Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)의 전기화학적 합성 및 물성연구 = Electrochemocally synthesis and characterization of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)

국문 초록 (Abstract)

PEDOT [Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)]을 여러 다른 전해질음이온[tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate(pF_6), tetra-n-butylammonium per chlorate(NCIO₄), tetra-n-butylammonium(tetrafluoroborate)(BF₄), lithium per chlorate(LiCIO₄)]을 사용하여 전기화학적 방법으로 합성하였다. 또한 고분자사슬과 전해질용액간의 상호작용을 알아보기 위해 donor number(DN)가 다른 propylene carbonate(DN : 15.1), acetonitrile(DN : 14.1), benzo nitrile(DN : 11.9), nitrobezene(DN : 4.4), nitromethane(DN : 2.7)을 전해질용매로 사용하여 PEDOT 필름을 합성하고, 전기화학적 합성에 미치는 중합전위, 중합온도, H₂O의 영향을 조사하였다.
PF_6^-을 전해질 음이온으로 하여 합성할 경우 NCIO₄^-, BF₄^-, LiCIO₄^-를 사용한 경우보다 전기전도도가 높게 나타났다. 이는 음이온의 크기가 클수록 고분자 사슬간의 공간을 넓혀주어 전하의 이동을 용이하게 하기 때문이다. 또한 donor number가 커질수록 단량체의 라디칼양이온과 전해질 용매간의 상호작용이 증가하여 라디칼양이온이 안정화되며, 결함이 적은 공액구조가 긴 고분자가 합성되어 전도도가 높게 나타났다. 저온에서 합성된 시료의 경우 전기전도도의 상승이 나타났으며 이는 중합속도 저하에 따른 분자량의 증가에 기인한다. 중합전위가 높아질수록 전기전도도는 상승하지만 열적안정성은 감소함을 TGA 분석을 통하여 확인하였다. 합성된 시료의 전기전도도의 온도의존성 측정결과 모두 ID-VRH model에 잘 부합됨을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

PEDOT [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)] films were synthesized electrochemically using PF_6^-, NClO₄, BF₄^-, LiClO₄^- as electrolyte anions. To investigate the interaction between the polymer chain and electrolyte solution electrolyte solutions with different donor number (DN) [propylene carbonate (DN : 15.1), acetonitrile (DN : 14.1), benzonitrile (DN : 11.9), nitrobezene (DN : 4.4), nitromethane (DN : 2.7)] were used to synthesize PEDOT films and the effects of applied potential, polymerization temperature, addition of H₂O to electrolyte on the characteristics of PEDOT films were studied.
PEDOT film doped with PF_6^- electrolyte anion showed higher electrical conductivity than those doped with NClO₄^-, BF₄^-, LiClO₄^- electrolyte anions. This was explained with the increase in charge carrier mobility which was attribute to the increase in interchain distance due to the bulky size of electrolyte anion. As the donor number of electrolyte solvent increased, the electrical conductivity of PEDOT film increased. This was explained by the increase in conjugation length of polymer which was a result of stabilization of radical cation due to the improvement of interaction between radical cation and solvent. PEDOT films synthesized at 0℃ showed higher conductivity than that synthesized at room temperature which could be explained with the increase in molecular weight. As the applied potential in electrical synthesis increased, the electrical conductivity of PEDOT films increases, however, thermal stability of the films decreased. 1D-VRH model provided best fit to the data of temperature dependence of electrical conductivity of PEDOT films synthesized in this study

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 국문 요약
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 실험 = 8
• 제1절 시료 제조 = 8
• ［1］PEDOT 필름의 전기화학적합성 film의 전기화학적 합성 = 8
• (1) Tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate 전해질을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 8
• (2) Tetra-n-butylammonium perchorate 전해질을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 8
• (3) Tetra-n-butylammonium(tetrafluoroborate)전해질을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 10
• (4) Lithium perchlorate 전해질을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 10
• ［2］다른 Donor number의 전해질 용매를 사용한 PEDOT 필름의 전기화학적합성 = 11
• (1) Tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 11
• (2) Tetra-n-butylammonium perchorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 11
• (3) Tetra-n-butylammonium(tetrafluoroborate)을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 12
• (4) Lithium perchlorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 12
• ［3］중합온도에 따른 PEDOT 필름의 전기화학적 합성 = 12
• (1) Tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 13
• (2) Tetra-n-butylammonium perchorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 13
• (3) Tetra-n-butylammonium(tetrafluoroborate)을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 13
• (4) Lithium perchlorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 14
• ［4］PEDOT 필름의 전기화학적합성시의 H2O의 첨가 = 14
• (1) Tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 14
• (2) Tetra-n-butylammonium perchorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 15
• (3) Tetra-n-butylammonium(tetrafluoroborate)을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 15
• (4) Lithium perchlorate을 사용한 PEDOT 필름의 합성 = 15
• ［5］중합전위에 따른 PEDOT 필름의 전기화학적 합성 = 16
• (1) Propylene carbonate내에서의 PEDOT 필름의 합성 = 16
• (2) Acetonitrile내에서의 PEDOT 필름의 합성 = 16
• 제2절 측정 장치 및 방법 = 17
• 1. Fourier Transfrom Infrared(FT-IR) spectrum = 17
• 2. 순환 전압-전류 곡선(Cyclic voltammogram) = 17
• 3. 상온 DC 전기전도도 = 19
• 4. UV-Vis./NIR spectrum = 21
• 5. 열중량 분석(Thermogravimetric Analysis) = 23
• 6. SEM(scanning Electron Microscopy) 측정 = 23
• 7. X-선 회절 분석 측정 = 24
• 8. DC 전기 전도도의 온도의존성 = 24
• 제3장 실험 결과 및 고찰 = 27
• 1. FT-IR spectrum 분석 = 27
• 2. 순환 전압-전류 곡선(Cyclic voltammogram) = 27
• 3. 상온 DC 전기 전도도 = 33
• 4. UV-Vis./NIR spectrum = 36
• 5. 열중량 분석(Thermogravimetric Analysis) = 39
• 6. SEM 측정 분석 = 42
• 7. X-선 회절 분석(X-ray diffraction) = 51
• 8. 전기전도도의 온도의존성 = 56
• 제4장 결론 = 67
• 참고문헌 = 68
• 영문요약 = 71