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1,1,1,2-테트라플루오로에테인 역사 및 환경 영향
1,1,1,2-테트라플루오로에테인은 오존층 파괴 특성이 심각한 다이클로로다이플루오로메테인(R-12)의 대체재로 1990년대 초에 도입되었다. 1,1,1,2-테트라플루오로에테인은 오존층 파괴 잠재력이 미미하고 산성비에 대한 산성화 잠재력이 무시할 만하지만, 100년 지구 온난화 지수(GWP)가 1430이며 대략적인 대기 수명은 14년이다. 대기 중 농도와 복사강제력에 대한 기여는 도입 이후 증가하고 있다. 따라서 이것은 IPCC 온실 가스 목록에 포함되었다.
R-134a는 2006년 지침에 따라 유럽 연합에서 GWP가 100을 초과하는 에어컨 시스템의 가스 교체를 권고하면서 2010년대 중반부터 단계적으로 사용이 중단되기 시작했다.
1,1,1,2-테트라플루오로에테인은 미국 및 기타 국가에서도 사용 제한을 받는다. 미국 자동차 기술자 학회(SAE)는 자동차 에어컨 시스템에서 새로운 불소화 냉매인 HFO-1234yf(CF3CF=CH2)로 대체하는 것이 가장 좋다고 제안했다. 2021년식 모델부터 미국에서 새로 제조되는 경량 차량은 더 이상 R-134a를 사용하지 않는다.
1,1,1,2-테트라플루오로에테인 역사 및 환경 영향
캘리포니아 주 또한 비전문가에 의한 에어컨 재충전을 방지하기 위해 캔에 든 R-134a의 개인 판매를 금지할 수 있다. 위스콘신 주에서는 1994년 10월부터 ATCP 136에 따라 1,1,1,2-테트라플루오로에테인 15 lb (6.8 킬로그램) 미만의 용기에 담긴 제품의 판매를 금지했지만, 이 제한은 해당 화학 물질이 냉매 용도로 사용될 때만 적용되었다. 그러나 위스콘신 주에서는 2012년에 이 금지가 해제되었다. 이 위스콘신 주 특정 금지 조치가 유효했던 동안에도 허점이 있었다. 예를 들어, 사람이 화학 물질이 어떤 양이든 들어있는 가스 먼지떨이 용기를 구매하는 것은 합법적이었다. 왜냐하면 이 경우에는 화학 물질이 냉매로 의도되지 않았고 HFC-134a가 § 7671a의 1급 및 2급 물질 목록에 포함되지 않았기 때문이다.
1,1,1,2-테트라플루오로에테인 생성 및 반응
테트라플루오로에테인은 일반적으로 트라이클로로에틸렌과 플루오린화 수소를 반응시켜 만든다.
CHCl=CCl2 + 4 HF → CF3CH2F + 3 HCl
이것은 뷰틸리튬과 반응하여 트라이플루오로비닐리튬을 생성한다.
CF3CH2F + 2 BuLi → CF2=CFLi + LiF  +  2 BuH
1,1,1,2-테트라플루오로에테인 안전
1,1,1,2-테트라플루오로에테인 기체와 공기 혼합물은 대기압 및 100 °C (212 °F)까지의 온도에서 가연성이 없다. 그러나 고압 및 고온에서 공기 농도가 높은 혼합물은 점화될 수 있다. 1,1,1,2-테트라플루오로에테인이 불꽃이나 250 °C (482 °F)를 초과하는 뜨거운 표면에 접촉하면 증기 분해를 일으켜 플루오린화 수소와 플루오린화 카보닐을 포함한 독성 가스를 방출할 수 있지만, 분해 온도는 370 °C 이상으로 보고되었다. 1,1,1,2-테트라플루오로에테인 자체는 쥐에게 LD50 1,500 g/m3이며, 이는 흡입제 남용에 내재된 위험을 제외하면 상대적으로 독성이 낮다. 기체 형태는 폐의 공기를 대체한다. 과도하게 흡입하면 질식을 초래할 수 있다. 이는 흡입제 남용으로 인한 대부분의 사망에 기여한다.
1,1,1,2-테트라플루오로에테인이 들어 있는 에어로졸 캔은 거꾸로 하면 효과적인 냉동 스프레이가 된다. 압력을 받으면 1,1,1,2-테트라플루오로에테인은 액체로 압축되며, 이는 기화 시 상당한 양의 열에너지를 흡수한다. 결과적으로 증발하면서 접촉하는 모든 물체의 온도를 크게 낮춘다.
1,1,1,2-테트라플루오로에테인 의학적 용도
의학적 용도로 1,1,1,2-테트라플루오로에테인은 일반명 노르플루란을 가진다. 이것은 일부 정량 흡입기의 추진제로 사용된다. 이 용도로는 안전한 것으로 간주된다. 펜타플루오로프로페인과 함께 국소 냉각제 스프레이로 사용되어 큐렛 전에 종기를 마비시킨다. 이것은 또한 잠재적인 전신마취제로 연구되었지만, 흡입기에 사용되는 용량에서는 비마취성이다.
1,1,1-트라이클로로에테인
1,1,1-트라이클로로에테인(1,1,1-Trichloroethane)은 메틸 클로로포름 및 클로로텐으로도 알려져 있으며, 화학식 CH3CCl3를 갖는 클로로알케인이다. 이것은 1,1,2-트라이클로로에테인의 이성질체이다. 무색의 달콤한 냄새가 나는 액체로, 한때 용매로 사용하기 위해 산업적으로 대량 생산되었다. 이것은 몬트리올 의정서에 의해 오존층 파괴 물질로 규제되며, 그 결과 1996년 이후 사용이 감소했다. 트라이클로로에테인은 역시 흔히 용매로 사용되는 비슷한 이름의 트라이클로로에틸렌과 혼동해서는 안 된다.
1,1,1-트라이클로로에테인 생산
1,1,1-트라이클로로에테인은 1840년 앙리 빅토르 레뇨에 의해 처음 보고되었다. 산업적으로 이것은 보통 염화 바이닐로부터 두 단계 공정으로 생산된다. 첫 번째 단계에서 염화 바이닐은 20~50 °C에서 염화 수소와 반응하여 1,1-다이클로로에테인을 생성한다.
H2C=CHCl + HCl → CH3CHCl2
이 반응은 다양한 루이스 산, 주로 염화 알루미늄, 염화 철(III), 또는 염화 아연에 의해 촉매화된다. 그런 다음 1,1-다이클로로에테인은 자외선 조사 하에 염소와 반응하여 1,1,1-트라이클로로에테인으로 전환된다.
CH3CHCl2 + Cl2 → CH3CCl3 + HCl
이 반응은 80~90%의 수율로 진행되며, 부산물인 염화 수소는 공정의 첫 번째 단계로 재활용될 수 있다. 주요 부산물은 관련 화합물인 1,1,2-트라이클로로에테인이며, 이로부터 1,1,1-트라이클로로에테인은 증류를 통해 분리할 수 있다.
1,1,1-트라이클로로에테인 생산
약간 적은 양의 1,1,1-트라이클로로에테인은 염화 철(III) 촉매 존재 하에 1,1-다이클로로에텐과 염화 수소의 반응으로부터 생산된다.
CH2=CCl2 + HCl → CH3CCl3
1,1,1-트라이클로로에테인은 탈염화수소화에 불안정하고 일부 금속을 공격하기 때문에 안정제와 함께 판매된다. 안정제는 제형의 최대 8%를 차지하며, 산 제거제(에폭사이드, 아민) 및 착화제를 포함한다.
1,1,1-트라이클로로에테인 용도
1,1,1-트라이클로로에테인은 많은 유기 화합물에 대한 훌륭한 용매이며, 염화 탄화수소 중 가장 독성이 적은 것 중 하나이다. 일반적으로 비극성으로 간주되지만, 염소 원자의 우수한 편극률 덕분에 헥세인과 같은 탄화수소에 잘 용해되지 않는 유기 화합물에 대한 우수한 용매이다. 몬트리올 의정서 이전에는 금속 부품 및 회로 기판 세척, 일렉트로닉스 산업에서 포토레지스트 용매, 에어로졸 추진제, 절삭유 첨가제, 잉크, 페인트, 접착제 및 기타 코팅의 용매로 널리 사용되었다. 1,1,1-트라이클로로에테인은 드라이클리닝 피혁과 스웨이드에 사용되었으며, 1930년대 후반에 처음 출시된 다우 케미컬의 "다우클렌" 드라이클리닝 액체 성분 중 테트라클로로에틸렌과 함께 사용되었다. 1980년대까지 드라이클리닝에 1,1,1-트라이클로로에테인의 사용이 계속되었고, 그 동안 테트라클로로에틸렌은 여전히 널리 사용된다. 1,1,1-트라이클로로에테인은 또한 살충 훈증제로도 사용된다.
1,1,1-트라이클로로에테인 용도
또한 사진 필름(영화/슬라이드/네거티브 등)의 표준 세척제이기도 했다. 다른 일반적으로 사용 가능한 용매는 에멀션과 베이스를 손상시키므로 (아세톤은 대부분의 필름에 있는 트리아세테이트 베이스를 용해함) 이 응용 분야에 적합하지 않다. 표준 대체제인 포란 141은 훨씬 덜 효과적이며 잔류물을 남기는 경향이 있다. 1,1,1-트라이클로로에테인은 수정액 제품(예: 리퀴드 페이퍼)에서 희석제로 사용되었다. 이전에는 사염화 탄소(1970년 미국 소비자 제품에서 금지됨)가 많은 용도로 사용되었다. 차례로, 1,1,1-트라이클로로에테인 자체는 이제 실험실에서 다른 용매로 대체되고 있다. 오존층 파괴로 인한 1,1,1-트라이클로로에테인의 단계적 폐지는 금속 탈지에 트라이클로로에틸렌 사용의 부활로 이어졌다.
메틸 클로로포름은 또한 수의학 구충제로 사용되었다.
1,1,1-트라이클로로에테인 용도
1,1,1-트라이클로로에테인은 마취에 클로로포름의 대안으로 시도된 휘발성 유기염화물 중 하나였다.
1880년대에는 클로로포름의 안전하고 강력한 대체물로 밝혀졌지만 그 시대에는 생산 비용이 너무 많이 들고 어려웠다.
1880년에 1,1,1-트라이클로로에테인은 마취제로 제안되었다. 같은 해에 "메틸-클로로포름"으로 처음 언급되었다. 당시 클로랄 하이드레이트의 마약성 효과는 "알칼리 혈액"에서 클로로포름으로의 가설적 대사 경로에 기인했다. 트라이클로로에테인은 클로랄과의 구조적 유사성 및 잠재적 마취 효과에 대해 연구되었다. 그러나 트라이클로로에테인은 실험실 실험에서 클로로포름으로의 전환을 나타내지 않았다. 트라이클로로메틸기가 없는 1,1,2-트라이클로로에테인(비닐 트라이클로라이드) 이성질체는 1,1,1 이성질체보다 훨씬 강한 마취 효과를 나타냈다.
1,1,1-트라이클로로에테인 안전성
많은 유사 화합물만큼 유독하지는 않지만, 흡입하거나 섭취된 1,1,1-트라이클로로에테인은 중추신경계 중추신경억제제로 작용하여 에탄올 중독과 유사한 효과를 유발할 수 있으며, 여기에는 어지럼증, 혼란, 그리고 충분히 높은 농도에서는 무의식과 사망이 포함된다. 트라이클로로에테인의 의도적인 흡입과 관련된 치명적인 중독 및 질병이 보고되었다.
액체와의 장기간 피부 접촉은 피부의 지방 제거를 유발하여 피부 자극을 초래할 수 있다.
국제 암 연구 기관은 1,1,1-트라이클로로에테인을 2A군 발암 물질로 분류한다.
1,1,1-트라이클로로에테인 대기 중 농도
1,1,1-트라이클로로에테인은 이산화 탄소 대비 169의 100년 지구 온난화 지수를 가진 상당히 강력한 온실 기체이다. 그럼에도 불구하고, 대기 수명이 약 5년으로 비교적 짧기 때문에 사염화 탄소의 10분의 1 미만이다.
몬트리올 의정서는 1,1,1-트라이클로로에테인을 오존홀의 원인 물질로 지정하고 1996년부터 그 사용을 금지했다. 그 이후로 전 세계 대부분의 지역에서 제조 및 사용이 단계적으로 중단되었으며, 대기 중 농도는 크게 감소했다.
1,1,1-트라이클로로에테인 추가 자료
Doherty, R.E. (2000). 《A History of the Production and Use of Carbon Tetrachloride, Tetrachloroethylene, Trichloroethylene and 1,1,1-Trichloroethane in the United States: Part 2 - Trichloroethylene and 1,1,1-Trichloroethane》. 《Environmental Forensics》 1. 83–93쪽. Bibcode:2000EnvFo...1...83D. doi:10.1006/enfo.2000.0011. S2CID 97370778.
브로모다이플루오로메테인
브로모다이플루오로메테인(Bromodifluoromethane) 또는 할론 1201 또는 FC-22B1은 기체 트라이할로메테인 또는 브로모플루오로탄화수소이다.
브로모다이플루오로메테인 합성
수소와 다이브로모다이플루오로메테인을 400~600 °C 범위의 온도에서 반응시켜 제조할 수 있다.
임계점 데이터: Tc = 138.83 °C (411.98 K); pc = 5.2 MPa (51.32 bar); Vc = 0.275 dm3·mol−1.
브로모다이플루오로메테인 용도
브로모다이플루오로메테인은 냉매 및 소화기에 사용되었다. 이는 오존 파괴 지수 ODP = 0.74인 1급 오존 파괴 물질이며, 100년 동안 지구 온난화 지수가 398인 온실 가스이지만, 5.2년의 비교적 짧은 대기 수명으로 인해 다른 플루오르화 가스보다 훨씬 작다. 1996년 몬트리올 의정서에 의해 금지되었다.
2-클로로-1,1,1-트라이플루오로에테인
2-클로로-1,1,1-트라이플루오로에테인(2-Chloro-1,1,1-trifluoroethane)은 1,1,1-트라이플루오로-2-클로로에테인 또는 프레온 133a로도 알려져 있으며, 화학식 F3C-CH2-Cl을 가지는 하이드로클로로플루오로카본 범주에 속하는 할로알케인이다. 표준상태에서 무색 기체로 나타나며, 물에 부분적으로 용해된다. 냉매, 용매 및 유기 합성의 시약으로 사용된다.
트라이클로로에틸렌과 플루오린화 수소의 반응으로 만들 수 있다.
클로로플루오로메테인
클로로플루오로메테인(Chlorofluoromethane) 또는 프레온 31은 화학식이 CH2ClF인 수소염화플루오르화탄소 (HCFC)이다. 무색, 무취의 가연성 기체이다. 이 물질은 몬트리올 의정서에 따라 2015년 1월 1일부터 생산 및 수입이 금지된 2급 오존 파괴 물질이다.
클로로플루오로메테인 용도
다이클로로플루오로메테인과 클로로플루오로메테인의 혼합물을 열분해하면 헥사플루오로벤젠이 생성된다.
3 CHCl2F  +  3 CH2ClF →   C6F6  +  9 HCl
냉매로 사용되었으며, 오존 파괴 지수는 0.02이다.
클로로플루오로메테인 추가 데이터
결정 구조는 단사정계이며, 공간군 P21과 격자 상수 a = 6.7676, b = 4.1477, c = 5.0206 (0.10−1 nm), β = 108.205°를 갖는다.
22km 고도에서 클로로플루오로메테인 미량이 검출된다 (148 ppt).
다이브로모메테인
다이브로모메테인 또는 메틸렌 브로마이드, 또는 메틸렌 다이브로마이드는 화학식 CH2Br2를 갖는 할로메테인이다. 물에 약간 녹지만 유기 용매에는 매우 잘 녹는다. 무색 액체이다.
다이브로모메테인 물리적 특성
상온에서 다이브로모메테인은 약 0.61 GPa에서 고체화된다. 결정 구조는 할로젠 간 및 수소-할로젠 상호작용을 강력히 시사한다.
다이브로모메테인 제조
다이브로모메테인은 상업적으로 다이클로로메테인에서 브로모클로로메테인을 통해 제조된다.
6 CH2Cl2  + 3 Br2  + 2 Al  →  6 CH2BrCl  +  2 AlCl3
CH2Cl2  + HBr  →  CH2BrCl  +  HCl
후자의 경로는 촉매로 염화 알루미늄을 필요로 한다.
두 반응의 브로모클로로메테인 생성물은 유사한 방식으로 추가로 반응할 수 있다.
6 CH2BrCl  + 3 Br2  + 2 Al  →  6 CH2Br2  +  2 AlCl3
CH2BrCl  + HBr  →  CH2Br2  +  HCl
실험실에서는 브로모폼으로부터 아비산 나트륨과 수산화 나트륨을 사용하여 제조된다.
CHBr3 + Na3AsO3 + NaOH → CH2Br2 + Na3AsO4 + NaBr
다른 방법은 다이아이오도메테인과 브로민으로부터 제조하는 것이다.
다이브로모메테인 용도
다이브로모메테인은 용매, 게이지 유체 및 유기 합성에 사용된다 (종종 1H-NMR 내부 표준으로). 폴리올 (예: 카테콜)을 메틸렌다이옥시 유도체로 편리하게 전환하고, 엔올레이트를 브로모메틸화한다. 이는 다이아이오도메테인보다 훨씬 저렴한 시몬스-스미스 반응 유형 시약의 전구체이다.
다이브로모메테인 자연 발생
이는 해양 조류에 의해 자연적으로 생산되어 바다로 방출된다. 토양에 방출되면 증발하여 지표 아래로 침출된다. 물에 방출되면 주로 휘발로 인해 손실되며 반감기는 5.2시간이다. 중요한 생물학적 또는 비생물학적 분해 효과는 없다. 대기 중에서는 광화학적으로 생성된 수산화기 라디칼과의 반응으로 인해 손실된다. 이 반응의 추정 반감기는 213일이다.
다이클로로플루오로메테인
다이클로로플루오로메테인(Dichlorofluoromethane) 또는 프레온 21 또는 R 21은 화학식 CHCl2F를 갖는 할로메테인 또는 하이드로클로로플루오로카본이다. 무색 무취의 기체이다. 이는 삼플루오린화 안티모니와 같은 촉매를 사용하여 클로로포름의 플루오린화를 통해 생성된다.
CHCl3 + HF → CHCl2F + HCl
다이클로로플루오로메테인 용도
다이클로로플루오로메테인은 추진제 및 냉매로 사용되었다. 오존홀에 미치는 역할로 인해 다이클로로플루오로메테인은 대부분 단계적으로 폐지되었다. 오존 파괴 지수는 0.04이다. 2004년부터 생산 및 소비량은 1989년 수준의 15%로 감소했으며, 몬트리올 의정서에 따라 2015년에는 완전히 폐지될 예정이다.
다이클로로플루오로메테인과 클로로플루오로메테인 혼합물의 열분해는 육플루오로벤젠을 생성한다.
3 CHCl2F + 3 CH2ClF → C6F6 + 9 HCl
다이클로로플루오로메테인 추가 물리 데이터
임계점은 178.5 °C (451.7 K) 및 5.17 MPa (51.7 bar)이다. 5 K에서 105 K까지의 온도에서 공간군 Pbca에서 하나의 상을 갖는다.
다이클로로플루오로메테인 안전
독성은 클로로포름과 비슷하다. TLV는 10 ppm이다.
디플루오로메테인
디플루오로메테인(Difluoromethane)은 HFC-32 또는 R-32라고도 불리며, 화학식 CH2F2를 갖는 유기 플루오린 화합물이다. 냉매로 사용되는 무색 기체이다. 하이드로플루오르카본으로서 R-32는 EU에서 단계적으로 퇴출되고 있다.
디플루오로메테인 합성
디플루오로메테인은 다이클로로메테인과 플루오린화 수소(HF)의 반응을 통해 SbF5를 촉매로 사용하여 생산된다.
CH2Cl2 + 2 HF  →  CH2F2 + 2 HCl
디플루오로메테인 응용
디플루오로메테인은 응축 및 기화 모두에서 뛰어난 열 전달 및 압력 강하 성능을 보이는 냉매로 사용된다.
디플루오로메테인은 현재 일본, 중국, 인도에서 R-410A를 대체하여 주거용 및 상업용 에어컨에 단독으로 사용되고 있다. 경미한 가연성으로 인한 잔류 위험을 줄이기 위해, 이 분자는 브레이징 판형 열교환기(BPHE) 또는 소구경 튜브를 갖는 쉘-앤-튜브 열교환기 및 튜브-앤-플레이트 열교환기와 같이 냉매 충전량이 적은 열 전달 장비에 적용되어야 한다.
많은 응용 분야에서 디플루오로메테인은 동일한 작동 조건에서 R-410A보다 높은 열전달 계수를 보였지만, 마찰 압력 강하도 더 높았다.
디플루오로메테인의 다른 용도로는 에어로졸 추진제 및 발포제로 사용되는 것이 있다.
디플루오로메테인 환경 영향
HFC-32의 지구 온난화 지수(GWP)는 100년 시간 범위에서 677로 추정된다. 이는 대체되는 HFC 냉매의 GWP보다 훨씬 낮지만, 더 낮은 GWP 냉매 사용에 대한 지속적인 연구를 촉진할 만큼 충분히 높다.
디플루오로메테인은 ODP가 0이므로 미국 청정대기법에 의해 제한되는 1963년 VOC 목록에서 제외된다.
디플루오로메테인 유럽 연합 단계적 퇴출
온실가스 배출량을 줄이기 위해 유럽 연합은 R-32를 포함한 여러 고GWP 수소불화탄소 냉매를 단계적으로 퇴출하는 법률을 통과시켰다. R-32 기반 가정용 냉장고 판매는 2026년 1월 1일부터 금지되며, 에어컨 및 열펌프는 용량 및 장비 유형에 따라 2027년부터 2030년까지 단계적으로 금지된다.
고려 중인 대체재는 다음과 같다. :
하이드로플루오로올레핀
하이드로플루오로올레핀(Hydrofluoroolefin, HFO)은 수소, 플루오린 및 탄소로 구성된 불포화 유기 화합물이다. 이 유기플루오린 화합물은 냉매로서 주목받고 있다. 포화된 기존의 수소불화탄소(HFC) 및 염화 플루오린화 탄소(CFC)와 달리, HFO는 알켄으로도 알려진 올레핀이다. 대부분의 HFO 가스는 과불화 탄소를 포함하고 있어 과불화화합물이다.
하이드로플루오로올레핀
HFO 냉매는 오존층 파괴 지수(ODP)가 0이고 지구 온난화 지수(GWP)가 낮으므로 CFC, HCFC 및 HFC 냉매보다 환경 친화적인 대안을 제공한다. HCFC 및 HFC에 비해 HFO는 수산화 라디칼 및 염소 라디칼과의 C=C 결합의 반응성으로 인해 대류권 수명이 더 짧다. 이러한 빠른 반응성은 성층권에 도달하여 좋은 오존의 고갈에 참여하는 것을 방지하여, 냉매로 사용하기 위한 새로운 HFO 혼합물의 개발 및 특성화에 대한 강한 관심을 불러일으킨다. HFO 등급의 많은 냉매는 본질적으로 화학적으로 안정적이고 불활성이며, 비독성이거나 가연성이 낮거나 비가연성이다. 많은 HFO는 일반적인 온도에서 냉매로 사용하기에 적절한 어는점과 끓는점을 가지고 있다. 또한 발포제, 즉 단열 폼, 식품 산업, 건축 자재 등의 생산에도 채택되었다. 그러나 HFO는 물의 산성화를 유발하고 민감한 생태계인 습지에 축적될 수 있는 잔류성 독성 화학 물질인 트라이플루오로아세트산을 생성하기 위해 분해된다.
HFO는 HFC의 GWP의 0.1%를 가진 "4세대" 냉매로 개발되고 있다.
하이드로플루오로올레핀 예시
사용 중인 HFO는 다음과 같다.
가장 큰 HFO 브랜드는 듀폰에서 분사된 케무어스에서 생산하는 옵테온이다.
옥타플루오로사이클로뷰테인
옥타플루오로사이클로뷰테인(octafluorocyclobutane) 또는 퍼플루오로사이클로뷰테인(perfluorocyclobutane), C4F8는 여러 특수 용도로 사용되는 유기 플루오린 화합물이다. 옥타플루오로사이클로뷰테인은 무색 기체이며 액화 기체로 운송된다. 모든 C–H 결합이 C–F 결합으로 대체된 사이클로뷰테인의 퍼플루오린화 유사체이다.
옥타플루오로사이클로뷰테인 생산
옥타플루오로사이클로뷰테인은 테트라플루오로에틸렌의 이량체화 및 1,2-다이클로로-1,1,2,2-테트라플루오로에탄의 환원성 짝지음으로 생산된다.
옥타플루오로사이클로뷰테인 속성
옥타플루오로사이클로뷰테인의 임계점은 115.3 °C 및 2.79 MPa이다.
옥타플루오로사이클로뷰테인 응용
반도체 재료 및 장치 생산에서 옥타플루오로사이클로뷰테인은 주로 식각 공정에서 패시베이션층 재료로 사용된다. 때로는 식각제로도 사용된다. 또한 오존층 파괴 염화 플루오린화 탄소 냉매를 대체하는 특수 용도의 냉매로도 연구되었다. 휘발성과 화학적 불활성을 이용하여 일부 에어로졸 식품에서 옥타플루오로사이클로뷰테인을 찾을 수 있다. 이는 코덱스 알리멘타리우스에 946번 (EU의 경우 E946)으로 등재되어 있다. 이는 육플루오린화 황을 대체할 유전체 기체로 연구되고 있다.
플루오르화 비닐
플루오르화 비닐(Vinyl fluoride)은 화학식 C2H3F를 갖는 유기 할로젠 화합물이다. 희미한 에터와 같은 냄새가 나는 무색 기체이다. 불소수지폴리불화 비닐의 단량체 전구체로 사용된다.
플루오르화 비닐 생산
이것은 1901년 벨기에의 화학자 프레데리크 스와르츠가 처음으로 제조했는데, 그는 1892년에 염화 플루오린화 탄소를 처음 제조한 사람이다. 스와르츠는 아연과 1,1-다이플루오로-2-브로모에테인의 반응을 이용했다. 이것은 산업적으로 두 가지 경로로 생산되는데, 하나는 아세틸렌과 플루오린화 수소의 수은 촉매 반응이다.
HC≡CH + HF → CH2=CHF
또한 1,1-클로로플루오로에테인으로부터도 제조된다.
CH3CHClF → CH2=CHF + HCl
플루오르화 비닐 안전
플루오르화 비닐은 IARC 2A군 발암 물질 (인간에게 암을 유발할 가능성이 있음)로 분류된다.
플루오르화 비닐 추가 데이터
임계점은 54.8 °C (328 K) 및 5.24 MPa이다. 분자 쌍극자 모멘트는 1.4 디바이이고 기화열은 361 kJ/kg이다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(2,3,3,3-Tetrafluoropropene), HFO-1234yf,는 화학식 CH2=CFCF3를 가진 하이드로플루오로올레핀 (HFO)이다. 주요 용도는 낮은 지구 온난화 지수 (GWP)를 가진 냉매이다.
냉매로서 R-1234yf로 지정되며, 케무어스에서 옵테온 YF, 허니웰에서 솔스티스 yf라는 이름으로 판매된다. R-1234yf는 또한 제오트로픽 냉매 혼합물 R-454B의 구성 요소이기도 하다.
HFO-1234yf는 이산화 탄소보다 GWP가 낮으며, 이산화 탄소는 R-134a보다 1,430배 덜 강력하다. 이러한 이유로 2,3,3,3‑테트라플루오로프로펜은 차량용 에어컨의 R-134a를 대체하는 가장 중요한 물질이다. 2022년 기준으로, 미국 신규 자동차의 90%가 HFO-1234yf를 사용할 것으로 추정된다.
이전 차량용 냉매와 달리 2,3,3,3‑테트라플루오로프로펜은 인화성 물질이다. 이것이 얼마나 위험한지는 아래에서 논의한다. 한 가지 단점은 이것이 단사슬 퍼플루오르화 카르복실산(PFCA)으로 분해되며, 이는 잔류성 유기 오염 물질이라는 점이다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 자동차 산업의 채택
HFO-1234yf는 바바라 해빌랜드 마이너가 이끄는 듀폰 팀이 허니웰의 연구원들과 공동으로 개발했다. 이들의 목표는 2011년에 발효된 유럽 지침 2006/40/EC를 충족하는 것이었다. 이 지침은 유럽에서 판매되는 모든 신차 플랫폼이 에어컨 시스템에 이산화 탄소보다 150배 미만의 지구 온난화 지수 (GWP)를 가진 냉매를 사용해야 한다고 규정했다. HFO-1234yf는 처음에는 100년 GWP가 4로 간주되었지만, 현재는 100년 GWP가 1 미만(이산화 탄소는 GWP 1.0)으로 간주된다.
2006/40/EC를 준수하기 위해 개발된 대안들 중에서 HFO-1234yf는 자동차 제조업체에게 가장 낮은 전환 비용을 제공했다. 이는 이전 자동차 에어컨 냉매인 R-134a의 "거의 완전한 대체품"으로 사용될 수 있으며, R-134a는 100년 GWP가 1430이다. HFO-1234yf는 인화성 때문에 일부 다른 특수 장비가 필요하지만, 정비소에서 R-134a와 매우 유사하게 취급될 수 있다. HFO-1234yf와 R-134a 기반 시스템 간의 호환성에 영향을 미치는 또 다른 문제는 윤활유 선택이다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 자동차 산업의 채택
2010년 7월 23일, 제너럴 모터스는 2013년 미국 쉐보레, 뷰익, GMC, 캐딜락 모델에 HFO-1234yf를 도입할 것이라고 발표했다. 얼마 지나지 않아 허니웰과 듀폰은 HFO-1234yf 생산을 위해 중국 창수시에 제조 시설을 공동으로 건설할 것이라고 발표했다. 2012년, 캐딜락은 R-1234yf를 사용하는 최초의 미국 자동차를 생산했다. 그 이후로 크라이슬러, GMC, 그리고 포드 모두 차량을 R1234yf로 전환하기 시작했다.
일본 자동차 제조업체들도 R1234yf로 전환하고 있다. 혼다와 스바루는 2017년 모델부터 새로운 냉매를 도입하기 시작했다. 2017년부터 2018년까지 BMW는 모든 모델을 R-1234yf로 변경했다. 2018년 기준으로, OEM(Original Equipment Manufacturer)의 신차 중 50%가 R-1234yf를 사용할 것으로 추정된다.
2017년에 허니웰은 화합물에 대한 수요 증가를 처리하기 위해 루이지애나주 가이즈마르에 새로운 공장을 열었다. 허니웰과 듀폰은 HFO-1234yf에 대해 발행된 대부분의 특허를 보유하고 있으며 2018년에도 주요 제조업체로 남아 있었다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 자동차 산업의 채택
이 제품은 ASHRAE에 의해 약간 가연성으로 분류되었지만, SAE 인터내셔널의 수년간의 테스트 결과 차량에서 일반적으로 경험하는 조건에서는 제품이 점화되지 않는 것으로 입증되었다. 2008년에 실시된 테스트에서는 점화를 위해 900 °C (1,650 °F)를 초과하는 온도와 PAG 오일과의 혼합이 필요하다는 것을 나타냈다. 일단 불이 붙으면 2,3,3,3‑테트라플루오로프로펜은 매우 부식성이 강하고 독성이 있는 기체 상태의 플루오린화 수소와 플루오린화 카보닐을 방출한다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 자동차 산업의 채택
2012년 8월, 메르세데스-벤츠는 이 물질이 시뮬레이션된 정면충돌에서 점화된다는 것을 보여주었다. 테스트를 진행한 한 다임러의 선임 엔지니어는 "우리는 충격에 얼어붙었다는 것을 부인하지 않겠다. 우리가 방금 본 것을 이해하는 데 하루가 걸렸다"고 말했다. 연구원들이 2,3,3,3‑테트라플루오로프로펜과 에어컨 컴프레서 오일을 뜨거운 자동차 엔진에 분사했을 때, 혼합물은 세 번 중 두 번 불이 붙었다. 9월에 다임러는 보도 자료를 발행하고, 냉매를 사용하는 자동차의 리콜을 제안하며 자체 설계에 구형 냉매를 계속 사용했다. 독일 자동차 제조업체들은 더 안전할 것이라고 주장하는 이산화 탄소 냉매 개발을 주장했다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 자동차 산업의 채택
2012년 10월, SAE 인터내셔널은 다임러의 주장을 조사하고 이전 테스트를 확장하기 위해 새로운 협력 연구 프로젝트 CRP1234-4를 설립했다. 이 조사는 R-1234yf가 차량 화재 노출의 추정 위험을 증가시키지 않는다고 결론 내렸다. 왜냐하면 "다임러가 완료한 냉매 방출 테스트는 비현실적이었고" "점화에 유리한 극단적인 조건을 만들었기" 때문이다. 독일의 Kraftfahrt-Bundesamt도 자체 테스트를 실시했다. 2013년 8월 유럽 연합에 제출한 보고서에서 KBA는 R-1234yf가 R-134a보다 잠재적으로 더 위험하지만, 심각한 위험을 구성하지는 않는다고 결론 내렸다.
Auto Service Professional에 기고한 고든 자크는 이 논란을 다음과 같이 요약했다.
"가연성 문제는 많은 관심을 불러일으켰고, 업계는 심각한 제3자 테스트를 실시하게 만들었다. 결론은 이렇다: 냉매는 탈 수 있지만, 점화하려면 많은 열이 필요하고 천천히 탄다. 보닛 아래의 거의 모든 다른 유체는 R1234yf보다 더 쉽게 점화되고 더 뜨겁게 타므로, 업계는 적절한 에어컨 시스템 설계로 차량 내 화재 발생 가능성을 높이지 않는다고 판단했다."
HFO-1234yf와 10-11%의 R-134A를 혼합하여 ASHRAE에서 A2L로 분류하기 위해 검토 중인 하이브리드 가스를 개발 중이며, 이는 "사실상 불연성"으로 설명된다. 이 가스들은 R451A 및 R451B라는 이름으로 검토 중이다. 이 혼합물들의 GWP는 약 147이다.
HFO-1234yf의 가연성을 낮추기 위해 다른 첨가제가 제안되었는데, 예를 들어 트라이플루오로아이오도메테인은 대기 수명이 짧아 낮은 GWP를 가지지만, 약간 돌연변이원성이 있다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 환경 영향
대기 중에서는 R-1234yf가 트라이플루오로아세트산 (TFA(A))으로 분해되며, 이는 물에 축적될 수 있다.
다른 HFO는 2차 대기 분해 산물로 HFC-23을 생성하는 것으로 나타났다. HFC-23은 GWP100이 14,800인 매우 강력한 온실가스이다. 그러나 HFO-1234yf는 HFC-23을 형성하지 않는 것으로 밝혀졌다.
트라이할로메테인
화학에서 트라이할로메테인(Trihalomethane, THMs)은 메테인(CH4)의 수소 원자 4개 중 3개가 할로젠 원자로 대체된 화합물이다. 모든 할로젠 원자가 동일한 트라이할로메테인은 할로포름이라고 한다. 많은 트라이할로메테인은 산업에서 용매 또는 냉매로 사용된다. 일부 THM은 또한 환경 공해물질이며, 몇몇은 발암물질로 간주된다.
트라이할로메테인 산업적 용도
할로포름 중 클로로포름만이 중요한 응용 분야를 가진다. 주요 응용 분야에서 클로로포름은 테플론의 전구체인 테트라플루오로에틸렌(TFE) 생산에 필요하다. 클로로포름은 플루오린화 수소와의 반응에 의해 플루오린화되어 염화이플루오르화메테인(R-22)을 생성한다. 염화이플루오르화메테인의 열분해(550–750 °C)는 중간체인 다이플루오로카벤과 함께 TFE를 생성한다.
환경으로 방출된 트라이할로메테인은 클로로플루오로카본(CFC)보다 빠르게 분해되어 오존층에 훨씬 적은 손상을 준다. 트라이플루오로메테인과 염화이플루오르화메테인은 모두 냉매로 사용된다. 염화이플루오르화메테인은 냉매 HCFC, 즉 수소염화불화탄소이며, 플루오로포름은 HFC, 즉 수소불화탄소이다. 플루오로포름은 오존층을 파괴하지 않는다.
클로로포름은 유기화학에서 흔한 용매이다.
트라이할로메테인 발생 및 생산
환경을 통한 클로로포름의 총 전지구적 유량은 연간 약 660000 톤이며, 배출량의 약 90%는 자연적인 기원이다. 많은 종류의 바닷말이 클로로포름을 생산하며, 균류는 토양에서 클로로포름을 생산하는 것으로 여겨진다.
대부분의 할로포름 — 특히 클로로포름(CHCl3), 브로모포름(CHBr3), 아이오도포름 (CHI3) — 은 대량 합성에 적합하지 않지만 할로포름 반응을 통해 쉽게 준비할 수 있다. (플루오로포름(CHF3)은 이러한 방식으로 준비할 수 없다.)
클로로포름은 메테인 또는 클로로메테인 혼합물을 염소 (원소)와 함께 가열하여 생산된다. 다이클로로메테인은 부산물이다.
브로모클로로플루오로메테인은 가장 간단한 안정적인 카이랄 화합물 중 하나이며 연구에 사용된다.
트라이할로메테인 규제
트라이할로메테인은 1974년 미국 안전한 식수법 통과 후 발행된 최초의 식수 규제의 대상이었다.
EPA는 주요 4가지 성분(클로로포름, 브로모포름, 브로모다이클로로메테인, 다이브로모클로로메테인)의 총 농도를 총 트라이할로메테인(TTHM)으로 지칭하며, 처리된 물에서 80 Ppb로 제한한다.
수영장에서는 미량의 클로로포름이 생성된다.
R-454B
R-454B는 상표명 옵테온 XL41, 솔스티스 454B, 퓨론 어드밴스로도 알려져 있으며, 68.9%의 수소불화탄소인 다이플루오로메테인(R-32)과 31.1%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)의 비공비 혼합물이다. 지구 온난화 지수(GWP)가 낮기 때문에, R-454B는 신규 장비에서 R-410A 냉매의 대안이 될 예정이다. R-454B의 GWP는 466으로, R-410A의 GWP인 2088보다 78% 낮다.
R-454B는 무독성이며 약한 가연성을 가지며, 미국공조냉동공학회 안전 분류 A2L 등급이다. 미국에서는 빨간색이거나 어깨 또는 상단에 빨간색 띠가 있는 용기에 포장될 것으로 예상된다. 이 용기에는 교차 오염을 방지하기 위해 왼손 나사 밸브가 제공된다.
2025년 5월 현재 미국에서는 R-454B가 부족한 상황이다.
R-454B 역사
냉동 산업은 높은 지구 온난화 지수 때문에 R-410A의 대체품을 찾고 있다. 이전에 DL-5A로 알려졌던 R-454B는 여러 제조업체에 의해 선정되었다.
R-454B는 케무어스에서 개발하고 제조한다. 캐리어는 2018년에 덕트식 주거용 및 경상업용 패키지형 냉동 및 에어컨 제품에 R-454B를 도입한다고 처음 발표했으며, R-454B 기반 제품은 2023년부터 출시되었다.
R-454B 관련 냉매
R-454B는 R-32와 R-1234yf의 유일한 냉매 혼합물은 아니다. 다른 혼합물로는 R-454A (R-32 35%, R-1234yf 65%)와 R-454C (R-32 21.5%, R1234yf 78.5%)가 있다. 세 번째 구성 요소를 포함하는 몇 가지 혼합물도 있다.
옥타플루오로프로페인
옥타플루오로프로페인(Octafluoropropane, C3F8)은 프로페인의 과불화탄소 유사체이다. 이 불연성 및 무독성 합성 물질은 반도체 생산 및 의학 분야에 응용된다. 또한 매우 강력한 온실 기체이다.
옥타플루오로프로페인 제조
옥타플루오로프로페인은 전기화학적 불소화 또는 플루오린화 코발트를 사용한 파울러 공정으로 생산될 수 있다.
옥타플루오로프로페인 응용
전자 산업에서 옥타플루오로프로페인은 산소와 혼합되어 반도체 응용 분야에서 SiO2 층을 위한 플라스마 식각 물질로 사용되는데, 이는 산화물이 금속 기판에 비해 선택적으로 식각되기 때문이다.
의학 분야에서 옥타플루오로프로페인은 조영 증강 초음파에 사용되는 미세 기포 조영제의 기체 코어를 구성할 수 있다. 옥타플루오로프로페인 미세 기포는 음파를 잘 반사하며 초음파 신호 역산란을 개선하는 데 사용된다.
이는 망막 구멍이나 파열을 복구하는 파스 플라나 유리체 절제술과 같은 눈 수술에 사용된다. 이 기체는 망막 구멍이나 파열에 장기간 지혈 또는 마개를 제공하여 시술 후 며칠 동안 망막이 재부착될 수 있도록 한다.
R-218이라는 이름으로 옥타플루오로프로페인은 다른 산업에서 냉매 혼합물의 구성 요소로 사용된다.
이는 화성 테라포밍을 위한 일부 계획에 등장했다. 이산화 탄소(CO2)보다 24,000배 더 큰 온실 효과를 가진 옥타플루오로프로페인은 화성 테라포밍에 필요한 시간과 자원을 극적으로 줄일 수 있다.
이는 건설 중인 PICO-500 검출기를 포함하여 PICO 암흑 물질 탐색 실험에 사용되는 검출기의 활성 액체이다.
색과학
색과학, 색채 과학, 컬러 사이언스(color science)는 조명과 광학, 빛의 측정과 색의 과학적 연구, 색채 지각의 생리학, 정신물리학 및 모델링, 그리고 색 재현을 포함하는 색에 대한 학문이다. 이는 전통적인 색 이론의 현대적 확장이다.
색과학 학술지
색채 과학 분야의 연구 논문을 발행하는 주요 학술지는 1975년 창립 편집장인 프레드 빌마이어가 군터 비세키, 마이클 포인터 및 롤프 퀴니와 함께 저널 오브 컬러 (1964–1974)의 후속으로 창간한 컬러 리서치 앤 애플리케이션이다. 이전에는 대부분의 색채 과학 연구가 미국 광학 학회지 (JOSA), 사진 과학 및 공학 (1957–1984), 그리고 염색 및 착색 전문가 학회지 (2001년 컬러레이션 테크놀로지로 개명)와 같이 더 넓거나 부분적으로 겹치는 초점을 가진 학술지들로 나뉘어 출판되었다.
색채 과학 논문이 게재되는 다른 학술지로는 이미징 과학 및 기술 학회지, 지각 영상 학회지, 국제 색채 협회 학회지 (JAIC), 일본 색채 과학 협회 학회지, 응용 광학, 그리고 비전 학회지 등이 있다.
나노리소그래피
나노리소그래피(Nanolithography, NL)는 다양한 재료에 나노미터 크기 구조의 공학(예: 에칭, 증착, 쓰기, 인쇄 등 패턴화)을 다루는 나노기술 내에서 성장하고 있는 기술 분야이다.
현대 용어는 10−9~10−6미터, 즉 나노미터 규모로 구축된 구조의 설계를 반영한다. 기본적으로 이 분야는 석판 인쇄의 파생물이지만, 매우 작은 구조를 다룬다. 모든 NL 방법은 포토리소그래피, 스캐닝 리소그래피, 소프트 리소그래피 및 기타 여러 기술의 네 가지 그룹으로 분류할 수 있다.
나노리소그래피 역사
나노리소그래피는 무어의 법칙을 따르기 위해 집적 회로에서 서브마이크로미터 특징(예: 트랜지스터, 커패시터 등)의 수를 늘릴 필요성에서 발전했다. 리소그래피 기술은 18세기 후반부터 존재했지만, 1950년대 중반까지는 나노 규모 구조에 적용된 적이 없었다. 반도체 산업의 발전과 함께 마이크로 및 나노 규모 구조를 생산할 수 있는 기술에 대한 수요가 급증했다. 1958년, 포토리소그래피가 이러한 구조에 처음으로 적용되면서 나노리소그래피 시대가 시작되었다.
그 이후로 포토리소그래피는 100 나노미터 미만의 패턴을 생산할 수 있는 가장 상업적으로 성공적인 기술이 되었다. 이 분야와 관련된 여러 기술이 있으며, 각 기술은 의료 및 반도체 산업에서 다양한 용도를 위해 설계되었다. 이 분야의 발전은 나노기술의 발전에 크게 기여하며, 점점 더 작은 컴퓨터 칩에 대한 수요가 증가함에 따라 오늘날 점점 더 중요해지고 있다. 추가 연구 분야는 이 분야의 물리적 한계, 에너지 수확 및 광자학을 다룬다.
나노리소그래피 어원
그리스어에서 나노리소그래피라는 단어는 "나노"(난쟁이), "리토"(돌), "그래피"(쓰기)의 세 부분으로 나눌 수 있으며, "돌 위에 아주 작게 쓰기"를 의미한다.
나노리소그래피 포토리소그래피
2021년 현재, 포토리소그래피는 마이크로전자 및 반도체 장치 대량 생산에 가장 많이 사용되는 기술이다. 높은 생산 처리량과 작은 크기의 패턴 특징을 모두 가지고 있다.
광학 리소그래피(또는 포토리소그래피)는 나노리소그래피 분야에서 가장 중요하고 널리 퍼진 기술 중 하나이다. 광학 리소그래피는 몇 가지 중요한 파생 기술을 포함하며, 모두 매우 짧은 광 파장을 사용하여 특정 분자의 용해도를 변화시켜 용액에 씻겨나가도록 하고 원하는 구조를 남긴다. 몇 가지 광학 리소그래피 기술은 액침 및 위상 반전 마스크 (PSM) 및 광학 근접 보정 (OPC)과 같은 여러 해상도 향상 기술을 사용해야 한다. 이 세트에 포함된 기술 중 일부는 다광자 리소그래피, 엑스선 리소그래피, 광 결합 나노리소그래피(LCM) 및 극자외선 리소그래피 (EUVL)를 포함한다. 이 마지막 기술은 높은 처리율로 30 나노미터 이하의 구조를 정확하게 생산할 수 있는 능력 때문에 상업적 목적에 실현 가능한 옵션이 되므로 가장 중요한 차세대 리소그래피 (NGL) 기술로 간주된다.
나노리소그래피 포토리소그래피
양자 광학 리소그래피(QOL)는 1 nm 해상도로 쓸 수 있는 회절 제한 없는 방법으로, 빨간색 레이저 다이오드(λ = 650 nm)를 사용하여 광학적 수단으로 쓴다. 기하학적 도형 및 문자 같은 복잡한 패턴은 레지스트 기판에서 3 nm 해상도로 얻어졌다. 이 방법은 20 nm 해상도로 그래핀을 나노패턴링하는 데 적용되었다.
나노리소그래피 스캐닝 리소그래피
전자빔 리소그래피(EBL) 또는 전자빔 직접 쓰기 리소그래피(EBDW)는 전자에 민감한 필름 또는 포토레지스트 (예: PMMA 또는 HSQ)로 덮인 표면에 초점 전자를 스캔하여 맞춤형 모양을 그린다. 레지스트의 용해도를 변경하고 용매에 담그는 방식으로 재료를 선택적으로 제거함으로써 10 nm 미만의 해상도를 달성했다. 이러한 형태의 직접 쓰기, 마스크 없는 리소그래피는 높은 해상도와 낮은 처리량을 가지며, 단일 컬럼 전자빔은 포토마스크 제작, 소량의 반도체 소자 생산, 연구 개발에 제한적으로 사용된다. 다중 전자빔 접근 방식은 반도체 대량 생산을 위한 처리량을 늘리는 것을 목표로 한다.
EBL은 초고감도 센싱을 위해 고체 기판에 단백질 나노패턴을 선택적으로 형성하는 데 활용될 수 있다. EBL용 레지스트는 순차 침투 합성 (SIS)을 사용하여 경화시킬 수 있다.
나노리소그래피 스캐닝 리소그래피
주사 탐침 리소그래피 (SPL)는 주사 탐침 현미경을 사용하여 나노미터 규모에서 개별 원자까지 패턴을 형성하는 또 다른 기술 세트로, 원치 않는 재료를 에칭하거나 새로운 재료를 기판에 직접 쓰는 방식으로 이루어진다. 이 범주의 중요한 기술로는 딥펜 나노리소그래피, 열화학 나노리소그래피, 열 주사 탐침 리소그래피, 국부 산화 나노리소그래피 등이 있다. 딥펜 나노리소그래피는 이 기술들 중 가장 널리 사용된다.
이 기술은 높은 에너지(MeV)의 초점 양성자 빔을 사용하여 나노 차원에서 레지스트 재료를 패터닝하며, 100 nm 미만의 고해상도 패터닝이 가능함을 보여주었다.
이러한 기술 세트에는 이온 및 전자 투영 리소그래피가 포함된다. 이온 빔 리소그래피는 초점 또는 넓은 빔의 고에너지 경량 이온(He+와 같은)을 사용하여 패턴을 표면에 전송한다. 이온 빔 근접 리소그래피(IBL)를 사용하여 나노 규모 특징을 비평면 표면에 전송할 수 있다.
나노리소그래피 소프트 리소그래피
소프트 리소그래피는 폴리다이메틸실록세인과 같은 다양한 화학 화합물로 만들어진 탄성체 재료를 사용한다. 탄성체는 스탬프, 몰드 또는 마스크(포토마스크와 유사)를 만드는 데 사용되며, 이는 다시 마이크로 패턴 및 미세 구조를 생성하는 데 사용된다. 아래 설명된 기술은 한 단계로 제한된다. 동일한 표면에 연속적인 패터닝은 정렬 문제로 인해 어렵다. 소프트 리소그래피는 금속 증착 및 에칭에 상호보완적이지 않으므로 반도체 기반 장치 생산에는 적합하지 않다. 이 방법은 일반적으로 화학 패터닝에 사용된다.
나노리소그래피 기타 기술
나노임프린트 리소그래피 (NIL)와 그 변형인 스텝-앤-플래시 임프린트 리소그래피 및 레이저 보조 직접 임프린트(LADI)는 임프린트 저항 재료, 일반적으로 임프린팅 중 열 또는 UV 광으로 경화되는 단량체 또는 고분자 형성물의 기계적 변형에 의해 패턴이 생성되는 유망한 나노패턴 복제 기술이다. 이 기술은 접촉 인쇄 및 냉간 용접과 결합될 수 있다. 나노임프린트 리소그래피는 10 nm 미만 수준의 패턴을 생산할 수 있다.
자석 리소그래피(ML)는 "자석 마스크"라고 불리는 상자성 금속 마스크를 사용하여 기판에 자기장을 적용하는 것을 기반으로 한다. 포토마스크와 유사한 자석 마스크는 적용된 자기장의 공간 분포와 모양을 정의한다. 두 번째 구성 요소는 자석 마스크에 의해 유도된 자기장에 따라 기판에 조립되는 강자성 나노입자(포토레지스트와 유사)이다.
나노리소그래피 기타 기술
나노분수 탐침은 만년필과 유사한 개념의 마이크로유체 장치로, 저장소에서 기판 위로 프로그램된 움직임 패턴에 따라 좁은 화학 물질 트랙을 증착한다.
나노구체 리소그래피는 증착 마스크로 자가 조립 단층 막 구체(폴리스타이렌으로 만들어진 경우가 많음)를 사용한다. 이 방법은 정밀하게 제어된 간격으로 금 나노도트 어레이를 제작하는 데 사용되었다.
중성 입자 리소그래피(NPL)는 넓은 빔의 고에너지 중성 입자를 사용하여 표면에 패턴을 전송한다.
플라스몬 리소그래피는 표면 플라스몬 폴라리톤의 서브파장 필드 구속 특성을 활용하여 회절 한계를 넘어선 패턴을 생성하기 위해 표면 플라스몬 여기를 사용한다.
스텐실 리소그래피는 나노미터 크기 조리개를 그림자 마스크로 사용하여 나노미터 규모 패턴을 제작하는 무레지스트 병렬 방법이다.
삼브로민화 비소
삼브로민화 비소(Arsenic tribromide)는 화학식 As Br3를 가지는 무기 화합물이며, 비소의 브로민화물이다. 비소는 원소 기호 As, 원자 번호 33을 갖는 화학 원소이다. 이 피라미드형 분자는 유일하게 알려진 이성분 브로민화 비소이다. AsBr3는 약 2.3의 매우 높은 굴절률을 갖는 것으로 유명하다. 또한 매우 높은 반자성 감수율을 가지고 있다. 이 화합물은 습한 공기에서 연기를 내는 무색의 조해성 결정으로 존재한다.
삼브로민화 비소 제조
삼브로민화 비소는 삼산화 비소를 뜨거운 농축 브로민화 수소산으로 처리하여 최적으로 제조된다.
As2O3 + 6 HBr → 2 AsBr3 + 3 3 H2O
비소 분말의 직접 브로민화로도 제조할 수 있다. 또는 삼산화 비소를 원소 황과 브로민의 혼합물로 처리할 수 있다.
2 As2O3 + 3 S + 6 Br2 → 4 AsBr3 + 3 SO2
삼브로민화 비소는 쉽게 가수분해된다. 이는 탄화수소에 용해된다.
삼브로민화 비소 비소의 브로민화물
해당하는 인 화합물 PBr5는 잘 특성화되어 있지만, AsBr5는 알려져 있지 않다. AsBr3는 [As2Br8]2−, [As2Br9]3−, [As3Br12]3−를 포함한 일련의 초원자가 음이온 브로모아르세네이트의 모체이다.
유기 비소 브로민화물 (CH3)2AsBr 및 (CH3)AsBr2는 뜨거운 비소 금속과 브로민화 메틸의 구리 촉매 반응을 통해 효율적으로 형성된다. 이 합성은 메틸 염화실란 합성에 사용되는 직접 공정과 유사하다.
삼브로민화 비소 안전
삼브로민화 비소는 독성이 강하다. 발암물질이자 기형유발물질이다.
디에틸스틸베스트롤
디에틸스틸베스트롤(Diethylstilbestrol, DES), 스틸베스트롤 또는 스틸보에스트롤은 비스테로이드성 에스트로겐 약물이다. 현재는 거의 사용되지 않지만, 과거에는 재발성 유산 이력이 있는 사람들을 위한 임신 지원, 폐경기 증상 및 에스트로겐 결핍을 위한 호르몬 요법, 전립선암 및 유방암 치료 등 다양한 적응증에 널리 사용되었다. 2007년까지는 전립선암과 유방암 치료에만 사용되었다. 2011년, 후버와 동료들은 불임, 유산, 자궁외임신, 자간전증, 조산, 사산, 영아 사망, 45세 이전 폐경기, 유방암, 자궁경부암, 질암을 포함한 DES와 관련된 불리한 생식 건강 결과를 보고했다. DES는 주로 입으로 섭취되었지만, 질, 국소 및 주사와 같은 다른 투여 경로를 통해서도 사용 가능했다.
디에틸스틸베스트롤
DES는 에스트로겐 또는 에스트라디올과 같은 에스트로겐의 생물학적 표적인 에스트로겐 수용체의 효능제이다. 이것은 스틸베스트롤 그룹의 합성 화합물이자 비스테로이드성 에스트로겐이며, 천연물 에스트로겐인 에스트라디올과는 다르다. 에스트라디올과 비교하여, DES는 경구 섭취 시 생물학적 가용능이 크게 향상되었고, 물질대사에 더 강하며, 간 및 자궁과 같은 신체의 특정 부분에서 상대적으로 증가된 효과를 보인다. 이러한 차이로 인해 DES는 혈전, 심혈관 문제 및 특정 기타 유해효과의 위험이 증가한다.
DES는 1938년에 발견되어 1939년에 의료용으로 도입되었다. 약 1940년부터 1971년까지, 이 약물은 임산부에게 임신 합병증 및 유산의 위험을 줄일 것이라는 잘못된 믿음으로 투여되었다. 1971년, DES는 이 약물에 자궁내 노출된 사람들에게서 희귀한 질 종양인 투명세포암을 유발하는 것으로 나타났다. 미국 미국 식품의약국은 이후 임산부 치료용 DES 승인을 철회했다. 후속 연구에서는 DES가 노출된 사람들의 평생 동안 불임을 포함한 다양한 중대한 의학적 합병증을 유발할 가능성이 있음을 시사했다.
미국 국립암연구소는 DES를 복용한 어머니에게서 태어난 아이들에게 약물로 인한 합병증을 선별하기 위해 정기적으로 특별 건강 검진을 받을 것을 권장한다. 어머니의 임신 중에 DES에 노출된 개인들은 일반적으로 "DES 딸"과 "DES 아들"로 불린다. DES의 독성 효과가 발견된 이후, 대부분 사용이 중단되었고 현재는 인간 치료용으로 거의 판매되지 않는다.
디에틸스틸베스트롤 의학적 용도
DES는 과거에 다음 적응증에 사용되었다:
DES는 폐경 호르몬 요법에서 0.2~0.5 mg/일 용량으로 사용되었다.
DES를 이용한 전립선암 치료에 대한 관심은 오늘날까지 이어지고 있다. 그러나, 경구용 합성 에스트로겐인 DES보다 심혈관 독성 위험이 훨씬 낮은 폴리에스트라디올 인산염과 같은 생체 동일 비경구 에스트로겐의 사용이 지지되어 왔다. 전립선암 외에도 DES를 이용한 유방암 치료에 대한 관심도 오늘날까지 계속되고 있다. 그러나 전립선암의 경우와 유사하게, 유방암 치료를 위해 DES 대신 에스트라디올과 같은 생체 동일 에스트로겐 사용을 주장하는 의견이 제시되었다.
0.25~0.5 mg/일의 경구 DES는 전립선암으로 안드로겐 박탈 요법을 받는 남성의 안면 홍조 치료에 효과적이다.
DES는 임신 지원에 사용되었지만, 나중에 이 용도에는 효과적이지 않고 실제로는 해로운 것으로 밝혀졌다.