이 논문에서 물질화된 2501998호에서, Moon Jeong Park와 동료 연구자들은 정밀하게 설계된 디설폰산 모노머를 기능기 배열이 명확히 규정된 조건에서 제어된 중합을 수행함으로써, 산-기능화된 폴리머의 기계적 강도와 이온 수송 특성을 동시에 향상시킨다. 이러한 정밀한 분자 설계는 탄성 상태에서 초이온 전도(superionic conduction)를 가능하게 하며, 예상 밖의 소수성 거동을 관찰하게 하고, 이온 이완(ion relaxation)이 폴리머 사슬 동역학(polymer chain dynamics)과 분리(decoupling)될 수 있음을 보여준다.

• 말단기(end groups)는 고분자 자기조립을 복잡한 3차원 나노구조로 유도한다. • 링커 설계는 말단-말단 결합을 조절하고 형태(morphologies)의 상(phase) 공간을 확장한다. • 새로운 말단기들은 열역학적으로 안정한 이중(primitve) 및 이중 다이아몬드(double diamond) 네트워크 상(phase)을 가능하게 한다. • 말단 기능화는 고급 고분자 전해질과 기계 메타물질의 개발을 위한 설득력 있는 경로를 제공한다. • 말단 기능화된 블록 공중합체는 하향식(bottom-up) 광 메타물질을 가능하게 한다. 말단기 기능화는 고분자 과학에서 강력하고 다재다능한 전략으로 부상하였으며, 고분자 골격(backbone)을 변화시키지 않으면서도 물성, 나노스케일 자기조립, 계면 기능성에 대한 정밀한 제어를 제공한다. 본 총설은 세 가지 주제 영역에 걸쳐 말단기 기능화 고분자의 화학 및 응용 분야에서의 최근 진전 사항을 요약한다. 첫째, 맞춤형 말단기가 열전이, 용해도, 결정화 거동, 계면 접착을 포함한 고유한 고분자 물성에 어떻게 영향을 미치는지 살펴본다. 둘째, 말단기 상호작용이 고분자 자기조립을 지시하는 데서 수행하는 역할을 탐구하며, 특히 블록 공중합체 시스템에서 사슬 포장(chain packing), 계면 곡률(interfacial curvature), 상(phase) 거동을 조절하여 복잡한 네트워크 형태의 형성에 기여할 수 있음을 강조한다. 셋째, 고체상 배터리 전해질, 기계 메타물질, 광 메타물질과 같은 부상하는 응용 분야에서 네트워크 형태를 갖는 말단 기능화 고분자의 기술적 관련성이 점차 커지고 있음을 부각한다. 고분자 전해질에서는 사슬 말단에 국소화된 이온-쌍극자 상호작용이 이온 수송을 분절 운동으로부터 분리시켜, 저염 농도에서 높은 이온 전도도와 낮은 활성화 에너지를 나타내게 한다. 기계 메타물질에서는 말단기 지시(End-group-directed) 3차원 네트워크가 구조적 내구성을 향상시키고 조절 가능한 변형 거동을 제공한다. 광 메타물질에서는 금속-말단 기능화된 블록 공중합체가 금속-리간드 배위(metal–ligand coordination)를 통해 높은 굴절률 지수(refractive index) 아키텍처를 하향식으로 제작하기 위한 나노스케일 템플릿으로 기능할 수 있으며, 이는 상향식(top-down) 리소그래피의 해상도 한계를 해결하는 데 기여한다. 종합하면, 이러한 발전은 차세대 고분자 소재를 위한 말단기 화학의 변혁적 잠재력을 잘 보여준다.

블록 공중합체의 자기조립은 구, 실린더, 네트워크를 포함하는 다양한 나노구조를 제공하며, 나노스케일에서 물성 및 기능을 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 그러나 높은 포장 좌절(pack frustration)을 동반하면서 열역학적으로 안정한 네트워크 구조를 만드는 일은 여전히 과제이다. 본 연구에서는 말단기 및 링크커(linker) 화학을 이용하여 이중블록 공중합체로부터 자이로이드(gyroid), 다이아몬드(diamond), 프리미티브(primitive) 상과 같은 다양한 네트워크 구조에 접근할 수 있는 방법론을 보고한다. 중간 포장인 폴머의 악몽(plumber's nightmare) 구조, 즉 고분자 사슬 말단의 중간 정렬이 골격 응집(자이로이드)보다 더 안정한 이유는 말단-말단 상호작용의 강도와 초기 곡률의 형태 사이의 상호작용에 기인한다. 본 연구는 블록 공중합체로부터 맞춤형 네트워크 구조를 개발하기 위한 접근법을 정립함으로써, 블록 공중합체를 나노기술 응용에 활용하는 데 중요한 플랫폼을 제공한다.

기사 번호 2203413에서 Chang Yun Son, Moon Jeong Park 및 공동연구자들은 고체 상태 폴리머 전해질로부터 초이온 전도(superionic conduction)를 달성하기 위한 혁신적인 전해질 기술의 플랫폼을 구축한다. 단량체 내부의 고유한 수소 결합을 가능하게 하는 이기능성 폴리머에 대한 합리적 설계를 통해 유리상 폴리머 매트릭스 내에 서로 연결된 막대형 이온 채널이 형성되며, 이는 25 °C에서 10−3 S cm−1의 높은 이온 전도도와 약 100 MPa의 높은 저장 탄성률을 가능하게 한다.

또한 25 °C에서 ≈100 MPa에 이르는 높은 저장 탄성률을 가지며, 연성 구동기(소프트 액추에이터)와 리튬 금속 배터리에 성공적으로 적용될 수 있다.

다중가(多齒) 금속-페놀 상호작용을 통해 갈로일화(galloylated) DNA를 이용하여 산화철 나노입자(IONP)에 DNA를 기능화하는 간단하고 일단계(one-step) 방법을 제시한다. DNA로 개질된 IONP는 다양한 완충액 조건에서 우수한 안정성을 보이며, IONP의 초상자성(superparamagnetic) 특성에 의해 영향을 받는 흥미로운 DNA 결합 특성을 나타낸다. DNA 변성(denaturation) 거동은 두 가지 영역으로 분류될 수 있는데, 자기-지배(magnetic-dominant) 영역과 DNA-지배(DNA-dominant) 영역이다. 자기 영역에서는 비교적 짧은 DNA 링커를 사용해 IONP를 조립하며, 자기 및 DNA 상호작용이 함께 조립체를 안정화하여 DNA 용융 온도의 길이 의존성이 비정상적으로 약하게 나타난다. 링커 길이가 증가함에 따라 자기 효과가 감소하면서 시스템은 DNA-지배 영역으로 전환되고, 조립체는 통상적인 DNA 길이 의존성을 보인다. 본 연구는 IONP의 DNA 기능화를 위한 단순하고 견고한 접근법을 제공하며, 이를 다른 금속 화합물 나노입자로 확장할 수 있고, 자기 강화를 이용하여 DNA 기반 나노입자 조립을 조절할 잠재성을 부각한다.

산(acid) 기능화된 폴리머는 에너지 변환 시스템에서의 활용을 위해 상당한 주목을 받아왔다. 술폰화 방향족 폴리머는 에너지 변환 시스템에서 사용하기 위해 널리 연구되어 왔으나, 부반응의 발생이나 치환 정도에 대한 불확실성이 이들의 특성을 향상시키는 데 장애가 되어 왔다. 본 연구에서는 분자 수준에서 산성기들이 정밀하게 배열된 이설폰산(disulfonic acid) 폴리머를 전략적으로 설계함으로써 초이온전도(superionic) 술폰화 폴리머를 개발하기 위한 접근법을 제시한다. 특히, 스티렌 고리의 메타 및 파라 위치에 술폰산기들이 인접하게 존재하도록 설계된 합성 폴리스티렌 3,4-이설폰산(PS di 34S)은 분자 내 단량체 간 수소 결합 상호작용(intra-monomer hydrogen bonding interactions)으로 인해 전하 상태가 낮고, 산성이 유의하게 감소하며, 소수성 특성도 현저히 나타낸다. 이와 같은 PS di 34S를 이온성 액체(ionic liquids)로 도핑하면, 이들 상호작용이 이온 이완(ion relaxation)과 폴리머 이완(polymer relaxation)을 분리(decouple)시키며, 다른 술폰산 폴리스티렌 유사체들에서 관찰되는 이온 전도도와 기계적 강도 간의 강한 상충관계(trade-off)와는 반대되는 양상이 나타난다. PS di 34S 전해질은 초이온전도 거동을 보이며, 상온 전도도는 1.2 mS cm−1이고 전단 탄성률은 52 MPa(계산된 영률 156 MPa)이다. 우수한 전해질 특성을 갖는 이설폰산 폴리머를 얻기 위한 제어된 중합 경로(controlled polymerization routes)는 다양한 전기화학 응용 분야 전반에서의 활용 가능성을 크게 시사한다.

120회 이상에서 사이클 안정성을 보여준다. 본 연구는 지속가능한 리튬 배터리 기술의 발전을 위한 확장 가능하고 적응 가능한 플랫폼을 정립한다.

고체 폴리머 전해질에서 높은 이온전도도를 달성하는 일은 이온 수송과 폴리머 사슬의 분절(세그멘탈) 동역학 사이의 강한 결합 때문에 여전히 어렵다. 본 연구에서는 완전 설폰화 폴리스티렌에서 이온전도도와 기계적 강도를 동시에 향상시키는 분자 설계 전략을 제시한다. 관례적인 para 치환체인 (PS4S)와 달리 meta 치환된 −SO3H 기(PS3S)는 사슬 내 수소 결합을 촉진하였고, 이로 인해 이온화도가 3배 증가하여 ∼71%에 도달하였다. 예상과 달리 PS3S는 기존의 PS4S보다 유리전이온도(Tg)가 100 °C 더 낮았다. −SO3H에 인접한 para 위치에 추가적인 −OH 기를 도입하자, 동종 단량체 내에서 공평면(코플래너) 이중 수소 결합을 형성할 수 있는 이중기능성 폴리머가 얻어졌으며, 이는 Tg를 약 50 °C 상승시키고 동시에 이온화도를 약 86%까지 추가로 증가시켰다. 이온성 액체를 도핑하면, 해당 시스템은 250 MPa (25 °C)에서 0.2 mS cm–1, 0.8 MPa (120 °C)에서 9.2 mS cm–1의 전도도를 나타내며, 전도도-탄성률(모듈러스) 관계가 초이온성 무기 전도체(superionic inorganic conductors)의 거동 쪽으로 이동하였다.

이 논문에서 물질화된 2501998호에서, Moon Jeong Park와 동료 연구자들은 정밀하게 설계된 디설폰산 모노머를 기능기 배열이 명확히 규정된 조건에서 제어된 중합을 수행함으로써, 산-기능화된 폴리머의 기계적 강도와 이온 수송 특성을 동시에 향상시킨다. 이러한 정밀한 분자 설계는 탄성 상태에서 초이온 전도(superionic conduction)를 가능하게 하며, 예상 밖의 소수성 거동을 관찰하게 하고, 이온 이완(ion relaxation)이 폴리머 사슬 동역학(polymer chain dynamics)과 분리(decoupling)될 수 있음을 보여준다.

• 말단기(end groups)는 고분자 자기조립을 복잡한 3차원 나노구조로 유도한다. • 링커 설계는 말단-말단 결합을 조절하고 형태(morphologies)의 상(phase) 공간을 확장한다. • 새로운 말단기들은 열역학적으로 안정한 이중(primitve) 및 이중 다이아몬드(double diamond) 네트워크 상(phase)을 가능하게 한다. • 말단 기능화는 고급 고분자 전해질과 기계 메타물질의 개발을 위한 설득력 있는 경로를 제공한다. • 말단 기능화된 블록 공중합체는 하향식(bottom-up) 광 메타물질을 가능하게 한다. 말단기 기능화는 고분자 과학에서 강력하고 다재다능한 전략으로 부상하였으며, 고분자 골격(backbone)을 변화시키지 않으면서도 물성, 나노스케일 자기조립, 계면 기능성에 대한 정밀한 제어를 제공한다. 본 총설은 세 가지 주제 영역에 걸쳐 말단기 기능화 고분자의 화학 및 응용 분야에서의 최근 진전 사항을 요약한다. 첫째, 맞춤형 말단기가 열전이, 용해도, 결정화 거동, 계면 접착을 포함한 고유한 고분자 물성에 어떻게 영향을 미치는지 살펴본다. 둘째, 말단기 상호작용이 고분자 자기조립을 지시하는 데서 수행하는 역할을 탐구하며, 특히 블록 공중합체 시스템에서 사슬 포장(chain packing), 계면 곡률(interfacial curvature), 상(phase) 거동을 조절하여 복잡한 네트워크 형태의 형성에 기여할 수 있음을 강조한다. 셋째, 고체상 배터리 전해질, 기계 메타물질, 광 메타물질과 같은 부상하는 응용 분야에서 네트워크 형태를 갖는 말단 기능화 고분자의 기술적 관련성이 점차 커지고 있음을 부각한다. 고분자 전해질에서는 사슬 말단에 국소화된 이온-쌍극자 상호작용이 이온 수송을 분절 운동으로부터 분리시켜, 저염 농도에서 높은 이온 전도도와 낮은 활성화 에너지를 나타내게 한다. 기계 메타물질에서는 말단기 지시(End-group-directed) 3차원 네트워크가 구조적 내구성을 향상시키고 조절 가능한 변형 거동을 제공한다. 광 메타물질에서는 금속-말단 기능화된 블록 공중합체가 금속-리간드 배위(metal–ligand coordination)를 통해 높은 굴절률 지수(refractive index) 아키텍처를 하향식으로 제작하기 위한 나노스케일 템플릿으로 기능할 수 있으며, 이는 상향식(top-down) 리소그래피의 해상도 한계를 해결하는 데 기여한다. 종합하면, 이러한 발전은 차세대 고분자 소재를 위한 말단기 화학의 변혁적 잠재력을 잘 보여준다.

블록 공중합체의 자기조립은 구, 실린더, 네트워크를 포함하는 다양한 나노구조를 제공하며, 나노스케일에서 물성 및 기능을 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 그러나 높은 포장 좌절(pack frustration)을 동반하면서 열역학적으로 안정한 네트워크 구조를 만드는 일은 여전히 과제이다. 본 연구에서는 말단기 및 링크커(linker) 화학을 이용하여 이중블록 공중합체로부터 자이로이드(gyroid), 다이아몬드(diamond), 프리미티브(primitive) 상과 같은 다양한 네트워크 구조에 접근할 수 있는 방법론을 보고한다. 중간 포장인 폴머의 악몽(plumber's nightmare) 구조, 즉 고분자 사슬 말단의 중간 정렬이 골격 응집(자이로이드)보다 더 안정한 이유는 말단-말단 상호작용의 강도와 초기 곡률의 형태 사이의 상호작용에 기인한다. 본 연구는 블록 공중합체로부터 맞춤형 네트워크 구조를 개발하기 위한 접근법을 정립함으로써, 블록 공중합체를 나노기술 응용에 활용하는 데 중요한 플랫폼을 제공한다.

기사 번호 2203413에서 Chang Yun Son, Moon Jeong Park 및 공동연구자들은 고체 상태 폴리머 전해질로부터 초이온 전도(superionic conduction)를 달성하기 위한 혁신적인 전해질 기술의 플랫폼을 구축한다. 단량체 내부의 고유한 수소 결합을 가능하게 하는 이기능성 폴리머에 대한 합리적 설계를 통해 유리상 폴리머 매트릭스 내에 서로 연결된 막대형 이온 채널이 형성되며, 이는 25 °C에서 10−3 S cm−1의 높은 이온 전도도와 약 100 MPa의 높은 저장 탄성률을 가능하게 한다.