WO2017057802A1 - 비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법 - Google Patents

비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017057802A1
WO2017057802A1 PCT/KR2015/014432 KR2015014432W WO2017057802A1 WO 2017057802 A1 WO2017057802 A1 WO 2017057802A1 KR 2015014432 W KR2015014432 W KR 2015014432W WO 2017057802 A1 WO2017057802 A1 WO 2017057802A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
molecular material
amorphous molecular
amorphous
present
benzyl group
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/014432
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김웅
구가회
박희연
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to US15/765,118 priority Critical patent/US10696612B2/en
Publication of WO2017057802A1 publication Critical patent/WO2017057802A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C15/00—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts
    • C07C15/12—Polycyclic non-condensed hydrocarbons
    • C07C15/16—Polycyclic non-condensed hydrocarbons containing at least two phenyl groups linked by one single acyclic carbon atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C15/00—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts
    • C07C15/40—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals
    • C07C15/50—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals polycyclic non-condensed
    • C07C15/52—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals polycyclic non-condensed containing a group with formula
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/86—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon
    • C07C2/862—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon the non-hydrocarbon contains only oxygen as hetero-atoms
    • C07C2/864—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon the non-hydrocarbon contains only oxygen as hetero-atoms the non-hydrocarbon is an alcohol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • C07C2527/053—Sulfates or other compounds comprising the anion (SnO3n+1)2-
    • C07C2527/054—Sulfuric acid or other acids with the formula H2Sn03n+1
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1007—Non-condensed systems

Definitions

  • the present invention relates to amorphous molecular materials and methods for their synthesis. More particularly, the present invention relates to an amorphous molecular material that can be easily synthesized as compared with conventional amorphous molecular materials and has excellent fluorescence properties and a method for synthesizing the amorphous molecular materials.
  • Fluorescent amorphous carbon molecules may have high purity and monodispersity when compared to polymers. They have optically transparent properties and have fluorescence properties that emit light. Therefore, the fluorescent amorphous carbon molecules are also materials that can be applied to various optical fields.
  • Synthesis of the fluorescent amorphous carbon molecules has been studied in various forms and methods to date.
  • studies on the synthesis of fluorescent amorphous carbon molecules to date have often been obtained through relatively complicated processes. That is, in the method of synthesizing the fluorescent amorphous carbon molecules, there are problems to be improved when considering the total synthesis time, synthesis yield, and cost aspects of the material. In view of these aspects, research and development of economic and efficient methods for synthesizing fluorescent amorphous carbon molecules are required.
  • the application range of fluorescent amorphous carbon can be further extended through the application of various molding methods and the patterning technique for implementing a pattern on a glass material through a nanoimprinting process.
  • One object of the present invention is to provide an amorphous molecular material with improved fluorescence properties.
  • Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing an amorphous molecular material which can easily synthesize an amorphous molecular material having improved fluorescence properties.
  • the present invention is to achieve the above object, the amorphous molecular material according to the embodiments of the present invention is composed of benzyl group (benzyl group) bonded to both of the stilbene (stilbene).
  • the stilbenes may be cis type or trans type.
  • the stilbene when it is a cis type, it has the following structural formula 1 and has fluorescence characteristics.
  • R is a benzyl group.
  • the stilbene when it is a trans type, it has the following Structural Formula 2 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the position isomer may be formed according to the bonding position of the benzyl group.
  • the amorphous molecular material may have maximum fluorescence properties at a wavelength of about 420 nm.
  • the amorphous molecular material may have a refractive index of 1.66 to 1.71 in the visible region.
  • the amorphous molecular material may have a glass transition temperature near about 30 ° C.
  • an aqueous sulfuric acid solution is added to the benzyl alcohol precursor to form a mixture. Thereafter, a heat-up process is performed on the mixture to form an amorphous molecular material having fluorescence properties and consisting of benzyl groups bonded to both stilbenes.
  • the heat up process for the mixture may be performed for 5 to 24 hours at a temperature of 150 to 200 ° C.
  • the new amorphous molecular material has improved fluorescence properties as it has a quantum yield in the range of 61-73%.
  • the amorphous molecular material has a relatively high refractive index in the visible light region.
  • the amorphous molecular material can also be easily processed at relatively low temperatures as it has a glass transition temperature of about 30 ° C.
  • the amorphous molecular material may be molded through a molding process, a blowing process, or a nanoimprinting process.
  • FIG. 1 is a view for explaining a method of synthesizing an amorphous molecular material and an amorphous molecular material prepared according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graph for analyzing the chemical structure of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating optical characteristics of an amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a graph analyzing the thermal / rheological properties of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 are photographs showing a molded article molded of an amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a photograph for explaining the contact angle of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the amorphous molecular material according to embodiments of the present invention consists of benzyl groups bonded to both stilbenes.
  • the stilbenes may be cis type or trans type.
  • the stilbene When the stilbene is a cis type, it has the following Structural Formula 1 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the stilbene When the stilbene is a trans type, it has the following Structural Formula 2 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the amorphous molecular material having fluorescence properties consists of benzyl groups bonded to both stilbenes.
  • the stilbenes may be cis type or trans type.
  • the stilbene When the stilbene is a cis type, it has the following Structural Formula 1 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the stilbene When the stilbene is a trans type, it has the following Structural Formula 2 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the amorphous molecular material may have a positional isomer according to the bonding position of R in the formula (1). That is, ortho, meta or para isomers may be formed depending on the bonding position where R is bonded to the benzene ring at both ends.
  • the amorphous molecular material may have maximum fluorescence at a wavelength of 420 nm. That is, when the amorphous molecular material is exposed to ultraviolet light, it may have a blue fluorescent color.
  • the amorphous molecular material may have a refractive index of 1.66 to 1.71 in the visible light region. That is, the amorphous molecular material has a higher refractive index than the general carbon-based material. As such, the amorphous molecular material may be applied as a light coating tube.
  • the amorphous molecular material has a glass transition temperature adjacent to 30 ° C. Therefore, the amorphous molecular material can be easily patterned in a low temperature process by performing the molding process at a relatively low temperature.
  • FIG. 1 is a view for explaining a method of synthesizing an amorphous molecular material and an amorphous molecular material prepared according to an embodiment of the present invention
  • an aqueous sulfuric acid solution is added to a benzyl alcohol precursor to form a mixture.
  • the benzyl alcohol precursor include benzyl alcohol.
  • alcohol-based benzene derivatives such as Phenethyl alcohol, 3-phenyl-1-propanol, 2-phenylpropanol or alcohol-based polyacene derivatives such as naphthyl alcohol and anthryl alcohol may be applied.
  • the sulfuric acid aqueous solution added to the benzyl alcohol precursor may be mixed with sulfuric acid and pure water in a volume ratio of 1: 3 to have a dilute sulfuric acid aqueous solution.
  • an amorphous molecular material can be obtained from the mixture as a heat-up process is performed on the mixture.
  • the yield of amorphous molecular material obtained through the heat up process can have a fairly good yield in the range of about 80-88%.
  • the amorphous molecular material having fluorescence properties is made of a benzyl group bonded to both stilbenes.
  • the stilbenes may be cis type or trans type.
  • the stilbene When the stilbene is a cis type, it has the following Structural Formula 1 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the stilbene When the stilbene is a trans type, it has the following Structural Formula 2 and has fluorescence properties.
  • R is a benzyl group.
  • the heat up process for the mixture may be carried out for 5 to 24 hours at a temperature of 150 to 200 ° C.
  • the process temperature and the process time are shown in Table 1 below.
  • a dilute aqueous sulfuric acid solution (1 ml) mixed with benzyl alcohol precursor (15 ml) in a volume ratio of 1: 3 sulfuric acid and pure water was mixed to form a mixture.
  • the mixture was then subjected to a heat up process for 5 hours at a temperature of 150 ° C. to synthesize amorphous molecular material. The characteristics of the amorphous molecular material were confirmed.
  • amorphous molecular material in a bulk state is shown. It can be seen that amorphous molecular material has amorphous properties as it has conchoidal fracture.
  • the amorphous molecular material having a powder state exhibits a blue-based fluorescent characteristics when exposed to ultraviolet light.
  • FIG. 2 is a graph for analyzing the chemical structure of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • an element content ratio of an amorphous molecular material may be obtained through X-ray spectroscopy (XPS) analysis. Here, it can be confirmed that oxygen and sulfuric acid atoms are not contained.
  • XPS X-ray spectroscopy
  • the C1s XPS analysis may confirm the carbon bonding structure of the amorphous molecular material.
  • the amorphous molecular material is predictable as a form having an aromatic structure through the C-C bonding peak and the ⁇ - ⁇ shake-up satellite peak.
  • FIG. 3 is a graph illustrating optical characteristics of an amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • the absorbance, photoluminescence, and photoluminescence excitation characteristics of the amorphous molecular material solution were confirmed. Absorption of light in the ultraviolet region is remarkably high, and absorption does not occur in the visible region. On the other hand, it can be seen that the fluorescence characteristic is the maximum in the blue fluorescent region corresponding to 420 nm.
  • the extinction coefficient shows an '0' value for the visible light region, which indicates that the extinction coefficient shows excellent transmittance to the visible light.
  • Figure 4 is a graph analyzing the thermal / rheological properties of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • thermogravimetric analysis (TGA) and derivative thermogravimetric analysis (TGT) of amorphous molecular materials were performed. It can be seen that the approximate decomposition temperature is after 400 o C.
  • the glass transition temperature of the amorphous molecular material is about 30 ° C.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • FIG. 5 are photographs showing a molded article molded of an amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • an image of an amorphous molecular material mass formed in a specific form through a silicon mold exhibits blue fluorescence characteristics under ultraviolet light (UV).
  • a bubble-shaped amorphous molecular material image formed through a blowing process is shaped like a balloon. At this time, it can be confirmed that the optical properties of transparency and fluorescence.
  • FIG. 5C it is a scanning electron micrograph of an amorphous molecular material having a nanopattern through an imprinting process.
  • FIG. 6 is a photograph for explaining the contact angle of the amorphous molecular material according to an embodiment of the present invention.
  • the contact angle of the amorphous molecular material is 85 ° and has hydrophobicity.
  • the amorphous molecular material according to the present invention can be applied to ultraviolet protection films, optical waveguides, fluorescent diodes, photonic crystals, superhydrophobic devices, optical lenses, reflectors and the like.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기를 포함하는 비정질 분자 물질은 형광 특성을 가진다.

Description

비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법
본 발명은 비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 기존의 비정질 분자 물질과 비교할 때 용이하게 합성될 수 있으며 우수한 형광 특성을 갖는 비정질 분자 물질 및 상기 비정질 분자 물질의 합성 방법에 관한 것이다.
형광성 비정질 탄소 분자는 고분자와 비교할 경우 높은 순도와 단분산성을 가질 수 있다. 이들은 광학적으로 투명한 특성을 가지며 빛을 방출하는 형광 특성을 가진다. 따라서, 상기 형광성 비정질 탄소 분자는 광학적으로 다양한 분야로 응용될 수 있는 물질이기도 하다.
상기 형광성 비정질 탄소 분자의 합성은 현재까지 매우 다양한 형태와 방법으로 연구가 진행되어 왔다. 그러나 현재까지의 형광성 비정질 탄소 분자의 합성 방법에 대한 연구는 상대적으로 복잡한 프로세스를 통해 얻어진 경우가 많았다. 즉, 상기 형광성 비정질 탄소 분자의 합성 방법에 있어서 총 합성 시간, 합성 수율, 물질의 가격적인 측면 등을 고려하였을 때 개선해야 할 문제점들이 존재한다. 이러한 측면에서 보았을 때 경제적이고 효율적인 형광성 비정질 탄소 분자의 합성 방법에 대한 연구 및 개발이 요구되고 있다. 나아가, 다양한 성형법의 적용과, 나노 임프린팅 공정을 통한 유리 물질 상에 패턴을 구현하는 패터닝 기술의 적용을 통하여 형광성 비정질 탄소의 응용범위를 더욱 넓힐 수 있다.
본 발명의 일 목적은 개선된 형광 특성을 갖는 비정질 분자 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 형광 특성을 갖는 비정질 분자 물질을 용이하게 합성할 수 있는 비정질 분자 물질의 합성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예들에 따른 비정질 분자 물질은 스틸벤(stilbene) 양쪽에 결합된 벤질기(benzyl group)로 구성된다.
상기 스틸벤은 시스 타입 또는 트랜스 타입일 수 있다. 예를 들면, 상기 스틸벤이 시스 타입일 경우, 하기의 구조식1을 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식1
Figure PCTKR2015014432-appb-I000001
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
이와 다르게, 상기 스틸벤이 트랜스 타입일 경우, 하기의 구조식 2를 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식2
Figure PCTKR2015014432-appb-I000002
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벤질기의 결합위치에 따라 위치 이성질체가 형성될 수 있다.
상기 비정질 분자 물질은 약 420 nm의 파장에서 최대 형광 특성을 가질 수 있다.
상기 비정질 분자 물질은 가시광선 영역에서 1.66 내지 1.71의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 비정질 분자 물질은 약 30°C에 인접한 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비정질 분자 물질의 합성 방법에 있어서, 벤질 알코올 전구체에 황산 수용액을 첨가하여 혼합물을 형성한다. 이후, 상기 혼합물에 대하여 히트업(heat-up) 공정을 수행하여, 형광 특성을 갖고 스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기로 이루어진 비정질 분자 물질을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 혼합물에 대한 히트업 공정은 150 내지 200°C의 온도에서 5 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 새로운 비정질 분자 물질은 61 내지 73% 범위의 양자 수율을 가짐에 따라 개선된 형광 특성을 가진다. 또한 상기 비정질 분자 물질은 가시광선 영역에서 상대적으로 높은 굴절률을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 상기 비정질 분자 물질은 약 30°C의 유리 전이 온도를 가짐에 따라 상대적으로 낮은 온도에서 용이하게 가공될 수 있다. 이로써, 상기 비정질 분자 물질은 몰딩 공정, 블로잉 공정 또는 나노 임프린팅 공정을 통하여 성형될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 합성 방법 및 이에 따라 제조된 비정질 분자 물질을 설명하기 위한 도면들이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 화학 구조를 분석하기 위한 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 광학 특성을 분석한 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 열적/유변학적 특성을 분석한 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질로 성형한 성형품을 도시한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 접촉각을 설명하기 위한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예들에 따른 비정질 분자 물질은 스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기로 이루어진다.
상기 스틸벤은 시스 타입 또는 트랜스 타입일 수 있다. 상기 스틸벤이 시스 타입일 경우, 하기의 구조식1을 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식1
Figure PCTKR2015014432-appb-I000003
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
상기 스틸벤이 트랜스 타입일 경우, 하기의 구조식 2를 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식2
Figure PCTKR2015014432-appb-I000004
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
비정질 분자 물질
본 발명의 실시예들에 따른 형광 특성을 갖는 비정질 분자 물질은 스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기로 이루어진다.
상기 스틸벤은 시스 타입 또는 트랜스 타입일 수 있다. 상기 스틸벤이 시스 타입일 경우, 하기의 구조식1을 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식1
Figure PCTKR2015014432-appb-I000005
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
상기 스틸벤이 트랜스 타입일 경우, 하기의 구조식 2를 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식2
Figure PCTKR2015014432-appb-I000006
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
또한, 비정질 분자 물질은 상기 구조식1에서 R의 결합위치에 따라 위치 이성질체를 가질 수 있다. 즉, R이 양 끝단의 벤젠 링에 결합되는 결합 위치에 따라 ortho, meta 또는 para 이성질체가 형성될 수 있다.
상기 비정질 분자 물질은 420 nm의 파장에서 최대 형광 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 비정질 분자 물질이 자외선에 노출될 경우, 청색의 형광색을 띨 수 있다.
한편, 상기 비정질 분자 물질은, 가시광선 영역에서 1.66 내지 1.71의 굴절률을 가질 수 있다. 즉, 상기 비정질 분자 물질은 일반적인 탄소 계열 물질에 비하여 높은 굴절률을 가진다. 이로써 상기 비정질 분자 물질은 광 도포관으로 응용될 수 있다.
또한, 상기 비정질 분자 물질은, 30°C에 인접한 유리 전이 온도를 가진다. 따라서, 상기 비정질 분자 물질은 상대적으로 낮은 온도에서 성형 공정이 수행됨으로써 저온 공정에서 용이하게 패터닝될 수 있다.
비정질 분자 물질의 합성 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 합성 방법 및 이에 따라 제조된 비정질 분자 물질을 설명하기 위한 도면들이다
도 1을 참조하면, 벤질 알코올 전구체에 황산 수용액을 첨가하여 혼합물을 형성한다. 상기 벤질 알코올 전구체의 예로는 벤질 알코올을 들 수 있다. 이와 다르게, Phenethyl alcohol, 3-phenyl-1-propanol, 2-phenylpropanol과 같은 알코올계 벤젠 유도체 혹은 naphthyl alcohol, anthryl alcohol와 같은 알코올계 polyacene 유도체등이 적용될 수 있다.
상기 벤질 알코올 전구체에 첨가되는 상기 황산 수용액은 황산 및 순수가 1:3의 부피비로 혼합되어 묽은 황산 수용액(dilute sulfuric acid aqueous solution) 상태를 가질 수 있다.
이어서, 상기 혼합물에 대하여 히트업(heat-up) 공정이 수행됨에 따라 상기 혼합물로부터 비정질 분자 물질을 얻을 수 있다. 상기 히트업 공정을 통하여 얻어지는 비정질 분자 물질의 수득률은 약 80 내지 88%의 범위로 상당히 우수한 수율을 가질 수 있다.
이때, 형광 특성을 갖고 비정질 분자 물질은 스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기로 이루어진다.
상기 스틸벤은 시스 타입 또는 트랜스 타입일 수 있다. 상기 스틸벤이 시스 타입일 경우, 하기의 구조식1을 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식1
Figure PCTKR2015014432-appb-I000007
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
상기 스틸벤이 트랜스 타입일 경우, 하기의 구조식 2를 갖고 형광 특성을 가진다.
구조식2
Figure PCTKR2015014432-appb-I000008
여기서, R은 벤질기(benzyl group)이다.
상기 혼합물에 대한 히트업 공정은 150 내지 200°C의 온도에서 5 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 상기 공정 온도 및 공정 시간에 대하여 아래의 표1에 나타낸다.
공정온도 (℃) 공정시간 (hour) 양자효율 (%)
120 5 N/A
150 0.5 N/A
2 N/A
5 61
24 73
165 5 47
180 5 47
200 5 36
벤질 알코올 전구체(15 ml)에 황산 및 순수가 1: 3의 부피비로 혼합된 묽은 황산 수용액(1 ml)을 혼합시켜 혼합물을 형성하였다. 이후, 상기 혼합물을 150°C의 온도에서 5시간 동안 히트업 공정을 수행하여 비정질 분자 물질을 합성하였다. 상기 비정질 분자 물질에 대하여 그 특성을 확인하였다.
도 1의 (b)를 참고하면, 벌크 상태의 비정질 분자 물질을 나타낸다. 비정질 분자 물질은 조가비상 깨짐(conchoidal fracture)을 가짐에 따라 비정질(amorphous)한 특성을 가짐을 알 수 있다.
도 1의 (c) 및 (d)을 참고하면, 분말 상태를 갖는 비정질 분자 물질은 자외선에 노출될 경우 청색 계열의 형광 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 1의 (e)를 참고하면, 상기 비정질 분자 물질이 톨루엔 용액에 분산될 경우, 형광 특성이 확인되었다. 이 경우, 상기 비정질 분자 물질이 톨루엔 용액에 균일하게 분산되어 전체적으로 청색 계열의 형광 특성이 나타냄을 확인할 수 있다.
비정질 분자 물질의 특성 평가
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 화학 구조를 분석하기 위한 그래프들이다.
도 2의 (a)를 참조하면, X선 분광 회절법(XPS) 분석을 통해 비정질 분자 물질의 원소 함유 비율이 획득될 수 있다. 여기서, 산소, 황산 원자가 함유되지 않음이 확인될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, C1s XPS 분석을 통해 본 비정질 분자 물질의 탄소 결합 구조를 확인할 수 있다. 여기서, C-C bonding 피크와 π-π shake-up 위성 피크를 통해 방향족(aromatic) 구조를 갖는 형태로서 상기 비정질 분자 물질에 대하여 예측 가능하다.
도 2의 (c)를 참조하면, FT-IR 분석을 통해 비정질 분자 물질의 결합 구조의 종류를 확인해 본 결과, 메틸렌(Methylene) 및 방향족(aromatic) 구조를 갖는 형태로서 상기 비정질 분자 물질의 구조에 대하여 예측될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 광학 특성을 분석한 그래프들이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 비정질 분자 물질 용액의 흡수도(Absorbance), 광형광(Photoluminescence), 광형광 여기(Photoluminescence excitation)특성을 확인하였다. 자외선 영역의 빛에 대한 흡수가 현저하게 높으며, 가시광선 영역에 대해서는 흡수가 일어나지 않았다. 한편, 형광특성은 420 nm에 해당하는 파란색 형광 영역에서 최대임을 알 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 다양한 여기 파장에 대한 광형광(Photoluminescence)에 대한 데이터가 확보되었다. 그래프를 살펴보면, 특이하게 큰 광형광 시프트(PL-shift) 현상이 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 비정질 분자 물질 박막에 대한 흡수(absorptance), 반사(reflectance) 및 투과(transmittance) 정도를 확인해 본 결과, 전반적인 가시광선 영역에 대하여 높은 투과도를 가짐을 알 수 있다.
도 3의 (d)를 참조하면, 비정질 분자 물질 박막에 대한 엘립소메트리(ellipsometry) 특성 분석을 분석하였다. 가시광선 영역에서 1.66~1.71의 굴절률이 확인되었으며, 이는, 탄소 계열 물질로서는 상당히 높은 굴절률(refractive index)을 나타낸다.
한편, 소광비(Extinction coefficient)는 가시광선 영역에 대해 ‘0’값을 보이며 이는 가시광선에 대한 우수한 투과성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 열적/유변학적 특성을 분석한 그래프들이다.
도 4의 (a)를 참고하면, 비정질 분자 물질의 열중량측정 분석(Thermogravimetric analysis; TGA) 및 파생적 열중량측정 분석(derivative thermogravimetric analysis; DTG)이 수행되었다. 대략적인 분해 온도가 400 oC 이후 임을 확인할 수 있다.
도 4의 (b)를 참고하면, 비정질 분자 물질의 시차 주사 열량측정법(Differential scanning calorimetrty; DSC) 분석을 통하여 상기 비정질 분자 물질의 유리 전이 온도가 약 30°C임을 알 수 있다. 따라서, 비정질 분자 물질이 유리적 거동이 나타난다는 것을 의미하며, 상대적으로 낮은 유리 전이 온도를 가지기 때문에 상대적으로 낮은 온도에서 충분히 비정질 분자 물질의 거동을 변화시킬 수 있음을 의미한다.
도 4의 (c)를 참고하면, 비정질 분자 물질의 80 °C에서의 유변학적 특성 분석을 통하여 점도(Viscosity)가 전단 속도(shear rate)의 증가에 따라 감소하는 준 플라스틱 유체(pseudoplastic fluid)와 같은 전단 유동화(shear thinning) 거동을 보여주고 있다. 이는 상기 가공 온도 범위에서 고분자나 유리성 공정적용이 가능할 수 있음을 암시한다.
도 4의 (d)를 참고하면, 비정질 분자 물질의 150 oC에서의 유변학적 특성 분석을 통하여 전단 속도(Shear rate)의 변화에 무관한 일정한 점도(viscosity)를 갖는 뉴턴 유체(Newtonian fluid)의 거동을 보여주고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질로 성형한 성형품을 도시한 사진들이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 실리콘 몰드를 통해 특정한 형태로 성형된 비정질 분자 물질 덩어리의 이미지로서 자외선(UV) 아래에서 청색 형광특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 블로잉 공정을 통하여 형성된 버블 형태의 비정질 분자 물질 이미지로서, 풍선과 같은 형상을 하고 있다. 이때 투명성 및 형광의 광학 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 임프린팅 공정을 통해 나노 패턴을 갖는 비정질 분자 물질을 촬상한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 분자 물질의 접촉각을 설명하기 위한 사진이다.
도 6을 참조하면, 비정질 분자 물질의 접촉각이 85°로서, 소수성 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 비정질 분자 물질은 자외선 보호 필름, 광 도파관(optical waveguide), 형광 다이오드, 포토닉 크리스탈, 초소수성 소자, 광학 렌즈, 리플렉터 등에 응용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 스틸벤(stilbene)의 양쪽에 결합된 벤질기(benzyl group)를 갖는 비정질 분자 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스틸벤은 시스(cis) 또는 트랜스(trans) 타입을 갖는 것을 특징으로 하는 비정질 분자 물질.
  3. 제1항에 있어서, 상기 벤질기의 결합위치에 따라 위치 이성질체를 갖는 것을 특징으로 하는 비정질 분자 물질.
  4. 제1항에 있어서, 420 nm의 파장에서 최대 형광 특성을 갖는 비정질 분자 물질.
  5. 제1항에 있어서, 가시광선 영역에서 1.66 내지 1.71의 굴절률을 갖는 비정질 분자 물질.
  6. 제1항에 있어서, 30°C에 인접한 유리 전이 온도를 갖는 비정질 분자 물질.
  7. 벤질 알코올 전구체에 황산 수용액을 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물에 대하여 히트업 공정을 수행하여, 형광 특성을 갖고 스틸벤 양쪽에 결합된 벤질기를 포함하는 구조를 갖는 비정질 분자 물질을 형성하는 단계를 포함하는 비정질 분자 물질의 합성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물에 대한 히트업 공정은 150 내지 200°C의 온도에서 5 내지 24시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질 분자 물질의 합성 방법.
PCT/KR2015/014432 2015-09-30 2015-12-29 비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법 WO2017057802A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/765,118 US10696612B2 (en) 2015-09-30 2015-12-29 Amorphous molecular material and synthesis method therefor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0137896 2015-09-30
KR1020150137896A KR101792911B1 (ko) 2015-09-30 2015-09-30 비정질 분자 물질의 합성 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017057802A1 true WO2017057802A1 (ko) 2017-04-06

Family

ID=58423771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/014432 WO2017057802A1 (ko) 2015-09-30 2015-12-29 비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10696612B2 (ko)
KR (1) KR101792911B1 (ko)
WO (1) WO2017057802A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002020459A1 (fr) * 2000-09-01 2002-03-14 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Nouveaux composes de styryle et dispositifs electroluminescents organiques
US20080088229A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivative, Light-Emitting Element, Light-Emitting Device, and Electronic Device
US20080091030A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivatives, Light-Emitting Element, Display Device, and Electronic Device
US20110204772A1 (en) * 2006-10-03 2011-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivative, Light-Emitting Element, Display Apparatus, and Electronic Appliance
US8664263B2 (en) * 2011-01-14 2014-03-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene compound, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3387050A (en) * 1965-10-22 1968-06-04 Phillips Petroleum Co Production of stilbene and bibenzyl
US3991049A (en) * 1967-07-14 1976-11-09 Ciba-Geigy Ag Aromatic compounds containing ethylene double bonds, processes for their manufacture and use
DE3315437A1 (de) * 1982-04-30 1983-11-10 Ricoh Co., Ltd., Tokyo Elektrophotographisches aufzeichnungsmaterial
DE3832204A1 (de) * 1988-09-22 1990-03-29 Basf Ag Neue stilbenverbindungen und deren verwendung bei der anionischen polymerisation
TWI245064B (en) * 1998-12-28 2005-12-11 Idemitsu Kosan Co Organic electroluminescence device
TWI400222B (zh) * 2005-11-03 2013-07-01 Semiconductor Energy Lab 二苯乙烯衍生物，發光元件用之材料，發光元件，發光裝置，及電子設備
US7758972B2 (en) 2006-09-26 2010-07-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene derivative, light emitting element, light emitting device, and electronic appliance
DE102008033943A1 (de) * 2008-07-18 2010-01-21 Merck Patent Gmbh Neue Materialien für organische Elektrolumineszenzvorrichtungen
US8872125B2 (en) * 2009-04-03 2014-10-28 Lawrence Livermore National Security, Llc Solution-grown crystals for neutron radiation detectors, and methods of solution growth
US9629945B2 (en) 2012-12-12 2017-04-25 Surmodics, Inc. Stilbene-based reactive compounds, polymeric matrices formed therefrom, and articles visualizable by fluorescence

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002020459A1 (fr) * 2000-09-01 2002-03-14 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Nouveaux composes de styryle et dispositifs electroluminescents organiques
US20080088229A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivative, Light-Emitting Element, Light-Emitting Device, and Electronic Device
US20080091030A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivatives, Light-Emitting Element, Display Device, and Electronic Device
US20110204772A1 (en) * 2006-10-03 2011-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene Derivative, Light-Emitting Element, Display Apparatus, and Electronic Appliance
US8664263B2 (en) * 2011-01-14 2014-03-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Stilbene compound, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device

Also Published As

Publication number Publication date
US10696612B2 (en) 2020-06-30
KR101792911B1 (ko) 2017-11-02
KR20170038475A (ko) 2017-04-07
US20180319725A1 (en) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI496840B (zh) Dye composition
KR101725262B1 (ko) 착색 감광성 수지 조성물
TWI693216B (zh) 化合物以及包含該化合物之著色硬化性樹脂組合物、彩色濾光片和顯示裝置
US10273365B2 (en) High refractive index nanocomposite
WO2010098636A2 (ko) 내마모성 및 내오염성이 우수한 코팅 조성물 및 코팅 필름
TW201946923A (zh) 含氮的環狀化合物、包括其的色彩轉換膜、背光單元以及顯示裝置
WO2016060476A1 (ko) 광학 필름 코팅용 조성물 및 이를 포함하는 광학 필름
WO2014208994A1 (ko) 고굴절 광학재료용 중합성 조성물과 이의 광변색성 조성물 및 이들을 이용한 고굴절 광학재료의 제조방법
CN111868627A (zh) 感光性树脂组合物、固化膜、颜色转换基板、图像显示装置及固化膜的制造方法
Ji et al. Patternable and rewritable retroreflective structural color shape memory polymers
CN105589297B (zh) 着色固化性树脂组合物
WO2017052279A1 (ko) 함질소 고리 화합물 및 이를 포함하는 색변환 필름
WO2021085956A1 (ko) 경화성 조성물 및 이를 포함하는 광학 부재
WO2017057802A1 (ko) 비정질 분자 물질 및 이의 합성 방법
US11479549B2 (en) Nitrogen-containing cyclic compound and color conversion film comprising same
CN109280166B (zh) 一种高性能无色透明聚酰亚胺薄膜及制备方法
WO2012173459A2 (ko) 고굴절 조성물
CN105418674A (zh) 一种高折射率树脂及其应用
TWI813835B (zh) 著色硬化性樹脂組成物、彩色濾光片及顯示裝置
Guo et al. Direct synthesis of zirconium containing phenyl silicone resin for LED encapsulation
WO2018190679A1 (ko) 함질소 고리 화합물 및 이를 포함하는 색변환 필름
WO2013147443A1 (ko) 사다리형 실세스퀴옥산 고분자를 포함하는 광학필름용 수지 조성물
WO2018124769A1 (ko) 코팅 조성물 및 이로부터 제조되는 필름
JP2005145795A (ja) 膜状有機無機ハイブリッドガラス状物質及びその製造方法
CN105198805B (zh) 化合物以及着色固化性树脂组合物

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15905512

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15765118

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15905512

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1