KR20140037025A - 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품 - Google Patents

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Abstract

금속 나노와이어의 생산 방법, 조성물, 및 물품이 개시된다. 이러한 방법은 촉매 농도 변화하에서도 재현가능하게 균일한 직경 및 길이를 갖는 금속 나노와이어를 생산하는 것을 허용한다. 이러한 금속 나노와이어는 전자장치 용도에 유용하다.

Description

나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품 {NANOWIRE PREPARATION METHODS, COMPOSITIONS, AND ARTICLES}
본 발명은 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품에 관한 것이다.
은 나노와이어 (10-200 종횡비)의 일반적인 제조는 공지되어 있다. 예를 들면, 문헌[Angew . Chem . Int . Ed . 2009, 48, 60, Y. Xia, Y. Xiong, B. Lim, S. E. Skrabalak]을 참조하고, 이의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다. 이러한 제조는 전형적으로 다른 형태에 관해서 와이어 형성을 "촉진"하기 위해서 Fe2 + 또는 Cu2 + 이온을 이용한다. 그러나 원하는 길이 및 폭을 갖는 나노와이어의 통제된 제조는 공지되어 있지 않다. 예를 들면, Fe2 +는 다양한 길이 또는 두께를 생산하고 Cu2 +는 많은 용도를 위해 아주 두꺼운 와이어를 생산한다.
철 또는 구리가 사용될 때, 이들은 금속 할라이드 염 FeCl2 또는 CuCl2으로서 전형적으로 제공된다. 예를 들면, 문헌[B. Wiley 등, Nano Letters, 2004, 4, 1733-1739 및 K.E. Korte 등, J. Mats . Chem ., 2008, 18, 437] 참조. 다른 금속 할라이드 염은 나노와이어 합성에서 사용되었다. 예를 들면, 문헌[J. Jiu, K. Murai, D. Kim, K. Kim, K. Suganuma, Mat . Chem . & Phys ., 2009, 114, 333]은 NaCl, CoCl2, CuCl2, NiCl2 및 ZnCl2을 언급하고 문헌[S. Nandikonda, "Microwave Assisted Synthesis of Silver Nanorods," M.S. Thesis, Auburn University, Auburn, Alabama, USA, August 9, 2010]은 NaCl, KC1, MgCl2, CaCl2, MnCl2, CuCl2, 및 FeCl3을 언급한다. KBr의 사용은 예를 들면 문헌[D. Chen 등, J. Mater . Sci .: Mater . Electron., 2011, 22(1), 6-13]; [L. Hu 등, ACS Nano, 2010, 4(5), 2955-2963]; 및 [C. Chen 등, Nanotechnology, 2006, 17, 3933]에서 개시되었다. NaBr의 사용은 예를 들면 문헌[L. Zhou 등, Appl . Phys . Letters, 2009, 94, 153102]에 개시되었다. 또한 문헌[S. Murali 등, Langmuir, 2010, 26(13), 11176-83]; [Z. C. Li 등, Micro & Nano Letters, 2011, 6(2), 90-93]; 및 [B. J. Wiley 등, Langmuir, 2005, 21, 8077]을 참조한다.
일본 특허 출원 공보 2009-155674는 SnCl4의 사용을 개시한다. 미국 특허 출원 공보 2010/0148132는 NaCl, KC1, CaCl2, MgCl2, 및 ZnCl2의 사용을 개시한다. 미국 특허 출원 공보 2008/0210052 및 2011/0048170은 사급 암모늄 클로라이드의 사용을 개시한다.
적어도 제1 구현예는 하기를 포함하는 방법을 제공한다: 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 제1 원자, 상기 적어도 하나의 제1 원자에 결합된 적어도 하나의 할로겐 원자, 및 상기 적어도 하나의 제1 원자에 결합된 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는, 단계; 및 적어도 하나의 화합물 또는 적어도 하나의 할라이드 이온 중 적어도 하나의 존재하에 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계. 이러한 방법에서, 상기 적어도 하나의 제1 원자 및 적어도 하나의 할로겐 원자의 전기음성도의 차이의 절대 값은 약 0.4 폴링 단위 초과 약 2.0 폴링 단위 미만일 수 있다.
이러한 방법에서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는, 예를 들면, 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 규소 원자, 황 원자, 셀레늄 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소 원자, 인 원자, 규소 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은, 예를 들면, 적어도 하나의 클로라이드 이온, 브로마이드 이온, 또는 아이오다이드 이온을 포함할 수 있다. 또는, 일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 할라이드는 클로라이드 이온 또는 브로마이드 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 화합물은 적어도 하나의 탄소양이온을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 탄소양이온은 일차 탄소양이온, 2차 탄소양이온 또는 3차 탄소양이온일 수 있다.
적어도 하나의 화합물의 비제한 예는 디에틸디클로로실란, 페닐포스포닉 디클로라이드, 디클로로페닐보란, 및 트리페닐클로로메탄이다.
적어도 일부 구현예에서, 이러한 방법은 적어도 하나의 화합물의 가용매분해에 의해 적어도 하나의 제1 할라이드 이온을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 가용매분해는, 예를 들면, 1 이상의 가수분해, 알코올분해, 당분해, 산분해, 아미노분해, 또는 가암모니아분해를 포함할 수 있다.
적어도 일부 경우에, 적어도 하나의 제1 금속은, 예를 들면, IUPAC 그룹 11 또는 적어도 하나의 주화 금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 예시적인 적어도 하나의 제1 금속은 은이다.
다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속을 제공한다. 또 다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속을 포함하는 나노와이어를 제공한다.
적어도 제2 구현예는 하기를 포함하는 방법을 제공한다: 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물의 양을 포함하는 조성물을 제공하는 단계; 및 상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계. 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은, 예를 들면, 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 규소 원자, 또는 적어도 2개의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 규소 원자를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 할라이드 이온은, 예를 들면, 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1 은 금속 이온은, 예를 들면, IUPAC 그룹 11로부터 적어도 하나의 원소, 또는 적어도 하나의 주화 금속 이온, 또는 적어도 하나의 은 이온을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은, 예를 들면, 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 규소 원자을 포함할 수 있고, 상기 규소 원자는 또한 적어도 하나의 탄소 원자에 결합되거나, 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 규소 원자를 포함할 수 있고, 상기 규소 원자는 또한 적어도 2개의 탄소 원자에 결합되고, 또는 예를 들면, 디에틸디클로로실란을 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 이러한 방법은 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물을 선정하는 것, 상기 조성물 중 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물의 양을 선택하는 것, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 구현예는 이러한 구현예에 따란 생성된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 추가로 제공한다. 이러한 생성물은, 예를 들면, 적어도 하나의 나노와이어를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예는 이러한 구현예에 따란 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품을 추가로 제공한다. 이러한 물품은, 예를 들면, 전자 장치를 포함할 수 있다.
적어도 제3 구현예는 하기를 포함하는 방법을 제공한다: 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 황 원자, 또는 셀레늄 원자 중 적어도 하나를 포함하는 단계; 및 상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속 이온으로 환원시키는 단계. 화합물은, 예를 들면, 적어도 하나의 할로겐 원자 및 적어도 하나의 탄소 원자에 결합된 적어도 하나의 제1 원자를 포함할 수 있다. 이러한 제1 원자는, 예를 들면, 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 황 원자, 또는 셀레늄 원자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 적어도 하나의 화합물은 페닐포스포닉 디클로라이드. 적어도 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함한다. 적어도 하나의 제1 금속 이온은, 예를 들면, IUPAC 그룹 11로부터 적어도 하나의 원소, 또는 적어도 하나의 주화 금속 이온, 예를 들면, 은 이온을 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 이러한 방법은 적어도 하나의 화합물을 선정하고, 조성물 중 적어도 하나의 화합물의 양을 선택하는 단계, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 환원은 적어도 하나의 제1 금속 이온의 원자 번호와 상이한 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 제2 금속 또는 금속 이온의 존재에서 일어날 수 있다.
다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 제공한다. 이러한 생성물은, 예를 들면, 적어도 하나의 나노와이어를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품을 제공한다.
적어도 제4 구현예는 하기를 포함하는 방법을 포함한다: 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물의 양을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 탄소양이온을 형성할 수 있다 및 적어도 하나의 할라이드 이온 및 상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계.
적어도 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 및 결합된, 및 또한 적어도 하나의 탄소-탄소 결합에 의해 적어도 하나의 방향족 고리 탄소 원자를 포함할 수 있다. 또는 이러한 탄소 원자는 적어도 하나의 할로겐 원자에, 및 또한 적어도 2개의 탄소-탄소 결합에 의해 적어도 2개의 방향족 고리에 결합될 수 있다. 또는 이러한 탄 원자는 하나의 할로겐 원자, 및 또한 3개의 탄소-탄소 결합에 의해 3개의 방향족 고리에 결합될 수 있다. 이러한 화합물은, 예를 들면, 트리페닐클로로메탄을 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 탄소양이온은 적어도 하나의 2차 탄소양이온 또는 3차 탄소양이온을 포함하거나, 적어도 하나의 탄소양이온은 적어도 하나의 3차 탄소양이온을 포함한다.
일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 클로라이드 이온 또는 브로마이드 이온을 포함하거나, 적어도 하나의 할라이드 이온은 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함한다.
적어도 일부 구현예에서, 이러한 방법은 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물을 선정하는 단계, 조성물 중 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물의 양을 선택하는 단계, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 제공한다. 이러한 생성물은, 예를 들면, 적어도 하나의 나노와이어를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예는 이러한 방법에 의해 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품을 제공한다.
이들 구현예 및 다른 변화 및 변형은 뒤따르는 도면의 설명, 도면, 설명, 예시적인 구현예, 실시예, 및 청구범위로부터 더 잘 이해될 수 있다. 제공된 임의의 구현예는 설명적인 예로써 주어진다. 본질적으로 달성된 다른 바람직한 목적 및 이점은 생길 수 있고 당해분야의 숙련가에게 분명해질 수 있다. 본 발명은 부가된 청구항들에 의해 한정된다.
도 1은 실시예 1의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 2은 실시예 2의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 3은 실시예 3의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 4은 실시예 4의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 5은 비교 실시예 8의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 6은 비교 실시예 9의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 7은 비교 실시예 10의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 8은 비교 실시예 12의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 9은 비교 실시예 13의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 10은 비교 실시예 14의 반응 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 11은 실시예 15의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
도 12은 실시예 16의 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
이 문서에서 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허 문서는, 개별적으로 참고로 인용될지라도 그 전체가 본원에 참조로 인용된 것이다.
미국 가출원 번호 61/432,615 (2011년 1월 14일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품); 미국 가출원 번호 61/488,811 (2011년 5월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품); 미국 가출원 번호 61/488,814 (2011년 5월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품); 및 미국 가출원 번호 61/500,155 (2011년 6월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품), 각각은 그 전체가 참조로 본원에 포함되어 있다.
적어도 일부 구현예는 금속 이온의 환원에서 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 이용하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 환원은 적어도 하나의 화합물 또는 적어도 하나의 할라이드 이온의 존재에서 일어난다. 이러한 화합물은 적어도 하나의 탄소 원자 및 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 제1 원자를 포함한다. 적어도 하나의 제1 원자와 적어도 하나의 할로겐 원자 사이의 결합은 "극성 공유" 결합이라 칭할 수 있고, 본원에서는 하기를 의미한다: 적어도 하나의 제1 원자 및 적어도 하나의 할로겐 원자의 전기음성도의 차이의 절대 값은 약 0.4 폴링 단위 초과 약 2.0 폴링 단위 미만이다. 이러한 방법은 적어도 하나의 화합물의 농도에서 실행간 가변성의 존재에서도 재현가능하게 균일한 두께 및 길이를 갖는 예를 들면, 금속 나노와이어의 생산을 허용할 수 있다.
금속 이온 및 금속 제품
일부 구현예는 금속 이온을 금속으로 환원시키는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 이러한 금속 이온은 반응 조건의 일부 설정 하에서 금속으로 환원될 수 있다는 의미에서 통칭 "환원성 금속 이온"일 수 있다. 이러한 방법에서, 금속 이온은, 예를 들면, IUPAC 그룹 11 원소의 적어도 하나의 이온 또는 적어도 하나의 주화 금속 이온을 포함할 수 있다. 주화 금속 이온은 구리, 은, 및 금을 포함하는 1 이상의 주화 금속의 이온이다. 이러한 금속 이온은, 일부 경우에서, 염으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 은 양이온은, 예를 들면, 은 니트레이트로서 제공될 수 있다.
이러한 구현예에서, 상기 적어도 하나의 금속은, 적어도 하나의 금속 이온이 환원될 수 있는 금속인 것이다. 예를 들면, 은은 은 양이온이 환원될 수 있는 금속이다.
탄소(들), 할로겐(들), 및 극성 공유결합(들)을 포함하는 화합물
일부 구현예는 적어도 하나의 화합물 또는 할라이드 이온의 존재에서 금속 이온을 금속으로 환원시키는 것을 포함하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 탄소 원자 및 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 제1 원자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 원자와 적어도 하나의 할로겐 원자 사이의 결합은 "극성 공유" 결합이고, 이는 본원에서는, 적어도 하나의 제1 원자 및 적어도 하나의 할로겐 원자의 전기음성도의 차이의 절대 값이 약 0.4 폴링 단위 초과 약 2.0 폴링 단위 미만이라는 것을 의미한다.
금속 이온의 환원에서 이러한 화합물의 사용은, 또한 촉매 금속 양이온 또는 다른 비양성자성 양이온을 제공하지 않으면서 할라이드 이온의 제공을 허용할 수 있다. 종래의 나노와이어 합성 방법에서, 할라이드 이온에는 할로겐 보유 화합물의 동일성에 의해 관리되는 화학양론 비로 촉매 금속 양이온 또는 다른 비양성자성 양이온이 제공된다. 이론에 의해 구속되기를 바라지 않으면서, 이러한 양이온의 존재는 나노와이어 및 형성된 나노와이어의 형태를 형성하기 위한 능력 모두에 영향을 미칠 수 있는 것으로 믿는다. 본원의 방법 및 조성물은 대신에, 적어도 하나의 화합물의 농도에서 실행간 가변성의 존재에서도 재현가능하게 균일한 두께 및 길이를 갖는 금속 나노와이를 제공할 수 있다.
이러한 방법에서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는, 예를 들면, 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 규소 원자, 황 원자, 셀레늄 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소 원자, 인 원자, 규소 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은, 예를 들면, 적어도 하나의 클로라이드 이온, 브로마이드 이온, 또는 아이오다이드 이온을 포함할 수 있다. 또는, 일부 경우에서, 상기 적어도 하나의 할라이드는 클로라이드 이온 또는 브로마이드 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 화합물의 비제한 예는 디에틸디클로로실란, 페닐포스포닉 디클로라이드, 디클로로페닐보란, 및 트리페닐클로로메탄이다.
적어도 하나의 화합물의 다른 비제한 예는 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다: RxSiXy, 여기서 상기 x+y=4 및 y는 0이 아니다; 화합물 RxBXy, 여기서 x+y=3 및 y 는 0이 아니다; 보라진 RxB3N3Xy, 여기서 x+y=3 및 y는 0이 아니다; RxPXy, 여기서 x+y=3 및 y 는 0이 아니다; RxPOXy, 여기서 x+y=3 및 y는 0이 아니다; 산 할로겐화물 RCOX; RxCXy, 여기서 x+y=4 및 y는 0이 아니다; 및 RxHzCXy, 여기서 x+y+z=4, 및 x 및 y 는 0이 아니다. 이들 식에서, X는 할로겐 원자를 나타내고 R은 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 아릴 그룹, 또는 치환된 아릴 그룹을 나타낸다. 치환된 알킬 또는 아릴 그룹은 할로겐, 알콕시 모이어티, 아민, 등을 포함할 수 있다.
적어도 일부 구현예에서, 상기 적어도 하나의 화합물은 적어도 하나의 탄소양이온 및 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있다. 이러한 화합물은, 예를 들면, 적어도 하나의 할로겐 원자에, 및 또한 적어도 하나의 탄소-탄소 결합 적어도 하나의 방향족 고리에 결합된 탄소 원자를 포함할 수 있거나; 화합물은, 예를 들면, 적어도 하나의 할로겐 원자에, 및 또한 적어도 2개의 탄소-탄소 결합에 의한 적어도 2개의 방향족 고리에 결합된 탄소 원자를 포함할 수 있거나; 화합물은, 예를 들면, 하나의 할로겐 원자, 및 또한 3개의 탄소-탄소 결합에 의해 3개의 방향족 고리에 결합된 탄소 원자를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 이러한 탄소양이온은 적어도 하나의 2차 탄소양이온 또는 3차 탄소양이온, 또는 적어도 하나의 탄소양이온은 적어도 하나의 3차 탄소양이온을 포함할 수 있다. 이러한 화합물은, 예를 들면, 트리페닐클로로메탄을 포함할 수 있다.
가용매분해
적어도 일부 구현예에서, 이러한 방법은 적어도 하나의 화합물의 가용매분해에 의해 적어도 하나의 제1 할라이드 이온을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 가용매분해는 친핵성 치환의 유형이고 여기서 친핵체는 용매 분자이다. 가용매분해는, 예를 들면, 1 이상의 가수분해, 알코올분해, 당분해, 산분해, 아미노분해, 또는 가암모니아분해를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 가용매분해는, 예를 들면, 1 이상의 폴리올, 예를 들면, 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 부탄디올, 글리세롤, 당, 탄수화물, 등을 포함할 수 있는 반응 혼합물에서 수행될 수 있다.
적어도 하나의 화합물의 가용매분해는 촉매 금속 이온 또는 다른 비양성자성 양이온을 동시에 도입하지 않으면서 할라이드 이온을 제공할 수 있다. 이론에 구속되기를 바라지 않으면서, 적어도 하나의 제1 원자와 적어도 하나의 할로겐 원자 사이의 극성 공유결합의 가용매분해로 할라이드 이온 및 양성자 또는 양성자성 양이온이 생산되는 것으로 믿는다.
할라이드 이온과 비양성자성 양이온 사이의 종래의 화학양론 결합을 제거하여, 낮은 비양성자성 양이온 수준의 존재에서 또는 비양성자성 양이온이 거의 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않을 때에도 금속 이온을 환원시킬 수 있다.
나노구조, 나노구조, 나노와이어 , 및 물품
일부 구현예에서, 이러한 방법에 의해 형성된 금속 제품은 나노구조, 예를 들면, 1 차원 나노구조이다. 나노구조는 30 nm 미만의 적어도 하나의 "나노규모" 치수를 갖는 구조이다. 이러한 나노구조의 예는 나노막대, 나노와이어, 나노튜브, 나노피라미드, 나노프리즘, 나노플레이트, 등이다. "1 차원" 나노구조는, 다른 2 나노규모 치수보다 훨씬 더 큰, 예를 들면, 적어도 약 10 또는 적어도 약 100 또는 적어도 약 200 또는 적어도 약 1000 배 더 큰 하나의 치수를 갖는다.
이러한 1 차원 나노구조는, 일부 경우에서, 나노와이어를 포함할 수 있다. 나노와이어는 1 차원 나노구조이고, 여기서 2개의 짧은 치수 (두께 치수)는 300 nm 미만, 바람직하게는 100 nm 미만이고, 한편 제3 치수 (길이 치수)는 1 마이크론 초과, 바람직하게는 10 마이크론 초과이고, 및 종횡비 (길이 치수 대 2개의 두께 치수의 더 큰 쪽의 비)는 5 초과이다. 나노와이어는 다른 가능한 용도 중에서, 전자 장치에서 컨덕터로서 또는 광학 기기에서 구성요소로서 이용되고 있다. 은 나노와이어는 일부 이러한 용도에서 바람직하다.
이러한 방법은 나노와이어 이외의 다른 나노구조, 예를 들면, 나노큐브, 나노막대, 나노피라미드, 나노튜브, 등을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 나노와이어 및 다른 나노구조 생성물은 물품, 예를 들면, 전자 디스플레이, 터치 스크린, 휴대 전화기, 셀룰러폰, 컴퓨터 디스플레이, 랩톱 컴퓨터, 정제 컴퓨터, POP 키오스크, 뮤직 플레이어, 텔레비젼, 전자 게임, 전자책 판독기, 투명 전극, 태양전지, 발광 다이오드, 다른 전자 장치, 의료 이미지화 디바이스, 의료 영상 수단, 등에 통합될 수 있다.
제조 방법
나노구조, 예를 들면, 나노와이어를 제조하는 통상적인 방법은 "폴리올" 공정이다. 이러한 공정은 하기에 기재되어 있다: 예를 들면, Angew . Chem . Int . Ed. 2009, 48, 60, Y. Xia, Y. Xiong, B. Lim, S. E. Skrabalak, 이는 그 전체가 참고로 본원에 포함되어 있다. 이러한 공정은 전형적으로 금속 양이온, 예를 들면, 은 양이온을, 원하는 금속 나노구조 생성물, 예를 들면, 은 나노와이어로 환원시킨다. 이러한 환원은, 예를 들면 하기를 포함하는 반응 혼합물에서 수행될 수 있다: 1 이상의 폴리올, 예를 들면, 에틸렌 글라이콜 (EG), 프로필렌 글라이콜, 부탄디올, 글리세롤, 당, 탄수화물, 등; 1 이상의 보호 제제, 예를 들면, 폴리비닐피롤리디논 (폴리비닐피롤리돈 또는 PVP로도 칭함), 다른 극성 폴리머 또는 코폴리머, 표면활성제, 산, 등; 및 1 이상의 금속 이온. 이들 및 다른 성분은, 당해기술에 공지된 바와 같이 이러한 반응 혼합물에서 사용될 수 있다. 환원은, 예를 들면, 1 이상의 온도 약 120℃ 내지 약 190℃, 또는 약 80℃ 내지 약 190℃에서 수행될 수 있다.
예시적인 구현예
그 전체가 참고로 본원에 포함되어 있는 미국 가출원 번호 61/432,615 (2011년 1월 14일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품)는 하기 14개의 비제한 예시적인 구현예를 개시한다:
A. 하기를 포함하는 방법:
적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물의 양을 포함하는 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 단계; 및
상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계.
B. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 규소 원자를 포함하는 방법.
C. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은 적어도 2개의 할로겐 원자에 결합된 적어도 하나의 규소 원자를 포함하는 방법.
D. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함하는 방법.
E. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 IUPAC 그룹 11로부터 적어도 하나의 원소를 포함하는 방법.
F. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 주화 금속 이온을 포함하는 방법.
G. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 은 이온을 포함하는 방법.
H. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 규소 원자를 포함하고, 상기 규소 원자는 또한 적어도 하나의 탄소 원자에 결합되는 방법.
J. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 규소 원자를 포함하고, 상기 규소 원자는 또한 적어도 2개의 탄소 원자에 결합되는 방법.
K. 구현예 A에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물은 디에틸디클로로실란을 포함하는 방법.
L. 구현예 A에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 방법:
상기 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물을 선정하고, 조성물 중 적어도 하나의 유기규소 할라이드 화합물의 양을 선택하는 단계, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계.
M. 구현예 A의 방법에 따라 생산된 적어도 하나의 제1 금속 제품.
N. 구현예 M에 있어서, 상기 적어도 하나의 생성물은 적어도 하나의 나노와이어를 포함하는, 적어도 하나의 제1 금속 제품.
P. 구현예 M에 따른 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품.
그 전체가 참고로 본원에 포함되어 있는 미국 가출원 번호 61/488,814 (2011년 5월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품)는 하기 12개의 비제한 예시적인 구현예를 개시한다:
Q. 하기를 포함하는 방법:
적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 황 원자, 또는 셀레늄 원자 중 적어도 하나를 포함하는 단계; 및
상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계.
R. 구현예 Q에 있어서, 상기 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자 및 적어도 하나의 탄소 원자에 결합된 적어도 하나의 제1 원자를 포함하는 방법.
S. 구현예 R에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 황 원자, 또는 셀레늄 원자 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
T. 구현예 Q에 있어서, 상기 적어도 하나의 화합물은 페닐포스포닉 디클로라이드를 포함하는 방법.
U. 구현예 Q에 있어서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함하는 방법.
V. 구현예 Q에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 IUPAC 그룹 11로부터 적어도 하나의 원소를 포함하는 방법.
W. 구현예 Q에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 주화 금속 이온을 포함하는 방법.
X. 구현예 Q에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 은 이온을 포함하는 방법.
Y. 구현예 Q에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 방법:
적어도 하나의 화합물을 선정하고, 조성물 중 적어도 하나의 화합물의 양을 선택하는 단계, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계.
Z. 구현예 Q에 있어서, 상기 환원은 적어도 하나의 제1 금속 이온의 원자 번호와 상이한 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 제2 금속 또는 금속 이온의 존재에서 일어나는 방법.
AA. 구현예 Q의 방법에 따라 생성된 적어도 하나의 제1 금속 제품.
AB. 구현예 AA에 있어서, 상기 적어도 하나의 생성물은 적어도 하나의 나노와이어를 포함하는, 적어도 하나의 제1 금속 제품.
AC. 구현예 AA에 따른 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품.
그 전체가 참고로 본원에 포함되어 있는 미국 가출원 번호 61/500,155 (2011년 6월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품)은 하기 17개의 비제한 예시적인 구현예를 개시한다:
AD. 하기를 포함하는 방법:
적어도 하나의 제1 원자 및 적어도 하나의 제2 원자를 포함하는 적어도 하나의 화합물을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 IUPAC 그룹 13으로부터 적어도 하나의 원자를 포함하고 상기 적어도 하나의 제2 원자는 적어도 하나의 할로겐 원자를 포함하는 단계; 및
적어도 하나의 제1 원자의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계.
AE. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 주화 금속 이온을 포함하는 방법.
AF. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 IUPAC 그룹 11로부터의 원소의 적어도 하나의 이온을 포함하는 방법.
AG. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 은 이온을 포함하는 방법.
AH. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소를 포함하는 방법.
AJ. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 원자는 염소, 브롬, 또는 요오드 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
AK. 구현예 AD에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 원자는 염소를 포함하는 방법.
AL. 구현예 AD에 있어서, 상기 화합물은 적어도 하나의 붕소-탄소 결합을 포함하는 방법.
AM. 구현예 AD에 있어서, 상기 화합물은 적어도 하나의 붕소-할로겐 결합을 포함하는 방법.
AN. 구현예 AD에 있어서, 상기 화합물은 적어도 하나의 붕소-탄소 결합 및 적어도 하나의 붕소-할로겐 결합을 포함하는 방법.
AP. 구현예 AD에 있어서, 상기 화합물은 디클로로페닐보란을 포함하는 방법.
AQ. 구현예 AD에 있어서, 상기 환원은 적어도 하나의 제2 원자의 존재에서 수행되는 방법.
AR. 구현예 AD에 있어서, 상기 환원은 1 이상의 보호 제제 또는 폴리올의 존재에서 수행되는 방법.
AS. 구현예 AD에 따른 적어도 하나의 제1 금속.
AT. 구현예 AS에 따른 적어도 하나의 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 물품.
AU. 구현예 AT에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속은 1 이상의 나노와이어, 나노큐브, 나노막대, 나노피라미드, 또는 나노튜브를 포함하는 물품.
AV. 구현예 AT에 있어서, 전자 디스플레이, 터치 스트린, 휴대 전화기, 셀룰러폰, 컴퓨터 디스플레이, 랩톱 컴퓨터, 정제 컴퓨터, POP 키오스크, 뮤직 플레이어, 텔레비젼, 전자 게임, 전자책 판독기, 투명 전극, 태양전지, 발광 다이오드, 전자 장치, 의료 이미지화 디바이스, 또는 의료 영상 수단 중 적어도 하나를 포함하는 물품.
그 전체가 참고로 본원에 포함되어 있는 미국 가출원 번호 61/488,811 (2011년 5월 23일 출원, 명칭 나노와이어 제조 방법, 조성물, 및 물품)은 하기 14개의 비제한 예시적인 구현예를 개시한다:
AW. 하기를 포함하는 방법:
적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물의 양을 포함하는 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 탄소양이온 및 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 단계; 및
상기 조성물의 존재에서 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계.
AX. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 탄소양이온은 적어도 하나의 2차 탄소양이온 또는 3차 탄소양이온을 포함하는 방법.
AY. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 탄소양이온은 적어도 하나의 3차 탄소양이온을 포함하는 방법.
AZ. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 적어도 하나의 클로라이드 이온을 포함하는 방법.
BA. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 IUPAC 그룹 11로부터 적어도 하나의 원소를 포함하는 방법.
BB. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 주화 금속 이온을 포함하는 방법.
BC. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속 이온은 적어도 하나의 은 이온을 포함하는 방법.
BD. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 탄소 원자를 포함하고, 상기 탄소 원자는 적어도 하나의 탄소-탄소 결합에 의해 적어도 하나의 방향족 고리에 또한 결합되는 방법.
BE. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물은 적어도 하나의 할로겐 원자에 결합된 탄소 원자를 포함하고, 상기 탄소 원자는 적어도 2개의 탄소-탄소 결합에 의해 적어도 2개의 방향족 고리에 또한 결합되는 방법.
BF. 구현예 AW에 있어서, 상기 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물은 트리페닐클로로메탄을 포함하는 방법.
BG. 구현예 AW에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 방법:
적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물을 선정하고, 조성물 중 적어도 하나의 오르가노-할라이드 화합물의 양을 선택하는 단계, 또는 환원을 수행하기 위한 적어도 하나의 온도를 선택하는 단계 중 적어도 하나에 의해 할라이드 생성의 속도를 조절하는 단계.
BH. 구현예 AW의 방법에 따라 생성된 적어도 하나의 제1 금속 제품.
BJ. 구현예 BH에 있어서, 상기 적어도 하나의 생성물은 적어도 하나의 나노와이어를 포함하는, 적어도 하나의 제1 금속 제품.
BK. 구현예 BH에 따른 적어도 하나의 제1 금속 제품을 포함하는 물품.
실시예
실시예 1
280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG)을 함유하는 500 mL 반응 플라스크에, EG 중 디에틸디클로로실란의 0.20 g의 새로 준비된 52 mM 용액 및 에틸렌 글라이콜 (EG) 중 철 (II) 아세틸아세톤의 3.3 g의 3 mM 용액을 부가했다. 용액에서, 100 rpm에서 기계적 교반과 함께 실온에서 유리 피펫을 사용하여 적어도 2 시간 동안 용액에 N2 거품을 일으켜서 적어도 일부 용해된 가스를 떼어버렸다. (이러한 조작은 그 후에 결국 "탈가스"라 칭할 것이다.) EG 중 0.77 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP, 55,000 중량평균 분자량) 및 EG 중 0.25 M AgNO3 의 용액을 N2로 탈가스하고, 그 다음 각각의 20 mL 주사기를 준비했다. 반응 혼합물을 N2 하에서, 145℃로 가열하고, 그 다음 AgNO3 및 PVP 용액을, 12 게이지 TEFLON 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 반응을 145℃에서 90분 동안 유지하고, 그 다음 주위 온도로 냉각되도록 했다.
은 나노와이어 생성물의 광학 현미경 사진은 도 1에서 보여진다.
실시예 2
280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG)을 함유하는 500 mL 반응 플라스크를, 100 rpm에서 2시간 동안 교반하면서 TEFLON 플루오로폴리머 튜브를 사용하여 N2로 탈가스했다. EG에 EG 중 페닐포스포닉 디클로라이드의 0.10 g의 새로 준비된 0.40 M 용액 및 EG 중 철 (II) 아세틸아세톤의 3.3 g의 3 mM 용액을 부가했다. 그 다음 플루오로폴리머 튜브를 집어넣어서 0.5 L/min 퍼지 속도에서 반응 플라스크의 상부공간의 질소 블랭킷팅을 제공했다. EG 중 0.84 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP, 55,000 중량-평균 분자량) 및 EG 중 0.25 M AgNO3의 용액을 N2로 탈가스하고, 그 다음 각각의 20 mL 주사기를 준비했다. 반응 혼합물을 N2 하에서, 155℃로 가열하고, 그 다음 AgNO3 및 PVP 용액을 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 12 게이지 TEFLON® 플루오로폴리머 주사기 바늘을 통해 부가했다. 반응을 155℃에서 90분 동안 유지하고, 그 다음 주위 온도로 냉각되도록 했다.
미정제된 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경 사진은 도 2에서 보여진다.
실시예 3
280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG)를 함유하는 500 mL 반응 플라스크를 질소로 그의 내용물에 거품을 일으켜서 밤새 탈가스했다. 플라스크에, EG 중 1.3 g의 새로 준비된 31 mM 디클로로페닐보란을 부가했다. 반응 혼합물을 145℃로 질소 하에서 가열했다. EG 중 0.77 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP, 55,000 중량평균 분자량) 및 EG 중 0.25 M AgNO3 의 모액을 질소로 탈가스했다. PVP 및 AgNO3 용액의 20 mL 주사기를 준비하고 그 다음 12-게이지 TEFLON® 플루오로폴리머 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 반응 플라스크에 부가했다. 반응 혼합물을 145℃에서 90 분 동안 유지하고, 그 다음 주위 온도로 냉각되도록 했다.
도 3은 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여준다.
실시예 4
280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG)을 함유하는 500 mL 반응 플라스크에, EG 중 디에틸디클로로실란의 2.5 g의 새로 준비된 81 mM 용액을 부가했다. 용액을, 100 rpm에서 기계적 교반과 함께 실온에서 TEFLON® 플루오로폴리머 튜브를 사용하여 밤새 용액에 N2 거품을 일으켜서 탈가스했다. (이러한 조작은 그 후에 결국 "탈가스"라 칭할 것이다.) EG 중 0.84 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP, 55,000 중량-평균 분자량) 및 EG 중 0.25 M AgNO3 의 용액을 N2로 탈가스하고, 그 다음 각각의 20 mL 주사기를 준비했다. 반응 혼합물을 N2 하에서 145℃로 가열하고, 그 다음 AgNO3 및 PVP 용액을, 12 게이지 TEFLON® 플루오로폴리머 주사기 바늘을 통해 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 반응을 145℃에서 90분 동안 유지하고, 그 다음 주위 온도로 냉각되도록 했다.
은 나노와이어 생성물의 광학 현미경 사진은 도 4에서 보여진다. 나노와이어는 적어도 100개의 와이어의 측정을 기준으로 64.9 ± 16.5 nm의 평균 직경 및 15.5 ± ㎛의 평균 길이를 갖는다.
실시예 5-7
실시예 4의 절차를, 사용된 디에틸디클로로실란/EG 촉매 용액의 양 및 농도를 변화시키면서 반복했다. 결과는 실시예 4의 결과와 함께 하기 표 I에서 보여진다. 평균 직경 및 길이는 시험된 촉매 용액의 범위에 걸쳐 최소로 변했다.
표 I
Figure pct00001
실시예 8 (비교)
500 mL 반응 플라스크에 EG 중 280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG) 및 1.4 g의 새로 준비된 15 mM IrCl3·3H2O 분산물을 부가했다. 이 용액을, 100 rpm에서 기계적 교반과 함께 유리 피펫을 실온에서 사용하여 용액에 N2 거품을 일으켜서 2 시간 동안 탈가스했다. EG 중 0.25 M AgNO3 및 EG 중 0.84 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP)의 모액을, 적어도 60 분 동안 용액에 N2 거품을 일으켜서 탈가스했다. 2개 주사기에 20 mL 각각의 AgNO3 및 PVP 용액을 적재했다. 반응 혼합물을 N2 하에서 155℃로 가열하고 AgNO3 및 PVP 용액을, 12 게이지 TEFLON 플루오로폴리머 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 반응을 155℃에서 90분 동안 유지하고 그 다음 실온으로 냉각되도록 했다.
도 5는 반응 60 분 후 반응 혼합물을 보여준다. 단지 몇 개의 짧은 나노와이어와 함께 나노입자, 마이크로입자가 보인다.
실시예 9 (비교)
실시예 8의 절차를, IrCl3ㆍ3H2O 분산물 대신에 EG 중 K2IrCl6 의 2.9 g의 새로 준비된 7.0 mM 분산물을 사용하여 반복했다. 반응을 155℃ 대신에 145℃에서 수행했다.
도 6은 반응 90 분 후 반응 혼합물을 보여준다. 단지 몇 개의 미세 나노와이어가 보인다.
실시예 10 (비교)
실시예 8의 절차를, IrCl3ㆍ3H2O 분산물 대신에 EG 중 InCl3ㆍ4H2O의 2.3 g의 새로 준비된 7.0 mM 분산물을 사용하여 반복했다.
도 7은 반응 90 분 후 반응 혼합물을 보여준다. 나노와이어가 보이지 않는다.
실시예 11 (비교)
100 mL 반응 플라스크에 EG 중 50 mL 에틸렌 글라이콜 (EG) 및 0.29 g의 7.0 mM AuCl3을 부가했다. 이 용액을, 100 rpm에서 기계적 교반과 함께 유리 피펫을 실온에서 사용하여 용액에 N2 거품을 일으켜서 2 시간 동안 탈가스했다. EG 중 0.25 M AgNO3 및 EG 중 0.84 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP)의 모액을, 적어도 60 분 동안 용액에 N2 거품을 일으켜서 또한 탈가스했다. 2개 주사기에 3 mL 각각의 AgNO3 및 PVP 용액을 적재했다. 반응 혼합물을 N2 하에서 145℃로 가열하고 AgNO3 및 PVP 용액을 20 게이지 TEFLON® 플루오로폴리머 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 반응을 145℃에서 150 분 동안 유지하고 그 다음 실온으로 냉각되도록 했다.
반응의 15, 30, 60, 90, 120, 및 150 분 후에 취한 샘플은 단지 나노입자를 갖지만, 나노와이어를 갖지는 않는 것으로 보였다.
실시예 12 (비교)
300 mL 에틸렌 글라이콜 (EG), 2.2 g 폴리비닐피롤리디논 (PVP, 55,000 중량-평균 분자량), 및 9.2 mg의 하프늄 테트라클로라이드 비스(테트라하이드로푸란) 첨가생성물을 함유하는 500 mL 반응 플라스크를, TEFLON® 플루오로폴리머 튜브를 통해 액체 표면 아래에 도입된 질소를 사용하여 밤새 실온에서 탈가스했다. 그 다음 튜브를 액체에 들어가게 해서 대략 0.5 L/min에서 반응 플라스크 상부공간의 질소 블랭킷팅을 제공하고, 그 후 교반된 플라스크를 145℃로 가열했다. EG 중 0.50 M AgNO3의 모액을 또한 질소로 탈가스하고, 그 다음 탈가스된 용액의 20 mL 주사기를 준비했다. 그 다음 AgNO3 용액을, 12 게이지 TEFLON® 플루오로폴리머 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 그 다음 플라스크를 60 분 동안 어떤 온도에서 유지하고, 그 후 주위 온도로 냉각되도록 했다.
도 8은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여주는데, 이 생성물은100개의 와이어의 측정을 기준으로 253.5 ± 133.0 nm의 평균 직경 및 8.7 ± 5.5 ㎛의 평균 길이를 갖는다.
실시예 13 (비교)
실시예 12의 절차를, 하프늄-함유 첨가생성물 대신에 6.9 mg의 지르코늄 테트라클로라이드 비스(테트라하이드로푸란) 첨가생성물을 사용하여 반복했다. 도 9는 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여주는데, 이 생성물은 100개의 와이어의 측정을 기준으로 147.3 ± 50.0 nm의 평균 직경 및 15.6 ± 12.0 ㎛의 평균 길이를 갖는다.
실시예 14 (비교)
실시예 12의 절차를, 9.9 mg의 탄탈럼 (V) 클로라이드을 사용하여 반복했다. 도 10 은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진을 보여주는데, 이 생성물은 100개의 와이어의 측정을 기준으로 215 ± 119 nm의 평균 직경 및 10.6 ± 6.5 ㎛의 평균 길이를 갖는다.
실시예 15
280 mL 에틸렌 글라이콜 (EG)을 함유하는 500 mL 반응 플라스크에, 7.3 mg의 트리페닐클로로메탄 및 에틸렌 글라이콜 (EG) 중 철 (II) 아세틸아세톤의 3.3 g의 3 mM 용액을 부가했다. 반응 혼합물을, 100 rpm에서 2시간 동안 교반하면서 유리 피렛을 사용하여 N2로 탈가스했다.
EG 중 0.77 M 폴리비닐피롤리디논 (PVP) 및 EG 중 0.25 M AgNO3의 용액을 N2로 탈가스하고, 그 다음 각각의 20 mL 주사기를 준비했다. 반응 혼합물을 N2 하에서 155℃로 가열하고, 그 다음 AgNO3 및 PVP 용액을, 12 게이지 TEFLON 플루오로폴리머 주사기 바늘로 일정한 속도로 25 분에 걸쳐 부가했다. 반응을 145℃에서 90분 동안 유지하고, 그 다음 주위 온도로 냉각되도록 했다.
은 나노와이어 생성물의 광학 현미경사진은 도 11에서 보여진다.
실시예 16
실시예 15의 절차를 반복하지만, 트리페닐클로로메탄 대신에 EG 중 벤질클로라이드의 0.16 g의 새로 준비된 0.27 M 용액을 사용했다. 이들 조건 하에서, 은 나노와이어의 형성의 개시가 관찰되었지만, 그 다음 불규칙한 형상의 은 나노와이어가 형성되고 클러스터로 응집하는 경향이 있다.
이 반응으로부터의 생성물의 광학 현미경 사진은 도 12에서 보여진다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 제공하는 단계로서, 상기 화합물은 적어도 하나의 제1 원자, 상기 적어도 하나의 제1 원자에 결합된 적어도 하나의 할로겐 원자, 및 상기 적어도 하나의 제1 원자에 결합된 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는, 단계; 및
    적어도 하나의 화합물 또는 적어도 하나의 할라이드 이온 중 적어도 하나의 존재하에 적어도 하나의 제1 금속 이온을 적어도 하나의 제1 금속으로 환원시키는 단계
    를 포함하는 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 제1 원자 및 상기 적어도 하나의 할로겐 원자의 전기음성도의 차이의 절대 값이 약 0.4 폴링(Pauling) 단위 초과 약 2.0 폴링 단위 미만인 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소 원자, 질소 원자, 인 원자, 규소 원자, 황 원자, 셀레늄 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 원자는 붕소 원자, 인 원자, 규소 원자, 또는 탄소 원자 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 화합물의 가용매분해(solvolysis)에 의해 적어도 하나의 할라이드 이온을 형성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 할라이드 이온은 클로라이드 이온 또는 브로마이드 이온 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 화합물은 적어도 하나의 탄소양이온(carbocation)을 형성할 수 있는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 화합물은 디에틸디클로로실란, 페닐포스포닉 디클로라이드, 디클로로페닐보란, 또는 트리페닐메틸클로라이드 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 금속은 IUPAC 그룹 11 또는 적어도 하나의 주화(coinage) 금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 제1 금속은 은을 포함하는 방법.
  10. 청구항 1의 방법에 따라 생성된 적어도 하나의 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 나노와이어.
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