KR20130047795A - Non-covalent functionalized carbon nanotube and preparing method of the same, composite using the same, and thin film transistor using the composite - Google Patents

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KR20130047795A KR1020110110757A KR20110110757A KR20130047795A KR 20130047795 A KR20130047795 A KR 20130047795A KR 1020110110757 A KR1020110110757 A KR 1020110110757A KR 20110110757 A KR20110110757 A KR 20110110757A KR 20130047795 A KR20130047795 A KR 20130047795A
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Abstract

PURPOSE: A non-covalent functionalized carbon composite is provided to uniformly dispersed in hydrophobic solution a polymer such as P3HT and to improve mobility of a filed effect of an organic thin film transistor 15 times. CONSTITUTION: A manufacturing method of a non-covalent functionalized carbon nanotube comprises a step of conducting reaction of an aromatic compound with aliphatic amine to obtain an oleophilic surfactant which contains an aromatic compound modified by aliphatic amide(S2); a step of obtaining a non-covalent functionalized carbon nanotube by mixing the oleophilic surfactant and carbon nanotubes(S3). The aromatic compound contains carboxyl functional group. The aromatic compound comprises a pyrene compound, porphyrin-basd compound, or a combination thereof. [Reference numerals] (AA,BB) Start; (S1) Obtain an aromatic compound with an acyl group by introducing an acyl group into an aromatic compound; (S2) Obtain an oleophilic surfactant by reacting the acyl group introduced aromatic compound with aliphatic amine; (S3) Obtain a non-covalent functionalized carbon nanotube by mixing the oleophilic surfactant with carbon nanotube and processing

Description

비공유 기능화된 탄소나노튜브 및 그의 제조 방법, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 이용한 복합체 및 상기 복합체를 이용한 유기박막트랜지스터{NON-COVALENT FUNCTIONALIZED CARBON NANOTUBE AND PREPARING METHOD OF THE SAME, COMPOSITE USING THE SAME, AND THIN FILM TRANSISTOR USING THE COMPOSITE}NON-COVALENT FUNCTIONALIZED CARBON NANOTUBE AND PREPARING METHOD OF THE SAME, COMPOSITE USING THE SAME, AND THIN FILM TRANSISTOR USING THE COMPOSITE}

본원은 비공유 기능화된 탄소나노튜브 및 그의 제조 방법, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 이용한 유기물질/탄소나노튜브 복합체, 및 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 이용한 유기박막트랜지스터에 관한 것이다.
The present application relates to a non-covalent functionalized carbon nanotube and a method for manufacturing the same, an organic material / carbon nanotube composite using the non-covalent functionalized carbon nanotube, and an organic thin film transistor using the organic material / carbon nanotube composite.

지난 10년 동안, π-공액(π-conjugated) 올리고머 또는 고분자성 반도체 재료가 용액 공정 호환성때문에 무기 재료를 대체하는 플렉서블 전자공학을 위한 좋은 후보로 제안되었다. 용액-공정성은 대면적 도포, 구조적 유연성, 저온 공정성 및 저가격 같은 수많은 장점을 가지고 있다. 이러한 재료에 있어서, 위치규칙적(regioregular) 폴리(3-헥시티오펜)(P3HT)가 가장 유망한 공액 고분자 중 하나로 사용되어 왔으며, 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 활성 물질로서 용액 공정에 의해 전형적으로 증착될 수 있는 것이다. P3HT는 유기 용매에 대한 좋은 용해성과 특별한 라멜라 마이크로구조인 파이-파이 스태킹된 사슬에서 전하 전달 영향을 미치는 특성에 의해 다른 용액-공정된 유기 재료보다 높은 홀 이동도를 가지고 있다. 그러나, 스핀코팅된 P3HT는 용매가 증발하는 동안 결정성을 잃어버리는 현상이 나타나 대부분 낮은 전하 이동도를 보인다. 이에, P3HT의 전하이동도를 증가시키기 위하여 탄소나노튜브(CNT)가 P3HT에 첨가되었다.Over the past decade, π-conjugated oligomeric or polymeric semiconductor materials have been proposed as good candidates for flexible electronics that replace inorganic materials due to solution process compatibility. Solution-fairness has numerous advantages such as large area application, structural flexibility, low temperature processability and low cost. In such materials, regioregular poly (3-hexiophene) (P3HT) has been used as one of the most promising conjugated polymers and can typically be deposited by solution processes as the active material of organic thin film transistors (OTFTs). It can be. P3HT has higher hole mobility than other solution-processed organic materials due to its good solubility in organic solvents and the properties that affect charge transfer in the special lamellar microstructures of the pi-pie stacked chains. However, spin-coated P3HT loses crystallinity during evaporation of the solvent, and most of them show low charge mobility. Thus, carbon nanotubes (CNT) were added to P3HT to increase the charge mobility of P3HT.

상기 탄소나노튜브는 높은 강도, 탄성계수, 전기 전도도, 열전도도, 비표면적, 장대비 등 우수한 특성을 가지는 것으로 알려지면서 이를 나노기술에 응용 하려는 연구가 진행되어 왔다. 그러나 이와 같은 우수한 특성에도 불구하고 탄소나노튜브는 직경이 수 나노미터(nm) 크기이며 길이는 수십 마이크로미터(㎛)에 이르는 1차원 튜브 형상이며 응집체로 존재하기 때문에 용해되거나 분산되기 어려워 그 자체로는 직접 사용이 어렵다.The carbon nanotubes are known to have excellent properties such as high strength, modulus of elasticity, electrical conductivity, thermal conductivity, specific surface area, and contrast ratio, and research has been conducted to apply them to nanotechnology. Despite these excellent properties, however, carbon nanotubes are one-dimensional tube shapes with a diameter of several nanometers (nm) and lengths of several tens of micrometers (μm), and are difficult to dissolve or disperse because they exist as aggregates. Is difficult to use directly.

탄소나노튜브의 용매 내 분산을 위해 강산을 이용하는 산처리 방법이 있다. 질산이나 황산 등의 혼합 산을 이용하여 나노튜브의 표면과 팁 부분을 화학적으로 산화시킴으로써 -C=O, -COOH, -OH 등의 산소를 함유하는 기능기가 공유결합의 방식으로 도입할 수 있다. 이 경우 물 분자와의 인력이 증가하고, 탄소나노튜브는 음으로 대전되면서 정전기적 반발력이 생성됨으로 인해 침전현상이 발생하지 않고 안정된 탄소나노튜브 분산 용액을 얻을 수 있다. 산처리 과정에서 오픈 팁(open tip)이 형성될 수도 있으며, 이와 같은 처리를 통해 탄소나노튜브는 수용액이나 알코올 류의 용액에서 정전기적으로 안정한 용액을 형성할 수 있다. 그러나 이러한 공유 기능화의 경우, 산처리에 의해 탄소나노튜브의 표면에 결함(defect)이 형성됨으로써 탄소나노튜브의 우수한 전기적 성질을 감소시킬 수 있다. There is an acid treatment method using a strong acid to disperse carbon nanotubes in a solvent. By chemically oxidizing the surface of the nanotube and the tip portion using a mixed acid such as nitric acid or sulfuric acid, oxygen-containing functional groups such as -C = O, -COOH, and -OH can be introduced in a covalent manner. In this case, the attraction force with the water molecules increases and the carbon nanotubes are negatively charged, thereby generating an electrostatic repulsion force, thereby obtaining a stable carbon nanotube dispersion solution without generating precipitation. An open tip may be formed during the acid treatment, and through such treatment, the carbon nanotubes may form an electrostatically stable solution in an aqueous solution or an alcohol solution. However, in the case of such covalent functionalization, defects are formed on the surface of the carbon nanotubes by acid treatment, thereby reducing the excellent electrical properties of the carbon nanotubes.

한편, 고분자/탄소나노튜브 복합체와 같은 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 만들기 위한 상술한 친수성기가 도입된 탄소나노튜브의 사용은, 대부분 소수성 성질을 가지는 고분자 내의 분산성 면에서 적절하지 않다.On the other hand, the use of the carbon nanotubes to which the above-described hydrophilic group is introduced to make an organic material / carbon nanotube composite such as a polymer / carbon nanotube composite is not suitable in terms of dispersibility in a polymer having mostly hydrophobic properties.

최근의 연구들에서, 파이렌(pyrene) 분자에 의한 CNT의 비공유 기능화가 공유 기능기화의 단점을 극복하기 위한 새로운 루트로 개시되었다. 파이렌 분자들은 CNT 같은 sp2 구조의 평평한 공액이중결합을 가지며, π-π 상호작용에 의해 CNT의 표면에 쉽게 흡착된다. 그 예로, 아미노파이렌(aminopyrene)을 사용한 경우 [Wang, S., Wang , X., Jiang , S. P., Langmuir , 2008 , 24, pp . 10505-10512.], 파이렌 카복실산(pyrene carboxylic acid, PCA)을 사용한 경우 [Simmons , T. J., Bult , J., Hashim , D. P., Linhardt , R. J., Ajayan , P. M., ACS Nano , 2009 , 3, pp . 865-870.], 및 파이렌부틸산(pyrene butyric acid, PBA)을 사용한 경우 [Ham , H. T., Choi , Y. S., Chee , M. G., Cha , M. H., Chung , I. J., Polym . Eng . Sci . 2008 , 48, pp . 1-10.]가 있으며, 이와 같은 다양한 파이렌 분자들은 CNT에 대한 어떠한 결함도 발생시키지 않고 CNT 상에 기능기를 붙이는 것을 가능케 한다. 그러나, 상기 파이렌 분자들의 친수성 기능기들은 P3HT 같은 소수성 기지에서의 CNT의 분산을 어렵게 한다.
In recent studies, non-covalent functionalization of CNTs by pyrene molecules has been disclosed as a new route to overcome the disadvantages of covalent functionalization. Pyrene molecules have flat conjugated double bonds with sp 2 structures, such as CNTs, and are easily adsorbed on the surface of CNTs by π-π interactions. For example, when aminopyrene was used [ Wang, S., Wang , X., Jiang , SP, Langmuir , 2008 , 24, pp . 10505-10512. ], When pyrene carboxylic acid (PCA) is used [ Simmons , TJ, Bult , J., Hashim , DP, Linhardt , RJ, Ajayan , PM, ACS Nano , 2009 , 3, pp . 865-870. ], And pyrene butyric acid (PBA) [ Ham , HT, Choi , YS, Chee , MG, Cha , MH, Chung , IJ, Polym . Eng . Sci . 2008 , 48, pp . 1-10. ], And these various pyrene molecules make it possible to attach functional groups on CNTs without generating any defects on the CNTs. However, the hydrophilic functional groups of the pyrene molecules make it difficult to disperse CNTs at hydrophobic sites such as P3HT.

본원은 비공유 기능화된 탄소나노튜브 및 그의 제조 방법, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 이용한 유기물질/탄소나노튜브 복합체, 및 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 이용한 유기박막트랜지스터에 관한 것이다.The present application relates to a non-covalent functionalized carbon nanotube and a method for manufacturing the same, an organic material / carbon nanotube composite using the non-covalent functionalized carbon nanotube, and an organic thin film transistor using the organic material / carbon nanotube composite.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법을 제공한다:A first aspect of the present application provides a method of preparing a non-covalent functionalized carbon nanotube, comprising:

방향족 화합물을 지방족 아민과 반응시킴으로써 지방족 아마이드에 의하여 개질된 상기 방향족 화합물을 포함하는 친유성 표면개질제를 수득하는 단계;Reacting the aromatic compound with an aliphatic amine to obtain a lipophilic surface modifier comprising the aromatic compound modified with aliphatic amides;

상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브와 혼합하여 처리함으로써 상기 친유성 표면개질제에 의하여 비공유(non-covalent) 기능화된 탄소나노튜브를 수득하는 단계.Treating the lipophilic surface modifier with carbon nanotubes to obtain a non-covalent functionalized carbon nanotube by the lipophilic surface modifier.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는 비공유 기능화된 탄소나노튜브로서, 상기 탄소나노튜브의 표면에 상기 친유성 표면개질제가 비공유 기능화되어 있는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 제공한다.A second aspect of the present application is a non-covalent functionalized carbon nanotube manufactured by the method according to the first aspect of the present application, wherein the lipophilic surface modifier is non-covalently functionalized on the surface of the carbon nanotube. To provide carbon nanotubes.

본원의 제 3 측면은, 유기 물질에 분산된 상기 본원의 제 2 측면에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 포함하는, 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 제공한다.A third aspect of the present application provides an organic material / carbon nanotube composite comprising a non-covalent functionalized carbon nanotube according to the second aspect of the present application dispersed in an organic material.

본원의 제 4 측면은, 상기 본원의 제 3 측면에 따른 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 반도체 채널층으로서 포함하는, 유기박막트랜지스터를 제공한다.
A fourth aspect of the present application provides an organic thin film transistor comprising the organic material / carbon nanotube composite according to the third aspect of the present application as a semiconductor channel layer.

본원에 의하여 비공유 기능화된 탄소나노튜브 및 그의 제조 방법, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 이용한 유기물질/탄소나노튜브 복합체, 및 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 이용한 유기박막트랜지스터가 제공된다. 본원에 의하여, 소수성의 긴 알킬 사슬로 개질된 파이렌 분자와 같은 방향족 화합물을 포함하는 친유성 표면개질제의 사용에 의하여 탄소나노튜브의 새로운 비공유 기능화를 체계적으로 제시할 수 있다. 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브는 소수성 용액과 P3HT와 같은 고분자에서 잘 분산될 수 있다. 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 P3HT와 같은 고분자에서의 분산도 향상으로 인하여, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 분산된 P3HT와 같은 고분자와의 복합체를 반도체 채널층으로서 이용한 유기박막트랜지스터에 있어서, P3HT만 포함하는 유기박막트랜지스터에 비하여, 필드 효과 이동도가 15 배 이상 달성될 수 있다.
Provided herein is a non-covalent functionalized carbon nanotube and a method of manufacturing the same, an organic material / carbon nanotube composite using the non-covalent functionalized carbon nanotube, and an organic thin film transistor using the organic material / carbon nanotube composite. Herein, new non-covalent functionalization of carbon nanotubes can be systematically presented by the use of lipophilic surface modifiers comprising aromatic compounds such as pyrene molecules modified with hydrophobic long alkyl chains. The non-covalent functionalized carbon nanotubes can be well dispersed in a hydrophobic solution and a polymer such as P3HT. P3HT in an organic thin film transistor using a complex with a polymer such as P3HT in which the non-covalent functionalized carbon nanotubes are dispersed, as a semiconductor channel layer, by improving the dispersion degree in a polymer such as P3HT of the non-covalent functionalized carbon nanotubes, Compared to the organic thin film transistor including only, the field effect mobility can be achieved more than 15 times.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2a는 개질하지 않은 파이렌, 도 2b는 본원의 일 실시예에 있어서 지방족 아민으로 개질한 파이렌, 도 2c는 개질한 파이렌을 흡착한 탄소나노튜브의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 연두색 선은 개질하지 않은 파이렌 단분자, 파란색 선은 본원의 일 실시예에 있어서 지방족 아민으로 개질한 파이렌 단분자, 검은색 선은 기능화하지 않은 탄소나노튜브, 빨간색 선은 본원의 일 실시예에 있어서 개질한 파이렌 단분자로 기능화한 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼의 결과를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 각각 비극성 용매 내에서의 기능화 처리하지 않은 탄소나노튜브와 본원의 일 실시예에 따라 지방족 아민으로 개질한 파이렌 단분자를 이용하여 기능화된 탄소나노튜브의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 라만분광법 결과로서 검은색 선은 처리하지 않은 탄소나노튜브, 빨간색 선은 본원의 일 실시예에 따라 개질한 파이렌 단분자를 이용하여 기능화된 탄소나노튜브, 파란색 선은 공유기능화 방법으로서 산처리된 탄소나노튜브의 결과이다.
도 6a는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 OTFT의 구조 개념도이다.
도 6b는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 OTFT의 출력특성곡선이다.
도 6c는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 OTFT의 전달특성곡선이다.
도 6d는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 OTFT의 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 농도에 따른 전하이동도를 나타낸 것이다.
1 is a process flow chart for explaining a method of manufacturing a non-covalent functionalized carbon nanotube according to an embodiment of the present application.
FIG. 2A shows unmodified pyrene, FIG. 2B shows pyrene modified with aliphatic amine in one embodiment of the present application, and FIG. 2C shows FT-IR spectrum of carbon nanotubes adsorbed modified pyrene.
3 is a pyrene single molecule unmodified, a green line is a pyrene single molecule modified with an aliphatic amine in one embodiment of the present application, a black line is a carbon nanotube not functionalized, a red line is In one embodiment, the results of ultraviolet-visible absorption spectra of carbon nanotubes functionalized with modified pyrene single molecules are shown.
4A and 4B are scanning electron micrographs of carbon nanotubes functionalized using unfunctionalized carbon nanotubes in a nonpolar solvent and pyrene monomolecules modified with aliphatic amines according to an embodiment of the present application, respectively. .
5 is carbon nanotubes not treated with black lines, and red lines are carbon nanotubes functionalized using pyrene monomolecules modified according to one embodiment of the present application as a result of Raman spectroscopy, and blue lines are covalent functionalization methods. This is the result of acid treated carbon nanotubes.
6A is a structural conceptual diagram of an OTFT manufactured according to an embodiment of the present application.
6B is an output characteristic curve of an OTFT manufactured according to an embodiment of the present application.
6c is a transfer characteristic curve of an OTFT manufactured according to an embodiment of the present application.
Figure 6d shows the charge mobility according to the concentration of the non-covalent functionalized carbon nanotubes of the OTFT prepared according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합" 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term “combination of these” included in the expression of the mark of the form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the elements described in the mark of the form of Markus, wherein the components It means to include one or more selected from the group consisting of.

이하, 본원에 대하여 도면을 참조하여 구현예와 실시예를 이용하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본원에 이러한 구현예와 실시예에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is not limited to these embodiments and examples herein.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법을 제공한다:A first aspect of the present application provides a method of preparing a non-covalent functionalized carbon nanotube, comprising:

방향족 화합물을 지방족 아민과 반응시킴으로써 지방족 아마이드에 의하여 개질된 상기 방향족 화합물을 포함하는 친유성 표면개질제를 수득하는 단계;Reacting the aromatic compound with an aliphatic amine to obtain a lipophilic surface modifier comprising the aromatic compound modified with aliphatic amides;

상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브와 혼합하여 처리함으로써 상기 친유성 표면개질제에 의하여 비공유(non-covalent) 기능화된 탄소나노튜브를 수득하는 단계.Treating the lipophilic surface modifier with carbon nanotubes to obtain a non-covalent functionalized carbon nanotube by the lipophilic surface modifier.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 방향족 화합물은 아실기가 도입된 방향족 화합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 방향족 화합물에 도입된 상기 아실기와 상기 지방족 아민이 반응하여, 지방족 아마이드에 의해 개질된 상기 방향족 화합물을 포함하는 친유성 표면개질제를 수득할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the aromatic compound may be an aromatic compound having an acyl group introduced thereto, but is not limited thereto. The acyl group introduced into the aromatic compound reacts with the aliphatic amine, thereby obtaining a lipophilic surface modifier including the aromatic compound modified by aliphatic amides.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 친유성 표면개질제가 표면에 흡착되어 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 제공된다. 상기 친유성 표면개질제는 탄소나노튜브에 비공유 결합으로 흡착될 수 있는 기능기와 낮은 극성 또는 비극성의 유기 용매 중에서 분산성을 갖도록 하는 기능기를 양 말단에 구비하는 화합물일 수 있다. According to one embodiment of the present application, the lipophilic surface modifier is adsorbed on the surface to provide a non-covalent functionalized carbon nanotube. The lipophilic surface modifier may be a compound having functional groups capable of being adsorbed by a non-covalent bond to carbon nanotubes and functional groups having dispersibility in a low polar or nonpolar organic solvent.

본 명세서에서 낮은 극성 또는 비극성의 유기 용매는 물, 알코올 등과 같이 -OH를 포함하는 양성자성 용매나 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF)와 같이 >C=O를 포함하는 용매와 같이 높은 극성의 용매를 제외한 용매를 의미한다. 상기 친유성 표면개질제는 π-전자 상호작용에 의해 상기 탄소나노튜브 표면에 부착될 수 있도록 한쪽 말단에는 방향족 탄화수소기를 가질 수 있다. 동시에 타말단에는 지방족 탄화수소기를 가질 수 있다.In the present specification, a low polar or nonpolar organic solvent includes a high polar solvent such as a protonic solvent containing -OH such as water or alcohol, or a solvent containing> C = O such as acetone or dimethylformamide (DMF). Means the solvent except. The lipophilic surface modifier may have an aromatic hydrocarbon group at one end to be attached to the surface of the carbon nanotubes by π-electron interaction. At the same time, the other end may have an aliphatic hydrocarbon group.

상기 방향족 탄화수소기는 탄소나노튜브 표면의 sp2 탄소로 구성된 육각 벌집 구조의 흑연판과 π-π 결합력(stacking force)으로 비공유 흡착될 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 파이렌계 화합물, 포르피린계 화합물 및 이들의 조합들로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The aromatic hydrocarbon group is not particularly limited as long as the aromatic hydrocarbon group is non-covalently adsorbed with a π-π stacking force with a graphite plate having a hexagonal honeycomb structure composed of sp 2 carbon on the surface of the carbon nanotube, for example, a pyrene-based compound, Porphyrin-based compound and combinations thereof may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 지방족 탄화수소기는 낮은 극성 또는 비극성의 유기 용매에 탄소나노튜브가 잘 분산되도록 친유성을 부여한다. 상기 유기 용매는 고분자와 같은 유기 물질을 녹일 수 있으며, 동시에 탄소나노튜브가 실질적으로 균일하게 분산될 수 있는 용매라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 유기 용매는 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The aliphatic hydrocarbon group imparts lipophilic so that carbon nanotubes are well dispersed in a low polar or nonpolar organic solvent. The organic solvent may dissolve an organic material such as a polymer, and at the same time, the solvent is not particularly limited as long as the carbon nanotube is substantially uniformly dispersed therein. For example, the organic solvent may include one selected from the group consisting of chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, and toluene, but is not limited thereto.

상기 지방족 탄화수소는 적절한 탄소수, 예를 들어, 탄소수 약 6 내지 약 20개를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소수의 범위 미만일 경우 탄소나노튜브의 분산성이 저조할 수 있으며, 상기 탄소수의 범위를 초과할 경우 전도성 고분자와의 복합체를 형성할 경우 전도도가 저하될 수 있다.The aliphatic hydrocarbon may have an appropriate carbon number, for example, about 6 to about 20 carbon atoms, but is not limited thereto. If the carbon number is less than the range of carbon nanotubes dispersibility may be low, if the carbon number exceeds the range may form a composite with a conductive polymer may lower the conductivity.

상기 방향족 탄화수소 말단을 포함하는 사슬과 지방족 탄화수소 말단을 포함하는 사슬은 아마이드 결합으로 서로 연결된 구조를 가질 수 있다. 상기 아마이드 결합구조는 상기 친유성 표면개질제의 제조 시에 필요한 방향족 탄화수소 원료와 지방족 탄화수소 원료가 구비하는 카르복실기와 아민기로부터 유래할 수 있다.The chain including the aromatic hydrocarbon terminal and the chain including the aliphatic hydrocarbon terminal may have a structure connected to each other by an amide bond. The amide bond structure may be derived from the carboxyl group and the amine group included in the aromatic hydrocarbon raw material and the aliphatic hydrocarbon raw material necessary for preparing the lipophilic surface modifier.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 방향족 화합물은 카르복실 기능기를 함유하는 것일 수 있으며, 예를 들어, "3 항 기재 내용"을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 카르복실 기능기를 함유하는 방향족 화합물은 1-파이렌 카르복실산, 1-파이렌 아세트산, 1-파이렌 부탄산, 2-카르복실 포르피린, 3-카르복실 포르피린, 4-카르복실 포르피린, 5-카르복실 포르피린, 6-카르복실 포르피린, 7-카르복실 포르피린, 및 8-카르복실 포르피린으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the aromatic compound may include a carboxyl functional group, and may include, for example, "subscription 3", but is not limited thereto. For example, the aromatic compound containing the carboxyl functional group is 1-pyrene carboxylic acid, 1-pyrene acetic acid, 1-pyrene butanoic acid, 2-carboxy porphyrin, 3-carboxy porphyrin, 4-carbo It may include, but is not limited to, at least one selected from the group consisting of carboxylic porphyrin, 5-carboxy porphyrin, 6-carboxy porphyrin, 7-carboxy porphyrin, and 8-carboxy porphyrin.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아실화기의 도입은, 상기 카르복실산 기능기를 함유하는 상기 방향족 화합물에 염화티오닐을 약 65℃ 내지 약 75℃에서 약 10 내지 약 48 시간 교반하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the introduction of the acylating group is performed by stirring thionyl chloride at about 65 ° C to about 75 ° C for about 10 to about 48 hours to the aromatic compound containing the carboxylic acid functional group. May be, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 지방족 아민은 탄소수가 약 6 내지 약 20을 가지는 1차 아민을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 지방족 아민은 헥실 아민, 옥틸 아민, 데실 아민, 도데실 아민, 테트라데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the aliphatic amine may include, but is not limited to, a primary amine having about 6 to about 20 carbon atoms. For example, the aliphatic amine may include at least one selected from the group consisting of hexyl amine, octyl amine, decyl amine, dodecyl amine, tetradecyl amine, hexadecyl amine, and octadecyl amine, but is not limited thereto. It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아실기와 상기 지방족 아민과의 반응은 약 50℃ 내지 약 150℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 아실기와 상기 지방족 아민과의 반응은 약 1 내지 약 4 일간 교반하여 수행되는 것일 수 있으나,이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the reaction of the acyl group with the aliphatic amine may be performed at about 50 ° C. to about 150 ° C., but is not limited thereto. In addition, the reaction of the acyl group and the aliphatic amine may be performed by stirring for about 1 to about 4 days, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브와 혼합하여 처리하는 것은, 상기 친유성 표면개질제와 탄소나노튜브의 혼합물을 유기용매 내에서 초음파 처리하거나 교반하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기용매는 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, treating the lipophilic surface modifier by mixing with carbon nanotubes may include sonicating or stirring a mixture of the lipophilic surface modifier and carbon nanotubes in an organic solvent. However, it is not limited thereto. For example, the organic solvent may be selected from the group consisting of chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, and toluene, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 친유성 표면개질제가 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로써 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:According to one embodiment of the present application, the lipophilic surface modifier may be represented by the following Formula 1 or Formula 2, but is not limited thereto:

[화학식 1][Formula 1]

Pyrene-(CH2)n-CONHRPyrene- (CH 2 ) n -CONHR

여기서, n은 0 내지 3이고,Where n is 0 to 3,

R은 탄소수 6 내지 20을 가지는 지방족 탄화수소기이고; 또는,R is an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms; or,

[화학식 2][Formula 2]

Porphyrin-CONHRPorphyrin-conhr

여기서, R은 탄소수 6 내지 20을 가지는 지방족 탄화수소기임.Wherein R is an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms.

예를 들어, 상기 화학식 1의 구조는 파이렌의 수소 원자 중 하나가 -(CH2)n-CONHR로 치환된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the structure of Chemical Formula 1 may be one in which one of the hydrogen atoms of pyrene is substituted with-(CH 2 ) n -CONHR, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 화학식 2의 구조는 포르피린의 수소 원자 중 하나가 -CONHR로 치환된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the structure of Formula 2 may be one of the hydrogen atom of porphyrin is substituted with -CONHR, but is not limited thereto.

상술한 비공유 기능화된 탄소나노튜브는 친유성 표면개질제로 표면이 코팅되어 낮은 극성 또는 비극성 용매나 다양한 유기화합물, 고분자를 포함한 유기 물질에 대해 혼화성이 향상될 수 있다. 또한 종래의 공유기능화를 하는 과정에서 생성될 수 있는 표면 결함이 생기지 않는다.The non-covalent functionalized carbon nanotubes described above may be coated with a lipophilic surface modifier to improve compatibility with organic materials including low polar or nonpolar solvents, various organic compounds, and polymers. In addition, there is no surface defect that may be generated in the conventional co-functionalization process.

상기 본원에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브는 친유성 표면개질제로 탄소나노튜브 표면을 처리하는 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 도 1은 본원의 일 구현예에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.The non-covalent functionalized carbon nanotubes according to the present application may be prepared using a process for treating a carbon nanotube surface with a lipophilic surface modifier. 1 is a process flow chart for explaining a method for producing a non-covalent functionalized carbon nanotube according to an embodiment of the present application.

도 1을 참조하면, S1 단계에서, 카르복실기와 같은 기능기를 가지는 방향족 분자를 아실화하여 아실기가 도입된 방향족 화합물을 생성한다. 상기 카르복실기와 같은 기능기를 가지는 방향족 화합물은 파이렌, 포르피린, 및 이들의 유도체로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 카르복실기를 가지는 상기 방향족 분자는 1-파이렌 카르복실산, 1-파이렌 아세트산, 1-파이렌 부탄산, 2-카르복실 포르피린, 3-카르복실 포르피린, 4-카르복실 포르피린, 5-카르복실 포르피린, 6-카르복실 포르피린, 7-카르복실 포르피린, 및 8-카르복실 포르피린으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 카르복실산 기능기의 아실화를 위해 아실화제로서 염화티오닐을 사용할 수 있다. 상기 아실화는 상기 카르복실기를 가지는 상기 방향족 분자에 염화티오닐을 약 65℃ 내지 약 75℃에서 약 10 내지 약 48 시간 교반하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반응이 끝난 후 남은 아실화제를 제거하고, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)과 같은 용매로 세척을 한 후, 남은 테트라하이드로퓨란을 진공에서 건조시켜 제거한다.Referring to FIG. 1, in step S1, an aromatic molecule having an acyl group is introduced by acylating an aromatic molecule having a functional group such as a carboxyl group. The aromatic compound having a functional group such as the carboxyl group may be at least one selected from the group consisting of pyrene, porphyrin, and derivatives thereof. The aromatic molecules having the carboxyl group include 1-pyrene carboxylic acid, 1-pyrene acetic acid, 1-pyrene butanoic acid, 2-carboxy porphyrin, 3-carboxy porphyrin, 4-carboxy porphyrin, 5-carbohydrate. At least one selected from the group consisting of carboxylic porphyrin, 6-carboxy porphyrin, 7-carboxy porphyrin, and 8-carboxy porphyrin. Thionyl chloride can be used as the acylating agent for the acylation of carboxylic acid functional groups. The acylation may be performed by stirring thionyl chloride with the aromatic molecule having the carboxyl group at about 65 ° C to about 75 ° C for about 10 to about 48 hours, but is not limited thereto. After the reaction is finished, the remaining acylating agent is removed, washed with a solvent such as tetrahydrofuran, and the remaining tetrahydrofuran is removed by drying in vacuo.

S2 단계에서, 상기 방향족 분자의 상기 아실기를 지방족 아민과 반응시켜 친유성 표면개질제를 생성한다. 상기 아실기를 친핵성 치환반응시킴으로써 아실기의 할로겐 그룹은 지방족 사슬을 갖는 아민으로 치환된다. 상기 지방족 아민은 탄소수가 약 6 내지 약 20인 1차 아민일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소수에서 친유성 표면개질제가 흡착된 탄소나노튜브가 적절한 용매 분산성을 가질 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 지방족 아민은 헥실 아민, 옥틸 아민, 데실 아민, 도데실 아민, 테트라데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 아실기와 상기 지방족 아민과의 반응은 약 80℃ 내지 약 100℃에서 1 내지 4 일간 교반하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 치환된 결과물 중 미반응 아민을 제거하기 위해 클로로포름으로 세척할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In step S2, the acyl group of the aromatic molecule is reacted with an aliphatic amine to produce a lipophilic surface modifier. By nucleophilic substitution of the acyl group, the halogen group of the acyl group is substituted with an amine having an aliphatic chain. The aliphatic amine may be a primary amine having about 6 to about 20 carbon atoms, but is not limited thereto. The carbon nanotubes to which the lipophilic surface modifier is adsorbed at the carbon number may have appropriate solvent dispersibility. More specifically, the aliphatic amine may be at least one selected from the group consisting of hexyl amine, octyl amine, decyl amine, dodecyl amine, tetradecyl amine, hexadecyl amine, octadecyl amine. The reaction of the acyl group with the aliphatic amine may be performed by stirring at about 80 ° C. to about 100 ° C. for 1 to 4 days, but is not limited thereto. It can be washed with chloroform to remove unreacted amine in the substituted result, but is not limited thereto.

S3 단계에서, 상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브의 표면에 처리하여 비공유 기능화함으로써 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브의 표면에 처리하여 비공유 기능화하는 단계는 유기용매 내에서 초음파 처리하여 행해질 수 있다. 상기 유기용매는 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는 유기용매는 클로로포름일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 최종 생산물은 원심분리와 세척을 통해 유기용매로부터 분리될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In step S3, the non-covalent functionalized carbon nanotubes may be prepared by treating the surface of the carbon nanotubes with non-covalent functionalization. The non-covalent functionalization of the lipophilic surface modifier on the surface of the carbon nanotube may be performed by ultrasonication in an organic solvent. The organic solvent may be selected from the group consisting of chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene and toluene. Preferably, the organic solvent may be chloroform, but is not limited thereto. The final product may be separated from the organic solvent through centrifugation and washing, but is not limited thereto.

상술한 비공유 기능화된 탄소나노튜브는 건조상태나 용매 내에서 보관할 수 있다. 이때 용매로서 클로로포름 또는 클로로벤젠 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The non-covalent functionalized carbon nanotubes described above may be stored in a dry state or a solvent. In this case, chloroform or chlorobenzene may be used as the solvent, but is not limited thereto.

상술한 제조방법에 따르면, 방향족 탄화수소를 포함하는 원료와 지방족 탄화수소를 포함하는 원료를 아마이드 결합반응에 의해 간단한 방법으로 친유성 표면개질제를 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 친유성으로 개질할 수 있다.
According to the above-described manufacturing method, a lipophilic surface modifier can be prepared by a simple method using an amide coupling reaction between a raw material containing an aromatic hydrocarbon and a raw material containing an aliphatic hydrocarbon, and the surface of the carbon nanotubes is lipophilic using the same. Can be modified.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는 비공유 기능화된 탄소나노튜브로서, 상기 탄소나노튜브의 표면에 상기 친유성 표면개질제가 비공유 기능화되어 있는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 제공한다.A second aspect of the present application is a non-covalent functionalized carbon nanotube manufactured by the method according to the first aspect of the present application, wherein the lipophilic surface modifier is non-covalently functionalized on the surface of the carbon nanotube. To provide carbon nanotubes.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브에 있어서, 상기 친유성 표면개질제는 π 전자 상호작용에 의해 상기 탄소나노튜브 표면에 부착될 수 있도록 방향족 탄화수소 말단을 포함하는 사슬과 지방족 탄화수소 말단을 포함하는 사슬이 아마이드 결합으로 서로 연결된 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, in the non-covalent functionalized carbon nanotube, the lipophilic surface modifier may include a chain and an aliphatic hydrocarbon containing an aromatic hydrocarbon terminal to be attached to the surface of the carbon nanotube by π electron interaction. The chain including the terminal may have a structure connected to each other by an amide bond, but is not limited thereto.

상기 본원의 제 1 측면에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법에 대하여 기술된 내용은 모두 상기 본원의 제 2 측면에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브에 적용될 수 있으며, 편의 상 중복 기재를 생략한다.
All of the contents described for the method of manufacturing the non-covalent functionalized carbon nanotubes according to the first aspect of the present application may be applied to the non-covalent functionalized carbon nanotubes according to the second aspect of the present application, and the description thereof will not be repeated. .

본원의 제 3 측면은, 유기 물질에 분산된 상기 본원의 제 2 측면에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 포함하는, 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 제공한다.A third aspect of the present application provides an organic material / carbon nanotube composite comprising a non-covalent functionalized carbon nanotube according to the second aspect of the present application dispersed in an organic material.

상기 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 대하여 기술된 내용은 모두 상기 본원의 제 3 측면에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브에 적용될 수 있으며, 편의 상 중복 기재를 생략한다.The contents described with respect to the first and second aspects of the present application may be applied to the non-covalent functionalized carbon nanotubes according to the third aspect of the present application, and the descriptions thereof are omitted for convenience.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 물질은 반도체성 또는 전도성일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기 물질은 반도체성 유기 화합물, 반도체성 고분자 또는 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the organic material may be semiconducting or conductive, but is not limited thereto. For example, the organic material may include a semiconductor organic compound, a semiconductor polymer, or a conductive polymer, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 반도체성 유기 물질은, 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiopene), 알파-4-티오펜(α-4-thiopene), 페릴렌(perylene) 및 그 유도체, 루브렌(rubrene) 및 그 유도체, 코로넨(coronene) 및 그 유도체, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide) 및 그 유도체, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride) 및 그 유도체, 폴리(3-헥시티오펜)(P3HT) 및 그의 유도체, 폴리파라페릴렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리플로렌 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌 및 그 유도체, 나프탈렌의 올리고아센 및 이들의 유도체, 알파-5-티오펜(α-5-thiopene)의 올리고아센 및 이들의 유도체, 파이로멜리틱 디안하이드라이드 및 그 유도체, 파이로멜리틱 디이미드 및 이들의 유도체, 퍼릴렌테트라카르복실산 디안하이드라이드 및 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine) 및 그 유도체, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide) 및 그 유도체, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride) 및 그 유도체, 치환된 또는 비치환된 티오펜(thiophene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체, 및 치환된 플루오렌(fluorene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconducting organic material is pentacene, tetracene, anthracene, naphthalene, alpha-6-thiophene, alpha-4 -Thiophene (α-4-thiopene), perylene and its derivatives, rubrene and its derivatives, coronene and its derivatives, perylene tetracarboxylic diimide ) And its derivatives, perylene tetracarboxylic dianhydride and its derivatives, poly (3-hexiophene) (P3HT) and its derivatives, polyparaperylenevinylene and its derivatives, polyfluorene And derivatives thereof, polyparaphenylene and derivatives thereof, oligoacenes of naphthalene and derivatives thereof, oligoacenes of alpha-5-thiophene and derivatives thereof, pyromellitic dianhydride and Derivatives thereof, pyromellitic diimides and derivatives thereof, perylene Tracarboxylic dianhydride and its derivatives, phthalocyanine and its derivatives, naphthalene tetracarboxylic diimide and its derivatives, naphthalene tetracarboxylic dianhydride and its derivatives It may include, but is not limited to, at least one selected from a derivative, a conjugated polymer derivative including a substituted or unsubstituted thiophene, and a conjugated polymer derivative including a substituted fluorene. It doesn't happen.

예를 들어, 상기 전도성 유기 물질은 폴리티오펜이나 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 전도성 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the conductive organic material may include a conductive polymer such as polythiophene or polyvinylidene fluoride, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 함량이, 유기물질/탄소나노튜브 복합체의 총중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the content of the non-covalent functionalized carbon nanotube may be about 0.1 wt% to about 30 wt% based on the total weight of the organic material / carbon nanotube composite, but is not limited thereto.

상기 고분자는 폴리티오펜이나 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 전도성 고분자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우 상기 복합체는, 유기 태양전지의 광활성층이나 유기 박막트랜지스터(TFT)에 응용될 수 있다. 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 약 0.1 내지 약 30 중량% 포함될 수 있다. 상기 중량% 미만에서는 전기적 특성 강화효과가 거의 나타나지 않으며, 상기 중량%를 초과할 경우, 전기전도도가 더 이상 크게 증가하지 않으며 분산성이 저하될 수 있다.
The polymer may be a conductive polymer such as polythiophene or polyvinylidene fluoride, but is not limited thereto. In this case, the composite may be applied to a photoactive layer or an organic thin film transistor (TFT) of an organic solar cell. The non-covalent functionalized carbon nanotubes may be included in an amount of about 0.1 wt% to about 30 wt%. When the weight% is less, the effect of strengthening the electrical properties is hardly exhibited, and when the weight% is exceeded, the electrical conductivity no longer increases significantly and dispersibility may be reduced.

본원의 제 4 측면은, 상기 본원의 제 3 측면에 따른 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 반도체 채널층으로서 포함하는, 유기박막트랜지스터를 제공한다.A fourth aspect of the present application provides an organic thin film transistor comprising the organic material / carbon nanotube composite according to the third aspect of the present application as a semiconductor channel layer.

상기 본원의 제 1 측면 내지 제 3 측면에 대하여 기술된 내용은 모두 상기 본원의 제 4 측면에 따른 유기박막트랜지스터에 적용될 수 있으며, 편의 상 중복 기재를 생략한다.All of the contents described for the first to third aspects of the present application may be applied to the organic thin film transistor according to the fourth aspect of the present application, and duplicate descriptions are omitted for convenience.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기박막트랜지스터는, 순차적으로 형성된 게이트 전극, 게이트 절연층, 상기 본원의 제 3 측면에 따른 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 반도체 채널층, 및 상기 반도체 채널층 상에 이격되어 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the organic thin film transistor may include a gate electrode, a gate insulating layer, and an organic material / carbon nanotube composite according to the third aspect of the present invention, the semiconductor channel layer, and the semiconductor channel layer. It may be to include a source electrode and a drain electrode spaced apart from, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체 채널층은 상기 본원의 제 3 측면에 따른 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 유기 용매에 녹인 용액을 상기 게이트 절연층 상에 도포하여 제조될 수 있다. 상기 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 또는 그 외에 적절한 도포 방법을 이용하여 수행될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the semiconductor channel layer may be manufactured by applying a solution of the organic material / carbon nanotube composite according to the third aspect of the present application to an organic solvent on the gate insulating layer. The coating method is not particularly limited and may be performed using, for example, spin coating, dip coating, screen printing, or other suitable coating methods.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체로서 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 상기 기술한 반도체성 유기 물질에 분산된 것을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체로서 상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 폴리(3-헥시티오펜)(P3HT)와 같은 반도체성 고분자 매트릭스 내에 분산된 것을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the organic material / carbon nanotube composite may be one in which the non-covalent functionalized carbon nanotubes are dispersed in the semiconductor organic material described above, but are not limited thereto. For example, as the organic material / carbon nanotube composite, the non-covalent functionalized carbon nanotubes may be dispersed in a semiconducting polymer matrix such as poly (3-hexiophene) (P3HT), but is not limited thereto. no.

예를 들어, 상기 유기물질/탄소나노튜브 복합체에 포함된 상기 유기 물질은 반도체성 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
For example, the organic material included in the organic material / carbon nanotube composite may include a semiconductor material, but is not limited thereto.

이하 실시예를 통해 본 명세서에 개시된 기술을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 개시된 기술의 사상이 본 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the technology disclosed herein will be described in more detail with reference to the following examples, but the spirit of the disclosed technology is not limited by the present embodiment.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1.  One. 개질된Reformed PBAPBA (( 파이렌Pyrene 부탄산)의 합성 Butanoic acid)

PBA(파이렌 부탄산)는 하기 스킴에 도시된 바와 같다. PBA (pyrene butanoic acid) As shown in the scheme below.

우선, DMF(dimethylformamide) 1 ml에 포함된 PBA(파이렌 부탄산) 50 mg과 염화 티오닐(thionyl chloride, SOCl2) 20 ml을 혼합하고 70℃에서 12 시간 동안 교반하였다. 미반응 잔존 염화 티오닐을 상온 및 진공에서 건조하여 제거한 다음, 건조 후에 남아있는 고체 혼합물과 옥타데실아민(octadecylamine, ODA) 1 g을 혼합하고, 100℃에서 48 시간 동안 교반하고, 클로로포름(chloroform, CHCl3)를 사용하여 여러 번 세척하였다. 이어서, 상기 용매를 제거한 다음, 상기 알킬 아민으로 개질된 밝은 노란색 분말의 PBA(m-PBA)를 수득하였다:
First, 50 mg of PBA (pyrene butanoic acid) and 20 ml of thionyl chloride (SOCl 2 ) contained in 1 ml of DMF (dimethylformamide) were mixed and stirred at 70 ° C. for 12 hours. The remaining unreacted thionyl chloride was dried at room temperature and in vacuo, then mixed with the solid mixture remaining after drying and 1 g of octadecylamine (ODA), stirred at 100 ° C. for 48 hours, and chloroform (chloroform, Washed several times with CHCl 3 ). Subsequently, after removing the solvent, a light yellow powder of PBA (m-PBA) modified with the alkyl amine was obtained:

[[ 개질된Reformed PBAPBA 에 의한 탄소나노튜브의 Of carbon nanotubes by 비공유Unshared 기능화의 스킴( Functionalization scheme ( schemescheme )])]

Figure pat00001

Figure pat00001

실시예Example 2: 기능화된 탄소나노튜브( 2: functionalized carbon nanotubes ( CNTCNT )의 제조Manufacturing

상기 스킴에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 개질된 PBA (m-PBA)를 이용하여 탄소나노튜브(CNT)를 비공유 기능화하였다.As shown in the scheme, carbon nanotubes (CNT) were prepared using the modified PBA (m-PBA) prepared in Example 1. Non-covalent functionalization.

먼저, p-HiPco방법으로 제조된 단일벽 탄소나노튜브(single walled CNT) (미국의 Unidym사)를 염산에 첨가하고 12 시간 동안 초음파 처리하여 정제하였다. 이어서, 물로 세척한 다음, 상기 CNT를 100℃의 진공상태에서 건조하였다. 정제되고 건조된 상기 CNT 5 mg과 m-PBA 50 mg을 혼합하고, 클로로포름에서 15 시간 동안 초음파 처리하였다. 그 다음, 상기 CNT를 클로로포름으로 3회 세척하였다. 최종적으로, 100℃의 진공상태에서 건조하여 m-PBA에 의해 비공유 기능화된 CNT를 수득하였다.First, single walled carbon nanotubes (single walled CNT) manufactured by p-HiPco method (Undym, USA) were added to hydrochloric acid and purified by sonication for 12 hours. After washing with water, the CNTs were then dried under vacuum at 100 ° C. 5 mg of purified and dried CNTs and 50 mg of m-PBA were mixed and sonicated in chloroform for 15 hours. The CNTs were then washed three times with chloroform. Finally, drying in vacuo at 100 ° C. yielded CNTs non-covalently functionalized by m-PBA.

한편, 비교를 위하여, 공유 기능화된 CNT는 하기와 같이 제조하였다. 먼저, 정제된 CNT 50 mg을 황산과 질산이 3:1로 혼합된 것 100 ml에 첨가하고, 산화시키기 위해 3 시간 동안 초음파 처리하였다. 공유 기능화된 CNT는 세척 후 용액의 pH가 7이 될 때까지 세척하였다.On the other hand, for comparison, covalently functionalized CNTs were prepared as follows. First, 50 mg of purified CNT was added to 100 ml of a mixture of sulfuric acid and nitric acid 3: 1 and sonicated for 3 hours to oxidize. Covalently functionalized CNTs were washed after washing until the pH of the solution reached 7.

상기 m-PBA에 의한 CNT의 비공유 기능화를 나타내는 상기 스킴을 참조하면, PBA의 카르복실산기가 염화티오닐에 의해 아실화(acylation)되어, 염화 아실기(acyl chloride functional groups)로 변환되었다. 이어서, 긴 알킬 사슬을 포함하는 옥타데실아민이 친핵성 아실 치환반응(nucleophilic acyl substitution)에 의해 PBA의 아실기(acyl group)에 부착되었다. 마지막으로, m-PBA 분자는 π-스태킹(stacking)에 의해 CNT 상에 부착되었고, 성공적으로 비공유 기능화된 CNT는 PBA에 부착된 긴 알킬 사슬의 입체 장해 효과(steric hindrance effect)로 인해 소수성 매체(media)에서 용해될 수 있었다.
Referring to the scheme showing non-covalent functionalization of CNT by m-PBA, the carboxylic acid group of PBA was acylated by thionyl chloride and converted into acyl chloride functional groups. The octadecylamine containing the long alkyl chain was then attached to the acyl group of PBA by nucleophilic acyl substitution. Finally, m-PBA molecules were attached on the CNTs by π-stacking, and successfully non-covalently functionalized CNTs were treated with hydrophobic media (steric hindrance effect) due to the steric hindrance effect of the long alkyl chains attached to the PBA. media).

실시예Example 3:  3: CNTCNT /Of P3HTP3HT 복합체를 이용한  Complex OTFTOTFT 의 제조Manufacturing

CNT/P3HT 복합체를 이용한 OTFT(유기박막트랜지스터)는 하기와 같이 제조하였다. Using CNT / P3HT complex OTFT (Organic Thin Film Transistor) was prepared as follows.

먼저, n-타입 실리콘 기재 상에 300 nm 두께의 절연층을 열적으로 성장시켰다. 상기 n-타입 실리콘 기재는 OTFT에 있어서, 게이트 전극의 역할을 수행한다. 상기 기재는 조심스럽게 세척되었으며, 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDS)을 기재 상에 35 초 동안 7500 rpm으로 스핀코팅하였다. 클로로포름에 0.5 중량%의 농도로 P3HT를 녹인 것과 m-PBAㅡCNT를 혼합하고 30 분 동안 초음파 처리하여 m-PBAㅡCNT가 P3HT 대비 0.01, 0.1, 및 0.25 중량%가 되도록 하여 CNT/P3HT 혼합액을 제조하였다. 질소 기체로 채워진 글로브 박스 안에서, 상기 혼합액을 기재 상에 60초 동안 2000 rpm으로 스핀코팅하였다. 최종적으로 50 nm 두께를 갖는 CNT/P3HT 나노복합체를 상기 절연층 상에 형성하였다. 소스 전극 및 드레인 전극을 위한 금 층은 50 nm 두께로 상기 CNT/P3HT 나노복합체 상에 형성하였는데, 이것은 디자인된 섀도우 마스크를 사용하여 진공 챔버 내에서 열 증발법(thermal evaporation)에 의해 수행되었다. 상기 과정에 의해 제조된 OTFT에 있어서, 채널의 폭 W는 1500 ㎛, 채널의 길이 L은 100 ㎛이다.
First, a 300 nm thick insulating layer was thermally grown on an n-type silicon substrate. The n-type silicon substrate serves as a gate electrode in the OTFT. The substrate was carefully washed and hexamethyldisilazane (HMDS) was spincoated onto the substrate at 7500 rpm for 35 seconds. 0.5% by weight of P3HT was dissolved in chloroform and m-PBA-CNT was mixed and sonicated for 30 minutes so that m-PBA-CNT was 0.01, 0.1, and 0.25% by weight of P3HT. Prepared. In a glove box filled with nitrogen gas, the mixture was spin coated onto the substrate at 2000 rpm for 60 seconds. Finally, a CNT / P3HT nanocomposite having a thickness of 50 nm was formed on the insulating layer. Gold layers for the source and drain electrodes were formed on the CNT / P3HT nanocomposite with a thickness of 50 nm, which was performed by thermal evaporation in a vacuum chamber using a designed shadow mask. In the OTFT manufactured by the above process, the width W of the channel is 1500 µm and the length L of the channel is 100 µm.

<분석><Analysis>

FT-IR 스펙트럼은 Jasco사의 FT/IR-4100 type-A spectrometer기기에 의해 기록되었고, 사용 모드는 감쇠 전반사(attenuated total reflectance, ATR) 흡수 분광법이었다. UV-Vis 스펙트럼은 UV-3101PC 모델의 분광분석기를 사용하여, THF 용매에서 측정하였다. 마이크로구조는 Hitachi사의 S-480모델의 주사전자현미경(scanning electron microscope)을 사용하여 분석하였다. 고분해능 분산 라만 현미경 결과는 325 nm 파장의 레이저 소스를 사용하는 것에 의한 전자 들뜸(excitation)으로부터 얻어졌으며, 사용기기는 LabRAM사의 HR UV/vis/NIR 모델이었다. 면 저항은 AiT사의 CMT-SR2000 모델의 4-포인트 프로브(4-point probe)를 사용하여 측정하였다.The FT-IR spectra were recorded by Jasco's FT / IR-4100 type-A spectrometer and the mode of use was attenuated total reflectance (ATR) absorption spectroscopy. UV-Vis spectra were measured in THF solvent using a spectrometer of the UV-3101PC model. The microstructure was analyzed using a scanning electron microscope of Hitachi's S-480 model. High resolution dispersion Raman microscopy results were obtained from electron excitation by using a laser source of 325 nm wavelength, and the instrument was an HR UV / vis / NIR model from LabRAM. Surface resistance was measured using a 4-point probe from AiT's CMT-SR2000 model.

<분석 결과><Analysis Result>

도 2a는 개질하지 않은 파이렌, 도 2b는 지방족 아민으로 개질한 파이렌, 도 2c는 개질한 파이렌을 흡착한 탄소나노튜브의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.FIG. 2A shows unmodified pyrene, FIG. 2B shows pyrene modified with aliphatic amine, and FIG. 2C shows FT-IR spectrum of carbon nanotubes adsorbed modified pyrene.

도 3은 연두색 선은 개질하지 않은 파이렌 단분자, 파란색 선은 지방족 아민으로 개질한 파이렌 단분자, 검은색 선은 기능화하지 않은 탄소나노튜브, 빨간색 선은 개질한 파이렌 단분자로 기능화한 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼의 결과를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 카르복실산 작용기를 가지던 파이렌 단분자가 지방족 아마이드로 치환되는 것을 관찰할 수 있다. 또한, 비공유 기능화를 통해 지방족 아마이드기를 가지고 있는 파이렌 단분자가 탄소나노튜브에 흡착된 것을 관찰할 수 있다.3 is a pyrene monomolecule unmodified, a green line is a pyrene monomolecule modified with an aliphatic amine, a black nanowire is a carbon nanotube not functionalized, and a red line is a functionalized pyrene single molecule. The results of ultraviolet-visible absorption spectrum of carbon nanotubes are shown. Referring to Figure 3, it can be observed that the pyrene single molecule having a carboxylic acid functional group is substituted with an aliphatic amide. In addition, it can be observed that the pyrene single molecule having an aliphatic amide group is adsorbed onto the carbon nanotube through non-covalent functionalization.

도 4a 및 도 4b는 각각 비극성 용매 내에서의 기능화 처리하지 않은 탄소나노튜브와 상기 실시예 2에 따라 지방족 아민으로 개질한 파이렌 단분자를 이용하여 기능화된 탄소나노튜브의 주사전자현미경 사진이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 비극성 용매에서 기능화되지 않은 탄소나노튜브에 비해 기능화시킨 탄소나노튜브가 균일하게 분산되어 있는 것을 관찰할 수 있다.4A and 4B are scanning electron micrographs of carbon nanotubes functionalized using carbon nanotubes not functionalized in a nonpolar solvent and pyrene single molecules modified with aliphatic amines according to Example 2, respectively. 4A and 4B, it can be observed that the functionalized carbon nanotubes are uniformly dispersed in comparison with the carbon nanotubes not functionalized in the nonpolar solvent.

도 5는 라만분광법 결과로서 검은색 선은 처리하지 않은 탄소나노튜브, 빨간색 선은 실시예 2에 따라 개질한 파이렌 단분자를 이용하여 기능화된 탄소나노튜브, 파란색 선은 공유기능화 방법으로서 산처리된 탄소나노튜브의 결과이다. 도 5를 참조하면, IG/ID 값이 각각 6.385, 5.273, 2.632의 값을 나타낸다. 이를 통해 비공유 기능화된 탄소나노튜브가 결정성 정도가 기능화하지 않은 것과 유사하며, 공유 기능화된 탄소나노튜브보다 높은 결정성을 가지는 것을 확인할 수 있다.5 is carbon nanotubes not treated with black lines, and red lines are carbon nanotubes functionalized using pyrene monomolecules modified according to Example 2 as a result of Raman spectroscopy, and blue lines are acid treated as a covalent functionalization method. Is the result of carbon nanotubes. Referring to FIG. 5, I G / I D values represent values of 6.385, 5.273, and 2.632, respectively. Through this, it can be seen that the non-covalent functionalized carbon nanotubes are similar to those of which the degree of crystallinity is not functionalized and have higher crystallinity than the covalently functionalized carbon nanotubes.

도 6a는 실시예 3에 따라 제조된 OTFT의 구조 개념도이다.6A is a structural conceptual diagram of an OTFT prepared according to Example 3;

도 6b는 제조된 OTFT의 출력특성곡선이다. -40 V의 게이트 바이어스 전압(gate bias voltage, VGS)을 가했을 때, 순수한 P3HT, 0.25 중량%의 m-PBAㅡCNT/P3HT, 및 원료 CNT/P3HT 장치의 출력 특성을 보였다. 높은 전도성의 CNT를 첨가했기 때문에, CNT 복합체를 포함하는 장치의 드레인 전류(drain current, IDS)가 P3HT 만으로 이루어진 장치의 드레인 전류보다 높았다. 게다가, m-PBAㅡCNT/P3HT 장치가 원료 CNT/P3HT 장치보다 높은 IDS를 보였다. 이런 향상의 대부분은 P3HT 기지에서 원료 CNT에 비해 보다 균일한 분산성을 보이는 m-PBAㅡCNT로부터 비롯된 결과이다. 이상을 통해 비공유 기능화된 탄소나노튜브/P3HT가 기능화되지 않은 탄소나노튜브/P3HT의 복합체 및 P3HT로부터 제조된 TFT대비 훨씬 높은 전류를 나타내는 것을 확인할 수 있다
6B is an output characteristic curve of the manufactured OTFT. When a gate bias voltage (V GS ) of -40 V was applied, the output characteristics of pure P3HT, 0.25 wt% m-PBA-CNT / P3HT, and raw CNT / P3HT devices were shown. Because of the addition of highly conductive CNTs, the drain current (I DS ) of the device comprising the CNT composite was higher than that of the device consisting of P3HT alone. In addition, the m-PBA-CNT / P3HT device showed higher I DS than the raw CNT / P3HT device. Most of these improvements result from m-PBA-CNTs, which exhibit more uniform dispersibility than the raw CNTs at the P3HT matrix. Through the above, it can be seen that the non-covalent functionalized carbon nanotubes / P3HT exhibit a much higher current than the TFTs prepared from the composite of the non-functionalized carbon nanotubes / P3HT and P3HT.

도 6c는 제조된 OTFT의 전달특성곡선이다. 비공유 기능화된 탄소나노튜브/P3HT가 기능화되지 않은 탄소나노튜브/P3HT의 복합체 및 P3HT로부터 제조된 OTFT대비 훨씬 높은 전류를 나타내는 것을 확인할 수 있다.6c is a transmission characteristic curve of the manufactured OTFT. It can be seen that non-covalent functionalized carbon nanotubes / P3HT exhibit much higher currents than OTFTs prepared from composites of unfunctionalized carbon nanotubes / P3HT and P3HT.

도 6d는 제조된 OTFT의 탄소나노튜브의 농도에 따른 전하이동도를 나타낸 것이다. 탄소나노튜브의 농도가 증가함에 따라 전하이동도가 증가하며, 비공유 기능화된 탄소나노튜브/P3HT가 기능화되지 않은 탄소나노튜브/P3HT의 복합체 대비 최대 15 배 이상의 전하이동도를 가짐을 확인할 수 있다. 각 트랜지스터의 평균 필드-효과 이동도는 도 6d에 보여지는 것과 같이, VDS를 -80 V가했을 때, 장치의 전달 곡선으로부터의 분리 영역에서의 기울기로부터 계산되었고, 데이터는 하기에 기술되는 공식에 의해서 피팅되었다:Figure 6d shows the charge mobility according to the concentration of carbon nanotubes of the prepared OTFT. As the concentration of carbon nanotubes increases, the charge mobility increases, and it can be seen that the non-covalent functionalized carbon nanotubes / P3HT have a charge mobility up to 15 times higher than that of the unfunctionalized carbon nanotubes / P3HT complex. The average field-effect mobility of each transistor was calculated from the slope in the separation region from the transfer curve of the device when V DS was -80 V, as shown in FIG. 6D, and the data was plotted in the formula described below. Was fitted by:

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식에서, μ는 캐리어 이동도, VT는 문턱 전압, Ci는 10.8 X 10-9 F·cm2, W는 1500 ㎛, 및 L은 100 ㎛ 이다. 원료 CNT/P3HT와 m-PBAㅡCNT 장치는 CNT의 농도가 증가함에 따라 필드-효과 이동도의 향상을 보였다. 개별적으로는, m-PBAㅡCNT를 채널층에 0.25 중량% 함유한 m-PBAㅡCNT/P3HT 장치의 필드-효과 이동도가 순수한 P3HT 장치에서보다 약 15 배 증가한 1.5?10-2 cm2/V·s 였다. 이와는 반대로, 도 6d에서 보여지는 것과 같이, 원료 CNT/P3HT 장치는 같은 조건에서 실시된 실험에서, 필드-효과 이동도가 단지 2.4 X 10-3 cm2/V·s 였다. 이것은 또한 m-PBAㅡCNT가 P3HT 기지에 있을 때가 원료 CNT가 P3HT 기지에 있을 때보다 전도 경로에 있어서 좀 더 효과적임을 드러낸다. 그러나, 비공유 기능화된 CNT를 P3HT에 0.5 중량% 첨가하여 제조한 OTFT 장치의 이동도가 6.6 X 10-3 cm2/V·s 을 보여, 0.25 중량%의 경우보다 낮은 이동도를 보였다. 이러한 중요한 결과는 CNT가 고농도에서 CNT 상에 흡착되는 m-PBA 분자의 제한된 흡착률(coverage) 때문에 P3HT에서의 CNT의 응집으로부터 비롯된 것이다.Where μ is the carrier mobility, V T is the threshold voltage, C i is 10.8 × 10 −9 F · cm 2 , W is 1500 μm, and L is 100 μm. The raw material CNT / P3HT and m-PBA-CNT devices showed improved field-effect mobility as the concentration of CNT increased. Individually, the field-effect mobility of m-PBA-CNT / P3HT devices containing 0.25% by weight of m-PBA-CNTs in the channel layer increased 1.5 to 10 -2 cm 2 / approximately 15 times that of pure P3HT devices. V · s. In contrast, as shown in FIG. 6D, the raw material CNT / P3HT device had only 2.4 × 10 −3 cm 2 / V · s of field-effect mobility in an experiment conducted under the same conditions. It also reveals that m-PBA-CNTs at the P3HT matrix are more effective in conduction pathways than when the raw CNTs are at the P3HT matrix. However, the mobility of the OTFT device prepared by adding 0.5% by weight of non-covalent functionalized CNT to P3HT showed 6.6 × 10 −3 cm 2 / V · s, which was lower than that of 0.25% by weight. This important result stems from the aggregation of CNTs in P3HT due to the limited coverage of m-PBA molecules that CNTs adsorb on CNTs at high concentrations.

이상에서 비공유 기능기화된 CNT를 포함하는 상기 OTFT의 성능을 평가하였다. 이에 더해 CNT 자체만의 전기전도도를 측정하기 위해 CNT 응집체의 얇은 시트인 된 CNT와 m-PBAㅡCNT의 동등한 양으로부터 제조되었고, 전기 전도도는 4-포인트 프로브에 의해 측정되었으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다:In the above, the performance of the OTFT including the non-covalent functionalized CNT was evaluated. In addition, to measure the electrical conductivity of CNT itself, a thin sheet of CNT aggregate was prepared from the equivalent amounts of CNT and m-PBA-CNT, and the electrical conductivity was measured by a four-point probe. Indicated in:

공유 기능화된 CNTShared functionalized CNT m-PBA-CNTm-PBA-CNT 전기 전도도(S/cm)Electrical conductivity (S / cm) 75.975.9 809.9809.9

같은 양의 CNT를 사용했을 때, m-PBAㅡCNT의 전기 전도도가 공유 기능화된 CNT보다 10 배 더 높았다. Using the same amount of CNTs, the electrical conductivity of m-PBA-CNTs was 10 times higher than that of co-functionalized CNTs.

요약하면, 본 실시예에 있어서, 소수성의 긴 알킬 사슬로 개질된 파이렌 분자의 사용에 의한 CNT의 새로운 비공유 기능기화를 체계적으로 제시하였다. 비공유 기능기화된 CNT는 소수성 용액과 P3HT 기지에서 잘 분산되었다. 단지 0.25 중량%의 비공유 기능기화된 CNT의 P3HT 기지로의 첨가에 의해, 필드 효과 이동도 1.5 X 10-2 cm2/V·s 가 달성되었다.In summary, in this example, a new non-covalent functionalization of CNTs is systematically presented by the use of pyrene molecules modified with hydrophobic long alkyl chains. Non-covalent functionalized CNTs were well dispersed in hydrophobic solutions and P3HT sites. By addition of only 0.25% by weight of non-covalent functionalized CNTs to the P3HT matrix, a field effect mobility of 1.5 × 10 −2 cm 2 / V · s was achieved.

즉, 폴리(3-헥시티오펜)(P3HT)는 용액 공정 용이성(solution-processability) 때문에 플렉서블 전자공학을 위한 무기 반도체를 대체하는 좋은 후보로 많은 주목을 받고 있다. 그러나, P3HT의 낮은 전하 이동도가 상업화에 있어서 장애가 되고 있다. 이런 문제를 극복하기 위해, 본 실시예에 있어서, CNT/P3HT 복합체를 합성하기 위하여 탄소나노튜브(CNT)의 새로운 비공유 기능화 방법을 제안되었다. 상기 파이렌 분자를 소수성의 긴 알킬 사슬분자로 개질하는 것을 사용하는 것에 의해, 비공유 기능화된 CNT는 소수성 용액과 유기 반도체 기지에서 잘 분산될 수 있다. 본 실시예에 따른 비공유 기능화된 CNT/유기 반도체 복합체로부터 비롯된 유기박막트랜지스터의 제조에 있어서, 산 처리에 의한 공유 기능화에 비하여, 본 실시예예 따른 비공유 기능화 방법에 의한 경우 CNT에 대한 손상을 줄여줄 수 있다. 상기 OTFT가 P3HT만으로 이루어진 것과 비교하였을 때, 본 실시예에 따른 비공유 기능화된 CNT/유기 반도체 복합체를 이용한 OTFT가 15 배의 필드 효과 이동도 향상을 보인다. 이러한 향상은 단지 P3HT에 0.25 중량%의 상기 비공유 기능화된 CNT를 첨가하는 것에 의하여 달성되었다.
In other words, poly (3-hexiophene) (P3HT) has attracted much attention as a good candidate to replace inorganic semiconductors for flexible electronics because of solution-processability. However, the low charge mobility of P3HT is an obstacle to commercialization. In order to overcome this problem, in this embodiment, a new non-covalent functionalization method of carbon nanotubes (CNT) has been proposed to synthesize CNT / P3HT complex. By using the modification of the pyrene molecules with hydrophobic long alkyl chain molecules, non-covalent functionalized CNTs can be well dispersed in hydrophobic solutions and organic semiconductor substrates. In the preparation of the organic thin film transistor derived from the non-covalent functionalized CNT / organic semiconductor composite according to the present embodiment, the damage to CNTs can be reduced by the non-covalent functionalization method according to the present embodiment, compared to the covalent functionalization by the acid treatment. have. Compared with the OTFT consisting of only P3HT, the OTFT using the non-covalent functionalized CNT / organic semiconductor composite according to the present embodiment shows a 15 times improvement in field effect mobility. This improvement was only achieved by adding 0.25% by weight of said non-covalent functionalized CNT to P3HT.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present application.

Claims (11)

방향족 화합물을 지방족 아민과 반응시킴으로써 지방족 아마이드에 의하여 개질된 상기 방향족 화합물을 포함하는 친유성 표면개질제를 수득하는 단계;
상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브와 혼합하여 처리함으로써 상기 친유성 표면개질제에 의하여 비공유(non-covalent) 기능화된 탄소나노튜브를 수득하는 단계
를 포함하는, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법.
Reacting the aromatic compound with an aliphatic amine to obtain a lipophilic surface modifier comprising the aromatic compound modified with aliphatic amides;
Treating the lipophilic surface modifier with carbon nanotubes to obtain a non-covalent functionalized carbon nanotube by the lipophilic surface modifier.
A method of producing a non-covalent functionalized carbon nanotube comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 방향족 화합물은 카르복실 기능기를 함유하는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법.
The method of claim 1,
The aromatic compound is a method for producing a non-covalent functionalized carbon nanotube containing a carboxyl functional group.
제 1 항에 있어서,
상기 방향족 화합물은 파이렌계 화합물, 포르피린계 화합물 및 이들의 조합들로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법.
The method of claim 1,
The aromatic compound is selected from the group consisting of pyrene-based compound, porphyrin-based compound and combinations thereof, a method for producing a non-covalent functionalized carbon nanotube.
제 1 항에 있어서,
상기 지방족 아민은 탄소수가 6 내지 20을 가지는 1차 아민을 포함하는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법.
The method of claim 1,
The aliphatic amine comprises a primary amine having 6 to 20 carbon atoms, method of producing a non-covalent functionalized carbon nanotube.
제 1 항에 있어서,
상기 친유성 표면개질제를 탄소나노튜브와 혼합하여 처리하는 것은, 상기 친유성 표면개질제와 탄소나노튜브의 혼합물을 용매 내에서 초음파 처리 혹은 교반하는 하는 것을 포함하는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조방법.
The method of claim 1,
Treatment of the lipophilic surface modifier by mixing with carbon nanotubes includes the step of sonicating or stirring the mixture of the lipophilic surface modifier and carbon nanotubes in a solvent. Manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 친유성 표면개질제가 하기의 화학식 1 또는 화학식 2로써 표시되는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조방법:
[화학식 1]
Pyrene-(CH2)n-CONHR
여기서, n은 0 내지 3이고,
R은 탄소수 6 내지 20을 가지는 지방족 탄화수소기이고; 또는,
[화학식 2]
Porphyrin-CONHR
여기서, R은 탄소수 6 내지 20을 가지는 지방족 탄화수소기임.
The method of claim 1,
Method for producing a non-covalent functionalized carbon nanotubes, wherein the lipophilic surface modifier is represented by the following formula (1) or (2):
[Formula 1]
Pyrene- (CH 2 ) n -CONHR
Where n is 0 to 3,
R is an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms; or,
(2)
Porphyrin-conhr
Wherein R is an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 비공유 기능화된 탄소나노튜브로서,
상기 탄소나노튜브의 표면에 상기 친유성 표면개질제가 비공유 기능화되어 있는 것인, 비공유 기능화된 탄소나노튜브.
A non-covalent functionalized carbon nanotube manufactured by the method according to any one of claims 1 to 6,
The non-covalent functionalized carbon nanotubes, wherein the lipophilic surface modifier is non-covalently functionalized on the surface of the carbon nanotubes.
유기 물질에 분산된 제 7 항에 따른 비공유 기능화된 탄소나노튜브를 포함하는, 유기물질/탄소나노튜브 복합체.
An organic material / carbon nanotube composite comprising a non-covalent functionalized carbon nanotube according to claim 7 dispersed in an organic material.
제 8 항에 있어서,
상기 유기 물질은 반도체성 유기 화합물, 반도체성 고분자 또는 전도성 고분자를 포함하는 것인, 유기물질/탄소나노튜브 복합체.
The method of claim 8,
The organic material comprises a semiconducting organic compound, semiconducting polymer or conductive polymer, organic material / carbon nanotube composite.
제 8 항에 있어서,
상기 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 함량이, 유기물질/탄소나노튜브 복합체의 총중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량% 인, 유기물질/탄소나노튜브 복합체.
The method of claim 8,
The content of the non-covalent functionalized carbon nanotubes, based on the total weight of the organic material / carbon nanotube composite is 0.1% to 30% by weight, organic material / carbon nanotube composite.
제 8 항에 따른 유기물질/탄소나노튜브 복합체를 반도체 채널층으로서 포함하는, 유기박막트랜지스터.An organic thin film transistor comprising the organic material / carbon nanotube composite according to claim 8 as a semiconductor channel layer.
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