분산제 흡착 거동에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 도핑 효과와 전기적 특성변화에 관한 연구

Abstract

전자주개나 전자받개 그룹을 가지는 물질은 단일벽 탄소 나노튜브를 도핑시킬 수 있다. 이를 기초로, 전자주개 그룹을 지니는 분산제인 NaDDBS를 사용하여 분산효과와 동시에 도핑효과를 부여하고, 이에 따른 탄소나노 튜브의 전기적 특성변화를 살펴보았다. NaDDBS에 의한 단일벽 탄소나노튜브의 전기적 특성 변화는 UV-vis-NIR 측정에서의 전자 천이 현상으로 분석 하였고, NaDDBS가 단일벽 탄소 나노튜브를 p-type으로 도핑 시킴을 확인할 수 있었다. 하지만, NaDDBS의 농도에 따른 도핑 효과가 일반적인 개념과는 달리 NaDDBS의 양이 증가함에 따라 오히려 감소하는 경향을 보임을 확인하고 NaDDBS의 흡착 거동을 통해 이를 설명하였다. 또한 단일벽 탄소나노튜브의 막을 제조하여 용액에서의 특성과 고체 상태에서의 특성이 일치함을 확인하였고, 막의 저항 값에서도 전자 천이 현상에 의한 도핑 효과 분석과 일치하는 결과를 얻었다. 이는 물질의 도핑 시스템에서 새로운 도핑 모델을 제시한 것으로, 고분자 형태의 도핑제를 사용할 시 흡착 거동을 고려해야 함을 시사해준다. 또한, 흡착 거동을 기초로 하여 보다 정확한 작용 구간을 얻을 수 있을 것이며, 도핑 정도의 조절에 이점을 줄 수 있을 것이라 예상된다.; We have modulated the band gap structure of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) by adsorbing sodium dodecylbenzene sulfonate (NaDDBS) molecules having sulfo group ur atom in the moleculeand correlated doping effect with the concentration of added NaDDBS. Ultraviolet-visible-near infrared (UV-vis-NIR) spectra show that semi-interband transition for SWCNTs was changed in the presence of NaDDBS. From adsorption isotherms of NaDDBS for SWCNTs, the transition was revealed to be attributed to the adsorption of NaDDBS on the SWCNTs. The adsorption was increased with increasing the concentration of added NaDDBS up to 86 mol/g CNT, however on the contrary, doping strength was decreased. Through theoretical modeling, the adsorption mode of NaDDBS on the CNT was revealed to play a significant role in determining the degree of doping in this case. At low concentration, NaDDBS molecules adsorb on the CNT surface as a flat conformation. With increasing the concentration of NaDDBS, NaDDBS molecules stand up vertically with a stretched sulfo group toward aqueous medium, which results in the increase in the distance between sulfo group of NaDDBS and CNT surface. In conclusion, the reduced doping strength was revealed to be attributed to the increase in the distance of sulfo group from CNT surface. This is the suggestion of new tendency for doping by polymeric dopant.