KR20220128856A - Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs - Google Patents
Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220128856A KR20220128856A KR1020210033544A KR20210033544A KR20220128856A KR 20220128856 A KR20220128856 A KR 20220128856A KR 1020210033544 A KR1020210033544 A KR 1020210033544A KR 20210033544 A KR20210033544 A KR 20210033544A KR 20220128856 A KR20220128856 A KR 20220128856A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bnnt
- polyfluorene
- pfo
- solution
- composite
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 11
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 168
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 claims abstract description 71
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 33
- -1 BNNT compound Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 42
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 20
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 8
- 125000003983 fluorenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- RXACYPFGPNTUNV-UHFFFAOYSA-N 9,9-dioctylfluorene Polymers C1=CC=C2C(CCCCCCCC)(CCCCCCCC)C3=CC=CC=C3C2=C1 RXACYPFGPNTUNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007916 tablet composition Substances 0.000 claims 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 15
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009739 binding Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 4
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 4
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
- C01B21/0648—After-treatment, e.g. grinding, purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/13—Nanotubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 질화붕소나노튜브 정제방법 및 질화붕소나노튜브 정제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리플루오렌 용액 내에서 폴리플루오렌과 BNNT의 π-π 결합을 유도하여 BNNT와 기타 불순물을 용이하게 분리시킬 수 있는 질화붕소나노튜브 정제방법 및 질화붕소나노튜브 정제 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a boron nitride nanotube purification method and a boron nitride nanotube purification composition, and more particularly, by inducing a π-π bond between polyfluorene and BNNT in a polyfluorene solution to easily remove BNNT and other impurities It relates to a boron nitride nanotube purification method and a boron nitride nanotube purification composition that can be separated.
질화붕소나노튜브(BNNT, boron nitride nanotubes)는 특유의 우수한 기계적, 화학적 특성으로 인해 최근 각광받고 있는 신소재이다. 특히, BNNT의 고내열성과 높은 산화안정성은 다양한 응용분야로의 연구를 촉진시키고 있다. Boron nitride nanotubes (BNNTs) are a new material that has recently been in the spotlight due to its excellent mechanical and chemical properties. In particular, the high heat resistance and high oxidation stability of BNNTs promote research into various fields of application.
BNNT의 합성은 아크방전법, 볼밀링, 화학기상증착법, 레이저 어블레이션, 플라즈마 기류 등을 이용하고 있는데, 대량 합성에 적합한 방법의 대부분은 전구체로써 다결정 BN(boron nitride) 또는 육방정 BN(hBN)을 이용하고 있다. 이러한 방법을 통해 합성된 BNNT에는 다량의 다결정 BN과 hBN이 포함되어 있어 대체적으로 순도가 낮은 단점이 있다. 특히, hBN은 BNNT와 화학적으로 그 성질이 매우 비슷하여 정체를 통해 순수한 BNNT를 얻은 것이 매우 어렵다고 알려져 있다. The synthesis of BNNT uses arc discharge method, ball milling, chemical vapor deposition, laser ablation, plasma stream, etc. Most of the methods suitable for mass synthesis are polycrystalline BN (boron nitride) or hexagonal BN (hBN) as a precursor. is using BNNTs synthesized through this method contain a large amount of polycrystalline BN and hBN, so there is a disadvantage that the purity is generally low. In particular, it is known that it is very difficult to obtain pure BNNT through stagnation because hBN has very similar chemical properties to BNNT.
BNNT의 정제법은 크게 고체상에서의 분리 정제와 용액상에서의 분리 정제로 구분된다. 고체상에서의 분리 정제하는 방법으로, 합성된 BNNT에 고온의 염소기체(Cl2)를 통과시켜 BNNT에 포함된 불순물을 염화물 형태로 제거하는 방법(비특허문헌 1 - Simard et al., Chemistry of Materials, 2020, 32, 3911 참조), 합성된 BNNT에 수증기를 주입한 상태에서 고온처리하여 불순물을 선택적으로 분해시키는 방법(비특허문헌 2 - Pasquali et al., Chemistry of Materials, 2019, 31, 1520 참조) 등이 제안된 바 있다. 이러한 고체상에서의 분리 정제 방법은 고순도의 BNNT를 대량으로 얻는데 용이하다는 장점이 있지만 고온 반응에 따른 BNNT 파괴로 인해 수율이 매우 낮은 단점이 있다. The purification method of BNNT is largely divided into separation and purification in a solid phase and separation and purification in a solution phase. As a method of separation and purification on a solid phase, a method of removing impurities contained in BNNT in the form of chloride by passing high-temperature chlorine gas (Cl 2 ) through the synthesized BNNT (Non-Patent Document 1 - Simard et al., Chemistry of Materials) , 2020, 32, 3911), a method of selectively decomposing impurities by high-temperature treatment in a state in which water vapor is injected into the synthesized BNNT (see Non-Patent Document 2 - Pasquali et al., Chemistry of Materials, 2019, 31, 1520) ) have been proposed. This solid-phase separation and purification method has the advantage that it is easy to obtain high-purity BNNTs in large quantities, but has a disadvantage in that the yield is very low due to the destruction of BNNTs due to the high-temperature reaction.
용액상에서의 분리 정제하는 방법으로는, 합성된 BNNT를 계면활성제로 분산시킨 후 원심분리를 통해 분산된 BNNT를 추출하는 방법(비특허문헌 3 - Marti et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1096 참조), 합성된 BNNT를 유기용매에 분산시킨 후 초음파분산을 동반한 연속적 여과를 통해 불순물을 제거하는 방법(비특허문헌 4 - Alston et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1693 참조) 등이 제안된 바 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 용액상에서의 분리 정제 방법은 산업적 관점에서 매우 경제적인 용액상 공정을 기반으로 한다는 장점이 있으나, BNNT의 정제효율이 고체상 분리 정제법에 비해 크게 떨어지는 단점이 있다. As a method for separation and purification in a solution phase, a method of dispersing the synthesized BNNTs with a surfactant and then extracting the dispersed BNNTs through centrifugation (Non-Patent Document 3 - Marti et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1096) refer), a method of dispersing the synthesized BNNT in an organic solvent and then removing impurities through continuous filtration accompanied by ultrasonic dispersion (see Non-Patent Document 4 - Alston et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1693), etc. has been proposed However, the solution-phase separation and purification method as described above has the advantage of being based on a very economical solution-phase process from an industrial point of view, but has a disadvantage in that the purification efficiency of BNNT is significantly lower than that of the solid-phase separation and purification method.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 폴리플루오렌 용액 내에서 폴리플루오렌과 BNNT의 π-π 결합을 유도하여 BNNT와 기타 불순물을 용이하게 분리시킬 수 있는 질화붕소나노튜브 정제방법 및 질화붕소나노튜브 정제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and by inducing π-π bonding between polyfluorene and BNNT in a polyfluorene solution, boron nitride nanotube purification capable of easily separating BNNT and other impurities An object of the present invention is to provide a method and a boron nitride nanotube purification composition.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법은 폴리플루오렌 용액을 준비하는 단계; 및 폴리플루오렌 용액에 BNNT(boron nitride nanotubes)를 포함하는 BNNT 합성물을 혼합하여 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A boron nitride nanotube purification method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a polyfluorene solution; and forming a polyfluorene-BNNT composite by mixing a BNNT composite including boron nitride nanotubes (BNNT) in a polyfluorene solution.
폴리플루오렌 용액과 BNNT 합성물의 혼합에 의해, 폴리플루오렌의 플루오렌기와 BNNT의 B-N 육각고리 간의 π-π 결합이 유도되어, 폴리플루오렌이 BNNT의 외벽을 나선 모양으로 감싸는 형태의 폴리플루오렌-BNNT 복합체가 형성된다. By mixing the polyfluorene solution and the BNNT compound, a π-π bond between the fluorene group of polyfluorene and the B-N hexagonal ring of BNNT is induced, so that polyfluorene spirally wraps the outer wall of the BNNT. -BNNT complex is formed.
상기 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 폴리플루오렌 용액 내에서 개별적으로 분산된 형태를 이루며, BNNT 합성물에 포함된 불순물은 폴리플루오렌 용액 내에 침전된다. The polyfluorene-BNNT composite is individually dispersed in the polyfluorene solution, and impurities contained in the BNNT composite are precipitated in the polyfluorene solution.
상기 폴리플루오렌은 PFO(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)과 PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(6,6-[2,2-bipyridine])) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이다. 상기 PFO-BPy는 PFO에 비해 상대적으로 큰 직경의 BNNT와 결합되는 특성을 갖는다. The polyfluorene is PFO (poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) and PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(6,6- [2,2-bipyridine])) any one or a combination thereof The PFO-BPy has a property of binding to BNNT having a relatively large diameter compared to PFO.
상기 폴리플루오렌 용액에 개별적으로 분산된 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 분리하는 단계;를 더 포함하며, 원심분리공정 또는 여과공정을 이용하여 폴리플루오렌 용액에 개별적으로 분산된 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 분리할 수 있다. Separating the polyfluorene-BNNT composite individually dispersed in the polyfluorene solution; further comprising, the polyfluorene-BNNT composite individually dispersed in the polyfluorene solution using a centrifugal separation process or a filtration process can be separated.
상기 BNNT 합성물은 공지의 BNNT 합성법에 의해 제조된 합성물이며, 상기 BNNT 합성물은 BNNT 이외에 다결정 BN, hBN 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다. The BNNT compound is a compound prepared by a known BNNT synthesis method, and the BNNT compound includes at least one of polycrystalline BN and hBN in addition to BNNT.
본 발명에 따른 질화붕소나노튜브 정제 조성물은 BNNT의 함량이 98wt% 이상인 것을 특징으로 한다. The boron nitride nanotube purification composition according to the present invention is characterized in that the content of BNNT is 98wt% or more.
상기 정제된 BNNT 조성물의 BNNT는, 폴리플루오렌과 BNNT가 결합된 폴리플루오렌-BNNT 복합체 형태를 이루며, 상기 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 폴리플루오렌이 BNNT의 외벽을 나선 모양으로 감싸는 형태를 이룬다. BNNT of the purified BNNT composition is in the form of a polyfluorene-BNNT composite in which polyfluorene and BNNT are combined, and the polyfluorene-BNNT composite is in a form in which polyfluorene surrounds the outer wall of the BNNT in a spiral shape. .
본 발명에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법 및 질화붕소나노튜브 정제 조성물은 다음과 같은 효과가 있다. The boron nitride nanotube purification method and the boron nitride nanotube purification composition according to the present invention have the following effects.
폴리플루오렌 용액 내에서 폴리플루오렌과 BNNT의 결합 반응을 통해 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 형성시킴과 함께 폴리플루오렌-BNNT 복합체가 용액 내에 개별적으로 분산되도록 함으로써 다양한 불순물이 존재하는 BNNT 합성물로부터 고순도의 BNNT를 분리 정제할 수 있다. The polyfluorene-BNNT complex is formed through the binding reaction of polyfluorene and BNNT in the polyfluorene solution, and the polyfluorene-BNNT complex is individually dispersed in the solution. of BNNTs can be separated and purified.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법에 대한 모식도.
도 3a 및 도 3b는 폴리플루오렌 유무에 따른 BNNT의 분산 상태를 나타낸 사진.
도 4는 폴리플루오렌-BNNT 복합체 및 순수 폴리플루오렌의 열중량분석 결과.
도 5a 및 도 5b는 용액의 상층액에 포함된 물질에 대한 XPS 분석결과.
도 6a 내지 도 6d는 BNNT 합성물, 용액의 상층액에 포함된 물질 각각에 대한 SEM 및 TEM 사진.
도 7은 용액의 상층액에 포함된 물질에 대한 AFM 분석결과.
도 8은 상층액에 포함된 물질에서의 BNNT 길이 분포를 나타낸 결과.
도 9는 PFO-BPy 및 PFO 각각이 결합된 BNNT의 직경 분포를 나타낸 결과.
도 10a 내지 도 10d는 PFO와 PFO-BPy 각각 그리고 PFO와 BNNT의 복합체와 PFO-BPy와 BNNT의 복합체 각각의 흡수 및 방출 스펙트럼을 측정한 결과. 1 is a flowchart for explaining a boron nitride nanotube purification method according to an embodiment of the present invention.
Figures 2a and 2b is a schematic diagram for a boron nitride nanotube purification method according to an embodiment of the present invention.
Figures 3a and 3b is a photograph showing the dispersion state of the BNNT according to the presence or absence of polyfluorene.
4 is a thermogravimetric analysis result of polyfluorene-BNNT composite and pure polyfluorene.
5a and 5b are XPS analysis results for the material contained in the supernatant of the solution.
6a to 6d are SEM and TEM images of each of the BNNT composites and materials contained in the supernatant of the solution.
7 is an AFM analysis result of the material contained in the supernatant of the solution.
8 is a result showing the BNNT length distribution in the material contained in the supernatant.
9 is a result showing the diameter distribution of BNNTs to which PFO-BPy and PFO are respectively bound.
10a to 10d are the results of measuring the absorption and emission spectra of each of PFO and PFO-BPy, and a complex of PFO and BNNT, and a complex of PFO-BPy and BNNT.
본 발명은 BNNT 합성물에 포함되어 있는 다결정 BN, hBN 등의 불순물을 정제하여 고순도의 BNNT를 얻을 수 있는 BNNT 정제 기술을 제시한다. The present invention proposes a BNNT purification technology capable of obtaining high-purity BNNTs by purifying impurities such as polycrystalline BN and hBN contained in a BNNT compound.
앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, BNNT는 다양한 방법을 통해 합성될 수 있는데 BNNT 합성물 내에는 BNNT(boron nitride nanotubes) 이외에 다결정 BN, hBN 등의 불순물이 포함되어 있고, 고체상 정제 또는 용액상 정제 공정을 통해 이러한 불순물을 정제할 수 있으나, 수율 상의 문제 또는 정제효율 상의 문제가 있다. As mentioned in the previous 'technology behind the invention', BNNTs can be synthesized through various methods. Alternatively, these impurities may be purified through a solution phase purification process, but there is a problem in yield or purification efficiency.
본 발명은 용액상 정제 공정을 기반으로 하여 BNNT의 정제효율 및 수율을 향상시킬 수 있는 BNNT 정제 기술을 제시한다. The present invention proposes a BNNT purification technology that can improve the purification efficiency and yield of BNNTs based on a solution phase purification process.
본 출원인은 BNNT가 CNT(carbon nanotube)와 유사한 결정구조를 갖는다는 점에 착안하여 CNT 정제기술 중 하나인 폴리플루오렌 용액을 이용한 CNT 정제 공정을 BNNT의 정제에 응용한다. BNNT와 CNT는 상이한 물성을 갖고 있으나, BNNT의 결정구조가 CNT의 결정구조에서 탄소(C)가 붕소(B)와 질소(N)로 대체된 형태라는 점에서 BNNT와 CNT는 매우 유사한 결정구조를 갖는다. The present applicant applies the CNT purification process using a polyfluorene solution, which is one of the CNT purification technologies, to the purification of BNNTs, focusing on the fact that BNNTs have a crystal structure similar to that of carbon nanotubes (CNTs). BNNT and CNT have different physical properties, but BNNT and CNT have very similar crystal structures in that the crystal structure of BNNT is a form in which carbon (C) is replaced by boron (B) and nitrogen (N) in the crystal structure of CNT. have
CNT는 응용분야가 매우 다양한 만큼 CNT 합성물에 대한 정제 방법에 대해서도 많은 연구가 진행된 바 있다. 예를 들어, 공유/비공유 기능화를 이용한 CNT 표면개질, 펩타이드 및 고분자를 이용한 CNT 랩핑(wrapping), 계면활성제를 이용한 CNT 분리 등이 CNT 정제에 이용되고 있다. 이러한 CNT 정제 방법 중 하나로, CNT의 구조적 비대칭성(chirality)을 제어하여 반도체성 CNT(특히, SWCNT)를 분리 정제할 수 있는 폴리플루오렌 용액을 이용하는 방법이 있다. As CNTs have a wide range of applications, many studies have been conducted on purification methods for CNT compounds. For example, CNT surface modification using covalent/non-covalent functionalization, CNT wrapping using peptides and polymers, and CNT separation using surfactants are used for CNT purification. As one of these CNT purification methods, there is a method of using a polyfluorene solution capable of separating and purifying semiconducting CNTs (especially SWCNTs) by controlling the structural chirality of CNTs.
BNNT는 CNT와 달리 반도체 특성을 갖고 있지 않고, 그에 따라 CNT와 같은 구조적 비대칭성(chirality)을 제어할 필요가 요구되지 않으나, 본 출원인은 폴리플루오렌이 CNT 뿐만 아니라 BNNT와도 π-π 결합을 이룬다는 것을 확인하고, 폴리플루오렌의 BNNT 정제 가능성을 실험을 통해 검증하였으며, 이를 기반으로 폴리플루오렌을 이용한 BNNT 정제 기술을 제시한다. Unlike CNTs, BNNTs do not have semiconductor properties, and thus, it is not required to control the structural asymmetry (chirality) like CNTs. , and the possibility of purifying BNNTs of polyfluorene was verified through experiments, and based on this, a technology for purifying BNNTs using polyfluorene is presented.
본 발명에서, 폴리플루오렌에 의한 BNNT의 분리 정제에 관한 메카니즘은 다음과 같이 설명된다. 폴리플루오렌 용액에 BNNT 합성물이 혼합된 상태에서, 폴리플루오렌에 구비된 플루오렌기는 BNNT의 외벽에 구비된 B-N 육각고리와 π-π 결합을 이루며, 플루오렌기에 연결된 긴 사슬구조의 탄화수소기는 폴리플루오렌 용액 내에서 BNNT의 개별적 분산을 유도한다. 반면, BNNT 합성물에 존재하는 다결정 BN 또는 hBN은 평면구조를 이룸에 따라 폴리플루오렌의 열역학적 안정구조인 나선구조와 결합되지 않는 특성을 갖는다. 따라서, BNNT만이 폴리플루오렌과 반응하여 폴리플루오렌이 BNNT의 외벽을 따라 나선형태로 감싸는 방식으로 결합되고, 폴리플루오렌과 결합된 BNNT는 용액 내에 개별적으로 분산된 형태를 이룬다. 그에 반해, 다결정 BN 또는 hBN은 응집된 형태로 존재하게 되어 용액 내에서 침전된다. In the present invention, the mechanism for the separation and purification of BNNTs by polyfluorene is described as follows. In a state in which the BNNT compound is mixed in the polyfluorene solution, the fluorene group provided in the polyfluorene forms a π-π bond with the B-N hexagonal ring provided on the outer wall of the BNNT, and the hydrocarbon group of a long chain structure connected to the fluorene group is poly This leads to individual dispersion of BNNTs in the fluorene solution. On the other hand, polycrystalline BN or hBN present in the BNNT composite has a property that it does not combine with the helical structure, which is a thermodynamically stable structure of polyfluorene, as it forms a planar structure. Therefore, only BNNTs react with polyfluorene, and the polyfluorenes are bound in a spiral fashion along the outer wall of the BNNTs, and the BNNTs bound with polyfluorenes are individually dispersed in the solution. In contrast, polycrystalline BN or hBN exists in aggregated form and precipitates in solution.
이와 같이, 폴리플루오렌과 결합된 BNNT 즉, 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 용액 내에 개별적으로 고르게 분산된 형태를 이루고 BNNT 합성물의 불순물인 다결정 BN 또는 hBN는 용액 내에서 침전된 형태를 이룸에 따라, 고순도의 BNNT를 분리 정제하는 것이 가능하게 된다. As such, the polyfluorene-bound BNNT, that is, the polyfluorene-BNNT complex, forms individually and evenly dispersed in the solution, and polycrystalline BN or hBN, which is an impurity of the BNNT compound, forms a precipitated form in the solution, It becomes possible to separate and purify high-purity BNNTs.
또한, 본 발명은 BNNT를 정제함에 있어서 BNNT의 직경에 따라 BNNT를 선별하여 분리할 수 있는 정제 기술을 제시한다. 이는 폴리플루오렌계 고분자의 선택성을 이용하여 구현할 수 있다. 본 발명은 폴리플루오렌계 고분자로 PFO(폴리플루오렌, poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)과 PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(6,6-[2,2-bipyridine]))를 이용하며, 실험을 통해 PFO-BPy가 PFO에 비해 상대적으로 큰 직경의 BNNT와 결합되는 것을 확인하였으며, 이는 PFO-BPy와 PFO 간의 접힘 대칭(folding symmetry) 및 강성의 차이에 기인한다. In addition, the present invention proposes a purification technique capable of separating and selecting BNNTs according to the diameter of BNNTs in purifying BNNTs. This can be implemented using the selectivity of the polyfluorene-based polymer. The present invention is a polyfluorene-based polymer with PFO (polyfluorene, poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) and PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt) -co-(6,6-[2,2-bipyridine])) was used, and through experiments, it was confirmed that PFO-BPy was bound to BNNTs having a relatively larger diameter than PFO, which was found in PFO-BPy and PFO. This is due to the difference in stiffness and folding symmetry between them.
상술한 바에 있어서, 폴리플루오렌이라 함은 PFO와 PFO-BPy 중 어느 하나 또는 이들을 포함하는 의미이다. 또한, BNNT 합성물이라 함은 공지된 다양한 BNNT 합성법을 통해 제조된 합성물을 의미하며, BNNT 합성물에는 전술한 바와 같이 BNNT 이외에 다결정 BN 또는 hBN이 포함된다. In the above-mentioned bar, polyfluorene means any one of PFO and PFO-BPy or including these. In addition, the BNNT composite refers to a composite prepared through various known BNNT synthesis methods, and the BNNT composite includes polycrystalline BN or hBN in addition to BNNT as described above.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a boron nitride nanotube purification method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 폴리플루오렌을 용매에 혼합하여 폴리플루오렌 용액을 준비한다(S101). 상기 폴리플루오렌은 PFO(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl), PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(6,6-[2,2-bipyridine])) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이다. 상기 용매로는 일 실시예로 톨루엔이 이용될 수 있다. 1, a polyfluorene solution is prepared by mixing polyfluorene with a solvent (S101). The polyfluorene is PFO (poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl), PFO-BPy(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(6,6- [2,2-bipyridine])) any one or a combination thereof Toluene may be used as the solvent in one embodiment.
이어, 폴리플루오렌 용액에 BNNT 합성물을 혼합한다(S102). 상기 BNNT 합성물은 공지의 BNNT 합성 공정에 의해 제조된 합성물로서 BNNT 이외에 다결정 BN, hBN 등이 포함될 수 있다. Then, the BNNT compound is mixed with the polyfluorene solution (S102). The BNNT compound is a compound prepared by a known BNNT synthesis process, and may include polycrystalline BN, hBN, etc. in addition to BNNT.
폴리플루오렌 용액에 BNNT 합성물이 혼합되면, 폴리플루오렌과 BNNT의 결합 반응에 의해 폴리플루오렌-BNNT 복합체가 형성됨과 함께 다결정 BN 또는 hBN의 침전이 진행된다. When the BNNT compound is mixed with the polyfluorene solution, polyfluorene-BNNT complex is formed by the binding reaction of polyfluorene and BNNT, and polycrystalline BN or hBN is precipitated.
폴리플루오렌 즉, PFO 또는 PFO-BPy는 플루오렌기와 B-N 육각고리 사이의 π-π 결합을 매개로 BNNT의 외벽을 나선 형태로 감싸는 방식으로 BNNT와 결합된다(도 2a 및 도 2b 참조). 구체적으로, 폴리플루오렌에 구비된 플루오렌기와 BNNT의 외벽에 구비된 B-N 육각고리가 π-π 결합을 이룬다. 또한, 플루오렌기에 연결된 긴 사슬구조의 탄화수소기는 BNNT의 외벽을 나선 형태로 감쌈과 함께 폴리플루오렌과 결합된 BNNT 즉, 폴리플루오렌-BNNT 복합체의 개별적 분산을 유도한다. 즉, 폴리플루오렌은 BNNT와 선택적으로 결합하여 BNNT의 용액 내에서의 개별적 분산을 유도한다. Polyfluorene, that is, PFO or PFO-BPy is bonded to the BNNT in a manner that wraps the outer wall of the BNNT in a spiral form through the π-π bond between the fluorene group and the B-N hexagonal ring (see FIGS. 2a and 2b ). Specifically, the fluorene group provided in polyfluorene and the B-N hexagonal ring provided on the outer wall of the BNNT form a π-π bond. In addition, the hydrocarbon group having a long chain structure connected to the fluorene group leads to the individual dispersion of the BNNT bonded to the polyfluorene, that is, the polyfluorene-BNNT complex while wrapping the outer wall of the BNNT in a spiral form. That is, polyfluorene binds selectively with BNNTs, leading to individual dispersion of BNNTs in solution.
BNNT가 폴리플루오렌과 결합되어 용액 내에서 개별적으로 고르게 분산되는 반면, BNNT 합성물에 포함된 다결정 BN 또는 hBN는 평면 결정구조를 이룸에 따라 나선형 구조인 폴리플루오렌과 결합되지 않으며, 응집된 형태로 용액 내에 침전된다. 따라서, 용액 내에 개별적으로 분산된 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 용액 내에 침전된 다결정 BN 또는 hBN은 물리적으로 분리된 상태를 이룬다. While BNNTs are individually and evenly dispersed in solution by bonding with polyfluorene, polycrystalline BN or hBN contained in the BNNT composite forms a planar crystal structure, so it is not bonded to polyfluorene, which is a helical structure, and forms an agglomerated form. precipitated in solution. Therefore, polyfluorene-BNNT composites individually dispersed in solution form a physically separated state from polycrystalline BN or hBN precipitated in solution.
이와 같이, 용액 내에서 폴리플루오렌-BNNT 복합체와, 다결정 BN 또는 hBN 등의 불순물이 물리적으로 분리된 상태에서, 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 분리하면(S103) 본 발명의 일 실시예에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법은 완료된다. In this way, when the polyfluorene-BNNT composite is physically separated from the polyfluorene-BNNT composite and impurities such as polycrystalline BN or hBN in the solution (S103), nitridation according to an embodiment of the present invention The boron nanotube purification method is completed.
용액으로부터 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 분리하는 방법으로는 원심분리, 여과 등의 방법을 이용할 수 있다. 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 개별적으로 분산된 상태를 이루고 다결정 BN 또는 hBN 등의 불순물은 침전된 상태를 이룸에 따라, 원심분리, 여과 등의 물리적 방법을 이용하여 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 용이하게 분리할 수 있다. As a method of separating the polyfluorene-BNNT complex from the solution, a method such as centrifugation or filtration may be used. As the polyfluorene-BNNT complex forms an individually dispersed state and impurities such as polycrystalline BN or hBN form a precipitated state, the polyfluorene-BNNT complex can be easily prepared by using physical methods such as centrifugation and filtration. can be separated.
한편, 폴리플루오렌-BNNT 복합체의 개별적 분산을 촉진시키기 위해 용액에 초음파를 조사할 수도 있다. On the other hand, in order to promote individual dispersion of the polyfluorene-BNNT composite, the solution may be irradiated with ultrasonic waves.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Above, the boron nitride nanotube purification method according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.
<실험예 : 폴리플루오렌-BNNT 복합체 제조 및 특성 분석><Experimental Example: Polyfluorene-BNNT Composite Preparation and Characterization>
10ml 톨루엔에 10g 폴리플루오렌이 용해된 용액을 준비하고, 플라즈마 공정으로 제조된 다중벽 BNNT 합성물 10g을 폴리플루오렌 용액에 혼합하였다. 이어, 용액에 10분간 초음파를 조사하였다. 그런 다음, 15000rpm의 속도로 10분간 원심분리 후 상층액의 95%를 추가로 1시간 동안 원심분리하였다. 원심분리 후 상층액의 95%에 대해 제반 특성분석을 실시하였다. A solution in which 10 g of polyfluorene was dissolved in 10 ml of toluene was prepared, and 10 g of a multi-walled BNNT composite prepared by a plasma process was mixed with the polyfluorene solution. Then, the solution was irradiated with ultrasound for 10 minutes. Then, after centrifugation at a speed of 15000 rpm for 10 minutes, 95% of the supernatant was further centrifuged for 1 hour. After centrifugation, various characterizations were performed on 95% of the supernatant.
초음파 조사 후 용액의 상태를 보면 BNNT가 현탁되어 있음을 알 수 있고(도 3a의 PFO-BPy@BNNT 참조) 반면, 폴리플루오렌이 없는 톨루엔 용액에 BNNT 합성물이 혼합된 경우 BNNT 및 다결정 BN, hBN 등의 불순물이 응집을 이루어 침전됨을 확인할 수 있다(도 3a의 BNNT 참조 참조). 도 3a의 PFO-BPy@BNNT에 있어서 용액에 침전된 물질은 다결정 BN, hBN 등의 불순물이며, BNNT의 현탁 상태는 1개월 이상 안정적으로 유지됨을 확인하였다(도 3b 참조). If you look at the state of the solution after ultrasonic irradiation, it can be seen that BNNT is suspended (see PFO-BPy@BNNT in FIG. 3a ). On the other hand, when the BNNT compound is mixed in a toluene solution without polyfluorene, BNNT and polycrystalline BN, hBN It can be confirmed that impurities such as agglomerate and precipitate (see BNNT in FIG. 3a ). In the PFO-BPy@BNNT of FIG. 3a, the material precipitated in the solution is impurities such as polycrystalline BN and hBN, and it was confirmed that the suspension state of the BNNT was stably maintained for at least 1 month (see FIG. 3b).
또한, 원심분리된 상층액에 대해 열중량분석(TGA) 및 XPS분석을 실시하여 BNNT의 존재를 확인하였다. 일반적으로, 전도성 고분자인 폴리플루오렌은 유기물로써 600℃ 미만의 온도에서 쉽게 열분해되는 것으로 알려져 있다. 반면, 무기물로 이루어진 결정체인 BNNT의 경우 700℃ 이상의 온도에서도 높은 열적 안정성으로 인해 그 결정 구조를 유지한다. 따라서, 이와 같은 열적 안정성 차이를 이용하여 상층액 내 BNNT의 존재 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 4에서와 같이 원심 분리를 통해 얻어진 상층액을 건조하여 고체 형태로 얻어진 폴리플루오렌-BNNT 복합체(도 4의 PFO-BPy@BNNT)를, 800℃까지 가열하며 질량 변화를 관찰하였다. 대조군으로서, 동일한 온도 조건 하에서 순수한 PFO-BPy의 질량 변화를 측정하여 그 차이를 비교하였다. 순수한 PFO-BPy의 온도 상승에 따른 질량 변화를 살펴보면, 알려진 바와 같이 600℃ 미만의 온도에서 모두 열분해되는 것을 확인할 수 있다. 반면, PFO-BPy@BNNT의 경우 600℃ 이상의 온도에서도 초기 질량의 절반에 해당하는 질량이 잔류함을 확인할 수 있으며, 해당 질량은 BNNT의 존재에 의한 것임을 확인할 수 있다.In addition, the presence of BNNT was confirmed by performing thermogravimetric analysis (TGA) and XPS analysis on the centrifuged supernatant. In general, it is known that polyfluorene, which is a conductive polymer, is easily thermally decomposed at a temperature of less than 600° C. as an organic material. On the other hand, in the case of BNNT, which is a crystal made of an inorganic material, its crystal structure is maintained due to its high thermal stability even at a temperature of 700° C. or higher. Therefore, the presence of BNNTs in the supernatant can be checked using this difference in thermal stability. Specifically, the polyfluorene-BNNT composite (PFO-BPy@BNNT in FIG. 4) obtained in a solid form by drying the supernatant obtained through centrifugation as in FIG. 4 was heated to 800° C. and the mass change was observed. . As a control, the mass change of pure PFO-BPy under the same temperature condition was measured and the difference was compared. Looking at the mass change according to the temperature increase of pure PFO-BPy, it can be confirmed that all of them are thermally decomposed at a temperature of less than 600 °C, as is known. On the other hand, in the case of PFO-BPy@BNNT, it can be confirmed that a mass corresponding to half of the initial mass remains even at a temperature of 600° C. or higher, and it can be confirmed that the corresponding mass is due to the presence of BNNT.
TGA 분석에 대한 상보적 분석 방법으로서, XPS를 이용하여 BNNT의 존재 여부를 추가적으로 확인하였다. 원심분리를 통해 얻어진 상층액을 건조하여 고체 형태로 얻어진 PFO-BPy@BNNT의 XPS 분석 결과, 190 eV와 400 eV 부근의 결합 에너지에서 붕소(B)와 질소(N)의 존재 여부를 각각 확인하였다(도 5a 및 도 5b 참조). As a complementary analysis method to the TGA analysis, the presence or absence of BNNT was additionally confirmed using XPS. As a result of XPS analysis of PFO-BPy@BNNT obtained in a solid form by drying the supernatant obtained through centrifugation, the presence of boron (B) and nitrogen (N) was confirmed at binding energies around 190 eV and 400 eV, respectively. (See FIGS. 5A and 5B).
폴리플루오렌이 BNNT의 개별적 분산에 미치는 영향을 분석하기 위해 AFM, SEM, TEM 분석을 실시하였다. 도 6a는 BNNT 합성물에 대한 SEM 사진이고, 도 6b 및 도 6c는 상층액에 포함된 물질에 대한 SEM 사진이며, 도 6d는 상층액에 포함된 물질에 대한 TEM 사진이다. AFM, SEM, and TEM analysis were performed to analyze the effect of polyfluorene on individual dispersion of BNNTs. 6a is an SEM photograph of the BNNT composite, FIGS. 6b and 6c are SEM photographs of the material contained in the supernatant, and FIG. 6d is a TEM photograph of the material contained in the supernatant.
도 6a를 참조하면, BNNT 합성물에서의 BNNT 함량은 약 50%인 것으로 나타났으며, 이는 기 보고된 내용과 일치하는 수치이다. 또한, 도 6a에서 BNNT를 제외한 나머지 물질은 hBN과 α-BN의 혼합물로 추정된다. 상층액에 포함된 물질에 대해 SEM 및 TEM 분석을 실시한 결과(도 6b, 6c, 6d 참조), 고순도의 BNNT로 이루어져 있음을 확인하였으며, 상층액에 포함된 물질이 고순도의 BNNT임은 AFM 분석결과(도 7 참조)를 통해서도 확인된다. 상층액에 포함된 고순도의 BNNT에 대한 SEM 분석결과, BNNT의 평균길이는 약 1.5㎛인 것으로 확인되었다(도 8 참조). Referring to FIG. 6a, the BNNT content in the BNNT composite was found to be about 50%, which is consistent with previously reported content. In addition, it is estimated that the remaining materials except for BNNT in FIG. 6a are a mixture of hBN and α-BN. As a result of performing SEM and TEM analysis on the material contained in the supernatant (see FIGS. 6b, 6c, 6d), it was confirmed that it was composed of high-purity BNNT, and the AFM analysis result showed that the material contained in the supernatant was high-purity BNNT (See FIG. 7) is also confirmed. As a result of SEM analysis of the high-purity BNNTs contained in the supernatant, it was confirmed that the average length of the BNNTs was about 1.5 μm (see FIG. 8 ).
또한, 도 6b 및 도 6c의 SEM 사진을 분석한 결과, BNNT의 함량이 98% 이상이고, 나머지 물질은 hBN과 α-BN 등의 불순물임을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해 본 발명에 따른 질화붕소나노튜브 정제방법에 의해 고순도의 BNNT를 얻을 수 있음을 알 수 있다. In addition, as a result of analyzing the SEM photographs of FIGS. 6B and 6C, it was confirmed that the content of BNNT was 98% or more, and the remaining materials were impurities such as hBN and α-BN. From these results, it can be seen that high-purity BNNTs can be obtained by the boron nitride nanotube purification method according to the present invention.
한편, 폴리플루오렌의 종류에 따라 폴리플루오렌에 결합되는 BNNT의 직경 선택성이 존재함을 실험을 통해 확인하였다. 구체적으로, PFO-BPy가 PFO에 비해 상대적으로 큰 직경의 BNNT와 결합되는 것을 확인하였다. On the other hand, it was confirmed through an experiment that the diameter selectivity of the BNNT bonded to the polyfluorene exists depending on the type of polyfluorene. Specifically, it was confirmed that PFO-BPy was bound to BNNTs having a relatively large diameter compared to PFO.
도 9를 참조하면, PFO-BPy가 PFO에 비해 상대적으로 큰 직경의 BNNT와 결합되는 것을 확인할 수 있으며, 세부적으로 PFO-BPy가 결합된 BNNT의 평균직경은 약 5.8nm이고, PFO가 결합된 BNNT의 평균직경은 약 4.7nm임을 확인하였다. 이와 같은 실험결과를 바탕으로, 특정 직경의 고순도 BNNT를 선별하여 분리 정제하는 것이 가능함을 알 수 있다. Referring to FIG. 9 , it can be confirmed that PFO-BPy is bound to BNNTs having a relatively larger diameter than that of PFO, and in detail, the average diameter of BNNTs to which PFO-BPy is bound is about 5.8 nm, and PFO-bound BNNTs. It was confirmed that the average diameter of was about 4.7 nm. Based on these experimental results, it can be seen that it is possible to separate and purify high-purity BNNTs having a specific diameter.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, PFO와 PFO-BPy 각각, 그리고 PFO와 BNNT의 복합체(PFO@BNNT)와 PFO-BPy와 BNNT의 복합체(PFO-BPy@BNNT) 각각의 흡수 및 방출 스펙트럼 경향성을 확인할 수 있다. 순수한 PFO와 PFO-BPy는 방향성 작용기인 플루오렌을 포함하며 그에 따라 350nm에서 400nm 부근에서 강한 가시광선 흡수를 보인다. 해당 흡광 곡선들과 PFO@BNNT, PFO-BPy@BNNT의 흡광 곡선을 비교해 보면, PFO와 PFO-BPy 두 경우 모두 최대 흡광도 파장이 적색 파장쪽으로 이동함을 확인할 수 있다(레드쉬프트, Red-Shift). 이는 PFO나 PFO-BPy의 플루오렌 작용기와 BNNT 표면의 방향성 육각고리가 π-π 결합을 이루며 상호 작용함에 따른 에너지 준위 변화에 기인하며, 이를 통해 해당 고분자들과 BNNT의 상호 작용 여부를 확인할 수 있다. 10a to 10d, the absorption and emission spectral tendencies of each of PFO and PFO-BPy, and a complex of PFO and BNNT (PFO@BNNT) and a complex of PFO-BPy and BNNT (PFO-BPy@BNNT) can be checked Pure PFO and PFO-BPy contain fluorene, a directional functional group, and thus show strong visible light absorption in the vicinity of 350 nm to 400 nm. Comparing the corresponding absorption curves with the absorption curves of PFO@BNNT and PFO-BPy@BNNT, it can be seen that the maximum absorbance wavelength shifts toward the red wavelength in both cases of PFO and PFO-BPy (Red Shift, Red-Shift) . This is due to the change in energy level due to the interaction between the fluorene functional group of PFO or PFO-BPy and the aromatic hexagonal ring on the surface of the BNNT by forming a π-π bond. .
추가적으로, 방출 스펙트럼 경향성 분석을 통해 상호 작용시 해당 전도성 고분자들이 어떠한 구조적 변화를 가지는지 유추할 수 있다. PFO와 PFO-BPy는 평면에 가까운 고분자 사슬로, 각 단량체 사이에 약 18도 정도의 축회전을 특징으로 하며, 이에 따른 넓은 나선 구조를 가진다. 이러한 구조는 방출 스펙트럼의 세 개의 두드러진 방출 파장으로 특징지어지며, 축회전 정도에 따라 해당 방출 파장들의 상대적 크기가 결정된다. 도 10b의 방출 스펙트럼을 분석해보면, 순수한 상태의 PFO-BPy에 비해 PFO-BPy@BNNT의 방출 파장 강도의 비율이 크게 변화함을 알 수 있다. 이는 PFO-BPy와 BNNT의 상호 작용시 열역학적으로 가장 안정된 구조를 찾는 과정에서 PFO-BPy 사슬의 축회전이 증가함을 의미하며, 이에 따른 좁은 나선 구조 형성을 확증할 수 있다. PFO@BNNT의 경우 PFO에 비해 방출 파장들의 상대적 크기 변화가 크지 않은데, 이는 PFO 사슬의 상호 작용시 축회전 증가량이 크지 않으며, 상대적으로 넓은 나선 구조를 유지함을 의미한다. Additionally, it is possible to infer what kind of structural change the corresponding conductive polymers have upon interaction through emission spectrum trend analysis. PFO and PFO-BPy are near-planar polymer chains, characterized by an axial rotation of about 18 degrees between each monomer, and thus have a wide helical structure. This structure is characterized by three prominent emission wavelengths in the emission spectrum, and the relative magnitude of the emission wavelengths is determined by the degree of rotation. Analyzing the emission spectrum of FIG. 10b, it can be seen that the ratio of the emission wavelength intensity of PFO-BPy@BNNT is significantly changed compared to that of PFO-BPy in a pure state. This means that the axis rotation of the PFO-BPy chain increases in the process of finding the most thermodynamically stable structure during the interaction between PFO-BPy and BNNT, and thus the formation of a narrow helical structure can be confirmed. In the case of PFO@BNNT, the relative size change of emission wavelengths is not large compared to that of PFO, which means that the increase in axis rotation during the interaction of the PFO chains is not large, and a relatively wide helical structure is maintained.
Claims (10)
폴리플루오렌 용액에 BNNT(boron nitride nanotubes)를 포함하는 BNNT 합성물을 혼합하여 폴리플루오렌-BNNT 복합체를 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화붕소나노튜브 정제방법.
preparing a polyfluorene solution; and
A method for purifying boron nitride nanotubes, comprising: mixing a BNNT composite including boron nitride nanotubes (BNNT) in a polyfluorene solution to form a polyfluorene-BNNT composite.
폴리플루오렌이 BNNT의 외벽을 나선 모양으로 감싸는 형태의 폴리플루오렌-BNNT 복합체가 형성되는 것을 특징으로 하는 질화붕소나노튜브 정제방법.
According to claim 1, By mixing the polyfluorene solution and the BNNT compound, a π-π bond between the fluorene group of polyfluorene and the BN hexagonal ring of BNNT is induced,
A method for purifying boron nitride nanotubes, characterized in that a polyfluorene-BNNT composite is formed in which polyfluorene surrounds the outer wall of the BNNT in a spiral shape.
The boron nitride nanotube according to claim 1, wherein the polyfluorene-BNNT composite is individually dispersed in the polyfluorene solution, and impurities contained in the BNNT composite are precipitated in the polyfluorene solution. purification method.
According to claim 1, wherein the polyfluorene is PFO (poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) and PFO-BPy (poly (9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co -(6,6-[2,2-bipyridine])) boron nitride nanotube purification method, characterized in that any one or a combination thereof.
[Claim 5] The method of claim 4, wherein the PFO-BPy is combined with BNNT having a relatively larger diameter than that of PFO.
The method according to claim 1, further comprising the step of separating the polyfluorene-BNNT composite individually dispersed in the polyfluorene solution.
The method according to claim 6, wherein the polyfluorene-BNNT composite individually dispersed in the polyfluorene solution is separated using a centrifugation process or a filtration process.
The method according to claim 1, wherein the BNNT compound is a compound prepared by a known BNNT synthesis method, and the BNNT compound contains at least one of polycrystalline BN and hBN in addition to BNNT.
In the purified BNNT composition, the boron nitride nanotube purification composition, characterized in that the content of BNNT is 98wt% or more.
폴리플루오렌과 BNNT가 결합된 폴리플루오렌-BNNT 복합체 형태를 이루며, 상기 폴리플루오렌-BNNT 복합체는 폴리플루오렌이 BNNT의 외벽을 나선 모양으로 감싸는 형태인 것을 특징으로 하는 질화붕소나노튜브 정제 조성물. 10. The method of claim 9, wherein the BNNT of the purified BNNT composition,
Boron nitride nanotube tablet composition, characterized in that polyfluorene and BNNT are combined in the form of a polyfluorene-BNNT composite, wherein the polyfluorene-BNNT composite is in a form in which polyfluorene surrounds the outer wall of the BNNT in a spiral shape .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210033544A KR102601243B1 (en) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210033544A KR102601243B1 (en) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220128856A true KR20220128856A (en) | 2022-09-22 |
KR102601243B1 KR102601243B1 (en) | 2023-11-13 |
Family
ID=83445529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210033544A KR102601243B1 (en) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102601243B1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007230830A (en) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | National Institute For Materials Science | Boron nitride nanotube dispersion and method for producing the same, and method for refining boron nitride nanotube |
KR20130097253A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-03 | 한국원자력연구원 | In-situ purification and surface treatment method of boron nitride nanotubes |
KR101548008B1 (en) * | 2015-03-14 | 2015-08-28 | 가천대학교 산학협력단 | Manufacturing method of polymer wrapped semiconducting carbon nanotube, polymer wrapped semiconducting carbon nanotube made by the same, and composition comprising polymer wrapped semiconducting carbon nanotube |
KR20160043119A (en) * | 2013-08-20 | 2016-04-20 | 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 | Process for purifying semiconducting single-walled carbon nanotubes |
KR20190046252A (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-07 | 광주과학기술원 | Conjugated molecule for selective separation of carbon nanotubes |
US20190292052A1 (en) | 2016-11-29 | 2019-09-26 | Bnnt, Llc | Boron nitride nanotube purification |
WO2020010458A1 (en) | 2018-07-11 | 2020-01-16 | National Research Council Of Canada | Process and apparatus for purifying bnnt |
KR20200028340A (en) * | 2017-07-05 | 2020-03-16 | 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 | Method for preparing superhydrophobic nano-microscale patterned film |
US20200231439A1 (en) | 2019-01-17 | 2020-07-23 | College Of William & Mary | Methods and compositions for highly purified boron nitride nanotubes |
-
2021
- 2021-03-15 KR KR1020210033544A patent/KR102601243B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007230830A (en) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | National Institute For Materials Science | Boron nitride nanotube dispersion and method for producing the same, and method for refining boron nitride nanotube |
KR20130097253A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-03 | 한국원자력연구원 | In-situ purification and surface treatment method of boron nitride nanotubes |
KR20160043119A (en) * | 2013-08-20 | 2016-04-20 | 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 | Process for purifying semiconducting single-walled carbon nanotubes |
KR101548008B1 (en) * | 2015-03-14 | 2015-08-28 | 가천대학교 산학협력단 | Manufacturing method of polymer wrapped semiconducting carbon nanotube, polymer wrapped semiconducting carbon nanotube made by the same, and composition comprising polymer wrapped semiconducting carbon nanotube |
US20190292052A1 (en) | 2016-11-29 | 2019-09-26 | Bnnt, Llc | Boron nitride nanotube purification |
KR20200028340A (en) * | 2017-07-05 | 2020-03-16 | 내셔날 리서치 카운실 오브 캐나다 | Method for preparing superhydrophobic nano-microscale patterned film |
KR20190046252A (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-07 | 광주과학기술원 | Conjugated molecule for selective separation of carbon nanotubes |
WO2020010458A1 (en) | 2018-07-11 | 2020-01-16 | National Research Council Of Canada | Process and apparatus for purifying bnnt |
US20200231439A1 (en) | 2019-01-17 | 2020-07-23 | College Of William & Mary | Methods and compositions for highly purified boron nitride nanotubes |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Alston et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1693 |
Marti et al., Nanoscale Advances, 2019, 1, 1096 |
Pasquali et al., Chemistry of Materials, 2019, 31, 1520 |
Simard et al., Chemistry of Materials, 2020, 32, 3911 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102601243B1 (en) | 2023-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yousefi et al. | Polymeric nanocomposite materials: preparation and characterization of star-shaped PbS nanocrystals and their influence on the thermal stability of acrylonitrile–butadiene–styrene (ABS) copolymer | |
Van Khai et al. | Significant enhancement of blue emission and electrical conductivity of N-doped graphene | |
Li et al. | Buckybowls: Corannulene and its derivatives | |
Steurer et al. | Functionalized graphenes and thermoplastic nanocomposites based upon expanded graphite oxide | |
Hoheisel et al. | Nanostructured carbonaceous materials from molecular precursors | |
JP6307064B2 (en) | Method for separating metallic single-walled carbon nanotubes from semiconducting single-walled carbon nanotubes | |
Bu et al. | Optically active SiO2/TiO2/polyacetylene multilayered nanospheres: preparation, characterization, and application for low infrared emissivity | |
Lu et al. | Preparation of MoO 3 QDs through combining intercalation and thermal exfoliation | |
CN101018738A (en) | Method of carbon nanotube separation, dispersion liquid and carbon nanotube obtained by the separation method | |
Vieira et al. | Synthesis of multicolor photoluminescent carbon quantum dots functionalized with hydrocarbons of different chain lengths | |
Wang et al. | Scalable exfoliation and dispersion of few-layer hexagonal boron nitride nanosheets in NMP-salt solutions | |
Wang et al. | Green fabrication of functionalized graphene via one-step method and its reinforcement for polyamide 66 fibers | |
Nam et al. | Solvothermal synthesis of TiO2 photocatalysts in ketone solvents with low boiling points | |
JP7431796B2 (en) | Boron nitride purification method and equipment | |
Cui et al. | Recent progress on the structure separation of single-wall carbon nanotubes | |
Fu et al. | Effect of stacking fault nanolayers on the photoluminescence properties of SiC nanowires | |
Jelinek et al. | Carbon-dot synthesis | |
KR102601243B1 (en) | Method for purifying crude BNNTs and composition for purified BNNTs | |
Shen et al. | Supramolecular photocatalyst of RGO-cyclodextrin-TiO2 | |
Grimsdale et al. | New carbon-rich materials for electronics, lithium battery, and hydrogen storage applications | |
Chen et al. | Preparation of single-handed helical carbonaceous nanotubes using 3-aminophenol-formaldehyde resin | |
JP4670100B2 (en) | Method for purifying boron nitride nanotubes | |
Arrigo et al. | Carbon nanotubes-based nanohybrids for multifunctional nanocomposites | |
Wang et al. | A “pillared” process to construct graphitic carbon nitride based functionalized mesoporous materials | |
EP2767511B1 (en) | Process for obtaining a uniform dispersion of graphene platelets in a liquid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |