전도성 고분자와 단일 벽 탄소 나노 튜브 기반의 복합체 제조 및 순차적 도핑을 통한 고전도성 박막 제작 = Sequential Doping of Carbon Nanotube Wrapped by Conjugated Polymer for Highly Conductive Platform and Thermoelectric Application

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Doping of conjugated polymers (CPs) is a promising strategy to obtain solution-processable and highly conductive films. however, the improvement in electrical conductivity is limited owing to the relatively poor carrier mobility of CPs. Herein, a CP with excellent molecular doping ability, i.e., poly[2-([2,2'-bithiophen]-5-yl)-3,8-difluoro- 5,10-bis(5-octylpentadecyl)-5,10-dihydroindolo[3,2-b]indole] (PIDF-BT) is wrapped onto the surface of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The resulting PIDF-BT@SWCNT simultaneously achieves excellent solution dispersibility and a high electrical conductivity of over 5000 S cm−1 through AuCl3 doping. The doping mechanism is systematically studied using spectroscopic analysis. Finally, when the doped PIDF-BT@SWCNT is applied to a thermoelectric device, a power factor exceeding 210 μW m−1 K−2 is achieved because of its high electrical conductivity, even if the increased carrier density reduces the Seebeck coefficient. Keyword(9p): conjugated polymer (CP), PIDF-BT, molecular doping, single walled carbon nanotube (SWCNT), thermoelectric device.

국문 초록 (Abstract)

전도성 고분자(Conjugated Polymers, CPs)의 도핑은 용액 공정이 가능하면서 고전도도 달성이 가능한 유망한 방법이다. 하지만 현재로서는 물질의 전도성이 무기물질에 비해 상대적으로 낮아 활용이 제한되고 있다. 본 연구에서는 poly[2-([2,2'-bithiophen]-5-yl)-3,8-difluoro-5,10-bis(5-octylpentadecyl)-5,10-dihydroindolo[3,2-b]indole] (PIDF-BT)라는 우수한 분자 도핑 효율을 갖춘 CP를 단일 벽 탄소 나노 튜브 (Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs) 표면에 감싼 형태의 복합체인 PIDF-BT@SWCNT를 제조했다. PIDF-BT@SWCNT는 AuCl3 도핑을 통해 우수한 용액 분산성과 5000 S cm-1 이상의 뛰어난 전기 전도도를 동시에 발현했다. 도핑 메커니즘은 분광 분석을 통해 체계적으로 연구되었고, 최종적으로 도핑 된 PIDF-BT@SWCNT를 열전소자에 적용했을 때, Seeback 계수의 감소에도 불구하고 높은 전기 전도성 덕분에 210 μW m-1 K-2가 넘는 power factor 를 달성했다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 . 1
• 제2절 연구목적 . 3
• 제2장 실험 4
• 제1절 합성 및 중합 . 4
• 1. 재료 . 4
• 2. Compound 3 합성 3
• 3. 용액 스틸레 중합 (solution polymerization – Stille coupling) 4
• 제2절 복합체(PIDF-BT@SWCNT) 제조 9
• 1. PIDF-BT@SWCNT 제조 . 9
• 2. 열 중량 (thermogravimetric analysis, (TGA)) . 9
• 3. PIDF-BT/SWCNT 제조 . 10
• 4. 박막 제조 및 도핑 10
• 제3절 소자 제작 및 특성 분석 10
• 1. J-E transfer curve 및 4 단자 저항 측정 . 10
• 2. Morphology 분석 11
• 3. 분광 분석 . 11
• 4. 열전 특성 분석 12
• 제3장 본론 . 13
• 제1절 PIDF-BT@SWCNT 제조 및 복합체 형성 규명 . 13
• 제2절 PIDF-BT@SWCNT의 전기적 특성 . 19
• 제3절 복합체 생성 및 전하 생성 메커니즘 . 27
• 제5절 PIDF-BT@SWCNT의 열전 특성 37
• 제4장 결론 . 39
• 참고문헌 40
• 국문초록 48