Ag-mercaptosuccinic acid- redoped polyaniline nanoparticles 복합체의 열 안정성 향상 특성

Abstract

폴리아닐린의 분자 구조, 전도 메커니즘 등의 연구결과를 통해 다른 전도성 고분자보다 합성의 수월성, 안정성, 경제성 등의 장점 때문에 다양한 분야로의 응용 가능성이 가장 큰 물질로 알려져 있다. 그러나 모든 전도성 고분자가 그러하듯이 폴리아닐린 또한 용매에 불용이고 가공성이 떨어지는 단점을 가지고 있을 뿐 아니라 전기 전도도의 열 안전성이 대단히 좋지 않다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 폴리아닐린에 다양한 도판트를 적용하거나 금속과 폴리아닐린 복합체 등을 형성 하여 폴리아닐린의 고온에서의 열 안정성을 향상시키려는 노력이 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 나노 입자 상태의 폴리아닐린을 합성하고 은 나노 입자를 도입한 폴리아닐린/은 나노 입자 복합체를 제조하였다. 은-황 결합을 통하여 폴리아닐린에 은이 성공적으로 도입될 수 있도록 mercaptosuccinic acid (MSA)를 폴리아닐린에 도핑/디도핑/리도핑 방법으로 도입 하였다. 상온에서 200 ℃까지 승온 시키면서 표면저항의 온도 의존성을 측정한 결과 은이 도입되었을 때 표면 저항값은 170 ℃ 초기 전도도 값을 유지하였으며(2 S/cm), 120 ℃에서는 최고 전도도 값을 가졌다. (4 S/cm) 수 차례의 열적 싸이클 실험을 통해서 전기 전도도의 뛰어난 향상을 관찰 할 수 있었고, 2, 3 번째 싸이클 후에는 초기 상온에서의 전기 전도도 보다 향상된 전기 전도도 값을 가지는 것을 또한 확인 하였다. 이러한 열 안정성의 향상은 은이 도입된 폴리아닐린의 경우 온도를 가해주었을 때 특정 온도 (120 ℃)에서 은과 황의 결합이 깨어지고 그에 따라 환원된 은 입자가 폴리아닐린 입자 표면에 고르게 분산되면서 폴리아닐린의 열 안정성을 향상 시켜 주었기 때문이다.; Polyaniline (PANI) has attracted a great deal of interest due to its environmental stability and unique doping mechanism, as well as electrical and optical properties and a wide range of potential applications in electronic devices, chemical sensors and batteries. PANI can have different structures depending on the oxidation state of the main chain. When the emeraldine base form of PANI is doped with protonic acid, the properties of PANI are improved such as the conductivity and pr℃essibility. However electrical conductivity of PANI strongly decay when it undergoes accelerated thermal aging. Thus thermal stability of its electrical conductivity is quite necessary to investigate. Accordingly, In this work, we explored the possiblity of improving the thermal stability of PANI by introducing with silver atoms. Noble metals such as Au and Ag have been used to synthesize metal particle-decorated nanostructures. Ag-MSA-polyaniline (PANI) nanoparticles were synthesized via doping-dedoping-redoping with the thiol group in mercaptosuccinic acid (MSA) proving the linkage between PANI molecules and Ag atoms. The Ag-MSA-doped PANI maintained the room-temperature electrical conductivity of 2.0 S/cm up to 170 ℃ with the conductivity reaching its maximum (4.0 S/cm) at 120 ℃. In addition, Ag-MSA-doped PANI nanoparticles showed remarkable stability against repeated thermal aging at 120 ℃. The room-temperature conductivity, in fact, increased by a factor of ~2 after 3 cycles of thermal aging. The enhanced stability against repeated thermal aging was attributed to the formation of uniformly distributed Ag nanoparticles within the PANI particles upon heating.