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- 주제어 : 폴리싸이오펜 (검색결과 9 건)
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박규형 Graduate School, Yonsei University 2018 국내박사
지구 온난화에 대비하기 위한 대체 에너지 개발에 전세계적인 노력이 집중되고 있는 가운데, 유기 광전자 소자는 기존의 실리콘 기반 광전자 소자의 단점을 극복할 대안으로 주목을 받고 있다. 높은 단가와 환경 오염을 유발하는 실리콘 기반 광전자 소자의 제작 과정과는 달리 유기 광전자 소자, 특히 전도성 고분자를 이용한 광전자 소자는 생산 과정이 단순하여 단가가 낮고 환경 오염이 적으며 실리콘 기반 광전자 소자가 흡수하지 못하는 넓은 영역의 빛 에너지를 포집할 수 있게 변형이 가능하다는 장점을 가지므로 학계의 연구 주제가 되었다. 오랜 기간 전도성 고분자를 이용한 광전자 소자의 효율은 전도성 고분자의 결정성이 높을수록 높을 것이라 생각되었다. 하지만 최근 연구를 통해 고분자의 결정성이 높은 기존의 광전자 소자에 비해 결정성이 낮거나 아예 없는 소자에서도 높은 효율이 보고됨에 따라 구조 불균일성이 광전자 소자의 들뜬 상태 동역학에 미치는 영향에 대한 연구의 필요성이 대두되었다. 이러한 맥락에서 본 연구는 전도성 고분자의 복잡한 들뜬 상태 동역학에 대해 환원적 접근을 택하고자 한다. 즉, 고분자의 가장 작은 단위체에 해당하는 이합체에서 더 큰 크기의 소중합체, 그리고 최종적으로 중합체에 대한 들뜬 상태 동역학을 관측하고 이를 상향식 접근으로 분석하여 구조 불균일성이 들뜬 상태 동역학에 미치는 영향을 확인하고자 한다. 들뜬 상태 동역학은 펨토초 극초단 펄스를 이용한 시간분해 분광법을 이용해 앙상블 및 단분자 수준의 다각적 접근을 택하고자 한다. 본 연구를 통해 밝히는 전도성 고분자의 구조 불균일성과 들뜬 상태 동역학의 상관관계가 높은 효율을 가지는 유기 광전자 소자 물질 디자인에 기초연구가 될 것으로 기대한다. Organic photovoltaic materials have recently drawn much attention in anticipation of an alternative solution for silicon-based system, which suffer from certain limitations, such as high manufacturing cost and limited range of solar spectrum coverage. Due to facile fabrication process and low cost, and tunability of spectral range, π-conjugated polymers have been extensively studied. For long, crystallinity of polymer domains has been considered prerequisite for high photo-charge generation efficiency and disorder and inhomogeneity had been vacated in designing polymeric structures. However, recent studies demonstrated that polymer-based photovoltaics incorporating moderate to even large disorder can perform as well as the orthodox systems with large degree of crystallinity. In this respect, comprehension of how much disorder is present and how it enhances or deters specific photoinduced dynamics is required to design optimal π-conjugated polymers. To achieve this goal this thesis presents bottom-up approach of molecular system; from the smallest and the simplest dimers, through oligomers of defined length and shape, to the most complex polymers. Excited-state dynamics of these systems will be investigated through by ultrafast time-resolved spectroscopies at both ensemble and single-molecule levels. We believe that this work will provide complete understanding on the relationship of disorder and excited-state dynamics in π-conjugated polymer, which can lay groundworks for the design of advanced photovoltaic materials.
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Thin films consisting of conducting polymer nanostructures provide a larger surface-to-volume ratio for charge-carrier transport as compared to their bulky counterparts. Thus, a facile and inexpensive fabrication technique for conducting polymers on the basis of solution processing, which offer a reproducible control of thickness and morphological homogenity, is an attractive option for various applications including solar cells, sensors, and capacitors. This dissertation describes various ways in the synthetic methodology of high-performance conducting polymer thin films using solution processes in the viewpoint of shape-controlled nanomaterials, organic solvent-dispersible, and water-dispersible conducting polymer nanostructures. Firstly, the shaped-controlled PANI nanomaterials, such as nanofibers (NFs), nanorods (NRs), and nanoparticles (NPs), could be prepared by adjusting the amount of the oxidizing agent and the monomer during chemical oxidation polymerization to identify the optimal shape of PANI to detect dimethyl methylphosphonate (DMMP). Porous polyaniline/camphorsulfonic acid (PANI/CSA) nanostructures were fabricated by introducing thermally decomposing compounds into a solution of PANI/CSA dissolved in a m-cresol/chloroform co-solvent. The porous PANI/CSA thin films were employed as electrode materials in both supercapacitor and dye-sensitized solar cell (DSSC). In order to create water-dispersible conducting polymer nanostructures, poly(4-styrenesulfonic acid) (PSS) has been used a binding agent and a charge-balancing counterion for polyaniline (PANI) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). The PSS allowed homogeneous dispersion and successful incorporation of various materials, such as palladium (II) chloride (PdCl2), ruthenium (IV) oxide (RuO2), and graphene sheets, into the conducting polymers. Pd NPs-decorated porous P(ANI-co-ASA):PSS nanostructure was prepared in aqueous solution, and exhibited high H2 sensitivity. PSS-doped PANI/graphene nanocomposite was fabricated by incorporating PSS-coated graphenes into the PANI doped with PSS having different molecular weight (Mw), and as-prepared nanocomposites successfully detected hydrogen sulfide (H2S) even at low gas concentration. A ternary nanostructure composed of RuO2 NPs-decorated PEDOT:PSS/graphene was highly dispered in water, and the nanostructure could be formed as a patterned electrode with high conductivity and electrochemical properties for use a supercapacitor via a screen-printing method. The procedure described herein provides a facile, cost-effective, and new means for producing high-performance thin films with improved electrical and electrochemical properties via solution processes, and these novel approaches can be used for fabricating electrode materials in sensors, supercapacitors, and solar cells. 박막 형태의 전도성 고분자 나노구조체는 벌크 형태의 물질들에 비해서 보다 부피 대비 표면적이 크므로 더 많은 전하 캐리어를 수송할 수 있게 된다. 따라서, 보다 용이하고 저렴하면서도 손쉬운 두께 조절 및 형태의 균일함을 제공하는 전도성 고분자 박막의 제조 방법은 화학 센서, 초고용량 커패시터, 태양전지를 포함한 다양한 응용 분야에서 매력적인 요소라고 할 수가 있다. 본 논문에서는 형태 조절이 가능한 나노물질, 유용성 및 수용성 전도성 고분자 나노구조체를 포함하는 다양한 전도성 고분자 박막에 관한 제조 방법 및 응용 분야에 대해서 체계적으로 고찰하였다. 아닐린의 산화 중합 시 투입되는 단량체에 대비한 산화제의 양을 조절하는 방법을 통해서 나노섬유, 나노막대, 나노입자를 포함하는 폴리아닐린 나노물질의 형태 조절 방법을 제시하였으며, 이를 통해서 디메틸메틸포스포네이트를 감지할 수 있는 최적의 폴리아닐린 형태를 확인하였다. 기공 형성제의 열분해 반응을 통해서 다공성의 폴리아닐린/캄포르설폰산 나노구조체를 메타-크레졸/클로로포름 혼합 용액 하에서 제조하였으며, 상기 제조된 물질이 초고용량 커패시터 및 연료감응형 태양전지용 전극 물질 양쪽 모두에 응용이 가능함을 확인하였다. 폴리(4-스티렌설폰산)을 폴리아닐린, 폴리(3,4-에틸린디옥시싸이오펜)과 같은 전도성 고분자에 도입함으로써 다양한 전도성 고분자 박막들을 수용액 기반 하에서 제조하였으며, 상기의 폴리(4-스티렌설폰산)이 염화 팔라듐, 산화 루테늄, 그래핀 시트를 포함하는 다양한 물질들을 전도성 고분자 용액 내부에 분산하고 도입하는 데에 있어서 매우 결정적인 역할을 수행한다는 것이 확인되었다. 팔라듐 나노 입자가 표면에 도입된 다공성의 폴리(아닐린-co-아닐린-2-설폰산):폴리(4-스티렌설폰산) 나노구조체를 수용액 기반 하에서 제조하였으며, 상기 물질을 이용하여 수소 기체를 성공적으로 감지할 수 있음을 확인하였다. 또한, 다양한 분자량을 지니는 폴리(4-스티렌설폰산)을 아닐린의 중합 시 도펀트로 사용하고 여기에 폴리(4-스티렌설폰산)이 코팅된 그래핀을 첨가함으로써 폴리(4-스티렌설폰산)이 도핑된 폴리아닐린/그래핀 나노컴포지트 물질을 제조해보았으며, 상기 제조된 물질은 낮은 기체 농도 하에서도 황화 수소를 잘 감지하였다. 더하여, 루테늄 나노 입자 및 그래핀 시트들이 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜):폴리(4-스티렌설폰산) 내부에 도입된 삼중계 나노구조체를 잘 분산된 수용액의 형태로 얻을 수 있었으며, 상기의 제조된 용액이 스크린 프린팅 방법을 통해서 높은 전도도 및 전기 화학적 활성을 지니는 패턴 전극으로 형성될 수 있음을 확인하였을 뿐 아니라, 초고용량 커패시터용 전극 물질로서 제조 및 응용이 가능함을 확인하였다. 본 논문은 용액 공정법을 통한 다양한 전도성 고분자 박막들의 제조 및 응용에 관한 내용을 심도 있게 연구하였으며, 이를 통해서 기존의 전도성 고분자 들에 비해서 향상된 가공성 및 전기적 및 전기화학적 특성을 얻을 수가 있었다. 본 논문에서 사용된 제조 방법들은 향후 센서, 초고용량 커패시터, 태양전지를 포함한 여러 가지 분야에 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
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Photoluminescence spectra of poly(3-octylthiophene) nanoparticles have been changed by their size distributions, much like silver particles and gold particles. Property of photoluminescence has an effect on controlling the size of particles, which was performed by conventional emulsification processes for the preparation of each range in sizeNanoparticles, prepared by microemulsification process, was less than 50nm. As the amounts of surfactant (SLS, sodium lauryl sulfate) and cosurfactant (pentanol) decreased, the emission light color of the particle changed from green to blue. But, the color was returned to green, when the surfactant and cosurfactant decreased further. Particles of 100-300nm in size were prepared by miniemulsification process. Also particle of sizes under 100nm were prepared by emulsification. Although emulsification method studied here gave lower yield than conventional mini- and microemulsification, it was worth to adjusting size distribution.For characterizing the size of poly(3-octylthiophene) nanoparticles, we used scanning electron microscopy (SEM). Because poly(3-octylthiophene) particles absorbed light, they were analysed by dynamic light scattering (DLS) and capillary hydrodynamic fraction (CHDF).For optical characterizations of poly(3-octylthiophene) nanoparticles the wavelength of maximum absorption was determined by UV-VIS spectroscopy and the wavelength of maximum emission was determined by photoluminescence spectroscopy. The influences of emulsification, such as size distribution, amount of surfactantcosurfactant on photoluminescence of poly(3-octylthiophene) nanoparticles were systemically investigated. 폴리(3-옥틸싸이오펜) 나노입자의 광발광 스페트럼은 은 또는 금 나노 입자 처럼 입자 크기에 따라서 변한다. 여기서 발광 특성은 입자 크기에 따라 변하였다. 원하는 범위의 입자를 제조하기 위한 방법으로 입자 크기를 조절할 수 있는 입자화 공정을 확립했다.마크로에멀젼 공정에 의해 만들어진 나노입자의 크기는 50 nm이하이었다. 유화제(SLS)와 공유화제(pentanol)의 농도가 줄어들면서, P3OT 분산의 색깔은 청색에서 녹색으로 변했다가 다시 녹색에서 청색으로 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 입자 크기가 100-300 nm인 것은 미니에멀젼 공정에 의해서 제조할 수 있었다. 또한 입자 크기가 100 nm미만인 것은 에멜젼 공정에 의해 제조되었다. 여러 가지 입자화 방법 증에서 에멜젼 공정은 수득률이 낮기는 하지만, 입자 크기를 조절할 수 있는다는 장점이 있었다.폴리(3-옥틸싸이오펜) 나노 입자의 크기는 전자현미경(SEM)을 사용하여 분석하였다. 입도분석기인 DLS(Dynamic Light Scattering)와 CHDF(Capillary hydrodynamic fraction)는 분석에 사용되는 빛이 폴리(3-옥틸싸이오펜)의해 흡수되기 때문에 사용이 불가능하였다.폴리(3-옥틸티오펜)의 UV-Vis 스펙트럼의 최대 흡수 파장과 발광 스펙트럼의 최대 방출 파장에 미치는 입자 크기의 영향과 유화제공유화제의 농도와 같은 유화 조건의 영향을 체계적으로 연구했다.
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