KR20040046426A - Methed for preparing polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for making a polyaniline thin film by using a cluster beam deposition device is provided to obtain a polyaniline film having a uniform thickness, excellent surface roughness and a long work life is obtained. CONSTITUTION: The method for making a polyaniline thin film by using a cluster beam deposition device comprises the steps of: heating a crucible(12) containing polyaniline emeraldine base having average molecular weight of 5,000-130,000 by applying a certain electric voltage to vaporize the base; forming clusters by passing the polyaniline vapor through a nozzle disposed over the crucible(12); and depositing the polyaniline vapor on the substrate(1) at room temperature, the substrate(1) being put to earth, to produce polyaniline in a reduced form.

Description

클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막의 제조방법{Methed for preparing polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus}Method for preparing polyaniline thin film using cluster beam deposition apparatus {Methed for preparing polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus}

본 발명은 클러스텀 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면 거침도가 작고 균일한 두께를 가지는 폴리아닐린 박막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus, and more particularly to a method for producing a polyaniline thin film having a small surface roughness and a uniform thickness.

전도성 고분자는 금속의 전기적·자기적·광학적성질과 고분자의 기계적 특성 및 가공성을 동시에 가지는 물질로써 가볍고 유연하며, 전기전도도 및 전자상태가 자유롭게 조절되는 특징 때문에 기존의 금속, 반도체 재료가 적용되는 분야뿐 아니라 기존에는 실현 불가능했던 특수한 응용면에 대해 다양한 형태로 적용이 가능하다는 특징이 있다. 일반적으로 전도성 고분자에는 탄소 원자들의 단일 결합과 이중 결합이 번갈아 반복되는 사슬 구조를 하고 있어서 파이 전자가 어느 정도 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 파이 공액 고분자라고 부른다. 또한 이런 고분자에 화학적 또는 전기화학적 방법으로 도핑하면 전기전도도를 부도체에서 금속에 이르는 영역에까지 조절할 수 있기 때문에 합성 금속(synthetic metals)이라고 부르기도 한다.Conductive polymers are materials that have both electrical, magnetic and optical properties of metals and mechanical properties and processability of polymers. They are light, flexible, and freely regulated in electrical conductivity and electronic state. Rather, it can be applied in various forms to special application surfaces that were not feasible before. In general, a conductive polymer has a chain structure in which a single bond and a double bond of carbon atoms are alternately repeated, so that the pi electrons can move freely to a certain extent, it is called a pi conjugated polymer. Doping these polymers by chemical or electrochemical methods is also called synthetic metals because they can control the conductivity from the insulator to the metal.

이와 같이 파이 공액 고분자 재료는 플라스틱의 장점과 금속 또는 반도체로서의 특성을 가지며 대표적인 전도성 고분자에는 폴리아세틸렌(PA), 폴리아닐린 (PANI), 폴리피롤 (Ppy )등이 있다. 초기에 합성된 전도성 고분자 물질인 폴리아세틸렌은 직류 전기전도도(~105 S/cm)는 높지만, 공기와 열에 안정하지 못하고, 합성 및 가공이 용이하지 않다는 단점이 있는데 비해 폴리아닐린이나 폴리피롤은 공기 중에 안정하고 가공성이 뛰어나기 때문에 현재 이러한 전도성 고분자들을 이용한 트렌지스터(transistor), 광다이오드(photodiode), 광 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 등이 연구되고 있으며, 특히 폴리아닐린의 경우에는 비교적값싼 모노머로부터 높은 수율로 쉽게 합성할 수 있으며, 프로톤화 도핑 또는 산화도핑을 통해 비교적 쉽게 전도성을 부여할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 폴리아닐린 박막은 주로 스핀코팅에 의해 제조할 수 있으나, 다른 전도성 고분자와 마찬가지로 폴리아닐린의 전도성의 발현은 고분자쇄를 따른 π-전자 디로칼라이제이션(delocalization)에 기인하기 때문에 그 분자쇄가 강직하므로 용해성이 떨어지며 따라서 균일한 박막을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.As described above, the pie conjugated polymer material has advantages of plastic and properties as a metal or a semiconductor, and typical conductive polymers include polyacetylene (PA), polyaniline (PANI), and polypyrrole (Ppy). Polyacetylene, a conductive polymer material synthesized at the beginning, has a high direct current conductivity (~ 105 S / cm), but is not stable to air and heat, and is not easy to synthesize and process.However, polyaniline or polypyrrole is stable in air. Due to its excellent processability, transistors, photodiodes, and light emitting diodes (LEDs) using these conductive polymers are currently being studied. In particular, polyaniline has a high yield from relatively inexpensive monomers. It can be easily synthesized and has the advantage of providing conductivity relatively easily through protonation doping or oxidation doping. Such a polyaniline thin film can be mainly produced by spin coating, but like other conductive polymers, the expression of the polyaniline's conductivity is due to π-electron delocalization along the polymer chain, so that its molecular chain is rigid, solubility is achieved. There is a problem that it is difficult to obtain a uniform thin film.

따라서, 미국특허 제5,100,977호,제5,560,870호,제5,776,659호 등에서는 폴리아닐린의 용해성을 높이기 위해 N-알킬 아닐린과 아닐린을 공중합하거나 폴리아닐린을 술포네이션하는 등의 방법으로 폴리아닐린 주쇄에 치환기를 도입함으로써 폴리아닐린의 π-콘쥬게이션을 줄여 분자쇄의 유연성을 높이는 방법을 제시하였다.그러나, 이 방법으로 제조한 전도성 폴리아닐린은 용해성은 개선되지만 π-콘쥬게이션이 줄어듦에 따라 전기전도도가 떨어지게 되는 문제점이 있다. 이 외에도 도데실 벤젠술폰산, 캄포술폰산 또는 파라톨루엔술폰산 등의 프로톤산 도펀트를 사용하여 극성 유기 용매에 용해가능한 전도성 폴리아닐린을 제조할 수 있으나 용해성, 전도성 등 물리적인 특성이 충분하지 못해 공업적인 이용이 어려운 실정이다.Therefore, US Pat. Nos. 5,100,977, 5,560,870, 5,776,659 and the like introduce polyaryline by introducing a substituent into the polyaniline backbone by copolymerizing N-alkyl aniline and aniline or sulfonating polyaniline to increase the solubility of polyaniline. A method of increasing the flexibility of the molecular chain by reducing the π-conjugation has been proposed. However, the conductive polyaniline prepared by this method has a problem in that the solubility is improved but the electrical conductivity decreases as the π-conjugation is reduced. In addition, a conductive polyaniline that can be dissolved in a polar organic solvent can be prepared using a protonic acid dopant such as dodecyl benzenesulfonic acid, camphorsulfonic acid, or paratoluenesulfonic acid, but it is difficult to industrially use due to insufficient physical properties such as solubility and conductivity. It is true.

상기와 같이 폴리아닐린에 작용기를 도입함으로써 용해도를 증가시키거나, 적절한 유기 용매를 선택하는 것에 의해 유기용매에 대한 용해도를 증가시킨다 하더라도 스핀코팅법과 같은 습식법에 의할 경우에는 이하의 문제점이 발생한다.As described above, even if the solubility is increased by introducing a functional group into the polyaniline, or the solubility in the organic solvent is increased by selecting an appropriate organic solvent, the following problems occur when using a wet method such as spin coating.

전기발광소자 디스플레이의 제조에 있어서 전극과 전기발광소자 사이에 전도성 고분자층 및 완충층을 부가하는데, 이처럼 조성이 다른 다층의 도막을 형성할때에 각 층의 용해특성이 같은 경우에는 스핀코팅 과정 중에 상하층의 계면에서 서로 용해 혹은 팽윤되어 혼합층(mixed-layer)이 형성되어 효율이 감소된다는 점이다. 따라서, 전도성 고분자층의 용매는 완충층을 용해시키지 않도록 선별되어야 하는 제한이 따른다. 또한, 습식코팅 후에는 고온 및 고진공 상태에서 건조시킴으로써 상기 용매를 제거해야 하는데, 고분자 사슬에 끼어 있는 미량의 용매 분자까지 완전히 제거하기는 매우 어렵다. 이처럼 고분자막에 잔존하는 용매분자는 고분자 사슬과 단지 약한 분자간력에 의해 물리적으로 결합하고 있는 것이기 때문에 소자를 구동시킬 경우에 비로소 빠져나오는 경우에는 소자의 수명에 치명적인 악영향을 주게 된다. 또한, 습식코팅에 의하는 경우에는 표면의 두께를 조절하기가 어렵고 표면에 군데 군데 코팅이 되지 않은 부분 등의 디펙트(defect)가 존재하기 때문에 다층 박막 제조시 막들의 계면에 전자가 트랩되어 소자의 구동효율이 악화된다는 단점이 있다.In the manufacture of an electroluminescent device display, a conductive polymer layer and a buffer layer are added between an electrode and an electroluminescent device. Thus, when forming a multilayer coating film having a different composition, when the dissolution characteristics of each layer are the same, the upper and lower portions are rotated during the spin coating process. The dissolution or swelling of each other at the interface of the layer forms a mixed-layer, thereby reducing the efficiency. Therefore, the solvent of the conductive polymer layer has a limitation that must be selected so as not to dissolve the buffer layer. In addition, after the wet coating, the solvent must be removed by drying at a high temperature and high vacuum, and it is very difficult to completely remove even a small amount of solvent molecules stuck in the polymer chain. Since the solvent molecules remaining in the polymer membrane are physically bonded to the polymer chain by only weak intermolecular force, when the device is driven out, the solvent molecules have a fatal adverse effect on the life of the device. In addition, in the case of wet coating, it is difficult to control the thickness of the surface and defects such as uncoated parts are present on the surface. There is a disadvantage that the driving efficiency of the deterioration.

또한, PVD에 의해 고분자 박막을 제조하는 경우에는 고분자를 증기화시키기가 곤란할 뿐만 아니라, 고분자가 증기화되며 발생한 라디칼 상태의 프리폴리머들이 방향성을 갖지 않기 때문에 박막의 거침도가 매우 열악하다는 단점이 있다.In addition, when manufacturing the polymer thin film by PVD, not only it is difficult to vaporize the polymer, but also has a disadvantage that the roughness of the thin film is very poor since the polymer is vaporized and the generated radical prepolymers do not have orientation.

한편, 대한민국 등록특허 제10-252782호에는 상기 습식코팅법의 단점을 개선하기 위해 개량된 화학 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition:CVD)을 통해 아닐린 모노머와 황산화 암모늄 및 염산염을 증기화시켜 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린 박막을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 에머랄딘 베이스 형태의 박막이 제조되었다는 것을 입증할 수 있는 어떠한 내용도 기재되어 있지 않다. 아닐린 모노머는 액체이기 때문에 증기 증착시 증기의 양을 콘트롤하기가 어려우며, 아닐린 모노머 간의 라디칼 중합에 의해 폴리아닐린을 형성하는 경우에는 다른 아닐린의 파라 위치뿐만 아니라 오르소 위치에도 반응하는 등 무작위로 반응하기 때문에 π-콘쥬게이션이 급격히 감소하여 전기 전도성이 매우 악화되며, 특히 고분자화되지 않고 모노머 상태의 미반응물 또는 다이머 상태의 부산물로 존재할 확률이 매우 높기 때문에 이들의 존재로 인해 소자의 성능을 악화시킨다는 치명적인 단점이 있다. 또한, 이러한 화학 증기 증착법에 의하여 고분자 막을 제조하게 되면 표면 거칠기가 매우 좋지 않아서 다층 박막을 제조하기 곤란하다는 문제점도 있다.Meanwhile, Korean Patent No. 10-252782 discloses an emeraldine base by vaporizing aniline monomer, ammonium sulfate, and hydrochloride through an improved chemical vapor deposition (CVD) method to improve the disadvantages of the wet coating method. A method of making a polyaniline thin film in form is disclosed, but nothing is disclosed that can demonstrate that a thin film in the form of an emeraldine base has been produced. Since the aniline monomer is a liquid, it is difficult to control the amount of vapor during vapor deposition, and when the polyaniline is formed by radical polymerization between the aniline monomers, it reacts randomly such as reacting with the ortho position as well as the para position of other anilines. The sharp decrease in π-conjugation leads to a very poor electrical conductivity, especially because of their high probability of being unpolymerized and present as monomeric unreacted or dimer by-products, which are critical to the device's performance. There is this. In addition, when the polymer film is manufactured by the chemical vapor deposition method, there is a problem in that it is difficult to produce a multilayer thin film due to very poor surface roughness.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 종래기술의 문제점을 극복하여 용매효과가 없으면서 표면이 균일하며, 디펙트가 거의 없어 전기적 특성이 우수한 폴리아닐린 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to overcome the problems of the prior art to provide a method for producing a polyaniline thin film excellent in electrical properties with a uniform surface and almost no defects without a solvent effect.

도 1은 본 발명에 사용되는 클러스터 빔 증착장치의 내부 사진이다.1 is an internal photograph of a cluster beam deposition apparatus used in the present invention.

도 2는 본 발명에 사용되는 클러스터 빔 증착장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a cluster beam deposition apparatus used in the present invention.

도 3은 중량평균 분자량 5000인 폴리아닐린 펠렛과 본 발명의 실시예 1 및 4에 따라 제조된 폴리아닐린 박막의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.3 shows the FT-IR spectra of polyaniline pellets having a weight average molecular weight of 5000 and polyaniline thin films prepared according to Examples 1 and 4 of the present invention.

도 4(a)는 중량평균 분자량 5000인 폴리아닐린 펠렛의 XPS 스펙트럼을 나타낸다.4 (a) shows the XPS spectrum of a polyaniline pellet having a weight average molecular weight of 5000.

도 4(b)는 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 XPS 스펙트럼을 나타낸다.Figure 4 (b) shows the XPS spectrum of the polyaniline thin film prepared by Example 1 of the present invention.

도 4(c)는 본 발명의 실시예 4에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 XPS 스펙트럼을 나타낸다.Figure 4 (c) shows the XPS spectrum of the polyaniline thin film prepared by Example 4 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 3에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.Figure 5 shows the FT-IR spectrum of the polyaniline thin film prepared by Example 3 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예 6에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.Figure 6 shows the FT-IR spectrum of the polyaniline thin film prepared by Example 6 of the present invention.

도 7은 본 발명의 비교예 1에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.Figure 7 shows the FT-IR spectrum of the polyaniline thin film prepared by Comparative Example 1 of the present invention.

도 8은 본 발명의 비교예 2에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.8 shows the FT-IR spectrum of the polyaniline thin film prepared by Comparative Example 2 of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예 4에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 SEM사진이다.9 is a SEM photograph of the polyaniline thin film prepared according to Example 4 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 5에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 SEM사진이다.10 is a SEM photograph of the polyaniline thin film prepared according to Example 5 of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예 4에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 AFM사진이다.11 is an AFM photograph of a polyaniline thin film prepared according to Example 4 of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예 5에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 AFM사진이다.12 is an AFM photograph of a polyaniline thin film prepared according to Example 5 of the present invention.

도 13은 비교예 3에 의해 제조된 폴리아닐린 박막의 AFM사진이다.FIG. 13 is an AFM photograph of a polyaniline thin film prepared by Comparative Example 3.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1: 기판 2: 모니터1: board 2: monitor

3: 전류계 4: 셔터3: ammeter 4: shutter

5: 가변 전압 회로 6: 클러스터5: variable voltage circuit 6: cluster

7: 가속전극 8: 그리드7: acceleration electrode 8: grid

9: 필라멘트 10, 11: 가변 전압기9: filament 10, 11: variable voltage

12: 크루서블 13: 열전쌍12: Crucible 13: Thermocouple

14: 지지대14: support

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여The present invention to achieve the above technical problem

중량 평균 분자량 5000∼130,000인 폴리아닐린 에머랄딘 베이스가 들어 있는 크루서블(12)을 전압 인가에 의해 가열하여 폴리아닐린을 증기화하는 단계;Vaporizing the polyaniline by heating the crucible 12 containing the polyaniline emeraldine base having a weight average molecular weight of 5000 to 130,000 by voltage application;

상기 폴리아닐린 증기가 크루서블(12) 상부의 노즐을 통과하며 클러스터를 형성하는 단계; 및Passing the polyaniline vapor through a nozzle above the crucible (12) to form a cluster; And

접지되어 있는 기판(1)에 상기 폴리아닐린 증기가 증착되며 환원된 상태의 폴리아닐린을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법을 제공한다.It provides a polyaniline thin film manufacturing method using a cluster beam deposition apparatus comprising the step of forming a polyaniline in the reduced state of the polyaniline vapor is deposited on the grounded substrate (1).

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 크루서블(12)의 온도가 300∼350℃인 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, it is preferable that the temperature of the crucible 12 is 300 to 350 ° C.

또한, 상기 증착속도는 0.6∼0.8Å/S인 것이 바람직하다.In addition, the deposition rate is preferably 0.6 ~ 0.8 Pa / S.

또한, 상기 기판(1)을 가열하지 않는 것이 바람직하다.It is also preferable not to heat the substrate 1.

한편, 상기 기판(1)상에 생성된 폴리 아닐린은 프로토 에머랄딘 베이스(Protoemeraldine Base:PEB) 형태일 수 있다.Meanwhile, the polyaniline produced on the substrate 1 may be in the form of protoemeraldine base (PEB).

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 크루서블(12)의 상부에 구비된 이온화 장치에 의해 상기 폴리아닐린 클러스터가 이온화되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, it is preferable that the polyaniline cluster is further ionized by an ionization device provided on the crucible 12.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 이온화 장치는 클러스터가 통과하는 부분을 둘러싸는 원형그리드(8); 상기 원형그리드(8) 주위를 팔각면으로 둘러싸는 전자 방출 필라멘트(9); 상기 원형그리드(8)의 상부에 위치하며 접지되어 있는 이온 가속 전극(7)을 포함하는 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ionizer comprises: a circular grid 8 surrounding a portion through which the cluster passes; An electron emission filament 9 surrounding the circular grid 8 in an octagonal surface; It is preferable to include an ion accelerating electrode 7 located above the circular grid 8 and grounded.

한편, 상기 기판(1)상에 생성된 폴리 아닐린은 류코 에머랄딘 베이스(Leucoemeraldine Base:PEB) 형태일 수 있다.Meanwhile, the polyaniline produced on the substrate 1 may be in the form of Leucoemeraldine Base (PEB).

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

폴리아닐린은 하기 화학식 1에서 보는 바와 같이, 주쇄에 존재하는 이민의 비율에 따라 (a) 류코에머랄딘 베이스(Leucoemeraldine Base:LEB), (b) 프로토에머랄딘(Protoemeraldine Base: PEB), (c) 에머랄딘 베이스(Emeraldine Base:EB), (d)니그라닐린(Nigraniline:NA) 및 (e) 퍼니그라닐닌(pernigraniline:PNA)의 5가지 산화상태가 존재한다.Polyaniline may be selected from (a) Leucoemeraldine Base (LEB), (b) Protoemeraldine Base (PEB), (c) according to the proportion of imines present in the main chain, as shown in the following Chemical Formula 1 ) There are five oxidation states: Emeraldine Base (EB), (d) Nigraniline (NA), and (e) Pernigraniline (PNA).

(a) 류코에머랄딘 베이스(Leucoemeraldine Base:LEB): 1-Y=0(a) Leucoemeraldine Base (LEB): 1-Y = 0

(b) 프로토에머랄딘(Protoemeraldine Base: PEB): 1-Y=0.25(b) Protoemeraldine Base (PEB): 1-Y = 0.25

(c) 에머랄딘 베이스(Emeraldine Base:EB): 1-Y=0.5(c) Emeraldine Base (EB): 1-Y = 0.5

(d) 니그라닐린(Nigraniline:NA): 1-Y=0.75(d) Nigraniline (NA): 1-Y = 0.75

(e) 퍼니그라닐닌(pernigraniline:PNA): 1-Y=1.0(e) pernigraniline (PNA): 1-Y = 1.0

본 발명에 있어서, 클러스터 빔을 이온화하지 않은 경우에는 프로토에머랄딘 형태의 폴리아닐린 박막이 얻어지며, 이온화 장치를 사용하여 클러스터 빔을 이온화한 경우에는 류코에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린 박막을 얻을 수 있다.In the present invention, when the cluster beam is not ionized, a polyaniline thin film in the form of protomeraldine is obtained, and when the cluster beam is ionized using an ionizer, a polyaniline thin film in the form of a leucomeraldine base may be obtained. .

본 발명에 따른 폴리 아닐린 박막의 제조방법에는 중량 평균 분자량 5000∼130,000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린을 사용하는 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 5000미만인 경우에는 형성된 박막의 거침도(roughness)가 열화될 수 있으며, 전도도가 감소될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않으며, 130,000을 초과하는 경우에는 상기 고분자를 증기화하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다. 상기에서 중량 평균 분자량이 5000미만인 폴리아닐린을 사용하는 경우에 형성된 박막의 거침도가 열화되는 이유는 이하와 같다. 폴리머를 가열하게 되면 폴리머가 분해되면서 라디칼 상태의 프리 폴리머를 형성하는데, 5000미만의 폴리아닐린을 가열할 때 발생하는 프리 폴리머는 그 반복단위의 수가 작기 때문에 중합도가 낮으며, 중합도가 낮은 하나의 폴리머 주쇄 위에 또 다른 폴리머 주쇄가 무작위로 쌓이면서 박막이 균일하지 않게 형성될 수 있기 때문이다. 또한 전도도가 감소하는 이유는 상기에서 설명한 바와같이 폴리머의 중합도가 낮을 뿐만 아니라 프리 폴리머의 반복단위의 수가 작으면 반응하는 다른 프리 폴리머의 아닐린 링의 오르소 위치에도 반응할 가능성이 있어 π-콘쥬게이션이 급격히 감소하기 때문이다.In the method for producing a polyaniline thin film according to the present invention, it is preferable to use polyaniline in the form of an emeraldine base having a weight average molecular weight of 5000 to 130,000. If the weight average molecular weight is less than 5000, the roughness of the formed thin film may be deteriorated, and it is not preferable because the conductivity may be reduced, and if it exceeds 130,000, it is preferable because it is difficult to vaporize the polymer. Not. The reason why the roughness of the thin film formed when using polyaniline whose weight average molecular weight is less than 5000 is used is as follows. When the polymer is heated, the polymer decomposes to form a radical free polymer. The free polymer generated when heating less than 5000 polyaniline has a low degree of polymerization because of the small number of repeating units, and a polymer backbone having low polymerization degree. This is because another polymer main chain may be randomly stacked on top of the film, resulting in an uneven thin film. The reason why the conductivity decreases is that, as described above, not only the low degree of polymerization of the polymer but also the small number of repeating units of the prepolymer may react to the ortho position of the aniline ring of other reacting free polymers. This is because the sharp decrease.

이 때 증기 상태의 유기 분자들은 크루서블(12) 덮개에 위치한 노즐을 통과하게 되므로 분자간의 충돌에 의해 클러스터를 형성하게 되며, 방향성을 가진 빔의 형태를 띠게 된다. 종래의 화학 증기 증착(CVD)법에 의하면 증착하고자 하는 아닐린 모노머가 개별적으로 증착이 되므로 표면이 거친 섬(island)의 형태를 가지게 되는데 비해, 클러스터 빔 증착인 경우, 약한 분산력으로 결합된 클러스터가 기판에 충돌시 부수어져서 기판 위에 골고루 쌓이게 되기 때문에 표면이 고른 박막이 형성되는 장점이 있다. 이처럼 클러스터 빔을 이용하는데 있어 장점은 기체 분자들이 고진공 상태로 단열 팽창할 때 얻어지는 빔의 높은 방향성과 병진 운동에너지이다.At this time, the organic molecules in the vapor state passes through the nozzle located on the cover of the crucible 12, thereby forming clusters due to intermolecular collisions, and have a directional beam shape. According to the conventional chemical vapor deposition (CVD) method, since the aniline monomer to be deposited is deposited separately, the surface has a rough island shape. In the case of cluster beam deposition, a cluster combined with a weak dispersion force is a substrate. Since it is broken when colliding with and stacked evenly on the substrate, there is an advantage that a thin film having an even surface is formed. The advantage of using the cluster beam is the high directionality and the translational kinetic energy of the beam obtained when the gas molecules are adiabaticly expanded in a high vacuum state.

한편, 본 발명에 따른 폴리아닐린 박막의 제조시 사용되는 클러스터 빔 증착장치의 크루서블(12)의 온도는 300∼350℃인 것이 바람직하다. 온도가 300℃ 미만인 경우에는 고분자가 증기화되기 어려울 뿐만 아니라 기판(1)에서 열중합이 일어나기 위해 필요한 충분한 에너지를 공급할 수 없기 때문에는 폴리아닐린 박막이 형성되기 어렵고, 350℃를 초과하는 경우에는 불안정한 상태의 프리폴리머 라디칼이 형성되기 때문에 박막을 형성한 물질의 화학적 조성이 폴리아닐린이 아닐 수 있고 표면의 거침도도 열악해지기 때문에 바람직하지 않다.On the other hand, the temperature of the crucible 12 of the cluster beam deposition apparatus used in the production of the polyaniline thin film according to the present invention is preferably 300 to 350 ° C. If the temperature is less than 300 ° C, the polymer is difficult to vaporize, and the polyaniline thin film is difficult to form because it cannot supply sufficient energy necessary for thermal polymerization to occur in the substrate 1, and if the temperature exceeds 350 ° C, it is unstable. Since the prepolymer radical of is formed, the chemical composition of the material forming the thin film may not be polyaniline and the surface roughness is also poor, which is not preferable.

또한, 본 발명에 따른 클러스터 빔 증착시의 증착속도는 0.6∼0.8Å/S인 것이 바람직한데, 증착속도가 0.6Å미만인 때에는 박막의 증착속도가 너무 느리기 때문에 고분자 박막이 제대로 형성되기 어렵고 0.8Å을 초과하는 경우에는 제조된 폴리머 박막의 거침도가 열악해진다는 단점이 있기 때문에 바람직하지 않다. 상기 증착속도는 크루서블 내부에 넣는 고분자의 중량평균분자량에 의존하며 크루서블의 온도로 조절할 수 있지만, 후술하는 이온화된 클러스터 빔 증착장치를 사용하여 조절할 수도 있다.In addition, the deposition rate in the cluster beam deposition according to the present invention is preferably from 0.6 to 0.8 Å / S, when the deposition rate is less than 0.6 때문에 because the deposition rate of the thin film is too slow, it is difficult to form a polymer thin film properly and 0.8 Å If it exceeds, there is a disadvantage that the roughness of the produced polymer thin film is poor, which is not preferable. The deposition rate depends on the weight average molecular weight of the polymer to be placed inside the crucible and can be controlled by the temperature of the crucible, but can also be controlled using an ionized cluster beam deposition apparatus described below.

클러스터 빔 증착시에 상기 기판(1)을 가열하지 않는 것이 바람직하다. 이는 증기화된 프리 폴리머는 응축되면서 열중합이 일어나는데, 기판(1)을 가열하게 되면 프리 폴리머의 응축이 어렵게 되고 박막형성에 바람직하지 않기 때문이다.It is preferable not to heat the substrate 1 at the time of cluster beam deposition. This is because the vaporized prepolymer condenses and thermal polymerization occurs because heating the substrate 1 makes the prepolymer difficult to condense and undesirable for thin film formation.

이처럼 제조된 폴리아닐린 박막은 완전히 환원된 형태는 아니지만 에머랄딘 베이스 형태보다 더 환원된 상태로서 프로토에머랄딘 형태이며, 이에 관해서는 후술하는 시험예에서 상세히 설명한다. 이처럼 형성된 프로토에머랄딘 형태의 폴리아닐린 박막은 수소화-탈수소화반응(protonation-deprotonation) 또는 공기중의 산화반응 등의 공지의 방법에 의하여 에머랄딘 베이스 형태로 조절할 수 있다.The polyaniline thin film thus prepared is not a fully reduced form but is in a reduced form than the emeraldine base form and is in the form of protomeraldine, which will be described in detail in the following Test Example. The polyaniline thin film of the protomeraldine type thus formed may be controlled to an emeraldine base form by a known method such as hydrogenation-deprotonation or oxidation in air.

본 발명에서는 표면이 더 고른 박막을 만들기 위해, 상기 크루서블(12)의 상부에 구비된 이온화 장치에 의해 상기 폴리아닐린 클러스터가 이온화되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이온화 장치는 클러스터가 통과하는 부분을 둘러싸는 원형그리드(8); 상기 원형그리드(8) 주위를 팔각면으로 둘러싸는 전자 방출 필라멘트(9); 상기 원형그리드(8)의 상부에 위치하며 접지되어 있는 이온 가속 전극(7)을 포함하는 것이 바람직하다. 이처럼 클러스터를 양이온으로 이온화시킨 다음 기저부에 양의 전압을 인가함으로써 그 척력에 의해 가속을 시킨다. 이처럼 이온화된 클러스터 빔을 이용하는 경우에는 클러스터 빔의 양과 에너지를 이온화 전압, 가속 전압 및 클러스터 빔의 전류 밀도 등의 전기적인 요소들을 조절함으로써 변화시킬 수 있으므로 좀 더 균일한 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, it is preferable to further include the step of ionizing the polyaniline cluster by the ionizer provided on the top of the crucible 12, in order to make a thinner even surface. The ionizer comprises a circular grid (8) surrounding a portion through which the cluster passes; An electron emission filament 9 surrounding the circular grid 8 in an octagonal surface; It is preferable to include an ion accelerating electrode 7 located above the circular grid 8 and grounded. As such, the cluster is ionized with a cation and then accelerated by its repulsive force by applying a positive voltage to the base. In the case of using the ionized cluster beam, the amount and energy of the cluster beam can be changed by adjusting electrical factors such as the ionization voltage, the acceleration voltage, and the current density of the cluster beam, thereby forming a more uniform thin film. have.

도 1은 본 발명에 사용되는 클러스터 빔 증착장치의 내부 사진이다. 종래의 금속 증착 또는 무기물 증착용 클러스터 빔 증착장치와는 달리 부수적인 회로가 매우 간단하며 장치가 전체적으로 매우 단순하여 제조가 용이하다는 것을 알 수 있다.1 is an internal photograph of a cluster beam deposition apparatus used in the present invention. Unlike the conventional metal beam or inorganic vapor deposition cluster beam deposition apparatus, the secondary circuit is very simple and the device is very simple as a whole it can be seen that easy to manufacture.

도 2는 본 발명에 사용되는 클러스터 빔 증착장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a cluster beam deposition apparatus used in the present invention.

기판(1)의 재질은 구리합금이며 70 mm ×70 mm×1 mm의 크기의 대형 기판으로서, 가열 장치가 구비되어 있긴 하지만 본 발명에 따른 폴리아닐린의 증착에는 사용되지 않는다. 박막두께 모니터(2)는 증착물의 증착 속도와 두께를 각각 Å/s와 kÅ단위로 나타내며 박막의 두께를 모니터하며 적절한 두께를 조절할 수 있도록 한다. 상기 기판(1)에는 전류계(3)를 연결하고 접지시키기 때문에 종래기술에서 기판에 음전압을 인가하는 것과 달리 상기 기판의 전압은 0V이다. 따라서, 회로가 간단해지며, 전압을 가하는 것에 의한 온도 상승이 없으므로 폴리아닐린 박막이 증착되고 난 후에 다시 분해될 염려가 없다. 한편, 상기 전류계(3)에 의해 클러스터(6)의 이온화 정도를 정량적으로 알 수 있다. 셔터(4)는 외부에서 열고 닫을 수 있도록 구비되어 있으며 처음에는 닫힌 상태로서, 정제되지 않은 불순물이 증착되는 것을 막기 위해 일정한 증착 속도에 도달했을 때 외부에서 회전시켜서 열 수 있도록 구비되어 있다. 가변 전압 회로(5)는 크루서블(12) 부분에 전압을 가해 주어 기판과의 전위차를 형성시키기 위해 연결되어 있고 그 말단은 접지되어 있다. 이온 가속전극(7)은 접지되어 있는 도넛형의 스테인리스 스틸판으로 기저부(기판)과 마찬가지로 0V이며 기판과의 거리를 짧게 하여 전압의 차이를 급격하게 줌으로써 클러스터 이온(6)을 가속화시킨다. 그리드(8)는 필라멘트(9)에서 방출되는 전자빔을 중심부로 끌어당기는 음극(anode) 역할을 하며, 종래의 장치와는 달리 원형으로 설계되었기 때문에 클러스터를 효과적으로 이온화시킬 수 있고, 전자밀도도 종래의 장치보다 높다. 전자 방출 필라멘트(9)는 열전자를 방출시키는 양극 (cathode)의 역할을 하며, 그리드(8) 주위를 팔각면으로 둘러싸고 있다. 가변 전압기(10)는 상기 그리드(8)에 양의 전압을 인가하기 위한 것이며 가변 전압기(11)는 필라멘트(9)에 전류를 흘려주어 열전자를 방출시키게 하기 위한 것이다. 크루서블(12)의 재질은 스테인레스 스틸을 사용하는데 열전달이 잘 되면서 가공이 쉽고 단단하기 때문이다. 또는 열전달이 잘되고 스테인레스 스틸보다 가볍지만 무른 흑연을 쓰기도 한다. 상기 크루서블(12)의 내부에는 증착물을 담을 수 있으며, 상부에 있는 덮개에는 지름 1 mm, 깊이 1 mm의 노즐 (nozzle)이 있어서 클러스터가 형성되도록 되어있다. 열전쌍(thermocouple:13)은 측정선과 보정선 (K-type)의 전압차로부터 크루서블 (12)의 온도를 측정하기 위해 구비되어 있다. 지지대(14)는 도가니(12)와 이온화 부분 즉 그리드(8)와 필라멘트(9)를 고정하기 위한 지지대로 재질은 열에 강한 알루미나를 사용한다.The material of the substrate 1 is a copper alloy and is a large substrate having a size of 70 mm x 70 mm x 1 mm, which is provided with a heating device but is not used for the deposition of polyaniline according to the present invention. The thin film thickness monitor 2 represents the deposition rate and the thickness of the deposit in Å / s and kÅ units, respectively, to monitor the thickness of the thin film and to adjust the appropriate thickness. Since the ammeter 3 is connected to the substrate 1 and grounded, the voltage of the substrate is 0V, unlike the application of a negative voltage to the substrate in the prior art. Thus, the circuit is simplified, and there is no temperature rise by applying a voltage, so there is no fear of disassembling again after the polyaniline thin film is deposited. On the other hand, the degree of ionization of the cluster 6 can be quantitatively determined by the ammeter 3. The shutter 4 is provided to be opened and closed from the outside and is initially closed, and is provided to be rotated from the outside when a constant deposition rate is reached to prevent deposition of unpurified impurities. The variable voltage circuit 5 is connected to apply a voltage to the crucible 12 to form a potential difference with the substrate, and the terminal thereof is grounded. The ion accelerating electrode 7 is a donut-shaped stainless steel plate which is grounded and is similar to the base (substrate), and is 0V, and shortens the distance from the substrate, thereby rapidly accelerating the cluster ions 6. The grid 8 serves as an anode that pulls the electron beam emitted from the filament 9 to the center, and unlike the conventional device, since the grid 8 is designed in a circular shape, the grid 8 can be effectively ionized, and the electron density is also known. Higher than the device. The electron emitting filament 9 serves as a cathode for releasing hot electrons, and is surrounded by octagonal surfaces around the grid 8. The variable voltage regulator 10 is for applying a positive voltage to the grid 8 and the variable voltage generator 11 is for flowing a current to the filament 9 to emit hot electrons. The material of the crucible 12 uses stainless steel because the heat transfer is good and the processing is easy and hard. They also use better graphite, which is better heat transfer and lighter than stainless steel. The crucible 12 may contain deposits, and the upper cover includes a nozzle having a diameter of 1 mm and a depth of 1 mm to form a cluster. A thermocouple 13 is provided for measuring the temperature of the crucible 12 from the voltage difference between the measurement line and the correction line (K-type). The support 14 is made of heat-resistant alumina as a support for fixing the crucible 12 and the ionization part, that is, the grid 8 and the filament 9.

상기 이온화 장치를 사용하여 증착된 폴리아닐린 박막은 프로토 에머랄딘 형태보다 더욱 환원된 형태로서 류코 에머랄딘 베이스 형태일 수 있는데, 이에 관해서는 후술하는 시험예에서 상세히 설명한다.The polyaniline thin film deposited using the ionizer may be in the form of a leuco emeraldine base as a reduced form more than the proto emeraldine form, which will be described in detail in the following test examples.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 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 1Example 1

중량 평균 분자량 5000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린(Aldrich사 제조) 분말 0.06g을 흑연 크루서블에 넣고 상기 크루서블의 외부를 둘러싸고 있는 텅스텐선에 전압을 인가하여 크루서블 내부의 온도가 300℃이고 압력이 10-5Torr가 될 때까지 가열하였다. 이 때 셔터를 오픈하여 클러스터 빔이 발생하도록 하며 증착 속도를 0.7Å/S으로 조절하며 20분간 증착시켜 폴리아닐린 박막을 제조하였다.0.06 g of powder of polyaniline (manufactured by Aldrich) in the form of an emeraldine base having a weight average molecular weight of 5000 was placed in a graphite crucible, and a voltage was applied to a tungsten wire surrounding the outside of the crucible, so that the temperature inside the crucible was 300 ° C. Heated to 10 −5 Torr. At this time, the shutter was opened to generate a cluster beam, and the deposition rate was adjusted to 0.7 kW / S, and the film was deposited for 20 minutes to prepare a polyaniline thin film.

실시예 2Example 2

중량평균 분자량 65,000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyaniline in the form of an emeraldine base having a weight average molecular weight of 65,000 was used.

실시예 3Example 3

중량평균 분자량 130,000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린을 사용하고크루서블의 온도를 350℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyaniline in the form of an emeraldine base having a weight average molecular weight of 130,000 was used and the temperature of the crucible was 350 ° C.

실시예 4Example 4

이온화장치(20)를 사용하여 클러스터 빔을 이온화한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the cluster beam was ionized using the ionizer 20.

실시예 5Example 5

이온화장치(20)를 사용하여 클러스터 빔을 이온화한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the cluster beam was ionized using the ionizer 20.

실시예 6Example 6

이온화장치(20)를 사용하여 클러스터 빔을 이온화한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the cluster beam was ionized using the ionizer 20.

비교예 1Comparative Example 1

분자량 130,000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린을 사용하고 크루서블 내부의 온도를 250℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyaniline in the form of an emeraldine base having a molecular weight of 130,000 was used and the temperature inside the crucible was 250 ° C.

비교예 2Comparative Example 2

크루서블 내부의 온도를 400℃로 한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리아닐린 박막을 제조하였다.A polyaniline thin film was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the temperature of the crucible was 400 ° C.

비교예 3Comparative Example 3

중량평균 분자량 65,000인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린 0.2g을 10ml의 NMP용액에 넣은 후 24시간 동안 교반하여 용해시켰다. 상기 용액을 필터 페이터로 필터링한 후 스핀코팅 장치의 샘플홀더에 유리 기판을 장착하고 상기 폴리아닐린 용액 140㎕을 중심부분에 떨어뜨리고 스핀코팅한 다음 진공오븐에서 30분간 건조시켜 폴리아닐린 박막을 제조하였다.0.2 g of polyaniline in the form of an emeraldine base having a weight average molecular weight of 65,000 was dissolved in 10 ml of NMP solution and stirred for 24 hours. After filtering the solution with a filter filter, a glass substrate was mounted on the sample holder of the spin coating apparatus, 140 μl of the polyaniline solution was dropped in the central portion, spin coated, and dried in a vacuum oven for 30 minutes to prepare a polyaniline thin film.

시험예 1Test Example 1

적외선 흡수 스펙트럼(FT-IR Spectrum)의 분석Analysis of FT-IR Spectrum

적외선 흡수 스펙트럼을 이용하여, 상기 실시예 1 및 4에 따라 제조된 폴리아닐린 박막의 화학적인 조성을 확인하고 도 3에 나타내었다. 이 경우, 적외선 흡수 스펙트럼을 얻기 위해 KBr 펠렛을 기판으로 사용하였다. 원 시료인 에머랄딘 베이스 형태의 폴리아닐린의 경우 5개의 강한 흡수 띠를 가지는데 833, 1166, 1306, 1503 그리고 1593 cm-1이며, 실시예 1 및 4에 의해 제조된 박막의 주요 피크가 일치하고 있는 것으로 보아 증착된 박막이 폴리아닐린임을 확인할 수 있다. 그러나 1166 cm-1부근에서 나타나는 퀴노이드 디이민(quinoid diimine)피크의 세기가 크게 감소하는 것으로 보아 증착된 박막은 에머랄딘 베이스 형태보다 더 환원된 상태임을 알 수 있다. 이처럼 환원된 상태의 박막이 형성되는 이유는 폴리아닐린 분자내의 이민기가 적어질수록 열역학적으로 안정한 형태가 되기 때문이며, 열중합에 필요한 충분한 에너지가 가해지는 경우에는 가장 안정한 형태로 변화될 수 있기 때문이다.Using the infrared absorption spectrum, the chemical composition of the polyaniline thin film prepared according to Examples 1 and 4 was confirmed and shown in FIG. 3. In this case, KBr pellets were used as the substrate to obtain infrared absorption spectra. The original sample, polyaniline in the form of an emeraldine base, has five strong absorption bands, 833, 1166, 1306, 1503 and 1593 cm −1 , and the main peaks of the thin films prepared in Examples 1 and 4 coincide. It can be seen that the deposited thin film is polyaniline. However, the intensity of the quinoid diimine peak appearing near 1166 cm −1 is greatly reduced, indicating that the deposited thin film is more reduced than the emeraldine base form. The reason why the reduced thin film is formed is that as the number of imine groups in the polyaniline molecule becomes thermodynamically stable, it can be changed to the most stable form when sufficient energy required for thermal polymerization is applied.

한편, 본 발명의 실시예 3 및 6에 따라 제조된 폴리아닐린 박막과 비교예 1및 2에 의해 제조된 박막의 화학적 조성을 적외선 스펙트럼으로 분석하여 도 5 내지 8에 나타내었다. 도 5는 실시예 3에 의해 제조된 폴리아닐린 박막에 대한 적외선 스펙트럼이며 도 6은 실시예 6에 의해 이온화 장치를 사용하여 제조된 폴리아닐린 박막에 대한 적외선 스펙트럼이다. 상기 스펙트럼은 모두 833, 1166, 1306, 1503 및 1593 cm-1의 피크를 가지는 것으로 보아 폴리아닐린 박막이 형성되었다는 것을 확인 할 수 있다. 이에 반하여, 비교예 1에 의해 제조된 박막에 대한 스펙트럼인 도 7의 경우에는 폴리아닐린 박막의 특성 피크가 전혀 나타나지 않으며, 증착된 물질이 폴리아닐린이 아니라는 것을 알 수 있다. 이는 열중합에 필요한 온도가 충분하지 않기 때문에 기판에서 중합이 제대로 일어나지 않았기 때문으로 판단된다.Meanwhile, the chemical compositions of the polyaniline thin films prepared according to Examples 3 and 6 of the present invention and the thin films prepared by Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 5 to 8 by analyzing an infrared spectrum. FIG. 5 is an infrared spectrum of the polyaniline thin film prepared by Example 3, and FIG. 6 is an infrared spectrum of the polyaniline thin film prepared using the ionizer according to Example 6. FIG. The spectra all have peaks of 833, 1166, 1306, 1503 and 1593 cm −1 , indicating that a polyaniline thin film was formed. On the contrary, in the case of FIG. 7, which is a spectrum of the thin film prepared by Comparative Example 1, no characteristic peak of the polyaniline thin film is shown, and it is understood that the deposited material is not polyaniline. This is because the polymerization did not occur properly in the substrate because the temperature required for thermal polymerization is not sufficient.

한편, 도 8은 크루서블의 온도를 400℃로 한 비교예 2에 대한 스펙트럼이며,특징적인 피크의 위치가 821.6, 1172.6, 1300, 1508.2 및 1597로서 약간씩 쉬프트된 것을 확인할 수 있으며 도 5와 비교할 때 3030 cm-1피크의 세기가 커지는데, 이는 방향족 링의 C-H 스트레칭에 해당하는 것으로서 폴리아닐린 박막에서는 뚜렷하게 나타나지 않는 피크에 해당한다. 따라서, 폴리아닐린 박막이 제대로 형성되지 않았다는 것을 알 수 있다.Meanwhile, FIG. 8 is a spectrum of Comparative Example 2 in which the temperature of the crucible is 400 ° C., and the positions of characteristic peaks are slightly shifted as 821.6, 1172.6, 1300, 1508.2, and 1597, and compared with FIG. 5. The intensity of the 3030 cm −1 peak increases, which corresponds to the CH stretching of the aromatic ring, which corresponds to a peak that is not apparent in the polyaniline thin film. Thus, it can be seen that the polyaniline thin film was not properly formed.

시험예 2Test Example 2

X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)에 의한 분석Analysis by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

N1s 내각 준위의 XPS 스펙트럼을 통해, 실시예 1 및 4에 의해 제조된 폴리아닐린 박막을 분석하고 그 결과를 도 4에 나타내었다. 폴리아닐린의 스펙트럼은 각각 398.63, 399.74, 400.85, 402.74 eV 의 4개의 피크로 분리되며, 순서대로 각각 중성 이민(neutral imine), 중성 아민(neutral amine), 산화 아민(oxidized amine) 및 수소가 결합된 이민(protonated imine)에 대한 결합에너지를 나타낸다. 도 4(a)는 에머랄딘 베이스 펠레의 스펙트럼이며, 이와 비교할 때 실시예 2에 대한 스펙트럼인 도 4(b)의 경우 중성아민의 비율이 증가하는 것으로 보아 에머랄딘 베이스 형태보다 더 환원된 상태인 것을 알 수 있으나, 완전 환원된 상태는 아니기 때문에 프로토 에머랄딘 베이스(Protoemeraldine Base:PEB) 형태에 가깝다는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 4에 대한 스펙트럼인 도 4(c)의 경우 거의 완전히 환원된 상태로서 류코 에머랄딘 베이스 형태에 가깝다는 것을 알 수 있다.Through the XPS spectrum of the N1s cabinet level, the polyaniline thin films prepared in Examples 1 and 4 were analyzed and the results are shown in FIG. 4. The spectra of polyaniline are separated into four peaks of 398.63, 399.74, 400.85, and 402.74 eV, respectively, in order of neutral imine, neutral amine, oxidized amine, and hydrogen bound imine, respectively. The binding energy for protonated imine is shown. Figure 4 (a) is the spectrum of the emeraldine base pellets, compared with that in the case of Figure 4 (b) which is a spectrum for Example 2 compared to the more reduced state than the emeraldine base form It can be seen, but because it is not a fully reduced state, it can be seen that it is close to the form of Protoemeraldine Base (PEB). In addition, in the case of FIG. 4 (c), which is the spectrum of Example 4, it can be seen that the state is almost completely reduced to a leuco emeraldine base form.

시험예 3Test Example 3

주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy, SEM)Scanning Electron Microscopy (SEM)

실시예 4 및 5에 의해 제조된 폴리아닐린 박막에 대하여 SEM을 측정하였으며, 이를 도 9 및 10에 나타내었다. 본 발명에 따라 제조된 폴리아닐린 박막은 균일하며 디펙트(defect)가 매우 적기 때문에 전자소자에 적합하다는 것을 알 수 있다. 한편, 폴리아닐린의 중량평균분자량이 증가할수록 표면은 더욱 균일해지며 거침도(roughness)가 우수해진다.SEM measurements were performed on the polyaniline thin films prepared in Examples 4 and 5, which are shown in FIGS. 9 and 10. It can be seen that the polyaniline thin film produced according to the present invention is suitable for electronic devices because of its uniformity and very low defect. On the other hand, as the weight average molecular weight of polyaniline increases, the surface becomes more uniform and roughness is excellent.

시험예 4Test Example 4

원자힘현미경 (Atomic Force Microscopy, AFM)Atomic Force Microscopy (AFM)

표면의 거침도는 AFM(Atomic Force Microscopy)를 통해서 알 수 있다. AFM은실리콘 탐침이 박막의 표면을 주사하면서 표면의 영상을 나타낼 수 있고 기준선으로부터 거친 정도를 수치로 나타내어 준다. 실시예 4∼5 및 비교예 3에 의해 제조된 폴리아닐린 박막에 대하여 AFM을 측정하여 그 결과를 도 11 내지 13에 나타내었다. 스핀코팅에 의해 제조된 비교예 3의 경우는 박막 표면에 폴리아닐린이 코팅되지 않은 부분과 용매에 제대로 용해되지 않고 덩어리로 남아 있는 부분 등의 디펙트가 다수 존재하는데 비해 본 발명에 따라 제조된 폴리아닐린 박막의 경우에는 표면의 디펙트가 거의 없고 매우 균일한 박막이 얻어짐을 알 수 있으며, 중량 평균 분자량이 증가할수록 거침도가 우수해지고 박막이 균일해짐을 확인 할 수 있다.The roughness of the surface can be known through atomic force microscopy (AFM). The AFM allows the silicon probe to scan the surface of the thin film and present an image of the surface, numerically indicating the roughness from the baseline. AFM was measured for the polyaniline thin films prepared in Examples 4 to 5 and Comparative Example 3, and the results are shown in FIGS. 11 to 13. In the case of Comparative Example 3 prepared by spin coating, a polyaniline thin film prepared according to the present invention has a large number of defects such as a portion where polyaniline is not coated and a portion that remains in a lump without being dissolved in a solvent. In this case, it can be seen that there is almost no defect on the surface and a very uniform thin film is obtained. As the weight average molecular weight increases, the roughness is excellent and the thin film is uniform.

본 발명에 따르면 간단한 공정을 통해 균일한 두께의 환원된 폴리아닐린 박막을 제조할 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 폴리아닐린 박막은 종래의 스핀코팅 또는 증기증착법에 의해 제도된 폴리아닐린 박막보다 두께가 균일하며 디펙트가 없기 때문에 다층박막의 제조에 적합하며 전자소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 스핀코팅에 의한 박막에서 발생할 수 있는 용매효과가 전혀 없기 때문에 소자의 수명을 연장시킬 수 있으며, 간단한 도핑과정만으로도 전기적 특성이 크게 향상되어 소자에 매우 유용하게 응용할 수 있다.According to the present invention, a reduced thickness of the polyaniline thin film may be manufactured by a simple process, and the polyaniline thin film prepared according to the present invention may have a uniform thickness and a thickness than that of the polyaniline thin film prepared by conventional spin coating or vapor deposition. Since there is no effect, it is suitable for the manufacture of multilayer thin films and can improve the performance of electronic devices. In addition, since there is no solvent effect that may occur in the thin film by spin coating, the life of the device can be extended, and the electrical properties are greatly improved by a simple doping process, and thus it can be very usefully applied to the device.

Claims (8)

중량 평균 분자량 5000∼130,000인 폴리아닐린 에머랄딘 베이스가 들어 있는 크루서블(12)을 전압 인가에 의해 가열하여 폴리아닐린을 증기화하는 단계;Vaporizing the polyaniline by heating the crucible 12 containing the polyaniline emeraldine base having a weight average molecular weight of 5000 to 130,000 by voltage application; 상기 폴리아닐린 증기가 크루서블(12) 상부의 노즐을 통과하며 클러스터를 형성하는 단계; 및Passing the polyaniline vapor through a nozzle above the crucible (12) to form a cluster; And 접지되어 있는 상온 기판(1)에 상기 폴리아닐린 증기가 증착되며 환원된 형태의 폴리아닐린을 형성하는 단계The polyaniline vapor is deposited on a grounded room temperature substrate (1) to form polyaniline in reduced form. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.Polyaniline thin film manufacturing method using a cluster beam deposition apparatus comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 크루서블(12)의 온도가 300∼350℃인 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.The method of manufacturing polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the crucible (12) is 300 to 350 ° C. 제 1항에 있어서, 상기 증착속도는 0.6∼0.8Å/S인 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.The method of claim 1, wherein the deposition rate is 0.6 to 0.8 Å / S polyaniline thin film manufacturing method using a cluster beam deposition apparatus. 제 1항에 있어서, 상기 기판(1)을 가열하지 않는 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.2. The method for producing a polyaniline thin film according to claim 1, wherein the substrate (1) is not heated. 제 1항에 있어서, 상기 기판(1)상에 생성된 폴리 아닐린은 프로토 에머랄딘 베이스(Protoemeraldine Base:PEB) 형태인 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.The method of claim 1, wherein the polyaniline produced on the substrate (1) is a polyaniline thin film manufacturing method using a cluster beam deposition apparatus, characterized in that the form of Protoemeraldine Base (PEB). 제 1항에 있어서, 상기 크루서블(12)의 상부에 구비된 이온화 장치에 의해 상기 폴리아닐린 클러스터가 이온화되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of ionizing the polyaniline cluster by an ionization device provided on the crucible (12). 제 6항에 있어서, 상기 이온화 장치는 클러스터가 통과하는 부분을 둘러싸는 원형그리드(8); 상기 원형그리드(8) 주위를 팔각면으로 둘러싸는 전자 방출 필라멘트(9); 상기 원형그리드(8)의 상부에 위치하며 접지되어 있는 이온 가속 전극(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.7. An ionization apparatus according to claim 6, wherein the ionizer comprises: a circular grid (8) surrounding a portion through which the cluster passes; An electron emission filament 9 surrounding the circular grid 8 in an octagonal surface; Method for producing a polyaniline thin film using a cluster beam deposition apparatus, characterized in that it comprises an ion acceleration electrode (7) which is located above the circular grid and grounded. 제 6항에 있어서, 상기 기판(1)상에 생성된 폴리 아닐린은 류코 에머랄딘 베이스(Leucoemeraldine Base:PEB) 형태인 것을 특징으로 하는 클러스터 빔 증착장치를 이용한 폴리아닐린 박막 제조방법.The method of claim 6, wherein the polyaniline produced on the substrate (1) is a polyaniline thin film manufacturing method using a cluster beam deposition apparatus, characterized in that the form of Leucoemeraldine Base (PEB).
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