되어, 길이 및 면적이 제어된 모서리가 날카로운 (sharp edges) 2D 나노직사각형을 형성하였다. 리빙 CDSA의 실시간 이미징을 기반으로 2D 조립의 단일축 성장에 대한 동역학적 연구는 리빙 중합-유사 동역학을 정확히 따르는 1 차 속도 법칙에 따름을 확인하였다. 또한, 다양한 분자량의 유니머를 사용하여 복잡하고 높이가 다양화된 블록 코미셀(block comicelle; BCM) 구조를 형성하는 데 성공하였다.According to embodiments herein, a blend strategy was used to successfully form uniform semiconductor 2D nanosheets without stacking. By adding the homopolymer as the unomer to the initial 2D seed formed by the above manufacturing method, a living 2D CDSA by a seed-growth mechanism was possible. Interestingly, the homopolymers were uniaxially assembled on the 2D seeds to form sharp edges 2D nanorectangles with controlled length and area. Kinetic studies of the uniaxial growth of 2D assemblies based on real-time imaging of living CDSA confirmed that they follow a first-order rate law that exactly follows the living polymerization-like kinetics. In addition, complex and height-varied block comicelle (BCM) structures were successfully formed using unimers of various molecular weights.

본원의 구현예들에 따르면, 상기 2D 씨드를 형성하는 과정에서 제 1 용매와 상이한 제 2 용매(공용매; co-solvent)를 첨가하여 상기 제 2 용매의 첨가 비율에 따라 형성되는 상기 2D 씨드의 폭 및/또는 길이를 조절할 수 있다. 또한, 상기 유니머의 U/S(유니머 대 씨드) 비율에 따라, 최종적으로 형성되는 2D 나노시트의 길이를 조절할 수 있다. 마지막으로, 상기 유니머의 분자량에 따라, 다양한 높이의 블록 코미셀을 형성할 수 있다. According to the embodiments of the present application, in the process of forming the 2D seed, a second solvent (co-solvent) different from the first solvent is added to form the 2D seed according to the addition ratio of the second solvent. The width and/or length can be adjusted. In addition, the length of the finally formed 2D nanosheet can be adjusted according to the U/S (unimer to seed) ratio of the unimers. Finally, depending on the molecular weight of the unomer, block comicelles of various heights may be formed.

본원의 실시예에 따라, 도 1a는, 2:1 혼합 비율의 P150-b-P222 및 P222 호모폴리머의 가열 및 숙성 방법으로 생성된 균일한 2D 씨드의 TEM 이미지 (이미지 내의 수치는 평균 폭 (Wn), 길이 (Ln) 및 분산도임)이며, 도 1b는 10.3 Å, 18.5 Å 및 16.1 Å의 세 가지 주요 d-간격과 해당 (hkl) 평면을 보여주는 단일 2D 씨드의 HR-TEM 이미지에서 얻은 FFT 패턴이며, 도 1c는 2D 씨드 및 이의 제안된 세부 구조에 대한 개략도로서, 이의 결정성 어레이 및 관찰된 결정 성장률을 나타내었다. 또한, 도 1d는 2D 씨드의 AFM 이미지이고, 도 1e는 상기 AFM 이미지에서 흰 선에 따른 높이 프로파일을 나타낸 것이다.
본원의 실시예에 따라, 도 2a는, U/S 비율이 각각 2, 3, 5, 10 및 15 인 길이 및 면적이 제어된 2D 직사각형의 TEM 이미지들 [이미지 내의 숫자는 평균 면적 (An) 및 분산도를 나타냄]이며, 도 2b 및 2c는, 각각 U/S 비율에 따른 (010) 방향의 면적 (An) 및 평균 길이 (Ln)의 선형 의존성을 나타내는 플롯으로서, 리빙 2D CDSA를 입증한다. 또한, 도 2d는, 3 주 숙성 후 2에서 15로의 U/S 비율에 따른 Dh 증가를 보여주는 DLS 프로파일이며, 도 2e는, 각각 3, 10 및 15의 U/S 비율로 제조된 2D 직사각형의 AFM 이미지들 및 U/S 비율이 15인 2D 직사각형의 높이 차이를 보여주는 높이 프로파일 (새로이 형성된 2D 시트의 7.8 nm 대 오리지날 2D 씨드의 14.4nm)이고, 도 2f는, (010) 방향을 따라 단일축(uniaxial) 씨드-성장을 통한 리빙 2D CDSA의 개략도로서, 제조된 2D 직사각형의 2D 개략도는 ab 평면에서 단순화된 구조를 가진 P2 호모폴리머의 맞물림 슬립 스택 패킹 모델(interdigitating slip-stack packing model)을 기반으로 한다.
본원의 실시예에 있어서, 도 3a 및 도 3b는, 각각 2 내지 15의 다양한 U/S 비율에서 시간 경과에 따른 2D 직사각형의 길이 (Ln)를 나타내는 플롯 (3 주 동안 모니터링 됨) 및 1 차 동역학을 확인하는 초기 반응 속도 대 유니 머 농도 [U]를 나타내는 플롯이다. 도 3c 및 도 3d는, 각각 다양한 온도에서 씨드-성장 실험에서 추출한 속도 상수 k'에 대한 아이링(Eyring) 플롯 및 25℃에서 상이한 DP를 갖는 다양한 유니머들의 1 차 성장으로부터 Ln(Lfinal - L(시간)) 대 시간에 대한 플롯이다.
본원의 실시예에 있어서, 도 4a는 2 개의 유니머(P210 및 P215)의 순차적인 첨가에 의한 복합 2D BCM을 제조하는 방법에 관한 스킴으로서, 유니머의 첨가 순서를 변경하여, 두 가지 유형의 대칭 penta-BCM을 수득하였다. 도 4b, 4c, 및 4d는 각각 상기 순차적인 첨가에 의해 제조되는 두 가지 유형의 penta-BCM의 명확한 차이를 나타내는 penta-BCM의 TEM 이미지, 전자 밀도 프로파일 및 2D 및 3D 높이 AFM 이미지이다. 또한, 도 4e는, 2 개의 유니 머를 원-샷 추가하여 하나의 2D BCM을 준비하는 방법에 관한 스킴이며, 도 4f는, 원-샷 리빙 CDSA로 수득한 penta-BCM의 TEM 이미지 및 전자 밀도 프로파일이다 [이미지 내의 숫자는 평균 길이 (Ln) 및 분산도를 나타냄].
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 공용매 첨가에 따른 2D 나노시트의 폭을 조절하는 방법에 대한 개략도이다.
도 6a 내지 도 6g는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 다양하게 길이 및 폭이 조절된 2D 나노시트의 TEM 이미지들이다.
도 7a 내지 도 7l은, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 다양하게 길이 및 폭이 조절된 2D 나노시트의 AFM 이미지들 및 프로파일이다.
도 8a 내지 도 8e는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각 2D 나노시트의 구조에 대하여 DLS 분석, UV-vis 흡수 분석, 공용매의 비율에 따른 폭 및 길이의 변화, 공용매의 비율에 따른 면적의 변화 및 공용매의 비율에 따른 종횡비의 변화 분석 결과이다.
도 9a 내지 9e는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 910 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 1.9 μm 내지 4.2 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 TEM 이미지들이다. 또한, 도 9f 및 9g는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 910 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 1.9 μm 내지 4.2 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 U/S 비율에 따른 (010) 방향으로의 Ln 변화를 67 시간 숙성, 또는 45 시간 및 67 시간 숙성 결과를 나타낸 플롯이다.
도 10a 내지 10e는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 850 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 3.3 μm 내지 5.3 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 TEM 이미지들이다. 또한, 도 10f는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 850 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 3.3 μm 내지 5.3 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 U/S 비율에 따른 (010) 방향으로의 Ln 변화를 나타낸 플롯이다.
도 11a 내지 11c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 650 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 5.1 μm 내지 8.0 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 TEM 이미지들 및 U/S 비율에 따른 (010) 방향으로의 Ln 변화를 나타낸 플롯이다. 도 11d는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 650 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 5.1 μm 내지 8.0 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 U/S 비율에 따른 (010) 방향으로의 Ln 변화 및 (100) 방향으로의 Wn 변화를 나타낸 플롯이다.
도 12a 내지 12e는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 510 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 1.7 μm 내지 4.9 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 TEM 이미지들이다. 또한, 도 12f는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 폭이 510 nm인 2D 씨드에 대하여 U/S 비율에 따라 길이를 1.7 μm 내지 4.9 μm로 조절하여 수득한 2D 나노시트의 U/S 비율에 따른 (010) 방향으로의 Ln 변화를 나타낸 플롯이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 폭 및 길이가 조절된 2D 씨드를 기반으로 추가적으로 길이 조절된 2D 나노 시트를 나타낸 개략도이다.
1A is a TEM image of a uniform 2D seed produced by heating and maturing P1 50 -b-P2 22 and P2 22 homopolymers in a 2:1 mixing ratio (numbers in the image are average width (W n ), length (L n ) and dispersion), and Fig. 1b shows the HR- The FFT pattern obtained from the TEM image, and Fig. 1c is a schematic diagram of the 2D seed and its proposed detailed structure, showing its crystalline array and the observed crystal growth rate. 1d is an AFM image of a 2D seed, and FIG. 1e shows a height profile along a white line in the AFM image.
According to an embodiment of the present disclosure, FIG. 2A shows TEM images of 2D rectangles of controlled length and area with U/S ratios of 2, 3, 5, 10, and 15, respectively [numbers in the image represent average area (A n )]. and the degree of dispersion], and FIGS. 2B and 2C are plots showing the linear dependence of the area (An) and average length (Ln) in the (010) direction as a function of the U/S ratio, respectively, demonstrating living 2D CDSA. . In addition, FIG. 2d is a DLS profile showing an increase in D h according to a U/S ratio from 2 to 15 after 3 weeks of aging, and FIG. AFM images and a height profile showing the height difference of a 2D rectangle with a U/S ratio of 15 (7.8 nm of the newly formed 2D sheet versus 14.4 nm of the original 2D seed), Fig. 2f is uniaxial along the (010) direction. Schematic diagram of living 2D CDSA through (uniaxial) seed-growth. The fabricated 2D rectangular 2D schematic is based on the interdigitating slip-stack packing model of P2 homopolymer with a simplified structure in the ab plane. to be
3A and 3B are plots showing the length (L n ) of a 2D rectangle over time at various U/S ratios from 2 to 15 (monitored for 3 weeks) and the first order It is a plot showing the initial reaction rate versus the unimer concentration [U] confirming the kinetics. Figures 3c and 3d show an Eyring plot of the rate constant k' extracted from seed-growth experiments at various temperatures and Ln (L final - L from the primary growth of various unomers with different DPs at 25 ° C, respectively. (time)) versus time.
In an embodiment of the present application, Figure 4a is a scheme for a method for manufacturing a composite 2D BCM by the sequential addition of two unimers (P2 10 and P2 15 ), by changing the order of addition of unimers, two A symmetrical penta-BCM of the type was obtained. 4B, 4C, and 4D are TEM images, electron density profiles, and 2D and 3D height AFM images of penta-BCMs, respectively, showing clear differences between the two types of penta-BCMs prepared by the sequential addition. 4e is a scheme for preparing one 2D BCM by one-shot adding two unimers, and FIG. 4f is a TEM image and electron density of penta-BCM obtained by one-shot living CDSA. is the profile [numbers in the image indicate mean length (L n ) and degree of dispersion].
5 is a schematic diagram of a method for adjusting the width of a 2D nanosheet according to the addition of a co-solvent, according to an embodiment of the present disclosure.
6A to 6G are TEM images of 2D nanosheets having variously controlled lengths and widths, respectively, according to an embodiment of the present disclosure.
7A to 7L are AFM images and profiles of 2D nanosheets having variously controlled lengths and widths, respectively, according to an embodiment of the present disclosure.
8a to 8e show, in an embodiment of the present application, DLS analysis, UV-vis absorption analysis, change in width and length according to the ratio of the co-solvent, and according to the ratio of the co-solvent for the structure of each 2D nanosheet. It is the result of analyzing the change in aspect ratio according to the change in area and the ratio of the co-solvent.
9a to 9e are TEM images of 2D nanosheets obtained by adjusting the length of each 2D seed having a width of 910 nm from 1.9 μm to 4.2 μm according to the U/S ratio in one embodiment of the present application. 9f and 9g show U/S of 2D nanosheets obtained by adjusting the length from 1.9 μm to 4.2 μm according to the U/S ratio for a 2D seed having a width of 910 nm, respectively, in an embodiment of the present application. It is a plot showing the change of L n in the (010) direction according to the S ratio after aging for 67 hours, or after aging for 45 hours and 67 hours.
10A to 10E are TEM images of 2D nanosheets obtained by adjusting the length of each 2D seed having a width of 850 nm from 3.3 μm to 5.3 μm according to the U/S ratio in one embodiment of the present application. In addition, FIG. 10f shows the U/S ratio of 2D nanosheets obtained by adjusting the length to 3.3 μm to 5.3 μm according to the U/S ratio for each 2D seed having a width of 850 nm in one embodiment of the present application. It is a plot showing the change of L n in the (010) direction according to
11a to 11c are TEM images of 2D nanosheets obtained by adjusting the length of a 2D seed having a width of 650 nm from 5.1 μm to 8.0 μm according to the U/S ratio, respectively, in an embodiment of the present application; It is a plot showing the change of L n in the (010) direction according to the U/S ratio. FIG. 11d shows the U/S ratio of 2D nanosheets obtained by adjusting the length from 5.1 μm to 8.0 μm according to the U/S ratio for each 2D seed having a width of 650 nm in an embodiment of the present application. It is a plot showing the change of L n in the (010) direction and the change of W n in the (100) direction.
12a to 12e are TEM images of 2D nanosheets obtained by adjusting the length of each 2D seed having a width of 510 nm from 1.7 μm to 4.9 μm according to the U/S ratio in one embodiment of the present application. In addition, FIG. 12f shows the U/S ratio of 2D nanosheets obtained by adjusting the length from 1.7 μm to 4.9 μm according to the U/S ratio for each 2D seed having a width of 510 nm in one embodiment of the present application. It is a plot showing the change of L n in the (010) direction according to
13 is a schematic diagram illustrating a 2D nanosheet whose length is additionally adjusted based on a 2D seed whose width and length are adjusted, according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments and embodiments of the present application will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and is not limited to the implementations and examples described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used at or approximating that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to assist in the understanding of this disclosure. Accurate or absolute figures are used to prevent undue exploitation by unscrupulous infringers of the stated disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The term "step of" or "step of" used throughout the present specification does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination(s) of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, It means including one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, reference to "A and/or B" means "A or B, or A and B".

본원 명세서 전체에서, 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는, 1 내지 12 개의 탄소 원자, 1 내지 10 개의 탄소 원자, 1 내지 8 개의 탄소 원자, 또는 1 내지 5 개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기 및 이들의 모든 가능한 이성질체를 포함한다. 예를 들어, 상기 알킬 또는 알킬기는 메틸기(Me), 에틸기(Et), n-프로필기(nPr), iso-프로필기(iPr), n-부틸기(nBu), iso-부틸기(iBu), tert-부틸기(tert-Bu, tBu), sec-부틸기(sec-Bu, secBu), n-펜틸기(nPe), iso-펜틸기(isoPe), sec-펜틸기(secPe), tert-펜틸기(tPe), neo-펜틸기(neoPe), 3-펜틸기, n-헥실기, iso-헥실기, 헵틸기, 4,4-디메틸펜틸기, 옥틸기, 2,2,4-트리메틸펜틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 및 이들의 이성질체들 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term "alkyl" or "alkyl group" refers to a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, 1 to 10 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 5 carbon atoms. and all possible isomers thereof. For example, the alkyl or alkyl group is a methyl group (Me), an ethyl group (Et), an n-propyl group ( n Pr), an iso-propyl group ( i Pr), an n-butyl group ( n Bu), an iso-butyl group ( i Bu), tert-butyl group (tert-Bu, t Bu), sec-butyl group (sec-Bu, sec Bu), n-pentyl group ( n Pe), iso-pentyl group ( iso Pe), sec -Pentyl group ( sec Pe), tert-pentyl group ( t Pe), neo-pentyl group ( neo Pe), 3-pentyl group, n-hexyl group, iso-hexyl group, heptyl group, 4,4-dimethylphen ethyl group, octyl group, 2,2,4-trimethylpentyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, and isomers thereof, and the like, but may not be limited thereto.

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present application have been described in detail, but the present application may not be limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머; 및 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는, 2 차원 폴리머 나노시트를 제공한다:A first aspect of the present application is a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below; And a two-dimensional polymer nanosheet comprising a homopolymer represented by Formula 3 below is provided:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021042150762-pat00007
;
Figure 112021042150762-pat00007
;

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021042150762-pat00008
;
Figure 112021042150762-pat00008
;

[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112021042150762-pat00009
;
Figure 112021042150762-pat00009
;

상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서, R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며, R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며, Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고, m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고, n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고, q는 5 내지 70의 정수임.In Formula 1, Formula 2 and Formula 3, R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group, and at least one of R 1 to R 3 When substituted, it is substituted with -SiR a R b R c , R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group, m and o are each independently, An integer of 20 to 70, n and p are each independently an integer of 5 to 70, and q is an integer of 5 to 70.

본원의 일 구현예에 있어서, R1 및 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, iso-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, sec-펜틸기, 3-펜틸기, iso-펜틸기, tert-펜틸기, neo-펜틸기, sec-이소펜틸기, 2-메틸부틸기, n-헥실기, sec-헥실기, 3-헥실기, iso-헥실기, tert-헥실기, sec-이소헥실기, 3-이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 3,3-다이메틸부틸기, 3-에틸부틸기, 2,2-다이메틸부틸기, n-헵틸기, iso-헵틸기, neo-헵틸기, tert-헵틸기, sec-헵틸기, n-옥틸기, iso-옥틸기, 또는 2-에틸헥실기일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, R1 및 R3는, 각각 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, iso-부틸기, n-펜틸기, sec-펜틸기, 3-펜틸기, iso-펜틸기, tert-펜틸기, neo-펜틸기, sec-이소펜틸기, 2-메틸부틸기, 또는 n-헥실기일 수 있다. In one embodiment of the present application, R 1 and R 3 are each independently substituted or unsubstituted, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, iso -Butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, sec-pentyl group, 3-pentyl group, iso-pentyl group, tert-pentyl group, neo-pentyl group, sec-isopentyl group, 2-methylbutyl group , n-hexyl group, sec-hexyl group, 3-hexyl group, iso-hexyl group, tert-hexyl group, sec-isohexyl group, 3-isohexyl group, 2-methylpentyl group, 3,3-dimethyl Butyl group, 3-ethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, n-heptyl group, iso-heptyl group, neo-heptyl group, tert-heptyl group, sec-heptyl group, n-octyl group, iso- It may be an octyl group or a 2-ethylhexyl group, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, R 1 and R 3 are, each independently, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an iso-butyl group, an n- It may be a pentyl group, sec-pentyl group, 3-pentyl group, iso-pentyl group, tert-pentyl group, neo-pentyl group, sec-isopentyl group, 2-methylbutyl group, or n-hexyl group.

본원의 일 구현예에 있어서, R2는, 치환 또는 비치환된, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, sec-펜틸기, 3-펜틸기, iso-펜틸기, tert-펜틸기, neo-펜틸기, sec-이소펜틸기, 2-메틸부틸기, n-헥실기, sec-헥실기, 3-헥실기, iso-헥실기, tert-헥실기, sec-이소헥실기, 3-이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 3,3-다이메틸부틸기, 3-에틸부틸기, 또는 2,2-다이메틸부틸기일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, R2는, 3,3-다이메틸부틸기 또는 트리메틸실릴에틸기일 수 있다. In one embodiment of the present application, R 2 is a substituted or unsubstituted, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group group, n-pentyl group, sec-pentyl group, 3-pentyl group, iso-pentyl group, tert-pentyl group, neo-pentyl group, sec-isopentyl group, 2-methylbutyl group, n-hexyl group, sec -Hexyl group, 3-hexyl group, iso-hexyl group, tert-hexyl group, sec-isohexyl group, 3-isohexyl group, 2-methylpentyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 3-ethylbutyl group, or a 2,2-dimethylbutyl group, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, R 2 may be a 3,3-dimethylbutyl group or a trimethylsilylethyl group.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 -SiRaRbRc는 -SiMe3, -SiEt3, -SiPr3, -SiBu3, -SiEtMe2, -SiEt2Me, -SiMe2Pr, -SiMePr2, -SiBuMe2, -SiBu2Me, -SiEt2Pr, -SiEtPr2, -SiBuEt2, -SiBu2Et, -SiBuPr2, 또는 -SiBu2Pr일 수 있다. In one embodiment of the present application, -SiR a R b R c is -SiMe 3 , -SiEt 3 , -SiPr 3 , -SiBu 3 , -SiEtMe 2 , -SiEt 2 Me, -SiMe 2 Pr, -SiMePr 2 , -SiBuMe 2 , -SiBu 2 Me, -SiEt 2 Pr, -SiEtPr 2 , -SiBuEt 2 , -SiBu 2 Et, -SiBuPr 2 , or -SiBu 2 Pr.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 폭(100)은 약 100 nm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 폭(100)은 약 100 nm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 1 μm, 약 100 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 600 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 200 nm 내지 약 10 μm, 약 200 nm 내지 약 5 μm, 약 200 nm 내지 약 1 μm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 300 nm 내지 약 10 μm, 약 300 nm 내지 약 5 μm, 약 300 nm 내지 약 1 μm, 약 300 nm 내지 약 900 nm, 약 300 nm 내지 약 800 nm, 약 300 nm 내지 약 700 nm, 약 300 nm 내지 약 600 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 400 nm, 약 400 nm 내지 약 10 μm, 약 400 nm 내지 약 5 μm, 약 400 nm 내지 약 1 μm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 500 nm 내지 약 10 μm, 약 500 nm 내지 약 5 μm, 약 500 nm 내지 약 1 μm, 약 500 nm 내지 약 900 nm, 약 500 nm 내지 약 800 nm, 약 500 nm 내지 약 700 nm, 약 500 nm 내지 약 600 nm, 약 600 nm 내지 약 10 μm, 약 600 nm 내지 약 5 μm, 약 600 nm 내지 약 1 μm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 700 nm 내지 약 10 μm, 약 700 nm 내지 약 5 μm, 약 700 nm 내지 약 1 μm, 약 700 nm 내지 약 900 nm, 약 700 nm 내지 약 800 nm, 약 800 nm 내지 약 10 μm, 약 800 nm 내지 약 5 μm, 약 800 nm 내지 약 1 μm, 약 800 nm 내지 약 900 nm, 약 900 nm 내지 약 10 μm, 약 900 nm 내지 약 5 μm, 약 900 nm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 또는 약 5 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the width 100 of the two-dimensional polymer nanosheet may be about 100 nm to about 10 μm, but may not be limited thereto. For example, the width 100 of the two-dimensional polymer nanosheet is about 100 nm to about 10 μm, about 100 nm to about 5 μm, about 100 nm to about 1 μm, about 100 nm to about 900 nm, about 100 nm nm to about 800 nm, about 100 nm to about 700 nm, about 100 nm to about 600 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 300 nm, about 100 nm to About 200 nm, about 200 nm to about 10 μm, about 200 nm to about 5 μm, about 200 nm to about 1 μm, about 200 nm to about 900 nm, about 200 nm to about 800 nm, about 200 nm to about 700 nm, about 200 nm to about 600 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 400 nm, about 200 nm to about 300 nm, about 300 nm to about 10 μm, about 300 nm to about 5 μm, About 300 nm to about 1 μm, about 300 nm to about 900 nm, about 300 nm to about 800 nm, about 300 nm to about 700 nm, about 300 nm to about 600 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 400 nm, about 400 nm to about 10 μm, about 400 nm to about 5 μm, about 400 nm to about 1 μm, about 400 nm to about 900 nm, about 400 nm to about 800 nm, about 400 nm to About 700 nm, about 400 nm to about 600 nm, about 400 nm to about 500 nm, about 500 nm to about 10 μm, about 500 nm to about 5 μm, about 500 nm to about 1 μm, about 500 nm to about 900 nm, about 500 nm to about 800 nm, about 500 nm to about 700 nm, about 500 nm to about 600 nm, about 600 nm to about 10 μm, about 600 nm to about 5 μm, about 600 nm to about 1 μm, About 600 nm to about 900 nm, about 600 nm to about 800 nm, about 600 nm to about 700 nm, about 700 nm to about 10 μm, about 700 nm to about 5 μm, about 700 nm to about 1 μm, about 700 nm to about 900 nm, about 700 nm to about 800 nm, about 800 nm to about 10 μm, about 800 nm to about 5 μm, about 800 nm to about 1 μm, about 800 nm to about 900 nm, about 900 nm to It may be about 10 μm, about 900 nm to about 5 μm, about 900 nm to about 1 μm, about 1 μm to about 10 μm, about 1 μm to about 5 μm, or about 5 μm to about 10 μm, but is limited thereto. It may not be.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 길이(010)는 약 500 nm 내지 약 20 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 길이(010)는 약 500 nm 내지 약 20 μm, 약 500 nm 내지 약 15 μm, 약 500 nm 내지 약 10 μm, 약 500 nm 내지 약 5 μm, 약 500 nm 내지 약 1 μm, 약 500 nm 내지 약 900 nm, 약 500 nm 내지 약 800 nm, 약 500 nm 내지 약 700 nm, 약 500 nm 내지 약 600 nm, 약 600 nm 내지 약 20 μm, 약 600 nm 내지 약 15 μm, 약 600 nm 내지 약 10 μm, 약 600 nm 내지 약 5 μm, 약 600 nm 내지 약 1 μm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 700 nm 내지 약 20 μm, 약 700 nm 내지 약 15 μm, 약 700 nm 내지 약 10 μm, 약 700 nm 내지 약 5 μm, 약 700 nm 내지 약 1 μm, 약 700 nm 내지 약 900 nm, 약 700 nm 내지 약 800 nm, 약 800 nm 내지 약 20 μm, 약 800 nm 내지 약 15 μm, 약 800 nm 내지 약 10 μm, 약 800 nm 내지 약 5 μm, 약 800 nm 내지 약 1 μm, 약 800 nm 내지 약 900 nm, 약 900 nm 내지 약 20 μm, 약 900 nm 내지 약 15 μm, 약 900 nm 내지 약 10 μm, 약 900 nm 내지 약 5 μm, 약 900 nm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 15 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 5 μm 내지 약 20 μm, 약 5 μm 내지 약 15 μm, 약 5 μm 내지 약 10 μm, 약 10 μm 내지 약 20 μm, 약 10 μm 내지 약 15 μm, 또는 약 15 μm 내지 약 20 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the length (010) of the two-dimensional polymer nanosheet may be about 500 nm to about 20 μm, but may not be limited thereto. For example, the length (010) of the two-dimensional polymer nanosheet is about 500 nm to about 20 μm, about 500 nm to about 15 μm, about 500 nm to about 10 μm, about 500 nm to about 5 μm, about 500 nm nm to about 1 μm, about 500 nm to about 900 nm, about 500 nm to about 800 nm, about 500 nm to about 700 nm, about 500 nm to about 600 nm, about 600 nm to about 20 μm, about 600 nm to About 15 μm, about 600 nm to about 10 μm, about 600 nm to about 5 μm, about 600 nm to about 1 μm, about 600 nm to about 900 nm, about 600 nm to about 800 nm, about 600 nm to about 700 nm, about 700 nm to about 20 μm, about 700 nm to about 15 μm, about 700 nm to about 10 μm, about 700 nm to about 5 μm, about 700 nm to about 1 μm, about 700 nm to about 900 nm, About 700 nm to about 800 nm, about 800 nm to about 20 μm, about 800 nm to about 15 μm, about 800 nm to about 10 μm, about 800 nm to about 5 μm, about 800 nm to about 1 μm, about 800 nm to about 900 nm, about 900 nm to about 20 μm, about 900 nm to about 15 μm, about 900 nm to about 10 μm, about 900 nm to about 5 μm, about 900 nm to about 1 μm, about 1 μm to About 20 μm, about 1 μm to about 15 μm, about 1 μm to about 10 μm, about 1 μm to about 5 μm, about 5 μm to about 20 μm, about 5 μm to about 15 μm, about 5 μm to about 10 μm, about 10 μm to about 20 μm, about 10 μm to about 15 μm, or about 15 μm to about 20 μm, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 높이는 약 1 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 높이는 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 400 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 400 nm, 또는 400 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the height of the two-dimensional polymer nanosheet may be about 1 nm to about 500 nm, but may not be limited thereto. For example, the height of the two-dimensional polymer nanosheet is about 1 nm to about 500 nm, about 1 nm to about 400 nm, about 1 nm to about 300 nm, about 1 nm to about 200 nm, about 1 nm to about 100 nm. nm, about 1 nm to about 50 nm, about 1 nm to about 10 nm, about 10 nm to about 500 nm, about 10 nm to about 400 nm, about 10 nm to about 300 nm, about 10 nm to about 200 nm, About 10 nm to about 100 nm, about 10 nm to about 50 nm, about 50 nm to about 500 nm, about 50 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 50 nm to about 200 nm, about 50 nm to about 100 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 300 nm, about 100 nm to about 200 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 200 nm to It may be about 400 nm, about 200 nm to about 300 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 400 nm, or 400 nm to about 500 nm, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트는 전도성 및/또는 형광성을 갖는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, the two-dimensional polymer nanosheet may have conductivity and/or fluorescence.

본원의 제 2 측면은, (a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머 및 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 혼합하여 2 차원 씨드를 수득하고; 및 (b) 상기 2 차원 씨드에 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는 유니머를 첨가하여 2 차원 폴리머 나노시트를 수득하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법 을 제공한다:In a second aspect of the present application, (a) obtaining a two-dimensional seed by mixing a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below and a homopolymer represented by Formula 3 below; and (b) obtaining a two-dimensional polymer nanosheet by adding a homopolymer represented by Chemical Formula 3 to the two-dimensional seed to obtain a two-dimensional polymer nanosheet. provides:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021042150762-pat00010
;
Figure 112021042150762-pat00010
;

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112021042150762-pat00011
;
Figure 112021042150762-pat00011
;

[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112021042150762-pat00012
;
Figure 112021042150762-pat00012
;

상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서, R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며, R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며, Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고, m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고, n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고, q는 5 내지 70의 정수임.In Formula 1, Formula 2 and Formula 3, R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group, and at least one of R 1 to R 3 When substituted, it is substituted with -SiR a R b R c , R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group, m and o are each independently, An integer of 20 to 70, n and p are each independently an integer of 5 to 70, and q is an integer of 5 to 70.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present application have been omitted, but the description of the first aspect of the present application can be equally applied even if the description is omitted in the second aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, (a)에서, 상기 2 차원 씨드는 상기 블록 코폴리머와 상기 호모폴리머의 공동-조립(co-assembly)에 의해 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, in (a), the two-dimensional seed may be formed by co-assembly of the block copolymer and the homopolymer.

본원의 일 구현예에 있어서, (b)에서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트는 씨드-성장에 의해 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, in (b), the two-dimensional polymer nanosheet may be formed by seed-growth.

본원의 일 구현예에 있어서, (a)는 제 1 용매 존재 하에서 수행되며, (a)에서, 상기 제 1 용매와 상이한 제 2 용매를 첨가하여 상기 2 차원 씨드의 폭을 조절하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 용매는 클로로포름, 디클로로메탄, 및 테트라하이드로퓨란에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 제 2 용매는 메틸 클로라이드, 다이클로로메탄 (dichloromethane, DCM; 또는 methylene chloride, 메틸렌 클로라이드, MC), 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 및 오쏘-다이클로로벤젠서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 용매는 클로로포름이고, 상기 제 2 용매는 다이클로로메탄일 수 있다. In one embodiment of the present application, (a) is performed in the presence of a first solvent, and in (a), the width of the 2-dimensional seed may be adjusted by adding a second solvent different from the first solvent. Here, the first solvent is at least one selected from chloroform, dichloromethane, and tetrahydrofuran, and the second solvent is methyl chloride, dichloromethane (DCM; or methylene chloride, methylene chloride, MC), chloroform , tetrahydrofuran, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and ortho-dichlorobenzene may be at least one selected from, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the first solvent may be chloroform, and the second solvent may be dichloromethane.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 용매의 첨가량에 따라 상기 2 차원 씨드의 폭이 조절되는 것일 수 있다. 특히, 상기 제 2 용매의 부피비에 따라 상기 2 차원 씨드의 폭을 조절할 수 있다. In one embodiment of the present application, the width of the 2-dimensional seed may be adjusted according to the amount of the second solvent added. In particular, the width of the two-dimensional seed may be adjusted according to the volume ratio of the second solvent.

본원의 일 구현예에 있어서, (b)에서, 상기 유니머 대 상기 씨드의 질량비에 따라 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 길이를 조절하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, in (b), the length of the two-dimensional polymer nanosheet may be adjusted according to the mass ratio of the unimers to the seed.

본원의 일 구현예에 있어서, (b)에서, 첨가되는 상기 유니머의 중합도에 따라 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 높이를 조절하는 것일 수 있다. 여기서, 2 가지 이상의 중합도가 서로 상이한 상기 유니머를 첨가하여 블록 코미셸을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 2 가지의 중합도가 서로 상이한 상기 유니머를 첨가하여 penta-블록 코미셸을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present application, in (b), the height of the two-dimensional polymer nanosheet may be adjusted according to the degree of polymerization of the unimers to be added. Here, a block comichel may be formed by adding the unomer having two or more different degrees of polymerization, but may not be limited thereto. For example, a penta-block comichel may be formed by adding the unomer having two different degrees of polymerization.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2 가지 이상의 중합도가 서로 상이한 상기 유니머들은 동시에 또는 순차적으로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 여기서, 상기 유니머들은 동시에 첨가되더라도, 한 종류의 유니머의 씨드-성장이 우선적으로 일어나므로, 원-샷(one-shot) 블록 코미셸 형성이 가능하다. In one embodiment of the present application, the two or more unomers having different degrees of polymerization may be added simultaneously or sequentially, but may not be limited thereto. Here, even if the unimers are added at the same time, seed-growth of one type of unimers occurs preferentially, so that one-shot block comichel formation is possible.

본원의 일 구현예에 있어서, (a) 및/또는 (b)에 가열 단계 및/또는 숙성 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, (a)에서, 상기 화학식 1 또는 상기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머 및 상기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 혼합하여 가열한 후, 숙성시키는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, (b)에서, 상기 2 차원 씨드에 상기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는 유니머를 첨가하여 숙성시키는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, it may be to further include a heating step and / or aging step in (a) and / or (b), but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, in (a), the block copolymer represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 and the homopolymer represented by Chemical Formula 3 may be mixed, heated, and then aged. In one embodiment of the present application, in (b), the unimer including the homopolymer represented by Chemical Formula 3 may be added to the two-dimensional seed and aged.

본원의 제 3 측면은, 제 1 측면에 따른 2 차원 폴리머 나노시트를 포함하는, 디바이스를 제공한다.A third aspect of the present application provides a device comprising the two-dimensional polymer nanosheet according to the first aspect.

본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Detailed descriptions of portions overlapping with the first and second aspects of the present application have been omitted, but the contents described for the first and second aspects of the present application will be applied equally even if the description is omitted in the third aspect of the present application. can

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 디바이스는, 전기/열 전도성 및/또는 형광성을 이용하는 디바이스라면, 제한없이 본원의 2 차원 폴리머 나노시트를 포함 및/또는 적용할 수 있다. In one embodiment of the present application, if the device uses electrical/thermal conductivity and/or fluorescence, the two-dimensional polymer nanosheet of the present application may be included and/or applied without limitation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 디바이스는 트랜지스터, 센서, 이미징 에이전트, 발광 다이오드, 광전지, 또는 전도성 디스플레이일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the device may be a transistor, sensor, imaging agent, light emitting diode, photovoltaic cell, or conductive display, but may not be limited thereto.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using examples, but the following examples are only illustrative to aid understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

1. 일반 물질 및 고분자들1. Common materials and polymers

추가 참고 사항없이 모든 시약은 Sigma-Aldrich, Tokyo Chemical Industry Co. Ltd., Acros Organics, 또는 Alfa Aesar®에서 시판되었으며 추가 정제 없이 사용되었다. 모노머 합성용 용매도 시판 중이나, Ar(g) 하에서 추가 증류 후 중합용으로 사용되었다. 모든 반응은 Ar(g) 하에서 수행되었으며, 미리 코팅 된 플레이트 (MERCK TLC 실리카겔 60, F254)에서 수행된 박층 크로마토 그래피로 모니터링되었다. 정제를 위해, MERCK 실리카겔 60 (0.040 ~ 0.063 mm)을 사용하여 플래쉬 컬럼 크로마토 그래피를 수행하였다. 중합을 위해, Grubbs 3 세대 (G3) 촉매는 종래 공개된 방법에 따라 제조되었다.Without further reference, all reagents were purchased from Sigma-Aldrich, Tokyo Chemical Industry Co. Ltd., Acros Organics, or Alfa Aesar® and used without further purification. A solvent for monomer synthesis is also commercially available, but was used for polymerization after further distillation under Ar(g). All reactions were performed under Ar(g) and monitored by thin layer chromatography performed on pre-coated plates (MERCK TLC silica gel 60, F254). For purification, flash column chromatography was performed using MERCK silica gel 60 (0.040 ~ 0.063 mm). For polymerization, a Grubbs third generation (G3) catalyst was prepared according to previously published methods.

고분자들polymers

Figure 112021042150762-pat00013
Figure 112021042150762-pat00013

샘플Sample 블록 비율block rate Mn (kDa)Mn (kDa) ÐÐ P150-b-P222 P1 50 -b -P2 22 50:2250:22 38.638.6 1.101.10 P222 P2 22 -- 9.019.01 1.131.13 P210 P2 10 -- 4.984.98 1.151.15 P213 P2 13 -- 5.615.61 1.181.18 P215 P2 15 -- 6.056.05 1.131.13

2. 방법2. Method

(1) 중합 과정(1) polymerization process

격막이 있는 4 mL 크기의 스크류 캡 바이알을 화염 건조시키고 단량체 및 마그네틱 바로 채웠다. 상기 바이알을 Ar (g)로 3 회 퍼지하고 탈기된 무수 THF를 첨가 하였다 (M1: P1의 모노머, M2: P2의 모노머, [M1]0 = 0.5 M 또는 [M2]0 = 0.1 M). 다른 4 mL 바이알에 Ar (g) 퍼지된 G3 촉매를 50 μL THF에 용해시킨 후, 용액을 격렬하게 교반하면서 0℃에서 단량체 용액에 빠르게 주입하였다. M1에서 P1로 (또는, P2 단일 중합체의 경우, M2에서 P2로) 완전히 변환한 후, 블록 코폴리머(BCP) 형성을 위해, 두 번째 단량체 (M2)를 0℃에서 바이알에 첨가하였다 ([M2]0 = 0.1 M). 바람직한 반응 시간 후 과량의 에틸 비닐 에테르 (ethyl vinyl ether; EVE)로 반응을 ??칭하고 실온에서 메탄올에 침전시켰다. 수득된 자주색 고체를 여과하고 진공에서 건조시켰다. 단량체의 전환은 남아있는 크루드(crude) 혼합물의 1H NMR 스펙트럼으로부터 계산되었다. A 4 mL screw cap vial with a septum was flame dried and filled with monomer and a magnetic bar. The vial was purged three times with Ar (g) and degassed anhydrous THF was added (M1: monomer of P1, M2: monomer of P2, [M1] 0 = 0.5 M or [M2] 0 = 0.1 M). In another 4 mL vial, the Ar (g) purged G3 catalyst was dissolved in 50 μL THF, then the solution was rapidly injected into the monomer solution at 0° C. with vigorous stirring. After complete conversion of M1 to P1 (or M2 to P2 in the case of P2 homopolymer), a second monomer (M2) was added to the vial at 0° C. for block copolymer (BCP) formation ([M2 ] 0 = 0.1 M). After the desired reaction time, the reaction was quenched with an excess of ethyl vinyl ether (EVE) and precipitated into methanol at room temperature. The purple solid obtained was filtered and dried in vacuo. Conversion of the monomers was calculated from the 1 H NMR spectrum of the remaining crude mixture.

(2) P1(2) P1 5050 -- bb -P2-P2 2222 및 P2 and P2 2222 의 블렌드의 제조Preparation of a blend of

각 중합체 (P150-b-P222 및 P222)를 0.5 g/L 클로로포름 (4 mL 바이알에서 0.5 mL 이상)에 용해시켰다. 숙성 없이, 2 : 1의 비율 (또는 1 : 2의 몰 비)을 가진 다양한 P150-b-P222 및 P222의 두 용액을 실온에서 혼합하였다.Each polymer (P1 50 - b -P2 22 and P2 22 ) was dissolved in 0.5 g/L chloroform (at least 0.5 mL in a 4 mL vial). Without aging, two solutions of various P1 50 - b -P2 22 and P2 22 in a ratio of 2:1 (or molar ratio of 1:2) were mixed at room temperature.

(3) 가열 및 숙성에 의한 상기 블렌드로부터 2D 씨드의 제조(3) Preparation of 2D seeds from the blend by heating and aging

블렌드된 용액을 테플론 라인 캡으로 밀봉하고 50℃에서 1 시간 동안 가열한 다음 25℃로 냉각시키고 3 일 동안 숙성시켰다. 생성된 2D 나노 입자는 AFM 및 TEM 이미징으로 관찰하였다. 세부적으로, TEM 및 AFM 이미징을위한 샘플은 상기 2D 씨드 콜로이드 용액 한 방울 (약 0.05 mL)을 탄소-코팅된 구리 그리드 (TEM 이미징용) 또는 새로이 절단된 운모 (AFM 이미징용)에 스핀 코팅하여 제조하였다 (회전 속도 = 30 초 동안 3,000rpm). The blended solution was sealed with a Teflon line cap and heated at 50° C. for 1 hour, then cooled to 25° C. and aged for 3 days. The resulting 2D nanoparticles were observed by AFM and TEM imaging. In detail, samples for TEM and AFM imaging were prepared by spin-coating a drop (about 0.05 mL) of the above 2D seed colloidal solution onto a carbon-coated copper grid (for TEM imaging) or freshly cleaved mica (for AFM imaging). (rotation speed = 3,000 rpm for 30 seconds).

(4) P2(4) P2 nn 유니머들의 리빙 2D CDSA를 통한 길이 조절 가능한 2D 직사각형의 제조 Manufacturing of length-adjustable 2D rectangles through living 2D CDSA of unimers

2D 씨드 용액을 0.03 g/L 클로로포름으로 희석 한 후, 10 g/L 클로로포름의 저분자량 P2n (유니머, Mn = 5.0 - 6.1 kDa, Ð <1.18) 용액을 상기 2D 씨드 용액에 다양한 유니머-대-씨드 (U/S) 질량비로 첨가하였다. 그 후, 상기 샘플들을 X℃ (가변 온도)에서 숙성하였다.After diluting the 2D seed solution with 0.03 g/L chloroform, a solution of low molecular weight P2 n (unimer, M n = 5.0 - 6.1 kDa, Ð <1.18) in 10 g/L chloroform was added to the 2D seed solution. -to-seed (U/S) mass ratio was added. The samples were then aged at X°C (variable temperature).

(5) 리빙 2D CDSA의 성장 동역학 연구(5) Growth kinetics of living 2D CDSA

용액상에서 상기 2D 어셈블리의 성장 동역학 연구를 수행하기 위해, 본 발명자들은 상기 씨드 용액에 유니머 용액을 첨가한 후 숙성 시간에 따른 리빙 2D 조립을 모니터링하였다. 각 나노 구조에 대하여, 길이, 너비, 높이, 면적, 종횡비 및 각도의 분포는 미국 국립보건원에서 개발한 ImageJ 소프트웨어 패키지를 사용하여 TEM 및 AFM 이미지로부터 수동으로 추정하였다. 통계적 길이 분석을 위해, 30 개 이상의 무작위로 선택된 개체를 처리하여 데이터 세트에 따른 평균 값을 결정했습니다. 각 이미지의 모든 입자들을 계산하여 주관성을 줄였다.To study the growth kinetics of the 2D assembly in the solution phase, we monitored the living 2D assembly according to the aging time after adding the unimomer solution to the seed solution. For each nanostructure, the distribution of length, width, height, area, aspect ratio and angle were manually estimated from TEM and AFM images using the ImageJ software package developed by the National Institutes of Health. For statistical length analysis, at least 30 randomly selected individuals were processed to determine mean values across data sets. All particles in each image were counted to reduce subjectivity.

3. 결과 및 논의3. Results and discussion

(1) 본 연구의 착안(1) The idea of this study

본 발명자들은 기존 연구에서 플루오렌 및 벌키한 치환기를 포함하는 컨쥬게이션된 PCPV 호모폴리머들이 그들의 균일한 사방정계 결정성 어레이들에 의해 성공적으로 자기 조립된 것을 보고하였다. 예를 들어, P222 호모폴리머 (Mn = 9.01 kDa, Ð = 1.13)는 클로로포름에서 직접적으로 2D 직사각형으로 조립되지만, 이의 낮은 용해도로 인해 구조에 대한 어떠한 조절도 불가능하였다. 그리고, 본 발명자들은 모이어티를 동일한 P222 블록을 형성한 코어 및 가용성 P150 블록으로 구성된 BCP 마이크로구조 (BCP, P150-b-P222, Mn = 38.6 kDa, Ð = 1.10)로 확장하였다. 이러한 수정은 상기 P2 결정성 블록을 안정화하여, 리빙 CDSA를 통한 폭 및 길이의 정밀한 조절이 가능하게 하나, 이러한 방법으로는 1D 나노섬유만 제조된다는 한계점이 있다. 기존 연구에 기반하여, 본 발명자들은 P222 및 P150-b-P222를 블렌딩하여 제어된 공동-조립을 달성하여 균일한 2D 나노시트의 형성을 시도하였다. 상기 블렌드에서 부분적으로 도입된 P1 쉘 블록은 상기 P222 호모폴리머의 주요 결정성 어레이를 안정화시키며, 이는 용액상의 2D 나노직사각형의 용해도 이슈를 극복할 수 있다. 이러한 공동-조립을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 클로로포름 내에서 상기 블렌드를 이용하여 단순한 가열 및 숙성 방법을 사용하였으며, 상기 두 고분자의 질량비, 농도, 및 온도를 변경하여 다양한 조건들을 스크린하였다. In previous studies, the present inventors reported that conjugated PCPV homopolymers containing fluorene and bulky substituents were successfully self-assembled by their uniform orthorhombic crystalline arrays. For example, P2 22 homopolymer (M n = 9.01 kDa, Ð = 1.13) assembles into a 2D rectangle directly in chloroform, but no control over the structure was possible due to its low solubility. In addition, the present inventors have a BCP microstructure (BCP, P1 50 - b -P2 22, P1 50 - b -P2 22, M n = 38.6 kDa, Ð = 1.10). This modification stabilizes the P2 crystalline block, enabling precise control of the width and length through the living CDSA, but this method has a limitation in that only 1D nanofibers are produced. Based on previous studies, the present inventors attempted to form a uniform 2D nanosheet by blending P2 22 and P1 50 -b -P2 22 to achieve controlled co-assembly. The partially introduced P1 shell block in the blend stabilizes the main crystalline array of the P2 22 homopolymer, which can overcome the solubility issue of 2D nanorectangles in the solution phase. To achieve this co-assembly, we used a simple heating and aging method using the blend in chloroform, and screened various conditions by changing the mass ratio, concentration, and temperature of the two polymers.

(2) 균일한 단층 2D 씨드의 제조(2) Preparation of uniform monolayer 2D seeds

수 차례 최적화 후에, 중량비 2 : 1 (몰 비 = 1 : 2)의 P150-b-P222 및 P222 0.5 g/L 클로로포름의 블렌드 용액을 50℃, 1 시간 가열 조건에서 가열하여 우수한 공동-조립(co-assembly)을 달성하였다. 25℃까지 냉각한 후 3 일 동안 숙성한 후, TEM 이미징으로 1.73의 종횡비 및 92.9°의 평균 각도의 균일한 2D 직사각형의 단층들을 확인하였으며, 이는 자기-씨딩 메커니즘에 의한 우수한 자기-조립을 입증한다 (도 1a). 또한, 결과로 생성된 2D 씨드들은 매우 좁은 길이 및 면적 분산도 (<1.02)의 균일한 790.7 nm (± 104.8)의 폭(W n), 456.7 nm (± 39.6)의 길이 (L n) 및 0.36 (±0.063) νm2의 평균 면적 값을 갖는다. 클로로포름에서 0.05 g/L의 저농도를 동결하여 극저온 TEM 이미징을 통해 상기 2D 자기-조립이 용매 증발이 아닌 용액에서 발생하였음을 확인하였다. 이러한 공동-조립된 2D 씨드에 대한 통찰력을 얻기 위해, 본 발명자들은 고해상도 TEM (HR-TEM) 이미지에서 고속 푸리에 변환 (FFT)에 의해 전자 회절 패턴을 분석했다 (도 1b). 회절 분석 결과는 10.3 Å, 16.1 Å 및 18.5 Å의 주요 d-간격 값을 갖는 사방정계 결정 격자를 나타내며, 이는 보고된 P2 호모폴리머와 동일하다. 이는 공통의 P2 코어를 갖는 두 고분자의 블렌드가 2D 씨드로서 공동-조립되었다는 결론을 뒷받침한다 (도 1c). 흥미롭게도, 2D 직사각형의 더 긴 변은 상기 결정성 어레이의 (100) 평면의 방향과 일치했다. 상기 숙성 과정 동안, 고분자 핵 형성은 먼저 작은 핵을 형성한 다음, 결정성 P2 코어의 (010) 평면보다 (100) 평면을 따라 약간 더 빠르게 성장하면서 양 방향으로 성장했다 (cf. (110)>(100)>(010), 도 1c). 마지막으로, 두 개의 별개의, 잘 정의된 결정성 표면을 가진 직사각형 형태를 가진 균일한 2D 씨드가 형성되었다. 또한, P2 코어 블록이 상기 2D 결정 격자의 (001) 방향에 따른 표면에 서있다는 사실은 상기 BCP로부터 P1 쉘 블록이 상기 2D 씨드의 상단과 하단을 차지하는 것을 암시하며, 이로 인하여 종래의 P2 단일 조립에서 자주 관찰된 다중 적층의 문제를 억제하고 상기 2D 씨드를 콜로이드적으로 안정하게 한다. 이 방향은, AFM 분석에 따라 측정되는 상기 2D 씨드의 높이에도 영향을 미쳤다. 이의 평균 높이 (Hn)는 14.4 ± 0.4 nm 였으며, 이는 종래의 추가적인 P1 쉘 블록이 없는 단지 P2 호모폴리머로부터의 2D 직사각형의 높이보다 3 nm 높은 것이다 (도 1d 및 1e). After several optimizations, a blend solution of P1 50 -b -P2 22 and P2 22 0.5 g/L chloroform in a weight ratio of 2:1 (molar ratio = 1:2) was heated at 50°C for 1 hour heating conditions to obtain excellent co- Co-assembly was achieved. After cooling to 25 °C and aging for 3 days, TEM imaging confirmed uniform 2D rectangular monolayers with an aspect ratio of 1.73 and an average angle of 92.9°, demonstrating excellent self-assembly by the self-seeding mechanism. (Fig. 1a). In addition, the resulting 2D seeds are uniform with a very narrow length and area dispersion (<1.02) of 790.7 nm (± 104.8) width ( W n ), 456.7 nm (± 39.6) length ( L n ) and 0.36 It has an average area value of (±0.063) ν m 2 . It was confirmed through cryogenic TEM imaging by freezing a low concentration of 0.05 g/L in chloroform that the 2D self-assembly occurred in solution rather than solvent evaporation. To gain insight into these co-assembled 2D seeds, we analyzed electron diffraction patterns by fast Fourier transform (FFT) in high-resolution TEM (HR-TEM) images (Fig. 1b). The diffraction analysis results show an orthorhombic crystal lattice with major d-spacing values of 10.3 Å, 16.1 Å and 18.5 Å, which is identical to the reported P2 homopolymer. This supports the conclusion that the blend of the two polymers with a common P2 core was co-assembled as a 2D seed (Fig. 1c). Interestingly, the longer side of the 2D rectangle coincided with the direction of the (100) plane of the crystalline array. During the aging process, polymer nucleation first formed small nuclei and then grew in both directions, growing slightly faster along the (100) plane than the (010) plane of the crystalline P2 core (cf. (110)> (100) > (010), Fig. 1c). Finally, a uniform 2D seed with a rectangular shape with two distinct, well-defined crystalline surfaces was formed. In addition, the fact that the P2 core block stands on the surface along the (001) direction of the 2D crystal lattice implies that the P1 shell block from the BCP occupies the upper and lower ends of the 2D seed, thereby resulting in a conventional P2 single assembly. It suppresses the frequently observed problem of multiple stacking and makes the 2D seed colloidally stable. This direction also affected the height of the 2D seed measured according to AFM analysis. Its average height (H n ) was 14.4 ± 0.4 nm, which is 3 nm higher than the height of the conventional 2D rectangles from P2 homopolymer only without additional P1 shell block (Figs. 1d and 1e).

(3) 2D 나노 시트의 면적(길이) 제어(3) Area (length) control of 2D nanosheets

수득된 균일한 2D 씨드로, 본 발명자들은 2D 나노 시트의 면적을 추가로 제어하는 씨드 성장을 통한 CDSA의 가능성을 조사하였다. 0.03 g/L 클로로포름의 2D 씨드 (0.32 (± 0.059) μm2의 An) 용액에 2 내지 15의 다양한 유니머-대-씨드 (U/S) 질량비로 10 g/L 클로로포름의 저분자량 P210 (유니머, Mn = 5.0 kDa, Ð = 1.15) 용액을 첨가하였다. 최적화 후, P210은 CDSA를 성공적으로 수행하여 균일한 2D 직사각형을 형성했으며, -13℃에서 3 주 숙성 후 U/S 비율에 따라 이의 면적은 1.2 μm2에서 7.1 μm2 (Ð <1.02)로 선형적으로 증가했다 (도 2a 및 2b). 생성된 2D 직사각형의 TEM 이미지에서, 2D 씨드의 중앙 부분이 더 어둡게 표시되어, P210 유니머에서 파생된 새로이 형성된 2D 시트와 쉽게 구별된다 (도 2a). 놀랍게도, 상기 씨드에 대해 방사형 (말단 및 측면 모두) 방향으로 성장한 다른 2D 씨드(platelets)와 달리, 상기P210 유니머의 2D 직사각형은 상기 2D 씨드의 (010) 평면을 따라 한 방향으로만 성장했다. 상기 단일축(uniaxial) 성장으로 인해 (100) 방향의 폭(Wn)을 유지하면서 생성되는 2D 직사각형의 Ln (010)을 1.5 μm부터 8.8 μm까지 제어 할 수 있었다 (도 2c). 저배율 TEM 이미지는 길이 분산도가 1.03 미만임을 나타내어 성공적인 리빙 2D CDSA를 의미한다. 또한, 리빙 CDSA는 DLS 분석에 의해 정성적으로 뒷받침되었으며, U/S 비율이 증가함에 따라 클로로포름 용액에서 Dh 값이 454 nm에서 4.9 μm로 점차 증가했다 (도 1d). AFM 분석에 의해 (001) 방향으로 2D 직사각형의 높이는 또한 상기 씨드에 대한 상기 P2 블록의 더 높은 중합도(degree of olymerization, DP)로인해 상기 2D 씨드 및 새로이 형성된 2D 시트 (각각 약 14.4 ± 0.4 nm 대 7.8 ± 0.6 nm) 사이의 뚜렷한 차이를 나타냈다 (도 2e). 열역학적 영향을 받을 수 있는 상기 씨드 형성 과정의 (100) 방향에서의 더 빠른 성장과 반대로 상기 씨드의 (010) 방향을 따라 2D 직사각형의 고유한 단일축 성장을 이해하기 위해, 본 발명자들은 상기 2D 씨드에서 P2 호모폴리머의 사방정계 결정 격자의 방향을 면밀히 조사했다 (도 2f). 그 (010) 평면은 P2 체인의 단단한 플루오렌 모이어티가 차지하였으며, 아마도 네오헥실기를 노출하는 (100) 평면에 비해 훨씬 더 높은 표면 에너지를 가질 것이다. 따라서, 연장 (elongation) 과정 동안, 상기 2D 씨드의 이러한 뚜렷한 결정 평면은 P2 유니머가 더 높은 표면 에너지의 방향으로 동역학적으로 결정화되도록 하며, 이로 인해 (010) 방향을 따라 유니머의 우선 결정화를 유도할 수 있다. 유사하게, 본 발명들의 이전 연구에서, 실릴기를 포함하는 다른 PCPV 호모폴리머의 2D 직사각형 나노 시트도 뚜렷한 결정 표면을 갖는 2D 씨드와 함께 (100) 방향보다 (010) 방향으로 더 빠르게 성장했다. 또한, 트랜스 알켄을 포함하는 P2 사슬은 독점적으로 상기 2D 어레이에서 체인 폴딩없이 완전히 확장된 형태를 나타내는 것처럼 보였으며, 이로 인해 상기 씨드에 대한 유니머의 선택적 조립을 극대화하였다. 이러한 무결점 CDSA는 거의 완벽한 직각을 가진 날카로운 모서리를 가진 2D 시트를 생성했을 수 있다.With the obtained uniform 2D seeds, we investigated the possibility of CDSA through seed growth to further control the area of 2D nanosheets. 2D seed (A n of 0.32 (± 0.059) μm 2 ) in 0.03 g/L chloroform at various unimer-to-seed (U/S) mass ratios from 2 to 15, low molecular weight P2 10 in 10 g/L chloroform (Unimer, M n = 5.0 kDa, Ð = 1.15) solution was added. After optimization, P2 10 successfully performed CDSA to form a uniform 2D rectangle, and its area increased from 1.2 μm 2 to 7.1 μm 2 (Ð < 1.02) according to the U/S ratio after 3 weeks of aging at -13 °C. increased linearly (Figs. 2a and 2b). In the TEM image of the resulting 2D rectangle, the central portion of the 2D seed appears darker, easily distinguishable from the newly formed 2D sheet derived from P2 10 unimers (Fig. 2a). Surprisingly, unlike other 2D seeds (platelets) that grew radially (both distal and lateral) to the seed, the 2D rectangles of the P2 10 unimers only grew in one direction along the (010) plane of the 2D seed. . Due to the uniaxial growth, it was possible to control the L n (010) of the 2D rectangle from 1.5 μm to 8.8 μm while maintaining the width (W n ) in the (100) direction (Fig. 2c). Low-magnification TEM images showed that the length dispersion was less than 1.03, indicating a successful living 2D CDSA. In addition, living CDSA was qualitatively supported by DLS analysis, and the D h value gradually increased from 454 nm to 4.9 μm in chloroform solution as the U/S ratio increased (Fig. 1d). By AFM analysis, the height of the 2D rectangle in the (001) direction is also due to the higher degree of polymerization (DP) of the P2 block relative to the seed for the 2D seed and newly formed 2D sheet (about 14.4 ± 0.4 nm, respectively). 7.8 ± 0.6 nm) (Fig. 2e). In order to understand the intrinsic uniaxial growth of a 2D rectangle along the (010) direction of the seed as opposed to the faster growth in the (100) direction of the seed formation process, which can be influenced by thermodynamics, we , the orientation of the orthorhombic crystal lattice of P2 homopolymer was closely investigated (Fig. 2f). The (010) plane is occupied by the rigid fluorene moiety of the P2 chain and probably has a much higher surface energy compared to the (100) plane exposing neohexyl groups. Thus, during the elongation process, these distinct crystallographic planes of the 2D seed allow the P2 unimers to crystallize kinetically in the direction of higher surface energy, leading to preferential crystallization of the unimers along the (010) direction. can do. Similarly, in our previous studies, 2D rectangular nanosheets of other PCPV homopolymers containing silyl groups also grew faster in the (010) direction than in the (100) direction, with 2D seeds having distinct crystalline surfaces. In addition, the P2 chain containing a trans alkene exclusively appeared to show a fully extended conformation without chain folding in the 2D array, thereby maximizing the selective assembly of unimers to the seed. These flawless CDSAs could have produced 2D sheets with sharp edges with near-perfect right angles.

(3) 2D CDSA의 동역학적 연구(3) Kinetic study of 2D CDSA

특히, 이러한 단일축-리빙 2D CDSA는 용액에서 2D 조립의 동역학적 연구를 수행하기 위한 탁월한 시스템이다. TEM 분석을 이용한 실시간 모니터링을 통해, 도 3a에 기재된 바와 같이, 본 발명자들은 앞서 언급한 조건 (-13℃에서 클로로포름 용액에 0.03 g/L 씨드)에서 다양한 U/S 비율로 P210 호모폴리머를 첨가하고, 길이 증가를 측정하여 성장 동역학 연구를 수행했다. 예상대로, U/S 비율 및 유니머 [U]0 농도가 높을수록 연장율(elongation)이 빨라졌다. 흥미롭게도, Ln 성장 대 시간에 대한 플롯은, 기존의 리빙 중합과 유사하게 0.991보다 큰 R2 값으로, [U]0의 1 차 동역학적 함수와 매우 잘 부합하였다 (표 2, 엔트리 1-5). 속도 상수 (k')도 U/S 비율에 관계없이 실험 오차 내에서 일관되었다. 교대 방법을 사용하여, 초기 단계의 Ln 증가를 분석하여 초기 속도에서 계산되는 [U]의 반응 차수는 0.964 (± 0.085)였다 (그림 3b). P2 호모폴리머의 리빙 2D CDSA의 1 차 동역학을 추가적으로 확인했다. 이는 P1-b-P2 또는 PFS BCP의 리빙 1D CDSA에 대한 이전 연구는 1 차 동역학에서 상당한 편차를 보였기 때문에 흥미로운 결과이다. 현재 연구의 주요 차이점은 아마도 이전 사례에서 쉘 블록이 있는 BCP와 달리, 유니머의 호모폴리머 미세 구조 때문일 것이다. 따라서, P2 호모폴리머는 쉘 블록이 없기 때문에 무시할 수 있는 형태 효과를 갖는다. 마지막으로, 체인 폴딩을 거치지 않는 P2는 직접적으로 결정성 어레이를 형성하여, 본 2D CDSA를 이상적인 결정화와 유사하게 만들며, 이는 포르피린 유도체와 같은 작은 유기 분자의 리빙 초분자(supramolecular) 중합과 유사하다.In particular, these uniaxial-living 2D CDSAs are excellent systems for conducting kinetic studies of 2D assemblies in solution. Through real-time monitoring using TEM analysis, as shown in Figure 3a, the present inventors added P2 10 homopolymer at various U/S ratios under the aforementioned conditions (0.03 g/L seed in chloroform solution at -13 °C). and a growth kinetics study was performed by measuring the increase in length. As expected, the higher the U/S ratio and unimomer [U] 0 concentration, the faster the elongation. Interestingly, the plot of Ln growth versus time was in excellent agreement with the first-order kinetic function of [U] 0 , with R 2 values greater than 0.991, similar to conventional living polymerizations (Table 2, Entries 1-5 ). The rate constant (k') was also consistent within the experimental error regardless of the U/S ratio. Using the alternation method, the response order of [U] calculated from the initial rate by analyzing the increase in L n in the initial phase was 0.964 (±0.085) (Fig. 3b). The first-order kinetics of the living 2D CDSA of the P2 homopolymer were further confirmed. This is an interesting result, as previous studies on living 1D CDSAs of P1- b -P2 or PFS BCPs showed significant deviations in first-order kinetics. The main difference of the current study is probably due to the homopolymer microstructure of unimers, unlike BCPs with shell blocks in the previous case. Thus, the P2 homopolymer has a negligible shape effect due to the absence of shell blocks. Finally, P2, which does not undergo chain folding, directly forms crystalline arrays, making our 2D CDSAs akin to ideal crystallization, which is akin to living supramolecular polymerization of small organic molecules such as porphyrin derivatives.

CDSA에 대한 온도의 영향을 조사하기 위해 0℃, -10℃, -20℃ 및 -25℃의 네 가지 온도에서 속도를 다시 측정했습니다. 1 차 피팅 후, 온도가 0℃에서 -25℃로 감소함에 따라 초기 속도 상수 k'가 3.0x10-3에서 1.1x10-2로 증가하는 것으로 나타났다. 상기 값을 통해 아이링(Eyring) 플롯을 생성하여 씨드-성장 과정에 대한 활성화 엔탈피 및 엔트로피를 결정할 수 있었으며, 각각 -31.7 kJ/mol 및 -384 J/Kmol의 음수 값으로서, 낮은 온도에서 더 빠른 성장을 나타낸다 (표 2, 엔트리 6-9, 도 3c). 또한, DP 13 (5.6 kDa (Ð = 1.18)) 및 15 (6.1 kDa (Ð = 1.13))의 더 긴 P2 유니머를 사용하여 또 다른 동역학적 연구를 수행했다. 높은 결정성을 나타내는 더 긴 P2 유니머는 저온에서 쉽게 자기-핵 형성을 겪었으므로, 모든 동역학적 실험들은 적절한 비교를 위해 25℃에서 수행되었다. [U]0의 또 다른 1 차 피팅은 DP 10, 13, 및 15의 P2 유니머에 대해 각각 1.3x10-4 (h-1), 1.5x10-3 (h-1) 및 2.5x10-3 (h-1)의 초기 속도 상수 k'를 제공하였다 (표 2, 엔트리 10-12, 도 3d). P210보다 20 배 빠른 P215의 성장은 P215의 더 높은 결정도 때문일 수 있다. P2에 대한 이전 보고와 유사하게, 새로운 2D 시트의 평균 높이는 P2의 DP에 따라 7.8 nm에서 10.4 nm까지 증가했다. 더 긴 P2 유니머를 사용하여, 25℃에서 1 내지 10의 다양한 U/S 비율로 리빙 2D CDSA를 수행 할 수 있었으며, 이는 P213에 대해 0.64 μm 내지 5.5 μm, 및 P215에 대해 0.80 μm 내지 3.3 μm의 각각의 제조되는 2D 직사각형의 조정 가능한 Ln을 제공했다.To investigate the effect of temperature on CDSA, the rate was measured again at four different temperatures: 0 °C, -10 °C, -20 °C and -25 °C. After the first fitting, it was found that the initial rate constant k' increased from 3.0x10 -3 to 1.1x10 -2 as the temperature decreased from 0 °C to -25 °C. From these values, an Eyring plot was generated to determine the activation enthalpy and entropy for the seed-growth process, which are negative values of -31.7 kJ/mol and -384 J/Kmol, respectively, resulting in faster growth at lower temperatures. (Table 2, entries 6-9, Fig. 3c). In addition, another kinetic study was performed using longer P2 unimers of DP 13 (5.6 kDa (Ð = 1.18)) and 15 (6.1 kDa (Ð = 1.13)). Since the longer P2 unimers with high crystallinity readily undergo self-nucleation at low temperatures, all kinetic experiments were performed at 25 °C for proper comparison. Another first-order fit of [U] 0 is 1.3x10 -4 (h -1 ), 1.5x10 -3 (h -1 ) and 2.5x10 -3 ( h −1 ) gave the initial rate constant k′ (Table 2, entries 10-12, FIG. 3d). The growth of P2 15 20 times faster than P2 10 may be due to the higher crystallinity of P2 15 . Similar to the previous report for P2, the average height of the new 2D sheet increased from 7.8 nm to 10.4 nm depending on the DP of P2. Using the longer P2 unimers, it was possible to perform living 2D CDSA at 25 °C with various U/S ratios from 1 to 10, ranging from 0.64 μm to 5.5 μm for P2 13 and 0.80 μm to 0.80 μm for P2 15 . A tunable L n of each fabricated 2D rectangle of 3.3 μm was provided.

엔트리entry 유니머 (kDa)Unimer (kDa) 숙성 온도 ripening temperature
(℃)(℃)
U/S 비율U/S ratio k' (hk' (h -1-One )) 오차 (hError (h -1-One )) RR 22
1One 5.05.0 -13-13 22 6.5ⅹ10-3 6.5ⅹ10 -3 6.1ⅹ10-4 6.1ⅹ10 -4 0.9910.991 22 33 5.1ⅹ10-3 5.1ⅹ10 -3 4.0ⅹ10-4 4.0ⅹ10 -4 0.9930.993 33 55 4.9ⅹ10-3 4.9ⅹ10 -3 4.2ⅹ10-4 4.2ⅹ10 -4 0.9910.991 44 1010 5.4ⅹ10-3 5.4ⅹ10 -3 4.6ⅹ10-5 4.6ⅹ10 -5 0.9950.995 55 1515 4.4ⅹ10-3 4.4ⅹ10 -3 2.5ⅹ10-5 2.5ⅹ10 -5 0.9970.997 66 5.05.0 00 1010 3.0ⅹ10-3 3.0ⅹ10 -3 8.4ⅹ10-5 8.4ⅹ10 -5 0.9990.999 77 -10-10 3.8ⅹ10-3 3.8ⅹ10 -3 1.4ⅹ10-4 1.4ⅹ10 -4 0.9990.999 88 -20-20 7.3ⅹ10-3 7.3ⅹ10 -3 2.2ⅹ10-4 2.2ⅹ10 -4 0.9990.999 99 -25-25 1.1ⅹ10-2 1.1ⅹ10 -2 2.7ⅹ10-4 2.7ⅹ10 -4 0.9990.999 1010 5.05.0 2525 1010 1.3ⅹ10-4 1.3ⅹ10 -4 4.3ⅹ10-5 4.3ⅹ10 -5 0.9990.999 1111 5.65.6 1.5ⅹ10-3 1.5ⅹ10 -3 5.9ⅹ10-5 5.9ⅹ10 -5 0.9990.999 1212 6.16.1 2.5ⅹ10-3 2.5ⅹ10 -3 1.4ⅹ10-4 1.4ⅹ10 -4 0.9990.999

(4) 길이 및 높이가 제어된 다중-블록 코미셀의 제조(4) Preparation of multi-block comicelles with controlled length and height

흥미롭게도, 단일축 리빙 2D CDSA는 다양한 P2 유니머로부터 일련의 씨드- 성장을 통해 더 복잡한 다중-블록 코미셀 (block comicelle; BCM)을 제조할 수 있다. 리빙 중합을 통한 블록 공중합과 유사하게, P210 및 P215의 순차적인 첨가는 (010) 방향을 따라 길이와 높이가 제어된 penta-BCM을 제공하였다 (10 g/L 클로로포름에서의 유니머, 3의 U/S 비율, [2D 씨드] = 클로로포름에서 0.03g / L, 그림 4a). 상기 첨가 순서를 변경하여 두 가지 유형의 대칭 penta-BCM, A(P215)-B(P210)-S (씨드)-B-A 및 B-A-S-A-B가 균일한 길이와 좁은 분산도로 생성되었다 (도 4b). P215의 A 블록이 P210의 B 블록보다 높은 전자 밀도로 인해 더 어둡게 보이기 때문에, TEM 이미지에서 뚜렷한 차이가 관찰된다 (도 4c). 또한, AFM 분석은 penta-BCM의 블록 구조를 확인하며, 이는 2D 시트의 높이에서 또 다른 명확한 차이를 보여준다 (도 4d). 본 발명자들은 25℃에서 각 U/S 비율을 3으로 동시에 두 개의 P2 유니머를 2D 씨드에 추가하여 더 어렵지만 단순한 원샷 BCM 형성을 시도했다. 더 결정질인 P215가 P210보다 훨씬 빠르게 성장했기 때문에, 더 긴 P215는 2D 씨드에 우선적으로 조립된다. 그 후, 온도를 0℃로 낮추면 씨드-성장 메커니즘을 통해 더 짧은 P210의 자기-조립이 시작되어 순차적인 첨가로 제조된 것과 동일한 B-A-S-A-B penta-BCM이 형성된다 (도 4e). 이 결과는 2D 조립 공정에 대한 깊은 이해를 바탕으로 복잡한 나노 구조체를 구성하는 데 사용할 수 있는 이러한 새로운 전략의 훌륭한 예를 보여준다.Interestingly, uniaxial living 2D CDSAs can be fabricated into more complex multi-block comicelles (BCMs) through serial seed-growth from various P2 unimers. Similar to block copolymerization via living polymerization, sequential addition of P2 10 and P2 15 provided penta-BCM with controlled length and height along the (010) direction (unimer in 10 g/L chloroform, 3 of U/S ratio, [2D seed] = 0.03 g/L in chloroform, Fig. 4a). By changing the order of addition, two types of symmetric penta-BCM, A(P2 15 )-B(P 2 10 )-S (seed)-BA and BASAB, were produced with uniform length and narrow dispersion (Fig. 4b). Since the A block of P2 15 appears darker than the B block of P2 10 due to its higher electron density, a distinct difference is observed in the TEM image (Fig. 4c). In addition, AFM analysis confirms the block structure of penta-BCM, which shows another clear difference in the height of the 2D sheet (Fig. 4d). The present inventors attempted to form a simpler but more difficult one-shot BCM by simultaneously adding two P2 unimers to a 2D seed with each U/S ratio of 3 at 25 °C. Since the more crystalline P2 15 grew much faster than the P2 10 , the longer P2 15 preferentially assembles into 2D seeds. Then, when the temperature was lowered to 0 °C, the self-assembly of the shorter P2 10 was initiated through a seed-growth mechanism to form the same BASAB penta-BCM prepared by sequential addition (Fig. 4e). These results provide an excellent example of these novel strategies that can be used to construct complex nanostructures based on a deep understanding of 2D assembly processes.

이러한 정밀하게 제어된 2D 직사각형은 형광성 컨쥬게이션된 PCPV로 구성 되었기 때문에, 추가적인 염료없이 초고해상도 구조 조명 현미경 (super-resolution structured illumination microscopy; SR-SIM)에서 볼 수 있었다. 흥미롭게도, 2D 씨드의 중앙부는 P2 유니머로부터 새로이 형성된 나머지 2D 시트보다 훨씬 더 높은 형광을 나타냈으며, 이는 더 긴 P2가 더 강한 빛을 방출한다는 것을 나타낸다. 또한, 공초점 레이저 스캐닝 현미경 (confocal laser scanning microscopy; CLSM)으로 기록된 미셀 용액의 비디오는 분해 및 광표백없이 지속적인 형태와 형광 안정성을 보여준다.Because these precisely controlled 2D rectangles were composed of fluorescently conjugated PCPV, they could be viewed in super-resolution structured illumination microscopy (SR-SIM) without additional dyes. Interestingly, the central portion of the 2D seed exhibited much higher fluorescence than the rest of the 2D sheet newly formed from the P2 unimers, indicating that the longer P2 emits more intense light. In addition, videos of micellar solutions recorded by confocal laser scanning microscopy (CLSM) show sustained morphology and fluorescence stability without degradation and photobleaching.

(5) 폭 및 길이가 조절된 2D 나노시트의 제조(5) Preparation of 2D nanosheets with controlled width and length

본 발명자들은 상기 성공적으로 길이가 조절된 2D 나노시트의 제조에서 더 나아가 폭의 조절도 가능하도록 본 연구를 확장하였다. 특히, 기존 연구에서 플루오렌 및 벌키한 치환기를 포함하는 PCPV 호모폴리머 중 하나의 예의 다이클로로메탄(DCM) 용액 중의 단순한 가열 및 숙성 방법에서 공용매(co-solvent)로서 THF 또는 클로로포름이 첨가되었을 때, 18 개의 상이한 함량 비율에서, 종횡비가 조절되는 것을 관찰하였다. 상기 2D 시트들의 결정성은 필름 X-선 회절 패턴들, 고해상도 TEM을 이용한 전자 회절 패턴으로부터 분석되었으며, 상기 공용매 %에 대한 나노시트들의 상기 종횡비 선형 의존성을 각 평면의 포면 에너지와 결정 성장 속도의 차이에 기인한 것으로 유추하였다. The present inventors have extended this study to enable control of the width further from the successful preparation of the 2D nanosheet having a controlled length. In particular, when THF or chloroform was added as a co-solvent in a simple heating and aging method in a dichloromethane (DCM) solution of one example of PCPV homopolymers containing fluorene and bulky substituents in previous studies , at 18 different content ratios, it was observed that the aspect ratio was controlled. The crystallinity of the 2D sheets was analyzed from film X-ray diffraction patterns and electron diffraction patterns using high-resolution TEM, and the linear dependence of the aspect ratio of the nanosheets on the co-solvent % was determined by the difference between the surface energy of each plane and the crystal growth rate. It was inferred that it was caused by .

이에, 본 발명자들은 상기 블렌드를 이용한 폭 및 길이가 동시에 조절된 2D 나노시트 제조를 달성하기 위하여, 앞선 공용매 효과에 의한 나노시트의 종횡비 선형 의존성을 사용하였으며, 단순한 가열 후 공용매 추가 및 숙성 방법을 사용하였다. 이에 대해 앞선 균일한 단층 2D 씨드의 제조 방법에 공용매 %와 농도를 변경하여 다양한 조건들을 스크린하였다. Accordingly, the present inventors used the linear dependence of the aspect ratio of the nanosheets due to the cosolvent effect in order to achieve the production of 2D nanosheets in which the width and length are simultaneously controlled using the blend, and a simple heating method followed by cosolvent addition and aging was used. In this respect, various conditions were screened by changing the co-solvent % and concentration in the above method for producing uniform single-layer 2D seeds.

도 5에 나타낸 바와 같이, 수 차례 최적화 후에, 동일 중량비 2 : 1 (몰 비 = 1 : 2)의 P150-b-P222 및 P222 0.75 g/L 클로로포름의 블렌드 용액을 50℃, 1 시간 가열 조건에서 가열한 후 해당 용매에 최종 부피% 10, 20, 30, 40, 50, 60, 그리고 70%의 공용매 DCM(씨드 형성시 추가한 공용매 DCM의 부피% = SMC%)을 첨가하였다. 25 ℃에서 2 일 동안 숙성한 후, TEM 및 AFM 이미징으로 제조된 2D 직사각형의 폭 (Wn) 및 길이 (Ln)의 변화를 확인하였다. 공용매 DCM(MC)의 전체 용액 내 부피 %에 따라 평균 폭 950 nm 부터 230 nm까지 조절되는 것을 확인하였으며, 평균 길이는 570 nm부터 3,220 nm까지 조절되는 것을 확인하였다. 또한, 종횡비는 0.6에서 14로 20 배 이상 증가하였으며, 이는 공용매 효과에 의한 나노시트의 종횡비 선형 의존성을 입증한다. 구체적으로, 첨가된 DCM(MC)의 농도가 높아질수록 (100) 방향에 따른 폭은 감소하며 (010) 방향에 따른 길이는 증가하는 것을 확인할 수 있다 (도 6a 내지 도 6g, 및 도 7a 내지 7l). 또한, 25℃에서 3일 동안 숙성하고 0.05 g/L로 희석한 후, 각 2D 나노시트의 구조에 대하여 DLS 분석, UV-vis 흡수 분석 및 통계 분석을 수행한 결과, 상기 2D 나노시트의 폭 및 길이를 공용매의 백분율에 따라 선형적으로 조절 가능함을 확인하였으며, 결과적으로 생성된 2D 씨드들은 1.1 이하의 매우 좁은 길이 및 면적 분산도를 갖는다 (도 8a 내지 8e).As shown in FIG. 5, after several optimizations, a blend solution of 0.75 g/L chloroform of P1 50 -b -P2 22 and P2 22 in an equal weight ratio of 2:1 (molar ratio = 1:2) was prepared at 50°C for 1 hour. After heating under heating conditions, final volume % of 10, 20, 30, 40, 50, 60, and 70% of co-solvent DCM (vol % of co-solvent DCM added during seed formation = SMC%) was added to the solvent. . After aging at 25 °C for 2 days, changes in the width (Wn) and length (Ln) of the prepared 2D rectangle were confirmed by TEM and AFM imaging. It was confirmed that the average width was adjusted from 950 nm to 230 nm according to the volume % of the total solution of the co-solvent DCM (MC), and the average length was adjusted from 570 nm to 3,220 nm. In addition, the aspect ratio increased more than 20 times from 0.6 to 14, demonstrating the linear dependence of the nanosheet aspect ratio due to the co-solvent effect. Specifically, as the concentration of added DCM (MC) increases, it can be seen that the width along the (100) direction decreases and the length along the (010) direction increases (FIGS. 6a to 6g and 7a to 7l ). In addition, after aging at 25 ° C. for 3 days and diluting to 0.05 g / L, DLS analysis, UV-vis absorption analysis and statistical analysis were performed on the structure of each 2D nanosheet. As a result, the width and It was confirmed that the length can be adjusted linearly according to the percentage of the co-solvent, and the resulting 2D seeds have a very narrow length and area dispersion of 1.1 or less (FIGS. 8a to 8e).

(6) 폭이 조절된 2D 씨드로부터 길이 방향으로 선택적으로 성장하는 자기-조립에 의해 길이 조절된 2D 나노 구조체의 형성(6) Formation of a length-controlled 2D nanostructure by self-assembly that selectively grows in the longitudinal direction from a width-controlled 2D seed

수득된 폭이 조절되는 균일한 2D 씨드로, 본 발명자는 길이를 추가로 제어하는 씨드 성장을 통한 CDSA를 수행하여 폭과 길이가 동시에 조절되는 환경을 제공하였다. 앞서 씨드 형성시 추가한 공용매 DCM의 부피비 ("SMC"로서 표시함) 0%, 10%, 20%, 및 30%에 따라 폭이 조절된 2D 씨드를 사용하였으며, U/S 비율을 조절함에 따라, (010) 방향으로 선택적으로 성장하여 길이가 조절된 2D 나노시트를 제조하였다. 추가로, 본 발명자는 길이 제어 속도를 높이기 위하여, 씨드 성장을 통한 CDSA 과정 중에 공용매 DCM("CMC"로서 표시함)을 추가하여 상기 나노시트의 길이를 제어하였으며, 이 경우 DCM의 부피%는 50%로 설정되었다. 각 실험의 조건에서 SMC의 부피 비율 및 U/S 비율 외의 조건은 동일하게 세팅하였다: With the obtained uniform 2D seeds whose widths are controlled, the present inventors performed CDSA through seed growth with additionally controlled lengths to provide an environment in which the widths and lengths are simultaneously controlled. 2D seeds whose widths were adjusted according to the volume ratio (indicated as "SMC") of 0%, 10%, 20%, and 30% of the co-solvent DCM added during seed formation were used, and the U/S ratio was adjusted. Accordingly, 2D nanosheets with controlled lengths were prepared by selectively growing in the (010) direction. Additionally, in order to increase the length control speed, the present inventors controlled the length of the nanosheet by adding a co-solvent DCM (indicated as “CMC”) during the CDSA process through seed growth. In this case, the volume % of DCM is was set at 50%. In the conditions of each experiment, the conditions other than the volume ratio of SMC and the U / S ratio were set the same:

1) 2D 씨드의 농도 : 0.2 g/L (클로로포름에서)1) Concentration of 2D seeds: 0.2 g/L (in chloroform)

2) 유니머의 분자량 (Mw) : 6.05 kDa2) Molecular Weight of Unimer (M w ): 6.05 kDa

3) CMC% : 50%3) CMC%: 50%

4) 숙성 온도 및 시간 : 25℃ 및 1-3 일 4) Aging temperature and time: 25 ℃ and 1-3 days

흥미롭게도, CMC 50%에 관계 없이 단일축 리빙 2D CDSA가 일어났으며, U/S 비율에 따라 길이가 선형적으로 증가하였다. 먼저 폭이 970 nm인 SMC 0%의 2D 씨드의 길이 제어는 1,890 nm부터 4,160 nm까지 성공하였다 (도 9a 내지 도 9g). 폭이 850 nm인 2D 씨드의 길이 제어는 3,300 nm부터 5,300 nm까지 성공하였다 (도 10a 내지 10f). 폭이 650 nm인 2D 씨드의 길이 제어는 5,100 nm부터 8,000 nm까지 성공하였다 (도 11a 내지 11d). 마지막으로 폭이 510 nm인 2D 씨드의 길이 제어는 1,700 nm 부터 4,900 nm까지 성공하였다 (도 12a 내지 12f). 본 발명자들은 폭이 조절된 2D 씨드의 길이 조절된 CDSA를 통해 폭과 길이가 동시에 조절된 2D 나노시트 생성 환경 조성에 성공하였다. Interestingly, uniaxial living 2D CDSA occurred regardless of CMC 50%, and the length increased linearly with the U/S ratio. First, the length control of the 2D seed of 0% SMC with a width of 970 nm was successful from 1,890 nm to 4,160 nm (FIGS. 9a to 9g). The length control of the 850 nm wide 2D seed was successful from 3,300 nm to 5,300 nm (Figs. 10a to 10f). The length control of the 650 nm wide 2D seed was successful from 5,100 nm to 8,000 nm (Figs. 11a to 11d). Finally, the length control of the 2D seed with a width of 510 nm was successful from 1,700 nm to 4,900 nm (FIGS. 12a to 12f). The present inventors have succeeded in creating an environment for generating 2D nanosheets with both width and length controlled through length-controlled CDSA of 2D seeds with controlled width.

결과적으로, SMC%에 따라 7 가지 2D 씨드 구조의 형성이 가능하여, (100) 방향으로 폭은 970 nm 내지 230 nm까지 조절이 가능하였으며, 이때 (010) 방향으로 길이는 570 nm 내지 3,220 nm 범위로 나타났다. 추가적으로, U/S 비율 조절 하에, 2D CDSA 과정을 통해 970 nm 내지 510 nm의 폭을 가진 2D 씨드를 기반으로 평균적으로 2 μm 내지 8 μm의 길이 조절이 가능하였다. 이에 따른 전반적인 2D 나노시트의 폭 및 길이 조절 결과를 도 13에 나타내었다. 상기 결과는 2D 조립 공정 및 폭과 길이 제어에 대한 깊은 이해를 바탕으로 더 정교하게 설계된 나노 구조체를 구성하는데 사용할 수 있는 전략들의 조합의 훌륭한 예를 보여준다As a result, it is possible to form 7 types of 2D seed structures depending on the SMC%, and the width in the (100) direction can be adjusted from 970 nm to 230 nm, and the length in the (010) direction ranges from 570 nm to 3,220 nm. appeared as Additionally, under the U/S ratio control, the average length could be adjusted from 2 μm to 8 μm based on the 2D seed with a width of 970 nm to 510 nm through the 2D CDSA process. 13 shows the overall results of adjusting the width and length of the 2D nanosheet. The above results provide an excellent example of a combination of strategies that can be used to construct more elaborately designed nanostructures based on a deep understanding of the 2D assembly process and width and length control.

4. 결론4. Conclusion

결론적으로, 본 발명자들은 단일축 씨드-성장 접근법에 의해 반결정질 컨쥬게이션된 호모폴리머로부터 날카로운 모서리를 갖는 균일한 반도체 2D 직사각형의 형성을 성공적으로 제조하였다. 이 흥미로운 방향-선택성 조립은 처음으로 2D CDSA를 통해 좁은 분산도로 2D 직사각형의 길이를 제어 할 수 있게 하였다. 이러한 호모폴리머로부터의 단일축 성장을 이용하여, 2D 성장 동역학 연구는 호모폴리머 자기-조립이 리빙 중합과 유사한 이상적인 1 차 동역학을 따름을 보여주었다. 이러한 결과는 쉘 블록 또는 백본 체인 폴딩의 형태적 효과와 같은 방해 요소가 제거되었기 때문에, 폴리머 자기-조립이 이상적인 결정화를 따름을 나타낸다. 마지막으로, 2D CDSA는 다양한 크기의 P2를 사용하여 여러 가지 복잡하지만 잘 제어된 penta-BCM을 제조했다. 궁극적으로, 본 발명자들은 성장 동역학에 대한 이해를 바탕으로 원-샷 BCM 형성에 성공했으며, 이는 자기-조립 조건을 최적화하기 위한 훌륭한 가이드라인을 제공했다. 이러한 정밀하게 제어되는 균일한 형광 2D 나노 구조체는 광전자 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.In conclusion, we have successfully fabricated the formation of uniform semiconductor 2D rectangles with sharp corners from semi-crystalline conjugated homopolymers by a uniaxial seed-growth approach. This intriguing directionally-selective assembly allows control of the length of 2D rectangles with narrow dispersion via 2D CDSA for the first time. Using uniaxial growth from these homopolymers, 2D growth kinetics studies have shown that homopolymer self-assembly follows idealized first-order kinetics similar to living polymerization. These results indicate that the polymer self-assembly follows an ideal crystallization since the morphological effects of shell block or backbone chain folding are removed. Finally, 2D CDSA fabricated several complex but well-controlled penta-BCMs using different sizes of P2. Ultimately, we succeeded in one-shot BCM formation based on our understanding of growth kinetics, which provided an excellent guideline for optimizing self-assembly conditions. These precisely controlled, homogeneous fluorescent 2D nanostructures have great potential for optoelectronic applications.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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 수도 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application. .

Claims (20)

하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머; 및
하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머
를 포함하는, 2 차원 폴리머 나노시트:
[화학식 1]
Figure 112021042150762-pat00014
;
[화학식 2]
Figure 112021042150762-pat00015
;
[화학식 3]
Figure 112021042150762-pat00016
;
상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서,
R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며,
R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며,
Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고,
m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고,
n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고,
q는 5 내지 70의 정수임.
a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below; and
Homopolymer represented by the following formula (3)
Two-dimensional polymer nanosheets containing:
[Formula 1]
Figure 112021042150762-pat00014
;
[Formula 2]
Figure 112021042150762-pat00015
;
[Formula 3]
Figure 112021042150762-pat00016
;
In Formula 1, Formula 2 and Formula 3,
R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group;
When one or more of R 1 to R 3 is substituted, it is substituted with -SiR a R b R c ,
R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group;
m and o are each independently an integer from 20 to 70;
n and p are each independently an integer from 5 to 70;
q is an integer from 5 to 70;
제 1 항에 있어서,
R1 및 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, iso-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, sec-펜틸기, 3-펜틸기, iso-펜틸기, tert-펜틸기, neo-펜틸기, sec-이소펜틸기, 2-메틸부틸기, n-헥실기, sec-헥실기, 3-헥실기, iso-헥실기, tert-헥실기, sec-이소헥실기, 3-이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 3,3-다이메틸부틸기, 3-에틸부틸기, 2,2-다이메틸부틸기, n-헵틸기, iso-헵틸기, neo-헵틸기, tert-헵틸기, sec-헵틸기, n-옥틸기, iso-옥틸기, 또는 2-에틸헥실기인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
R 1 and R 3 are each independently a substituted or unsubstituted methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an iso-butyl group, a tert-butyl group , n-pentyl group, sec-pentyl group, 3-pentyl group, iso-pentyl group, tert-pentyl group, neo-pentyl group, sec-isopentyl group, 2-methylbutyl group, n-hexyl group, sec- Hexyl group, 3-hexyl group, iso-hexyl group, tert-hexyl group, sec-isohexyl group, 3-isohexyl group, 2-methylpentyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 3-ethylbutyl group , 2,2-dimethylbutyl group, n-heptyl group, iso-heptyl group, neo-heptyl group, tert-heptyl group, sec-heptyl group, n-octyl group, iso-octyl group, or 2-ethylhexyl A practical, two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
R2는, 치환 또는 비치환된, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, sec-펜틸기, 3-펜틸기, iso-펜틸기, tert-펜틸기, neo-펜틸기, sec-이소펜틸기, 2-메틸부틸기, n-헥실기, sec-헥실기, 3-헥실기, iso-헥실기, tert-헥실기, sec-이소헥실기, 3-이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 3,3-다이메틸부틸기, 3-에틸부틸기, 또는 2,2-다이메틸부틸기인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
R 2 is a substituted or unsubstituted methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, sec -Pentyl group, 3-pentyl group, iso-pentyl group, tert-pentyl group, neo-pentyl group, sec-isopentyl group, 2-methylbutyl group, n-hexyl group, sec-hexyl group, 3-hexyl group , iso-hexyl group, tert-hexyl group, sec-isohexyl group, 3-isohexyl group, 2-methylpentyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 3-ethylbutyl group, or 2,2-di A methylbutyl group, a two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
상기 -SiRaRbRc는 -SiMe3, -SiEt3, -SiPr3, -SiBu3, -SiEtMe2, -SiEt2Me, -SiMe2Pr, -SiMePr2, -SiBuMe2, -SiBu2Me, -SiEt2Pr, -SiEtPr2, -SiBuEt2, -SiBu2Et, -SiBuPr2, 또는 -SiBu2Pr인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
-SiR a R b R c is -SiMe 3 , -SiEt 3 , -SiPr 3 , -SiBu 3 , -SiEtMe 2 , -SiEt 2 Me, -SiMe 2 Pr, -SiMePr 2 , -SiBuMe 2 , -SiBu 2 Me, -SiEt 2 Pr, -SiEtPr 2 , -SiBuEt 2 , -SiBu 2 Et, -SiBuPr 2 , or -SiBu 2 Pr, a two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
상기 2 차원 폴리머 나노시트의 폭(100)은 100 nm 내지 10 μm인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
The width (100) of the two-dimensional polymer nanosheet is from 100 nm to 10 μm, the two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
상기 2 차원 폴리머 나노시트의 길이(010)는 500 nm 내지 20 μm인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
The length (010) of the two-dimensional polymer nanosheet is from 500 nm to 20 μm, the two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
상기 2 차원 폴리머 나노시트의 높이는 1 nm 내지 500 nm인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
The height of the two-dimensional polymer nanosheet is from 1 nm to 500 nm, the two-dimensional polymer nanosheet.
제 1 항에 있어서,
상기 2 차원 폴리머 나노시트는 전도성 및/또는 형광성을 갖는, 2 차원 폴리머 나노시트.
According to claim 1,
The two-dimensional polymer nanosheet has conductivity and / or fluorescence, the two-dimensional polymer nanosheet.
(a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로서 표시되는 블록 코폴리머 및 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 혼합하여 2 차원 씨드를 수득하고; 및
(b) 상기 2 차원 씨드에 하기 화학식 3으로서 표시되는 호모폴리머를 포함하는 유니머를 첨가하여 2 차원 폴리머 나노시트를 수득하는 것
을 포함하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법:
[화학식 1]
Figure 112021042150762-pat00017
;
[화학식 2]
Figure 112021042150762-pat00018
;
[화학식 3]
Figure 112021042150762-pat00019
;
상기 화학식 1, 상기 화학식 2 및 상기 화학식 3에서,
R1 내지 R3는, 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형의 C1-8 알킬기이며,
R1 내지 R3 중 하나 이상이 치환되는 경우, -SiRaRbRc로 치환되며,
Ra, Rb 및 Rc는, 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형의 C1-4 알킬기이고,
m 및 o는, 각각 독립적으로, 20 내지 70의 정수이고,
n 및 p는, 각각 독립적으로, 5 내지 70의 정수이고,
q는 5 내지 70의 정수임.
(a) obtaining a two-dimensional seed by mixing a block copolymer represented by Formula 1 or Formula 2 below and a homopolymer represented by Formula 3 below; and
(b) obtaining a two-dimensional polymer nanosheet by adding a unomer containing a homopolymer represented by Formula 3 below to the two-dimensional seed
A method for producing a two-dimensional polymer nanosheet according to any one of claims 1 to 8, comprising:
[Formula 1]
Figure 112021042150762-pat00017
;
[Formula 2]
Figure 112021042150762-pat00018
;
[Formula 3]
Figure 112021042150762-pat00019
;
In Formula 1, Formula 2 and Formula 3,
R 1 to R 3 are each independently a substituted or unsubstituted linear or branched C 1-8 alkyl group;
When one or more of R 1 to R 3 is substituted, it is substituted with -SiR a R b R c ,
R a , R b and R c are each independently a linear or branched C 1-4 alkyl group;
m and o are each independently an integer from 20 to 70;
n and p are each independently an integer from 5 to 70;
q is an integer from 5 to 70;
제 9 항에 있어서,
(a)에서, 상기 2 차원 씨드는 상기 블록 코폴리머와 상기 호모폴리머의 공동-조립(co-assembly)에 의해 형성되는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
In (a), the two-dimensional seed is formed by co-assembly of the block copolymer and the homopolymer, the method for producing a two-dimensional polymer nanosheet.
제 9 항에 있어서,
(b)에서, 상기 2 차원 폴리머 나노시트는 씨드-성장에 의해 형성되는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
In (b), the two-dimensional polymer nanosheet is a method of producing a two-dimensional polymer nanosheet that is formed by seed-growth.
제 11 항에 있어서,
상기 씨드-성장은 1차 반응인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 11,
The seed-growth is a method for producing a two-dimensional polymer nanosheet that is a primary reaction.
제 9 항에 있어서,
(a)는 제 1 용매 존재 하에서 수행되며,
(a)에서, 상기 제 1 용매와 상이한 제 2 용매를 첨가하여 상기 2 차원 씨드의 폭을 조절하는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
(a) is carried out in the presence of a first solvent;
In (a), by adding a second solvent different from the first solvent to adjust the width of the two-dimensional seed, a method for producing a two-dimensional polymer nanosheet.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 용매는 클로로포름, 다이클로로메탄, 및 테트라하이드로퓨란에서 선택되는 하나 이상이며,
상기 제 2 용매는 메틸 클로라이드, 다이클로로메탄, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 및 오쏘-다이클로로벤젠서 선택되는 하나 이상인 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 13,
The first solvent is at least one selected from chloroform, dichloromethane, and tetrahydrofuran,
The second solvent is at least one selected from methyl chloride, dichloromethane, chloroform, tetrahydrofuran, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and ortho-dichlorobenzene, a method for producing a two-dimensional polymer nanosheet.
제 9 항에 있어서,
(b)에서, 상기 유니머 대 상기 씨드의 질량비에 따라 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 길이를 조절하는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
In (b), to adjust the length of the two-dimensional polymer nanosheet according to the mass ratio of the unomer to the seed, a method for producing a two-dimensional polymer nanosheet.
제 9 항에 있어서,
(b)에서, 첨가되는 상기 유니머의 중합도에 따라 상기 2 차원 폴리머 나노시트의 높이를 조절하는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
In (b), to adjust the height of the two-dimensional polymer nanosheet according to the degree of polymerization of the unimers to be added, a method for producing a two-dimensional polymer nanosheet.
제 16 항에 있어서,
2 가지 이상의 중합도가 서로 상이한 상기 유니머를 첨가하여 블록 코미셸을 형성하는 것인, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
A method for producing a two-dimensional polymer nanosheet, wherein a block comichel is formed by adding the unomers having two or more different degrees of polymerization.
제 9 항에 있어서,
(a) 및/또는 (b)에 가열 단계 및/또는 숙성 단계를 추가 포함하는, 2 차원 폴리머 나노시트의 제조 방법.
According to claim 9,
A method for producing a two-dimensional polymer nanosheet, further comprising a heating step and/or aging step in (a) and/or (b).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 2 차원 폴리머 나노시트를 포함하는, 디바이스.
A device comprising the two-dimensional polymer nanosheet according to any one of claims 1 to 8.
제 19 항에 있어서,
상기 디바이스는 트랜지스터, 센서, 이미징 에이전트, 발광 다이오드, 광전지, 또는 전도성 디스플레이인 것인, 디바이스.
According to claim 19,
Wherein the device is a transistor, sensor, imaging agent, light emitting diode, photovoltaic cell, or conductive display.
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