Proton conductivity (peptide films — MnOx-hybrid and bare)
양성자 전도도 (펩타이드/MnOx 하이브리드 필름)
전기화학적 임피던스 분광법(EIS, 금 차단 접점; Nyquist 반원을 RC 회로로 피팅)으로 측정한 벌크 이온(양성자) 전도도.
값 (see Lee et al., Adv. Funct. Mater. (2017), Figs. 3c, 5c–d)
| 재료 | 전도도 | 조건 |
|---|---|---|
| YYACAYY-MnOx-hybrid-film | 1.86×10⁻² S cm⁻¹ (18.6 mS cm⁻¹) | EIS, 90% RH, 25 °C (Fig. 3c) |
| YYACAYY/MnOx (DC, PdHx) | 3.4×10⁻³ S cm⁻¹ | DC, 90% RH (~5× 낮음; 접촉 저항) |
| YFACAFY 대조군 (Tyr→Phe) | 2×10⁻⁴ S cm⁻¹ | EIS, 80% RH (Fig. 5c) |
| 나노 Y₇C 필름 (YYACAYY-peptide, 2 wt%/TFA, 117 nm, Au 차단 전극) | 1.76×10⁻² S cm⁻¹ | EIS, 90% RH (see Song et al., Nat. Commun. (2020), Fig. 1f) |
| FFACAFF 대조군 (Tyr→Phe), 나노 필름 | 나노 Y₇C 대비 ~20× 낮음 | EIS, 90% RH (Song et al., Nat. Commun. (2020), Fig. 1f) |
나노 필름 vs MnOx 하이브리드 필름 (모순 아님). 스핀 코팅된 나노 Y₇C 필름(paper_169, 1.76×10⁻² S cm⁻¹ @ 90% RH)은 KMnO₄ 하이브리드 처리된 YYACAYY-MnOx-hybrid-film(paper_090, 1.86×10⁻² S cm⁻¹ @ 90% RH)에 비해 ~5% 낮다. 두 필름은 제형이 서로 다르며(2 wt%/TFA, 117 nm vs KMnO₄ 처리 1 wt%/HFIP), 각각의 고유한 필름 설명과 함께 두 행 모두 유지된다. 나노 Y₇C 필름은 YYACAYY-bimodal-memristor의 활성 매질이다.
문헌 비교 (Fig. 5d): 리플렉틴 필름 ~0.1 mS cm⁻¹, 상어 암풀라 젤리 ~2 mS cm⁻¹, MOF 최대 ~10⁻² S cm⁻¹, Nafion ~10⁻¹ S cm⁻¹. 하이브리드 필름의 18.6 mS cm⁻¹은 생체재료 기반 필름 중 보고된 최고값이다.
electrical-resistivity(paper_092의 어닐링된 YYACAYY 필름에서의 전자 전도도)와는 구별됨 — 전하 운반체(양성자 vs 전자)와 측정 방식이 모두 다르다.
타이로신 페놀 밀도가 분자 수준의 핵심 인자이다: YFACAFY (Tyr→Phe) 대조군은 ~10× 낮다. YYACAYY-MnOx-hybrid-film에서 tyrosine-KMnO₄-oxidative-crosslinking을 통해 생성된다.
소자 기하 Y₇C vs F₇C 이온 전도도 (paper_226, 2023)
paper_226 (Song et al., ACS Mater. Lett. (2023))은 나노 162.5 nm 스핀 코팅 필름 및 페놀기 없는 F₇C (FFACAFF) 대조군에 대해 소자 기하(Pt/Y₇C/Ag, Cole–Cole EIS)로 측정한 이온 전도도를 보고한다:
| 재료 | 전도도 | 조건 | 출처 |
|---|---|---|---|
| Y₇C (YYACAYY, 162.5 nm 필름) | ~1 mS cm⁻¹ | 75% RH | Song et al., ACS Mater. Lett. (2023), Fig. 3d/f |
| Y₇C (YYACAYY, 162.5 nm 필름) | ~20 mS cm⁻¹ | 90% RH | Fig. 3d/f |
| F₇C (FFACAFF, 전체 Tyr→Phe 대조군) | ~0.05 mS cm⁻¹ | 75% RH | Fig. 3d/f |
| F₇C (FFACAFF) | ~1 mS cm⁻¹ | 90% RH | Fig. 3d/f |
RH 전 범위에 걸친 ~20× Y₇C/F₇C 비율은 페놀성 –OH가 양성자 수송의 핵심 인자임을 규명한다(전체 Tyr→Phe 치환; see PCET-tyrosine, YYACAYY-peptide).
paper_090과의 상호 참조 (다른 필름 구조이므로 평균하지 않음). 여기서의 나노 Y₇C 상한값(~20 mS cm⁻¹ @ 90% RH, Pt/Y₇C/Ag 소자 기하)은 KMnO₄ 가교된 YYACAYY-MnOx-hybrid-film(18.6 mS cm⁻¹ @ 90% RH, paper_090)과 일치하나, 두 값은 서로 다른 필름 구조(나노 Y₇C vs MnOx 함유)에서 측정된 것이다. 두 측정값은 별개로 유지하며, 평균하지 않는다. 앞서 언급한 나노 Y₇C 값(1.76×10⁻² S cm⁻¹, paper_169, 117 nm 필름)은 위 표의 동반 데이터이다.
결합 수송 파라미터 (Onsager, 동일 필름) — paper_152, 2020
paper_152 (Ju et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2020))는 Onsager 선형 수송 이론과 양성자 차단 소자(Nafion 전자 차단 + Au 양성자 차단 전극)를 이용하여, 동일한 YYACAYY/MnOx 필름에 대해 전도도 스칼라를 양성자–전자 결합 수송 파라미터 세트로 확장하여 추출하였다:
| 파라미터 | 값 | 조건 |
|---|---|---|
| ai* (= Lie/Lii, 양성자당 끌려가는 전자 수) | ≈ 1 | 50–90% RH (Fig. 4b) |
| ai* | ~0.5 | 40% RH (수소결합 네트워크 약화; Fig. 4b) |
| σe0 (이온 전달 억제 조건에서의 전자 전도도) | 습도에 따라 단조 증가 | 40–90% RH (Fig. 4c) |
모든 값은 Ju et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2020), Fig. 4b–c 참조. 이동하는 양성자 하나가 장거리 쿨롱 상호작용을 통해 전자 ~하나를 끌고 가는 메커니즘은 Onsager-proton-electron-drag이다. 이는 위의 EIS 전도도(18.6 mS cm⁻¹, paper_090)를 보완한다: 양성자 집단이 벌크 전자 수송을 조절하며(동일 필름에서 양성자 전도도 ↑ with humidity, σe0 ↑ with humidity), 이는 같은 필름 내에서 일어난다.