KR102176727B1 - 전도성 고분자 전극 제조 방법 - Google Patents

전도성 고분자 전극 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법은, 플라즈마 처리된 상기 금속 전극을 폴리에틸렌이민(PEI) 용액에 침지시켜 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키고, 금속 전극을 혼합 수용액에 침지시킨 후 금속 전극에 소정 전압을 인가하여, 폴리에틸렌이민 박막 접착층 상에 폴리피롤 박막(polypyrole membrane)을 전착시키는 공정을 포함할 수 있다.

Description

전도성 고분자 전극 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING CONDUCTING POLYMER ELECTRODE}
본 발명은 전도성 고분자 전극 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 전극에 폴리머 코팅을 도포하여 금속 전극과 전도성 고분자 전극 물질 사이의 계면 접합을 향상시킬 수 있는 전도성 고분자 전극 제조 방법에 관한 것이다.
전도성 고분자(Conducting Polymer)는 폴리머(고분자)의 본래 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기를 통하는 플라스틱으로, 폴리피롤(polypyrrole)과 같은 전도성 폴리머로 이루어진 전도성 고분자 전극은 산화 환원 활성, 전도성 및 생체 적합성이 우수하여 전기 화학적 에너지 저장 장치, 센서, 액추에이터 및 신경 인터페이스를 비롯한 다양한 산업 분야에 사용되고 있는 물질이다.
이러한 전도성 고분자 전극은 일반적으로 전도성 고분차 층의 두께에 비례하여 성능이 결정되기 때문에, 전극에 가능한 한 두꺼운 전도성 고분자층을 증착하는 것이 성능 면에서 유리하다.
하지만, 종래의 전도성 고분자 전극은 전극과 전도성 고분자 간의 계면 접착력이 낮기 때문에 제조 및 운용 중에 전도성 고분자 층이 쉽게 박리된다는 문제점이 있다.
종래의 전도성 고분자 접합을 향상시키는 방법들은 대표적으로 에칭 (etching) 및 도금을 이용해 전극의 표면의 거칠기를 높인 후 에 전기 중합하는 방법과, 금속과 잘 결합되는 전도성 고분자 모노머(monomer)를 합성하여, 이를 전기 중합하는 기술(예: SH 기능기가 있는 폴리파이롤을 금 표면 위에 전기중합하여 필름을 형성)이 제시된 바 있다.
하지만, 전자의 경우 에칭으로 인해 전기화학적으로 반응하는 하부 층 (예컨대 금 표면의 경우, 크롬이나 티타늄 층)을 노출시킬 수있어 장기간 적용시 전도성 고분자가 코팅 된 전극을 불안정하게 만들 수 있다는 문제점이 있으며, 후자의 경우 전기화학적인 사이클(예컨대 배터리 충방전 시) 결합이 끊어져 안정성이 소실된다는 한계가 있다.
한편, 접착제 혹은 접착 물질을 이용하여 전극과 전도성 고분자 간의 접착 성능향상을 이루고자 하는 기술이 제시된 바가 있다. 하지만, 대부분의 접착제들은 두꺼운 두께와 비전도성을 가지게 때문에 모재(또는 기판)와 전극 재료 사이에 저항이 높아져서 전극재료 고유의 전기적인 특성을 얻을 수 없다는 단점이 있다. 또한, 실버 에폭시 등과 같이 전도도가 있는 접착제를 사용하는 경우, 전해질 환경 속에서 전극의 성능과 안정성이 크게 떨어진다는 한계가 있다.
이에, 전도성 고분자와 금속 전극 간의 접착 성능을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제10-2017-0006320호
본 발명의 일측면은 박막 형태의 폴리머 코팅을 이용하여 금속 전극과 전도성 고분자 전극 물질 사이의 계면의 접합을 향상시킬 수 있는 전도성 고분자 전극 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법은, 금속 전극의 표면에 산소 플라즈마 처리를 수행하는 전처리 단계; 플라즈마 처리된 상기 금속 전극을 폴리에틸렌이민(PEI) 용액에 침지시켜 상기 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 접착 고분자층 흡착 단계; 및 상기 금속 전극을 혼합 수용액에 침지시킨 후 상기 금속 전극에 소정 전압을 인가하여, 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층 상에 폴리피롤 박막(polypyrole membrane)을 전착(electrodeposition)시키는 전기중합 단계를 포함할 수 있다.
상기 전처리 단계는, 아세톤, 에탄올 및 탈이온수를 순차적으로 이용하여 상기 금속 전극 표면을 초음파 처리하여 세정하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 접착 고분자층 흡착 단계는, 기준 농도의 상기 폴리에틸렌이민 용액에 상기 금속 전극을 소정 시간 이상 침지시켜 상기 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민으로 이루어진 박막층인 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 것일 수 있다.
상기 기준 농도는 0.2 내지 0.8 mg/mL이고, 상기 소정 시간은 12 내지 24시간일 수 있다.
상기 접착 고분자층 흡착 단계는, 상기 금속 전극 표면에 상기 금속 전극을 양전하로 대전된 고분자인 선형 폴리에틸렌이민(linear polyethyleneimine, LPEI)와 음전하로 대전된 고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)으로 구성된 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 것일 수 있다.
상기 접착 고분자층 흡착 단계는, 상기 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 1차적으로 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 폴리아크릴산 수용액에 2차적으로 침지시켜 층별 구조를 이루는 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 상기 금속 전극 표면에 흡착시키는 것일 수 있다.
상기 접착 고분자층 흡착 단계는, 상기 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 탈이온수에 침지시켜 상기 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 선형 폴리에틸렌이민을 제거하고, 상기 금속 전극을 상기 폴리아크릴산 수용액에 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 탈이온수에 재침지시켜 상기 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 폴리아크릴산을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
상기 전기중합 단계에서 상기 금속 전극에 소정 전압을 인가하는 것은, 피롤(pyrrole) 및 인디고 카민(indigo carmine)이 포함된 상기 혼합 수용액에 상기 금속 전극 및 기준 전극을 침지시키고, 상기 기준 전극보다 높은 전압을 상기 금속 전극에 인가하는 것일 수 있다.
상기 혼합 수용액은, 200 mM의 상기 피롤과 25mM의 상기 인디고 카민이 포함된 수용액일 수 있다.
상기 전기중합 단계 이후에, 상기 폴리피롤 박막이 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층에 의해 상기 금속 전극에 접합된 상기 전도성 고분자 전극을 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 박막 형태로 금속 전극의 표면에 흡착된 접착층(폴리에틸렌이민 박막 접착층)에 의해 전도성 고분자와 금속 전극 사이의 전류의 이동을 방해하지 않으면서 금속 전극과 전도성 고분자 물질인 폴리피롤 층 간의 계면 접합력을 높일 수 있어 전기화학적 성능의 저하 없이 접착력을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법의 개략적인 공정 흐름이 도시된 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법의 개략적인 흐름이 도시된 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법에 의해 제조된 전도성 고분자 전극 및 제조된 전극의 구체적인 성능 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법의 개략적인 공정이 도시된 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법의 개략적인 흐름이 도시된 순서도이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법은, 전처리 단계(100), 접착 고분자층 흡착 단계(200) 및 전기중합 단계(300)에 따른 각각의 공정이 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
전처리 단계(100)는 금(Au)과 같은 재질로 마련되는 금속 전극의 표면에 접착을 형성하기 위해 표면에 가해지는 공정이다. 전처리 단계(100)는 세척 단계(110) 및 개질(reforming) 단계(120)로 구성될 수 있다.
세척 단계(110)는 금속 전극 표면에 부착된 이물질 또는 불순물을 제거하는 공정으로, 해당 공정에서는 금속 전극의 표면을 아세톤, 에탄올 및 탈이온수(deionized water)를 사용하여 5 분간 초음파 처리하여 순차적으로 세정할 수 있다.
개질 단계(120)는 산소 플라즈마를 이용하여 금속 전극의 표면을 개질시키는 공정으로, 예컨대 플라즈마 클리너의 일종인 PDC-32G를 이용하여 금속 전극의 표면 개질을 수행할 수 있다. 개질 공정에 의해 금속 전극의 표면에는 극성 작용기(예컨대 카르보닐(carbonyl))가 형성될 수 있다.
접착 고분자층 흡착 단계(200)는 전처리 공정을 거친 금속 전극에 박막 형태의 접착 고분자 층을 흡착시키는 공정일 수 있다. 구체적으로, 접착 고분자층 흡착 단계(200)에서는 전처리된 금속 전극을 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI) 용액에 침지시켜 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 0.5 mg/mL 농도의 폴리에틸렌이민(MW = 750,000 g mol-1, Sigma Aldrich) 용액에 금속 전극을 24시간 동안 침지시켜 금속 전극 표면에 접착 고분자 층인 폴리에틸렌이민 층이 도포되도록 흡착시킬 수 있다.
한편, 후술하는 전기중합 단계(300)에서 금속 전극에 전착(電着, electro deposition)되는 전도성 고분자 층의 계면 접합력이 향상되어 더욱 두꺼운 두께의 전도성 고분자 층이 전착될 수 있도록, 접착 고분자층 흡착 공정(200)에서는 금속 전극 표면을 양전하로 대전된 고분자인 선형 폴리에틸렌이민(linear polyethyleneimine, LPEI)와 음전하로 대전된 고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)으로 구성된 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 1차적으로 침지시킨 후, 금속 전극을 폴리아크릴산 수용액에 2차적으로 침지시켜 층별 구조를 이루는 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 상기 금속 전극 표면에 흡착시킬 수 있다.
이 과정에서, 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 침지시킨 후, 금속 전극을 탈이온수에 침지시켜 상기 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 선형 폴리에틸렌이민을 제거할 수 있다. 또한, 금속 전극을 폴리아크릴산 수용액에 침지시킨 후, 금속 전극을 탈이온수에 재침지시켜 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 폴리아크릴산을 제거할 수 있다.
예컨대, 플라즈마 처리된 금속 전극을 LPEI 용액에 15 분간 침지시킨 후 탈이온수를 3, 1, 1 분 동안 3회 가하여 표면에 느슨하게 결합된 과량의 LPEI를 제거한 후, 전극을 폴리아크릴산 용액에 침지시키고 상기 한 바와 같이 탈이온수를 이용한 세척 공정을 수행할 수 있다. 이후, 상술한 공정을 5회 반복 수행할 수 있다.
이러한 경우, (+)로 대전된 고분자(LPEI)층과 (-)로 대전된 고분자(PAA)층이 교번적으로 금속 전극의 표면에 흡착된 접착 고분자층이 형성될 수 있어 전도성 고분자층이 박리 없이 금속 표면에 안정적으로 접착되도록 할 수 있다.
전기중합 단계(300)는 금속 전극에 전도성 고분자 층을 전착시키는 공정으로, 전처리 단계(100) 및 접착 고분자층 흡착 단계(200)를 거쳐 폴리에틸렌이민 박막 접착층이 흡착된 금속 전극의 표면에 폴리피롤 박막(polypyrole membrane)을 전착(electrodeposition)시킬 수 있다.
구체적으로, 전기중합 공정(300)에서는, 금속 전극을 혼합 수용액에 침지시킨 후 금속 전극에 소정 전압을 인가하여, 흡착층인 폴리에틸렌이민 박막 접착층 상에 폴리피롤 박막을 전기중합을 통해 전착시킬 수 있다.
여기서, 혼합 수용액은 피롤(pyrrole) 및 인디고 카민(indigo carmine)이 혼합된 수용액일 수 있으며, 예컨대 200mM의 피롤과 25mM의 인디고 카민을 함유하는 수용액에서 금속 전극에 소정 전압을 인가함으로써 표면이 개질된 금속 전긍에 폴리피롤 박막을 전착시킬 수 있다.
이 과정에서, 피롤(pyrrole) 및 인디고 카민(indigo carmine)이 포함된 혼합 수용액에 금속 전극과 기준 전극을 함께 침지시키고, 기준 전극과 금속 전극 모두에 전류를 인가하되, 기준 전극보다 높은 전압을 금속 전극에 인가할 수 있다. 예를 들어, 금속 전극에는 기준 전극보다 0.7V 높은 전압을 인가할 수 있다. 하지만, 기준 전극 대비 인가되는 전압의 크기는 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 기준 전극 대비 인가되는 전압의 크기를 적절히 변경하여 금속 전극에 전착되는 폴리피롤 박막의 두께를 변경시킬 수 있다. 폴리피롤 박막의 두께는 금속 전극에 가해지는 전하량에 비례할 수 있다.
이후, 폴리피롤 박막이 폴리에틸렌이민 박막 접착층에 의해 금속 전극에 접합된 전도성 고분자 전극을 세척 및 건조할 수 있다. 구체적인 일 예로, 전기중합 공정(300) 이후, 금속 전극을 탈이온수 또는 증류수로 세척한 후 30% 이하의 상대습도 및 23℃ 이하의 환경에서 건조시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 공정을 통해 제조된, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전극은 전도성 고분자 층이 접착 고분자층에 의해 금속 전극의 표면에 전착되어 금속 전극과 전도성 고분자 층 간의 계면 접착력이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 전도성 고분자 층의 박리 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 접착 고분자층 흡착 단계(200)에 의해 금속 전극의 표면에 흡착된 접착 고분자층(폴리에틸렌이민 박막 접착층)은 전도성 고분자와 금속 전극 사이의 전류의 이동을 방해하지 않기 때문에 전극의 전기화학적 성능은 유지하면서 전도성 고분자(폴리피롤) 층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이상으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 상술한 본 발명의 공정에 따라 제조된 전도성 고분자 전극의 구체적인 성능 실험 결과에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 성능 평가를 위해, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법을 이용하여 전도성 고분자 전극을 제조하였다.
먼저, 전처리 공정(100)에 따라 전극 표면을 산소플라즈마로 처리하여 표면에 극성 작용기(예 : 카르 보닐)를 형성한다.
100nm 두께의 SiO2 층을 갖는 단결정 Si 웨이퍼가 실험을 위한 기판으로 사용되었다. Si 웨이퍼의 한면에서 Ti(10nm) 및 Au (50nm)의 금속층을 증발시켜 Au 작업 전극을 준비하는데 전자빔 증발기(SRN 200, Sorona)를 사용했다. 모든 Au 전극 표면을 아세톤, 에탄올 및 탈이온(DI)수를 사용하여 5 분간 초음파 처리하여 순차적으로 세정하였다. 산소플라즈마 처리(플라즈마 클리너, PDG-32G, Harrick Plasma)를 2 분 동안 Au 전극상에서 수행 하였다. PEI(MW = 750,000g mol-1, Sigma Aldrich) 흡착의 경우, 전극을 0.5 mg / mL PEI 용액에 24 시간 동안 침지시켰다.
다음으로, 접착 고분자층 흡착 공정(200)을 통해 폴리에틸렌이민 층(PEI chain)은 PEI의 양으로 대전 된 그룹과 전극 표면의 극성 그룹을 포함하는 정전기 상호 작용을 통해 플라즈마 처리 된 전극으로 물리 흡착될 수 있다.
PEI 층을 도포 한 후, 도 4에 도시된 바와 같은 전기중합 공정(300)을 통해 폴리피롤(pPy chain)을 이 표면(PEI-O2 Au)에 전착시킨다.
200mM의 피롤과 25mM의 인디고 카민을 함유하는 수용액에서 기준 전극대비 0.70V(대 Ag / AgCl)의 일정 포텐셜을 금속 전극(작업 전극)에 인가함으로써 표면 개질 된 Au-Si 웨이퍼 1.5cm Х 0.5cm 영역) 상에 폴리피롤(pPy)의 박막을 전착시켰다. 이때, 단위 면적당 전하를 조절하여 pPy 층의 두께를 결정 하였다.
도 3의 우측 사진은 pPy 전착 전후의 PEI-O2 Au 표면의 디지털 이미지를 보여준다. PEI-O2 Au 표면은 노출된 Au 표면과 육안으로 구별 할 수 없었다. 대조적으로, 전착 후, 표면은 pPy의 흑색 코팅으로 덮였다.
이와 같은 방법으로 제조된, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 전극은 금속 전극(Au)에 전도성 고분자가 박리 없이 안정적으로 전착될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 전도성 고분자 전극의 박리 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 상단 그림은 전도성 고분자(pPy)가 금(Au) 전극에 코팅된 후 박리가 일어난 모습의 일 예가 도시된 도면이고, 도 5의 하단 그림은 PEI 코팅으로 인해 전도성 고분자가 박리없이 안정적으로 접착되어 있는 모습의 일 예가 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, PEI와 pPy 층 사이의 상호 작용은 PEI와 플라즈마 처리 된 Au 사이의 상호 작용보다 강하다는 것을 알 수 있다. 이는 PEI 층과 pPy층 사이의 물리적 얽힘(physical entanglement)에 기인한 것으로, 폴리피롤 체인(pPy chain)은 고분자량의 PEI 체인과 물리적으로 얽히기 때문에, 종래 기술보다 더욱 두꺼운 전도성 고분자층이 박리 없이 안정적으로 금속 전극에 접착되도록 할 수 있다. PEI의 큰 자유 부피와 표면에서 뻗어 나온 일부 세그먼트가 이 물리적 상호 작용에 기여한다. 실험에 따르면, 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극 제조 방법은 종래 기술에 비해 2.5 배 이상의 전도성 고분자층이 금속 전극에 박리 없이 전착될 수 있음을 확인하였다.
한편, 본 발명의 전도성 고분자 전극 제조 방법에 따라 제조된 전도성 고분자 전극의 전기화학 성능평가를 위해, 도 6에 도시된 바와 같은 3전극 시스템을 구성하였다.
구체적으로, 0.2M HCl 용액에 본 발명에 따라 제조된 전도성 고분자 전극(작업전극), 기준 전극 및 상대 전극을 침지시킨 후, 반복, 순환되는 전압을 가함으로써 이때 발생하는 전류의 양상을 통해 박막의 전기화학적 활성도와 전하저장량, 산화 환원 경향에 대한 정보를 얻을 수 있다. 다른 예로, 기준전극/상대전극을 같이 연결하여 2전극의 상태로 측정할 수도 있다.
도 7은 순환전압전류법으로 접착층 유무에 따른 전기화학적 성능을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
도시된 그래프에서, 두 봉우리 사이의 간격이 좁을수록, 곡선 아래의 면적이 넓을 수록 성능이 좋음을 나타내는데, 종래 기술에 따라 제작된 전도성이 떨어지는 두꺼운 폴리머 접합층(Thick polymer Au, 파란색 그래프)을 사용한 경우는 금속 전극(bare Au, 녹색 그래프)에 비해 봉우리 간격이 벌어지고 면적도 줄어들어 그 성능이 떨어짐을 알수 있다.
반면, 본 발명의 전도성 고분자 전극 제조 방법에 따라 제조된 전도성 고분자 전극(PEI-O2 Au, 붉은색 그래프)은 금속 전극(bare Au, 녹색 그래프)와 거의 유사한 그래프 패턴을 보임을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 접착 고분자층 흡착 공정(200)에 의해 금속 전극에 흡착된 접착 고분자층이 성능 감소는 전혀 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 또한, 이러한 결과는 PEI 층을 사용하는 것이 접착뿐만 아니라 pPy 전극의 두께 의존 성능을 향상 시키는데 효과적이라는 것을 보여준다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 금속 전극의 표면에 산소 플라즈마 처리를 수행하는 전처리 단계;
    플라즈마 처리된 상기 금속 전극을 폴리에틸렌이민(PEI) 용액에 침지시켜 상기 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 접착 고분자층 흡착 단계; 및
    상기 금속 전극을 혼합 수용액에 침지시킨 후 상기 금속 전극에 소정 전압을 인가하여, 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층 상에 폴리피롤 박막(polypyrole membrane)을 전착(electrodeposition)시키는 전기중합하여 폴리피롤 박막층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 폴리피롤 박막층의 고분자 체인과 폴리에틸렌이민 박막 접착층의 고분자 체인간의 물리적 얽힘(physical entanglement)에 의해 계면 접합을 향상시킨, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 단계는,
    아세톤, 에탄올 및 탈이온수를 순차적으로 이용하여 상기 금속 전극 표면을 초음파 처리하여 세정하는 것을 더 포함하는, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접착 고분자층 흡착 단계는,
    기준 농도의 상기 폴리에틸렌이민 용액에 상기 금속 전극을 소정 시간 이상 침지시켜 상기 금속 전극 표면에 폴리에틸렌이민으로 이루어진 박막층인 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 것인, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 농도는 0.2 내지 0.8 mg/mL이고, 상기 소정 시간은 12 내지 24시간인, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접착 고분자층 흡착 단계는,
    상기 금속 전극 표면에 상기 금속 전극을 양전하로 대전된 고분자인 선형 폴리에틸렌이민(linear polyethyleneimine, LPEI)와 음전하로 대전된 고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)으로 구성된 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 흡착시키는 것인, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접착 고분자층 흡착 단계는,
    상기 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 1차적으로 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 폴리아크릴산 수용액에 2차적으로 침지시켜 층별 구조를 이루는 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층을 상기 금속 전극 표면에 흡착시키는 것인, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 접착 고분자층 흡착 단계는,
    상기 금속 전극을 선형 폴리에틸렌이민 수용액에 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 탈이온수에 침지시켜 상기 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 선형 폴리에틸렌이민을 제거하고,
    상기 금속 전극을 상기 폴리아크릴산 수용액에 침지시킨 후, 상기 금속 전극을 탈이온수에 재침지시켜 상기 금속 전극에 느슨하게 또는 약하게 흡착된 상기 폴리아크릴산을 제거하는 것을 포함하는, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기중합 단계에서 상기 금속 전극에 소정 전압을 인가하는 것은,
    피롤(pyrrole) 및 인디고 카민(indigo carmine)이 포함된 상기 혼합 수용액에 상기 금속 전극 및 기준 전극을 침지시키고, 상기 기준 전극보다 높은 전압을 상기 금속 전극에 인가하는 것인, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼합 수용액은, 200 mM의 상기 피롤과 25mM의 상기 인디고 카민이 포함된 수용액인 것을 특징으로 하는, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기중합 단계 이후에, 상기 폴리피롤 박막이 상기 폴리에틸렌이민 박막 접착층에 의해 상기 금속 전극에 접합된 상기 전도성 고분자 전극을 세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는, 전도성 고분자 전극 제조 방법.
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