NDI 기반 고분자의 설계 및 합성과 유기 전자 소자에서의 응용 = Design and Synthesis of NDI-Based Polymers and Their Applications in Organic Electronic Devices

국문 초록 (Abstract)

p형 공액 고분자는 공기 중 안정성과 양공 주입 장벽이 낮아 우수한 성능을 보이며 다양한 전자 소자에서 활발히 연구되고 개발되어 왔다. 이에 비해 n형 고분자는 상대적으로 낮은 전하 이동도와 공기 중 불안정성으로 인해 연구가 제한적이었다. 본 연구에서는 n형 공액 고분자를 설계하고 합성하여 OFET와 OECT와 같은 다양한 전자 소자에 응용하는 것을 목표로 하였다. 수용체로는 나프탈렌 고리 구조에 두 개의 이미드(imide) 그룹이 결합된 NDI(Naphthalene Diimide)를 사용하였으며, 공여체로는 나프탈렌 고리와 두 개의 thiophene 고리가 결합된 구조의 NDT(Naphthodithiophene)를 선택하였다. 측쇄 종류와 수용체의 thiophene 유무에 따라 세 가지 n형 공액 고분자 (NDI-A, NDI-G, NDI-GT)를 설계하고 합성하였으며, 이들 고분자의 성능을 OFET와 OECT에 적용하여 평가하였다. OFET 응용에서 용매 공학을 활용해 NDI-A의 morphology를 제어하여 NDI-A nanowire 박막을 제작하였고, 이는 기존 NDI-A 박막에 비해 약 13배 높은 전하 이동도를 보였다. 또한, NDI-G와 NDI-GT는 친수성 측쇄를 통해 OECT 응용에도 적합함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

p-Type conjugated polymers have shown excellent performance due to their air stability and low hole injection barrier, leading to extensive research and development in various electronic devices. In contrast, n- type polymers have been relatively limited in research due to their lower charge mobility and air instability. This study aims to design and synthesize n-type conjugated polymers for application in various electronic devices, such as OFETs and OECTs. As the electron acceptor, Naphthalene Diimide (NDI) with two imide groups attached to a naphthalene ring structure was used, while the electron donor was selected as Naphthodithiophene (NDT), a structure comprising a naphthalene ring and two thiophene rings. Three types of n-type conjugated polymers (NDI-A, NDI-G, and NDI-GT) were designed and synthesized according to different side chain types and the presence of thiophene on the acceptor. Their performance was evaluated through application in OFETs and OECTs. In the OFET application, solvent engineering was used to control the morphology of NDI-A, producing an NDI-A nanowire thin film, which exhibited a charge mobility approximately 13 times higher than the conventional NDI-A thin film. Additionally, NDI-G and NDI-GT, through hydrophilic side chains, were found to be suitable for OECT applications.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 1
• 제2절 연구목표 3
• 제2장 실험 4
• 제1절 합성 및 중합 4
• 1. 재료 4
• 2. Compound 5 합성 4
• 3. Compound 6 합성 5
• 4. Compound 7 합성 5
• 5. NDI-A 중합 6
• 6. NDI-G 중합 6
• 7. NDI-GT 중합 7
• 제2절 고분자 용액 제조 14
• 1. NDI-A, NDI-G 및 NDI-GT 제조 14
• 2. NDI-A nanowire 제조 14
• 제3절 소자 제조 및 특성 분석 15
• 1. Transfer curve 분석 15
• 2. Morphology 분석 15
• 3. 분광 분석 15
• 4. 양자역학적 분석 15
• 5. 전기화학적 분석 16
• 제3장 본론 17
• 제1절 재료 설계 및 특성 17
• 제2절 NDI-A, NDI-G 및 NDI-GT의 OFET 응용 22
• 1. NDI-A, NDI-G 및 NDI-GT OFET 소자 평가 22
• 2. 용매 공학을 통한 NDI-A의 morphology 제어 및 메커니즘 22
• 3. NDI-A 및 NDI-A nanowire 박막 분석 23
• 4. NDI-A nanowire OFET 소자 평가 24
• 제3절 NDI-A, NDI-G 및 NDI-GT의 OECT 응용 30
• 1. NDI-G 및 NDI-GT OECT 전기화학적 특성 평가 30
• 2. NDI-A, NDI-G 및 NDI-GT OECT 소자 평가 30
• 3. NDI-G 및 NDI-GT 분석 30
• 제4장 결론 37
• 참고문헌 38
• 국문초록 46