KR101147221B1 - Polythiophene based polymer nano material and method for controlling the properties of photoluminesence and conductivity of the same - Google Patents

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Abstract

폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 이들의 광학특성 조절방법이 제공된다. 본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 티오펜, 3-메틸 티오펜, 3-헥실 티오펜 및 3-옥틸 티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체를 전기적 중합하여 얻어지며, 직경이 150~250nm, 길이가 7~30㎛이고, 480~560nm에서 최대발광피크가 나타나는 것을 특징으로 하며, 가공성이 뛰어나고 광학특성 및 전계방출특성을 보이기 때문에 발광소자, 전계방출소자는 물론, 태양전지 등의 광전소자에 사용될 수 있다.Provided are a polythiophene-based polymer nanomaterial and a method for controlling optical properties thereof. Polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is obtained by electrical polymerization of at least one monomer selected from the group consisting of thiophene, 3-methyl thiophene, 3-hexyl thiophene and 3-octyl thiophene, diameter 150 It is characterized by the maximum emission peak at ~ 250nm, 7 ~ 30㎛, 480 ~ 560nm, and excellent workability, optical and field emission characteristics, so light emitting devices, field emission devices, solar cells, etc. It can be used in optoelectronic devices.

Description

폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 이들의 광학특성 조절방법 {Polythiophene based polymer nano material and method for controlling the properties of photoluminesence and conductivity of the same} Polythiophene based polymer nano material and method for controlling the properties of photoluminesence and conductivity of the same

본 발명은 폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 이들의 발광특성 조절방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광특성이 우수하고 전계방출효과를 가지는 폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 그 광학특성의 조절방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polythiophene-based polymer nanomaterial and a method of controlling the light emission characteristics thereof, and more particularly, to a polythiophene-based polymer nanomaterial and a method of controlling the optical properties excellent in the light emission characteristics and having a field emission effect. It is about.

π-공액 고분자는 고분자의 기계적 특성을 가지고 있으면서 화학적 도핑을 통해 절연체에서 반도체 또는 도체로 전이하기 때문에 전기, 전자, 광학 소자 등에 응용될 수 있다. 최근 전도성 고분자들은 2차 전지, 정전기 방지, 스위칭 소자, 비선형 소자, 축전기, 광기록 재료, 전자기파 차폐재료 등 실생활 및 첨단산업분야에서 응용되고 있다. 이러한 π-공액 고분자가 전도성을 갖기 위해서는 도핑 과정이 필요하다. 통상적으로 이러한 과정은 상기 고분자를 비전도성 분말형태 또는 필름형태로 제작한 후, 이들을 화학적으로 도핑(doping)하거나 상기 고분자의 비전도성 분말과 도펀트(dopant)를 혼합하여 유기용매에 녹여서 전도성을 가지게 만드는 방법에 의해 이루어진다. Since the π-conjugated polymer has the mechanical properties of the polymer and transitions from the insulator to the semiconductor or the conductor through chemical doping, the π-conjugated polymer can be applied to electrical, electronic, and optical devices. Recently, conductive polymers have been applied in real life and high-tech industries such as secondary batteries, antistatic, switching devices, nonlinear devices, capacitors, optical recording materials, and electromagnetic shielding materials. In order for the π-conjugated polymer to have conductivity, a doping process is required. Typically, this process is to produce the polymer in the form of a non-conductive powder or film, and then doping them (chemically) or mixing the non-conductive powder and dopant (dopant) of the polymer is dissolved in an organic solvent to have a conductivity By the method.

상기 전도성 π-공액 고분자의 합성 방법으로는 화학 중합방법과 전기 화학적 중합방법, 그리고 화학 증기 증착 방법(CVD)이 있다. 이 가운데 화학적 중합방법은 가장 많이 사용되고 있는 방법으로 고분자의 대량 생산이 가능하다. 또, 화학적 방법으로 중합된 고분자는 다시 용매에 녹여 박막이나 스핀 캐스팅(spin casting)방법 등으로 시료를 제작하고 화학적 도핑 방법을 통해 전기적인 성질을 조절할 수 있다. 전기화학 중합방법은 전해질 용액 속에 있는 단량체들이 전기장 내에서 래디컬(radical)을 형성하여 한쪽 전극으로 이동하면서 중합되는 방법으로 시료의 표면에 비교적 얇은 박막을 형성하는데 주로 이용되어 왔으며, 화학 중합시료와의 비교 대상으로 많이 연구되어 왔다. CVD 방법은 최근에 등장한 것으로 고진공에서 단량체가 기본 시료 위에 증착 되면서 고분자화 되는 방법이다. 지금까지 이러한 방법으로 중합된 π-공액 고분자들은 사용된 용매나 도펀트의 종류에 따라서 그 전기적인 성질이 매우 달라지며(전기전도도: 10-12 ~ 102 S/cm) 대기 중에서의 안정성 역시 차이가 있다. Synthesis methods of the conductive π-conjugated polymers include chemical polymerization, electrochemical polymerization, and chemical vapor deposition (CVD). Among them, the chemical polymerization method is the most widely used method, and mass production of polymers is possible. In addition, the polymer polymerized by the chemical method is dissolved in a solvent again to prepare a sample by a thin film or spin casting method, and the electrical properties can be controlled through the chemical doping method. The electrochemical polymerization method is a method in which monomers in an electrolyte solution form a radical in an electric field and move to one electrode to polymerize, thereby forming a relatively thin film on the surface of the sample. Many studies have been conducted for comparison. The CVD method is a recent method in which a polymer is polymerized by depositing a monomer on a basic sample at high vacuum. So far, the π-conjugated polymers polymerized in this way have very different electrical properties depending on the type of solvent or dopant used (electric conductivity: 10 -12 to 10 2 S / cm). have.

그러나, 상기의 일반적인 중합법에 의해 제조된 전도성 고분자는 덩어리(bulk)형태이기 때문에 점점 미세화 되어 가는 전기, 전자 나노소자에 적용하는데 한계가 있다. 따라서, 전도성 고분자를 나노크기의 튜브 또는 와이어로 제조할 필요성이 생겨났다.However, since the conductive polymer prepared by the general polymerization method is in the form of a bulk, there is a limit to the application to electric and electronic nano devices that are becoming finer. Thus, there is a need to manufacture conductive polymers into nano-sized tubes or wires.

현재, 나노소재로서 최근에 많은 연구가 진행되는 분야 중의 하나는 탄소나노튜브 (CNT)이다. 탄소나노튜브는 기계적, 전기적, 화학적 특성 등에 있어서 지금까지의 어떤 소재보다 뛰어난 성질을 보여주고 있으며 그 크기 면에서도 전기, 전자소자 특성에 잘 맞는다. 그래서 메모리 소자, FED(field emission display) 등에 대한 이용이 활발하게 연구되고 있다. 그러나 탄소나노튜브는 제작과정에서 고온을 유지해야 하며 나노튜브의 성장 및 정제과정이 매우 복잡하고 비용이 고가라는 단점이 있다. 또한 나노튜브가 단일벽(single-wall) 튜브인가 다중벽(multi-wall) 튜브인가에 따라서, 물리적, 화학적 성질이 차이가 있으며, 나노튜브의 직경 및 전기적 성질을 조절하기가 매우 곤란하고 가공성이 열악하다는 문제점이 있다.Currently, one of the fields where many researches are recently conducted as nanomaterials is carbon nanotubes (CNT). Carbon nanotubes are superior to any other materials in terms of mechanical, electrical and chemical properties, and are well suited for electrical and electronic device characteristics in terms of their size. Therefore, the use of memory devices, field emission display (FED), etc. are being actively studied. However, carbon nanotubes must be maintained at a high temperature in the manufacturing process, and the growth and purification of nanotubes is very complicated and expensive. In addition, depending on whether the nanotube is a single-wall tube or a multi-wall tube, there are differences in physical and chemical properties, and it is very difficult to control the diameter and electrical properties of the nanotube, There is a problem of being poor.

또한, 대한민국 등록특허공보 제484317호에는 π-공액 고분자 나노튜브, 나노와이어 및 이들의 제조방법이 개시되어 있으나, 폴리피롤이나 폴리아닐린은 밴드갭이 좁아서 광전특성이 없으며, 가시광선 영역에서의 발광도 보이지 않기 때문에 광전소자 또는 발광소자에 응용할 수 없다는 한계가 있었다.In addition, Korean Patent Publication No. 484317 discloses π-conjugated polymer nanotubes, nanowires, and a method of manufacturing the same. However, polypyrrole or polyaniline has a narrow bandgap, and thus has no photoelectric properties, and luminescence in visible light is also observed. There is a limit that can not be applied to the optoelectronic device or the light emitting device.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 나노크기를 가짐으로써 미세한 전자소자에 응용이 가능함과 동시에 기존의 탄소나노튜브와는 달리 제조공정이 용이하고 발광 특성을 쉽게 조절할 수 있으며 가공성이 뛰어나고, 특히 광전소자 및 발광소자에 응용이 가능한 폴리티오펜계 고분자 나노소재를 제공하는 것이다.Therefore, the first technical problem to be achieved by the present invention is to have a nano-size and can be applied to fine electronic devices, and at the same time unlike the conventional carbon nanotubes, the manufacturing process is easy and the light emission characteristics can be easily adjusted, and excellent processability, In particular, it is to provide a polythiophene-based polymer nanomaterial that can be applied to optoelectronic devices and light emitting devices.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성을 조절하는 방법을 제공하는 것이다.The second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for controlling the optical properties of the polythiophene-based polymer nanomaterial.

본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the first technical problem,

티오펜, 3-메틸 티오펜, 3-헥실 티오펜 및 3-옥틸 티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체를 전기적 중합하여 얻어지며, 직경이 150~250nm, 길이가 7~30㎛이고, 480~560nm에서 최대발광피크가 나타나는 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재를 제공한다.Obtained by the electrical polymerization of at least one monomer selected from the group consisting of thiophene, 3-methyl thiophene, 3-hexyl thiophene and 3-octyl thiophene, 150-250 nm in diameter, 7-30 μm in length, 480 It provides a polythiophene-based polymer nanomaterial characterized in that the maximum light emission peak at ~ 560nm.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고분자 나노소재는 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(TBAPF6), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트(BMIMPF6), p-도데실벤젠설폰산(DBSA), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBABF4), 및 테트라부틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트(TBACF3SO3)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 도펀트에 의해 도핑된 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the polymeric nanomaterial is tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF 6 ), p-dodecylbenzene It may be doped with one or more dopants selected from the group consisting of sulfonic acid (DBSA), tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ), and tetrabutylammonium trifluoromethanesulfonate (TBACF 3 SO 3 ).

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 나노소재는 나노튜브 또는 나노와이어일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the nanomaterial may be a nanotube or a nanowire.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 나노소재는 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트로 도핑된 폴리(3-헥실티오펜) 나노선이며, 전도도가 8 x 10-3 S/cm 이상인 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the nanomaterial is a poly (3-hexylthiophene) nanowire doped with 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and has a conductivity of 8 x 10 -3 S. It may be more than / cm.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 나노소재는 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트로 도핑된 폴리(3-메틸티오펜) 나노튜브이며, 6V/㎛에서 턴온되고, 12V/㎛ 이상에서는 0.7mA/cm2 이상의 전류가 흘러 전계방출 효과를 보이는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the nanomaterial is a poly (3-methylthiophene) nanotube doped with tetrabutylammonium hexafluorophosphate, turned on at 6V / μm, and 0.7mA at 12V / μm or more A current of more than / cm 2 may flow to show the field emission effect.

본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the second technical problem,

(a) 극성용매에 티오펜, 3-메틸 티오펜, 3-헥실 티오펜 및 3-옥틸 티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체와 도펀트를 첨가하고 교반하여 전기화학 중합용액을 제조하는 단계;(a) preparing an electrochemical polymerization solution by adding and stirring at least one monomer and a dopant selected from the group consisting of thiophene, 3-methyl thiophene, 3-hexyl thiophene, and 3-octyl thiophene to the polar solvent;

(b) 나노 기공을 갖는 알루미나 템플레이트의 한쪽 면에 금속을 증착시킨 후 스테인레스 전극에 부착시키는 단계;(b) depositing a metal on one side of the alumina template with nano pores and then attaching it to a stainless electrode;

(c) 스테인레스 전극과 상기 중합용액이 접촉되지 않도록 실리콘 테이프로 상기 알루미나 템플레이트 주위를 둘러싸는 단계;(c) surrounding the alumina template with silicon tape to prevent a stainless electrode from contacting the polymerization solution;

(d) 상기에서 제조된 전극과 또 다른 스테인레스 전극을 일정 간격을 두고 상기 중합용액에 침지시키는 단계;(d) immersing the prepared electrode and another stainless electrode in the polymerization solution at regular intervals;

(e) 전극 양단간에 전류를 인가하여 중합용액 내의 단량체를 상기 알루미나 템플레이트의 기공 내에서 나노소재로 전기적 중합시키는 단계; 및(e) applying a current between both electrodes to electrically polymerize the monomer in the polymerization solution into the nanomaterial in the pores of the alumina template; And

(f) 상기 나노소재가 삽입되어 있는 알루미나 템플레이트만을 NaOH를 이용하여 제거함과 동시에 디도핑시키거나, HF 수용액을 이용하여 제거한 후 디도핑시킴으로써 발광특성을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 발광특성 조절방법을 제공한다.(f) removing the only alumina template into which the nanomaterial is inserted using NaOH and simultaneously de-doping or removing the alumina template using HF aqueous solution and then de-doping to control the luminescence properties. Provided is a method of controlling light emission characteristics of an opene-based polymer nanomaterial.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 극성용매는 H2O, 아세토니트릴 및, N-메틸 피롤리디논으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polar solvent may be any one selected from the group consisting of H 2 O, acetonitrile, and N-methyl pyrrolidinone.

또한, 상기 도펀트는 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(TBAPF6), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트(BMIMPF6), p-도데실벤젠설폰산(DBSA), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBABF4), 테트라부틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트(TBACF3SO3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Further, the dopant is tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF 6 ), p-dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA), tetrabutylammonium Tetrafluoroborate (TBABF 4 ), tetrabutylammonium trifluoromethanesulfonate (TBACF 3 SO 3 ) It can be any one selected from the group consisting of.

또한, 상기 금속은 금, 은, 백금, 스테인레스, ITO 또는 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, the metal may be any one selected from the group consisting of gold, silver, platinum, stainless steel, ITO or a composite thereof.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 발광특성을 조절하는 단계는 상기 알루미나 템플레이트를 NaOH 수용액에 침지시킴으로써 발광세기를 증가시키고 최대발광피크를 적색천이시키는 것일 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the step of adjusting the luminescence properties may be to increase the luminescence intensity by immersing the alumina template in aqueous NaOH solution and to red transition the maximum emission peak.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 나노크기를 가짐으로써 미세한 전자소자에 응용이 가능함과 동시에 기존의 탄소나노튜브와는 달리 제조공정이 용이하고 발광 특성을 쉽게 조절할 수 있으며 특히 종래의 벌크형 폴리티오펜계 고분자에서는 관찰되지 않던 발광증가특성을 보이기 때문에 나노 광전소자 및 발광소자에 응용할 수 있다는 것을 특징으로 한다. Polythiophene-based polymer nanomaterials according to the present invention has a nano-size and can be applied to fine electronic devices, and at the same time, unlike conventional carbon nanotubes, the manufacturing process is easy and light emission characteristics can be easily adjusted. Since the polythiophene-based polymer shows luminescence increase that was not observed, it can be applied to nano photoelectric devices and light emitting devices.

본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 경우 나노튜브 또는 나노와이어 형태를 가지는데, 상기 나노소재의 길이와 직경은 알루미나 템플레이트의 나노 기공의 길이 및 직경에 의존하며, 반응시간, 인가전류 등에 의해서도 조절이 가능하다. 상기 나노소재의 직경 및 길이는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 직경이 150~250nm이고, 길이가 7~30㎛일 수 있다. 본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 발광세기가 벌크 폴리티오펜계 고분자보다 크며, 480~560nm에서 최대발광피크가 나타나는 것을 특징으로 한다.Polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention has a nanotube or nanowire form, the length and diameter of the nanomaterial depends on the length and diameter of the nano pores of the alumina template, the reaction time, applied current, etc. Adjustable by The diameter and length of the nanomaterial are not particularly limited, but may be 150 to 250 nm in diameter and 7 to 30 μm in length. The polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is characterized in that the luminescence intensity is greater than that of the bulk polythiophene-based polymer, and the maximum luminescence peak appears at 480 to 560 nm.

또한, 본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 p-도데실벤젠설폰산으로 도핑된 폴리(3-메틸티오펜) 나노튜브인 경우, 6V/㎛에서 턴온되고, 12V/㎛ 이상에서는 0.7mA/cm2 이상의 전류가 흘러 전계방출 효과를 보이는데, 이는 기존의 벌크형 폴리티오펜계 고분자에서는 볼 수 없었던 특징이다.In addition, the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is a poly (3-methylthiophene) nanotubes doped with p-dodecylbenzenesulfonic acid, turned on at 6V / ㎛, 0.7 at 12V / ㎛ or more The current flow of more than mA / cm 2 shows the field emission effect, which is a feature not seen in the existing bulk polythiophene polymer.

본 발명에 의한 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 제조에 사용되는 단량체를 하기 화학식 1에, 도펀트는 하기 화학식 2에 나타내었다.The monomer used in the preparation of the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is shown in the following formula (1), the dopant is shown in the following formula (2).

Figure 112010067465823-pat00001
Figure 112010067465823-pat00001

Figure 112010067465823-pat00002
Figure 112010067465823-pat00002

본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 제조는 다양한 극성 용매(H2O, 아세토니트릴, N-메틸-2-피롤리디논 등)에 π-공액 구조의 티오펜계 유기 단량체를 이에 적합한 도펀트와 혼합하여 잘 분산된 용액을 만들고, 나노미터 크기의 다공성 물질의 한쪽 면에 금속 전극(금, 은, 백금, ITO 등)을 증착 혹은 부착시킨 다음, 준비한 중합용액 속에서 전극과 전극 사이의 거리를 적당히 유지하면서 전기 화학적 중합방법으로 폴리티오펜계 고분자 나노소재 또는 나노와이어를 합성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의해 제조된 나노튜브 또는 나노와이어 형태의 폴리티오펜계 고분자는 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜)(P3MT), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 폴리(3-옥틸티오펜)(P3OT)이다.Preparation of the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is suitable for the thiophene-based organic monomer having a π-conjugated structure in various polar solvents (H 2 O, acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidinone, etc.) Mix with dopant to make a well dispersed solution, deposit or attach metal electrodes (gold, silver, platinum, ITO, etc.) on one side of nanometer-sized porous material, and then between the electrodes in the prepared polymerization solution The polythiophene-based polymer nanomaterial or nanowire is synthesized by an electrochemical polymerization method while maintaining a proper distance. Polythiophene-based polymers in the form of nanotubes or nanowires prepared by the present invention are polythiophene, poly (3-methylthiophene) (P3MT), poly (3-hexylthiophene) (P3HT), poly (3 Octylthiophene) (P3OT).

상기 중합용액을 만드는 과정에서 중합용액의 상태(온도, 압력, 단량체 및 단량체에 따른 도펀트의 종류와 몰비율) 등이 나노튜브 및 나노와이어의 생성에 영향을 미친다. 상기의 중합용액의 상태 및 전기중합시 합성조건의 변화에 따라 다양한 나노튜브 및 나노와이어를 합성할 수 있는데 그 가해진 전압에서 중합시간이 짧은 경우에는 나노튜브가 생성되고 중합시간을 길게하는 경우에는 나노와이어가 생성된다. 본 발명에 사용되는 단량체를 2 또는 3가지를 혼합하여 중합시킴으로써 공중합체 또는 3원중합체를 제조할 수도 있다. 특히 본 발명에서 사용되는 다공성 물질의 나노 크기의 조절에 의해 나노 튜브 및 나노와이어의 직경을 조절할 수 있으며 직경이 작을 수록 전도도가 향상되기 때문에 이를 통해 전도도를 적절히 조절할 수 있다. 또한 도펀트의 사용에 의한 도핑과 추후의 디도핑에 의해 상기 나노소재의의 전기적 특성을 절연체, 반도체, 도체로 조절할 수 있으며, 광학특성 또한 조절이 가능하기 때문에 응용분야가 광범위하다. In the process of making the polymerization solution, the state of the polymerization solution (temperature, pressure, monomer and monomer type and molar ratio) affects the production of nanotubes and nanowires. Various nanotubes and nanowires can be synthesized according to the state of the polymerization solution and the synthesis conditions during the electropolymerization. If the polymerization time is short at the applied voltage, the nanotubes are formed, and if the polymerization time is prolonged, The wire is created. Copolymers or terpolymers may be prepared by mixing two or three monomers used in the present invention and polymerizing them. In particular, the diameter of the nanotubes and the nanowires can be adjusted by controlling the nano-size of the porous material used in the present invention, and the smaller the diameter, the conductivity is improved, so that the conductivity can be appropriately controlled. In addition, it is possible to control the electrical properties of the nanomaterials to the insulator, semiconductor, conductor by the doping by the use of the dopant and the subsequent de-doping, and the optical properties can be adjusted, so the field of application is extensive.

본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 발광특성 조절방법은 (a) 극성용매에 티오펜, 3-메틸 티오펜, 3-헥실 티오펜 및 3-옥틸 티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체와 도펀트를 첨가하고 교반하여 전기화학 중합용액을 제조하는 단계; (b) 나노 기공을 갖는 알루미나 템플레이트의 한쪽 면에 금속을 증착시킨 후 스테인레스 전극에 부착시키는 단계; (c) 스테인레스 전극과 상기 중합용액이 접촉되지 않도록 실리콘 테이프로 상기 알루미나 템플레이트 주위를 둘러싸는 단계; (d) 상기에서 제조된 전극과 또 다른 스테인레스 전극을 일정 간격을 두고 상기 중합용액에 침지시키는 단계; (e) 전극 양단간에 전류를 인가하여 중합용액 내의 단량체를 상기 알루미나 템플레이트의 기공 내에서 나노소재로 전기적 중합시키는 단계; 및 (f) 상기 나노소재가 삽입되어 있는 알루미나 템플레이트만을 NaOH를 이용하여 제거함과 동시에 디도핑시키거나, HF 수용액을 이용하여 제거한 후 디도핑시킴으로써 발광특성을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for controlling the light emission characteristics of the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention is (a) at least one selected from the group consisting of thiophene, 3-methyl thiophene, 3-hexyl thiophene and 3-octyl thiophene in the polar solvent Adding an monomer and a dopant and stirring to prepare an electrochemical polymerization solution; (b) depositing a metal on one side of the alumina template with nano pores and then attaching it to a stainless electrode; (c) surrounding the alumina template with silicon tape to prevent a stainless electrode from contacting the polymerization solution; (d) immersing the prepared electrode and another stainless electrode in the polymerization solution at regular intervals; (e) applying a current between both electrodes to electrically polymerize the monomer in the polymerization solution into the nanomaterial in the pores of the alumina template; And (f) removing only the alumina template into which the nanomaterial is inserted by using NaOH and simultaneously de-doping, or by removing by using HF aqueous solution and then de-doping to control the luminescence properties.

본 발명에 따라 제조된 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 다공성 물질 내부에 합성되어 있으므로 순수한 폴리티오펜계 고분자 나노소재를 얻기 위해서는 다공성 물질을 제거해야 하는데, NaOH용액에 녹여 제거함으로서 일부가 디도핑(dedoping)된 폴리티오펜계 고분자 나노소재 또는 나노와이어 시료를 얻을 수 있다. 이 경우 후술하는 바와 같이, 발광세기가 기존의 벌크 폴리티오펜계 고분자의 경우보다 증가하게 되며, 디도핑 정도에 따라 최대발광피크가 적색천이되는 현상이 일어난다. 따라서, 필요에 따라 도핑 및 디도핑 정도를 조절함으로써 발광의 색을 변화시킬 수 있는 것이다. Since the polythiophene-based polymer nanomaterial prepared according to the present invention is synthesized inside the porous material, the porous material should be removed in order to obtain a pure polythiophene-based polymer nanomaterial, which is partially dedoped by dissolving in NaOH solution. Dedoping) polythiophene-based polymer nanomaterial or nanowire sample can be obtained. In this case, as will be described later, the light emission intensity is increased than that of the conventional bulk polythiophene-based polymer, and the phenomenon that the maximum light emission peak becomes a red transition according to the degree of dedoping occurs. Therefore, the color of light emission can be changed by adjusting the degree of doping and dedoping as needed.

한편, 도핑(doping)된 폴리티오펜계 고분자 나노소재를 얻기 위해서는 HF 수용액에 침지시킴으로써 상기 알루미나 템플레이트를 제거하는 것이 바람직하다. 이처럼 HF 수용액에 의해 알루미나 템플레이트를 제고하는 경우에는 전도성이 향상된 나노소재를 얻을 수 있으며, 특히, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트로 도핑된 폴리(3-헥실티오펜) 나노선의 경우, 전도도가 8 x 10-3 S/cm 이상까지 확보될 수 있다.On the other hand, in order to obtain a doped polythiophene-based polymer nanomaterial, it is preferable to remove the alumina template by immersion in HF aqueous solution. Thus, when the alumina template is improved by HF aqueous solution, a nanomaterial having improved conductivity can be obtained, and in particular, poly (3-hexylthiophene) nano doped with 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate. In the case of lines, the conductivity can be ensured up to 8 x 10 -3 S / cm or more.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재는 가공성이 뛰어나고 뛰어난 광학특성 및 전계방출특성을 보이기 때문에 발광소자, 전계방출소자는 물론, 태양전지 등의 광전소자에 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법에 의하면 필요에 따라 상기 나노소재의 광학특성을 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. As described above, since the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention has excellent processability and shows excellent optical and field emission characteristics, the polythiophene-based polymer nanomaterial can be used in light emitting devices, field emission devices, as well as photoelectric devices such as solar cells. According to the optical property control method of the polythiophene-based polymer nanomaterial according to the present invention, there is an advantage that the optical properties of the nanomaterial can be easily adjusted as necessary.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 폴리티오펜 나노튜브에 대한 SEM사진이다.
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 폴리(3-메틸티오펜) 나노튜브에 대한 SEM사진이다.
도 3은 실시예 3에 따라 제조된 폴리(3-메틸티오펜) 나노와이어에 대한 SEM사진이다.
도 4는 실시예 4에 따라 제조된 폴리(3-헥실티오펜) 나노와이어에 대한 SEM사진이다.
도 5는 실시예 4에 따라 제조된 폴리(3-헥실티오펜) 나노와이어에 대한 TEM사진이다.
도 6은 실시예 4에 따라 제조된 폴리(3-헥실티오펜) 나노와이어 한가닥에 대한 TEM사진이다.
도 7은 실시예 5에 따라 제조된 폴리(3-옥틸티오펜) 나노와이어에 대한 SEM사진이다.
도 8은 실시예 2에서 HF 수용액을 사용하여 알루미나 템플레이트를 제거함으로써 제조된 P3MT 나노튜브의 UV/Vis 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 실시예 2에서 HF 수용액 및 NaOH 수용액을 사용하여 알루미나 템플레이트를 제거함으로서 제조된 P3MT 나노튜브에 대한 발광스펙트럼을 나타낸다.
도 10은 실시예 6에 의해 제조된 P3MT 나노튜브에 있어서, HF 수용액을 이용하여 알루미나 템플레이트를 제거한 샘플과, 상기 샘플을 사이클로볼타메트리를 이용하여 디도핑시킨 샘플에 대하여 발광 스펙트럼의 변화를 측정한 결과이다.
도 11은 실시예 3에 의해 제조된 P3MT 나노튜브에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 클로로포름 용매 하에서 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 12는 실시예 4에 의해 제조된 P3HT 나노와이어에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 13은 실시예 4에 의해 제조된 P3HT 나노와이어에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 전기 전도도를 측정한 결과이다.
도 14는 실시예 2에 의해 제조된 P3MT 나노튜브에 대하여 전계방출효과를 측정한 결과이다.
1 is a SEM photograph of a polythiophene nanotube prepared according to Example 1. FIG.
FIG. 2 is a SEM photograph of poly (3-methylthiophene) nanotubes prepared according to Example 2. FIG.
3 is a SEM photograph of the poly (3-methylthiophene) nanowires prepared according to Example 3. FIG.
4 is a SEM photograph of the poly (3-hexylthiophene) nanowires prepared according to Example 4. FIG.
5 is a TEM photograph of poly (3-hexylthiophene) nanowires prepared according to Example 4. FIG.
6 is a TEM photograph of a strand of poly (3-hexylthiophene) nanowires prepared according to Example 4. FIG.
FIG. 7 is a SEM photograph of poly (3-octylthiophene) nanowires prepared according to Example 5. FIG.
FIG. 8 shows UV / Vis absorption spectra and emission spectra of P3MT nanotubes prepared by removing alumina templates using aqueous HF solution in Example 2. FIG.
FIG. 9 shows luminescence spectra for P3MT nanotubes prepared by removing alumina templates using HF aqueous solution and NaOH aqueous solution in Example 2. FIG.
FIG. 10 shows changes in emission spectra of P3MT nanotubes prepared according to Example 6, in which alumina template was removed using an aqueous HF solution, and samples dedoped using cyclovoltametry. One result.
FIG. 11 is a result of measuring absorption spectra and emission spectra under a chloroform solvent with respect to the P3MT nanotube prepared according to Example 3, in which the alumina template was removed using HF aqueous solution and the sample removed using NaOH aqueous solution.
FIG. 12 is a P3HT nanowire prepared in Example 4, where absorption spectra and emission spectra were measured for samples from which an alumina template was removed using an aqueous HF solution and a sample removed using an aqueous NaOH solution.
FIG. 13 shows the electrical conductivity of the P3HT nanowires prepared in Example 4 with respect to the samples in which the alumina template was removed using HF aqueous solution and the samples removed using NaOH aqueous solution.
14 is a result of measuring the field emission effect on the P3MT nanotubes prepared in Example 2.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1~7Examples 1-7

아세토니트릴 100ml에 단량체와 도펀트를 용해시킨 다음 30분 동안 교반하여 균질한 전기화학 중합용액을 제조하였다. 다공성 물질로는 Whatman에서 구입한 Anodisc Membrane(지름:25㎜, pore size 0.2㎛)을 사용하여 한쪽 면에 금(Au)을 증착 한 다음 스테인레스(가로=3㎝, 세로=15㎝, 두께=0.5㎜)전극 한쪽 면에 부착시키고 용액주입방지 및 시료 쪽의 집중적인 중합을 위해서 절연체인 실리콘 테이프로 다공성 물질 주변을 실링하였다. 다공성물질을 부착시킨 전극과 부착시키지 않은 전극을 상기에서 제조된 중합용액 내에서 3cm 간격을 유지하도록 위치시킨 다음 전극 양단간에 전류을 인가하여 전압인 1.2~3V가 유지되도록 하고 반응온도는 -40℃ 로 유지시켰다. 중합시간을 적절히 유지시킨 다음 중합에 사용되어진 다공성 물질을 NaOH용액에 녹여서 디도핑(dedoping) 효과가 부여된 폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 나노와이어를 얻었으며, NaOH 대신 HF 수용액을 사용하여 도핑(doping)된 폴리티오펜계 고분자 나노소재 및 나노와이어를 얻었다. 실시예 1~7에 사용된 단량체, 도펀트, 인가한 전류 및 시간을 표 1에 나타내었다. 각 실시예에서 얻어진 나노튜브 및 나노와이어의 직경은 150~200nm였으며, 그 각각의 길이와 형태를 하기 표 2에 나타내었다. 한편, 상기 실시예 1~5에서 제조된 폴리티오펜계 나노소재에 대한 SEM사진 및 TEM사진을 도 1 내지 도 7에 도시하였으며, 나노크기의 튜브 또는 와이어가 생성되어 있음을 알 수 있다.The monomer and the dopant were dissolved in 100 ml of acetonitrile and stirred for 30 minutes to prepare a homogeneous electrochemical polymerization solution. As a porous material, gold was deposited on one side using Anodisc Membrane (diameter: 25 mm, pore size 0.2 μm) purchased from Whatman, and then stainless steel (width = 3 cm, length = 15 cm, thickness = 0.5 Mm) It was attached to one side of the electrode and sealed around the porous material with silicon tape as an insulator for preventing solution injection and intensive polymerization on the sample side. Position the electrode with the porous material attached and the electrode not attached to each other so as to maintain a 3 cm gap in the polymerization solution prepared above, and apply a current between both electrodes to maintain a voltage of 1.2 to 3 V. The reaction temperature is -40 ° C. Maintained. After maintaining the polymerization time appropriately, the porous material used for the polymerization was dissolved in NaOH solution to obtain a polythiophene-based polymer nanomaterial and nanowires to which the dedoping effect was imparted. A doped polythiophene-based polymer nanomaterial and nanowires were obtained. The monomers, dopants, applied currents and times used in Examples 1-7 are shown in Table 1. The diameters of the nanotubes and nanowires obtained in each example were 150-200 nm, and their lengths and shapes are shown in Table 2 below. Meanwhile, SEM and TEM images of the polythiophene-based nanomaterials prepared in Examples 1 to 5 are shown in FIGS. 1 to 7, and it can be seen that nano-sized tubes or wires are formed.

단량체Monomer 도펀트Dopant 인가전류
(mA)
Current applied
(mA)
중합시간
(분)
Polymerization time
(minute)
실시예 1Example 1 티오펜(0.5M)Thiophene (0.5M) TBACF3SO3(0.1M)TBACF 3 SO 3 (0.1M) 55 22 실시예 2Example 2 3-메틸티오펜(0.5M)3-methylthiophene (0.5M) TBAPF6(0.1M)TBAPF 6 (0.1M) 1010 55 실시예 3Example 3 3-메틸티오펜(0.5M)3-methylthiophene (0.5M) DBSA(0.1M)DBSA (0.1M) 1010 2020 실시예 4Example 4 3-헥실티오펜(0.5M)3-hexylthiophene (0.5M) BMIMPF6(0.1M)BMIMPF 6 (0.1M) 1010 2020 실시예 5Example 5 3-옥틸티오펜(0.5M)3-octylthiophene (0.5M) TBAPF6(0.1M)TBAPF 6 (0.1M) 1010 55 실시예 6Example 6 3-메틸티오펜(0.5M)3-methylthiophene (0.5M) BMIMPF6(0.1M)BMIMPF 6 (0.1M) 1010 55 실시예 7Example 7 3-메틸티오펜(0.5M)3-methylthiophene (0.5M) BMIMPF6(0.1M)BMIMPF 6 (0.1M) 1010 2020

증류수Distilled water 길이(㎛)Length (㎛) 형태 shape 실시예 1Example 1 1010 나노튜브Nanotube 실시예 2Example 2 2020 나노튜브Nanotube 실시예 3Example 3 2020 나노와이어Nanowire 실시예 4Example 4 4040 나노와이어Nanowire 실시예 5Example 5 2525 나노튜브Nanotube 실시예 6Example 6 3535 나노튜브Nanotube 실시예 7Example 7 1010 나노와이어Nanowire

시험예 1Test Example 1

흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼 측정Absorption Spectrum and Emission Spectrum Measurements

실시예 2에서 제조된 P3MT 나노튜브의 UV/Vis 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 메탄올 용액 하에서 측정하고 그 결과를 도 8에 도시하였다. 도 8(a)를 참조하면 바이폴라론(Bipolaron) 흡수가 강하게 일어나면서 최대발광피크가 약 500nm에서 관찰된다는 것을 확인할 수 있다.
UV / Vis absorption spectra and emission spectra of the P3MT nanotubes prepared in Example 2 were measured under methanol solution and the results are shown in FIG. 8. Referring to FIG. 8 (a), it can be seen that the maximum emission peak is observed at about 500 nm while the bipolaron absorption is strongly induced.

한편, 실시예 2에 의해 제조된 P3MT 나노튜브를 NaOH 수용액을 이용하여 처리한 샘플과, HF 수용액을 이용하여 처리한 샘플에 대하여 컨포컬 스캐닝 레이저 마이크로스코프(Confocal scanning laser microscope)를 사용하여 나노 튜브 한 가닥에서 발광 스펙트럼을 측정하여 그 결과를 도 9에 도시하였다. 도 9를 참조하면, NaOH 수용액으로 알루미나 템플레이트를 제거한 경우의 발광세기가 더 강하다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 종래의 벌크 폴리티오펜계 고분자의 경우보다 발광세기를 더욱 증가시킬 수 있다.
On the other hand, the P3MT nanotubes prepared in Example 2 treated with NaOH aqueous solution, and the sample treated with HF aqueous solution, the nanotubes using a confocal scanning laser microscope (Confocal scanning laser microscope) The emission spectrum was measured on one strand and the result is shown in FIG. 9. 9, it can be seen that the emission intensity is stronger when the alumina template is removed with an aqueous NaOH solution. That is, according to the present invention it is possible to further increase the light emission intensity than in the case of the conventional bulk polythiophene-based polymer.

또한, 실시예 6에 의해 제조된 P3MT 나노튜브의 광학적 발광특성을 조절하기 위하여, HF 수용액을 이용하여 알루미나 템플레이트를 제거한 샘플과, 상기 샘플을 사이클로볼타메트리를 이용하여 디도핑시킨 샘플에 대하여 발광 스펙트럼의 변화를 측정하고 그 결과를 도 10에 도시하였다. 도 10을 참조하면, HF 수용액으로 처리된 P3MT 나노튜브의 경우 약 500nm에서 관찰되던 최대발광피크가 디도핑시킨 샘플의 경우 550nm로 적색천이가 일어남을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 나노튜브 또는 나노와이어로 제조된 폴리티오펜계 고분자 나노소재를 추가적인 처리공정을 통하여 발광특성을 변화시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
In addition, in order to control the optical luminescence properties of the P3MT nanotubes prepared in Example 6, the samples from which the alumina template was removed using HF aqueous solution, and the samples dedoped using cyclovoltametry were emitted. The change in the spectrum was measured and the results are shown in FIG. 10. Referring to FIG. 10, in the case of the P3MT nanotubes treated with the HF aqueous solution, the red light transition occurs at 550 nm in the case where the maximum emission peak observed at about 500 nm is dope. Therefore, according to the present invention it can be seen that the polythiophene-based polymer nanomaterial made of nanotubes or nanowires can change the light emission characteristics through an additional treatment process.

도 11에는 실시예 3에 의해 제조된 P3MT 나노튜브에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 클로로포름 용매 하에서 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도시하였다. 도 11을 참조하면, 흡수스펙트럼에 있어서도 양 샘플간에 차이가 존재하여 광학특성을 조절할 수 있다는 것을 확인할 있고, 발광 스펙트럼의 경우에도 HF 수용액을 처리한 샘플의 경우 최대발광피크가 약 530nm에서 관찰되지만, NaOH 수용액을 이용하여 처리한 샘플의 경우에는 최대발광피크가 약 555nm에서 관찰되기 때문에 적색천이가 되었으며, 발광특성도 조절할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 11 shows the results of measuring absorption spectra and emission spectra under a chloroform solvent for the samples in which the alumina template was removed using an aqueous HF solution and the sample removed using an aqueous NaOH solution in the P3MT nanotube prepared according to Example 3. It was. Referring to FIG. 11, it can be seen that there is a difference between the two samples in the absorption spectrum, so that the optical properties can be adjusted. In the case of the emission spectrum, the maximum emission peak is observed at about 530 nm even when the HF aqueous solution is treated. In the case of the sample treated with the aqueous NaOH solution, the maximum emission peak was observed at about 555 nm, which is a red transition, and it can be seen that the emission characteristics can be adjusted.

도 12에는 실시예 4에 의해 제조된 P3HT 나노와이어에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 클로로포름 용매 하에서 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도시하였다. 도 12를 참조하면, NaOH 수용액으로 처리한 샘플의 경우 적색천이가 일어나며, HF 수용액으로 처리한 샘플의 경우 연두색 발광을 관찰할 수 있음에 비하여, NaOH 수용액으로 처리한 샘플의 경우에는 황적색의 발광을 관찰할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성을 용이하게 조절할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 12 shows the results of measuring absorption spectra and emission spectra under a chloroform solvent for the samples in which the alumina template was removed using an aqueous HF solution and the sample removed using an aqueous NaOH solution in the P3HT nanowire manufactured according to Example 4. It was. Referring to FIG. 12, a red transition occurs in a sample treated with an aqueous NaOH solution, and a yellowish green emission can be observed in a sample treated with an aqueous HF solution, whereas in a sample treated with an aqueous NaOH solution, yellow-red emission occurs. Can be observed. Therefore, according to the present invention, it can be seen that the optical properties of the polythiophene-based polymer nanomaterial can be easily adjusted.

시험예 2Test Example 2

전기 전도도 측정Electrical conductivity measurement

실시예 4에 의해 제조된 P3HT 나노와이어에 있어서, 알루미나 템플레이트를 HF 수용액을 이용하여 제거한 샘플과 NaOH 수용액을 이용하여 제거한 샘플에 대하여 전기 전도도를 측정하고 그 결과를 도 13에 도시하였다. HF 수용액으로 처리한 경우의 전도도가 8.94 x 10-3S/cm로 NaOH 수용액으로 처리한 경우의 전도도 1.58 x 10-5 S/cm 보다 월등히 높게 나타남을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 전기 전도도 역시 용이하게 조절이 가능하다.
In the P3HT nanowires prepared in Example 4, the electrical conductivity was measured for the samples from which the alumina template was removed using HF aqueous solution and the samples removed using NaOH aqueous solution, and the results are shown in FIG. 13. It can be seen that the conductivity when treated with an aqueous solution of HF is 8.94 × 10 −3 S / cm, which is significantly higher than that obtained when treated with an aqueous NaOH solution, 1.58 × 10 −5 S / cm. That is, according to the present invention, the electrical conductivity can also be easily adjusted.

시험예 3Test Example 3

전계방출Field emission 효과 특성 측정 Measuring effect characteristics

실시예 2에 의해 제조된 P3MT 나노튜브에 대하여 전계방출효과를 측정하고 그 결과를 도 14에 도시하였다. 도 14를 참조하면, 약 6V/㎛에서 턴온(turn-on)이 시작되고, 12V/㎛에서는 약 0.8 mA/cm2의 전류가 흐르는 우수한 전계방출 특성을 보이기 때문에 기존의 벌크 폴리티오펜계 고분자에서는 관찰되지 않았던 전기적 특성을 가지고 있으며, 따라서 전계방출소자에 응용할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
The field emission effect of the P3MT nanotubes prepared in Example 2 was measured and the results are shown in FIG. 14. Referring to FIG. 14, the conventional bulk polythiophene-based polymer exhibits excellent field emission characteristics in which turn-on starts at about 6 V / μm and about 0.8 mA / cm 2 flows at 12 V / μm. Has electrical properties that have not been observed, and thus can be applied to field emission devices.

시험예 4Test Example 4

PLPL 효율 측정 Efficiency measurement

실시예 7에 의해 제조된 P3MT 나노와이어(HF 수용액으로 알루미나 템플레이트를 제거한 것 및 NaOH 수용액으로 알루미나 템플레이트를 제거한 것)와 종래의 벌크 P3MT에 대하여 PL 효율(Photo Luminescent efficiency)을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다. 상기 PL 효율은 종래에 통상적으로 사용하는 방법에 따라 측정하였으며, 이는 예를 들어, Chemical Physical Letters 241 (1995) 89-96에 개시되어 있는 방법을 참조할 수 있다. P3MT nanowires prepared by Example 7 (with alumina template removed with aqueous HF solution and alumina template with NaOH aqueous solution) and conventional bulk P3MT were measured for PL efficiency (Photo Luminescent efficiency) and the results were as follows. It is shown in Table 3. The PL efficiency was measured according to a conventionally used method, which may be referred to, for example, the method disclosed in Chemical Physical Letters 241 (1995) 89-96.

PL 효율PL efficiency 실시예 7(P3MT 나노와이어 by HF 수용액)Example 7 (P3MT nanowires by HF aqueous solution) 0.0450.045 실시예 7(P3MT 나노와이어 by NaOH 수용액)Example 7 (P3MT nanowires by NaOH aqueous solution) 0.1020.102 벌크 P3MT 박막Bulk P3MT Thin Films 0.020.02

표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 P3MT 나노와이어의 경우, 벌크 P3MT 박막과 비교할 때에, PL 효율이 최소 2.25배에서 5배 가량 증가한다는 것을 확인할 수 있으며, 따라서, 기존의 벌크 폴리티오펜계 고분자의 경우보다 발광세기가 증가한다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, in the case of the P3MT nanowires according to the present invention, when compared to the bulk P3MT thin film, it can be seen that the PL efficiency is increased by at least 2.25 times to 5 times, thus, the conventional bulk polythiophene-based polymer It can be seen that the emission intensity is increased than in the case of.

Claims (5)

(a) 극성용매에 티오펜, 3-메틸 티오펜, 3-헥실 티오펜 및 3-옥틸 티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체와 도펀트를 첨가하고 교반하여 전기화학 중합용액을 제조하는 단계;
(b) 나노 기공을 갖는 알루미나 템플레이트의 한쪽 면에 금속을 증착시킨 후 스테인레스 전극에 부착시키는 단계;
(c) 스테인레스 전극과 상기 중합용액이 접촉되지 않도록 실리콘 테이프로 상기 알루미나 템플레이트 주위를 둘러싸는 단계;
(d) 상기에서 제조된 전극과 또 다른 스테인레스 전극을 일정 간격을 두고 상기 중합용액에 침지시키는 단계;
(e) 전극 양단간에 전류를 인가하여 중합용액 내의 단량체를 상기 알루미나 템플레이트의 기공 내에서 나노소재로 전기적 중합시키는 단계; 및
(f) 상기 나노소재가 삽입되어 있는 알루미나 템플레이트만을 NaOH를 이용하여 제거함과 동시에 디도핑시키거나, HF 수용액을 이용하여 제거한 후 디도핑시킴으로써 광학특성을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법.
(a) preparing an electrochemical polymerization solution by adding and stirring at least one monomer and a dopant selected from the group consisting of thiophene, 3-methyl thiophene, 3-hexyl thiophene, and 3-octyl thiophene to the polar solvent;
(b) depositing a metal on one side of the alumina template with nano pores and then attaching it to a stainless electrode;
(c) surrounding the alumina template with silicon tape to prevent a stainless electrode from contacting the polymerization solution;
(d) immersing the prepared electrode and another stainless electrode in the polymerization solution at regular intervals;
(e) applying a current between both electrodes to electrically polymerize the monomer in the polymerization solution into the nanomaterial in the pores of the alumina template; And
(f) removing the alumina template into which the nanomaterial is inserted and simultaneously removing the alumina template using NaOH, or removing the alumina template using NaOH or de-doping using an aqueous HF solution. Optical Properties Control Method of Offenic Polymer Nanomaterial.
제 1항에 있어서, 상기 극성용매는 H2O, 아세토니트릴 및, N-메틸 피롤리디논으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법.The method of claim 1, wherein the polar solvent is any one selected from the group consisting of H 2 O, acetonitrile, and N-methyl pyrrolidinone. 제 1항에 있어서, 상기 도펀트는 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(TBAPF6), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플루오로포스페이트(BMIMPF6), p-도데실벤젠설폰산(DBSA), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBABF4), 및 테트라부틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트(TBACF3SO3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법.The method of claim 1 wherein the dopant is tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF 6 ), p-dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) , Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ), and tetrabutylammonium trifluoromethanesulfonate (TBACF 3 SO 3 ) is one of the polythiophene-based polymer nanomaterial optical How to adjust the characteristics. 제 1항에 있어서, 상기 금속은 금, 은, 백금, 스테인레스, ITO 또는 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법.The method of claim 1, wherein the metal is any one selected from the group consisting of gold, silver, platinum, stainless steel, ITO, or a complex thereof. 제 1항에 있어서, 상기 광학특성을 조절하는 단계는 상기 알루미나 템플레이트를 NaOH 수용액에 침지시킴으로써 발광세기를 증가시키고 최대발광피크를 적색천이시키는 것을 특징으로 하는 폴리티오펜계 고분자 나노소재의 광학특성 조절방법.The method of claim 1, wherein the adjusting of the optical property is performed by immersing the alumina template in an aqueous NaOH solution to increase the luminescence intensity and to red shift the peak emission peak. Way.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105862071A (en) * 2016-04-15 2016-08-17 武汉工程大学 Preparation method for pore diameter-controlled poly(3,4-ethylenedioxythiophene) thin film

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102138365B (en) * 2008-09-01 2013-09-25 京畿大学校产学协力团 Inorganic light-emitting device
KR101726335B1 (en) * 2015-10-21 2017-04-14 한국화학연구원 Doping method for Low band gap conjugated polymer film with spin coating and Thermoelectric material manufactured thereby
CN113322030A (en) * 2021-05-24 2021-08-31 深圳市通泰盈科技股份有限公司 High-performance acrylic acid adhesive, preparation method thereof and pressure-sensitive adhesive tape

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Adv. Mater., Vol. 17, pp. 2281-2305.(2005) *
Adv. Mater., Vol. 17, pp. 2281-2305.(2005)*
Synth. Metal, Vol. 150, pp. 279-284.(2005) *
Synth. Metal, Vol. 150, pp. 279-284.(2005)*
Synth. Metal, Vol. 153, pp. 341-344.(2005) *
Synth. Metal, Vol. 153, pp. 341-344.(2005)*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105862071A (en) * 2016-04-15 2016-08-17 武汉工程大学 Preparation method for pore diameter-controlled poly(3,4-ethylenedioxythiophene) thin film

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