KR20090127137A - 결합된 전하 이동 나노튜브 도펀트 - Google Patents

Abstract

도펀트 함유 중합체(DCP)를 이용해서 탄소 나노튜브의 안정한 전하-이동 도핑이 얻어지며, 이때, DCP는 중합체에 연결된 나노튜브로부터 전자를 공여하거나 혹은 전자를 수용하는 능력을 지닌 다수의 도펀트 부분을 지닌다. DCP는, 특정 도펀트 부분과 나노튜브 간의 전하 이동 평형이 해리된 혹은 도핑된 상태에 있는 경우, 상기 도펀트 부분은 중합체에 연결 부분에 의해 연결된 채로 있고, 당해 중합체가 DCP의 적어도 하나의 결합된 도펀트에 의해 상기 나노튜브에 결합됨에 따라 당해 나노튜브 근방에 남아 있도록 상기 중합체에 접속된 충분한 수의 도펀트 부분을 가진다. 연결기는 중합체 골격에 의해 방해받지 않는 방식으로 나노튜브에 대한 도펀트 부분의 제공을 허용하도록 선택되어, 전하 이동 도핑을 받을 수 있게 된다.

도펀트 결합 중합체, 탄소 나노튜브, 도펀트 부분, 연결 부분, 중합체

Description

결합된 전하 이동 나노튜브 도펀트{COUPLED CHARGE TRANSFER NANOTUBE DOPANTS}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 미국 특허 출원 제60/890,704호(출원일: 2007년 2월 20일)의 우선권의 이득을 주장하며, 이 기초 출원은 소정의 사진, 표 및 도면을 비롯하여 그의 전문이 참조로 본원에 원용되어 있다.

발명의 기술분야

본 발명은 중합체 골격에 다양하게 부착된 전하 이동 부분 및 그에 의해 도핑된 탄소 나노튜브의 도핑에 관한 것이다.

단일벽 탄소 나노튜브는 널리 그들의 전자 전달 특성을 이용하고자 하는 다수의 용도에 대해서 연구하에 있다. 나노튜브에 거대한 장래성을 불어넣기 위한 특징으로 화학적 전하 이동 도핑에 의해 그들의 전기 전도도를 조절하는 능력이 있다. n-m이 3으로 나누어질 수 없는 카이럴 지수(chiral index)(n,m)를 지니는, 전하-이동에 의해 도핑하여 나노튜브를 반도체화하기 위하여, 전자 공여체(donor)는 도핑 농도에 비례하여 n-형 캐리어 밀도를 증가시키게 된다. 이 도핑은 미도핑된(undoped) 나노튜브 이상의 크기 차수만큼 나노튜브의 전도도를 증가시킬 수 있 다. 마찬가지로, 전하-이동 전자 수용체에 의한 도핑은 도핑 농도 의존성인 p-형 캐리어 밀도를 얻는 그들의 전도도를 크게 증가시킬 수 있다. 원칙적으로는, 도핑 농도에 대한 캐리어 밀도의 의존성은 전도도와 나노튜브를 반도체화하는 캐리어 형의 양쪽 모두를 미세하게 조율가능한 제어를 제공한다. 이러한 화학적 전하 이동 도핑은, n-형 혹은 p-형 FET를 얻고 이들이 온(ON) 상태로 된 경우 게이트 전압을 변경하기 위하여, 단일 나노튜브와 나노튜브 망상계(network based) 전계 효과 트랜지스터(FET)의 양쪽 모두에서 이용되어 왔다. 중요하게는, 두 FET 형 모두 현대의 디지털 로직계열의 구현을 위해 필요로 되고 있다.

전하 이동 도핑은 또한 금속성 나노튜브의 전도도에 대한 제어의 대책을 제공하며, 이것은 카이럴 지수 n-m = 0, mod 3인 것들이다. 0이 아니면서 미도핑된 금속성 나노튜브에 대한 캐리어 밀도는 비교적 작다. 나노튜브를 충분히 전하 이동 도핑함으로써, 그의 페르미 준위는 반 호프 특이점(van Hove singularity)의 밑에 있도록 시프트되고, 그의 캐리어 밀도는 실질적으로 증가됨으로써, 그의 전도도를 증가시킨다.

얇은 나노튜브 필름(즉, 나노튜브 박막)은 현재 투명한 전기 도체를 필요로 하는 다양한 용도, 예를 들어, 발광 다이오드에서의 전하 주입 전극; 광기전 소자에서의 전하 수집 전극; 및 가요성의 투명 터치 스크린에서의 접촉 패드용으로 개발 중에 있다. 전하 이동 도핑은 두 가지 방식, 즉, 필름을 구성하는 개별의 나노튜브의 캐리어 밀도에 대한 직접적인 제어에 의해, 또한 필름 내에 이러한 튜브-튜브 접합부에 대한 전기 임피던스에 영향을 미치는 튜브-튜브 접점에서 전개된 쇼트 키 장벽의 변형에 의해 이러한 필름의 컨덕턴스를 제어한다. 나노튜브 필름에 있어서의 페르미 준위의 전하 이동에 기초한 조율성(tunability)은, 또한 많은 금속-반도체 접점에 문제로 되는 페르미 준위 피닝(pinning) 없이, 필름과 반도체(무기 혹은 유기) 간의 페르미 준위 라인업(line-up)에 대한 제어 대책도 제공한다. 이것은 소자 기능을 최적화시키기 위한 접점 장벽 높이의 합리적인 조정을 허용한다.

단일벽 나노튜브(SWNT: single wall nanotube)는, 연구자가 나노튜브의 적절한 전하 이동 도펀트를 발견하기 위하여 흑연 층간 착체(GIC: graphite intercalation complex)라고도 불리는 흑연 전하 이동 착체 상의 방대한 가공체로 생각하는 것이 당연하였던 그라펜과 유사한 원자 구조를 지닌다. 조사된 모든 공지된 흑연의 도펀트는 또한 나노튜브를 도핑한다.

대량으로 전하 이동 도핑된 고도로 흑연화된 탄소섬유는 금속의 전기 전도도에 가깝다. 예를 들어, 전력 전송 라인에 있어서 금속을 강한 경량의 탄소섬유로 대체하는 가능성에 의해 동기를 부여받아, 흑연의 가장 안정한 도펀트를 발견하기 위하여, 많은 노력을 들여왔다. 불행하게도, "안정한" 도핑이 많은 문헌에서 주장되었음에도 불구하고, 모든 고도로 도핑된 GIC는 시간에 따른 그 도핑의 인식가능한 분획을 잃게 된다. 이것은 n-형 도펀트, 즉, 공여체 도펀트(여기서, GIC 염은 대기 중에서 수증기와 반응함)뿐만 아니라, 공기/물 안정형 p-형 도펀트, 즉, 수용체 도펀트에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 이 불안정성 문제는 나노튜브에 대해서는 더욱 악화된다. 흑연을 도핑하기 위한 타임스케일(timescale)은 오히려 길다. 도펀트는 0.34 ㎚만큼 초기에 분리되는 그라펜 시트 사이에 층간삽입되 어(intercalated), 2차원의 한정된 공간에서 긴 거리를 확산할 필요가 있다. 이미 층간삽입된 도펀트는 에지에서 유입되는 추가의 도펀트에 대한 공간을 만들도록 안쪽으로 이동될 필요가 있다. 이러한 한정은 또한 탈도핑(dedoping)을 크게 지연시켜, 도펀트가 에지로부터 증발 혹은 다른 처리에 의해 소실되게 된다. 흑연에 대해서, 전형적인 도핑/탈도핑 타임스케일은 수일 내지 수주 내로 평가된다. 나노튜브의 경우, 도핑 및 탈도핑에 대한 타임스케일은 훨씬 빠르다. 개별의 나노튜브에 대해서, 도펀트는 표면 상에 존재하며, 이 표면으로부터 확산되어 도망가지 않게 할 필요가 있다. 나노튜브 번들(bundle)에 대해서, 번들 축에 수직인 방향으로 안쪽에서 바깥쪽으로의 확산은 단지 기껏해야 번들 직경의 절반인 거리, 즉, 십 나노미터 차수의 거리에 걸쳐 확산될 필요가 있을 뿐이다. 전형적으로 무질서하게 되어 있는 나노튜브 필름 및 망상 구조에 대해서, 나노튜브 번들들 사이의 빈 공간(이 공간을 통해 도펀트가 도피할 수 있음)은, 수십 나노미터를 나타내는 특징적인 직선 치수를 지닌 개방 체적을 지닌다. 이들은, 나노튜브의 안으로 혹은 밖으로, 단지 수분 내지 수시간이 걸리는 보다 신속한 프로세스로 확산된다.

탄소 나노튜브의 전하 이동 도핑은 그들의 다수의 잠재적인 용도를 위해서 중요하지만, 시간 경과에 따른 나노튜브의 자발적인 탈도핑을 통한 전하 이동 도핑의 불안정성은 많은 용도의 상업적 실현을 가로막는다. 대부분의 전자 혹은 전기-광 용도를 실현시키기 위한 필수 조건은, 도핑 정도, 즉, 나노튜브 길이의 단위당 나노튜브에 대해 이동되는 구체적인 개수를 소자 기능을 위해 필수로 하는 소정의 허용가능한 허용오차 내로 제어하는 것이고, 시간 경과에 따른 구체적인 도핑 정도 의 안정성, 즉, 나노튜브 길이당 이동된 구체적인 전자 수는 소자의 수명에 대해서 소정의 허용가능한 허용오차 내에 일정하게 유지될 필요가 있다.

그러므로, 도핑 정도가 설계된 대로 제어되면서 경시 안정성이 유지되는 도핑된 탄소 나노튜브 조성물의 목표는 여전히 충족되고 있지 못하다.

본 발명은 도펀트 결합 중합체(DCP: dopant coupled polymer) 및 이들 DCP와의 안정한 탄소 나노튜브 전하 이동 착체에 관한 것이다. DCP는 연결 부분(linking moiety)이 도펀트 부분을 중합체에 접속하고 있는 탄소 나노튜브 표면으로부터 전자를 공여하거나 전자를 수용하는 능력을 지닌 다수의 도펀트 부분을 포함하는 중합체이다. 상기 중합체는 직쇄, 분지쇄, 초분지쇄(hyperbranched), 수지상(dendritic) 혹은 별형상인 단독중합체 또는 공중합체일 수 있고, 망 형상으로 전환될 수 있는 구조일 수도 있다. 중합체 골격은, 부분적으로 컨쥬게이트되거나 혹은 완전히 컨쥬게이트되어 있을 수 있어, 안정적이고 제어된 도핑이 가능한 방식으로 전하 이동 도펀트를 나노튜브에 제공하는데 부가하여 복합체에 대해서 특정 성질을 제공할 수 있다.

도펀트 부분은 TCNQ류, 할로겐화-TCNQ류, 1,1-다이사이아노비닐렌류, 1,1,2-트라이사이아노비닐렌류, 벤조퀴논류, 펜타플루오로페놀, 다이사이아노플루오레논, 사이아노-플루오로알킬설포닐-플루오레논류, 피리딘류, 피라진류, 트라이아진류, 테트라진류, 피리도피라진류, 벤조티아다이아졸류, 복소환 티아다이아졸류, 포르피린류, 프탈로사이아닌류로부터 유도된 것과 같은 전자 수용 단위, 또는 전자 수용 유기금속 착체일 수 있다. 도펀트 부분은 테트라티아풀발렌(TTF), 비스-에틸렌다이티올로-TTF(BEDT-TTF), 아민류, 폴리아민류, 테트라셀레나풀발렌류, 축합 복소환(fused heterocycles), 복소환 올리고머로부터 유래된 것과 같은 전자 공여 단위 또는 전자 공여 유기금속 착체일 수 있다

다수의 도펀트 부분은, 동시에 비착체화된 상태에 있는 DCP 상의 모든 도펀트 부분의 가능성이 이러한 상태가 효과적으로 일어나지 않는 충분히 작은 상태로 되도록 충분히 많은 도펀트 부분을 지닌다. 중합체 사슬당의 도펀트 부분의 개수는 전하 이동 착체의 강도 및 기타 인자에 따라 다를 수 있지만, 일반적으로 적어도 5개의 도펀트 부분이 중합체에 연결되어 있는 경우, 충분한 안정화가 일어난다. 중합체 사슬당의 도펀트 부분의 개수 및 중합체 골격을 따른 그들의 성향은, 탄소 나노튜브와 혼합될 경우의 전하 이동 결합의 양이 포화 상태 미만으로 제한되는 방식으로 변화될 수 있다. 이와 같이 해서, 상기 나노튜브의 전기적 특성은 당해 나노튜브에 착체화된 DCP의 선택된 구조를 통해서 조율될 수 있다.

상기 연결 부분은 중합체 골격의 일부일 수 있지만, 일반적으로는, 탄소 나노튜브에 대한 도펀트 부분의 최적 배향을 가능하게 하기 위하여 상기 골격에 도펀트 부분을 접속하는 것일 것이다. 상기 연결 부분은, 필요한 경우, 중합체 골격으로부터 도펀트 부분의 입체형태적 자유도를 완화하기 위하여, 고도로 가요성이고 입체형태적으로 자유로운 중합체 골격의 경우에, 하나의 원자가 50 원자 이상까지 많이 이용되고 있는 비컨쥬게이트된 사슬일 수 있다. 비컨쥬게이트된 사슬에 있어서 4 내지 약 20 원자를 지닌 연결기는, 일반적으로, 나노튜브와 조합된 경우 중합체 골격으로부터 도펀트 부분의 배향을 완화시키기에 충분하다. 소정의 경우에 있어서, 컨쥬게이트된 중합체 및 연결기 등과 같은, 더욱 강성의 입체형태적으로 덜 자유로운 중합체 및 연결기가 이용될 수 있는 것은 가능하다. 이들 경우에 있어서, 이들 중합체 및 연결기에 의해 가정되는 입체형태는, 다수의 도펀트 부분이 전하 이동 도핑의 촉진을 위해 나노튜브 표면에 대해서 용이하게 배향될 수 있도록 탄소 나노튜브의 표면에 대해서 상보적이다.

본 발명의 일 실시형태는 연결 부분을 통해 중합체에 연결된 다수의 도펀트 부분을 지닌 적어도 1종의 폴리머 및 적어도 1개의 탄소 나노튜브가 제공되고 혼합되어 있는 탄소 나노튜브를 도핑하는 방법이다. 상기 중합체는, DCP가 나노튜브의 존재 하에 형성되는 것인, 미리 형성된 중합체로서, 모노머(즉, 단량체)로서 또는 심지어 도펀트 부분이 결여된 중합체로서 제공될 수 있다. 또한, 상기 방법은, 일반적으로 가교 전에 도펀트 평형 상태가 달성된 후에 중합체 망상구조가 탄소 나노튜브 둘레에 형성되도록 하는 가교 단계를 포함할 수 있다. DCP, 또는 나노튜브 둘레에 DCP를 형성하는 구성성분들은 액체로서 혹은 용액 중에 제공될 수 있다. 도핑 정도는 중합체의 구조 및 DCP가 탄소 나노튜브와 혼합되는 방법에 의거해서 포화된 상태 미만으로 될 수 있다. 이 방법은 포화 도핑이 일어나도록 나노튜브와 경쟁적으로 착체화되는 모노머 도펀트를 제공하는 단계, 및 모노머 도펀트를 제거하는 후속의 단계를 포함하여, 포화 상태 미만의 상태에 있는 도펀트로서 DCP만을 실질적으로 남겨 나노튜브의 소정의 전기적 특성이 얻어지게 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 적어도 하나의 탄소 나노튜브; 및 탄소 나노튜브 표면으로부터 전자를 공여하거나 수용하는 능력을 지닌 연결 부분을 통해서 중합체에 연결된 다수의 도펀트 부분을 함유하는 적어도 1종의 중합체를 포함하는 도핑된 나노튜브 조성물이다. 중합체의 질량에 대한 나노튜브의 질량의 비는 DCP의 구조 및 나노튜브와의 그의 조합 모드에 의해 미리 결정될 수 있는 상기 조성물의 전도율(specific conductivity)을 제공한다.

발명의 상세한 설명

화학적 결합 에너지의 순서는 반 데르 발스(van der Waals) < 이온 < 공유 결합 에너지이고, 그들의 추정상 "약한" 반 데르 발스 상호작용에 대한 나노튜브의 탈번들화는 곤란한 것으로 알려져 있는 반면, 전하 이동 도펀트의 비교적 "강력한" 이온 결합은 쉽게 파괴되어 흑연과 나노튜브를 탈도핑한다. 이 명백한 이례적인 것은, 전술한 바와 같은 순서의 상대적인 결합 에너지가 특정 결합 에너지이기 때문에, 즉, 이들이 각각 고립된 원자쌍이기 때문에 일어난다. 2개의 나노튜브의 반 데르 발스 결합은 수 천개의 원자쌍 결합 상호작용을 내포하는 한편, 이와 반대로, 호스트와 전하 이동 도펀트 간의 이온 결합은 단일의 도펀트 분자와 호스트 간에 이동된 단일의 부분적인 전하의 쿨롱 인력을 내포한다. 많은 반 데르 발스 결합의 응집체 상호작용은 고립된 이온 결합의 상호작용을 크게 초과한다.

또한, 전하 이동 반응은 일반적으로 부분적인 전하만을 내포하는 것으로 기술되고 있다. 기본적인 단위로 정량화된 전하의 면에 있어서 부분적인 전하를 정당화하기 위한 수단은 호스트(공여체 도핑)와 연관된, 시간 단위당 그의 시간의 대 응하는 분획을 소비함에 따라 이동된 전하를 고려해야 한다. 이에 대한 추론은 전자가 도펀트로 도로 이동(즉, 역이동(back-transfer))된 시간의 나머지 분획을 소비하는 것이다. 이러한 역이동 동안, 이온 결합 효과는 없고, 도펀트도 자유롭게 되어 탈착된다. 따라서, 단일 부분 전하 이동 도핑 및 탈도핑은 평형 과정이며, 그의 수명은 또한 도펀트의 휘발성에 의존한다.

그러므로, 반 데르 발스 결합은, 약하지만, 강력한 상호작용을 안정화시키기 위해 협력하여 작용할 수 있으므로, 본 발명은 나노튜브를 지닌 안정한 전하 이동 착체를 형성하기 위하여 나노튜브와 도펀트 결합 중합체를 제어가능하게 도핑하는 방법에 관한 것이며, 이때, 도펀트 부분은 중합체 내의 공유 결합에 의해 서로 결합된다. 이와 같이 해서, 하나의 도핑 부분과 나노튜브 간에 일어나는 전하 역이동은, 도펀트 부분에 대한 전하 역이동의 수명 동안 도펀트 결합 중합체의 다른 전하 이동 결합 부분에 의해 적소에 유지된 채로 나노튜브로부터 탈착되도록 자유롭지 않다. 역이동 수명이 (1-t)로 표현되는 경우(이때, t는 이동된 부분적인 전하), 단일 도펀트용의 탈착 확률은 P = A(1-t)로 표현될 수 있다(이때, A는 반 데르 발스 상호작용 및 열 변동 등의 기타 특징적인 인자에 관한 계수이다). 따라서, 동시에 탈착된 상태에 있게 될 상호 공유 결합된 n개의 도펀트에 대한 확률은 이하의 관계식, 즉, P(n) = A(1-t)ⁿ으로 부여된다. t = 0.7, n = 20에 대해서, P(1)에 대한 P(20)의 비는 ~1×10^-10이며; 이것은 도핑이 효과적으로 영구적으로 될 수 있는 정도로 작다. A 인자 및 공여체-수용체 착체의 강도가 높을수록, 원하는 안정 성을 얻기 위하여 결합된 도펀트 사슬의 단위 길이당 요구되는 도펀트 부분의 개수는 적어진다. 다수의 조합된 도펀트 부분은 3 내지 약 50개의 부분이고, 일반적으로 사슬당 조합된 도펀트 부분은 약 5 내지 약 20 혹은 그 이상이다.

나노튜브와 도펀트 부분 간에 이동된 전하량, 따라서, 이들 간의 상호작용의 강도는 나노튜브의 일 함수와 수용체 도핑용의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 또는 공여체 도핑용의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 간의 에너지 차에 의존한다. 중요하게는, 나노튜브의 일 함수는 이동된 전하의 총량에 의해 시프트되기 때문에, 나노튜브와 도펀트 부분 간의 상호작용의 강도는 도핑 농도에 의존하며, 이때 개별의 상호작용의 강도는 도핑 정도의 증가에 따라 감소한다. 개별적인 도핑 부분의 도핑 의존 정도는, 미결합된 도펀트 부분에 의해 탈도핑이 높은 도핑 농도에서 초기에 신속하기 때문이다. 따라서, 결합된 사슬 길이의 단위당의 결합된 도펀트 부분의 개수는 도핑 농도에 의존한다. 신규의 DCP는 원하는 정도의 도핑 및 도핑 안정성이 달성되는 것을 확실하게 하도록 설계되어 있다. 신규의 DCP에 의해 제공된 도핑의 안정성은 소자 제작의 용액 처리 단계 동안(그렇치 않다면, 약하게 결합된 종들의 해리가 일어남) 특히 유리하며, 또한, 상승된 작업 온도(이때, 약하게 결합된 사슬의 입체형태적 재배열이 일어날 수 있음)에서 유리하다.

신규한 DCP는 DCP 내에 도펀트 부분의 안정한 전하 이동을 보증하기 위하여 비교적 큰 공유 결합된 분자에 있어서 충분히 많은 횟수로 반복되는 전하 이동 도펀트 부분을 지닌다. 본 발명의 각종 실시형태에 있어서, DCP는, 중합체 골격에 공유적으로 부착된 사이드 그룹으로서의 중합체 골격 내의 전하 이동 부분, 또는 상기 골격 내에서 사이드 그룹에 부착된 부분들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 도펀트 부분은 연결 부분에 의해 중합체 골격에 결합되며, 여기서, 상기 연결 부분과 도펀트 부분은 중합체 골격의 일부는 아니다. 이와 같이 해서, 연결 부분은, 전하 이동 도핑을 위한 적절한 배향을 지닌 나노튜브 표면에 더욱 용이하게 제공될 수 있도록 중합체 골격으로부터 도펀트 부분의 입체형태적 자유도를 적어도 부분적으로 완화시킨다.

전하 이동 반응 정도, 따라서, 도핑 수준의 제어는 전자 및 전기-광 소자에 있어서의 도핑된 나노튜브의 합리적인 용도를 위한 필수 조건이다. 신규의 DCP의 설계는 중합체의 단위 길이당 편입된 도핑 부분의 개수에 의해 도핑 정도에 대한 제어를 제공하며, 결과적으로 도핑 안정성이 높아진다. DCP에 의한 나노튜브 도핑의 구체적인 정도(즉, 나노튜브의 단위 길이당의 나노튜브로 혹은 당해 나노튜브로부터 이동된 전하)는, 도펀트 부분과 나노튜브 간의 전하 이동을 촉진시키는 나노튜브 표면에 대한 효율적인 배향을 지닌 나노튜브에 대해서 제공될 수 있도록, 이용된 특정 전하 이동 부분, 중합체 골격의 단위 길이당의 전하 이동 부분의 밀도, 중합체 골격의 입체형태적 자유도 및 도펀트 부분의 입체형태적 자유도를 비롯한 인자들에 의존한다. DCP에 대한 나노튜브 도핑의 가능한 정도는, 도핑 정도가 충분하고 중합체 골격의 단위 길이당 구축되는 전하 이동 부분의 밀도에 의해 달성되도록, DCP 구조에 대한 착체화의 상세한 모형화에 의해 혹은 실험적으로 결정될 수 있다. 각 밀도에 대한 도핑 정도는, 도핑된 나노튜브의 필름의 저항을 모니터하는 상태에서, 전자 전달 계측에 의해 혹은 나노튜브 흡착 밴드의 적분된 강도를 모니터링함으로써, 분광학적으로 결정될 수 있다. 전하 이동 부분의 3가지 별도의 밀도는 전형적으로 중합체 골격의 길이당의 전하 이동 부분의 밀도의 함수로서 도핑 정도를 기술하는 단조 함수를 얻는데 충분하다. 이러한 검정(calibration)이 DCP 나노튜브 착체에 대해 일단 결정되면, 구체적으로 원하는 궁극적인 도핑 수준은 중합체 중의 전하 이동 부분의 특정 밀도를 지닌 DCP를 이용해서 달성될 수 있다.

신규의 DCP는, 전자적 특성이 안정적인 소정의 방식으로 개질될 수 있도록 탄소 나노튜브를 지닌 공여체 혹은 수용체로서 전하-이동 착체화하는 능력을 지닌 도펀트 부분의 제어된 양을 지닌다. 이들 부분은 나노튜브의 표면으로부터의 중합체 및 그의 도펀트 부분의 자유 분산을 억제하는 방식으로 여전히 함께 공유 결합되어 있는 나노튜브를 지닌 각 부분의 최적의 상호작용을 허용하는 충분한 입체형태적 자유도 및 이동도를 지니며, 이것은 탈도핑에 대한 그들의 경향으로 인해 나노튜브를 도핑하는 개별적인 분리된 도펀트 부분을 이용해서 관찰되는 상당한 제한, 또는 비교적 경직된 중합체 골격에 고정된 도펀트에 대해서 일어날 수 있는 도핑의 억제를 극복한다. 이 입체형태적 자유도는 가장 강력한 대부분의 안정적인 착체화의 형성을 가능하게 하므로, 당해 착체는 그렇지 않으면 탈착 혹은 미결합된 부분의 탈착 및 소실을 허용하게 될 수도 있는 환경에서 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 다수의 도펀트는 단일 중합체 내에서 서로 결합되며, 이때 도핑 부분의 국소적인 이동도는, 나노튜브에 의한 전하 이동 도핑의 안정성을 보증하기 위해, 억제되지 않는다. 이와 같이 해서, 전하 역이동이 하 나의 도핑 부분에 대해 일어날 경우, 그의 나노튜브 표면으로부터의 확산은 동일한 중합체 사슬에 부착된 다른 도핑 부분의 상호작용 때문에 작은 체적으로 한정된다. 공유 결합에 의해 서로 결합된 이러한 다수의 전하 이동 상호작용은 도핑 정도에 대한 제어를 최대화하도록 도펀트의 높은 효율적인 몰 농도를 유지한다. 나노튜브로부터 도펀트 부분의 긴 범위 확산은 DCP에 결합되므로 억제되더라도, 짧은 범위 확산이 일어날 수 있어, 도펀트와 중합체를 도핑의 안정성 및 도핑을 최적화하도록 재조직할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 공여체 혹은 수용체 도펀트 부분은 가요성 연결자를 통해서 중합체 골격에 접속된다. 이 접근법은 PCT/US2007/081121(출원일: 2007년 10월 11일, 발명자: Reynolds et al.)에 개시된 바와 같이 전도 중합체 골격을 지닌 비-전하 이동 부분에 대해 충분히 개발되어 있으며, 이 특허출원은 참조로 본원에 병합된다. p-형 도펀트에 대해서, 테트라사이아노퀴노다이메테인(TCNQ) 유래 부분은 개별적인 전하 이동 상호작용을 달성하기 위해 이용될 수 있고, 이때, TCNQ 단위는 나노튜브로부터 전자를 추출한다. 기타 공지된 p-형 도펀트는 중합체 사슬에 연결되도록 개질될 수 있다. 이들 p-형 도펀트에는 유도체화된 TCNQ(예를 들어, 할로겐화-TCNQ류), 1,1-다이사이아노비닐렌류, 1,1,2-트라이사이아노비닐렌류, 벤조퀴논류, 펜타플루오로페놀, 다이사이아노플루오레논, 사이아노-플루오로알킬설포닐-플루오레논류, 피리딘류, 피라진류, 트라이아진류, 테트라진류, 피리도피라진류, 벤조티아다이아졸류, 복소환 티아다이아졸류, 포르피린류, 프탈로사이아닌류, 및 전자 수용 유기금속 착체 등이 포함된다. 이용가능한 n-형 도펀트 부분은 테트라티아풀발렌(TTF) 또는 그의 밀접하게 관련된 유사체인 비스-에틸렌다이티올로-TTF(BEDT-TTF)로부터 유래되며, 이때 이들 n-형 부분은 나노튜브에 전자를 공여한다. 본 발명의 조성물 및 방법에서 공여체 부분으로서 이용되도록 개질될 수 있는 기타 공지된 n-형 도펀트로는 아민류 및 폴리아민류, 기타 작용화된 TTF 유도체, 테트라셀레나풀발렌류(유기 초전도체에 이용될 경우도 있음), 축합 복소환, 복소환 올리고머, 및 전자 공여 유기금속 착체를 들 수 있다.

전하 이동 도펀트 부분이 중합체 골격에 곁사슬을 통해 연결되어 있는 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 이 곁사슬은 일반적으로 중합체의 골격으로부터 도펀트 부분의 짧은 범위 움직임을 완화시키는 데 필요한 가요성을 제공하기 위해 선택된다. 곁사슬은 일반적으로, 약 50 원자 미만, 예를 들어, 20, 18, 16, 14, 12, 8, 6, 5, 4 또는 3개의 원자가 중합체 골격과 도펀트 부분 사이에 함께 직선적으로 연결되어 있는 비컨쥬게이트된 사슬이다. 곁사슬로는, O, S 또는 N 등의 1개 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있는 직쇄, 분지쇄 혹은 환식 탄화수소; 직쇄, 분지쇄 혹은 환식 실록세인(siloxane)류; 또는 특히 골격이 전도 중합체인 경우, O, S 또는 N 등의 1개 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있는 컨쥬게이트된 직쇄 혹은 환식 탄화수소를 들 수 있다. 수개의 도펀트 부분은, 당해 수개의 도편트 부분이 연결기에 의해 직쇄 곁사슬에 접속되도록 당해 곁사슬 상에 규칙적으로 혹은 불규칙적으로 위치될 수 있다. 대안적으로는, 곁사슬은 분지될 수 있고, 이때 도펀트 부분이 각 분지를 종결한다. 다수의 곁사슬이 중합체 골격의 임의의 주어진 반복 단위에 부착될 수 있다.

구조 1은 메틸메타크릴레이트 반복 단위를 내포한 DCP 및 DCP 작용화된 메타크릴레이트 반복 단위의 구체적인 실시형태를 나타내고 있다. DCP 함유 단위에 대한 스페이서 단위의 공급비는 y/x(여기서, y = n - x)로 정의되며, 이것은 중합체 골격 길이의 단위당의 도펀트 부분의 평균 개수를 결정한다. DCP 작용화된 메타크릴레이트 반복 단위는 펜타메틸렌 연결 부분을 포함하고, 이것에 의해 입체형태적 자유도가 과잉인 도펀트 부분이 그의 움직임을 중합체 골격의 것으로부터 완화시킬 수 있게 된다. 상기 도펀트 부분은 2-(4-(사이아노메틸리데닐)-2,3,5,6-테트라플루오로사이클로헥사-2,5-다이에닐리덴)말로노나이트릴이다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 도펀트 부분은, 가장 인접한 도펀트 부분이 전하 이동 반응을 통해서 나노튜브에 결합할 수 있도록 상기 골격이 충분한 입체형태적 유연성으로 설계되는 조건 하에 중합체의 골격으로 직접 편입될 수 있다. 이 결합은 나노튜브의 안정한 전하 이동 도핑을 가져온다. 도핑 밀도의 미세 제어는 사용된 부분을 공여하거나 수용하는 전자의 강도(이온화 전위 혹은 전 자 친화도)와 관련하여 골격의 단위 길이당 주어진 중합체 골격에 결합된 도펀트의 개수를 적합화시킴으로써 달성된다.

최대 도핑을 필요로 하는 본 발명의 실시형태에 있어서, 상기 중합체는 당해 중합체의 모든 반복 단위에 부착된 도펀트 부분을 가질 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 도펀트 부분은 중합체의 반복 단위의 일부에만 부착된다. 이 공중합체 실시형태는 중합체/나노튜브 조립체가 준비되어 있는 용도에 도펀트 함유 중합체의 적합화를 가능하게 하여, 당해 조립체 특성의 최적화, 비용의 최소화 및/또는 원하는 프로세스 방법론의 이용의 허가를 가능하게 한다. 이용되는 나노튜브의 표면 특성에 관해서 도펀트 부분의 이격 및 중합체 골격의 바람직한 입체형태에 의거해서, 이러한 공중합체는, 나노튜브에 대한 도펀트 부분의 바람직한 제공이 달성되도록 통계적(statistical) 혹은 주기적일 수 있다. 분자량은 바람직한 개수의 조합된 도펀트 부분이 주어진 중합체 사슬 내에 함유될 수 있도록 단지 충분하게 될 필요가 있다. 중합체 혹은 공중합체는 협소하거나 통상적이거나 혹은 고도로 분산된 분자량 분포를 표시할 수 있다. 중합체 당 조합된 도펀트 부분의 그 개수가 적은, 약 5 내지 약 10개일 경우, 협소한 분자량 분포를 지니는 것이 유리할 수 있고, 또한, 공중합체가 이용될 경우, 그 공중합체는, 당해 중합체의 커다란 부분이 사슬당 2개 이상의 도펀트 부분을 함유하는 것을 보증하도록 랜덤하게 되는 것과는 반대로 주기적인 것이 유리할 수 있다.

연결 부분을 통해서 도펀트 부분을 결합하는 데 이용되는 중합체는 나노튜브-중합체 조립체를 위해 의도된 용도에 의거해서 상당히 변화될 수 있다. 상기 중 합체의 골격은 컨쥬게이트될 수 있거나 부분적으로 컨쥬게이트될 수 있거나 또는 비컨쥬게이트될 수 있다. 상기 중합체는 컨쥬게이트된 부분과 비컨쥬게이트된 부분을 지니는 공중합체일 수 있다. 또, 상기 중합체는 주위 온도 이하의 유리전이온도를 지닐 수 있고, 점성 액체로서 거동할 수 있으며, 필요한 경우, 본 발명의 실시형태에 있어서, 이어서, 나노튜브에 착체화 후 고무에 가교될 수 있다. 상기 중합체는 용융물로서 혹은 용액 중에서 가공될 수 있는 경우 주위 온도 이상의 유리전이온도를 나타낼 수도 있다. 도펀트 부분은 냉각 혹은 용매의 제거시 본질적으로 비교환 상태에서 나노튜브에 고정될 수 있다. 중합체의 화학 및 물리적 상태는 모든 필요한 전기 접촉이 용이하게 형성되도록 전자 소자의 제조가 수행될 수 있는 특정 용도에 대해서 바람직할 수 있다. 그러므로, 몇몇 실시형태에 있어서, 중합체의 가교 혹은 융합은 다른 전기 전도 재료와 나노튜브의 임의의 소정의 접촉을 허용하는 요구에 대해 수행될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 도펀트 결합 중합체는 소자의 전극 혹은 반도체 성분에 대한 나노튜브의 결합을 증강시키는 설계일 수 있다. 이들 실시형태는 안정한 도펀트에 의해 나노튜브의 설계된 변형을 허용하는 한편 그 후에 소자에 용이하게 편입되는 상태로 조립체를 남겨둔다.

상기 중합체는 임의의 단차 성장(step growth) 혹은 사슬 성장 중합 수법에 의해 제조된 중합체 혹은 공중합체라면 어느 것이라도 가능하다. 단차 성장 중합체는 연결된 도펀트 부분을 함유하는 이작용성 혹은 다작용성 모노머를 필요로 한다. 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 단차 성장 중합체로는 폴리에스터류, 폴리아마이드류, 폴리우레탄류, 폴리요소, 폴리카보네이트류, 폴리아릴에터케톤류 및 폴리아릴설폰류 등을 들 수 있다. 사슬 성장 사슬 성장 중합체로는 폴리올레핀류, 폴리아크릴레이트류, 폴리메타크릴레이트류, 폴리스타이렌류, 폴리아크릴아마이드류, 폴리알카다이엔류 및 폴리비닐에터류를 들 수 있다. 폴리실록세인 등과 같은 비유기(non-organic) 골격은 본 발명의 실시에 이용될 수 있다. 폴리펩티드 및 다당류 등과 같은 천연 중합체(즉, 고분자)는 도펀트 부분을 포함하도록 인공적으로 개질 혹은 중합될 수 있다. 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 컨쥬게이트된 중합체로는 폴리플루오렌, 폴리(p-페닐렌), PPV, 폴리티오펜, 폴리다이옥시티오펜, 폴리피롤, 폴리다이옥시피롤, 폴리퓨란, 폴리다이옥시퓨란, 폴리아세틸렌 및 폴리카바졸을 들 수 있다. 중합체의 구조는 직쇄, 분지쇄, 초분지쇄, 별형상 또는 수지상일 수 있다. 도펀트 부분의 배치는 공중합체 중에서 랜덤하거나 규칙적일 수 있다. 예를 들어, 직쇄형 중합체는, 도펀트 함유 부분과 비닐 코모노머의 반응성 비율이 도펀트 함유 단위의 단리, 변경 혹은 특정 평균 배열 길이를 촉진시키는 경우 비닐 부가 중합에 의해 라디칼적으로 형성될 수 있다. 리빙 공중합은 공중합체 내의 하나 이상의 특정 블록 내에서 혹은 말단에 위치된 도펀트 함유 단위의 특정 길이 배열을 지니도록 수행될 수 있다. 도펀트 함유 단위는 배타적으로 덴드리머(dendrimer)의 주변에 있을 수 있다. 상기 도펀트 단위는 분지되거나 초분지되거나 혹은 별형상 공중합체의 하나, 소량 혹은 모든 분지에 한정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 나노튜브의 길이당의 도핑 밀도의 제어가 가능해진다. 본 발명의 일 실시형태는 나노튜브가 노출되는 DCP의 양을 제어하는 것으로, 나노튜브 내의 탄소 원자의 개수와 전하 이동 부분 간의 화학량론을 제한하여, 원하는 도핑 밀도의 달성을 허용하여, 착체로부터 전자 특성을 얻는다. 본 실시형태에 있어서, 특정 DCP의 양은 당해 특정 DCP에 대해서 달성될 수 있는 포화 수준 이하이다. 이러한 비포화 도핑은, 침착이 착체의 효과적인 균일성을 가져오는 방식으로 소망의 화학량론이 미리 결정되어 달성되는 것을 필요로 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 도핑 밀도의 제어는 DCP의 구조에 의해 얻어진다. 본 실시형태에 있어서, DCP의 단위 길이당 도핑 부분의 밀도는 나노튜브 간의 포화 도핑 수준을 충분한 중합체가 나노튜브에 첨가되는 특정 DCP로 결정하지만, 그 포화 수준은 중합체의 단위 길이당 보다 높은 밀도의 도핑 부분을 지닌 DCP를 달성할 수 있는 수준보다는 낮은 것이다. 예를 들어, DCP가 공중합체인 경우, 도펀트의 분획은, 나노튜브가 비-도펀트 반복 단위의 체적이 없는 추가의 도펀트 분자를 수용할 수 있다고 하더라도(이때의 추가의 도펀트 부분은 표면으로 확산될 수 있음) 개별의 중합체 사슬에 대한 비-도펀트 반복단위의 체적이 동일 혹은 다른 DCP로부터 도펀트 부분의 부착을 억제할 수 있도록 제어될 수 있다.

나노튜브와 DCP 간의 안정적인 DCP 나노튜브 착체의 양의 제어를 위한 다른 실시형태는 상기 중합체를 모노머 도펀트와 경쟁적으로 착체화하는 것을 포함하므로, 도핑의 원하는 분획이 DCP 상의 도펀트와 나노튜브 사이에 있지만, 나노튜브 상의 그 모든 가능한 부위가 도핑된다. 이어서, 모노머 도펀트의 탈착이 촉진되어 비포화된 상태의 DCP와 단독으로 착체화된 나노튜브를 남길 수 있다. DCP는 당해 DCP의 모두가 나노튜브에 도핑에 의해 화합(즉, 결합)되고, 모노머 도펀트의 모두가 모노머 도펀트의 탈도핑 및 제거 전에 나노튜브에 화합되는 경우 모노머 도펀트 와 함께 조합해서 포함될 수 있다. DCP는 당해 DCP의 모두가 화합되지만 과잉의 모노머 도펀트가 이용되고, 당해 과잉의 모노머 도펀트는 도핑된 모노머 도펀트에 의해 제거되는 경우 모노머 도펀트와 함께 조합해서 포함될 수 있다. DCP는 당해 DCP와 모노머 도펀트의 양쪽 모두가 과잉으로 사용되고, 이 과잉의 DCP와 모노머 도펀트는 모노머 도펀트와 화합된 나노튜브의 탈도핑 및 제거 전에 제거되는 경우 모노머 도펀트와 함께 조합해서 포함될 수 있다.

이들 중합체 결합된 도펀트 부분은 용액 중에 이들을 분산시키고 나서 존재할 수도 있는 소정의 과잉의 중합체를 제거하기 위하여 여과 및 세정을 실시함으로써 개별의 나노튜브 또는 나노튜브 번들과 회합될 수 있다. 대안적으로는, 미리 제작된 나노튜브 망상 구조 혹은 필름의 경우, 도펀트 함유 중합체를 담지하는 용매가 당해 필름 혹은 망상 구조를 가로질러 흘러넘칠 수 있고 당해 용매는 충분한 배양 시간 후에 증발된다. 대안적으로는, 미리 제작된 나노튜브 망상 구조 혹은 필름의 경우, 도펀트 함유 중합체를 담지하는 용매가 당해 필름이나 망상 구조를 가로질러 흘러넘칠 수 있고, 이때, 나노튜브 망상 구조에 대한 도펀트 중합체의 자발적인 회합이 일어나 충분한 배양 시간 후에 안정화된다. 도펀트를 담지하는 필름은 용액으로부터 제거되어, 블랭크 용액 속에 담그어 잔류하는 흡착되지 않은 중합체를 제거할 수 있고, 상기 필름은 건조된다. 전술한 바와 같이, 이들 도펀트 함유 중합체는 나노튜브를 도핑하고 나노튜브를 전기활성 재료에 결합하는 다기능 역할을 할 수 있다. 도펀트 함유 중합체의 속성은 스핀-코팅, 분무 코팅, 인쇄, 또는 기타 가공처리 방법에 의해 침착된 전극 재료(증착된 금속, 전도 페이스트, 전도 중합체)에 혹은 기타 중합체 혹은 필름(예를 들어, 발광 중합체, 광기전 중합체, 전기변색 중합체)에 대해서 필름으로서의 나노튜브의 부착을 향상시키는 데 적합한 표면을 제공하도록 변경될 수 있다.

1개 이상의 중합성 기에 연결된 부분을 결합하는 전하 이동 도펀트 모노머는 나노튜브 상에 침착되어 상기 기의 중합을 수반하는 분자 코팅을 형성한다. 동일용기내(in-situ) 중합은 화학적, 열적, 광분해적으로 혹은 이들의 임의의 조합에 의해 유도될 수 있다. 포토리소그래피 수법을 이용하는 실시형태는 인접 영역이 n-형 도펀트를 함유하는 한편 p-형 도펀트를 지니는 SWNT 망상 필름 상에 영역을 형성하는 데 이용될 수 있다. 이들 영역이 접촉하면, p-n 접합부가 형성되어 이들 영역 간에 전기적으로 정류되는 접합부를 제공한다. 이러한 p-n 접합부는 또한 별개의 SWNT 필름 영역의 적절한 포토리소그래픽 마스킹에 의해 형성되어, p-형 혹은 n-형 DCP에 대해서 마스킹되지 않은 부분을 노출시키고, 또한, 마스크의 제거 후, 상보적인 n-형 또는 p-형 DCP에 새롭게 마스킹되지 않은 SWNT 필름을 노출시킨다.

점착성 도펀트(Sticky Dopant)/나노튜브 상호작용의 비공유 속성으로 인해, 중합체의 탈착은 미착체화된 상태를 향하여 시스템의 화학적 평형을 시프트시키기에 적격인 적절한 전기적, 화학적 혹은 광화학적 자극의 적용에 의해 촉진될 수 있다. 이와 같이 해서, 도펀트 함유 중합체는 나노튜브로부터의 유도 탈착에 의해 해리(release)가 일어나는 화학 약품 혹은 약물 해리제로서 이용될 수 있다. 이러한 약물 혹은 화학 약품은 도펀트 함유 중합체에 의해 둘러싸이거나 중합체의 일부를 포함할 수 있다.

나노튜브 도펀트 함유 중합체 복합체로부터 부분적으로 혹은 전체적으로 제작될 수 있는 전자 소자로는, 태양 전지 소자 및 광전지 소자; 발광 다이오드; 커패시터, 전지 및 수퍼커패시터(supercapacitor); 연료 전지, 트랜지스터, 레이저, 화학 센서 및 생화학적 센서; 및 광학 리미터, 변조기, 트랜스듀서 및 비선형 광학 소자 등이 있다. 당업자라면 본 발명의 복합체를 이용할 수 있는 기타 소자도 더욱 인지할 수 있다.

Claims (21)

1. 중합체;

   탄소 나노튜브 표면으로부터 전자를 공여하거나 수용할 수 있는 다수의 도펀트 부분; 및

   상기 도펀트 부분을 상기 중합체에 연결하는 연결 부분을 포함하는 도펀트 결합 중합체(DCP: dopant coupled polymer).
2. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 직쇄, 분지쇄, 초분지쇄(hyperbranched), 수지상(dendritic), 별형상이거나 혹은 망상으로서의 구조를 지닌 단독중합체 또는 공중합체를 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
3. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 비컨쥬게이트된 골격(non-conjugated chain backbone)을 지니는 것인 도펀트 결합 중합체.
4. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 부분적으로 혹은 전체적으로 컨쥬게이트된 골격을 지니는 것인 도펀트 결합 중합체.
5. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 부분은 전자 수용 전하 이동 유닛(electron accepting charge transfer unit)을 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
6. 제5항에 있어서, 상기 도펀트 부분은 독립적으로 TCNQ류, 할로겐화-TCNQ류, 1,1-다이사이아노비닐렌류, 1,1,2-트라이사이아노비닐렌류, 벤조퀴논류, 펜타플루오로페놀, 다이사이아노플루오레논, 사이아노-플루오로알킬설포닐-플루오레논류, 피리딘류, 피라진류, 트라이아진류, 테트라진류, 피리도피라진류, 벤조티아다이아졸류, 복소환 티아다이아졸류, 포르피린류, 프탈로사이아닌류의 유도체, 또는 전자 수용 유기금속 착체를 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
7. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 부분은 전자 공여 전자 이동 유닛을 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
8. 제7항에 있어서, 상기 도펀트 부분은 독립적으로 테트라티아풀발렌(TTF), 비스-에틸렌다이티올로-TTF(BEDT-TTF), 아민류, 폴리아민류, 테트라셀레나풀발렌류, 축합 복소환(fused heterocycles), 복소환 올리고머의 유도체, 또는 전자 공여 유기금속 착체를 포함하는 도펀트 결합 중합체.
9. 제1항에 있어서, 상기 다수의 도펀트 부분은 적어도 5개의 당해 도펀트 부분을 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
10. 제1항에 있어서, 상기 연결 부분은, 1 내지 약 50개의 원자가 상기 중합체와 상기 도펀트 부분 사이에서 함께 직선적으로 연결되어 있는 비컨쥬게이트된 사슬을 포함하는 것인, 도펀트 결합 중합체.
11. 제1항에 있어서, 상기 연결 부분은, 4 내지 약 20개의 원자가 상기 중합체와 상기 도펀트 부분 사이에서 함께 직선적으로 연결되어 있는 비컨쥬게이트된 사슬을 포함하는 것인, 도펀트 결합 중합체.
12. 제1항에 있어서, 상기 연결 부분은 O, S, 또는 N으로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로원자를 지닌 혹은 지니지 않은 직쇄, 분지쇄 혹은 환식 탄화수소, 또는 직쇄, 분지쇄, 혹은 환식 실록세인(siloxane)을 포함하는 것인 도펀트 결합 중합체.
13. 제1항에 있어서, 상기 연결 부분은, 1 내지 약 50개의 원자가 상기 중합체와 상기 도펀트 부분 사이에서 함께 직선적으로 연결되어 있는 컨쥬게이트된 사슬을 포함하는 것인, 도펀트 결합 중합체.
14. 제1항에 있어서, 복수의 탄소 나노튜브를 추가로 포함하되, 복수개의 상기 도펀트 부분은 상기 탄소 나노튜브의 표면에 전하 이동 착체를 형성하는 것인 도펀트 결합 중합체.
15. 연결 부분을 통해 중합체에 연결된 다수의 도펀트 부분을 지닌 적어도 1종의 중합체로 구성된 도펀트 결합 중합체(DCP)를 제공하는 단계;

    적어도 하나의 탄소 나노튜브를 제공하는 단계; 및

    상기 중합체를 상기 나노튜브와 혼합하는 단계를 포함하는, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 DCP를 제공하는 단계는 상기 DCP를 액체로서 제공하는 단계를 포함하는 것인, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 DCP를 제공하는 단계는 상기 DCP를 용액 중에 제공하는 단계를 포함하는 것인, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 DCP를 제공하는 단계는 적어도 1종의 모노머 및 상기 모노머를 상기 DCP 내에 중합시키는 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것인, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 나노튜브의 존재 하에 상기 DCP를 가교시키는 단계를 추가로 포함하는, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
20. 제15항에 있어서,

    상기 나노튜브를 도핑할 수 있는 모노머 도펀트를 제공하는 단계; 및

    상기 모노머 도펀트를 제거하는 단계를 포함하되,

    상기 도핑된 나노튜브의 도핑 수준은 포화 수준 미만인 것인, 탄소 나노튜브의 도핑 방법.
21. 적어도 하나의 탄소 나노튜브; 및

    상기 탄소 나노튜브의 표면으로부터 전자를 공여하거나 수용할 수 있는 연결 부분을 통해서 상기 중합체에 연결된 다수의 도펀트 부분을 함유하는 중합체를 포함하는 적어도 1종의 도펀트 결합 중합체(DCP)를 포함하되,

    상기 DCP의 질량에 대한 상기 나노튜브의 질량의 비는 조성물에 대한 전도율(specific conductivity)을 제공하는 것인, 도핑된 나노튜브 조성물.