ITQ-29: Pure-Silica Zeolite A
제올라이트와 같이 골격 내부에 일정한 크기와 모양을 갖는 극미 세공을 포함하고 있는 다공성 물질들은 이들 세공 안에 들어갈 정도로 충분히 작은 분자들을 선택적으로 분리할 수 있기 때문에 현재 석유화학, 정밀화학 등 다양한 분야에서 형 상 선택성 촉매나 흡착제로 널리 사용되고 있다.
제올라이트 A는 지름이 0.41nm인 8-membered ring(8MR)과 6개의 작은 window로 연결되어 다 시 그 지름이 1.14 nm 크기의α-cage로 이루어진
‘LTA’ 구조를 갖고 있는 대표적인 제올라이트이 다. 일반적으로 제올라이트 A는 골격 Si/Al 비가 약 1인 Na형으로 합성되며, 단위격자의 조성은 [Na12Al12Si12O48]·(H2O)27인데, 이 제올라이트의 흡착 용량은 합성 후 Na+이온을 Ca2+이온으로 교 환함으로써 증가시킬 수 있다. Ca2+이온이 교환된 제올라이트 A(Ca-A)는 가지형 알칸으로부터 선
형의 알칸 분리에 뛰어난 흡착 선택성을 가지고 있지만, Ca-A자체의 극성 때문에 순수한 실리카 제올라이트 A를 필요로 하는 올레핀/파라핀 분리 에는 사용될 수 없다. 특히 Ca-A는 높은 Al 함량 때문에 열적 안정성과 내산성이 매우 약한 단점을 가지고 있다. 이러한 이유 때문에 많은 연구자들 이 Si/Al 비가 높은 LTA 구조 물질의 합성을 시 도하여 왔으나 지금까지 직접합성을 통해 얻어진 가장 높은 Si/Al 비는 3정도에 불과하다. 한편, 골 격내 Si/Al 비를 증가시키기 위해 제올라이트 동 공에 맞는 부피가 큰 유기 구조 유도 물질(organic structure-directing agents, OSDA)을 찾는 것이 중요하다. 가장 적합한 OSDA는 반응 혼합물내 용매와의 상호작용이 크지 않아 그 자체는 거의 변형되지 않으면서 가능한 한 많은 반 데르 발스 힘으로 LTA구조 cage의 내부 표면과 접촉할 수 있어야 하기 때문에 상당한 소수성을 가져야 한다.
하지만 제올라이트 A의 경우, 동공의 구형 모양 이 작은 8MR 세공으로 제한되어 있지 않기 때문
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 6, 2004…661 그림 1. OSDA의 ‘supramolecular’ 자기조립 과정을 통한 ITQ-29의 결정화 과정.
662…NICE, 제22권 제6호, 2004
신·기·술·소·개
에, 적합한 OSDA를 발견하는 것은 매우 어려운 과제로 남아 있었다.
최근 스페인 Valencia 대학의 Corma 교수팀은 OSDA로 4-methyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-pyrido [3.2.1-ij] quinolinium iodide를 사용, 골격내 Si/Al비가 무한대인 LTA구조를 합성하는 데 성 공하였다. ITQ-29로 명명된 이 pure-silica zeolite A는 [그림 1]에 나타낸 바와 같이 2개의 동일한 OSDA 분자가π-π 형태의 상호작용을 통해 자기 조립된 ‘supramolecular’ 유기 구조 유도 물질이 LTA구조내 sodalite cage(β-cage)를 안정화시 킴으로써 그 결정화가 가능한 것으로 이해되고 있 다. ITQ-29는 매우 높은 소수성을 갖고 있어 탄화 수소 분리시 올리고머화 반응을 효과적으로 억제 할 수 있으며, 특히 크래킹 반응에서 프로필렌 수 율을 높이기 위한 형상 선택적 크래킹 첨가제로 사용될 수 있어 새로운 분리제 및 촉매로서 그 응 용에 많은 관심이 집중되고 있다[Nature, vol.
431, p. 287(2004)].
자기정렬 절연막을 이용한
유기박막트랜지스터(OTFT) 개발
유기박막트랜지스터(OTFT)는 현재 플렉서블 (flexible) 디스플레이, 센서, 전자 바코드 등의 응 용분야에서 큰 관심을 끌고 있다. 현재 개발된 대 부분의 유기TFT소자들은 작동전압이 20V 이상 의 고전압을 요구하는 문제점을 나타내고 있다.
이는 기존의 트랜지스터에서 이용되는 게이트절 연막인 무기산화막 및 질연막, 고분자막의 두께가 누설전류를 줄이기 위해서 100nm 이상의 두께를 갖기 때문이다.
최근 네이처에 발표된 논문에 따르면 자기정렬 단분자층(SAM)을 이용한 2.5nm 두께의 절연층
과 고이동도 유기반도체인 펜타신을 이용하여 유 기TFT를 개발한 기술이 소개되고 있다. 개발된 유기TFT는 구동전압이 2V 이하이며, 포터블 장 치에 응용 가능할 것으로 기대되고 있다. 이러한 자기정렬 기술은 또한 실리콘집적회로에도 응용 될 수 있을 것으로 기대된다.
[그림 1]에 나타난 바와 같이 PhO-OTS [(18- phenoxyoctadecyl)trichlorosilane]를 실리콘기판 위에 증착한 결과 이웃하는 분자의 phenoxy 그룹 간의π-π 결합에 의해서 잘 정렬된 박막이 형성되 었다. 이러한 구조는 leakage current를 줄여주는 역할을 할 것으로 기대된다. PhO-OTS를 이용한 TFT구조를 제작하기 위해서 우선 Si 기판표면을 산소플라즈마에 노출시켜 표면에 hydroxyl(-OH) 흡착량을 증가시킨다. 다음으로 약 2.5nm의 SAM층을 톨루엔 용액으로부터 증착시킨다. 증착 된 절연막은 약 2.5의 유전상수를 갖는다.
[그림 2]는 [그림 1]의 OTFT구조의 전기적 특성을 나타낸다. 트랜지스터의 채널길이는 130µm, 채널너비는 170µm이었다. 측정된 전하이
그림 1. (A) (18-phenoxyoctadecyl)trichlorosilane, (B) Organic semiconductor pentacene의 화학구조, (C) Pentacene TFT with SAM dielectric.
