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[전기전자재료] 전자 종이 기술과 연구 동향 평가B괜찮아요

'전자 종이' 기술과 연구 동향Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이의 역사1975년: 제록스 (Xerox) 팔로알토 연구센터의 닉 셰리돈이 전자 잉크원형인 자이리콘(Gyricon)을 발표 1996년: 메사추세츠공대 조지프 제이콥슨이 새 전자잉크를 개발하고 E-ink 설립 1999년: 제독스와 3M이 공동으로 전자종이 개발 착수 200년: E-ink 루슨트 테크놀로지 플라스틱 트랜지스터로 만든 전자종이를 최초 개발Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)보통 종이처럼 접거나 둘둘 말 정도로 부드러우면서도 액정화면에서처럼 자유롭게 쓰고 지울 수 있는 디 스플레이 장치전자 종이란 무엇인가?Gyricon 사Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이의 장단점장점 1.주위의 빛만 있으면 볼 수 있다. 2. 넓은 시야각, 무게, 내구성, 높은 해상도 3. 플라스틱, 금속, 종이 등의 어떠한 기판 상에서도 구현 4. 경량화,원가절감, 넓은 면적에도 구현가능 단점 담긴 내용을 자유로이 바꾸는 것이 불가능Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자 종이의 접근 I전자 종이 (e-paper)Gyricon 볼콜레스테롤 액정마이크로 캡슐종이로부터의 접근Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자 종이의 접근 II전자 종이 (e-paper)액정프리즘,시트의 반사형 소자전계발광 소자디스플레이로부터의 접근Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)Gyricon 디스플레이두 장의 얇은 전극 판 사이에 볼이나 캡슐이 끼워져 있고, 전극에 인가되는 전압에 의해 볼의 하전된 부분이 이동하여 명암을 표시Gyricon 디스플레이의 모식도Gyricon ballPolymer Molecular Film Lab (P MF Lab)복사기에 사용 되는 것과 비슷한 수백만개의 작은 비드가 오일이 채워진 엘라스토머 매트릭스 공동에 분산되어 있고, 양쪽에 플라스틱시트가 붙들고 있는 형태 볼은 양쪽이 강하게 대조되는 반구 형태로, 한쪽은 빛을 흡수하는 검은색이고 다른 한쪽은 빛에 매우 반사적인 흰색으로 구성 전극에 가해진 전압으로 인해 유체가 채워진 공동 안에서 볼을 떠올려 회전 또는 이동 Gyricon 볼은 서로 다른 면의 대조를 통하여 디스플레이를 구현Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전기영동 디스플레이전기영동 디스플레이의 모식도전계에서 현탁 상태의 마이크로 입자의 빠른 이동, 즉 전기영동에 기초Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)양의 전압이 부과되면 양전하가 대전된 흰색 입자들은 관찰자쪽으로 정전기적으로 이동 반대로 음의 전압이 부과되면 관찰자에서 먼 쪽의 전극으로 흰색 입자들이 이동하고, 갭슐 상부로 검은색 입자들이 이동하여 빛을 흡수Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)'Lucent' 사의 유기 transistor가 채택된 전기영동 디스플레이Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)콜레스테롤 액정디스플레이Twisted nematic(TN) LCD와 제조법에서 매우 흡사 색 첨가의 원리에 기초하여 동작하고 투명한 ITO 전극을 각필셀의 아래,위 에 사용 빛을 서브픽셀에 통과시키기보다는 반사, 즉 서로 다른 파장을 선택적으로 반사함으로써 색을 발현Kent displayPolymer Molecular Film Lab (P MF Lab)콜레스테롤 액정 디스플레이 픽셀에서의 세가지 상태Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)그 외의 신 모드의 전자종이전기습윤 기법을 이용한 Philips사의 electrowetting display 2. Silver ion을 이용한 Sony사의 LIBRIe EBR-1000EP display 3. Texas 대학의 셀룰로오스에 전자염료를 함입시킨 e-paperLIBRIe EBR-1000EP display (Sony)Dye on cellulose (Univ. of Texas)Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이 상업의 성장 전망2003년과 2004년에 각각 단색및 칼라 전자종이의 시 장진입이 이루어진 후 2005 년에 본격적인 전자종이 시장이 형성될 것으로 예측하였으며, 2010년에 대 규모 시장이 형성될 것으로 보고Nikkei Electronics Asia(2001년 9월)Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이 산업의 장점1.High quality: 기존 반사형 LCD에 비해 시야각,resolution이 우수하고, 백라이트가 필요 하지 않으며, 종이와 유사한 contrast 2. Low cost: 재료 및 공정이 간단하고, roll process에 의한 대량 생산이 용이하여 저가로 제조 가능 3. Low power consumption: 쌍안정성의 특성으로 인해 고정된 문자나 pattern을 구현할 때 초기에만 전력이 필요하며, 새로운 화면으로 전환하기 전까지는 추가적인 전력소모가 없음 4. Flexibility: 이미지 구현에 핵심요소가 되는 잉크가 구부림에 대한 영향이 거의 없으므로 flexibility 구현에 용이Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이 산업의 위험요소Lifetime: 전자종이의 수명이 현재 10,000~20,000시간 으로 추정하고 있으며, 이는 PC모니터의 100,000시간에 비해 부족한 상황 2. Battery: 전자종이가 종래 디스플레이보다 가볍고 소모전력 이 낮은 상황이지만 power supply가 완전히 불필요한 상황이 아님. 이러한 battery의 장착은 전자종이가 추구하는 flexibility 를 구현하는데 제약요소임 3. 소비자의 반응: 2000여년 동안 지배해온 종래의 종이보다 전 자종이를 선호 할 것인가에 대한 확실성이 없으며, 전자종이 산 업이 발전하기 위해서는 핵심 응용분야의 탐색이 필요함.Polymer Molecular Film Lab (P MF Lab)전자종이 산업의 국내 현황KIST와 ETRI는 캡슐형 전기영동 디스플레이 개발연구를 수행하여 다수의 특허를 출원하였고, 단색 시제품 제작에 성공 삼성전자는 E-InK사의 electrophoretic film을 공급 받아 Amorphous silicon TFT상에 lamination시켜 단색 전자종이를 유리 기판상에 제작 경북대,한양대 등 학계에서도 전자종이와 관련된 연구개발이 진행 완전한 flexibility 구현에 필요한 유기반도체 관련 연구는 삼성전자, ETRI, KIST등에서 연구{nameOfApplication=Show}

자연과학| 2005.04.08| 18페이지| 2,500원| 조회(1,305)

디스플레이, 전자 종이, e-paper

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[분리 분석] HPLC의 원리및 이론

About HPLCContentsDefinition of HPLC A kind of Chromatography Separation and principle A model of HPLC Information of model Resolution Special NoticeDefinition of HPLCHigh Performance Liquid Chromatography 물질의 분리 혹은 분취를 통한 정량을 위해 이동상을 액체로 사용하는 크로마토그래피 시스템. 이동상을 흘려 보내기 위한 펌프와 검출기가 기본적으로 필요하다. 고정상은 컬럼을 통해 제공된다.A kind of ChromatographySeparation and principleSeparation of Mixing sampleSeparation of columnSeparation and principleFiller and interactionEffect of adsorbentAB고정상A고정상A고정상ASeparation and principleRetention time and hydrophileEffect of hydrophileSeparation and principleBand broadeningA factor of Band -질량이동 -세로확산 -다중경로 효과Separation and principleSeparation and principleColumn resolution and changed of selectivity -피크가 넓게 나타난다는 것은 이론단수가 감소한 것. -즉 컬럼의 효율이 감소한 것.A model of HPLCA model of HPLC1.Pump - 일정한 유속, 일정한 압력에서 같은 양의 용매를 밀어줘야 한다. - 지용성 용매가 20% 이상이면 탈기시킴 2. Injection - 분석하고자 하는 시료의 양 조절 - manual : positive, negative - auto : carousel, XYZ robot ArmA model of HPLC3. Oven - 온도의 일관성 - 온도의 정확성 - 최고 온도의 사양 4. Data 수집장치Information of modelSeparation mode - Normal phase mode Reverse phase mode Reverse phase ion paring mode Chiral separation modeInformation of modelNormal phase VS Reverse phaseNormal phase mode - column : polarity solvent : non polarity Stereo isomer's separation Changed of Retention timeReverse phase mode column : non polarity solvent : polarity Reproducibility of Retention timeInformation of modelInformation of modelA kind of column chromatography gout - Adsorption : 이동상에 대한 친화력차이 - Partition : 이동상에 대한 친화력 차이 - Ion exchange : pH, 이온세기, 이동상의이온에 영향 - Size exclution : 시료의 물리적 특성에 따른 분리Information of modelDetector - ultraviolet/visible detector - mass spectrometer detector - electrochemical detector - photodiode array detectorInformation of modelStandard of Detector - Noise, Drift가 적어야 한다. - Flow Rate, Temperature, Pressure에 안정해야 한다. - Sensitivity가 좋아야 한다.Information of model광학적 요인을 이용하는 Optical Detector - 다시 Optical Detector는 빛의 에너지의 차이에 따라 검출하는 UV/Vis Detector (자외선/가시선 검출기)와 FL(Fluorecence) Detector (형광 검출기)가 있으며, 빛의 굴절률의 차이에 따라 검출하는 RI(Refractive Index) Detector (굴절률 검출기)와 같이 세가지로 구분을 할 수가 있다.Information of model전기적, 화학적 요인을 이용하는 Electrochemical - Detector Electrochemical Detector는 전도도 값의 차이에 따라 검출하는 Conductivity Detector (전도도 검출기), 산화, 환원 반응에 따른 전류 값의 차이에 따라 검출하는 Electrochemical Detector (전기화학검출기)그리고 최근 들어 많은 소개와 관심을 받고 있는 ELSD 와 같이 세가지로 구분을 할 수가 있습니다.ResolutionFunction of selectivity column efficiency capacity factorResolutionResolutionSpecialSoluble of sample Stable of pH MW : unlimited Selectivity of adsorbent and mobile phase 시료를 비교적 쉽게 회수 GC에 비해 감도는 낮은 편NoticePump - sample의 주입시 leak체크 Injection - 주입 후 injection port의 세척 Column - do not keep a buffer solution Detector - lamp 와 electrode의 time check{nameOfApplication=Show}

자연과학| 2005.04.08| 26페이지| 2,000원| 조회(5,348)

크로마토그래피, HPLC, 컬럼

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[무기화학실험] 분자체 합성 및 특성화

★제올라이트★▷일반적으로 그 결정 내부에 존재하는 특이한 세공구조 때문에 산업적으로 유용한 각종 물리화학적 특성을 갖는 천연 및 합성 광물질을 일컫는다. 제올라이트라는 광물명은 천연의 암석권에서 자연적으로 산출되는 것 이외에, 실험실이나 공장에서 합성된 분자체 기능을 갖는 물질에도 통용된다. 그 동안 많은 학자들의 연구 결과로 현재 46종의 천연 제올라이트와 200여종의 합성 제올라이트가 알려져 있다. 이들은 결정 구조, 화학 조성, 및 물리화학적 특성 면에서 서로 다르지만, 주변 조건에 따라 그 구조 내에 분자들이 쉽게 드나들 수 있을 만큼 큰 공간을 형성한다는 공통적인 특징이 있다.▷산업에 이용되는 대부분의 천연 및 합성 제올라이트는 미립의 결정질 집합체를 이룬다.{ 제올라이트의 주사전자 현미경 사진. A; 진주암을 원료로 합성된 NaA 제올라이트 B;우리 나라 영일지역의 제올라이트질 응회암에서 산출되는 클리놉틸로라이트(clinoptilolite){ 제올라이트의 구조상의 공동을 나타내는 모오데나이트의 결정구조 모식도. 단위세포와 중앙에 낀 직경을 갖는 구조상의 공극이 존재함을 나타낸다.천연 제올라이트는 화학 조성에 있어서 Na, K, Ca, Mg, Sr 또는 Ba을 양이온으로 소량 함유하는 함수 규산염 (hydrous aluminosilicates) 광물이다. 결정 구조 상으로는 규산염 광물의 기본 단위의 하나인 (Si,Al)O4 사면체의 모든 산소들이 또 다른 사면체에 의해서 공 유되면서 3차원적으로 연결되는 망상규산염(tektosilic-ates)광물 형태를 이룬다. 같은 구조형을 갖는 석영과 장석 광물들은 매우 치밀한 구조를 이루는데 비해서, 제올라이트는 구조 내에 2.3-7.5Å 크기의 큰 공동 (open channel)이 형성될 정도로 엉성한 격자 구조 (비 중: 2.0-2.3)를 이룬다.제올라이트의 구조상의 공동의 크기는 Si 또는 Al에 결합된 4~12개의 산소들이 공동 입구에서 이루는 산소 고리의 형상과 개입 산소의 숫자에 의해서 결정된다.{ 제올라이트의 세공 구조의 특성을 나타내는 모식적 그림: 8개의 산소고리 구조(a)와 6개의 산소고리 구조(b). 제올라이트의 고리구조에 동원되는 산소 원자(실선)의 개수에 따라 구경의 크기와 여기에 위치할 수 있는 양이온의 종류가 달라질 수 있음을 나타낸다.제올라이트 종류에 따라 동원되는 산소 연결 고리의 형태와 크기가 달라지고 이에 따라 공동 의 크기 또한 서로 다르게 된다. 제올라이트의 구조 단위인 (Si, Al)O4 사면체 내에서 Si+4가 일부가 Al+3로 치환됨으로서 발생하는 전하 결 손을 보상하기 위해서 양이온들이 흔히 구조 내 에 개입된다. 이 양이온들은 구조상의 공동 내에 존재하는 관계로, 주위의 다른 양이온들에 의해 서 쉽게 치환되는 성향을 갖는다. 또한 공동 내 에서 정전기적으로 강하게 대전되어 존재하는 이 교환성 양이온 (exchangeable cation)들의 성격에 따라 극성 매질인 물 분자들 (대개 10-18wt%)이 공동 내에 함유된다.★ZSM-5 제올라이트의 구조★제올라이트는 AlO4와 SiO4 사면체가 산소원자를 공유하면서 3차원적인 구조를 이루는 다공성의 함수규산염(hydrous aluminosilicates)이며 일반적으로 다음과 같은 식으로 표시된다.{MxDy[Al(x+2y) Sin-(x+2y)Si n-(x+2y)O2n ]·mH2O(여기서 M: 1가 양이온, D: 2가 양이온)위의 식은 제올라이트가 생성되기 위해서 필요한 원소들의 비유를 보여준다. 식에서 H2O가 어떻게 배위를 이루는지, 배위수는 어떻게 되는지, 그리고 그에 따른 Al와 Si의 성분의 비에 따라 여러 가지 형태를 가지는 제올라이트를 만들 수 있다는 것을 위의 식이 잘 보여주고 있다.▷ZSM-5란?최근에 각광을 받고 있는 ZSM-5의 출현은 aluminasilicate로만 인식되어 온 제올라이트의 화학 조성상의 고정 관념을 깨뜨리는 결과를 초래했다. ZSM-5 이외에, Al과 Si를 각각 Ga과 Ge으로 동형치환 (isomorphous substitution)시킨 ZSM-5의 합성도 가능하다. 여기에 제올라이트와 흡사한 구조와 특성을 갖는 소위 "제올라이트 유사 물질 (zeolite-like material)"의 일종인 AIPO4-5 같은 molecular sieve의 등장으로 합성 제올라이트의 영역은 급격하게 확장되어 있는 것으로 보인다.{ ZSM-5의 세공의 크기와 형상{ ZSM-5의 골격 구조 및 구조 : 입체정(stereoscope)을 사용해서 보면 결정 구조와 3차원적인 발달상태가 잘 관찰된다★제올라이트의 특성★제올라이트의 특이한 결정 구조는 매우 흥미롭고 또한 산업적으로 유용한 각종 물리화학적 특성들을 유발시킨다. 일반적으로 제올라이트의 산업적으로 응용한 특성들, 즉 (1) 양이온 교환 특성, (2) 흡착 및 분자체 특성, (3) 촉매 특성, (4) 탈수 및 재흡수 특성 그리고 (5) 기타 물성과 관련된 특성 등은 그 성격과 정도에 있어서 광종에 따라 서로 다르게 나타난다. 동일한 광종에서도 입도나 화학조성상의 변화에 따라 그 성질이 사뭇 다르게 나타날 수도 있다. 또한 제올라이트는 다른 산업 광물들과는 달리 매우 다양한 광종을 이루기 때문에, 이 산업 광물의 효율적인 응용에는 우선 정밀한 광물 감정과 엄밀한 화학적 특성의 분석이 필수적인 것으로 알려져 있다.(1) 양이온 교환 특성일반적으로 CEC (Cation Exchange Capacity)라고 잘 알려져 있는 제올라이트의 양이온 교환 특성은 다른 양이온들의 용액으로 단순히 씻어주는 정도의 처리만으로도 공동내의 양이온들이 쉽게 이온 교환이 일어나는 성질을 의미한다.(2) 흡착 및 분자체 특성{ 제올라이트의 균일하고 뛰어난세공특성을 나타내는 그림: 제올라이트ZSM-5(a), 실리카젤(b), 활성탄(c)제올라이트는 구조상의 공동 내에 많은 양의물(10-15 wt%)을 함유하지만, 200~300℃로 몇시간 가열하면 쉽게 탈수된다. 이 탈수된 제올라이트는 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착함으로써, 결과적으로서로 섞여 있는 다른 분자들을 각각 분리할 수있는 뛰어난 분자체 기능 (molecularsieving)의 특성을 갖게 된다. 이는 마치 다양한 입도를갖는 모래를 체질하여 그 크기별로 분리하는것과 같은 기능이다. 이와 같은 분자체 기능에연관된 제올라이트의 선택적 흡착 특성은제올라이트 공동의 크기와 형태에 따라 다른양상을 보인다.(3) 촉매 특성제올라이트는 분자들을 흡착할 수 있을 만큼 큰 공동이 결정 내부에 규칙적으로 존재하기 때문에 매우 높은 공간 체적율 (void volume)을 보인다. 이와 같은 다공성 구조에 기인하여 제올라이트는 일반적으로 우수한 계면 활성을 나타낸다. 이와 같은 우수한 계면 활성과 세공구조상의 특징에 기인하여 제올라이트는 뛰어난 촉매 특성을 지니게 된다.(4) 탈수 및 재흡수 특성제올라이트에는 그 결정구조상의 특이성 때문에 소위 불석수 (zeolite water) 형태의 물이 광물 내에 많이 함유된다. 제올라이트에서 물의 함유 정도는 광종과 양이온의 성격뿐만 아니라 주위의 물리화학적 조건, 즉 습도 및 온도 등의 변화에 따라 매우 민감한 변화를 보인다. 제올라이트 구조 내에 물이 드나드는 과정에서 필연적으로 흡열 및 발열 현상이 수반된다. 이와 같은 성질은 제올라이트가 다방면의 에너지 이용 분야에 적용될 수 있음을 지시한다.(5) 기타 물성과 관련된 특성제올라이트는 일반적으로 낮은 비중, 취약한 경도, 높은 백색도, 미세한 결정 상태의 물리적 특성을 보인다. 화학 조성에 있어서는 물의 함량을 제외하면 대체로 요업 원료로 많이 응용되는 장석류 광물들과 유사하다. 이와 같은 물성적 특성들은 저렴한 가격으로 많은 물량의 공급이 가능한 천연 제올라이트에서는 충분히 경제적인 가치가 있는 것으로 평가되고 있다.★분자체 합성★원래 천연 제올라이트의 생성 조건과 환경을 해석하기 위해서 광물학자들에 의해 시작되었던 제올라이트 합성의 연구는 1940년대에 들어서 산업 응용의 목적에서 Union Carbide 사를 중심으로 이루어진 일련의 합성 실험들이 성공적으로 수행되면서 본격화되었다. 반응성이 큰 "aluminosilicate gel"로부터 수열 합성 (hydrothermal synthesis)하는 방식으로 A-형 제올라이트를 비롯한 많은 합성 제올라이트들을 개발하였다. 제올라이트의 합성은 일반적을 200℃ 이하의 온도 범위에서 수열 합성법으로 이루어진다. 원료 물질의 성격에 따라 제올라이트 합성법은 1시약 형태의 aluminosilicate gel을 원료로 사용하는 방법과 2천연의 규산염 광물을 이용하는 방법으로 구분할 수 있다. 일반적으로 제올라이트의 합성 과정에서는 특별한 압력 조건을 필요로 하지 않고 낮은 온도에서 반응이 진행되므로 비교적 쉽게 제올라이트가 합성된다. 따라서 제올라이트 합성의 산업적 측면에서의 관심은 보다 우수한 특성을 갖는 제올라이트를 보다 값싼 방법으로 균질 하게 합성하는 일에 집중되는 경향이 있다. 이와 같은 목적에서 선진국에서는 새로운 제올라이트 합성법들이 1년에 수십 건씩 특허로서 출원될 정도로 활발히 연구 개발되고 있는 실정이다. 대부분 제올라이트 합성은 소위 "Hydrogel Process"라는 수열 합성법으로 이루어진다. 여기서는 제올라이트의 골격 성분인 (Si,Al)O 44-의 원료로서 흔히 시약 형태의 소다 규산염 (sodium silicate), 소다 알루미나 (sodium aluminate), 실리카겔 (silica gel) 및 알루미나젤 (alumina gel) 등의 혼합물을 대개 수산화나트륨 (NaOH)의 용액으로 처리하는 방식으로 이루어진다. 이 합성법은 실온에 가까운 낮은 온도에서의 규산염 젤의 형성 단계와 보다 높은 온도 조건에서의 제올라이트 합성의 2단계로 합성 과정이 진행된다. 합성된 제올라이트의 종류는 출발 물질의 종류 및 Si/Al의 함유 정도, 알칼리 용액의 농도, 처리 온도, 숙성 시간 등에 따라 달라진다.

자연과학| 2004.09.05| 6페이지| 2,500원| 조회(754)

제올라이트, ZSM-5, 분자체

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[무기화학실험] 팔면체 착이온의 결정 평가B괜찮아요

★착이온 정의★이온의 성질을 가진 착물(錯物)을 의미한다. 예를 들면, 백반 중에서 볼 수 있는 ［Al(H2O)6］3+, 구리암모니아인견에서 볼 수 있는 ［Cu(NH3)4］2+ 등은 착양이온이며, 헥사시아노철(Ⅱ)산 칼륨 속에서 볼 수 있는[Fe(CN)6］4+, 철의 녹을 옥살산으로 녹였을 때의 ［Fe(C2O4)3］3- 등은 착음이온이다.★착이온의 생성★황산구리 수용액에 암모니아수(NH4OH)를 조금 가하면 Cu(OH)2 앙금이 생성되나 계속해서 암모니아수를 가하면 진한 푸른색 용액이 된다. 이것은 용액 중에 착이온이 생성되었기 때문이다.{Cu2+ + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2↓ + 2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-1 리간드 중심 금속 이온에 비공유 전자쌍을 제공하는 분자나 이온2 리간드로 작용할 수 있는 분자나 이온 반드시 비공유 전자쌍을 가지고 있어야 한다.예) NH3, H2O, NO, Cl-, CN-3 배위수 하나의 중심 원자에 결합되어 있는 리간드의 수4 하나의 중심 금속 이온에 결합되는 리간드는 두 가지 이상일 수도 있다.(리간드는 물에 녹아도 이온화되어 떨어지지 않는다.)※ 착이온을 만들기 쉽고, 전이 원소의 이온이나 화합물은 대개 '색깔'을 띤다.{이온색깔이온색깔{Mn^ 2+연한 분홍색{N i(CN)_4 ^2-검은색{Cu^2+푸른색{CrO_4 ^2-노란색{Fe^3+황갈색{Cr_2 O_7 ^2-주황색{Cr^3+녹색{MnO^4-자주색{N i^2+녹색{Cu(NH_3 )_4 ^2+푸른색{Co^2+분홍색{Co(NH_3 )_6 ^3+연한 붉은색수용액에서 전이 원소의 색깔★착이온의 구조★1 선형 구조 - 배위수가 2인 착이온은 선형 구조를 이룬다.예) [Ag(CN)2]-, [Ag(NH3)2]+{2 평면 사각형 구조 - 배위수가 4인 착이온 중에서 중심 금속 이온이 Cu2+, Pt2+, Ni2+의 착이온은 평면 사각형 구조를 가진다.예) [Cu(NH3)4]2+, [Ni(CN)4]2-{3 정사면체 구조 - 배위수가 4인 착이온이나 착화합물 중에서 중심 금속 이온이 전형 원소인 Zn2+, Cd2+ 등은 정사면체 구조로 되어 있다.예) [Zn(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+{4 팔면체 구조 - 배위수가 6인 착이온이나 착화합물은 모두 8면체 구조를 가진다.예) [Fe(CN)6]3-, [Fe(CN)6]4-, [Co(NH3)6]3+{★착이온의 이성질체★※이성질체 - 화학적 조성은 같으나 입체적 구조가 다른 물질1 배위수가 4인 경우 - 배위수가 4이면서 평면 사각형 구조를 이루는 Pt(NH3)2Cl2는 아래 그림과 같이 2가지 기하 이성질체가 존재한다.(사면체 구조에서는 이성질체가 없다.){2 배위수가 6인 경우 - 배위수가 6이면서 MA4B2형의 화학식을 가지는 착 화합물은 아래 그림과 같이 2가지의 기하 이성질체가 존재한다.{{※ 구조 이성질체 - 착화합물중에서 [Pt(NH3)4Cl2]Br2와 [Pt(NH3)4Br2]Cl2는 구조(배위)이성질체의 관계에 있다.★전이원소의 이온 및 라디칼 이온의 색깔★{{ Mn2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+★실험 이론 및 원리★비공유 전자쌍을 가지고 있는 분자나 이온들은 금속 이온과 결합하여 착이온을 형성할 수 있다. 예를들면,Cu2+ + nNH3 + nH2O----> Cu(OH)n↓ + nNH4+Cu(OH)n + nNH3----> [Cu(NH3)n]2+ + nOH-착 이 온위의 식에서처럼 이런 착화합물은 대부분 색을 띄게 되는데 이 색의 변화를 변수로 하여 연속 변화법을 이용하여 착화합물의 식을 결정할 수 있다. 이 실험에서는 이 방법으로 n암민구리(II) 착이온의 화학식과 구조를 결정해보기로 한다. 연속 변화법에 의해 실험하는 방법은, 용액 전체의 부피를 일정하게 유지하면서 Cu2+의 양과 NH4OH의 양을 여러 가지 비율로 섞어가면서 용액 중에 생성되는 침전의 양이 가장 적으면서, 용액이 가장 진한 파랑색을 나타낼 때 착화합물이 가장 많이 존재하는 것을 의미하며 바로 이 지점에서 중심 금속 이온과 리간드의 mol비로부터 착화합물의 화학식을 결정할 수 있다. 또한 이 착이온의 화학식에 전자쌍 반발 원리를 적용하면 착이온의 구조를 결정할 수 있다.※ 착이온이 형성되는 경우 중심 금속 이온은 Lewis산(전자쌍을 제공받는 물질)으로, ligand는 Lewis염기(전자쌍을 제공하는 물질)로 작용함.★결정장 이론 (Crystal Field Theory)★결정장 이론에서는 중심 금속 이온과 그들의 리간드들 사이의 결합은 서로 반대로 대전된 이온들 사이의 인력에 의한, 또는 중심 양이온과 쌍극 분자의 음성 끝부분 사이의 인력에 의한 순수한 정전기적인 것이라고 간주한다. 이 이론은 리간드들이 금속 이온의 d 전자의 에너지에 주는 영향을 설명할 수 있으며, 착물의 자기적 성질과 흡수 스펙트럼을 이해하는데 도움을 준다.{☆☆정팔면체의 착물이온6개의 리간드가 아래 그림과 같이 중심 이온 주위에 대칭적으로 직각 좌표계의 축에 따라 놓여 있다면, 리간드들이 중심 이온 가까이에 접근함에 따라 금속이온과 리간드들 사이의 정전기적 인력 때문에 전체 계의 에너지는 일반적으로 낮아진다.이 때 직각 좌표계의 축에 가장 큰 전자 밀도를 갖는 dx2-y2, dz2의 두 오비탈(eg 오비탈이라 함)은 좌표축 사이에 가장 큰 전자 밀도를 갖는 dxy, dyz, dzx 오비탈들(t2g 오비탈이라 함)보다 리간드로부터 더 큰 정전기적 반발을 받는다. 따라서 리간드의 존재 때문에 d 오비탈들은 더 높은 에너지를 갖는 eg 오비탈과 더 낮은 에너지를 갖는 t2g 오비탈로 갈라지게 된다. 이 갈라지는 정도의 크기는 결정장 갈라짐 파라미터 Δo로 표시하며, 착이온의 흡수 스펙트럼으로부터 실험값을 산출할 수 있다.{ 팔면체 리간드장에 의한 d오비탈에너지의 갈라짐☆☆분광화학 계열 (Spectrochemical series)흡수 스펙트럼의 측정으로부터 일반적인 리간드를 그들이 임의의 금속 이온 중에서 나타내는 Δo값의 순서대로 배열할 수 있다.Br- < Cl- < F- < OH- < C2O42- < H2O < NH3 < NO2- < CN-★리간드장 이론 (Ligand Field Theory)★각 리간드의 오비탈과 전이 금속 이온의 3d, 4s 혹은 4p 원자 오비탈의 적절한 선형결합으로부터 분자 오비탈을 만들고, 이들 오비탈에 전이 금속 이온의 전자들과 각 리간드로부터의 전자쌍들이 서로 채워 들어가게 한다. 기초적 리간드장 이론에서는 중심 이온에 여섯 개의 리간드가 순수한 σ결합을 한다고 가정한다.★여러 스펙트럼의 종류★(1) 연속 스펙트럼 (continuous spectra)연속 스펙트럼들(또한 열 혹은 흑체(blackbody) 스펙트럼이라 불리는)은 열을 복사하는 어떤 물체(온도를 가지는)에 의해 방출된다. 빛은 어떤 복사량을 가지는 모든 파장을 갖는 연속적인 대역으로 전개된다. 예를 들어 태양빛이 프리즘을 통과할 때, 그것의 빛은 그것의 컬러들로 전개된다.{ 연속적인 가시광선 스펙트럼(2) 흡수 스펙트럼 (absorption spectra)만일 우리가 태양의 스펙트럼들을 매우 가깝게 들여다본다면, 우리는 어두운 선들이 존재하는 것을 알아차릴 것이다. 이들 선들은 어떤 파장들에서 빛을 흡수하는 태양의 대기에 의해 초래되며 이 파장에서 빛의 세기를 떨어뜨려서 어둡게 보이도록 한다. 기체 속에 있는 원자들과 분자들은 오직 빛의 어떤 파장들만 흡수할 것이다. 이들 선들의 패턴은 각 구성요소에 고유하며 어떤 요소들이 태양의 대기를 구성하고 있는지를 우리에게 알려준다. 우리는 보통 항성들, 대기를 갖는 행성들 및 은하들로부터 흡수 스펙트럼을 관찰할 수 있다.{ 태양의 가시광선 스펙트럼들의 상세한 이미지{ 수소의 흡수 스펙트럼(3) 방출 스펙트럼들(emission spectra)방출 스펙트럼들은 뜨거운 gas속에 있는 원자들 및 분자들이 어떤 파장들에서 여분의 빛을 방출할 때 나타나며, 이것은 스펙트럼에서 밝은 선들이 나타나도록 한다.{ 수소의 방출 스펙트럼실제로, 천문학자들은 스펙트럼들을 위의 이미지들에서 보여지는 방법으로 거의 관찰하지 하지 않는다. 대신에 그들은 밀도, 신호 또는 flux 대 파장의 도표들을 연구한다. 이들 도표들은 얼마나 많은 빛이 각 파장에 존재하거나 흡수되는지를 보여준다. 도표에서의 peak는 방출선의 위치를 보여주며 dip은 흡수선의 위치를 보여준다. 이들 선들의 간격과 위치는 각 원자 및 분자에 고유하다{★흡수 스펙트럼 ( absorption spectrum )★{Δo = hν = hc /λ금속 배위화합물의 흡수 스펙트럼을 살펴보면, 리간드에 따라서 흡수 극대 진동수가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 이것은 리간드에 따라 Δo의 값이 달라지는 것을 의미한다. 금속-리간드 상호작용 이 클수록 결정장 분리 에너지 Δo가 클 것이다. 팔면체 전이 금속의 색깔을 생각하여보자. t2g에너지 준위에 있는 전자는 에너지를 받아 비어 있는 eg에너지 주위로 뛰어 오를 수 있다. 이때 흡수되는 에너지에 해당하는 빛의 진동수 ν는 아래식과 같이 Δo 에 비례한다.☞Δo가 크면 클수록 흡수되는 빛의 진동수는 커지고 파장은 짧아진다.다양한 형태의 복사선은 파장({lambda) ,진동수({upsilon) ,파수({upsilon)로 서술할 수 있으며 에너지와의 관계 표현은{{upsilon (cm^- )= { 1} over { lambda (cm)}= { upsilon } over { c}{E=h =h {c } over {lambda }=hc upsilon*h: plank's Constant★시약 조사★·염화구리구리와 염소의 화합물. 염화동(鹽化銅)이라고도 한다. 염화구리(Ⅰ)과 염화구리(Ⅱ)가 있다.

자연과학| 2004.09.05| 10페이지| 1,000원| 조회(2,710)

결정장이론, 착이온, 팔면체

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[전기전자재료] 고분자 LED의 최근 개발 동향

고분자 LED의 최근 개발 동향1. 서론- 21세기에 들어와서 평판 디스플레이 (FPD)는 중요한 위치를 차지- 1970년대 이후, 액정의 응용연구가 급속히 진전- 현재 액정 디스플레이(LCD)는 FPD의 중심적 존재- 1990년대 전반부부터 자발광형 디스플레이의 혁신적인 진보에 힘입어 대화면화가 쉽고, 기존의 브라운관(CRT)보다 고해상도를 얻을 수 있는 플라즈마 디스플레이(PDP), 장시간 사용 가능한 전계 방사 디스플레이(PED)의 실용화★ PDP는 슬림형, 대화면에 적합, 고화질화, 고정밀화, 저가화 등이 요구★ PED는 응답속도가 빠르지만 저소비적력화, 희도와 신뢰성 등이 요구- LCD을 대신하는 FPD로 가장 유력한 것이 유기 EL(electroluminescence)디스플레이★ 유기 EL은 발광재료를 이용하는 유기 재료를 적적히 선택함으로서 가시광선영역(400∼ 800nm)을 모두 커버.★ 유기 EL 소자의 동작원리는 반도체의 발광 다이오드와 같은 전류 주입형이고 원리에서 보면 유기 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)라 부르는 편이 어울린다.- 발광재료에 이용되는 유기 물질은 보통 두 가지로 분류▶색소분자라고 하는 저분자 와 공액 고분자 등의 전도성 고분자로 나눌 수 있다.▶저분자재료에 의한 유기박막의 막제작은 진공증착법을 통해 이루어지며, 고분자재료는 스핀코팅 등의 습식법이 이용된다.※진공증착법1 촉매와 용매를 사용하지 않고 진공 장치를 통하여 고순도의 박막을 얻을 수 있다.2 용매를 사용하지 않으므로 핀 홀이나 크랙발생이 없는 박막 형성이 가능하다.3 고진공하에서 건식법으로 박막을 제조함으로 먼지 등의 불순물의 유입을 최소화4 난 가공성의 고분자를 박막화하기 용이5 복잡한 형상의 부품 표면에 균일한 절연 박막을 만들 수 있다.( conformal coating)6 두께 제어 등이 용이7 패턴 형성이 쉽다.2. 고분자 LED의 발광원리{※ 소자의 내구성을 위해 외부의 산소와 수분을 차단할 수 있도록 캡슐화(encapsulation) 를 한다.- 소자에 직류 전류를 흘려주면 양극으로부터 정공(hole)이, 음극으로부터 전자(electron)가 동일 분자상에서 재결합하는 것으로 고분자 발광 재료의 여기자가 생성되며, 이것이 기저 상태로 되돌아 올 때 그 에너지 차이에 해당하는 파장의 발광을 보인다.3. 고분자 전기 발광 소재 개발 현황- 지금까지 공액계 고분자가 대부분의 발광 재료로 사용- 폴리-p-페닐렌비닐렌과 그 유도체그리고 폴리 플루오렌계 [poly(9,9-dial-kylfluorene)(PAF)], 폴리티오펜계[polythiophen(PT)]유도체 있지만 PPV유도체와 PAF유도체들이 고 분자 전기발광재료의 주류를 형성★ PPV계 유도체는 발광효율이 아주 높고 색상면에서도 공중합을 통해 고효율의 녹색에 서 적색까지 가능하여 초기 발광재료의 선두. But 광산화와 고분자 주쇄내의 Defect등 에 의한 재료 자체의 수명이 상대적으로 PAF유도체나 Spiro-PAF보다 떨어짐.→ PAF유도체나 Spiro-PAF유도체로 청색에서 적색까지 모든 영역의 전기발광 재료를 개 발하고 있는 실정.- 많은 재료가 개발 되면서 황색, 녹색과 적색에 대해서 장수명 재료가 보고되어 개발이 활 발해졌지만 청색발광 고분자의 짧은 수명이 전체 고분자 전기 발광 디스플레이(PLED)의 개발속도를 저해4. 청색 전기발광 고분자의 개발 동향4.1 Aryl Coupling을 통한 중합- 청색 전기발광 고분자는 Ni(0)를 이용하는 Yamamoto 축합중합과 Pd(0)금속촉매를 이용 하는 Suzuki 축합중합으로 합성★ Suzuki coupling 반응은 탄소-탄소결합을 만드는 가장 유용한 반응중의 하나로 biaryl 화합물을 합성하는데 매우 중요한 반응- 상업적으로 사용되는 방법은 Suzuki 축합중합 ▶ 사용 촉매량이 작고, 물을 사용용매로 사용 가능, 분자량면에서도 우수- 합성된 고분자의 분자량은 소자의 내구성에 영향 ▶ 분자량이 작을수록 소자의 수명이 감소{4.2 PAF계 청색 발광 고분자- PAF계 고분자는 최초 Yoshinp 그룹에 의해 화학산화중합(FeCl3이용)으로 합성※분자량이 작았고, 분자구조조절이 용이하지 않음- PAF계 고분자도 PPP계 고분자의 유도체- Suzuki Coupling이나 Yamamoto Coupling방법에 의한 축합중합으로 분자량이난 가공성 이 향상된 중합체가 합성되기 시작 ▶ 다양한 공중합체의 합성- PAF계 고분자도 PPP계 고분자의 유도체※ PPP의 경우 높은 결정성, 저분자량, 낮은 양자효율, 일반 유기 용매에 대한 용해성이 좋지 않아 가공하기 어려운 단점 ▶ 용해성 곁가지 도입 , But 박막 상태에서 excimer 에 의한 yellowish한 발광이 관측- 합성이 용이하며 열 안정성이 높으며 가장 가능성 있는 재료가 PAF계 고분자 재료※ PAF자체도 excimer에 의한 부작용에서 완전히 벗어나질 못했으며 소자 구동 시 생기 는 저항열에 의해 시간에 따라 녹색 쪽으로 색 순도가 나빠지는 경향이 보임- Miller등은 안트라센 공중합단량체를 도입하여 색 순도를 개선하였고, 고분자 말단에 열 적으로 가교를 일으킬 수 있는 styrene기를 도입하여 발광재료의 열에 대한 안정성을 높 임.- 상대적으로 높은 유리 전이 온도(160∼230℃)를 가지고 있으며 또한 3차원적 분자구조로 분자 간 상호작용을 막을 수 있는 Spiro-PAF가 유력한 고성능 발광재료 후보로 자리 잡 음.4.3 성능 개선을 위한 PAF계 공중합체-공중합체의 목적은 3가지▶단독중합체의 경우 양쪽 전극에서의 전하 주입에 있어 에너지 장벽이 크기 때문에 전하 주입능력과 수송 능력이 우수한 단량체와 공중합을 통해 전하 주입 능력이나 수송 능력 을 향상시켜 작동 전압을 낮추고 주입된 전하들의 발광층 내에서 균형을 유도하여 소자 의 효율을 높이고자 함.▶단독중합체의 발광색의 색순도를 향상시키거나 색순도의 안정성을 높이고자 함.▶녹색이난 적색쪽으로의 발광 색상의 변화를 유도하기 위함- 최종적인 소자의 성능은 재료자체의 성능도 중요하지만 소자를 어떻게 만드느냐에 따라, 같은 재료를 사용하더라도 어떤 환경에서 제작하느냐에 따라 성능의 차이를 가져옴.5. 재료와 소자의 추가적인 성능개선5.1 고분자 재료의 정제효과-제대로 된 EL특성을 위해서는 매우 주의 깊은 재료의 정제가 요구{5.2 End Capping 효과- 중합 후 활성 상태로 남아 있는 고분자 말단을 어떻게 처리하는가는 대단히 중요한 문제▶ 고분자 말단은 전기 화학적으로나 열적으로 고분자주쇄에 비해 안정이 떨어짐▶ 분자간 상호 작용에 기인되는 aggregate, excimer, exciplex생성이 분자거동이 상대적으 로 자유로운 말단에서 더 용이하게 일어남.- Miteva 등에 의해 고분자 말단기를 정공 수송 능력이 있는 triarylamine유도체와 같은 것 으로 end capping했을 때 고분자 말단에서 정공 trapping이 효과적으로 일어남으로 소자 의 성능 개선과 색순도의 안정성을 도모.

자연과학| 2004.09.05| 5페이지| 2,500원| 조회(1,114)

LED, 발광소자, el

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