[산업계동향] 업계 거시 동향

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566 … NICE, 제31권 제5호, 2013

고분자 및 모델화합물의 제한적 결정화 및 안 정성 연구성과

일반적으로 고분자결정 연구 면에서 몇 가지 어려움이 있는데, 고분자의 분자량 분포가 넓거나 연결구조가 복잡 하거나 응축상태구조 중에 여러 가지 준안정상태가 존재하 는 등의 문제들이다. 최근 10여 년 동안 국가자연기금위원 회의 지원 아래 중국과학원화학연구소 엔지니어링 플라스 틱연구원 중점실험실의 연구자는 이상의 문제점들을 감안 하여 고분자 체계의 모델화합물인 긴사슬 알칸(Long- chain alkane)과 특 정 곁 사 슬 구 조 를 가 지 고 있 는 Comblike 고분자를 이용하여 시스템 내에서 제한적인 결 정과 상태 치환을 시행하여 일련의 성과를 거두었다.

연구자는 긴 사슬 알칸을 고분자 결정 모델화합물을 이 용하여 균일한 마이크로캡슐 구조로 3차원(3D)의 제한적 인 환경을 형성했으며 1성분계와 2성분계 혼합 알케인이 마이크로캡슐 중에서 제한적 결정 상태인 것에 대한 연구 를 통해 제한적인 환경 중에서 알칸 표면에 결정화 (crystal)를 증가시키며 회전 준안정의 안정성을 제고하였 다.(J. Phys. Chem. B 2006, 110, 14279-14282; J. Phys.

Chem. B 2008, 112, 13310-13315; J. Phys. Chem. B 2008, 112, 16485-16489; Phys. Chem. Chem. Phys. 2011,

13, 2021-2026; Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 15031- 15036).

또한 성분 탄소수의 차이, 성분함량과 제한 환경에 대한 조절을 통해 혼합 알케인의 상태분리를 통제할 수 있다(J.

Phys. Chem. B 2009, 113, 3269-3272; J. Phys. Chem.

B 2011, 115, 4632-4638; J. Phys. Chem. B 2012, 116, 3099-3105). 이러한 기초에서 제한적 환경에서 고분자크리 스털 관련 연구를 통해 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 이 다공 양극 산화알루미나 템플리트에서 크리스털이 형성 될 때, 스트랜드(Strand)의 굴성(tropism)과 판상결정 배 열 원리에 대해 개략적으로 알게 되었으며 폴리옥시에틸렌 segmer가 10nm의 구멍에서 나노 포어(nano-pore)에 평행되는 방향으로 굴성을 가짐을 발견하였다(ACS Macro Letters 2013, 2, 181-184).

고분자의 준안정 상태는 고분자 결정연구의 중요한 내용 이다. 연구자는 다양한 강성도의 주(main)사슬과 다양한 길이의 알킬기 곁사슬로 Comblike 고분자를 준비하여 그 들의 분자결정 형성, 상태치환과 구조 변화과정에 대한 심 입된 연구를 거쳐 다양한 강성도의 고분자 주사슬은 곁사 슬 알킬기의 길이에 대해 다양한 요구와 제한을 하며 결정 형성의 최저 임계 탄소사슬 길이에 대한 특정요구가 있음 을 알 게 되 었 다 (Macromolecules 2004, 37, 9933- 9940; Polymer 2004, 45, 6299-6307; CrystEngComm 2011, 13, 561-567).

Comblike 고분자의 주사슬의 강성도에 대한 조절을 통 해 곁사슬 결정구조를 제어하며 다결정 상(phase) 상태를 형성할 수 있으며 （Macromolecules 2007, 40, 3198-3203;

Polymer 2007, 48, 2762-2767; Chem. Comm. 2011, 47, 3825-3827）또한 다양한 결정상태의 Comblike 고분자를 제조할 수 있다(Macromolecules 2008, 41, 3175-3180;

*본 내용은 KISTI와 GTB(Global Trends Briefing 글로벌동향브리핑) 해외 과학기술동향 정보 이용협약을 통해 기사를 발췌하여 작성되었 습니다.

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탄소섬유 강화 열가역성 플라스틱 개발

~ 양산차의 차체 경량화가 가능 ~

NEDO 프로젝트에 의해 도쿄대학, 도레이, 미쯔비시 레

이용, 토요보, 다카기세이코 등의 그룹은 가열하면 성형하

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 31, No. 5, 2013

… 567 Chem. Comm. 2003, 15, 1932-1933; Macromol. Rapid

Comm. 2005, 26, 226-231; Polymer 2004, 45, 6261-6266).

위의 연구는 고분자가 무질서에서 질서로 변화하는 과정 에서 분자사슬은 먼저 비규칙적인 구조를 형성하고 후에 점차 규칙적인 배열순서를 가진 구조로 발전함을 설명하였 으며, 실험결과에서 고분자 초기의 결정형성에서 미리 예 측한 순서상(phase) 형성법을 지지하고 있다.

(KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 , 2013년 9월 16일)

태양 전지에서 백금을 대신할 3D 그래핀

가장 전망이 있는 태양 전지 종류들 중의 하나는 몇 가지 단점들을 가진다. 미시건공대(Michigan Technological

University)의 과학자가 그것들 중의 하나를 극복해냈을

지도 모른다.

염료-감응형 태양 전지는 얇고 유연하며, 만들기 쉽고 태 양빛을 전지로 바꾸는데 매우 훌륭하다. 그러나, 한 가지 성 분이 지구에서 가장 비싼 금속들 중 하나인 백금이다. 적은 양만 필요하지만, 1온스에

1500달러 하는 그 은빛 금속의

가격은 여전히 상당하다. 재료과학 및 공학

Charles and Caroll McArthur 교수인 Yun Hang Hu가 효율성을 감소

시키지 않으면서 태양 전지에서 백금을 대체할 수 있는 새 로운, 값싼 물질을 개발했다: 3D 그래핀(graphene).

보통 그래핀은 탄소 단지 한 분자 정도의 두께의 유명한

2차원 형태이다. Hu와 그의 팀은 벌집과 같은 구조를 가진

독특한

3D 버전을 합성하기 위한 새로운 접근법을 발명했

다. 그렇게 하기 위해서, 그들은 탄산 리튬(Li²

CO

3

)과 그

벌집 그래핀을 형성하는 화학 반응에서 산화 리튬과 일산 화탄소를 섞었다. 그 탄산리튬은 그래핀인 판모양을 이루 는 것과 서로에게서 그것들을 분리하는 것을 도와서, 흔한 흑연을 형성하는 것을 막았다. 더 나아가, 탄산 리튬 입자들 은 산에 의해서

3D 벌집 구조를 이룬 그래핀으로부터 쉽게

제거할 수 있다.

이 연구자들은

3D 벌집모양 그래핀이 훌륭한 전도성과

높은 촉매 활성을 가진 것을 알아내서, 에너지 저장과 전환 을 위해서 그것을 사용할 가능성을 높였다. 그래서 그들은 염료-감응형 태양 전지에 있는 백금 상대 전극을

3D 벌집

모양 그래핀으로 만들어진 것으로 대체했다. 그 다음에 그 들은 그 태양전지를 햇빛에 놓고 그 출력을 측정했다. 3D 그래핀 상대 전극을 가진 전지는 태양 에너지의

7.8퍼센트

를 전지로 전환시켰는데, 이는 비싼 백금을 사용하는 전통 적인 태양 전지의 효율성(8퍼센트)에 거의 가까웠다. 이

3D 벌집모양 그래핀을 합성하는 것은 비싸지도 않고 어렵

지도 않아서, 그것을 상대 전극으로 만드는 것은 특별히 문 제되지 않았다고