전기 전도성 고분자는 전하 이동체의 종류에 따라 이온과 전자 전도성 고분자로 구분되며 전자 전도성 고분자는 절연체인 고분자에 전도체를 혼합하는 전도성복합체와 본질적으로 전도성을 갖는 고분자로 나뉘어진다. 전도성복합체는 제법이 간단하여 이미 전기ㆍ전자산업에 많이 이용되고 있지만 일정한 전도도의 유지와 가공성 향상 및 염가의 제품 제조는 아직 과제로 남아있다.(중략)
현재 electronics와 광 electronics등 전자기 관련 분야를 제외하고는 모든 산업을 지탱할 수 없을 만큼 그 이용에는 가히 엄청나다고 할 수 있겠다. 특히 높은 경도를 갖으며 우수한 성형성을 갖지만 전기를 잘 통하지 않는 glass를 기능재료로서 전도성을 높이려는 시도는 중요한 과제라고 생각되어진다. 이러한 관점에서 전기 자기적 기능을 가진 new glass의 개발과 전도성에 따른 분류, 즉 전자 전도성 glass와 이온 전도성 glass, 초전도용 glass등의 응용에 대해서 논하고자 한다. 전도성은 하전체의 종류에 따라 크게 전자전도와 이온 전도로 크게 나눌 수 있으며 그림 1에 여러물질의 전도도를 나타내고 있다.
전도성 고분자인 PEDOT은 좋은 광학적 특성 및 유연성, 등의 장점으로 인해 TCO 박막으로의 응용을 위한 연구가 이루어 지고 있다. 하지만, 아직 까지는 높은 수준의 전도성 향상을 기대하기는 어려운 실정이며 전도성 향상에 대한 체계적 연구가 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 다양한 알코올을 이용한 Dipping treatment를 활용하여 전도성의 변화에 대한 고찰을 하였으며, 열처리 과정을 통해 전도성이 어떻게 영향을 받는지에 대하여 연구하였다. 이를 위해 박막의 두께 및 cross-section을 FE-SEM을 이용하여 측정하였고, 각 각의 박막의 비저항은 4-poin probe를 활용하여 면저항을 구한다음 두께를 곱하는 방법으로 계산하였다. 동시에 열처리 및 Dipping을 한 박막의 PEDOT의 표면을 AFM image를 통해 확인하였다.
금속과 유사한 전도성을 가진 공액이중결합의 전기전도성 고분자를 사용한 Langmuir-Blodett (LB) 막의 제조에 관한 연구는 그 범위가 넓으며, 지금까지 많은 연구 논문들이 보고되고 있다[1]. 특히 전도성이 뛰어난 polyaniline, polypyrrole, polythiophene은 전도성과 stability가 우수하여 전기 전도성 LB 막에 대한 연구들이 많이 진행되어 왔다[2]. 본 연구에서는 이와 같은 전기전도성 유기물질을 사용한 전도성 LB막이 수직방향에 비해 수평방향의 전기전도도가 크다는 전기적 장점을 이용하여 전도성 LB막을 제조하기 위해 새로운 전도성 고분자를 합성하여 전기 전도성을 띄는 LB 막을 제조하였다[3,4]. (중략)
무전해 도금법을 이용하여 고분자섬유의 형태를 가진 전도성 필러를 제조하였다. 나일론 6과 레이온 섬유 분체에 니켈과 구리를 도금한 복합 전도성 필러를 제조하였다. 입도 분석기를 이용하여 필러의 입자크기분포를 측정하였으며, 전도성 필러의 전도성을 측정하기 위해 전도성 분석기를 이용하였으며, 본 연구의 전도성 필러와 유사한 용도로 사용되는 탄소섬유의 전도성을 측정하여 전도성의 차이점을 비교하였다. ABS 수지에 제조된 전도성 필러를 주입하여 필름을 만들어서 1MHz$\sim$1GHz 주파수 대역에서 전자파 차폐 특성을 측정하였다. 제조된 전도성 필러가 첨가된 필름의 전자기파 차폐 특성을 측정하기 위하여 ASTM(D4935-89) 규격의 플랜지형 동축전송선 측정기구를 사용하였다. 제조된 전도성 필러는 기존의 탄소계 필러에 비해 전도성이 커서 전자파 차폐용 재료로 적합하였다.
고분자를 바탕으로 한 전도성 페이스트는 전원과 기기를 연결하는 전도 통로를 제공하여 준다. 이러한 전도성 페이스트는 고분자 바인더와 전도성 금속의 두 부분으로 이루어져 있다. 본 연구에서는 낮은 점도와 우수한 금속 피막성을 가지는 셀룰로오스 아세테이트 부타이레이트를 바인더로 사용하여 새로운 전도성 페이스트를 개발하였다. 전도도 측정 결과 안정된 전도도를 보였을 뿐 아니라, 균일한 코팅성과 유연성을 나타내었다.
Seed 유화 중합법과 용매 추출법을 이용하여 전도성 고분자 복합체를 위한 다공성 입자를 제조하였다. 건조된 다공성 입자를 모체 고분자로 사용하여 dopant로 사용하는 $FeCl_3$를 methanol에 녹여 흡수시킨 뒤에 건조시키고, 이를 다시 pyrrole를 녹인 ethyl ether 용액으로 중합하여 용액을 증발시킴으로서 전도성 고분자 복합체를 합성하였다. 이때, 모체 고분자로 사용된 비다공성 입자와 다공성 입자의 전도도를 비교하였다. 실험결과, 전도성 복합체의 전도도는 비다공성 입자보다는 다공성 입자를 사용하여 제조한 복합체가 전도성 중합체가 입자의 표면뿐만 아니라 pore안에서도 용이하게 형성되어 더 우수한 전도도를 나타내었다.
본 연구는 다공성 입자에 전도성 단량체를 침투시켜서 전도성 고분자 복합체를 제조하는 연구로 다단계 seed 중합법을 이용하여 입자를 제조하고, 용매추출법으로 선형 고분자를 제거하는 방법으로 specific pore volume 및 specific surface area가 각기 다른 다공성 입자를 제조하였고, 이 다공성 입자를 모체 고분자로 하여 도핑제를 산화용액에 녹여 흡수시키고 건조한 뒤 전도성 단량체를 유기용매에 녹여 다공성 입자에 침투시킨 후 중합하여 전도성 복합체를 제조하였다. 이때, 모체 고분자에 침투되는 전도성 단량체의 농도 및 유기용매와 산화제의 산화용매 등을 중합 변수로하여 이 변수들과 전도도와의 상관 관계를 살펴보았다.
전도성 고분자인 PEDOT은 PSS와 활용도를 높게 하기 위해 PSS와 함께 쓰이며, 다양한 분야에서 넓게 활용되고 있다. 하지만 박막 형성시 전도성이 작은 문제점이 있기 때문에 이를 개선할 필요성이 있다. 이에 본 연구에서는 용매를 사용한 PEDOT:PSS 박막의 처리 과정을 통하여 물성의 변화를 관찰하였으며, 전도성 향상을 관찰 하였다. 이를 위해 4-point probe장비를 이용하여 면저항을 측정하였으며, 동시에 Fe-SEM을 사용하여 박막의 무께를 알아 보았다. 또한 분자 수준의 관찰을 위해 Raman spectroscopy를 이용하였으며 동시에 FT-IR과 XPS장비를 사용하였다.
전도성 고분자의 취약점인 가공성, 유연성, 용해성 등의 물리적 성질이 불량한 단점을 극복하기 위해서 물성이 좋은 범용성 고분자를 matrix 물질로 사용하여 전도성 고분자를 합성함으로써 두 가지 고분자의 복합체 또는 공중합체를 만들어 물리적 성질을 향상시키는 방법 등이 연구되고 있다. 그러나, 전도성 복합체의 경우엔 matrix로 사용된 범용성 고분자와 전도성 고분자 사이가 서로 물리적인 결합만으로 이루어져 있어, 시간이 지남에 따라 전도성 고분자의 일부가 떨어져 나가 점진적으로 전기전도도의 상실을 가져올 뿐만 아니라 열에 노출되는 경우 열적노화(thermal ageing)에 의해 전기전도도가 떨어지는 단점을 지니게 된다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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