KR101535619B1 - Alkylated graphene oxide composition and field effect transistor type gas sensor comprising the same - Google Patents

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KR101535619B1 KR1020130118638A KR20130118638A KR101535619B1 KR 101535619 B1 KR101535619 B1 KR 101535619B1 KR 1020130118638 A KR1020130118638 A KR 1020130118638A KR 20130118638 A KR20130118638 A KR 20130118638A KR 101535619 B1 KR101535619 B1 KR 101535619B1
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박찬언
김예별
안태규
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포항공과대학교 산학협력단
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

Abstract

유기 반도체(organic semiconductor); 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물이 제공된다. 본 발명의 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물은 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 활성층, 즉 센싱 레이어로 사용될 수 있다. 이에 의하면, 유기 반도체를 사용함으로써 낮은 공정 비용을 구현하고 유연한 기판에 적용할 수 있으며, 상온에서 동작 가능하도록 할 수 있다. 또한, 리셉터 물질인 알킬화 그래핀 옥사이드와 고분자 반도체가 분산된 복합체로 활성층을 형성하여 리셉터층을 별도로 형성하는 공정을 생략할 수 있으며, 트랜지스터 소자의 채널 영역에 리셉터가 존재하여 센서의 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Organic semiconductors; And an alkylated-graphene oxide. ≪ Desc / Clms Page number 5 > The alkylated graphene oxide composition of the present invention can be used as an active layer, i.e., a sensing layer, of a field effect transistor type gas sensor. By using an organic semiconductor, a low processing cost can be realized, the organic semiconductor can be applied to a flexible substrate, and the organic semiconductor can be operated at room temperature. In addition, it is possible to omit the step of separately forming a receptor layer by forming an active layer with a complex of alkylated graphene oxide and a polymer semiconductor dispersed as a receptor material, and a receptor is present in a channel region of the transistor device to improve the sensitivity of the sensor There is an effect that can be.

Description

알킬화 그래핀 옥사이드 조성물 및 그를 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서{ALKYLATED GRAPHENE OXIDE COMPOSITION AND FIELD EFFECT TRANSISTOR TYPE GAS SENSOR COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an alkylated graphene oxide composition and an electric field effect transistor type gas sensor including the alkylated graphene oxide composition and a field effect transistor type gas sensor including the alkylated graphene oxide composition.

본 발명은 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물 및 그를 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 알킬화 그래핀 옥사이드와 유기 반도체를 포함하는 조성물 및 그를 활성층으로 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to an alkylated graphene oxide composition and a field effect transistor type gas sensor comprising the same, and more particularly, to a composition comprising an alkylated graphene oxide and an organic semiconductor, and a field effect transistor type gas sensor .

간세포의 장애와 결합조직의 증가로 간이 굳어지고 축소되는 간경변증에 걸리면 지방산 성분이 날숨에 포함돼 있다. 신장의 기능이 약해지면 암모니아 냄새가 나는 기체인 트리메틸아민(Trimethylamine)이 발견된다. 폐암 환자의 경우 아직까지 그 이유가 밝혀지지 않았지만 오래전부터 알칸과 벤젠의 혼합물을 내뱉는다는 것이 알려져 있었다. 이처럼 질병에 대한 흔적이 날숨에 남는다는 것이 후각센서를 이용하여 병을 진단할 수 있는 근거가 된다. When liver cirrhosis gets stiffened or contracted due to hepatocyte damage and increased connective tissue, the fatty acid component is included in the exhalation. When the function of the kidneys weakens, trimethylamine, a gas that smells of ammonia, is found. It has long been known that patients with lung cancer do not know why, but they have been known to exhale a mixture of alkanes and benzenes. The fact that the traces of the disease are left to be exacerbated is a basis for diagnosing the disease using the olfactory sensor.

일반적으로 기체 성분을 정밀하게 분석하는 데는 가스 크로마토그래피와 질량 분광기가 쓰인다. 하지만 이 방법은 비용이 많이 들고 복잡하기 때문에 상업적인 진단에 활용하기 어렵다. 날숨에 포함된 다양한 휘발성 유기물질을 센싱하는 후각센서를 제조할 수 있다면 기존의 폐암 진단법보다 덜 정확하지만 훨씬 간단하게 병을 진단할 수 있다. 음주측정기로 술 마신 운전자를 가려내는 것처럼 미래에는 후각센서를 이용해 호흡만으로 많은 질병을 진단할 수 있는 의료혁명이 일어날 수 있다.In general, gas chromatography and mass spectrometers are used to accurately analyze gas components. However, this method is costly and complex, making it difficult to use it for commercial diagnosis. If olfactory sensors capable of sensing the various volatile organic compounds contained in the exhalation can be manufactured, the disease can be diagnosed with less accuracy but much simpler than the existing lung cancer diagnosis method. In the future, a medical revolution can occur that can diagnose many illnesses by breathing using the olfactory sensor, as in the case of using a breathalyzer to identify drivers who drink.

기체 성분을 분석하는 센서는 우리 주위에 있는 오염 물질을 확인하고 데이터 베이스를 수집/공유하여 유비쿼터스 시스템을 통한 범 지역적 환경 모니터링이 가능하도록 하며, 테러나 전투환경에서의 화학공격에 즉각적인 반응을 할 수 있도록 하는 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.Sensors for analyzing gaseous components can be used to identify pollutants around us and collect / share data bases to enable cross-regional environmental monitoring through ubiquitous systems and to react instantly to chemical attacks in a terrorist or combat environment. And so on.

지난 25년여 동안 단분자, 고분자를 이용한 유기반도체 재료들은 비약적인 발전을 거듭하여 왔다. 기존의 무기물을 이용한 반도체 재료들은 우수한 특성과 신뢰성을 확보하고 있지만, 제조공정상 고가의 비용이 드는 단점과 고온에서 동작시켜야 하는 등의 극심한 조건으로 인해 점점 그 역할을 유기 반도체 재료 쪽으로 이양하고 있는 게 사실이다. 유기반도체 재료들은 무기 반도체 재료와 비교하여 제조공정이 단순하고 소자 제작시 저가공정이 가능하며, 유기물의 특성상 간단한 구조의 변경을 통해 보다 우수한 특성을 발현하는 재료의 개발이 용이하다는 데서 그 원인을 찾을 수 있다.Over the past 25 years, organic semiconducting materials using monomolecular and polymeric materials have been making remarkable progress. Semiconductor materials using conventional inorganic materials have excellent characteristics and reliability, but they are gradually transferring their role to organic semiconductor materials due to the disadvantages of manufacturing cost and high operating temperature. to be. Organic semiconductor materials are easier to manufacture than inorganic semiconductor materials because they are simple to manufacture and can be manufactured at low cost in the fabrication of devices. Due to the nature of organic materials, it is easy to develop materials that exhibit superior characteristics through simple structure modification .

이와 같은 유기 반도체를 트랜지스터형의 가스 센서에 이용할 경우 높은 센싱 온도를 필요로 하지 않으므로 구동 비용을 절감할 수 있는 효과가 있으므로 이를 이용한 고감도의 가스 센서의 기술 개발이 필요한 실정이다. When such an organic semiconductor is used for a transistor-type gas sensor, a high sensing temperature is not required, and thus driving cost can be reduced. Therefore, it is necessary to develop a technology of a gas sensor with high sensitivity using the organic semiconductor.

종래의 트랜지스터형 가스 센서의 센싱 레이어에서는 가스 감지의 민감도를 향상시키기 위하여 리셉터 물질을 반도체 물질 상에 별도의 층으로 형성하는 공정을 수행하였다. 그러나 이와 같이 리셉터 층을 별도로 형성할 경우 공정 비용이 상승하고 균일한 박막을 형성하는 데 어려운 문제점이 있었다.In the sensing layer of the conventional transistor type gas sensor, a process of forming the receptor material as a separate layer on the semiconductor material is performed in order to improve the sensitivity of gas sensing. However, when the receptor layer is formed separately as described above, the process cost is increased and it is difficult to form a uniform thin film.

한국공개특허 제10-2011-0039803호Korean Patent Publication No. 10-2011-0039803 한국등록특허 제10-0477422호Korean Patent No. 10-0477422

본 발명의 목적은 상기한 과제를 해결하기 위한 것으로, 전계효과 트랜지스터 가스 센서의 활성층에 유기 반도체를 사용함으로써 낮은 공정 비용을 구현하고 유연한 기판에 적용할 수 있으며, 상온에서 동작 가능하도록 하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the problems described above and to provide an organic semiconductor for an active layer of a field effect transistor gas sensor, which can realize a low process cost and can be applied to a flexible substrate and operate at room temperature.

또한, 리셉터 물질을 유기 반도체와 함께 분산된 형태로 도입함으로써 리셉터층을 별도로 형성하는 공정을 생략하며, 트랜지스터 소자의 채널 영역에 리셉터가 존재하여 센서의 민감도를 향상시킬 수 있는 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물 및 그를 활성층으로 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서를 제공하는 데 있다.In addition, the step of separately forming the receptor layer by introducing the receptor material in a dispersed form together with the organic semiconductor is omitted, and the alkylation of the gas sensing layer for the gas sensing layer, in which the receptor exists in the channel region of the transistor element, A pin oxide composition and a field effect transistor type gas sensor including the pin oxide composition as an active layer.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유기 반도체(organic semiconductor); 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물이 제공된다.According to an aspect of the present invention, an organic semiconductor; And an alkylated-graphene oxide. ≪ Desc / Clms Page number 5 >

상기 알킬화 그래핀 옥사이드가 상기 유기 반도체 100 중량부를 기준으로 1 내지 30 중량부일 수 있다.The alkylated graphene oxide may be 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic semiconductor.

상기 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물이 유기용매를 추가로 포함할 수 있다.The alkylated graphene oxide composition may further comprise an organic solvent.

상기 유기 반도체가 무정형(amorphous) 유기 반도체일 수 있다. The organic semiconductor may be an amorphous organic semiconductor.

상기 유기 반도체가 p-형 반도체일 수 있다.The organic semiconductor may be a p-type semiconductor.

상기 유기 반도체가 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBO-TPDO(Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}]), PBDT-TPD(Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT(Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMO-PPV(Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT(Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), 및 PTB7(Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 유기 반도체일 수 있다.The organic semiconductor may be selected from the group consisting of Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene], PBDTBO-TPDO (Poly [(5,6-dihydro- -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) {4,8-bis [(2-butyloctyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dthiophene- 2,6-diyl}], PBDT-TPD (Poly [[5- (2-ethylhexyl) -5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4- 3-diyl] [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl]), PBDTTT- Synthesis of 1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- bithiothiophen- methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone]), PCDTBT (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7- -di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], Poly [[9- (1-octylononyl) -9H-carbazole-2,7- 1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl), PCPDTBT (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ ; 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7 (2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctylfluorene) 7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA ( Poly [(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) -tallow- (benzo [2,1,3] thiadiazol-4,8-diyl]), P3DDT (Poly (3- dodecylthiophene- , 5-diyl), P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), MDMO-PPV (Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'- dimethyloctyloxy) ), MEH-PPV (Poly-2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]), P3OT (Poly (3-octylthiophene- 2,6-dihydroxy-2 - [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene- carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl})).

상기 유기 반도체가 TIPS-pentacene(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TES-Pentacene(6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), DH-FTTF(5,5′-Bis(7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT(2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T(5,5′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T(3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T(5,5′′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5,5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2-ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), 및 TES-ADT(5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 저분자 유기 반도체일 수 있다.Wherein the organic semiconductor is selected from the group consisting of TIPS-pentacene (6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TES-Pentacene (6,13-Bis (triethylsilyl) ethynyl) pentacene, DH- (2,8-Difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), DH2T (5,5'-Dihexyl -2,2'-bithiophene), DH4T (3,3 '' - Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '' '- quaterthiophene), DH6T '' '' -Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '' ': 5' '', 2 ' -Sexthiophene), DTS (PTTh2) 2 (4,4 '- [4,4-Bis (2-ethylhexyl) -4H-silolo [3,2-b: 4,5- b'] dithiophene- -diyl] bis [7- (5'-hexyl- [2,2'-bithiophen-5-yl] - [1,2,5] thiadiazolo [3,4- c] pyridine] Bis {[4- (7-hexylthiophen-2-yl) thiophen-2-yl] - 1,2,5 thiadiazolo [3,4- c] pyridine} -3,3'- di- 2,2'-bithiophene), SMDPPEH (2,5-Di- (2-ethylhexyl) -3,6-bis- 5-yl) -pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione), and TES-ADT (5 , 11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene).

상기 알킬화 그래핀 옥사이드가 그래핀 옥사이드에 알킬아민이 화학적으로 결합하여 알킬기가 도입된 것일 수 있다.The alkylated graphene oxide may be one in which alkylamine is chemically bonded to graphene oxide to introduce an alkyl group.

상기 알킬아민이 1급 또는 2급 알킬아민일 수 있다.The alkylamine may be a primary or secondary alkylamine.

상기 1급 또는 2급 알킬아민이 하기 구조식 1로 표시되는 것일 수 있다.The primary or secondary alkylamine may be one represented by the following structural formula (1).

[구조식 1][Structural formula 1]

Figure 112013090136333-pat00001
Figure 112013090136333-pat00001

상기 구조식 1에서,In the above formula 1,

R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C5 내지 C30의 포화 또는 불포화 알킬기이고, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a C 5 to C 30 saturated or unsaturated alkyl group,

R1 및 R2는 동시에 수소원자가 아니다.
R 1 and R 2 are not simultaneously hydrogen atoms.

상기 알킬아민은 올레일아민(Oleylamine) 및 헥실아민(Hexylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The alkylamine may be at least one selected from the group consisting of oleylamine, hexylamine, and hexadecylamine.

상기 유기용매는 클로로포름, 톨루엔, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤, p-자일렌, 아세톤, 에탄올, 1-프로판올 및 1-부탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of chloroform, toluene, chlorobenzene, methyl ethyl ketone, p-xylene, acetone, ethanol, 1-propanol and 1-butanol.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

그래파이트를 산화시켜 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계(단계 a);Oxidizing the graphite to produce graphene oxide (step a);

상기 그래핀 옥사이드를 알킬아민과 반응시켜 알킬화 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계(단계 b); 및Reacting the graphene oxide with an alkylamine to produce an alkylated graphene oxide (step b); And

유기용매에 단계 b에서 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드와 유기 반도체를 넣고 분산시키는 단계(단계 c);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법이 제공된다.A step of adding and dispersing the alkylated graphene oxide prepared in step b and the organic semiconductor in an organic solvent (step c).

상기 단계 b는 상기 그래핀 옥사이드를 물에 분산시킨 용액과, 상기 알킬아민을 유기용매에 분산시킨 용액을 혼합 및 교반하여 반응시킨 후, 생성물을 건조시켜 분말 형태의 알킬화 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있다.In step (b), a solution in which the graphene oxide is dispersed in water and a solution in which the alkylamine is dispersed in an organic solvent are mixed and stirred to react, and then the product is dried to produce an alkylated graphene oxide in powder form have.

상기 단계 c의 상기 분산은 초음파 처리에 의해 수행될 수 있다.The dispersion in step c may be performed by ultrasonic treatment.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,

유기 반도체(organic semiconductor); 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 포함하는 활성층(active layer)을 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서가 제공된다.Organic semiconductors; And an active layer comprising an alkylated-graphene oxide-containing alkylated graphene oxide composition is provided. ≪ Desc / Clms Page number 2 >

상기 전계효과 트랜지스터형 가스센서는, The field effect transistor type gas sensor comprises:

게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연층을 포함하는 기판;A substrate including a gate electrode and a gate insulating layer disposed on the gate electrode;

상기 게이트 절연층 상에 배치되는 상기 활성층; 및The active layer disposed on the gate insulating layer; And

상기 활성층 상에 서로 이격되어 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함할 수 있다.And source and drain electrodes spaced apart from each other on the active layer.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,

게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연층을 포함하는 기판을 준비하는 단계(단계 1); 및 Preparing a substrate including a gate electrode and a gate insulating layer disposed on the gate electrode (step 1); And

상기 게이트 절연층 상에 상기 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법으로 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 코팅하여 활성층을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법이 제공된다.And forming an active layer on the gate insulating layer by coating an alkylated graphene oxide composition prepared by the method for preparing an alkylated graphene oxide composition (Step 2). do.

상기 단계 2에서의 코팅이 스핀 코팅(spin coating), 잉크젯 프린팅(inkjet coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(drop casting) 및 바 코팅(bar coating)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.The coating in step 2 may be performed by any one method selected from the group consisting of spin coating, inkjet coating, dip coating, drop casting and bar coating Lt; / RTI >

상기 단계 1 이후에 게이트 절연층 상에 소수성 처리를 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.And then performing a hydrophobic treatment on the gate insulating layer after the step 1.

본 발명의 트랜지스터형 가스 센서는 센싱 레이어에 유기 반도체를 사용함으로써 낮은 공정 비용을 구현하고 유연한 기판에 적용할 수 있으며, 상온에서 동작 가능하도록 할 수 있다.The transistor-type gas sensor of the present invention can realize a low process cost by using an organic semiconductor in a sensing layer, can be applied to a flexible substrate, and can operate at room temperature.

또한, 리셉터 물질을 유기 반도체 내에 분산된 형태로 도입함으로써 리셉터층을 별도로 형성하는 공정을 생략할 수 있으며, 트랜지스터 소자의 채널 영역에 리셉터가 존재하여 센서의 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the step of separately forming the receptor layer by introducing the receptor material in a form dispersed in the organic semiconductor can be omitted, and the receptor is present in the channel region of the transistor element, thereby improving the sensitivity of the sensor.

도 1은 본 발명의 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 활성층 표면에 대한 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2(a) 및 비교예 1(b)에 따라 제조된 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 제조예 1에 따라 제조된 그래핀 옥사이드의 FTIR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 제조예 2에 따라 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드의 FTIR 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 제조예 1의 그래핀 옥사이드(a) 및 제조예 2의 알킬화 그래핀 옥사이드(b)의 유기용매에 분산시킨 모습을 나타낸 사진이다.
도 8은 (a) 유기 반도체(F8T2), (b) 알킬화 그래핀 옥사이드, (c) 그래핀 옥사이드로 제조된 코팅층의 수 접촉각을 측정한 결과이다
도 9는 비교예 1(a)과 실시예 2(a)에 따른 가스 센서의 아세톤 증기에 대한 반응을 측정한 ID-VG 커브이다.
도 10은 비교예 1(a)과 실시예 2(a)에 따른 가스 센서의 수산화 암모늄 증기에 대한 반응을 측정한 ID-VG 커브이다.
도 11은 비교예 1(a)과 실시예 2(a)에 따른 가스 센서의 에탄올 증기에 대한 반응을 측정한 ID-VG 커브이다.
도 12는 비교예 1 및 실시예 2에 따른 가스 센서의 민감도를 분석한 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a sequential process for producing an alkylated graphene oxide composition for a gas sensing layer of the present invention. FIG.
2 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a field-effect transistor type gas sensor according to the present invention.
3 is a SEM photograph of the surface of the active layer of the field effect transistor type gas sensor manufactured according to the second embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a field-effect transistor type gas sensor manufactured according to Example 2 (a) and Comparative Example 1 (b) of the present invention.
5 is a graph showing FTIR spectrum analysis results of graphene oxide prepared according to Preparation Example 1. FIG.
6 is a graph showing the FTIR spectrum analysis results of the alkylated graphene oxide produced according to Preparation Example 2. FIG.
7 is a photograph showing a state in which the graphene oxide (a) of Production Example 1 and the alkylated graphene oxide (b) of Production Example 2 are dispersed in an organic solvent.
8 is a result of measuring the water contact angle of (a) the organic semiconductor (F8T2), (b) the alkylated graphene oxide, and (c) the coating layer made of graphene oxide
FIG. 9 is a graph showing the relationship between I D -V G (a) and I D -V G measured for the reaction of the gas sensor according to Comparative Example 1 (a) and Example 2 It is a curve.
FIG. 10 is a graph showing the response of the gas sensor according to Comparative Example 1 (a) and Example 2 (a) to ammonium hydroxide vapor, I D -V G It is a curve.
11 is a graph showing the relationship between I D -V G (a) and I D- G It is a curve.
12 is a graph showing the sensitivity of the gas sensor according to Comparative Example 1 and Example 2.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The invention is capable of various modifications and may have various embodiments, and particular embodiments are exemplified and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본원에서 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 직쇄형, 분쇄형 또는 환형의 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.As used herein, unless otherwise defined, the term "alkyl group" means a straight, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group. The alkyl group may be a "saturated alkyl group" which does not contain any double or triple bonds.

알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다. The alkyl group may be an "unsaturated alkyl group" comprising at least one double bond or triple bond.

예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4개의 탄소원자, 즉, 알킬쇄는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.For example, the C1 to C4 alkyl groups may have 1 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, i.e., the alkyl chain may be optionally substituted with one or more substituents selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, Indicating that they are selected from the group.

구체적인 예를 들어 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.
Specific examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, ethenyl group, Butyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, and the like.

이하, 본 발명의 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the alkylated graphene oxide composition for the gas sensing layer of the present invention will be described.

본 발명의 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물은 유기 반도체(organic semiconductor) 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide)를 포함한다.The alkylated graphene oxide compositions for the gas sensing layer of the present invention include organic semiconductors and alkylated-graphene oxides.

상기 알킬화 그래핀 옥사이드가 상기 유기 반도체 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 5 내지 25 중량부 포함될 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는, 7 내지 15 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.The alkylated graphene oxide is preferably contained in an amount of 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic semiconductor. More preferably 5 to 25 parts by weight, and even more preferably 7 to 15 parts by weight.

상기 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물은 유기용매를 추가로 포함할 수 있다.The alkylated graphene oxide composition may further comprise an organic solvent.

상기 유기 반도체는 무정형(amorphous), 유정형(crystal) 반도체를 모두 포함할 수 있으나, 무정형(amorphous)의 유기 반도체인 것이 더욱 바람직하고, p-형 반도체인 것이 더욱 바람직하다.The organic semiconductor may include both amorphous and crystal semiconductors, but it is more preferably an amorphous organic semiconductor and more preferably a p-type semiconductor.

상기 유기 반도체는 고분자 또는 저분자 유기 반도체 일 수 있다.The organic semiconductor may be a polymer or a low molecular organic semiconductor.

상기 유기 반도체는 두 종류 이상의 고분자와 저분자 유기 반도체를 함께 사용하거나 서로 다른 고분자-고분자 유기반도체를 함께 사용하거나 혹은 서로 다른 저분자-저분자 유기반도체를 함께 사용하여 트랜지스터의 활성층으로 이용할 수 있다.The organic semiconductor can be used as an active layer of a transistor by using two or more kinds of polymers and a low-molecular organic semiconductor together, using different polymer-organic polymer semiconductors, or using different low-molecular-low molecular organic semiconductors together.

상기 고분자 유기 반도체는 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBO-TPDO(Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}]), PBDT-TPD(Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT(Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMO-PPV(Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT(Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), PTB7(Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})) 등이 적용될 수 있다.The polymeric organic semiconductors were synthesized from poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene], PBDTBO-TPDO (Poly [(5,6-dihydro- dioxo-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) {4,8-bis [(2-butyloctyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dithiophene -2,6-diyl}], PBDT-TPD (Poly [[5- (2-ethylhexyl) -5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4- c] pyrrole- , 3-diyl] [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl]), PBDTTT- [1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2- b: 4,5- bithiothiophen-2-yl] -3-fluoro- -methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone]), PCDTBT (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7- 2 ', 1'-benzothiadiazole)], Poly [[9- (1-octylononyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2 , 1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H- b, 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7 (2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctylfluorene) , 7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole e]), Poly [(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno [ 3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dithiophene- ], F8BT (Poly [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) -alt- (benzo [2,1,3] thiadiazol-4,8-diyl)], P3DDT (3-hexylthiophene-2,5-diyl), MDMO-PPV (Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'- dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene], MEH-PPV (Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) , PTB7 (Poly ({4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5- b] dithiophene- (2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl})).

상기 저분자 유기 반도체는 TIPS-pentacene(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TES-Pentacene(6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), DH-FTTF(5,5′-Bis(7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT(2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T(5,5′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T(3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T(5,5′′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5,5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2-ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), TES-ADT(5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene) 등이 적용될 수 있다.The low molecular weight organic semiconductors include TIPS-pentacene (6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TES-Pentacene (6,13-Bis (triethylsilyl) ethynyl) pentacene, DH-FTTF (2,8-Difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), DH2T (5,5'- Dihexyl-2,2'-bithiophene), DH4T (3,3 '' - Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '' '- quaterthiophene), DH6T 5 '', 2 '' ', 5' '', 2 '' '', 5 '' '', 2 '' ' -Sexthiophene), DTS (PTTh2) 2 (4,4 '- [4,4-Bis (2-ethylhexyl) -4H-silolo [3,2-b: 4,5- b'] dithiophene- 6-diyl] bis [7- (5'-hexyl- [2,2'-bithiophen-5-yl] - [1,2,5] thiadiazolo [ -Bis {[4- (7-hexylthiophen-2-yl) thiophen-2-yl] - [1,2,5] thiadiazolo [3,4-c] pyridine} -3,3'-di-2-ethylhexylsilylene -2,2'-bithiophene), SMDPPEH (2,5-Di- (2-ethylhexyl) -3,6-bis- (5'-n-hexyl- [2,2 ', 5' ] terthiophen-5-yl) -pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione), TES -Adt (5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene).

상기 알킬화 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드와 알킬아민이 화학적으로 공유 결합하여 알킬기가 도입된 것을 뜻한다. 상세하게는, 그래핀 옥사이드의 산기와 알킬아민의 아민기가 서로 결합하여 그래핀 옥사이드에 알킬기가 도입된 것일 수 있다.The alkylated graphene oxide means that the alkyl group is chemically covalently bonded to the graphene oxide and the alkylamine. Specifically, the acid group of graphene oxide and the amine group of alkylamine may be bonded to each other to introduce an alkyl group into graphene oxide.

상기 알킬아민은 1급 또는 2급의 알킬아민일 수 있다.The alkylamine may be a primary or secondary alkylamine.

상세하게는, 상기 알킬아민은 하기 구조식 1로 표시될 수 있다.Specifically, the alkylamine may be represented by the following structural formula (1).

[구조식 1][Structural formula 1]

Figure 112013090136333-pat00002
Figure 112013090136333-pat00002

상기 구조식 1에서,In the above formula 1,

R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C5 내지 C30의 포화 또는 불포화 알킬기이고, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a C 5 to C 30 saturated or unsaturated alkyl group,

R1 및 R2는 동시에 수소원자가 아니다.R 1 and R 2 are not simultaneously hydrogen atoms.

바람직하게는, 상기 알킬아민은 올레일아민(Oleylamine), 헥실아민(Hexylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine) 등을 사용할 수 있다. Preferably, the alkylamine may be oleylamine, hexylamine, hexadecylamine, or the like.

상기 유기용매는 클로로포름, 톨루엔, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤, p-자일렌, 아세톤, 에탄올, 1-프로판올, 1-부탄올 등을 사용할 수 있고, 두 종류 이상의 용매를 co-solvent 형태로 사용할 수도 있다.
The organic solvent may be chloroform, toluene, chlorobenzene, methyl ethyl ketone, p-xylene, acetone, ethanol, 1-propanol or 1-butanol. Two or more kinds of solvents may be used in a co- .

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 가스 센서 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법에 관해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing an alkylated graphene oxide composition for a gas sensor layer according to the present invention will be described with reference to FIG.

먼저, 그래파이트를 산화시켜 그래핀 옥사이드를 제조한다(단계 a).First, graphite is oxidized to prepare graphene oxide (step a).

상기 그래핀 옥사이드의 제조는 공지된 허머스 법(hummers method)을 사용할 수 있으며, 그 방법이 특별히 제한되지 않는다.The graphene oxide can be produced by a known hummers method, and the method is not particularly limited.

다음으로, 상기 그래핀 옥사이드를 알킬아민와 반응시켜 알킬화 그래핀 옥사이드를 제조한다(단계 b).Next, the graphene oxide is reacted with an alkylamine to produce an alkylated graphene oxide (step b).

상세하게는, 상기 그래핀 옥사이드를 물에 분산시킨 용액과, 상기 알킬아민을 유기용매에 분산시킨 용액을 혼합 및 교반하여 반응시킨 후, 생성물을 건조시켜 분말을 얻는 방법을 사용할 수 있으나 여기에 한정되지 않는다. 알킬화 그래핀 옥사이드의 제조는 알킬아민의 종류에 따라 그 합성방법이 달라질 수 있으며, 상기 제조방법은 올레일아민을 사용한 경우 적용하기에 적합하다.Specifically, a method may be used in which a solution in which the graphene oxide is dispersed in water and a solution in which the alkylamine is dispersed in an organic solvent are mixed and stirred to react and then the product is dried to obtain a powder, It does not. The synthesis of the alkylated graphene oxide may be varied depending on the kind of the alkylamine, and the production method is suitable for the use of oleylamine.

이후, 유기용매에 단계 b에서 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드와 유기 반도체를 넣고 분산시켜 복합체를 제조한다(단계 c).Thereafter, the alkylated graphene oxide prepared in step b and the organic semiconductor are added to the organic solvent and dispersed to prepare a complex (step c).

상기 분산을 촉진시키기 위하여 상기 단계 c에서 초음파 처리를 수행할 수 있다.
In order to promote the dispersion, ultrasonic treatment may be performed in step c.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 구조에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the structure of the field effect transistor type gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서는, 유기 반도체(organic semiconductor) 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 활성층(active layer)으로 포함한다.The field effect transistor type gas sensor of the present invention comprises an alkylated graphite oxide composition comprising an organic semiconductor and an alkylated-graphene oxide as an active layer.

상세하게는, 상기 전계효과 트랜지스터형 가스센서는, 게이트 전극(12)과 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층(14)으로 이루어진 기판(10); 기판(10)의 게이트 절연층(14) 상에 배치되는 활성층(20); 및 활성층(20) 상에 서로 이격되어 배치되는 소스 전극(30) 및 드레인 전극(40);을 포함할 수 있다.Specifically, the field effect transistor type gas sensor comprises: a substrate 10 comprising a gate electrode 12 and a gate insulating layer 14 on the gate electrode; An active layer (20) disposed on the gate insulating layer (14) of the substrate (10); And a source electrode 30 and a drain electrode 40 which are spaced apart from each other on the active layer 20.

여기서, 게이트 전극(12)은 n-형 도핑된 실리콘, ITO, In2O3, SnO2, ZnO, Ga이 도핑된 ZnO, Al이 도핑된 ZnO, Sb가 도핑된 SnO2 등의 도전성 물질이나 금, 알루미늄, 백금과 같은 금속 전극이 적용될 수도 있다.The gate electrode 12 may be formed of a conductive material such as n-type doped silicon, ITO, In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, ZnO doped with Ga, ZnO doped with Al, or SnO 2 doped with Sb Metal electrodes such as gold, aluminum, and platinum may be applied.

게이트 절연층(14)은 실리카, Al2O3, Ta2O5, Y2O3, La2O3, HfO2, Nb2O3, ZrO2 등의 절연성 산화물과 PVP(Polyvinylpyrrolidone), CytopTM, PS(Poly-styrene), PET(Poly(ethyleneterephtalate))등의 고분자 절연체를 사용할 수 있다.A gate insulating layer 14 is silica, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, Y 2 O 3, La 2 O 3, HfO 2, Nb 2 O 3, ZrO 2 such as an insulating oxide and PVP (Polyvinylpyrrolidone), Cytop of TM , poly-styrene (PS), and poly (ethyleneterephthalate) (PET).

활성층(20)은 앞서 설명한 본 발명의 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물로 이루어지며, 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 한다.The active layer 20 is composed of the above-described alkylated graphene oxide composition for the sensing layer of the present invention, and a detailed description thereof will be referred to.

소스 전극(30) 및 드레인 전극(40)은 Au, Ag, Cu, Al, ITO, 등으로 이루어질 수 있다. 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극, 게이트 절연층과 활성층은 각각의 물질의 특성에 따라 적절한 조합이 존재할 수 있다.The source electrode 30 and the drain electrode 40 may be made of Au, Ag, Cu, Al, ITO, or the like. The gate electrode, the source and drain electrodes, the gate insulating layer and the active layer may have a suitable combination depending on the properties of the respective materials.

본 발명의 트랜지스터형 가스 센서에 적용되는 트랜지스터의 구조는 공지된 기술을 적용할 수 있으므로 더욱 상세한 내용은 생략하기로 한다. The structure of the transistor applied to the transistor-type gas sensor of the present invention can be applied to a known technology, so that a detailed description thereof will be omitted.

도 2에서는 탑 컨텍트 바텀 게이트형(top contact bottom gate type)의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서만을 예시하였으나, 여기에 한정되지 않으며, 경우에 따라 활성층으로 본 발명의 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 적용할 수 있는 트랜지스터의 다양한 변형예들이 모두 적용될 수 있다. Although only a field-effect transistor gate sensor of the top contact bottom gate type is illustrated in FIG. 2, the present invention is not limited thereto. In some cases, an alkylated graphite oxide composition for a gas sensing layer of the present invention Various variations of applicable transistors can be applied.

다만, 활성층인 채널영역이 외부로 노출되어 가스 센싱 레이어로의 적용이 용이한 탑 컨텍트 바텀 게이트형 또는 바텀 컨텍트 바텀 게이트형을 적용하는 것이 더욱 바람직하다.
However, it is more preferable to apply a top contact type bottom gate type or a bottom contact bottom gate type in which a channel region which is an active layer is exposed to the outside and is easily applied to a gas sensing layer.

이하, 본 발명의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a field-effect transistor type gas sensor of the present invention will be described.

먼저, 게이트 전극과 상기 게이트 전극상의 게이트 절연층으로 이루어진 기판을 준비한다(단계 1).First, a substrate made of a gate electrode and a gate insulating layer on the gate electrode is prepared (step 1).

경우에 따라, 상기 게이트 절연층 상에 소수성 처리 공정을 추가로 수행할 수도 있다. In some cases, a hydrophobic treatment process may be further performed on the gate insulating layer.

상기 소수성 처리는 ODTS(octadecyltrimethoxysilane), OTS(octyltrichlorosilane), HMDS(hexamethyldisiloxane) 등의 실란기를 가진 탄소사슬의 저분자 물질, FDTS(perfluorodecyltrichlorosilane) 등의 플루오르화 된 저분자 물질, 또는 소수성을 띠는 Cytop 등의 고분자 물질 등을 사용할 수 있다.The hydrophobic treatment may be carried out by using a low molecular substance of a carbon chain having a silane group such as octadecyltrimethoxysilane (ODTS), octyltrichlorosilane (OTS) or hexamethyldisiloxane (HMDS), a fluorinated low molecular substance such as FDTS (perfluorodecyltrichlorosilane), or a polymer such as a hydrophobic Cytop Materials and the like can be used.

상기 기판은 앞서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 그 부분을 참조하기로 한다. Since the substrate is the same as that described above, a detailed description thereof will be referred to.

다음으로, 상기 기판의 게이트 절연층 상에 본 발명의 가스 센싱 레이어용 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 코팅하여 활성층을 형성한다(단계 2).Next, an alkylated graphite oxide composition for a gas sensing layer of the present invention is coated on the gate insulating layer of the substrate to form an active layer (step 2).

상기 코팅은 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 딥 코팅, 드롭 캐스팅, 바 코팅 등으로 수행할 수 있으며 여기에 한정되는 것은 아니다.
The coating can be performed by spin coating, inkjet printing, dip coating, drop casting, bar coating, etc., but is not limited thereto.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

그래파이트는 Alfa Aesar (LOT:K23U009)에서 구입하였다.The graphite was purchased from Alfa Aesar (LOT: K23U009).

그 외 다른 화학 제품은 Sigma-Aldrich에서 구입하였다.
Other chemicals were purchased from Sigma-Aldrich.

제조예Manufacturing example 1:  One: 그래핀Grapina 옥사이드의Oxide 제조 Produce

그래파이트 2.5g, 과황산칼륨 (K2S2O8) 5g, 오산화인 (P2O5) 5g 및 황산 (H2SO4) 20ml를 80~85℃에서 5시간 동안 교반 후 상온으로 식혔다. 배치의 온도를 10℃로 유지한 상태에서 황산(H2SO4 ) 60ml 를 더 첨가한 뒤 5분간 교반하고, 이후 35℃를 유지하며 2일 동안 더 교반시켰다. 그 뒤 증류수 200ml와 과산화수소(H2O2) 20ml를 차례대로 넣고 1~2시간 정도 충분히 교반시켜 합성 결과물을 얻었다. 이후 염산과 증류수를 1:10 비율로 섞은 용액을 이용하여 합성 결과물을 정제해 준 뒤 원심분리법을 이용하여 얻어진 물질 중 상층액을 수집하여 진공증발시켜 그래핀 옥사이드 분말을 제조하였다.
5 g of graphite, 5 g of potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ), 5 g of phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) and 20 ml of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) were stirred at 80 to 85 ° C for 5 hours and then cooled to room temperature. 60 ml of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was further added while the temperature of the batch was maintained at 10 ° C, and the mixture was stirred for 5 minutes, and then stirred at 35 ° C for 2 days. After that, 200 ml of distilled water and 20 ml of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) were added in order, and the mixture was thoroughly stirred for about 1 to 2 hours to obtain a synthetic product. Then, the synthesis result was purified using a solution prepared by mixing hydrochloric acid and distilled water at a ratio of 1:10. Then, the supernatant was collected by centrifugation and vacuum evaporated to prepare graphene oxide powder.

제조예Manufacturing example 2: 알킬화  2: alkylation 그래핀Grapina 옥사이드의Oxide 제조 Produce

제조예 1에서 얻은 50mg의 그래핀 옥사이드를 증류수 8.5ml에 분산시킨 뒤 에탄올에 분산시킨 oleylamine 용액과 섞어 상온에서 24시간 동안 격렬히 교반하였다. 이후, 진공증발시켜 알킬화 그래핀 옥사이드를 분말로 얻었다.
50 mg of graphene oxide obtained in Preparation Example 1 was dispersed in 8.5 ml of distilled water, mixed with oleylamine solution dispersed in ethanol, and vigorously stirred at room temperature for 24 hours. Thereafter, vacuum evaporation yielded the alkylated graphene oxide as a powder.

실시예Example 1: 알킬화  1: alkylation 그래핀Grapina 옥사이드Oxide 조성물의 제조 Preparation of composition

제조예 2에서 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드와 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene])를 9:1의 중량비로 클로로포름에 넣고 3시간 동안 초음파 처리하여 균일하게 분산시켜 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 제조하였다.
The alkylated graphene oxide prepared in Preparation Example 2 and F8T2 (Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene] were added to chloroform at a weight ratio of 9: 1 and ultrasonicated for 3 hours And uniformly dispersed to prepare an alkylated graphene oxide composition.

실시예Example 2:  2: 전계효과Field effect 트랜지스터형 가스 센서의 제조 Manufacture of transistor type gas sensor

3000 Å 두께의 실리콘산화물을 포함하는 n-type 실리콘 웨이퍼를 준비하여 piranha solution (6:4 H2SO4:H2O2)으로 세척하고, ODTS(octadecyltrimethoxysilane)으로 개질하였다. 다음으로, 알킬화 그래핀 옥사이드와 F8T2가 1:9의 중량비로 포함된 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 클로로포름 1.35ml에 넣고 분산시켜 0.2%의 코팅액을 제조하고, ODTS-처리된 절연층 상에 상기 코팅액을 코팅하여 30nm 두께의 활성층 박막을 형성하였다. 이때, 상기 코팅은 30초간 2000 rpm으로 스핀코팅으로 수행하였다. 활성층 형성 후, 활성층 상에 금전극을 열증착하여 전계 효과 트랜지스터형 가스 센서를 제조하였다.An n-type silicon wafer containing 3000 Å thick silicon oxide was prepared, washed with piranha solution (6: 4 H 2 SO 4 : H 2 O 2 ) and reformed with ODTS (octadecyltrimethoxysilane). Next, an alkylated graphene oxide composition containing alkylated graphene oxide and F8T2 in a weight ratio of 1: 9 was added and dispersed in 1.35 ml of chloroform to prepare a 0.2% coating solution, and the coating solution was coated on the ODTS- To form an active layer thin film having a thickness of 30 nm. At this time, the coating was performed by spin coating at 2000 rpm for 30 seconds. After formation of the active layer, a gold electrode was thermally deposited on the active layer to produce a field effect transistor type gas sensor.

실시예 2에 따라 제조된 전계 효과 트랜지스터형 가스 센서에 포함되는 활성층의 SEM 사진을 도 3에 나타내었다.
FIG. 3 is a SEM photograph of the active layer included in the field effect transistor type gas sensor manufactured according to Example 2. FIG.

비교예Comparative Example 1: 유기 반도체 활성층을 포함하는  1: a layer containing an organic semiconductor active layer 전계효과Field effect 트랜지스터형 가스 센서 Transistor type gas sensor

활성층으로 실시예 1의 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물 대신에 F8T2을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 전계 효과 트랜지스터형 가스 센서를 제조하였다.
A field-effect transistor type gas sensor was fabricated in the same manner as in Example 2 except that F8T2 alone was used instead of the alkylated graphene oxide composition of Example 1 as the active layer.

상기 실시예 2에 따라 제조된 전계 효과 트랜지스터형 가스 센서(a)와 비교예 1에 따라 제조된 전계 효과 트랜지스터형 가스 센서(b)의 단면 구조를 도 4에 개략적으로 나타내었다.
A sectional structure of the field effect transistor type gas sensor (a) manufactured in accordance with the second embodiment and the field effect transistor type gas sensor (b) manufactured according to the first comparative example is schematically shown in FIG.

[시험예]
[Test Example]

시험예Test Example 1:  One: FTIRFTIR 스펙트럼 분석 Spectrum analysis

제조예 1에 따라 제조된 하기 구조식 1으로 표시되는 그래핀 옥사이드와 제조예 2에 따라 제조된 하기 구조식 2로 표시되는 알킬화 그래핀 옥사이드의 합성을 확인하기 위하여 FTIR 스펙트럼 분석을 수행하여 그 결과를 도 5 및 도 6에 각각 나타내었다.FTIR spectrum analysis was performed to confirm the synthesis of the graphene oxide represented by the following structural formula 1 produced according to Production Example 1 and the alkylated graphene oxide represented by the following structural formula 2 produced according to Preparation Example 2, 5 and Fig. 6, respectively.

[구조식 2][Structural formula 2]

Figure 112013090136333-pat00003
Figure 112013090136333-pat00003

[구조식 3]][Structural Formula 3]]

Figure 112013090136333-pat00004

Figure 112013090136333-pat00004

도 5를 참고하면, 그래핀 옥사이드의 합성이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있고, 도 6에 따르면, 그래핀 옥사이드의 알킬화가 잘 이루어졌으며, 알킬화 그래핀 옥사이드는 다양한 극성 작용기가 여전히 남아 있어 가스 센서의 리셉터로 사용하기에 적합한 물질임을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 5, it can be confirmed that the synthesis of graphene oxide is well performed. According to FIG. 6, the alkylation of graphene oxide is well performed, and the alkylated graphene oxide has various polar functional groups remaining, It was confirmed that it is a suitable material for use as a receptor.

시험예Test Example 2: 알킬화  2: alkylation 그래핀Grapina 옥사이드의Oxide 유기용매에 대한 분산 안정성 시험 Dispersion stability test for organic solvent

도 7은 제조예 1의 그래핀 옥사이드의 클로로포름에 분산시킨 사진(a) 및 제조예 2의 알킬화 그래핀 옥사이드의 다양한 유기용매(톨루엔, 클로로포름, 클로로벤젠, 아세톤, 에탄올, 1-프로판올, p-자일렌, 및 1-부탄올)에 분산시킨 사진(b)을 나타낸 것이다.FIG. 7 is a graph showing the results of the measurement of the amount of graphene oxide dispersed in chloroform of the graphene oxide of Production Example 1 and the amount of the alkylated graphene oxide of Production Example 2 in various organic solvents (toluene, chloroform, chlorobenzene, acetone, ethanol, Xylene, and 1-butanol).

도 7에 따르면, 알킬화 전의 그래핀 옥사이드는 유기용매에 제대로 분산되지 않았고, 이에 반해, 알킬화 그래핀 옥사이드는 다양한 유기용매에서 분산성이 우수한 것을 시각적으로 확인할 수 있었다.According to FIG. 7, graphene oxide before alkylation was not properly dispersed in an organic solvent, whereas alkylated graphene oxide was visually confirmed to have excellent dispersibility in various organic solvents.

이와 같은 결과는 그래핀 옥사이드의 산기와 올레이아민의 아민기가 화학적인 결합을 이루어 그래핀 옥사이드에 충분한 길이의 알킬기가 도입되고, 이에 따라 클로로포름과 같은 유기용매에 분산 안정성을 높아진 것을 나타낸다. 분산 안정성이 높은 알킬화 그래핀 옥사이드는 전계 효과 트랜지스터의 제조시 유기 반도체와 함께 유기용매에 분산시켜 유기 반도체 복합체를 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
These results indicate that the acid group of graphene oxide and the amine group of oleylamine are chemically bonded to introduce an alkylene group having a sufficient length into the graphene oxide, thereby increasing dispersion stability in an organic solvent such as chloroform. It has been found that the alkylation graphene oxide having a high dispersion stability can be easily dispersed in an organic solvent together with an organic semiconductor during the production of a field effect transistor to easily produce an organic semiconductor complex.

시험예Test Example 3: 수  3: Number 접촉각Contact angle (( WaterWater contactcontact angleangle ) 측정) Measure

도 8은 (a)유기 반도체(F8T2), (b)알킬화 그래핀 옥사이드, (c)그래핀 옥사이드로 형성된 코팅층의 수 접촉각을 측정한 결과이다.8 is a measurement result of a water contact angle of a coating layer formed of (a) the organic semiconductor (F8T2), (b) alkylated graphene oxide, and (c) graphene oxide.

도 8을 참조하면, 유기 반도체 물질은 소수성을 나타내고, 그래핀 옥사이드는 친수성을 나타내며, 알킬화 그래핀 옥사이드는 양친매성(amphipathic)을 나타내는 물질임을 확인할 수 있다. 즉, 알킬화 그래핀 옥사이드는 유기용매에 분산될 수 있어 유기 반도체 물질과 함께 분산시켜 유기 반도체 복합체를 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 8, it can be confirmed that the organic semiconductor material exhibits hydrophobicity, the graphene oxide exhibits hydrophilicity, and the alkylated graphene oxide exhibits amphipathic properties. That is, the alkylated graphene oxide can be dispersed in an organic solvent and can be dispersed together with an organic semiconductor material to easily produce an organic semiconductor complex.

시험예Test Example 4: 가스 반응 측정 4: Gas reaction measurement

(a) 비교예 1(유기 반도체만을 센싱 레이어 사용한 경우), (b) 실시예 2(유기 반도체와 알킬화 그래핀 옥사이드 복합체를 센싱 레이어로 사용한 경우)에 따른 유기전계 트랜지스터형 가스 센서의 세 종류의 가스에 대한 반응을 측정하여 도 9 내지 도 11에 나타내었다.(a) Comparative Example 1 (when only a sensing layer is used for an organic semiconductor), (b) Example 3 (when an organic semiconductor and an alkylated graphene oxide composite are used as a sensing layer) The response to the gas was measured and shown in FIG. 9 to FIG.

여기서, 도 9는 아세톤 증기, 도 10은 수산화 암모늄(Ammonium hydroxide) 증기, 도 11은 에탄올 증기에 노출시 반응을 각각 나타낸 것이다. 검정색 실선은 가스에 노출하기 전, 빨간색 점선은 가스 노출 후의 ID-VG 커브를 각각 나타낸 것이다.Here, FIG. 9 shows acetone vapor, FIG. 10 shows ammonium hydroxide vapor, and FIG. 11 shows the reaction upon exposure to ethanol vapor. The black solid line represents the I D -V G curve after exposure to gas, and the red dotted line represents the I D -V G curve after gas exposure.

상세하게는, 가스센서를 각각의 가스의 포화 증기압에 노출시키고 드레인 전류-게이트 전압(ID-VG) 특성을 측정하기 위하여, 센서를 probe station (KEITHLEY 2361)에 연결하고 조절하였다. Specifically, the sensor was connected to the probe station (KEITHLEY 2361) and adjusted to expose the gas sensor to the saturated vapor pressure of each gas and measure the drain current-to-gate voltage (I D -V G ) characteristics.

커브의 변화에서, 드레인 전압을 -80V로 고정하고, 게이트 전압을 20 V 내지 -80 V로 변화하도록 하여 전류의 변화를 측정하였다. ID-VG 커브는 가스 노출 전후에 측정하였으며, 전계효과 모빌리티(field-effect mobility)와 역치전압(threshold voltage)은 아래의 식 1에 따라 계산하였다.In the change of the curve, the drain voltage was fixed at -80 V, and the gate voltage was changed from 20 V to -80 V to measure the change of the current. I D -V G The curves were measured before and after gas exposure, and field-effect mobility and threshold voltage were calculated according to Equation 1 below.

[식 1][Formula 1]

ID = μCdielW/2L(VGS - Vth)2 I D = μC diel W / 2L (V GS - V th ) 2

여기서, ID는 소스-드레인 전류, μ는 전계효과 캐리어 모빌리티(field-effect carrier mobility), Cdiel은 절연층의 단위 면적당 정전용량, VGS는 소스-게이트 전압이고, Vth는 역치전압이다.Where I D is the source-drain current, μ is the field-effect carrier mobility, C diel is the capacitance per unit area of the insulating layer, V GS is the source-gate voltage, and V th is the threshold voltage .

도 9 내지 도 11에 따르면, 고분자 반도체만을 활성층으로 사용한 경우에 비하여 리셉터 물질인 알킬화 그래핀 옥사이드와 고분자 반도체의 복합체를 활성층으로 사용한 경우 가스 노출 후의 신호 변화가 더 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
9 to 11, it can be seen that the signal change after gas exposure was larger when a complex of alkylated graphene oxide and a polymer semiconductor, which is a receptor material, was used as the active layer, compared with the case where only the polymer semiconductor was used as the active layer.

시험예Test Example 5: 가스 센서의 민감도 분석 5: Sensitivity analysis of gas sensor

상기 시험예 4에서, 가스 노출 전후의 전계효과 캐리어 모빌리티의 변화율과 역치전압의 변화율을 아래의 식 2 및 식 3에 따라 측정하여 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 트랜지스터형 가스 센서의 민감도를 비교하였다. In Test Example 4, the rate of change of the field effect carrier mobility before and after exposure to gas and the rate of change of the threshold voltage were measured according to the following Expression 2 and Expression 3, and the sensitivity of the transistor type gas sensor manufactured according to Example 2 and Comparative Example 1 Were compared.

[식 1][Formula 1]

Figure 112013090136333-pat00005
Figure 112013090136333-pat00005

[식 2][Formula 2]

Figure 112013090136333-pat00006

Figure 112013090136333-pat00006

상기 민감도 분석 결과를 아래의 표 1과 도 12에 나타내었다. 도 12에서 비교예 1의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서에 대한 결과는 사각형으로 표시하였고, 실시예 2의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 결과는 별표로 표시하였다.The sensitivity analysis results are shown in Table 1 and FIG. 12 below. In FIG. 12, the results of the field effect transistor type gas sensor of Comparative Example 1 are shown in a square, and the results of the field effect transistor type gas sensor of Example 2 are indicated by an asterisk.

가스종류Gas type 구분division Vth 변화율(%)V th rate of change (%) μ 변화율(%) μ change rate (%) AcetoneAcetone 비교예 1Comparative Example 1 4.73(1)4.73 (1) 1.72(1)1.72 (1) 실시예 2Example 2 45.50(9.62)45.50 (9.62) 58.78(34.17)58.78 (34.17) AmmoniaAmmonia 비교예 1Comparative Example 1 6.72(1)6.72 (1) 10.81(1)10.81 (1) 실시예 2Example 2 270.29(40.22)270.29 (40.22) 52.39(4.90)52.39 (4.90) EthanolEthanol 비교예 1Comparative Example 1 6.43(1)6.43 (1) 2.75(1)2.75 (1) 실시예 2Example 2 115.70(18.00)115.70 (18.00) 15.49(5.63)15.49 (5.63)

* ( )안의 숫자는 비교예 1의 신호변화율을 1로 보았을 때, 실시예 2의 신호변화율을 상대적인 값으로 나타낸 것임.
The numbers in parentheses are relative values of the signal change rate of Example 2 when the signal change rate of Comparative Example 1 is taken as 1.

상기 표 1 및 도 12에 따르면, 고분자 반도체만을 활성층으로 적용한 비교예 1의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서에 비하여, 고분자 반도체와 알킬화 그래핀 옥사이드의 복합체를 활성층으로 적용한 실시예 2의 전계효과 트랜지스터형 가스 센서가 가스 노출에 훨씬 민감한 것을 알 수 있다.According to Table 1 and FIG. 12, compared with the field effect transistor type gas sensor of Comparative Example 1 in which only the polymer semiconductor is applied as the active layer, the field effect transistor type gas sensor of Example 2 in which the complex of the polymer semiconductor and the alkylated graphene oxide is applied as the active layer It can be seen that the sensor is much more sensitive to gas exposure.

10: 기판 12: 게이트 전극
14: 게이트 절연층 20: 활성층
22: 유기 반도체 24: 알킬화 그래핀 옥사이드
30: 소스 전극 40: 드레인 전극
10: substrate 12: gate electrode
14: gate insulating layer 20: active layer
22: organic semiconductor 24: alkylated graphene oxide
30: source electrode 40: drain electrode

Claims (20)

유기 반도체(organic semiconductor); 및
알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하고,
전계효과 트랜지스터형 가스 센서에 사용하기 위한 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
Organic semiconductors; And
An alkylated-graphene oxide,
Alkylated graphene oxide compositions for use in field effect transistor type gas sensors.
제1항에 있어서,
상기 알킬화 그래핀 옥사이드가 상기 유기 반도체 100 중량부를 기준으로 1 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the alkylated graphene oxide is 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic semiconductor.
제1항에 있어서,
상기 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물이 유기용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
≪ / RTI > wherein the alkylated graphene oxide composition further comprises an organic solvent.
제1항에 있어서,
상기 유기 반도체가 무정형(amorphous) 유기 반도체인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the organic semiconductor is an amorphous organic semiconductor.
제1항에 있어서,
상기 유기 반도체가 p-형 반도체인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the organic semiconductor is a p-type semiconductor.
제1항에 있어서,
상기 유기 반도체가 F8T2(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-bithiophene]), PBDTBO-TPDO(Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-C]pyrrole-1,3-diyl){4,8-bis[(2-butyloctyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}]), PBDT-TPD(Poly[[5-(2-ethylhexyl)-5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl][4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]]), PBDTTT-CF(Poly[1-(6-{4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-6-methylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophen-2-yl}-3-fluoro-4-methylthieno[3,4-b]thiophen-2-yl)-1-octanone]), PCDTBT(Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PCPDTBT(Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA(Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], F8BT(Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), MDMO-PPV(Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]), P3OT(Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)), 및 PTB7(Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 유기 반도체인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
The organic semiconductor may be selected from the group consisting of Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene], PBDTBO-TPDO (Poly [(5,6-dihydro- -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) {4,8-bis [(2-butyloctyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5- b '] dthiophene- 2,6-diyl}], PBDT-TPD (Poly [[5- (2-ethylhexyl) -5,6-dihydro-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4- 3-diyl] [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl]), PBDTTT- Synthesis of 1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4,5- bithiothiophen- methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -1-octanone]), PCDTBT (Poly [N-9'-heptadecanyl-2,7- -di-2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)], Poly [[9- (1-octylononyl) -9H-carbazole-2,7- 1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl), PCPDTBT (Poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ ; 3,4-b '] dithiophene) -tallow-4,7 (2,1,3-benzothiadiazole)]), PFO-DBT (Poly [2,7- (9,9-dioctylfluorene) 7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole]), PTAA ( Poly [(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-1,3-diyl) [4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene-2,6-diyl] [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) -tallow- (benzo [2,1,3] thiadiazol-4,8-diyl]), P3DDT (Poly (3- dodecylthiophene- , 5-diyl), P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), MDMO-PPV (Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'- dimethyloctyloxy) ), MEH-PPV (Poly-2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]), P3OT (Poly (3-octylthiophene- 2,6-dihydroxy-2 - [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2- b: 4,5-b '] dithiophene- carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenediyl})). The alkylated graphene oxide composition according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 유기 반도체가 TIPS-pentacene(6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene), TES-Pentacene(6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene), DH-FTTF(5,5′-Bis(7-hexyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2′-bithiophene), diF-TES-ADT(2,8-Difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene), DH2T(5,5′-Dihexyl-2,2′-bithiophene), DH4T(3,3′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene), DH6T(5,5′′′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′:5′′′,2′′′′:5′′′′,2′′′′′-sexithiophene), DTS(PTTh2)2(4,4′-[4,4-Bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[7-(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine], 5,5′-Bis{[4-(7-hexylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl]-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine}-3,3′-di-2-ethylhexylsilylene-2,2′-bithiophene), SMDPPEH(2,5-Di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5′′-n-hexyl-[2,2′,5′,2′′]terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione), 및 TES-ADT(5,11-Bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 저분자 유기 반도체인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the organic semiconductor is selected from the group consisting of TIPS-pentacene (6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene), TES-Pentacene (6,13-Bis (triethylsilyl) ethynyl) pentacene, DH- (2,8-Difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), DH2T (5,5'-Dihexyl -2,2'-bithiophene), DH4T (3,3 '' - Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 '''- quaterthiophene), DH6T '''' -Dihexyl-2,2 ': 5', 2 '': 5 '', 2 ''':5''', 2 ' -Sexthiophene), DTS (PTTh2) 2 (4,4 '- [4,4-Bis (2-ethylhexyl) -4H-silolo [3,2-b: 4,5- b'] dithiophene- -diyl] bis [7- (5'-hexyl- [2,2'-bithiophen-5-yl] - [1,2,5] thiadiazolo [3,4- c] pyridine] Bis {[4- (7-hexylthiophen-2-yl) thiophen-2-yl] - 1,2,5 thiadiazolo [3,4- c] pyridine} -3,3'- di- 2,2'-bithiophene), SMDPPEH (2,5-Di- (2-ethylhexyl) -3,6-bis- 5-yl) -pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione), and TES-ADT (5 , 11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene). The alkylated graphene oxide composition of claim 1,
제1항에 있어서,
상기 알킬화 그래핀 옥사이드가 그래핀 옥사이드에 알킬아민이 공유 결합하여 알킬기가 도입된 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the alkylated graphene oxide is covalently bonded to an alkylamine in graphene oxide to introduce an alkyl group.
제8항에 있어서,
상기 알킬아민이 1급 또는 2급 알킬아민인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
9. The method of claim 8,
Wherein said alkylamine is a primary or secondary alkylamine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제9항에 있어서,
상기 1급 또는 2급 알킬아민이 하기 구조식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
[구조식 1]
Figure 112013090136333-pat00007

상기 구조식 1에서,
R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C5 내지 C30의 포화 또는 불포화 알킬기이고,
R1 및 R2는 동시에 수소원자가 아니다.
10. The method of claim 9,
The alkylated graphene oxide composition of claim 1, wherein the primary or secondary alkylamine is represented by the following structural formula (1).
[Structural formula 1]
Figure 112013090136333-pat00007

In the above formula 1,
R 1 and R 2 may be the same or different from each other, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a C 5 to C 30 saturated or unsaturated alkyl group,
R 1 and R 2 are not simultaneously hydrogen atoms.
제10항에 있어서,
상기 알킬아민이 올레일아민(Oleylamine) 및 헥실아민(Hexylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
11. The method of claim 10,
Wherein the alkylamine is at least one member selected from the group consisting of oleylamine, hexylamine, and hexadecylamine.
제3항에 있어서,
상기 유기용매가 클로로포름, 톨루엔, 클로로벤젠, 메틸에틸케톤, p-자일렌, 아세톤, 에탄올, 1-프로판올 및 1-부탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물.
The method of claim 3,
Wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of chloroform, toluene, chlorobenzene, methyl ethyl ketone, p-xylene, acetone, ethanol, 1-propanol and 1-butanol.
그래파이트를 산화시켜 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계(단계 a);
상기 그래핀 옥사이드를 알킬아민과 반응시켜 알킬화 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계(단계 b); 및
유기용매에 단계 b에서 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드와 유기 반도체를 넣고 분산시키는 단계(단계 c);를 포함하고,
전계효과 트랜지스터형 가스 센서에 사용하기 위한 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법.
Oxidizing the graphite to produce graphene oxide (step a);
Reacting the graphene oxide with an alkylamine to produce an alkylated graphene oxide (step b); And
(C) placing and dispersing the alkylated graphene oxide and the organic semiconductor prepared in step b in an organic solvent,
A method for producing an alkylated graphene oxide composition for use in a field effect transistor type gas sensor.
제13항에 있어서,
상기 단계 b가 상기 그래핀 옥사이드를 물에 분산시킨 용액과, 상기 알킬아민을 유기용매에 분산시킨 용액을 혼합 및 교반하여 반응시킨 후, 생성물을 건조시켜 분말 형태의 알킬화 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The step b is a step of mixing and stirring a solution of the graphene oxide in water and a solution of the alkylamine dispersed in an organic solvent to react and then drying the product to prepare an alkylated graphene oxide in powder form ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제13항에 있어서,
상기 단계 c의 상기 분산이 초음파 처리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물의 제조방법.
14. The method of claim 13,
≪ / RTI > wherein said dispersion of step c is performed by ultrasonic treatment.
유기 반도체(organic semiconductor); 및 알킬화 그래핀 옥사이드(alkylated-graphene oxide);를 포함하는 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 포함하는 활성층(active layer)을 포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서.Organic semiconductors; And an alkylated graphite oxide composition comprising an alkylated graphite oxide and an alkylated-graphene oxide. ≪ Desc / Clms Page number 13 > 제16항에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터형 가스 센서가
게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연층을 포함하는 기판;
상기 게이트 절연층 상에 배치되는 상기 활성층; 및
상기 활성층 상에 서로 이격되어 배치되는 소스 전극 및 드레인 전극;을
포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서.
17. The method of claim 16, wherein the field effect transistor type gas sensor
A substrate including a gate electrode and a gate insulating layer disposed on the gate electrode;
The active layer disposed on the gate insulating layer; And
A source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the active layer;
Wherein the sensor is a gas sensor.
게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 배치되는 게이트 절연층을 포함하는 기판을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 게이트 절연층 상에 제13항에 따라 제조된 알킬화 그래핀 옥사이드 조성물을 코팅하여 활성층을 형성하는 단계(단계 2);를
포함하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법.
Preparing a substrate including a gate electrode and a gate insulating layer disposed on the gate electrode (step 1); And
Coating an alkylated graphene oxide composition prepared according to claim 13 on the gate insulating layer to form an active layer (step 2);
Wherein the method comprises the steps of:
제18항에 있어서,
상기 단계 2에서의 코팅이 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 딥 코팅, 드롭 캐스팅 및 바 코팅으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the coating in step 2 is performed by any one method selected from the group consisting of spin coating, ink jet printing, dip coating, drop casting and bar coating.
제18항에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법은
상기 단계 1 이후에 게이트 절연층 상에 소수성 처리를 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터형 가스 센서의 제조방법.
19. The method of manufacturing a field effect transistor type gas sensor according to claim 18,
Further comprising the step of subjecting the gate insulating layer to a hydrophobic treatment after the step (1). ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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