전도성고분자 기반 블록공중합체의 모폴로지 제어 및 응용

Abstract

본 연구에서는 여러 전기적인 응용분야에 쓰이는 공액형 전도성 고분자인 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)를 Grignard metathesis method (GRIM) 중합법을 이용하여 정밀하게 합성한 후, 말단에 atom transfer radical polymerization (ATRP)이 가능한 개시제를 도입하여 메틸메타아크릴레이트(MMA)를 중합함으로써 분자량과 조성이 제어된 P3HT-b-PMMA 블록 공중합체를 제조하였다. 이러한 전도성 고분자 기반 블록공중합체는 자기조립반응에 의하여 다양한 모폴로지의 형성이 가능한데, 사용된 유기용매 종류에 따라 박막상에 있어 다양한 모폴로지의 변화를 관찰할 수 있었다. 특히, 클로로벤젠(CB)을 사용한 경우, 두께에 따라 수직배향에서 수평구조로 P3HT가 형성하는 나노섬유의 모폴로지를 제어할 수 있다. 수평구조로 형성된 P3HT 나노섬유 모폴로지는 소스 전극과 드레인 전극이 수평으로 배향된 유기박막트랜지스터에 유리한 구조로써, 실제적으로 테스트한 결과, 상부게이트 구조에서 높은 효율을 보이는 것을 발견하였다. 합성된 P3HT-b-PMMA 블록공중합체의 P3HT 블록은 탄소 나노튜브(SWNT)와 π-π 결합을 통하여 SWNT를 감싸는 (wrapping) 성질이 알려져 있다. 또 다른 블록인 PMMA는 강유전성 고분자인 P(VDF-TrFE)와 상용성이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 SWNT/PVDF-TrFE 복합체를 제조하기 위하여 P3HT-b-PMMA 블록공중합체를 PVDF-TrFE에 SWNT를 분산 하기 위한 계면활성제로 이용을 하였다. 제조된 SWNT/PVDF-TrFE 복합체는 SWNT 1 wt.% 까지 매우 우수한 분산성을 나타내었으며, 기존 복합체와 비교하여 매우 큰 유전율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 연구에서는 전도성 고분자인 P3HT를 포함하는 블록공중합체를 정밀하게 합성하여 모폴로지 제어를 통한 유기박막트랜지스터에서의 전하이동도를 증가시켰다. 또한 SWNT 복합체를 통하여 강유전성 필름을 형성하여 높은 전기역학적 특성을 확인하였다.