$C_{60}$ 풀러렌이 분산된 알루미늄기지 복합재를 볼 밀링법과 열간압연 공정을 이용하여 제조하였다. 볼 밀링이 진행되는 동안, 알루미늄기지는 그 결정립이 100 nm 이하 수준으로 미세화되어 강화되었다. 동시에 $C_{60}$ 풀러렌이 알루미늄기지 내에 균일하게 분산되어, $C_{60}$ 풀러렌의 첨가량이 증가할수록 복합재의 강도가 증가하였으며, 10 vol%의 $C_{60}$ 풀러렌을 포함하는 순 알루미늄기지 복합재는 1 GPa 수준의 압축 강도를 나타내었다.
논문에서는 풀러렌의 성질, 유기반응, 고분자반응을 설명하였으며, 풀러렌과 고분자의 블렌딩에 대해 소개를 하였다. 또한 다른 화학물질과 풀러렌의 반응성을 기술하였다. 풀러렌의 화학 반응은 가지 사슬 풀러렌 고분자, 주사슬 풀러렌 고분자, 별 모양 풀러렌 고분자, 덴드리머 타입 풀러렌 고분자와 같은 연구에 응용되었다.
풀러렌[$C_{60},\;C_{70}$]을 benzoylperoxide, trichloroisocyanuric acid, methyltrioxorhenium(VII), iodosobenzene 그리고 phosphorous pentoxide 등의 산화제를 사용하여 상온, 초음파 조건에서 풀러렌 산화물을 제조하였다. MALDI-TOF MS, UV-VIS 그리고 HPLC를 사용하여 분석한 결과 생성된 풀러렌 산화물은 [$C_{60}(O)_n$], ($n=1{\sim}3$ 또는 n=1)과 [$C_{70}(O)_n$], ($n=1{\sim}2$ 또는 n=1)임을 알 수 있었다. 한편, 동일한 실험 조건에서 $C_{60}$ 반응속도는 $C_{70}$ 보다 높았다.
풀러렌[$C_{60}$]은 3-chloroperoxy benzoic acid, benzoyl peroxide, trichloroisocyanuric acid, chromium(VI) oxide 등의 산화제를 사용하여 마이크로파 조건에서 반응시켜 풀러렌 산화물[$C_{60}(O)_n$] ($n=1{\sim}4$ or n=1)을 합성하였다. 동일한 마이크로파 조건에서 여러 가지 산화제와 풀러렌[$C_{60}$]의 고체상태 반응성은 3-chloroperoxy benzoic acid>benzoyl peroxide>trichloroisocyanuric acid$\simeq$chromium(VI) oxide 순으로 증가함을 나타냈다. MALDI-TOF-MS, UV-visible, 그리고 HPLC를 사용하여 분석한 결과 생성된 풀러렌 산화물은[$C_{60}(O)_n$] ($n=1{\sim}4$ or n=1)임을 알 수 있었다.
1,2-dichlorobenzene 용액에서 풀러렌$[C_{60}]$과 3-chloroperoxy benzoic acid 의 반응을 고분해능 초음파 분광기를 사용하여 조사하였다. 또한 1,2-dichlorobenzene 용액에서 풀러렌$[C_{60}]$과 3-chloroperoxy benzoic acid의 반응 생성물을 MALDI-TOF-MS를 가지고 확인하였다.
최근 그래핀을 이용한 나노전자소자에 대한 많은 연구들이 다양한 분야에서 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 분자동력학 시뮬레이션 방법을 사용하여 그래핀 나노리본 트렌치 구조를 이용한 풀러렌 분자 셔틀 소자로의 활용 가능성에 대하여 연구하였다. 그래핀 나노리본 트렌치 구조는 그 나노미터 규모의 분자 저장이 가능한 공간을 만들 수 있어, 이 공간을 활용하여 나노전기전자소자를 제작할 수 있는 가능성을 열어준다. 그래핀 나노리본 트렌치로 흡수된 풀러렌 분자는 외부 작용력의 방향에 따라서 그 위치를 그래핀 나노리본 트렌치 내부에서 조정할 수 있게 되기 때문에, 이를 이용하여 그래핀 나노리본 트랜체 내부에서 플러렌의 위치 조정으로 디지털 정보를 저장할 수 있다. 풀러렌 분자가 그래핀 나노리본 트렌치 내부에서 고랑을 따라서 이동과정에서 다양한 운동에너지 역학이 작용되는 것을 살펴보았다. 본 연구에서는 그래핀 나노리본 트렌치에 흡수된 풀러렌 분자는 나노전지전자소자의 오실레이터, 정보저장소자, 센서 등 다양한 첨단 분야에서 활용가능하다는 것을 연구하였다.
풀러렌(fullerene)의 내부에 캡슐화될 수 있는 물 분자의 수와 물 분자들이 증가함에 따라 풀러렌의 안정적인 구조에 미치는 영향을 조사하기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory, DFT)을 이용하여 풀러렌-물 클러스터$(H_2O)_n@C_{60}$, (n=1-10)의 구조 변화에 따른 열역학적 안정성 및 결합에너지를 계산하였다. 각각의 구조들에 대해서 여러 이론 수준에서 최적화하였으며 진동주파수를 계산하여 가장 안정한 구조를 조사하고 IR 스펙트럼을 예측하였다. 또한 풀러렌 내의 물 분자 수가 증가함에 따른 수소결합의 세기 변화를 순수한 물 클러스터$(H_2O)_n$, (n=1-6)의 수소결합과 비교 분석하였다.
3-아미노프로필메톡시 실란을 처리한 반응성 있는 유리표면 위에 "LbL" 방법을 사용하여 $\alpha$-D-만노실 풀러렌[$C_{60}$]-금 나노입자를 자기조립 하였다. 표면 처리한 유리막을 $\alpha$-D-만노실 풀러렌[$C_{60}$]과 헥산 티올레이트/아미노 티오페녹사이드-금나노입자를 포함하고 있는 용액속에 교대로 담그었다. $\alpha$-D-만노실 풀러렌[$C_{60}$] -금 나노입자 필름을 시간에 따라 다중성(5층)막으로 제조하였다. 자외선-가시광선 분광기를 사용한 자기조립 나노입자 필름의 분석은 530 nm 일 때 금 나노입자의 표면 플라스몬 밴드로 인해 다중성(5층)막이 형성되는 것을 보여주었다.
실온의 초음파 조건에서 질산 아연과 수산화 나트륨을 각각 물과 알코올 용액에서 반응시켜 산화 아연(ZnO) 나노입자를 합성하였다. 풀러렌($C_{60}$)과 ZnO 나노입자들은 전기로를 이용하여 각각 $700^{\circ}C$ 에서 2 시간 동안 가열하였다. 풀러렌($C_{60}$)과 ZnO 나노입자들의 형태와 광학성질은 XRD, SEM, TEM 과 UV-vis spectroscopy를 이용하여 분석하였다. 가열한 $C_{60}$과 ZnO 나노입자, 비가열한 $C_{60}$과 ZnO 나노입자를 각각 methylene blue(MB), methyl orange(MO), rhodamine B(RhB)용액에서 UV-vis spectroscopy를 사용하여 광촉매 분해반응을 연구하였다.
[ $C_{60}(CH_2)_nOH$ ](n=0~2)와 $C_{60}(OH)_2$의 가능한 분자구조를 B3LYP/6-311G(d,f) 이론 수준에서 최적화 하였으며, 각 화합물의 가장 안정한 분자구조(global minimum)를 확인하고 결합에너지를 계산하여 구조적 특성에 따른 에너지와의 상호연관성을 고찰하였다. 보다 정확한 상대 에너지를 계산하기 위하여 진동주파수를 계산하여 영점 진동 에너지(zero-point vibrational energy, ZPVE)를 보정하였으며, IR 스펙트럼을 예측하였다. $C_{60}(CH_2)_nOH$ (n=0-2)에서 결합에너지의 경우, $-CH_2OH$기 보다 -OH기가 결합되었을 때 결합에너지가 약 10 kcal/mol 정도 더 안정한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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