고분자 Vol.63　No.12 December 2014

고분자　Vol.63　No.12

특집
“집합”과 “거동”에 대한 고찰: ‘고분자’다운 특성이란?

전망

단일 고분자의 자기 질서 형성

요시카와 겐이치

<Abstract> 생체의 게놈 분자는 전체 길이가 mm에서 cm에 이를 정도로 매우 길다. 이러한 긴 DNA는 기존 분자생물학의 연구 대상인 킬로 염기쌍 정도의 DNA와 달리 뚜렷한 “고분자적인 특성”을 나타낸다. 본 원고에서는 “단일 DNA 접이식 구조”, “단일 분자 사슬 상분리”, “세포 크기의 혼잡 효과” 등의 주제를 소개한다. 합성 고분자에서도 동일한 특성을 실현할 수 있을 것으로 예상된다.

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액정 고분자의 협동적인 거동 – 광응답성의 관점으로부터

세키 다카히로

<Abstract> 측쇄형 액정 고분자 재료는 강한 분자 배향의 협동성과 함께, 측쇄의 분자 수준의 움직임이 메조스코픽 또는 거시적인 움직임으로 변환된다. 아조벤젠의 광이성화 반응을 개시제로 이용하는 액정 고분자의 동적 기능에 대한 분자 배향 작용, 물질 이동 작용, 운동 작용에 초점을 맞추며 최근의 주제를 중심으로 다양한 전개를 개관한다.
Keywords: Liquid Crystalline Polymers / Photoresponsive Films / Azobenzene / Linearly Polarized Light / Photoalignment / Photo-Driven Migrations / Photomechanical Effects

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초분자 상호작용을 이용한 신규 온도 응답성 고분자의 개발

사다 가즈키, 고카도 겐타

<Abstract> 초분자 화학적으로 설계한 자기 회합성 호모폴리머를 이용하여, 매질과 고분자의 양쪽 모두와 친화성이 높은 세 번째 구성 요소(이펙터)를 첨가함으로써 고분자의 온도 응답성이 쉽게 제어될 수 있음을 소개하고, 새로운 온도 응답성 고분자의 분자 설계와 관련된 지침을 제안한다.
Keywords: Thermo-Sensitive Polymer / Supramolecular Interaction / LCST(Lower Critical Solution Temperature) / UCST(Upper Critical Solution Temperature) / Solubility / Hydrogen Bond / Charge Transfer Interaction

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회합성 고분자에서 보이는 고분자스러운 특성

고가 츠요시

<Abstract> 고분자 사슬을 따라 많은 회합기를 갖는 회합성 고분자에서는 “고분자다움”이 분자 내의 회합이라는 “집합”에 의해 소실되지만, 분자 내의 회합 구조가 외부 자극에 의해 사라지면 극적인 물성의 변화와 같은 특이한 “거동”을 나타낸다. 이와 같은 회합성 고분자에 관한 연구 사례를 소개하고 “고분자다움”에 대해 고찰한다.
Keywords: Associating Polymer / Intramolecular Micelle / Force-Elongation Relation / Rheology / Shear Thickening / Shear-Induced Gelation / Shake Gel / Molecular Simulation

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리빙 초분자 중합의 실현

스기야스 가즈노리, 오기 소이치로, 다케우치 마사유키

<Abstract> 고분자의 정밀 합성을 가능케 하는 리빙 중합의 학술적, 산업적 효과는 이미 역사적으로 증명되었다. 초분자 폴리머에서도 “리빙 초분자 중합”이 실현되면 초분자 폴리머의 발전에 큰 발전을 가져올 것으로 기대된다. 리빙 초분자 중합의 현황과 가능성을 살펴보고, 필자들의 연구 사례를 소개한다.
Keywords: Supramolecular Polymerization / Living Polymerization / Far-from-Equilibrium Thermodynamic Systems

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토픽

나선 고분자의 동적 특성을 활용한 키랄 식별 재료

마에다 가츠히로

<Abstract> 용출 순서를 가역적으로 전환할 수 있는 폴리아세틸렌을 기반으로 하는 독특한 키랄 정지상을 소개한다. 용액 상태에서뿐만 아니라 고체 상태에서도 2,2'-biphenol 유도체를 측쇄에 포함하는 폴리아세틸렌에 고분자적인 나선성이 유기되었다. 용액 상태의 경우 이와 같은 나선성은 비라세미 알코올과의 비공유 상호작용을 통해서 나타나며, 알코올을 완전히 제거한 후에도 유지되었다. 중합체가 형성하는 나선 구조의 방향성은 고체 상태에서 반대의 거울상 알코올 분자와 상호작용 및 제거를 통해서 더욱 가역적으로 제어할 수 있다. 이러한 폴리아세틸렌 유도체는 나선 구조의 방향성을 조절할 수 있는 최초의 HPLC용 키랄 정지상으로서 이용할 수 있다.
Keywords: Helical Polymer / Memory / Chiral Stationary Phase / Enantioseparation / Chiral Discrimnation

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전하를 포함하는 π 전자계의 규칙적 배열을 이용한 차원 제어형 집합체의 창제

마에다 히로미츠

<Abstract> 잘 설계된 하전된 π 전자 시스템을 정돈된 구조에서 배열하는 것은 초분자 집합체에 여러 π 시스템을 도입하는 데 있어서 매우 중요한 과제이다. 이온 결합을 통해서 (무기) 이온과 전기적으로 중성인 π 시스템을 복합하여 하전된 π 시스템을 제조할 수 있다. 실제로 음이온 반응성 π 시스템의 음이온성 복합체는 적절한 양이온성 복합체와 결합하여 초분자 겔 및 열가소성 액정 등의 각종 이온성 조립 구조체를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 하전된 π 평면의 적절한 중첩을 통해서, 전하 대 전하 그리고 전하 분리 배열 구조를 갖는 이온성 재료는 반도체성을 나타내는 효율적인 전하 이동도를 가진다. 잘 정렬된 π 전자 시스템의 배열은 뛰어난 전자 재료로써 향상된 성능을 실현하기 위해 중요하다는 사실이 밝혀졌다.
Keywords: π-Electronic Systems / Ion Binding / Soft Materials / Supramolecular Assemblies

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Tetra-PEG 겔에서 보이는 겔과 단일 사슬의 관계

사카이 다카마사, 가타시마 다쿠야

<Abstract> 고분자 겔은 삼차원 고분자 네트워크가 팽윤된 상태이다. 고분자 네트워크는 가교 결합으로 연결된 고분자 사슬로 구성되어 있기 때문에, 고분자 겔의 물리 화학적 성질은 본질적으로 고분자 사슬의 특성과 연관되어 있다. 그러나 이러한 관계는 고분자 네트워크에 내재된 불균일성으로 인해서 완전히 이해될 수 없었다. 본 원고에서는 고분자 겔의 기계적 특성과 단일 고분자 사이의 관계를 살펴보기 위해서, 잘 제어된 네트워크 구조를 갖는 고분자 겔인 Tetra-PEG 겔을 이용한다. Tetra-PEG 겔의 최대 신장률은 고분자의 부피 분율 및 네트워크를 구성하는 고분자 사슬의 중합도가 증가함에 따라 증가하였으며, 고분자 사슬의 연결 정도에는 영향을 받지 않았다. 이러한 결과는 단일 고분자 사슬에 기초한 개념을 바탕으로 한 Kuhn 모델을 따르지 않는다. 본 연구에서는 네트워크를 구성하는 고분자 사슬의 초기 길이가 고분자 사슬의 중합도뿐만 아니라 고분자의 부피 분율에 영향을 받는다는 새로운 반경험적 모델을 제안한다.
Keywords: Tetra-PEG Gel / Polymer Gels / Ideal Network / Ultimate Elongation Ratio

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빛을 이용한 분자 집합의 제어

야가이 시키

<Abstract> Diarylethene은 광이성질화 과정에서 상대적으로 작은 구조적 변화를 일으키기 때문에, 잘 정의된 형태 전이를 나타내는 광감응성 분자 집합체의 구조를 설계하는 목적을 위해서 거의 사용되지 않았다. 본 연구진은 diarylethene 유도체의 평행 구조를 기반으로 한 초분자 설계를 통해서 나노구조에 현저한 변화를 일으킬 수 있는 광반응성 염료 집합체를 구축하였다. 이와 같은 diarylethene의 평행 구조체는 페릴렌 비스이미드 계열 염료 분자 간의 상보적인 수소 결합을 매개로 한 협동적인 쌓임 구조를 통해서 안정화된다. UV/Vis 분광학, 원자 힘 현미경, 분자 모델링을 이용하여 diarylethene의 유도체를 연구한 결과, diarylethene의 유도체와 페릴렌 염료 분자가 비극성 용매에서 집적하여, 페릴렌 염료의 J-집합체로 이루어진 잘 정의된 나선형 나노 섬유를 형성하는 것이 밝혀졌다. Diarylethene과 페릴렌의 집합체가 함유된 용액에 자외선과 가시광선을 교대로 조사한 경우, 나노 섬유와 나노 입자 간의 형태 전환이 가역적으로 일어났다. 본 연구진이 개발한 분자 시스템은 광제어를 통해서 자기 조립 경로를 제어할 수 있다.
Keywords: Supramoleuclar Polymer / Functional Dye / Photochromism / Self-Assembly / Hydrogen Bond / Nanostructures / Supramolecular Chemistry

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성장하는 고분자

직감적으로

히라이 유지

<Abstract> 직감을 따라서 때때로 다양한 결정을 내리면서 다다르게 된 필자의 현재 연구 환경에 필자는 만족하고 있다. 앞으로도 홋카이도의 아름다운 자연환경과 학생들의 도움을 바탕으로 필자의 연구는 더욱 빠르게 진전해 나갈 것이다.

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고분자과학의 최전선

π 공역계 분자를 이용한 유기 전계 효과 트랜지스터의 최전선

모리 히로키, 니시하라 야스시

<Abstract> 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)는 유연성, 경량성, 설계의 용이성과 같은 다양한 장점을 가지고 있기 때문에, 미래의 유비쿼터스 전자기기를 실현하기 위한 핵심 요소로서 상당한 관심을 받고 있다. 본 원고에서는 phenacene형 분자, thienoacene 유도체 및 다양한 전자 주게-전자 받게(donor-acceptor, D-A)형 고분자와 같이, 현재 OFET 분야에서 개발되고 있는 여러 재료를 요약 소개한다. Phenacene형 분자는 낮은 HOMO 레벨과 넓은 밴드 갭을 가진다. 최근 phenacene형 분자 중에서, picene, [6]phenacene, 그리고 [7]phenacene이 높은 전계효과 이동도를 실현할 수 있다는 사실이 알려지면서 주목을 모으고 있다. 어떤 경우에는 기존의 부위에 알킬 사슬을 도입함으로써 FET 성능이 크게 향상되는 것이 확인되었다. 알킬 사슬을 도입한 경우 일반적인 유기 용매에 높은 용해도를 나타내기 때문에 이러한 분자들은 용액 공정을 이용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 높은 이동도를 나타내는 diketopyrrolopyrrole(DPP)와 isoindigo(IID)를 이용한 D-A형 고분자와 관련된 최근의 연구 성과를 소개한다.
Keywords: Phenacene / Organic Field-Effect Transistors / High Mobility / p-Channel Characterictics / Picene / Cross-Coupling / Polymers

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