KR102601057B1 - Multifunctional Supramolecular Hybrids Encompassing Hierarchical Self-Ordering of Metal-Organic Framework Nanoparticles, and Method of Preparing same - Google Patents

Multifunctional Supramolecular Hybrids Encompassing Hierarchical Self-Ordering of Metal-Organic Framework Nanoparticles, and Method of Preparing same Download PDF

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Abstract

구리 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠의 반응 생성물인 초분자 금속-유기구조체 물질, 그 제조 방법, 상기 물질을 포함하는 성형품, 및 상기 성형품을 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이다.
A supramolecular metal-organic structure material that is a reaction product of a copper compound, a trialkylamine represented by the following formula (1), and benzene substituted with three or more carboxyl groups, a manufacturing method thereof, a molded article containing the material, and an electronic material containing the molded article It's about devices.
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and are each independently a C1 to C10 alkyl group.

Description

계층적 자가배열 금속-유기구조체 나노입자를 포함하는 다기능성 초분자 하이브리드, 및 그의 제조 방법 {Multifunctional Supramolecular Hybrids Encompassing Hierarchical Self-Ordering of Metal-Organic Framework Nanoparticles, and Method of Preparing same}Multifunctional Supramolecular Hybrids Encompassing Hierarchical Self-Ordering of Metal-Organic Framework Nanoparticles, and Method of Preparing same}

계층적 자가배열 금속-유기구조체 나노입자를 포함하는 다기능성 초분자 하이브리드, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a multifunctional supramolecular hybrid containing hierarchical self-aligned metal-organic structure nanoparticles, and a method for manufacturing the same.

금속-유기구조체(MOFs)는 자기조립성 분자 건축 블록들을 통한 반복되는 대칭 단위들로 이루어지는 3 차원으로 확장된 구조를 포함하는 무기-유기 하이브리드 물질이다(Nature 2003, 423, 705-714; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2334-2375). MOFs 또는 다공성 배위중합체(PCPs: porous coordination polymers)들은 다수의 배위 유기 링커 및 금속 이온들을 채용함으로써 다양한 작용성의 결정성 (다공성 또는 비다공성) 물질을 제조하기 위해 설계될 수 있고, 이는 많은 화학적 및 물리적 특성들로 결과된다. MOFs는 보통 약 1,000 m2/g을 초과하는 매우 큰 내부 표면적을 가지는 3 차원 결정성 나노기공 구조를 포함한다.Metal-organic frameworks (MOFs) are inorganic-organic hybrid materials containing three-dimensional extended structures composed of repeating symmetric units through self-assembled molecular building blocks (Nature 2003, 423, 705-714; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2334-2375). MOFs, or porous coordination polymers (PCPs), can be designed to prepare crystalline (porous or non-porous) materials of various functionalities by employing multiple coordinating organic linkers and metal ions, which can lead to many chemical and physical properties. It results in characteristics. MOFs contain three-dimensional crystalline nanoporous structures with very large internal surface areas, usually exceeding about 1,000 m 2 /g.

MOFs의 설계가능성으로 인해, 연구자들은 가스 분리/저장, 연료전지, 광학센서, 다공성 자성체, 입체이성질체의 분리/촉매, 광촉매, 분자체(molecular sieving) 등에 적용하기 위한 새로운 물질들을 제조할 수 있게 되었다(Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191-214; Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1284-1293). The design potential of MOFs allows researchers to fabricate new materials for applications in gas separation/storage, fuel cells, optical sensors, porous magnetic materials, stereoisomer separation/catalysis, photocatalysis, and molecular sieving. (Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191-214; Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1284-1293).

MOFs는 보통 단결정 물질로 얻어지기 때문에, 합성 조건이 결과물의 물리-화학적 성질에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 온도, 압력, 용매, 및 pH 조건 등을 변화시킴으로써, MOF 물질에 대한 연구는 결정구조, 입자크기, 및 배위 모드 (궁극적으로 최종 산물의 형성학적 특징을 결정짓는 것들) 등에 있어서의 현격한 변화를 보여준다 (Chem. Comm. 2006, 46, 4780-4795). Because MOFs are usually obtained as single crystalline materials, synthesis conditions have a significant impact on the physico-chemical properties of the resulting product. For example, by varying temperature, pressure, solvent, and pH conditions, the study of MOF materials allows for changes in crystal structure, particle size, and coordination mode (which ultimately determine the formative properties of the final product). It shows remarkable changes (Chem. Comm. 2006, 46, 4780-4795).

단결정 물질임에도 불구하고, MOFs에 기초한 일부 새로운 물질들은 최근 몇 년 사이에 제조되었다. 예를 들어, 폴리머 블렌드 또는 양자점 도핑된 MOF 복합체가, 가스 분리/저장 또는 촉매/자석/광학적 용도에 대한 호스트 물질로서의 개선된 성능을 위한 향상된 기계적 및 광학적 특성들을 가지는 것으로 보고되었다 (Energy & Environmental Science 2010, 3, 343-351; Nat. Chem. 2012, 4.4, 310-316). Despite being single-crystal materials, several new materials based on MOFs have been fabricated in recent years. For example, polymer blends or quantum dot doped MOF composites have been reported to have improved mechanical and optical properties for improved performance as host materials for gas separation/storage or catalytic/magnetic/optical applications (Energy & Environmental Science 2010, 3, 343-351; Nat. Chem. 2012, 4.4, 310-316).

최근, 전기적 용도를 가지는 박막 내 MOFs가 개발되었다 (US 20140045074 A1; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6543-6547; Science 2014, 343, 66-69; J. Phys. Chem. C 2014, 118, 16328-16334). 놀랍게도, HKUST-1으로 명명되고(Hong Kong University of Science and Technology-1)(Science 1999, 283, 1148-50), 또한 Cu-BTC 또는 Basolite™C300(BASF 상품명)으로도 알려진 MOF 물질은 쉽게 접근가능한 미세다공성 구조 및 개방된 구리(Cu) 금속 위치로 인해 다양한 잠재적인 응용가능성을 제공한다. 또한, HKUST-1은 약 2,100 m2/g 이라는 큰 내부 표면적을 특징으로 한다. 최근의 연구는 가스 저장/분리 외 HKUST-1의 다른 분야, 예를 들어, 양성자 전도성, 전기전도성, 화학분리, Li-S 전지, 전기방사 작용성 섬유, 및 독성이온 포집 등 분야에서의 수많은 중요한 구조적 특성들을 보여준다.Recently, MOFs in thin films with electrical applications have been developed (US 20140045074 A1; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6543-6547; Science 2014, 343, 66-69; J. Phys. Chem. C 2014 , 118, 16328-16334). Surprisingly, the MOF material, named HKUST-1 (Hong Kong University of Science and Technology-1) (Science 1999, 283, 1148-50) and also known as Cu-BTC or Basolite™C300 (BASF trade name), is easily accessible. Due to the possible microporous structure and open copper (Cu) metal sites, it offers a variety of potential applications. Additionally, HKUST-1 features a large internal surface area of approximately 2,100 m 2 /g. Recent research has shown numerous important applications in other areas of HKUST-1 besides gas storage/separation, such as proton conductivity, electrical conductivity, chemical separation, Li-S cells, electrospun functional fibers, and toxic ion capture. Shows structural characteristics.

하이브리드 물질 관련 현존 방법들에 대한 제한 요소는 다음과 같이 요약할 수 있다:The limiting factors for existing methods involving hybrid materials can be summarized as follows:

종래의 합성 방법은 전형적으로 유기 링커 및 금속 이온 용액을 포함하여 수일 내지 1 주 정도의 시간을 요하는 수열처리(hydrothermal) 또는 용매열처리(solvothermal) 반응을 필요로 한다. Conventional synthesis methods typically require hydrothermal or solvothermal reactions involving organic linkers and metal ion solutions that take several days to one week.

1. 광학적/촉매적/자기적 및 다른 작용성 특성들을 결정하기 위한 결정적인 변수는 MOF 물질의 입자 크기에 달려 있다. 그러나, 종래의 수열처리 반응은 정확한 MOF 입자 크기를 미세하게 조절할 수가 없고, 따라서 보다 넓게 분포된 마이크론 크기 입자들을 생성하게 된다. 1. A critical parameter for determining optical/catalytic/magnetic and other functional properties depends on the particle size of the MOF material. However, the conventional hydrothermal treatment reaction cannot finely control the exact MOF particle size, and thus produces more widely distributed micron-sized particles.

2. 박막 형태의 MOFs를 제조하는 것은 비용을 요하는 자가조립 단층(SAMs; self-assembled monolayers)을 사용해야 하는데, 이 방법은 대면적 생산은 불가능하다 (Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1418-1429; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 24642472; Chem. Comm. 2012, 48, 11901-11903).2. Manufacturing thin-film MOFs requires the use of self-assembled monolayers (SAMs), which are expensive, and this method is impossible for large-area production (Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1418 -1429; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 24642472; Chem. Comm. 2012, 48, 11901-11903).

3. 다수의 MOF 물질은 도전성이 낮다. MOF 결정립계와 구조체 내에서의 국소적인 하전(열등한 전자 비편재화: poor electron delocalization)이라는 두 가지 중요한 요소가 MOFs에 있어서의 약한 전하 이동의 원인이며, 이는 반도체 또는 절연체를 형성한다 (Science 2014, 343, 66-69).3. Many MOF materials have low conductivity. Two important factors, MOF grain boundaries and local charges (poor electron delocalization) within the structure, are responsible for the weak charge transfer in MOFs, forming semiconductors or insulators (Science 2014, 343, 66-69).

4. 외부의 전자-풍부 게스트(예를 들어, 테트라시아노퀴노디메탄 (TCNQ))의 도움으로 HKUST-1에서의 금속 중심으로부터의 전하 이동을 보여주는 것이 MOFs를 전기적 도전체로 전환할 수 있음을 보여준다고는 하지만 (Science 2014, 343, 66-69), 측정된 도전성은 두 전극 사이의 거리가 100 ㎛라는 짧은 간격 거리를 벗어나 증가하는 경우 급격히 감소한다. 이는 다양한 분야에서의 MOF 박막의 실질적인 응용을 제한하는 중요한 한계가 된다. 4. Demonstration of charge transfer from the metal center in HKUST-1 with the help of an external electron-rich guest (e.g., tetracyanoquinodimethane (TCNQ)) can transform MOFs into electrical conductors. Although shown (Science 2014, 343, 66-69), the measured conductivity decreases sharply when the distance between the two electrodes increases beyond the short gap distance of 100 ㎛. This is an important limitation that limits the practical application of MOF thin films in various fields.

일 구현예는 조절 가능한 물리적 및 화학적 특성을 가지는 새로운 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질을 제공하고자 한다.One embodiment seeks to provide a new supramolecular metal-organic framework (MOF) material with controllable physical and chemical properties.

다른 구현예는 상기 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질의 제조 방법을 제공하고자 한다.Another embodiment seeks to provide a method for manufacturing the supramolecular metal-organic framework (MOF) material.

또 다른 구현예는 상기 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질을 포함하는 성형품을 제공하고자 한다. Another embodiment seeks to provide a molded article containing the supramolecular metal-organic framework (MOF) material.

또 다른 구현예는 상기 성형품을 포함하는 전자기기를 제공하고자 한다. Another embodiment seeks to provide an electronic device including the molded product.

일 구현예에서는 조절 가능한 물리적 및 화학적 특성을 가지는 새로운 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질을 제공한다.One embodiment provides a new supramolecular metal-organic framework (MOF) material with tunable physical and chemical properties.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 구리 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠의 반응 생성물일 수 있다.The supramolecular metal-organic structure material may be a reaction product of a copper compound, a trialkylamine represented by the following formula (1), and benzene substituted with three or more carboxyl groups.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기일 수 있다.R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different from each other and may each independently be a C1 to C10 alkyl group.

상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)일 수 있다. The copper compound may be copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ).

상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민은 트리에틸아민(NEt3)일 수 있다.The trialkylamine represented by Formula 1 may be triethylamine (NEt 3 ).

상기 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠은 1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)일 수 있다. The benzene substituted with three or more carboxyl groups may be 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC).

상기 반응은 비수성 유기 용매 내에서 이루어질 수 있다.The reaction can be carried out in a non-aqueous organic solvent.

상기 비수성 유기 용매는 C1-C10 알칸올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트라이미드(DMAc), 아세토니트릴(ACN), 톨루엔, 디옥산, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤(MEK), 피리딘, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The non-aqueous organic solvent is C1-C10 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diethylformamide (DEF), N,N-dimethylacetrimide (DMAc), acetonitrile (ACN), toluene, dioxane, chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, or a combination thereof.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 졸(sol) 상태일 수 있다.The supramolecular metal-organic structure material may be in a sol state.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 겔(gel) 상태일 수 있다.The supramolecular metal-organic structure material may be in a gel state.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 점탄성(viscoelastic) 물질일 수 있다.The supramolecular metal-organic structure material may be a viscoelastic material.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 나노입자 형태일 수 있다. The supramolecular metal-organic structure material may be in the form of nanoparticles.

상기 초분자 금속-유기구조체 물질은 층상(lamella) 구조를 포함할 수 있다. The supramolecular metal-organic structure material may include a lamella structure.

다른 구현예에서는 상기 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment provides a method for manufacturing the supramolecular metal-organic framework (MOF) material.

상기 제조 방법은 구리 화합물, 상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 비수성 유기 용매 내에서 반응시키는 것을 포함할 수 있다.The production method may include reacting a copper compound, a trialkylamine represented by Formula 1, and benzene substituted with three or more carboxyl groups in a non-aqueous organic solvent.

상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)일 수 있다. The copper compound may be copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ).

상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민은 트리에틸아민(NEt3)일 수 있다.The trialkylamine represented by Formula 1 may be triethylamine (NEt 3 ).

상기 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠은 1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)일 수 있다. The benzene substituted with three or more carboxyl groups may be 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC).

상기 비수성 유기 용매는 C1-C10 알칸올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트라이미드(DMAc), 아세토니트릴(ACN), 톨루엔, 디옥산, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤(MEK), 피리딘, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The non-aqueous organic solvent is C1-C10 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diethylformamide (DEF), N,N-dimethylacetrimide (DMAc), acetonitrile (ACN), toluene, dioxane, chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, or a combination thereof.

상기 비수성 유기 용매는 메탄올 또는 에탄올일 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be methanol or ethanol.

상기 비수성 유기 용매는 디메틸설폭사이드(DMSO)일 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be dimethyl sulfoxide (DMSO).

상기 비수성 유기 용매는 N,N-디메틸포름아미드(DMF)일 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be N,N-dimethylformamide (DMF).

상기 비수성 유기 용매는 아세토니트릴(ACN)일 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be acetonitrile (ACN).

상기 제조 방법은 졸(sol) 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법일 수 있다.The manufacturing method may be a method of manufacturing a supramolecular metal-organic structure material in a sol state.

상기 졸(sol) 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법은 상기 구리 화합물을 포함하는 용액과, 상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 포함하는 용액을 반응시키는 것을 포함할 수 있다.The method for producing the supramolecular metal-organic structure material in the sol state involves reacting a solution containing the copper compound with a solution containing a trialkylamine represented by Formula 1 and benzene substituted with three or more carboxyl groups. may include

상기 제조 방법은 겔(gel) 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법일 수 있다.The manufacturing method may be a method of manufacturing a gel-state supramolecular metal-organic structure material.

상기 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법은 상기 제조된 졸 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질에 열을 가하거나, 또는 일정 시간 방치하는 것을 포함할 수 있다. The method for producing the gel-state supramolecular metal-organic structure material may include applying heat to the prepared sol-state supramolecular metal-organic structure material or leaving it to stand for a certain period of time.

상기 제조 방법은 점탄성(viscoelastic) 물질인 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법일 수 있다.The manufacturing method may be a method of manufacturing a supramolecular metal-organic structure material, which is a viscoelastic material.

상기 점탄성(viscoelastic) 물질인 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법은 상기 제조된 겔 상태의 금속-유기구조체 물질을 일정 시간 방치하는 것을 포함할 수 있다. The method of manufacturing the supramolecular metal-organic structure material, which is a viscoelastic material, may include leaving the prepared gel-state metal-organic structure material for a certain period of time.

상기 제조 방법은 나노입자 형태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법일 수 있다. The manufacturing method may be a method of manufacturing a supramolecular metal-organic structure material in the form of nanoparticles.

상기 나노입자 형태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법은 상기 제조된 겔 상태의 금속-유기구조체 물질을 건조하는 것을 포함할 수 있다. The method for producing the nanoparticle-type supramolecular metal-organic structure material may include drying the prepared gel-state metal-organic structure material.

또 다른 구현예는 상기 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질을 포함하는 성형품을 제공하고자 한다. Another embodiment seeks to provide a molded article containing the supramolecular metal-organic framework (MOF) material.

상기 성형품은 필름 형태일 수 있다.The molded article may be in a film form.

또 다른 구현예는 상기 성형품을 포함하는 전자기기를 제공하고자 한다.Another embodiment seeks to provide an electronic device including the molded article.

본 구현예에 따른 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: MOF) 물질은 용이한 방법으로 제조 가능하며, 조절 가능한 물리적, 화학적, 및 기계적 특성을 가진다. 상기 물질은 다중 자극(multi-stimuli)에 대해 반응성이며, 다양한 3 차원 형상으로의 성형이 용이하다. 이에 따라, 다양한 분야에서의 상기 물질의 적용이 기대된다.The supramolecular metal-organic framework (MOF) material according to this embodiment can be manufactured by an easy method and has controllable physical, chemical, and mechanical properties. The material is responsive to multi-stimuli and can be easily molded into various three-dimensional shapes. Accordingly, application of the material in various fields is expected.

도 1은 상이한 유기 용매들을 사용하여 Cu 및 BTC 시스템으로부터 제조된 초분자 MOF 하이브리드 겔(MOG)들을 보여주는 사진으로, 도면에서 G는 겔(gel)을 나타내고, ACN은 아세토니트릴(Acetonitrile), DMF는 N,N-디메틸 포름아미드(N, N-Dimethyl Formamide), DMSO는 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), ETH는 에탄올(Ethanol), MEH는 메탄올(Methanol)을 나타낸다.
도 2는 DMSO 용매에서 제조된 MOG의 다자극(multi-stimuli) 반응성 졸-겔 변환 과정을 보여주는 사진이다.
도 3은 ACN 용매에서 제조된 MOG의 점탄성 물질로의 상 변화를 보여주는 개략도이다.
도 4는 ACN 용매에서 제조된 MOG(a), 및 그로부터 형성된 점탄성 물질(b)의 SEM 이미지이다.
도 5는 DMSO 용매에서 제조된 MOG의 SEM 이미지이다.
도 6은 메탄올(MEH) 용매에서 제조된 MOG의 SEM 이미지이다.
도 7은 DMF 용매에서 제조된 MOG의 SEM 이미지이다.
도 8은 에탄올(ETH) 용매에서 제조된 MOG의 SEM 이미지이다.
도 9는 두 반응물 중 하나가 다른 하나 위로 층상화되어 얻어진 메탄올 용매에서 제조된 MOG(G?MEH)의 층상구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 10a는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 저장탄성률(G')을 보여주는 그래프이다.
도 10b는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 손실탄성률(G")을 보여주는 그래프이다.
도 10c는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 전단탄성률(G)을 보여주는 그래프이다.
도 10d는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 주파수에 따른 손실탄젠트(tanδ) 값을 나타내는 그래프이다.
도 10e 및 도 10f는 G⊃DMSO 샘플에 대하여 수행한 다이나믹 변형 스위프 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 G⊃ACN 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 얻어진 저장탄성률(G')을 보여주는 그래프이다.
도 11b는 G⊃ACN 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 얻어진 손실탄성률(G")을 보여주는 그래프이다.
도 11c는 G⊃ACN 제조 후 약 1 시간 후, 약 24시간 후, 약 48시간 후, 및 약 72시간 후에 얻어진 주파수에 따른 손실탄젠트(tanδ) 값을 나타내는 그래프이다.
도 11d는 G⊃ACN 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 얻어진 전단탄성률(G)을 보여주는 그래프이다.
도 11e는 G⊃ACN의 점탄성 물질에 대하여 수행한 다이나믹 변형 스위프 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11f는 G⊃ACN 제조 후 약 24시간 후와 약 72 시간 후의 일정 응력 크리프 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 초분자 MOF 하이브리드 겔들(MOG)의 전압 대비 전류 (I-V) 그래프로서, 도 12 (b)는 도 12 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 보다 높은 주파수 범위(inset)에서 확장된 영역을 가지는 G?ETH의 나이퀴스트 선도(Nyquist plots)로서, 도 13 (b)는 도 13 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 G?ACN으로부터 유도된 점탄성 하이브리드 물질의 나이퀴스트 선도(Nyquist plots)로서, 도 14 (b)는 도 14 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 15는 초분자 금속-유기구조체 하이드리드 겔(MOG)을 상온에서 오랜 시간 건조시킨 경우, 겔이 하이브리드 섬유 내에 함침된 구상의 나노크기의 금속-유기구조체 하이브리드 입자로 된 것을 보여주는 사진이다.
도 16은, 도 15에 나타난 겔을 극성 유기 용매에 1 분 미만 침지하여 겔의 섬유들이 모두 파괴되고 순수한 금속-유기구조체 나노결정을 생성한 것을 보여주는 사진이다.
도 17은 좌측으로부터 우측으로 갈수록 증가하는 두께를 가지는, 졸-겔 방법으로 얻어진 유리 기판 상에 증착된 MOF 박막을 나타내는 사진이다.
도 18은 초분자 금속-유기구조체 나노입자 현탁액으로부터 딥 코팅을 사용하여 유리 기판 위에 증착한 MOF 박막을 보여주는 사진이다.
도 19는 도 18에서 제조된 박막을 100℃로 가열하고, 또한 이를 다시 상온으로 냉각함에 따라 나타나는 가역적 색 변화를 보여주는 사진이다.
도 20은 도 18에서 제조된 박막의 표면 형상을 나타내는 사진이다.
도 21은 도 20에서 가로선으로 표시한 영역의 표면 거칠기를 AFM 토포그래피로 분석한 프로파일이다.
도 22는 도 18에서 제조한 박막의 결정 구조를 확인하는 2D X-선 회절 그래프로서, 아래 그래프는 초분자 금속-유기구조체 나노입자가 증착되지 않은 박막 자체의 2D X-선 회절 그래프이고, 1로 표시한 그래프는 초분자 금속-유기구조체 나노입자가 증착된 박막의 2D X-선 회절을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 23은 초분자 MOF 하이브리드 겔(MOG) 샘플들의 전기전도성을 측정하기 위한 세팅을 보여주는 사진이다.
Figure 1 is a photograph showing supramolecular MOF hybrid gels (MOGs) prepared from Cu and BTC systems using different organic solvents, where G represents gel, ACN represents acetonitrile, and DMF represents N. , N-Dimethyl Formamide (N, N-Dimethyl Formamide), DMSO stands for Dimethyl Sulfoxide, ETH stands for Ethanol, and MEH stands for Methanol.
Figure 2 is a photograph showing the multi-stimuli responsive sol-gel conversion process of MOG prepared in DMSO solvent.
Figure 3 is a schematic diagram showing the phase change of MOG prepared in ACN solvent to a viscoelastic material.
Figure 4 is an SEM image of MOG prepared in ACN solvent (a) and viscoelastic material formed therefrom (b).
Figure 5 is an SEM image of MOG prepared in DMSO solvent.
Figure 6 is an SEM image of MOG prepared in methanol (MEH) solvent.
Figure 7 is an SEM image of MOG prepared in DMF solvent.
Figure 8 is an SEM image of MOG prepared in ethanol (ETH) solvent.
Figure 9 is an SEM image showing the layered structure of MOG(G?MEH) prepared in methanol solvent, obtained by layering one of the two reactants on top of the other.
Figure 10a is a graph showing the storage modulus (G') obtained 1 hour after manufacturing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG).
Figure 10b is a graph showing the loss modulus (G") obtained 1 hour after preparing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG).
Figure 10c is a graph showing the shear modulus (G) obtained 1 hour after preparing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG).
Figure 10d is a graph showing the loss tangent (tanδ) value according to frequency obtained 1 hour after manufacturing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG).
Figures 10e and 10f are graphs showing the results of dynamic deformation sweep measurements performed on a G⊃DMSO sample.
Figure 11a is a graph showing the storage modulus (G') obtained 1 hour, 24 hours, 48 hours, and 72 hours after manufacturing G⊃ACN.
Figure 11b is a graph showing the loss modulus (G") obtained 1 hour, 24 hours, 48 hours, and 72 hours after manufacturing G⊃ACN.
Figure 11c is a graph showing loss tangent (tanδ) values according to frequency obtained about 1 hour, about 24 hours, about 48 hours, and about 72 hours after manufacturing G⊃ACN.
Figure 11d is a graph showing the shear modulus (G) obtained 1 hour, 24 hours, 48 hours, and 72 hours after manufacturing G⊃ACN.
Figure 11e is a graph showing the results of dynamic deformation sweep measurements performed on a viscoelastic material of G⊃ACN.
Figure 11f is a graph showing the results of constant stress creep test after about 24 hours and about 72 hours after manufacturing G⊃ACN.
Figure 12 is a graph of voltage versus current (IV) of supramolecular MOF hybrid gels (MOG), and Figure 12 (b) is a graph showing an enlarged portion of a portion of Figure 12 (a).
Figure 13 is a Nyquist plot of G-ETH with an expanded area in a higher frequency range (inset), and Figure 13 (b) is a graph showing an enlarged portion of a portion of Figure 13 (a). .
Figure 14 is a Nyquist plot of a viscoelastic hybrid material derived from G?ACN, and Figure 14(b) is a graph showing an enlarged portion of a portion of Figure 14(a).
Figure 15 is a photograph showing that when supramolecular metal-organic structure hydride gel (MOG) was dried at room temperature for a long time, the gel became spherical nano-sized metal-organic structure hybrid particles impregnated within the hybrid fiber.
FIG. 16 is a photograph showing that the gel shown in FIG. 15 was immersed in a polar organic solvent for less than 1 minute, thereby destroying all of the gel fibers and generating pure metal-organic structure nanocrystals.
Figure 17 is a photograph showing a MOF thin film deposited on a glass substrate obtained by a sol-gel method, the thickness of which increases from left to right.
Figure 18 is a photograph showing a MOF thin film deposited from a supramolecular metal-organic structure nanoparticle suspension on a glass substrate using dip coating.
Figure 19 is a photograph showing the reversible color change that occurs when the thin film manufactured in Figure 18 is heated to 100°C and cooled back to room temperature.
Figure 20 is a photograph showing the surface shape of the thin film manufactured in Figure 18.
Figure 21 is a profile of the surface roughness of the area indicated by the horizontal line in Figure 20 analyzed by AFM topography.
Figure 22 is a 2D X-ray diffraction graph confirming the crystal structure of the thin film prepared in Figure 18, and the graph below is a 2D The graph shown is a graph simulating the 2D X-ray diffraction of a thin film on which supramolecular metal-organic structure nanoparticles are deposited.
Figure 23 is a photograph showing the setting for measuring the electrical conductivity of supramolecular MOF hybrid gel (MOG) samples.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. In the drawing, the thickness is enlarged to clearly express various layers and areas.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.When a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.

이하에서, 별도의 정의가 없는 한, "치환"이란, 화합물 중의 수소가 C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, C7 내지 C30의 알킬아릴기, C1 내지 C30의 알콕시기, C1 내지 C30의 헤테로알킬기, C3 내지 C30의 헤테로알킬아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C30의 사이클로알키닐기, C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기, 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 히드록시기(-OH), 니트로기(-NO2), 시아노기(-CN), 아미노기(-NRR' 여기서 R과 R'은 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6 알킬기임), 아지도기(-N3), 아미디노기(-C(=NH)NH2), 히드라지노기(-NHNH2), 히드라조노기(=N(NH2), 알데히드기(-C(=O)H), 카르바모일기(carbamoyl group, -C(O)NH2), 티올기(-SH), 에스테르기(-C(=O)OR, 여기서 R은 C1 내지 C6 알킬기 또는 C6 내지 C12 아릴기임), 카르복실기(-COOH) 또는 그것의 염(-C(=O)OM, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 술폰산기(-SO3H) 또는 그것의 염(-SO3M, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 인산기(-PO3H2) 또는 그것의 염(-PO3MH 또는 -PO3M2, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임) 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다. Hereinafter, unless otherwise defined, “substitution” means that hydrogen in the compound is a C1 to C30 alkyl group, a C2 to C30 alkynyl group, a C6 to C30 aryl group, a C7 to C30 alkylaryl group, or a C1 to C30 alkyl group. alkoxy group, C1 to C30 heteroalkyl group, C3 to C30 heteroalkylaryl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C30 cycloalkynyl group, C2 to C30 heterocycloalkyl group. , halogen (-F, -Cl, -Br or -I), hydroxy group (-OH), nitro group (-NO 2 ), cyano group (-CN), amino group (-NRR' where R and R' are independent of each other is hydrogen or C1 to C6 alkyl group), azido group (-N 3 ), amidino group (-C(=NH)NH 2 ), hydrazino group (-NHNH 2 ), hydrazono group (=N(NH 2 ), aldehyde group (-C(=O)H), carbamoyl group (-C(O)NH 2 ), thiol group (-SH), ester group (-C(=O)OR, where R is C1 to C6 alkyl group or C6 to C12 aryl group), carboxyl group (-COOH) or its salt (-C(=O)OM, where M is an organic or inorganic cation), sulfonic acid group (-SO 3 H) or its salt a salt of (-SO 3 M, where M is an organic or inorganic cation), a phosphate group (-PO 3 H 2 ) or a salt thereof (-PO 3 MH or -PO 3 M 2 , where M is an organic or inorganic cation) ) and combinations thereof.

또한 이하에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로" 란, N, O, S, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함한 것을 의미한다. Additionally, unless otherwise defined below, “hetero” means containing 1 to 3 hetero atoms selected from N, O, S, Si, and P.

본 명세서에서 "알킬렌기"는 하나 이상의 치환체를 선택적으로 포함하는 2 이상의 가수(valence)를 가지는 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방족 탄화수소기이다. 본 명세서에서 "아릴렌기"는 하나 이상의 치환체를 선택적으로 포함하고, 하나 이상의 방향족 링에서 적어도 2개의 수소의 제거에 의해서 형성된 2 이상의 가수를 가지는 작용기를 의미한다.As used herein, an “alkylene group” is a straight-chain or branched-chain saturated aliphatic hydrocarbon group having a valence of two or more and optionally containing one or more substituents. As used herein, “arylene group” refers to a functional group that optionally includes one or more substituents and has a valence of two or more formed by removing at least two hydrogens from one or more aromatic rings.

또한 "지방족 유기기"는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기를 의미하며, "방향족 유기기"는 C6 내지 C30의 아릴기 또는 C2 내지 C30의 헤테로아릴기를 의미하며, "지환족 유기기"는 C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알케닐기 및 C3 내지 C30의 사이클로알키닐기를 의미한다. 또한 "탄소-탄소 불포화 결합-함유 치환기"는 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 알케닐기, 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 알키닐기, 고리내에 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 C4 내지 C20의 사이클로알케닐기 또는 고리 내에 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 포함하는 C4 내지 C20의 사이클로알키닐기일 수 있다.In addition, “aliphatic organic group” refers to a straight or branched chain alkyl group of C1 to C30, “aromatic organic group” refers to an aryl group of C6 to C30 or heteroaryl group of C2 to C30, and “cycloaliphatic organic group” refers to an alkyl group of C1 to C30. It refers to a C3 to C30 cycloalkyl group, a C3 to C30 cycloalkenyl group, and a C3 to C30 cycloalkynyl group. In addition, a “carbon-carbon unsaturated bond-containing substituent” refers to a C2 to C20 alkenyl group containing at least one carbon-carbon double bond, a C2 to C20 alkynyl group containing at least one carbon-carbon triple bond, or a C2 to C20 alkynyl group containing at least one carbon-carbon triple bond. It may be a C4 to C20 cycloalkenyl group containing at least one carbon-carbon double bond or a C4 to C20 cycloalkynyl group containing at least one carbon-carbon triple bond in the ring.

본 명세서에서 "이들의 조합"이란 구성물의 혼합물, 적층물, 복합체, 합금, 블렌드, 반응 생성물 등을 의미한다. As used herein, “a combination thereof” means a mixture of constituents, a laminate, a composite, an alloy, a blend, a reaction product, etc.

일 구현예에서는 조절 가능한 물리적 또는 화학적 특성을 가지는 새로운 초분자 금속-유기구조체(Metal-Organic Framework: 이하, "MOF"라 한다) 하이브리드 물질을 제공한다. In one embodiment, a new supramolecular metal-organic framework (hereinafter referred to as “MOF”) hybrid material having controllable physical or chemical properties is provided.

이하, 상기 새로운 초분자 금속-유기구조체(MOF) 하이브리드 물질, 그 제조 방법, 및 상기 물질의 다양한 자극에 대한 반응성, 상 변화, 또는 미세 구조의 변화와 그 특성들에 대해 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다. Hereinafter, the new supramolecular metal-organic framework (MOF) hybrid material, its manufacturing method, and the responsivity, phase change, or fine structure change and properties of the material to various stimuli are described in detail with reference to the attached drawings. Explain.

1. 새로운 1. New 초분자supramolecule 금속-유기구조체(MOF) Metal-organic framework (MOF) 하이브리드hybrid 물질 matter

구리-기재의 MOF 물질, HKUST-1(Science 1999, 283(5405) 1148-50)은 상이한 용매, 온도, 또는 염기를 사용하는 합성 방법(Chem. Mater. 2010, 22, 5216-5221; Chem. Phys. Chem. 2013, 14, 2825-2832; Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1442-1447)에 의해 그것의 초분자 구조 형태에 관해 연구되어 왔다(Nat. Chem. 2011, 3, 382-387, Cryst. Eng. Comm. 2011, 13, 3314-3316).The copper-based MOF material, HKUST-1 (Science 1999, 283(5405) 1148-50), was synthesized using different solvents, temperatures, or bases (Chem. Mater. 2010, 22, 5216-5221; Chem. Phys. Chem. 2013, 14, 2825-2832; Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1442-1447) has been studied on its supramolecular structural form (Nat. Chem. 2011, 3, 382-387) , Cryst. Eng. Comm. 2011, 13, 3314-3316).

본원 발명자들은 높은 농도의 출발 반응물을 소량의 용매에서 반응시킴으로써, 기존에 보고된 초분자 금속-유기구조체(MOF) 하이브리드 물질과는 전혀 다른 물리적, 화학적 성질을 나타내는 새로운 초분자 금속-유기구조체(MOF) 하이브리드 물질을 제조하였다. By reacting a high concentration of starting reactants in a small amount of solvent, the present inventors have developed a new supramolecular metal-organic framework (MOF) hybrid material that exhibits completely different physical and chemical properties from previously reported supramolecular metal-organic framework (MOF) hybrid materials. The material was prepared.

구체적으로는, 구리 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 반응시켜 새로운 초분자 금속-유기구조체(MOF) 하이브리드 겔을 제조하였다.Specifically, a new supramolecular metal-organic framework (MOF) hybrid gel was prepared by reacting a copper compound, a trialkylamine represented by the following formula (1), and benzene substituted with three or more carboxyl groups.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기일 수 있고, 구체적으로는 C1 내지 C5의 알킬기일 수 있고, 더욱 구체적으로는 C1 내지 C3의 알킬기일 수 있다.R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and may each independently be a C1 to C10 alkyl group, specifically a C1 to C5 alkyl group, and more specifically a C1 to C3 alkyl group. .

더욱 구체적으로는 Cu(NO3)2 용액과, 트리에틸아민(NEt3) 및 1,3,5-벤젠 트리카르복실산(BTC)을 포함하는 용액 사이의 반응으로부터 새로운 초분자 금속-유기구조체(MOF) 하이브리드 겔을 제조하였다. More specifically , a new supramolecular metal- organic structure ( MOF) hybrid gel was prepared.

다양한 유기 용매에서 수행된 반응은 상이한 초분자 금속-유기 겔(Metal-Organic Gel: MOG), 구체적으로 G⊃ACN, G⊃DMF, G⊃DMSO, G⊃ETH 및 G⊃MEH (여기서, G는 겔을 나타내고, ACN은 아세토니트릴, DMF는 N,N-디메틸 포름아미드(N, N-Dimethyl Formamide), DMSO는 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), ETH는 에탄올(Ethanol), MEH는 메탄올(Methanol)을 나타낸다)로 결과된다(도 1 참조). Reactions performed in various organic solvents were performed on different supramolecular metal-organic gels (MOGs), specifically G⊃ACN, G⊃DMF, G⊃DMSO, G⊃ETH and G⊃MEH. (Here, G represents gel, ACN is acetonitrile, DMF is N, N-Dimethyl Formamide, DMSO is Dimethyl Sulfoxide, ETH is Ethanol, MEH represents methanol) (see Figure 1).

본원 발명자들은, 금속-유기 겔(MOG)을 제조함에 있어서, 상이한 용매를 사용함으로써, 제조된 금속-유기 겔(MOG)이 조절가능성을 가지는 특징적인 물리적, 기계적, 및 화학적 성질을 나타냄을 발견하였는데, 이는 또한 상기 금속-유기 겔의 다기능성(multifunctionality)에 대한 구조적 의존성을 설명한다. The present inventors have discovered that by using different solvents in preparing metal-organic gels (MOGs), the prepared metal-organic gels (MOGs) exhibit characteristic physical, mechanical, and chemical properties that are tunable. , which also explains the structural dependence of the multifunctionality of the metal-organic gel.

2. 졸-겔 전이 (Sol-Gel Transitions)2. Sol-Gel Transitions

상기 초분자 금속-유기구조체, HKUST-1의 제조에 대해서는 문헌들에 잘 알려져 있으며, 이는 전형적으로 1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)과 구리(Cu)를 DMSO 용매 내에서 함께 반응시키는 것을 포함한다.The preparation of the supramolecular metal-organic structure, HKUST-1, is well known in the literature, typically by reacting 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC) and copper (Cu) together in DMSO solvent. Includes ordering.

그러나, 본 구현예에서, 트리에틸아민(NEt3) 염기를 사용함으로써, 상기 반응으로부터 결과되는 자기-조립체가 완전히 새로운 하이브리드 금속-유기 겔 (MOG) 물질을 생성할 수 있음은 전혀 예상하지 못한 놀라운 효과이다. 도 2를 참조하여 아래에서 자세히 설명하는 바와 같이, 연구 결과, 이 겔 화합물은 열, 기계, 그리고 화학적 자극에 대해 놀라운 반응을 나타낸다.However, in this embodiment, by using triethylamine (NEt 3 ) base, it is completely unexpected and surprising that the self-assembly resulting from the above reaction can produce a completely new hybrid metal-organic gel (MOG) material. It's an effect. As described in detail below with reference to Figure 2, studies have shown that this gel compound exhibits remarkable responses to thermal, mechanical, and chemical stimuli.

상기 독특한 다중 반응성 현상은 이하와 같이 설명할 수 있다. The unique multiple reactivity phenomenon can be explained as follows.

MOG를 형성함에 있어서, BTC 1 당량 및/또는 Cu(II) 용액 1.5 당량을 연속하여 번갈아 가며 첨가하면, 자기-조립(self-assembly) 또는 상 변화(phase transformation), 즉, 겔(gel)에서 졸(sol)로, 또는 졸(sol)에서 겔(gel)로의 변환이 일어난다. In forming MOG, when 1 equivalent of BTC and/or 1.5 equivalents of Cu(II) solution are added alternately in succession, self-assembly or phase transformation occurs, i.e., in a gel. Conversion to sol or from sol to gel occurs.

자기-조립에 대한 양이온 Cu(II) 및 음이온 BTC3 - 효과에 더하여, 또한 교반하여 기계적인 힘을 가하는 경우, 상기 물질은 겔로 변하는 통합성이 저해되어 점성의 졸(sol)로 된다. 놀랍게도, 상기 졸을 약 1 내지 2 분간 초음파 처리하거나, 또는 상기 졸을 10 분 내지 15 분간 방치하면 다시 겔 상으로 회복될 수 있다. 이 하이브리드 물질은 교반에 민감하며, 따라서 보다 강한 기계적 힘을 적용하면 상 회복(졸에서 겔로)이 일어나는데 보다 긴 시간이 걸림을 발견하였다. In addition to the cationic Cu(II) and anionic BTC 3 - effects on self-assembly, when stirred and subjected to mechanical force, the material's integrity to turn into a gel is inhibited and it becomes a viscous sol. Surprisingly, the sol can be restored to a gel state by sonicating the sol for about 1 to 2 minutes, or by leaving the sol for 10 to 15 minutes. It was found that this hybrid material is sensitive to agitation, and thus phase recovery (sol to gel) takes longer to occur when stronger mechanical forces are applied.

화학적 및 물리적 반응에 더하여, G⊃DMSO의 겔 상은 또한 80℃에서 수분 동안, 구체적으로는 약 1분 내지 약 2분 동안 졸을 가열함으로써 생성될 수 있다.In addition to chemical and physical reactions, the gel phase of G⊃DMSO can also be created by heating the sol at 80°C for several minutes, specifically for about 1 to about 2 minutes.

3. 금속-유기 3. Metal-organic 겔의of gel 점탄성viscoelasticity 하이브리드hybrid 물질로의 변환 (Transformation of Metal-Organic Gels into Transformation of Metal-Organic Gels into ViscoelasticViscoelastic Hybrid Materials) Hybrid Materials)

상기 아세토니트릴 용매를 사용하여 제조된 G⊃ACN 겔에서 또 하나의 독특한 상 변화를 발견하였다. 즉, 상기 겔이 고체와 같은 물질로 변환하는 것을 관찰할 수 있었다.Another unique phase change was found in the G⊃ACN gel prepared using the acetonitrile solvent. That is, the above It was observed that the gel was converted into a solid-like material.

도 3은 상기 겔이 점탄성 물질로 상 변화하는 것을 개략적으로 나타낸 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram schematically showing the phase change of the gel into a viscoelastic material.

도 3에 나타낸 바와 같이, G⊃ACN을 밀폐 바이얼 내에서 48 시간 이상 방치한 경우, 상기 겔이 점탄성(visco-elastic) 물질로 변하였다. 이 물질의 중요한 물리적 성질 중 하나는 그것의 형상 유지 가능성이다. 이 물질은 부드러우면서도(soft), 임의의 형태로 절단될 수 있을 정도로 안정적이며 (또는 손으로 약간의 압력을 가함으로써 변형되며), 따라서, 다양한 3 차원 형태, 복합적인 형상, 및 구조로 쉽게 성형될 수 있다. As shown in Figure 3, when G⊃ACN was left in a sealed vial for more than 48 hours, the gel changed into a visco-elastic material. One of the important physical properties of this material is its ability to maintain its shape. This material is soft and stable enough to be cut into arbitrary shapes (or deformed by applying slight pressure by hand) and, therefore, can be easily molded into a variety of three-dimensional shapes, complex shapes, and structures. It can be molded.

4. 잘 정렬된 미세구조를 가지는 4. Having a well-ordered microstructure 초분자supramolecule 하이브리드hybrid (( SupramolecularSupramolecular Hybrids with Highly Aligned Microstructures) Hybrids with Highly Aligned Microstructures)

도 4는 아세토니트릴을 용매로 사용하여 제조된 금속-유기 겔(MOG) 물질(a), 및 그로부터 형성된 점탄성 물질(b)의 주사전자현미경(Scanning electron micrographs: SEM) 사진이다.Figure 4 is a scanning electron micrograph (SEM) photograph of a metal-organic gel (MOG) material (a) prepared using acetonitrile as a solvent, and a viscoelastic material (b) formed therefrom.

한편, 도 5 내지 도 8은 다른 용매들, 즉, DMSO, 메탄올, DMF, 및 에탄올을 사용하여 제조된 금속-유기 겔(MOG) 물질들(각 도에서 (a)로 표시한 것)과, 그들로부터 각각 건조된 겔 샘플들(각 도에서 (b)로 표시한 것)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. Meanwhile, Figures 5 to 8 show metal-organic gel (MOG) materials (indicated by (a) in each figure) prepared using different solvents, namely, DMSO, methanol, DMF, and ethanol; These are scanning electron microscopy (SEM) photographs of gel samples (marked as (b) in each figure) dried from them.

도 5 내지 도 8에 나타난 바와 같이, 상기 기술한 건조된 물질의 주사전자현미경(SEM) 이미지는, 상기 물질의 섬유상이 일정한 방향으로 성장한 것을 보여준다. 즉, 모든 건조된 겔 샘플들은 상이한 두께를 가지는 다양한 크기의 스트립 형태로 섬유가 성장한 두꺼운 덩어리를 보여준다. As shown in Figures 5-8, scanning electron microscopy (SEM) images of the dried material described above show that the fibers of the material grow in a certain direction. That is, all dried gel samples show a thick mass with fibers growing in the form of strips of various sizes with different thicknesses.

도 9는 용매로 메탄올을 사용하여 제조된 금속-유기 겔(MOG), G?MEH 내 층상(lamella)으로 형성된 섬유상 네트워크를 보여주는 SEM 이미지이다. Figure 9 is an SEM image showing the fibrous network formed as lamella in G·MEH, a metal-organic gel (MOG) prepared using methanol as a solvent.

5.5. 조절가능한adjustable 기계적 성질을 가진 with mechanical properties 초분자supramolecule 하이브리드hybrid ( ( SupramolecularSupramolecular Hybrids with Tunable Mechanical Properties) Hybrids with Tunable Mechanical Properties)

전단변형(shear deformation, γ) 및 상응하는 전단응력(shear stress, τ)을 가할 때, 초분자 하이브리드 MOF의 구조적 통합성(structural integrity)을 연구하기 위해 동적 유동 실험(dynamic rheological experiment)을 수행한다.Dynamic rheological experiments are performed to study the structural integrity of the supramolecular hybrid MOF when applying shear deformation (γ) and corresponding shear stress (τ).

저장탄성률(G')과 손실탄성률(G")은 각각 회복 탄성 거동(recoverable elastic response)과 소산 점성 거동(dissipative viscous behaviour)의 측정치이다.Storage modulus (G') and loss modulus (G") are measures of recoverable elastic response and dissipative viscous behavior, respectively.

전단탄성률(shear modulus, G = τ/γ)은 의 값이며, 물질의 기계적 강도, 즉 전단 변형에 의해 야기된 뒤틀림에 대한 구조적 저항성(강성도, stiffness)을 반영한다.The shear modulus (G = τ/γ) is It is a value of and reflects the mechanical strength of the material, that is, the structural resistance (stiffness) to distortion caused by shear deformation.

주파수 점진 다이나믹 유동학 연구(frequency sweep dynamic rheological study)(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)를 통해 상기 도 4 내지 도 8에서와 같이 제조된 모든 겔 샘플들의 전단응력(shear stresses) 하에서의 저장탄성률(G') 및 손실탄성률(G")을 측정한 결과, 서로 상이한 값을 나타내며, 이는 상이한 용매를 적용함에 따라 하이브리드 물질의 기계적 성질을 조절할 수 있음을 제시한다. Storage modulus (G') under shear stresses of all gel samples prepared as in Figures 4 to 8 through frequency sweep dynamic rheological study (Dynamic Mechanical Analysis, DMA) and loss modulus (G") were measured and showed different values, which suggests that the mechanical properties of the hybrid material can be adjusted by applying different solvents.

도 10a 및 도 10b는 각각 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 저장탄성률(G') 및 손실탄성률(G")을 보여주는 그래프이고, 도 10c는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 전단탄성률(G)을 보여주는 그래프이다.Figures 10a and 10b are graphs showing the storage modulus (G') and loss modulus (G") obtained 1 hour after manufacturing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG), respectively, and Figure 10c is a graph showing the storage modulus (G') and loss modulus (G") obtained 1 hour after manufacturing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG). This is a graph showing the shear modulus (G) obtained after 1 hour.

한편, 도 10d는 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후에 얻어진 주파수에 따른 손실탄젠트(loss tangent, tanδ = G"/G') 값을 나타내는 그래프이다.Meanwhile, Figure 10d is a graph showing the loss tangent (tanδ = G"/G') value according to frequency obtained 1 hour after manufacturing the supramolecular MOF hybrid gel (MOG).

도 10a 및 도 10b에 나타난 바에 의하면, G⊃ACN, G⊃DMF 및 G⊃ETH는 약 10 kPa 내지 약 30 kPa의 비교적 큰 저장탄성률(G'), 약 5 kPa 내지 약 20 kPa의 비교적 큰 손실탄성률(G")을 가지는 반면, G⊃DMSO 및 G⊃MEH는 약 1 kPa 내지 약 5 kPa의 상당히 작은 저장탄성률(G'), 약 0.5 kPa 내지 약 1.5 kPa의 상당히 작은 손실탄성률(G")을 가진다. 그 결과, 도 10c로부터 확인할 수 있는 바와 같이 G⊃DMSO 및 G⊃MEH는 극히 작은 전단탄성률을 달성할 수 있다.10A and 10B, G⊃ACN, G⊃DMF, and G⊃ETH have a relatively large storage modulus (G') of about 10 kPa to about 30 kPa and a relatively large loss of about 5 kPa to about 20 kPa. While G⊃DMSO and G⊃MEH have significantly smaller storage moduli (G') of about 1 kPa to about 5 kPa and significantly smaller loss moduli (G") of about 0.5 kPa to about 1.5 kPa. has As a result, as can be seen from Figure 10c, G⊃DMSO and G⊃MEH can achieve extremely small shear modulus.

그러나, 탄성률 값은 분자 내에 갇힌 용매의 양에 따라 샘플 간에 매우 크게 변화하였다.However, elastic modulus values varied greatly between samples depending on the amount of solvent trapped within the molecules.

도 10d에 나타난 바에 의하면, G⊃ACN, G⊃MEH 및 G⊃ETH는 약 50 Hz 내지 약 100 Hz의 비교적 큰 각 주파수(angular frequency)에서 상 변화를 나타내는 특징적인 피크를 가짐을 확인할 수 있다. 특히, G⊃ACN에서 관찰된 큰 편차(deviation)는 G⊃ACN의 하이브리드 네트워크가 비교적 높은 주파수에서 가해진 전단력(shear force)에 대하여 상대적으로 더 약하다는 것을 나타낸다. 반대로, G⊃DMSO는 사실상 무시할만한 상 변화를 나타내어 전단변형에 대하여 좋은 기계적 안정성을 가짐을 보여준다.As shown in Figure 10d, it can be seen that G⊃ACN, G⊃MEH, and G⊃ETH have characteristic peaks indicating phase changes at a relatively large angular frequency of about 50 Hz to about 100 Hz. In particular, the large deviation observed in G⊃ACN indicates that the hybrid network of G⊃ACN is relatively weaker against shear forces applied at relatively high frequencies. In contrast, G⊃DMSO shows virtually negligible phase change, showing good mechanical stability against shear deformation.

다이나믹 변형 스위프 측정(dynamic strain sweep measurement)을 수행하여 G⊃DMSO 샘플의 요변성(thixotropic nature)을 조사한다. 도 10e 및 도 10f는 G⊃DMSO 샘플에 대하여 수행한 다이나믹 변형 스위프 측정 결과를 나타내는 그래프이다.Dynamic strain sweep measurements are performed to investigate the thixotropic nature of the G⊃DMSO samples. Figures 10e and 10f are graphs showing the results of dynamic strain sweep measurements performed on a G⊃DMSO sample.

도 10e에 나타난 바에 의하면, 0.1 Hz의 각 주파수(angular frequency)에서 100%부터 0.1%까지 변형(strain)의 완화 중 15분 내에 겔 상태로의 재현 가능한 회복이 확인된다.As shown in Figure 10e, reproducible recovery to the gel state is confirmed within 15 minutes during relaxation of strain from 100% to 0.1% at an angular frequency of 0.1 Hz.

다이나믹 변형 스위프 측정에서 저장탄성률(G')과 손실탄성률(G") 사이의 교차점을 내변형률로 결정한다. In dynamic strain sweep measurements, the intersection between the storage modulus (G') and the loss modulus (G") is determined as the strain resistance.

도 10f에서 나타난 바에 의하면, G⊃DMSO 샘플은 내변형률이 16%임을 확인할 수 있다.As shown in Figure 10f, it can be seen that the G⊃DMSO sample has an internal strain rate of 16%.

한편, 시간의 함수로서 저장탄성률(G')과 손실탄성률(G")에서의 변화를 연구하기 위해 동일한 실험을 각각 초분자 MOF 하이브리드 겔 (MOG) 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 반복하였다. Meanwhile, to study the changes in storage modulus (G') and loss modulus (G") as a function of time, the same experiment was performed 1 h, 24 h, and 48 h after fabrication of supramolecular MOF hybrid gel (MOG), respectively. , and repeated 72 hours later.

유동학을 통해 G⊃ACN의 구조적 전이를 모니터링함으로써, 점탄성 상태로의 전환이 전체 네트워크의 강도를 어떻게 변화시키는지를 확인할 수 있다.By monitoring the structural transition of G⊃ACN through rheology, we can see how the transition to a viscoelastic state changes the strength of the entire network.

도 11a와 도 11b는 각각 G⊃ACN 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 얻어진 저장탄성률(G')과 손실탄성률(G")을 보여주는 그래프이고, 도 11c는 G⊃ACN 제조 후 약 1 시간 후, 약 24시간 후, 약 48시간 후, 및 약 72시간 후에 얻어진 주파수에 따른 손실탄젠트(tanδ) 값을 나타내는 그래프이다.Figures 11a and 11b are graphs showing the storage modulus (G') and loss modulus (G") obtained 1 hour, 24 hours, 48 hours, and 72 hours after manufacturing G⊃ACN, respectively, and Figure 11c is This is a graph showing loss tangent (tanδ) values according to frequency obtained about 1 hour, about 24 hours, about 48 hours, and about 72 hours after manufacturing G⊃ACN.

한편, 도 11d는 G⊃ACN 제조 후 1 시간 후, 24시간 후, 48시간 후, 및 72시간 후에 얻어진 전단탄성률(G)을 보여주는 그래프이다.Meanwhile, Figure 11d is a graph showing the shear modulus (G) obtained 1 hour, 24 hours, 48 hours, and 72 hours after manufacturing G⊃ACN.

도 11a와 도 11b에 나타난 바와 같이, 시간에 따라 저장탄성률(G')이 비선형 모양으로 실질적으로 상승하는 것으로부터 동적 구조적 변형이 입증된다. 예를 들어, 주파수 0.1 Hz에서 G⊃ACN은 제조 후 약 1시간 후에는 약 17 kPa, 약 48시간 후에는 약 26 kPa, 약 72시간 후에는 약 45 kPa의 저장탄성률(G')을 가진다. 비슷하게 보다 높은 주파수에서, 예를 들어 100 Hz에서 G⊃ACN는 제조 후 약 72시간 후의 저장탄성률(G')이 제조 후 약 1시간 방치 후의 저장탄성률(G')의 3배를 초과하는 값을 가진다.As shown in Figures 11A and 11B, dynamic structural deformation is evidenced by a substantial non-linear increase in the storage modulus (G') over time. For example, at a frequency of 0.1 Hz, G⊃ACN has a storage modulus (G') of about 17 kPa after about 1 hour after manufacturing, about 26 kPa after about 48 hours, and about 45 kPa after about 72 hours. Similarly, at higher frequencies, for example at 100 Hz, G⊃ACN reaches values such that the storage modulus (G') after about 72 hours of manufacture exceeds three times the storage modulus (G') after about 1 hour of manufacture. have

도 11c에 나타난 바에 의하면, G⊃ACN은 제조 후 약 48시간 이상 방치한 경우에는 손실탄젠트(tanδ) 값이 주파수에 비의존적이며 어떠한 상 변화도 감지되지 않는다. 이러한 발견은 도 11d에 나타난 바와 같이, G⊃ACN에서의 약한 초분자 네트워크가 시간이 흐름에 따라 점점 더 강해지고, 전단-유발 변형에 기계적으로 보다 더 강해짐을 보여주는 것이고, 이로써 도 4(b)에 나타난 바와 같이, G⊃ACN이 잘 짜여진 미세구조를 가지는 점탄성 물질로 바뀌는 것을 보여주는 것이다.As shown in Figure 11c, when G⊃ACN is left for about 48 hours or more after manufacturing, the loss tangent (tanδ) value is independent of frequency and no phase change is detected. This finding shows that, as shown in Figure 11d, the weak supramolecular network in G⊃ACN becomes increasingly stronger over time and becomes mechanically more resistant to shear-induced deformation, thereby showing in Figure 4(b) As shown, it shows that G⊃ACN is converted into a viscoelastic material with a well-organized microstructure.

도 11e는 G⊃ACN의 점탄성 물질에 대하여 수행한 다이나믹 변형 스위프 측정 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 11e is a graph showing the results of dynamic deformation sweep measurements performed on a viscoelastic material of G⊃ACN.

도 11e에서 나타난 바에 의하면, G⊃ACN의 점탄성 물질은 내변형률이 11%임을 확인할 수 있다.As shown in Figure 11e, it can be seen that the viscoelastic material of G⊃ACN has a strain resistance of 11%.

게다가, G⊃ACN 제조 후 약 24시간 후와 약 72 시간 후의 변형 회복을 비교하기 위해 일정 응력 크리프 시험(constant-stress creep experiments)을 수행한다. 도 11f는 G⊃ACN 제조 후 약 24시간 후와 약 72 시간 후의 일정 응력 크리프 시험 결과를 나타내는 그래프이다.In addition, constant-stress creep experiments are performed to compare the strain recovery after approximately 24 hours and after approximately 72 hours after G⊃ACN fabrication. Figure 11f is a graph showing the results of constant stress creep test after about 24 hours and about 72 hours after manufacturing G⊃ACN.

도 11f에 나타난 바에 의하면, G⊃ACN의 점탄성 물질에 상응하는 G⊃ACN 제조 후 약 72 시간 후의 샘플이 G⊃ACN 제조 후 약 24시간 후의 샘플에 비하여 현저하게 더 높은 크리프 저항성 및 변형 회복 응답을 나타낸다.As shown in Figure 11f, the sample after about 72 hours of G⊃ACN production, which corresponds to the viscoelastic material of G⊃ACN, showed significantly higher creep resistance and strain recovery response than the sample after about 24 hours of production of G⊃ACN. indicates.

6. 6. 조절가능한adjustable 전기적 도전성을 가지는 electrically conductive 초분자supramolecule 하이브리드hybrid ( ( SupramolecularSupramolecular Hybrids with Tunable Electrical Conductivity) Hybrids with Tunable Electrical Conductivity)

전기적 도전성의 측정은 모든 샘플이 서로 다른 도전성 값을 나타내며, 따라서 전기적 성질의 조절 가능성을 제시한다는 사실로부터 흥미로운 결과를 보여준다. Measurements of electrical conductivity show interesting results from the fact that all samples exhibit different conductivity values, thus suggesting the possibility of tuning the electrical properties.

구체적으로, Keithley 2614B 소스미터(sourcemeter)와 상기 제조된 각 금속-유기 겔 샘플을 포함하는 컨덕션 셀(conduction cell)을 사용하여 10V 바이어스를 사용하여 측정하였을 때, G⊃MEH가 가장 높은 전기 도전성 값 9.4402 S/m을 나타낸 반면, 가장 낮은 도전성 값은 G?DMSO (0.1388 S/m)에서 관찰된다(도 12 (a) 및 12 (b) 참조).Specifically, when measured using a 10V bias using a Keithley 2614B sourcemeter and a conduction cell containing each metal-organic gel sample prepared above, G⊃MEH was the highest electrical conductivity. It shows a value of 9.4402 S/m, while the lowest conductivity value is observed for GDMSO (0.1388 S/m) (see Figures 12 (a) and 12 (b)).

도 12 는 초분자 MOF 하이브리드 겔(MOG)의 전압 대비 전류 (I-V) 그래프로서, 도 12 (b)는 도 12 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다. Figure 12 is a graph of voltage versus current (I-V) of supramolecular MOF hybrid gel (MOG), and Figure 12 (b) is a graph showing an enlarged portion of a portion of Figure 12 (a).

G⊃DMF(0.2255 S/m)와 G⊃DMSO에서의 상대적으로 낮은 도전성 값은, 안정한 겔 상을 둘러싸고 강하게 상호작용하는 용매 분자들에 의해 그것의 이동성이 방해를 받아 전체 전하 이동도가 억제되는 전하 캐리어들의 "케이지 효과(cage effect)"에 의한 것으로 생각된다.The relatively low conductivity values in G⊃DMF (0.2255 S/m) and G⊃DMSO are due to the fact that their mobility is hindered by solvent molecules that surround and interact strongly with the stable gel phase, thereby suppressing the overall charge mobility. It is thought to be due to the “cage effect” of charge carriers.

두 번째 높은 도전성은 G⊃ACN (2.5125 S/m)에서 관찰되었으며, 그 다음은 G⊃ETH (1.1367 S/m)이다. The second highest conductivity was observed in G⊃ACN (2.5125 S/m), followed by G⊃ETH (1.1367 S/m).

G⊃ACN (2.5125 S/m)의 경우, 처음에는 비교적 낮은 도전성이 관찰되었으나, 놀랍게도, 동일한 겔 샘플로부터 유도된 점탄성 물질이 현저히 높은 도전성 9.8583 S/m을 나타내며, 이는 약 300%의 향상을 나타낸다. 상기 3 번 항목에서 기술한 바와 같이, 상기 점탄성 물질은 상이한 형태로 절단될 수 있고, 가압하여 얇은 시트나 막으로 성형될 수 있고, 따라서, 그것의 상대적으로 높은 전기 도전성 값은 상기 물질의 잠재적 전자기기 용도에의 적용 가능성을 나타낸다. For G⊃ACN (2.5125 S/m), a relatively low conductivity was initially observed, but surprisingly, the viscoelastic material derived from the same gel sample showed a significantly higher conductivity of 9.8583 S/m, representing an improvement of approximately 300%. . As described in point 3 above, the viscoelastic material can be cut into different shapes and pressed into thin sheets or films, and therefore its relatively high electrical conductivity value increases the potential electron potential of the material. Indicates applicability to the device's intended use.

한편, 도 12 (a)에서, ±5V 사이의 평탄한 부분은 Keithley 2614B 소스미터의 알루미늄 전극의 knee 전압과 관련되는 것으로 보인다.Meanwhile, in Figure 12(a), the flat part between ±5V appears to be related to the knee voltage of the aluminum electrode of the Keithley 2614B source meter.

또한, 교류 임피던스의 측정으로부터도 주파수의 함수로서 상기 금속-유기 겔들의 독특한 전기적 특성을 알 수 있다. Additionally, measurements of alternating current impedance reveal the unique electrical properties of the metal-organic gels as a function of frequency.

상기 제조된 모든 겔 샘플들에서 작은 험프(hump)가 있는 전형적인 와버그(Warburg) 임피던스가 관찰된다. 이는 상기 샘플들 내에서 약하게 상호작용하는 이온성 물질들 및 잠재적으로 MOF 나노입자들과 관련하여 발생하는 강한 전하이동(charge transfer)를 제시한다. A typical Warburg impedance with a small hump is observed in all gel samples prepared above. This suggests strong charge transfer occurring associated with weakly interacting ionic substances and potentially MOF nanoparticles in the samples.

나이퀴스트 선도(Nyquist plots)를 사용하여 상기 샘플들의 이온성 전도도 값을 측정한 결과, 각각 다음과 같이 나타났다.As a result of measuring the ionic conductivity values of the above samples using Nyquist plots, the results were as follows.

샘플Sample 이온성 전도도ionic conductivity G⊃MEHG⊃MEH 4.61 x 10-2 S/cm4.61 x 10 -2 S/cm G⊃ETHG⊃ETH 1.5 x 10-2 S/cm1.5 x 10 -2 S/cm G⊃ACNG⊃ACN 1.15 x 10-2 S/cm1.15 x 10 -2 S/cm G⊃DMFG⊃DMF 8.65 x 10-3 S/cm8.65 x 10 -3 S/cm G⊃DMSOG⊃DMSO 6.92 x 10-3 S/cm6.92 x 10 -3 S/cm G⊃ACN 으로부터의 점탄성 하이브리드 물질Viscoelastic hybrid materials from G⊃ACN 4 x 10-4 S/cm4 x 10 -4 S/cm

또한, 도 13 은 보다 높은 주파수 범위(inset)에서 확장된 영역을 가지는 G⊃ETH의 나이퀴스트 선도(Nyquist plots)로서, 도 13 (b)는 도 13 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다. In addition, Figure 13 is a Nyquist plot of G⊃ETH with an expanded area in a higher frequency range (inset), and Figure 13 (b) shows an enlarged portion of a section of Figure 13 (a). It's a graph.

도 14 는 G⊃ACN으로부터 유도된 점탄성 하이브리드 물질의 나이퀴스트 선도(Nyquist plots)로서, 도 14 (b)는 도 14 (a)의 일부 구간을 확대하여 나타낸 그래프이다. Figure 14 is a Nyquist plot of a viscoelastic hybrid material derived from G⊃ACN, and Figure 14(b) is a graph showing an enlarged portion of a portion of Figure 14(a).

7.7. 하이브리드hybrid 나노입자의 조절된 Controlled Nanoparticles 성장에 대한 빠른 합성Fast synthesis for growth (Rapid Synthesis Towards Controlled Growth of Hybrid (Rapid Synthesis Towards Controlled Growth of Hybrid NanoparticlesNanoparticles ))

초분자 MOF 하이브리드 물질의 제조를 위한 본 구현예의 방법은, 동시에 겔 섬유성 조립체로부터 초분자 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 생성을 조절할 수 있도록 한다.The method of this embodiment for the production of supramolecular MOF hybrid materials simultaneously allows for controlled production of supramolecular metal-organic structure hybrid nanoparticles from gel fibrous assemblies.

본 구현예의 방법에 따르면, 약 30 nm 내지 약 150 nm 의 입자 크기를 가지는 나노 입자들을 제조할 수 있다. According to the method of this embodiment, nanoparticles having a particle size of about 30 nm to about 150 nm can be produced.

AFM과 광학 이미지를 사용하여, 제조된 MOFs의 입자 크기를 분석한 결과를 도 20에 나타낸다.The results of analyzing the particle size of the prepared MOFs using AFM and optical images are shown in Figure 20.

본 구현예에 따른 합성 방법은 나노 크기의 초분자 금속-유기구조체 하이브리드 물질의 빠른 합성 방법을 제안하며, 따라서 산업적으로 대량 생산하기 위해 개발할 수 있는 새로운 방법을 제안한다.The synthesis method according to this embodiment proposes a rapid synthesis method of nano-sized supramolecular metal-organic structure hybrid materials, and thus proposes a new method that can be developed for industrial mass production.

도 15는 상기 실시예에서 제조된 금속-유기구조체 하이드리드 겔(MOG)을 상온에서 오랜 시간 건조시킨 경우, 상기 겔이 하이브리드 섬유 내에 함침된 구상(spherical)의 나노크기의 금속-유기구조체 하이브리드 입자로 됨을 보여주는 사진이다. Figure 15 shows spherical nano-sized metal-organic structure hybrid particles impregnated within hybrid fibers when the metal-organic structure hydride gel (MOG) prepared in the above example was dried at room temperature for a long time. This is a photo showing that it is.

도 16은, 상기 도 15에 나타난 겔을 극성 유기 용매, 예를 들어, 메탄올에 1 분 미만으로 침지한 경우, 겔의 섬유들이 모두 파괴되어 순수한 금속-유기구조체 나노결정을 생성함을 보여주는 사진이다. FIG. 16 is a photograph showing that when the gel shown in FIG. 15 is immersed in a polar organic solvent, for example, methanol, for less than 1 minute, all the fibers of the gel are destroyed to produce pure metal-organic structure nanocrystals. .

즉, 본 구현예에 따라 금속-유기구조체 하이브리드 겔을 생성한 후, 이를 건조시키거나, 또는 건조 후 세정함으로써, 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자를 빠르고도 용이하게 제조할 수 있다. That is, after generating the metal-organic structure hybrid gel according to this embodiment, drying it, or washing it after drying, can quickly and easily produce metal-organic structure hybrid nanoparticles.

8. 8. 초분자supramolecule 금속-유기 Metal-Organic 겔에in gel 의해 가능한 용이한 박막 형성 (Facile Thin Film Fabrication Enabled by Facile Thin Film Fabrication Enabled by SupramolecularSupramolecular Metal-Organic Gels) Metal-Organic Gels)

상기 기술한 초분자 MOF 하이브리드 물질의 독특한 물리적 성질과 별도로, 이들 졸-겔 상의 장점 중 하나는 초분자 MOF 하이브리드 박막을 용이하게 제조할 수 있다는 것이다. 상기 나노 입자의 나노 크기의 결정 크기에 있어서의 균일성은, 균일하고 컴팩트하며 평탄한 박막 필름을 제조할 수 있게 한다. Apart from the unique physical properties of the supramolecular MOF hybrid materials described above, one of the advantages of these sol-gel phases is that supramolecular MOF hybrid thin films can be easily prepared. Uniformity in the nano-sized crystal size of the nanoparticles makes it possible to produce a uniform, compact, and flat thin film.

상기 박막 필름은 공지의 코팅 방법, 예를 들어, 딥코팅, 스핀 코팅, 및 닥터-블레이드 필름 코팅 방법을 사용하여 임의의 지지체 상에 용이하게 제조될 수 있다. 상기 지지체로는 유리 기판, 실리콘, ITO (Indium Tin Oxide), FTO 기판 등을 사용할 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다.The thin film can be easily prepared on any support using known coating methods, such as dip coating, spin coating, and doctor-blade film coating methods. The support may be a glass substrate, silicon, ITO (Indium Tin Oxide), FTO substrate, etc., but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 제조된 G⊃MEH 겔에 용매, 예를 들어 메탄올을 첨가함으로써, 상기 겔의 섬유상 네트워크를 파괴하여 순수한 나노 입자를 얻고, 상기 제조된 나노 입자를 함유하는 용액을 유리 기판 등의 표면에 딥 코팅함으로써 상기 나노 입자의 박막 필름을 얻을 수 있다. For example, by adding a solvent, such as methanol, to the prepared G⊃MEH gel, the fibrous network of the gel is destroyed to obtain pure nanoparticles, and the solution containing the prepared nanoparticles is spread on a glass substrate, etc. A thin film of the nanoparticles can be obtained by dip coating the surface.

한편, 상기 박막 필름은 나노 입자 현탁액의 농도에 따라 상이한 두께(약 100 nm 내지 약 10 ㎛ 두께)로 제조될 수 있다.Meanwhile, the thin film can be manufactured with different thicknesses (about 100 nm to about 10 ㎛ thickness) depending on the concentration of the nanoparticle suspension.

일 실시예에서는, 닥터 블레이드 방법으로 유리 기판 상에 상기 나노 입자 현탁액의 농도를 조절하여 코팅함으로써, 각각 1㎛, 2㎛, 5㎛, 및 10㎛ 두께의 박막을 제조하고, 제조된 각 필름의 사진을 도 17에 나타낸다.In one embodiment, thin films with a thickness of 1㎛, 2㎛, 5㎛, and 10㎛ were manufactured by coating the nanoparticle suspension on a glass substrate using a doctor blade method by adjusting the concentration, and each film produced A photograph is shown in Figure 17.

한편, G⊃DMSO의 졸 상은 이들 하이브리드 물질의 매우 컴팩트하고 균일한 얇은 코팅을 쉽게 제조할 수 있게 한다. 공기 건조된 상기 코팅은 메탄올에 약 10분 내지 약 15분간 조심스럽게 침지함으로써 바로 세정되어, 순수한 금속-유기구조체 나노 입자 필름을 얻기 위해 원치 않는 수용성 전구체를 제거할 수 있게 한다. 이에 따라 제조된 박막 필름의 사진을 도 18에 나타낸다. 도 18에서 A로 나타낸 부분이 유기 기판 상에 형성된 박막을 보여준다.On the other hand, the sol phase of G⊃DMSO allows the easy preparation of very compact and uniform thin coatings of these hybrid materials. The air-dried coating is immediately cleaned by careful immersion in methanol for about 10 to about 15 minutes, allowing removal of unwanted water-soluble precursors to obtain a pure metal-organic framework nanoparticle film. A photograph of the thin film produced accordingly is shown in Figure 18. The portion indicated by A in Figure 18 shows a thin film formed on an organic substrate.

도 18의 A로 표시한 박막은 세정되지 않은 경우 고온으로 가열하면 초록색을 띠는 반면, 세정된 박막은 HKUST-1 박막에서 예상되는 통상의 색 변화, 즉, 중심 구리로부터의 배위된 물을 제거함에 따라 청록색으로부터 진한 파란색으로 색 변화가 일어난다 (도 19 참조). The thin film marked A in Figure 18 turns green when heated to high temperature if not cleaned, whereas the cleaned film shows the typical color change expected for HKUST-1 thin films, i.e., the coordinated water from the central copper is removed. Accordingly, a color change occurs from cyan to dark blue (see Figure 19).

상기 방법으로 제조된 박막은 높은 균일성을 나타내며, 예를 들어 평균 입경 약 100 nm 이하, 구체적으로는 약 30 nm 이하에서 표면 거칠기는 약 10nm 내지 30 nm 범위이다.The thin film produced by the above method exhibits high uniformity, for example, the average particle diameter is about 100 nm or less, specifically about 30 nm or less, and the surface roughness is in the range of about 10 nm to 30 nm.

구체적으로, 상기 박막의 표면 형상을 나타낸 것이 도 20이다. Specifically, Figure 20 shows the surface shape of the thin film.

도 20으로부터, 상기 박막에 존재하는 나노 입자들의 크기가 대략 30 nm 이하임을 알 수 있다.From Figure 20, it can be seen that the size of the nanoparticles present in the thin film is approximately 30 nm or less.

도 21은 도 20 사진에서 가로로 나타낸 선 부분의 표면 거칠기를 AFM 토포그래피로 측정한 그래프이다. Figure 21 is a graph measuring the surface roughness of the horizontal line portion in the photograph of Figure 20 using AFM topography.

도 21로부터, 상기 제조된 필름의 표면 거칠기는 약 10 nm 내지 30 nm 사이임을 알 수 있고, 이는 상기 박막이 매우 균일하게 형성되었음을 나타낸다.From Figure 21, it can be seen that the surface roughness of the produced film is between about 10 nm and 30 nm, indicating that the thin film was formed very uniformly.

도 22는 상기 박막 내 나노입자의 결정 구조를 확인하는 2D X-선 회절 그래프로서, 아래 그래프는 나노입자가 증착되지 않은 박막 자체의 2D X-선 회절 그래프이고, 1로 표시한 그래프가 나노입자가 증착된 박막의 2D X-선 회절을 시뮬레이션 한 그래프이다. Figure 22 is a 2D X-ray diffraction graph confirming the crystal structure of the nanoparticles in the thin film. The graph below is a 2D This is a graph simulating the 2D X-ray diffraction of the deposited thin film.

실시예Example

이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예 및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and comparative examples. However, the following examples and comparative examples are for illustrative purposes and are not intended to limit the present invention.

본 출원 명세서에서 달리 기재하지 않는 한, 본 출원 명세서에서 초분자 금속-유기구조체 물질에 대하여 설명하기 위하여 사용한 금속-유기 겔, 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자 등의 샘플들은 아래 실시예들에 기재된 방법에 따라 제조한 것들이고, 각 시험 내지 분석은 아래 시험예들에 기재된 방법에 따라 수행한 것이다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Unless otherwise stated in the present application specification, samples such as metal-organic gels and metal-organic structure hybrid nanoparticles used to describe the supramolecular metal-organic structure material in the present application specification were used in the methods described in the examples below. These were manufactured according to the following, and each test or analysis was performed according to the method described in the test examples below. However, the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1: 금속-유기 겔(G?MEH) 및 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 제조 1: Preparation of metal-organic gel (G?MEH) and metal-organic structure hybrid nanoparticles

1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)을 약 2mM 농도가 되도록 메탄올에 용해시키고, 여기에 트리에틸아민을 약 6 mM 농도가 되도록 첨가하여 완전 가용성 리간드(complete soluble ligand) 용액을 형성한다. 상기 완전 가용성 리간드 용액을 약 5분 동안 초음파 처리한다.1,3,5-Benzenetricarboxylic acid (BTC) is dissolved in methanol to a concentration of about 2mM, and triethylamine is added to a concentration of about 6mM to form a completely soluble ligand solution. do. The fully soluble ligand solution is sonicated for approximately 5 minutes.

메탄올에 질산 구리 염을 약 3 mM 농도가 되도록 첨가하고, 약 1분 내지 약 2분 동안 더 초음파 처리하여 용해시켜 질산 구리 용액(copper nitrate solution)을 제조한다.Copper nitrate salt is added to methanol to a concentration of about 3 mM, and further sonicated for about 1 to 2 minutes to dissolve it, thereby preparing a copper nitrate solution.

이어서, 상기 완전 가용성 리간드 용액을 수초 동안 격렬히 흔들면서 상기 질산 구리 용액을 첨가하여 혼합물을 제조한다. 이후, 상기 혼합물이 겔 유사 거동(gel-like behavior)을 보일 때까지 방치한다. 약 2 분 동안 방치하면 상기 혼합물이 겔 유사 거동을 보인다. 여기서, 상기 겔 유사 거동은 튜브를 거꾸로 세우는 방법(tube inversion method)에 의해 확인할 수 있다. 이로써, 금속-유기 겔(G⊃MEH)을 제조한다.The mixture is then prepared by adding the copper nitrate solution to the completely soluble ligand solution while shaking vigorously for several seconds. Thereafter, the mixture is left until it exhibits gel-like behavior. When left for about 2 minutes, the mixture exhibits a gel-like behavior. Here, the gel-like behavior can be confirmed by the tube inversion method. In this way, a metal-organic gel (G⊃MEH) is prepared.

상기 금속-유기 겔(G⊃MEH)을 상온에서 건조시킨다. 이어서, 상기 건조시킨 금속-유기 겔(G⊃MEH)을 메탄올에 약 1분 미만 침지시킨 후, 세정한다. 이로써, 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자를 형성한다.The metal-organic gel (G⊃MEH) is dried at room temperature. Next, the dried metal-organic gel (G⊃MEH) is immersed in methanol for less than 1 minute and then washed. As a result, metal-organic structure hybrid nanoparticles are formed.

실시예Example 2: 금속-유기 겔(G⊃ETH) 및 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 제조 2: Preparation of metal-organic gel (G⊃ETH) and metal-organic structure hybrid nanoparticles

상기 완전 가용성 리간드가 형성된 용액 제조 시 및 상기 질산 구리 용액 제조 시에 메탄올 대신 에탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한다. The same method as Example 1 was carried out, except that ethanol was used instead of methanol when preparing the solution in which the fully soluble ligand was formed and when preparing the copper nitrate solution.

실시예 2에서는 상기 혼합물을 약 5분 동안 방치하면 겔 유사 거동을 보인다.In Example 2, the mixture exhibited gel-like behavior when left for about 5 minutes.

실시예Example 3: 금속-유기 겔(G⊃ACN) 및 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 제조 3: Preparation of metal-organic gel (G⊃ACN) and metal-organic structure hybrid nanoparticles

상기 완전 가용성 리간드가 형성된 용액 제조 시 및 상기 질산 구리 용액 제조 시에 메탄올 대신 아세토니트릴을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한다.The same method as Example 1 was performed except that acetonitrile was used instead of methanol when preparing the solution in which the fully soluble ligand was formed and when preparing the copper nitrate solution.

실시예 3에서는 상기 혼합물을 약 5분 동안 방치하면 겔 유사 거동을 보인다.In Example 3, the mixture exhibits gel-like behavior when left for about 5 minutes.

실시예Example 4: 금속-유기 겔(G⊃DMF) 및 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 제조 4: Preparation of metal-organic gel (G⊃DMF) and metal-organic structure hybrid nanoparticles

상기 완전 가용성 리간드가 형성된 용액 제조 시 및 상기 질산 구리 용액 제조 시에 메탄올 대신 N,N-디메틸포름아미드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한다.The same method as Example 1 was performed except that N,N-dimethylformamide was used instead of methanol when preparing the solution in which the fully soluble ligand was formed and the copper nitrate solution.

실시예 4에서는 상기 혼합물을 약 10분 동안 방치하면 겔 유사 거동을 보인다.In Example 4, the mixture exhibits gel-like behavior when left for about 10 minutes.

실시예Example 5: 금속-유기 겔(G⊃DMSO) 및 금속-유기구조체 하이브리드 나노 입자의 제조 5: Preparation of metal-organic gel (G⊃DMSO) and metal-organic structure hybrid nanoparticles

상기 완전 가용성 리간드가 형성된 용액 제조 시 및 상기 질산 구리 용액 제조 시에 메탄올 대신 디메틸 설폭사이드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한다.The same method as Example 1 was carried out, except that dimethyl sulfoxide was used instead of methanol when preparing the solution in which the fully soluble ligand was formed and when preparing the copper nitrate solution.

실시예 5에서는 상기 혼합물을 약 20분 동안 방치하면 겔 유사 거동을 보인다.In Example 5, the mixture exhibits gel-like behavior when left for about 20 minutes.

실시예Example 6: 박막 제조 6: Thin film manufacturing

실시예 1에서 제조한 금속-유기 겔을 MOF 박막 필름의 제조를 위한 전구체로 사용한다. 상기 금속-유기 겔을 메탄올 약 20ml를 사용하여 3회 세정하고, 이어서 원심분리하여 나노-금속-유기구조체(nano-metal-organic framework: NMOF) 입자를 모은다.The metal-organic gel prepared in Example 1 was used as a precursor for producing a MOF thin film. The metal-organic gel was washed three times using about 20 ml of methanol, and then centrifuged to collect nano-metal-organic framework (NMOF) particles.

원심분리 튜브의 바닥에 남은 현탁액을 모으고, 이어서 상기 현탁액을 블레이드의 끝(tip)과 유리 기판의 표면 사이의 간극(gap size) 설정을 수 마이크로미터부터 수십 마이크로미터까지, 구체적으로는 약 4 ㎛부터 약 50 ㎛까지, 변화시키면서 닥터블레이드 기술로 유리 기판에 증착하여 MOF 박막을 형성한다. 또한, 상기 NMOF 현탁액은 딥 코팅 및 스핀 코팅 방법(순차적으로 i) 약 500rpm으로 약 50초, ii) 약 800rpm으로 약 50초, iii) 약 1000rpm으로 약 20초)에도 성공적으로 사용할 수 있다.The remaining suspension at the bottom of the centrifuge tube is collected, and the suspension is then adjusted to a gap size between the tip of the blade and the surface of the glass substrate ranging from several micrometers to tens of micrometers, specifically about 4 μm. A MOF thin film is formed by depositing on a glass substrate using doctor blade technology while changing the thickness from about 50 ㎛. Additionally, the NMOF suspension can also be successfully used in dip coating and spin coating methods (sequentially i) about 500 rpm for about 50 seconds, ii) about 800 rpm for about 50 seconds, and iii) about 1000 rpm for about 20 seconds.

실시예Example 7: 박막 제조 7: Thin film manufacturing

실시예 1에서 제조한 금속-유기 겔 대신 실시예 2에서 제조한 금속-유기 겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 실시하여 박막을 제조한다.A thin film was prepared in the same manner as Example 6, except that the metal-organic gel prepared in Example 2 was used instead of the metal-organic gel prepared in Example 1.

실시예Example 8: 박막 제조 8: Thin film manufacturing

실시예 1에서 제조한 금속-유기 겔 대신 실시예 3에서 제조한 금속-유기 겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 실시하여 박막을 제조한다.A thin film was prepared in the same manner as Example 6, except that the metal-organic gel prepared in Example 3 was used instead of the metal-organic gel prepared in Example 1.

실시예Example 9: 박막 제조 9: Thin film manufacturing

실시예 1에서 제조한 금속-유기 겔 대신 실시예 4에서 제조한 금속-유기 겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 실시하여 박막을 제조한다.A thin film was prepared in the same manner as Example 6, except that the metal-organic gel prepared in Example 4 was used instead of the metal-organic gel prepared in Example 1.

실시예Example 10: 박막 제조 10: Thin film manufacturing

실시예 1에서 제조한 금속-유기 겔 대신 실시예 5에서 제조한 금속-유기 겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 실시하여 박막을 제조한다.A thin film was prepared in the same manner as Example 6, except that the metal-organic gel prepared in Example 5 was used instead of the metal-organic gel prepared in Example 1.

비교예Comparative example 1 내지 5 1 to 5

실시예 1 내지 5에서 각각 트리에틸아민 대신 NaOH를 사용하여 반응을 수행한다. 각각의 반응 혼합물을 방치하자 금속-유기 겔이 생성되는 대신 침전물(precipitation product)이 형성됨을 확인할 수 있다. 수행한 각각의 실험을 순차적으로 비교예 1 내지 5라고 한다.In Examples 1 to 5, the reaction was performed using NaOH instead of triethylamine, respectively. When each reaction mixture was left to stand, it was confirmed that a precipitation product was formed instead of a metal-organic gel. Each experiment performed is sequentially referred to as Comparative Examples 1 to 5.

비교예Comparative example 6 내지 10 6 to 10

실시예 1 내지 5에서 각각 트리에틸아민 대신 KOH를 사용하여 반응을 수행한다. 각각의 반응 혼합물을 방치하자 금속-유기 겔이 생성되는 대신 침전물이 형성됨을 확인할 수 있다. 수행한 각각의 실험을 순차적으로 비교예 6 내지 10이라고 한다.In Examples 1 to 5, the reaction was performed using KOH instead of triethylamine, respectively. When each reaction mixture was left to stand, it was confirmed that a precipitate was formed instead of a metal-organic gel. Each experiment performed is sequentially referred to as Comparative Examples 6 to 10.

시험예Test example 1: 유동성 시험 1: Fluidity test

온도 조절된 기저판(basal plate)을 구비한 Physica MCR-301 (Anton Paar) 유동계(rheometer)를 사용하여 저장탄성률, 손실탄성률 등 유동 측정을 실시한다. 모든 시험에서 기저판과 상부판들(top plates) 간의 간격을 약 1 mm로 유지한 평행 판 배열을 사용한다. 크리프 회복 시험(creep recovery test) 및 응력 회복 시험(stress recovery test)을 위해 약 10 Pa의 일정한 전단 응력을 적용한다.Flow measurements such as storage modulus and loss modulus are performed using a Physica MCR-301 (Anton Paar) rheometer equipped with a temperature-controlled basal plate. All tests use a parallel plate arrangement with a gap of approximately 1 mm between the base plate and the top plates. A constant shear stress of approximately 10 Pa is applied for the creep recovery test and stress recovery test.

시험예Test example 2: 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: 2: scanning electron microscope: SEMS.E.M. ) 이미지) image

SC7620 Polaron 스퍼터 코터[sputter coater, (Quorum Technologies)]를 사용하여 금속-유기 겔 시편들을 금 박막으로 코팅한다. 이어서, 주사 전자 현미경(Carl Zeiss EVO LS15)을 사용하여 사진을 촬영한다.Metal-organic gel specimens are coated with a thin film of gold using a SC7620 Polaron sputter coater (Quorum Technologies). Photographs are then taken using a scanning electron microscope (Carl Zeiss EVO LS15).

시험예Test example 3: 무한 초점 현미경(infinite focus microscopy: 3: infinite focus microscopy: IFMIFM ) 분석) analyze

MOF 박막의 광학 이미지와 표면 높이 토포그래피(surface height topography)를 무한 초점 현미경[infinite focus microscopy, IFM (Alicona Infinite Focus 3D profilometer)]을 사용하여 분석한다.Optical images and surface height topography of the MOF thin film are analyzed using infinite focus microscopy (IFM (Alicona Infinite Focus 3D profilometer)).

시험예Test example 4: X-선 회절 분석 4: X-ray diffraction analysis

나노 입자 및 금속-유기 겔 샘플의 X-선 분말 회절 특성을 Cu-Kα 광원(약 1.541 Å)을 가지는 Rigaku Smart Lab 회절계(diffractometer)를 사용하여 분석한다; 회절 데이터는 약 2°부터 약 30°까지의 2θ 각, 약 0.01°의 간격 크기, 및 약 1°/분의 단계 속도의 조건에서 수집한다.X-ray powder diffraction properties of nanoparticles and metal-organic gel samples are analyzed using a Rigaku Smart Lab diffractometer with a Cu-Kα light source (ca. 1.541 Å); Diffraction data are collected at 2θ angles from about 2° to about 30°, a gap size of about 0.01°, and a step rate of about 1°/min.

시험예Test example 5: 원자력 현미경 분석(atomic force microscopy: 5: Atomic force microscopy: AFMAFM ) 분석) analyze

원자력 현미경(AFM) 높이 토포그래피 및 AM-FM 탭핑모드 이미징(amplitude modulated-frequency modulated tapping mode imaging)을 대기 중에서 Asylum Research MFP-3D AFM을 사용하여 수행한다. AM-FM 캔틸레버 홀더(AM-FM cantilever holder)에 부착된 공진 주파수 약 300kHz, 항력(force constant) 약 40 N/m인 Silicon AFM probe(Tap300-G, Budget Sensor)를 나노기계 특성 측정을 위해 사용한다; 끝 교정(tip calibration)은 영률(Young's modulus) 약 4 GPa로 설정된 Matrimid® 5218의 표준 샘플을 사용하여 수행한다.Atomic force microscopy (AFM) height topography and AM-FM amplitude modulated-frequency modulated tapping mode imaging are performed in air using the Asylum Research MFP-3D AFM. A Silicon AFM probe (Tap300-G, Budget Sensor) with a resonance frequency of approximately 300 kHz and a force constant of approximately 40 N/m attached to an AM-FM cantilever holder was used to measure nanomechanical properties. do; Tip calibration is performed using a standard sample of Matrimid® 5218 with Young's modulus set to approximately 4 GPa.

시험예Test example 6: 전기전도성 시험 6: Electrical conductivity test

금속-유기 겔 샘플의 전기전도성은 Keithley 2614B 소스미터(sourcemeter) 및 알루미늄 전극들이 약 1cm 떨어지게 배치한 주문 제작한 전도성 셀을 사용하여 측정한다. 상기 전기전도성 측정을 위한 세팅을 도 23에 나타낸다.The electrical conductivity of metal-organic gel samples is measured using a Keithley 2614B sourcemeter and a custom-made conductive cell with aluminum electrodes placed approximately 1 cm apart. The settings for measuring the electrical conductivity are shown in FIG. 23.

점탄성 고체의 전도성은 평평한 알루미늄 전극 쌍 사이에 배치된 ACN 점탄성 물질 박막에 대하여 측정한다.The conductivity of viscoelastic solids is measured on a thin film of ACN viscoelastic material placed between a pair of flat aluminum electrodes.

이상 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept defined in the following claims are also within the scope of the present invention. It belongs.

Claims (20)

구리 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠의 반응 생성물인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질 (Supramolecular Metal-Organic Framework Material):
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이다.
Supramolecular Metal-Organic Framework Material in a gel state, which is a reaction product of a copper compound, a trialkylamine represented by the following formula (1), and benzene substituted with three or more carboxyl groups:
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and are each independently a C1 to C10 alkyl group.
제1항에서, 상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)이고, 상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민은 트리에틸아민(NEt3)이며, 상기 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠은 1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질.In claim 1, the copper compound is copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ), the trialkylamine represented by Formula 1 is triethylamine (NEt 3 ), and the benzene substituted with 3 or more carboxyl groups is 1. ,3,5-Benzenetricarboxylic acid (BTC), a gel-like supramolecular metal-organic structure material. 제1항에서, 상기 반응은 비수성 유기 용매 내에서 이루어지는 것인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질.In claim 1, the reaction is carried out in a non-aqueous organic solvent, a supramolecular metal-organic structure material in a gel state. 제3항에서, 상기 비수성 유기 용매는 C1-C10 알칸올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트라이미드(DMAc), 아세토니트릴(ACN), 톨루엔, 디옥산, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤(MEK), 피리딘, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질.In claim 3, the non-aqueous organic solvent is C1-C10 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diethylformamide (DEF), N,N -Dimethylacetrimide (DMAc), acetonitrile (ACN), toluene, dioxane, chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, or a combination thereof, a supramolecular metal-organic structure in a gel state. matter. 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질로부터 얻어지는, 점탄성(viscoelastic)의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material).A viscoelastic supramolecular metal-organic framework material obtained from the gel-state supramolecular metal-organic framework material according to any one of claims 1 to 4. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질로부터 얻어지는, 나노입자 형태의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material).A supramolecular metal-organic framework material in the form of nanoparticles, obtained from the gel-state supramolecular metal-organic framework material according to any one of claims 1 to 4. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질로부터 얻어지는, 층상(lamella) 구조를 가지는 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material).A supramolecular metal-organic framework material having a lamella structure, obtained from the gel-state supramolecular metal-organic framework material according to any one of claims 1 to 4. 구리 화합물, 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민, 및 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 비수성 유기 용매 내에서 반응시키는 것을 포함하고, 상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material)의 제조 방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이다.
It involves reacting a copper compound, a trialkylamine represented by the following formula (1), and benzene substituted with three or more carboxyl groups in a non-aqueous organic solvent, wherein the copper compound is copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ), Method for manufacturing gel-like supramolecular metal-organic framework material:
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and are each independently a C1 to C10 alkyl group.
제10항에서, 상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민은 트리에틸아민(NEt3)이며, 상기 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠은 1,3,5-벤젠트리카르복실산(BTC)인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법.In claim 10, the trialkylamine represented by Formula 1 is triethylamine (NEt 3 ), and the benzene substituted with three or more carboxyl groups is 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC). Method for producing supramolecular metal-organic structure materials. 제10항에서, 상기 비수성 유기 용매는 C1-C10 알칸올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트라이미드(DMAc), 아세토니트릴(ACN), 톨루엔, 디옥산, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤(MEK), 피리딘, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법.In claim 10, the non-aqueous organic solvent is C1-C10 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diethylformamide (DEF), N,N -Dimethylacetrimide (DMAc), acetonitrile (ACN), toluene, dioxane, chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, or a combination thereof, a supramolecular metal-organic structure in a gel state. Method of manufacturing the substance. 제10항에서, 상기 비수성 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 아세토니트릴(ACN), 또는 이들의 혼합물인, 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법.In claim 10, the non-aqueous organic solvent is methanol, ethanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), acetonitrile (ACN), or a mixture thereof, supramolecular metal in a gel state. -Method for manufacturing organic structure materials. 삭제delete 제10항에서, 상기 반응은, 상기 구리 화합물을 포함하는 용액, 및 상기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민과 상기 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 포함하는 용액을 반응시켜 생성물을 얻고, 상기 얻어진 생성물에 열을 가하거나, 또는 일정 시간 방치하는 것을 포함하는, 겔(gel) 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질의 제조 방법.In claim 10, the reaction is performed by reacting a solution containing the copper compound and a solution containing the trialkylamine represented by Formula 1 with benzene substituted with three or more carboxyl groups to obtain a product, and the obtained product A method for producing a supramolecular metal-organic structure material in a gel state, comprising applying heat to or leaving it for a certain period of time. 구리 화합물을 포함하는 용액, 및 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민과 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 포함하는 용액을 반응시켜 생성물을 얻고, 상기 얻어진 생성물에 열을 가하거나, 또는 일정 시간 방치하여 겔(gel) 상태의 물질을 제조한 후, 상기 겔 상태의 물질을 일정 시간 방치하는 것을 포함하며, 상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)인, 점탄성(viscoelastic)의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material)의 제조 방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이다.
A solution containing a copper compound and a solution containing benzene substituted with three or more carboxyl groups are reacted with a trialkylamine represented by the following formula (1) to obtain a product, and the obtained product is heated or left for a certain period of time. After preparing a gel-like material, it includes leaving the gel-like material for a certain period of time, wherein the copper compound is copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ), a viscoelastic supramolecular metal- Method for manufacturing Supramolecular Metal-Organic Framework Material:
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and are each independently a C1 to C10 alkyl group.
구리 화합물을 포함하는 용액, 및 하기 화학식 1로 표시되는 트리알킬아민과 3 이상의 카르복실기로 치환된 벤젠을 포함하는 용액을 반응시켜 생성물을 얻고, 상기 얻어진 생성물에 열을 가하거나, 또는 일정 시간 방치하여 겔(gel) 상태의 물질을 제조한 후, 상기 겔 상태의 물질을 건조하는 것을 포함하며, 상기 구리 화합물은 질산구리(Cu(NO3)2)인, 나노입자 형태의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material)의 제조 방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이다.
A solution containing a copper compound and a solution containing benzene substituted with three or more carboxyl groups are reacted with a trialkylamine represented by the following formula (1) to obtain a product, and the obtained product is heated or left for a certain period of time. A supramolecular metal-organic structure material in the form of nanoparticles, comprising preparing a gel-like material and then drying the gel-like material, wherein the copper compound is copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ). Manufacturing method of (Supramolecular Metal-Organic Framework Material):
[Formula 1]

In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 3 are the same or different from each other and are each independently a C1 to C10 alkyl group.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 겔 상태의 초분자 금속-유기구조체 물질(Supramolecular Metal-Organic Framework Material)을 포함하는 성형품.A molded article comprising the gel-like supramolecular metal-organic framework material according to any one of claims 1 to 4. 제18항에서, 상기 성형품은 필름인 성형품.The molded article of claim 18, wherein the molded article is a film. 제19항에 따른 성형품을 포함하는 전자 기기.
An electronic device comprising a molded article according to claim 19.
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