Assembly of hybrid mesophases through the combination of amphiphilic block copolymers, acting as structuredirecting agents, and silicon sources using low acid catalyst concentration regimes is a versatile strategy to produce large quantities of high-quality ordered large-pore mesoporous silicas in a very reproducible manner. Controlling structural and textural properties is proven to be straightforward at low HCl concentrations with the adjustment of synthesis gel composition and the option of adding co-structure-directing molecules. In this account, we illustrate how various types of large-pore mesoporous silica can easily be prepared in high phase purity with tailored pore dimensions and tailored level of framework interconnectivity. Silica mesophases with two-dimensional hexagonal (p6mm) and three-dimensional cubi (Fm$\overline{3}$m, Im$\overline{3}$m and Ia$\overline{3}$d) symmetries are generated in aqueous solution by employing HCl concentrations in the range of 0.1−0.5 M and polyalkylene oxide-based triblock copolymers such as Pluronic P123 $(EO_{20}-PO_{70}-EO_{20})$ and Pluronic F127 $(EO_{106}-PO_{70}-EO_{106})$. Characterizations by powder X-ray diffraction, nitrogen physisorption, and transmission electron microscopy show that the mesoporous materials all possess high specific surface areas, high pore volumes and readily tunable pore diameters in narrow distribution of sizes ranging from 4 to 12 nm. Furthermore, we discuss our recent advances achieved in order to extend widely the phase domains in which single mesostructures are formed. Emphasis is put on the first synthetic product phase diagrams obtained in $SiO_2$-triblock copolymer-BuOH-$H_2O$ systems, with tuning amounts of butanol and silica source correspondingly. It is expected that the extended phase domains will allow designed synthesis of mesoporous silicas with targeted characteristics, offering vast prospects for future applications.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.30
no.1
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pp.49-56
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2013
Excellent electron transport properties with enhanced light scattering ability for light harvesting have made well-ordered one dimensional $TiO_2$ nanotube(TNT) arrays an alternative candidate over $TiO_2$ nanoparticles in the area of solar energy conversion applications. The principal drawback of TNT arrays being activated only by UV light has been addressed by coupling the TNT with secondary materials which are visible light-triggered. As well as extending the absorption region of sunlight, the introduction of these foreign components is also found to influence the charge separation and electron lifetime of TNT. In this study, a novel method to fabricate the TNT-based composite photoelectrodes employing visible responsive $CuInS_2$ (CIS) nanoparticles is presented. The developed method is a square wave pulse-assisted electrochemical deposition approach to wrap the inner and outer walls of a TNT array with CIS nanoparticles. Instead of coating as a dense compact layer of CIS by a conventional non-pulsed-electrochemical deposition method, the nanoparticles pack relatively loosely to form a rough surface which increases the surface area of the composite and results in a higher degree of light scattering within the tubular channels and hence a greater chance of absorption. The excellence coverage of CIS on the tubular $TiO_2$ allows the construction of an effective heterojunction that exhibits enhanced photoelectrochemical performance.
A series of tetra donor substituted [2.2]paracyclophane-based two-photon absorption (TPA) fluorophores were synthesized in neutral and cationic forms. The imaging activity of overall set of fluorophores was studied by the two-photon induced fluorescence (TPIF) method in a range of solvents. We also measured a clear progression toward a longer photoluminescence lifetime with increasing solvent polarity (intrinsic photoluminescence lifetime, τi: ~2 ns in toluene → 12-16 ns in water). The paracyclophane fluorophores with this unique property can be utilized as an optical polarity probe for the biomolecular substrates. The combined measurement of the two-photon fluorescence microscopy (TPM) cell image and TPIF lifetime can give us a better understanding of the biological processes and local environments in the cells.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.8.1-8.1
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2009
The self-assembly of peptide-based building blocks into nanostructures is an attractive route for fabricating novel materials because of their capacity for molecular recognition and functional flexibility as well as the mild conditions required in the fabrication process. Among various peptide-based building blocks forming nanostructures, the simplest building blocks are aromatic dipeptides like diphenylalanine, which can readily self-assemble into nanotubes in aqueous solutions at ambient conditions. Recently, we have developed a high-temperature solid-phase self-assembly process for diphenylalanine. Through this novel process, we succeeded in the growth of vertically well-aligned, uniform nanowires from amorphous peptide thin film. To demonstrate the versatility of our approach, we also fabricated a micropattern of peptide nanowires by combining our solid-phase growth method and simple soft lithographic techniques. We believe that our studies on peptide self-assembly will provide a new horizon for peptide-based nanofabrication.
In this study, lenses are fabricated using various nanomaterials as additives to a silicone polymer made with an optimum mixing ratio and short polymerization time. In addition, PVP is added at a ratio of 1 % to investigate the physical properties according to the degree of dispersion, and the compatibility with hydrophobic silicone and the possibility of application as a functional lens material are confirmed. The main materials are SIU as a silicone monomer, DMA, a hydrophilic copolymer, EGDMA as a crosslinking agent, and 2H2M as a photoinitiator. Holmium (III) oxide, Europium (III) oxide, aluminum oxide, and PVP are used. When Holmium (III) oxide and Europium (III) oxide are added based on the Ref sample, the characteristics of the lens tend to be similar overall, and the aluminum oxide shows a tendency slightly different from the previous two oxides. This material can be used as a silicone lens material with various nano oxides and polyvinylpyrrolidone (PVP) acting as a dispersant.
Functional nanomaterial is expected to have improved capacities on various fields. Especially, metal nanoparticles dispersed in polymer matrix and metal nanofiber, one of the functional nanomaterials, are able to achieve improvement of property in the electric and other related fields. In this study, the fabrication of metal (Ag) nanoparticle dispersed nanofibers were attempted. The Ag nanoparticle dispersed polymer nanofiber and Ag nanofiber were fabricated by electrospinning method using electric force. First, PVP/$AgNO_3$ nanofibers were synthesized by electrospinning in $18{\sim}22kV$ voltage with the starting materials (Ag-nitrate) added polymer (PVP; poly (vinylpyrrolidone)). Then Ag nanoparticle dispersed polymer nanofibers were fabricated to reduce hydrogen reduction at $150^{\circ}C$ for 3hr. And Ag nanofibers were synthesized by the decomposited of PVP at $300{\sim}500^{\circ}C$ for 3hr. The nanofibers were analyzed by XRD, TGA, FE-SEM and TEM. The experimental results showed that the Ag nanofibers could be applied in many fields as an advanced material.
Development of novel conducting polymers (CPs) is expected to facilitate the advancement of functional materials used for energy, environmental, and nanotechnology. Recent research efforts are focused on doping CPs with functional dopants to enhance their performance or add additional functions that are not inherent in CPs. This review surveys literatures about the doped CPs focusing on the roles of functional dopants, unlike other reviews focusing on the development of new conducting polymer backbones. The functional dopants presented in this review include redox active molecules, carbon nanomaterials, biopolymers, and chelating molecules. Depending on the dopants and their physicochemical properties, the doped CPs can be used for a variety of applications such as polymer batteries, membranes for waste water treatment, and chemical sensors. A major challenge of the CPs is presented and the ways to overcome the challenge is also suggested for the future development of stable, high performance CPs.
New poly(cyclopenta[def]phenanthrene) (PCPP)-based conjugated copolymers, containing carbazole units as pendants, were prepared as the electroluminescent (EL) layer in light-emitting diodes (LEDs) to show that most of them have higher maximum brightness and EL efficiency. The prepared polymers, Poly(2,6-(4-(6-(Ncarbazolyl)- hexyl)-4-octyl-4H-cyclopenta[def]phenanthrene)) (CzPCPP10) and Poly(2,6-(4-(6-(N-carbazolyl)- hexyl)-4-octyl-4H-cyclopenta[def]phenanthrene))-co-(2,6-(4,4-dioctyl-4H-cyclopenta[def]phenanthrene)) (CzPCPP7 and CzPCPP5), were soluble in common organic solvents and used as the EL layer in light-emitting diodes (LEDs) of configuration with ITO/PEDOT/polymer/Ca/Al device. The polymers are thermally stable with glass transition temperature (Tg) at 77-100 °C and decomposition temperature (Td) at 423-457 °C. The studies of cyclic voltammetry indicated same HOME levels in all polymers, although the ratios of carbazole units are different. In case of PLEDs with configuration of ITO/PEDOT/CzPCPPs/Ca/Al device, The EL maximum peaks were around 450 nm, which the turn-on voltages were about 6.0-6.5 V. The maximum luminescence of PLEDs using CzPCPP10 was over 4400 cd/m2 at 6.5 V, which all of the maximum EL efficiency were 0.12 cd/A. The CIE coordinates of the EL spectrum of PLEDs using CzPCPP10 was (0.18, 0.08), which are quite close to that of the standard blue (0.14, 0.08) of NTSC.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.5.1-5.1
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2010
One of the most important environmental problems is global warming. Global warming is caused by increase in the amounts of water vapor, methane, carbon dioxide and other gases being released into the atmosphere as a result of the burning of fossil fuels. It has thus become important to reduce fossil fuel use. Environmentally friendly preparation of functional materials has, therefore, attracted much interest for environmental problems. Furthermore, nature mimetic processes are recently been of great interest as environmentally friendly one. There have been many studies on fabrication of various functional nanocrystals. Among various nanocrystal fabrication techniques, flux growth is an environmentally friendly, very convenient process and can produce functional nanocrystals at temperatures below the melting points of the solutes. Furthermore, this technique is suitable for the synthesis of crystals having an enhedral habit. In flux growth, the constituents of the materials to be crystallized are dissolved in a suitable flux (solvent) and crystal growth occurs as the solution becomes critically supersaturated. The supersaturation is attained by cooling the solution, by evaporation of the solvent or by a transport process in which the solute is made to flow from a hotter to a cooler region. Many kinds of oxide nanocrystals have been grown in our laboratory. For example, zero- (e.g., particle), one- (e.g., whisker and tube) and two-dimensional (e.g., sheet) nanocrystals were successfully grown by flux method. Our flux-growth technique has some industrial and ecological merits because the nanocrystal fabrication temperatures are far below their melting points and because the used reagents are less harmless to human being and the environment.
Kim, Jin-Gon;Yang, Seung-Yun;Byeon, Jin-Seok;Jeon, Geum-Hye;Jo, A-Ra
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.7.1-7.1
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2011
Nanoporous templates have been widely used for the development of new functional nanostructured materials suitable for electronics, optics, magnetism, and energy storage materials. We have prepared nanoporous templates by using thin films of mixtures of polystyrene-block-poly (methyl methacrylate) (PS-b-PMMA) and PMMA homopolymers. These templates have cylindrical nanoholes spanning the entire thickness of the film. Some applications of nanoporous templates are introduced: a) anti-reflective coating, b) the preparation of conducting polymer nanowires of poly (pyrrole), poly (3,4-ethylenedioxy-thiopene) onto a glass coated with indium-tin-oxide, and c) the separation membranes for biomaterials. We found that when the pore fraction of nanoholes in the film was ~0.68, almost zero reflectance at a specific wavelength, which can be changed with film thickness, was achieved at visible wavelengths Furthermore, ultra high density array of conducting nanowires was successfully prepared onto various substrates including flexible polymer. Due to highly alignment of polymer chain along the nanowire direction, the conductivity was much increased. Furthermore, these nanoporous films were found to be very effective for the separation of human Rhinovirus type 14 (HRV 14), major pathogen of a common cold in humans, from the buffer solution. We also found that when the pore size was effectively controlled down to 6 nm, a single file diffusion was observed.
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