KR20160124399A - a method for manufacturing of 2D polyaniline nanosheet with high conductivity at ice surface - Google Patents

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Abstract

Provided is a new method to develop two-dimensional polyaniline (PANI) nanosheets using ice as a hard template. Distinctly high current flows of 5.5 mA at 1 V and a high electrical conductivity of 35 S cm were obtained for the PANI nanosheets, which are prepared by the method and are marked a significant improvement from previously values on other PANIs reported over the past decades. These improved electrical properties of ice-templated PANI nanosheets were attributed to the long-range ordered edge-on -stacking of the quinoid ring, ascribed to the ice surface-assisted vertical growth of PANI. The unprecedented advantages of the ice-templated PANI nanosheets are two-fold. First, the prepared PANI nanosheet can be easily transferred onto various types of substrates via float-off from the ice surfaces. Second, prepared PANI can be patterned into any shape using predetermined masks, and this is expected to facilitate the eventual convenient and inexpensive application of conducting polymers in versatile electronic device forms.

Description

고전도성 2차원 폴리아닐린 나노시트 및 그 제조 방법{a method for manufacturing of 2D polyaniline nanosheet with high conductivity at ice surface} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-conductivity two-dimensional polyaniline nanosheet and a method for manufacturing the same,

본 발명은 폴리아닐린 나노 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 얼음 표면에 고전도성 2차원 폴리아닐린 나노 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polyaniline nanosheet and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method for producing a highly conductive two-dimensional polyaniline nanosheet on an ice surface.

19세기 중엽, 전도성 고분자가 발견된 이래, 이 물질에 대한 많은 연구와 노력들이 이루어져 왔으며, 특히 최근 수십 년 동안 박막 트렌지스터, 발광 다이오드, 태양전지, 배터리, 슈퍼캐패시터 등과 같은 전자기기로의 다양한 응용에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서도 많은 연구자들은 이러한 전도성 고분자들의 전기전도성과 공정 과정을 향상시킬 수 있는 새로운 합성 방법을 위한 연구를 진행하고 있다. 현재 보편적으로 합성방법이 알려져 있는 전도성 고분자들에는 폴리아닐린(PANI), 폴리피롤(PPy), 폴리파라페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리싸이오펜(PT) 유도체 등이 있다. Since the discovery of conductive polymers in the middle of the 19th century, much research and efforts have been made on this material, and in recent decades it has been applied to various applications in electronic devices such as thin film transistors, light emitting diodes, solar cells, batteries, super capacitors, Active research is underway. Among them, many researchers are working on new synthetic methods to improve the electrical conductivity and process of these conductive polymers. Conductive polymers generally known to be synthesized at present include polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), polyparaphenylene vinylene (PPV), and polythiophene (PT) derivatives.

이렇게 다양한 전도성 고분자들 중에서도 PANI는 높은 전기전도성과 쉽고 값싼 습식 화학적 합성, 쉬운 도핑 공정, 그리고 매우 안정하다는 장점으로 인해 마이크로 전자기기와 전지의 전극 등에 이용될 차세대 물질로 오랫동안 고려되어 왔다. PANI의 도핑형태인 에메랄딘 솔트(emeraldine salt) 형태인 PANI의 경우 물질의 컨주게이션 결합길이와 도핑된 정도, 도판트의 종류에 따라 10-3 to 102 S/cm 의 범위내에서 높은 전기 전도도를 가진다. 또한 수십년 간의 연구를 통하여 이러한 PANI의 전기전도성은 PANI의 나노 구조의 차원성의 변화가 크게 작용한다는 것이 알려지게 되었다. Of these various conductive polymers, PANI has long been regarded as a next-generation material for use in microelectronic devices and electrodes for batteries due to its high electrical conductivity, easy and cheap wet chemical synthesis, easy doping process, and high stability. In the case of PANI in the form of emeraldine salt, which is a doping type of PANI, high conductivity (10 -3 to 10 2 S / cm), depending on the conjugation bond length and doping degree of the substance and the type of dopant . In addition, several decades of studies have shown that the electrical conductivity of PANI plays a major role in the dimensional change of PANI nanostructures.

다양한 PANI의 나노구조를 합성하는 효율적인 방법으로 주형합성법(template synthesis)이 널리 사용되었으며 그것은 다음과 같이 분류할 수 있다. 첫째로는 구조화된 경형판(hard templates)를 이용하여 aniline의 성장을 직접적으로 유도하는 방법과 두 번째로는 유형판(soft templates)을 이용하여 aniline을 산화 중합하는 방법이 있다. 이러한 두 가지의 주형합성법을 통하여 나노입자, 나노튜브, 나노섬유, 나노선, 나노시트, 그리고 네트워크와 같은 형태의 다양한 PANI 구조가 만들어 졌으며 이러한 연구들을 통해 PANI의 구조와 특성과의 관계에 관한 연구가 활발하게 이루어졌고 이러한 연구의 결과로 전기적 성능의 향상을 위해, 특히 고도의 전기소자와 전자기기의 적용을 현실화 하기 위해서는 2차원적인 구조의 개발이 매우 중요하다는 것이 강조되었다. Template synthesis has been widely used as an efficient method for synthesizing various PANI nanostructures, and it can be classified as follows. First, there is a method of directly inducing the growth of aniline using structured hard templates and a second method of oxidizing and polymerizing aniline using soft templates. Through these two types of template synthesis, various PANI structures such as nanoparticles, nanotubes, nanofibers, nanowires, nanosheets, and networks have been produced. Through these studies, studies on the relationship between structure and properties of PANI As a result of these studies, it has been emphasized that the development of a two-dimensional structure is very important in order to improve the electrical performance, in particular, to realize the application of highly electric devices and electronic devices.

2차원적인 PANI 나노구조의 성공적인 합성을 위하여 지금까지의 많은 연구에서는 경형판으로 그래핀 옥사이드(GO)를 사용하는 것이 대다수였으며 이는 원자단위의 두께와 높은 표면적을 가진 GO자체의 2D 구조에 기인한다. 특히 GO에 존재하는 산소 작용기는 aniline과 수소결합을 할 수 있는 활성 사이트를 제공하며 이를 통하여 aniline이 π-π 중첩 상호작용을 통해 GO의 기초면 방향으로 2차원적인 성장을 할 수 있게 한다. 이러한 결과로 합성된 소위 “PANI/GO 복합 나노시트”는 높은 전기전도성과 기계적 강도를 보이지만 GO의 경우 PANI의 불균일한 분포와 비가역적인 덩어리들을 유도하게 되어 대면적에서의 신뢰있는 전기적 특성을 얻기에는 어려움이 발생한다. 뿐만 아니라, 높은 비용, 복잡한 합성 과정, 그리고 GO 템플레이트를 제거하기가 매우 어렵다는 점에 있어 PANI/GO 복합체는 많은 단점을 가진다. In order to successfully synthesize two-dimensional PANI nanostructures, many studies have used graphene oxide (GO) as a light-weight plate, which is attributed to the 2D structure of the GO itself, which has an atomic thickness and a high surface area . In particular, the oxygen functional group present in the GO provides an active site capable of hydrogen bonding with aniline, thereby enabling aniline to grow in two dimensions in the direction of the base surface of the GO through a π-π superposition interaction. The resulting "PANI / GO composite nanosheets" show high electrical conductivity and mechanical strength, but in the case of GO, non-uniform distribution of PANI and irreversible masses are induced, Difficulties arise. In addition, the PANI / GO complex has many disadvantages in that it is very difficult to remove the high cost, complex synthetic process, and GO template.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 PANI를 차세대 전자기기에 사용하기 위해서, 대면적으로 순수하고 균일한 2차원적인 PANI 나노구조를 합성할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a novel method for synthesizing a PANI nanostructure having a large and uniform two-dimensional PANI in order to use PANI in a next generation electronic apparatus.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 대면적으로 순수하고 균일한 2차원적인 PANI 나노구조를 합성할 수 있도록, 합성이 일어나는 표면과 계면의 성질을 제어할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of controlling properties of a surface and an interface at which synthesis occurs so that a pure and homogeneous two-dimensional PANI nanostructure can be synthesized in a large area.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, In order to solve the above problems,

본 발명은 아닐린을 얼음 표면에서 중합하는 것을 특징으로 하는 아닐린 나노 시트 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing an aniline nanosheet, characterized in that the aniline is polymerized on the ice surface.

본 발명에 있어서, 상기 아닐린은 얼음 표면에 적하, 캐스팅, 또는 코팅에 의해서 액체 상태로 제공될 수 있다. In the present invention, the aniline may be provided in a liquid state by dropping, casting, or coating on the ice surface.

본 발명에 있어서, 상기 중합은 화학적 산화 중합일 수 있다. In the present invention, the polymerization may be a chemical oxidation polymerization.

본 발명에 있어서, 상기 반응 온도는 반응 온도는 0℃ 이하에서 이루어지는 것이 바람직하다. In the present invention, the reaction temperature is preferably 0 ° C or lower.

본 발명에 있어서, 상기 중합은 30분 이하, 바람직하게는 20분 이하, 가장 바람직하게는 10분 이하에서 이루어질 수 있다. In the present invention, the polymerization may be carried out for 30 minutes or less, preferably 20 minutes or less, and most preferably 10 minutes or less.

본 발명에 있어서, 상기 아닐린 나노 시트는 얼음을 녹여서 중합된 나노시트를 분리하는 단계를 더 포함한다. In the present invention, the aniline nanosheet may further include separating the polymerized nanosheet by melting ice.

본 발명에 있어서, 상기 얼음은 평평한 얼음판인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the ice is a flat ice plate.

본 발명에 있어서, 상기 나노 시트는 100 nm 이하, 바람직하게는 50 나노미터이하, 보다 바람직하게는 10~40 nm 두께의 나노 시트, 가장 바람직하게는 30 nm 두께의 나노시트를 이루는 것이 좋다. In the present invention, the nanosheet may be a nanosheet having a thickness of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, more preferably 10 to 40 nm, and most preferably a nanosheet having a thickness of 30 nm.

본 발명은 일 측면에서, 특정 패턴이 형성된 얼음 표면에서 아닐린을 중합하여 특정 패턴을 따라서 아닐린 나노 시트를 제조하는 방법을 제공한다. In one aspect, the present invention provides a method for producing an aniline nanosheet according to a specific pattern by polymerizing an aniline on an ice surface having a specific pattern formed.

본 발명은 일 측면에서, 본 발명에 따른 아닐린 나노시트는 퀴노이드 링들이 실질적으로 수직 방향으로 배열되고, 컨쥬게이트된 링들이 엣지-온(edge-on) π-π 배열을 이루는 사방정계(orthorhombic) 구조의 고전도성의 결정성 나노 시트인 것을 특징으로 한다. In one aspect, the present invention provides an aniline nanosheet according to the present invention, wherein the quinide rings are arranged substantially vertically and the conjugated rings are orthorhombic with an edge-on? -Π arrangement ) Crystalline nanocrystalline nanocrystalline nano-sheet.

본 발명에 있어서, 상기 고전도성의 아닐린 나노 시트는 에메란딘 염으로 이루어진다. In the present invention, the highly conductive aniline nanosheet comprises an emerandine salt.

본 발명에 있어서, 상기 고전도성 아닐린 나노 시트는 10S/cm이상, 바람직하게는 20S/cm 이상, 더욱 바람직하게는 30S/cm 이상의 전도도를 가지며, 예를 들어 35 S/cm의 전도도를 가지는 고전도성 아닐린 나노 시트이다.In the present invention, the highly conductive aniline nanosheet has a conductivity of 10 S / cm or more, preferably 20 S / cm or more, more preferably 30 S / cm or more, and has a conductivity of, for example, 35 S / Aniline nanosheet.

본 발명은 다른 일 측면에서, 얼음 기판과 상기 얼음 기판에 형성된 전도성 아닐린 나노시트로 이루어진 복합체를 제공하는 것을 특징으로 한다. 전도성 아닐린 나노시트는 패턴화된 나노 시트일 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a composite body comprising an ice substrate and a conductive aniline nanosheet formed on the ice substrate. Conductive aniline nanosheets can be patterned nanosheets.

이러한 성공적인 결과의 핵심은 새로운 형태의 경형판(hard template)인 얼음을 사용하였다는 데에 기인하며 이러한 얼음은 일반적인 물보다 낮은 포텐셜 에너지를 갖는 물 분자에 의해 특수한 표면을 제공하게 된다. 또한 얼음은 간단한 융해과정을 이용하여 쉽게 제거가 가능하게 되어 이를 통해 기판이 제거된 수십 나노미터 수준의 얇은 PANI의 형성 또한 가능하다.The key to this successful result is the use of ice, a new hard template, which provides a special surface for water molecules with lower potential energy than ordinary water. In addition, ice can be easily removed using a simple fusing process, which enables the formation of thin PANIs of the order of tens of nanometers with the substrate removed.

도 1 (a) 얼음 표면에서 PANI합성의 실시간 이미지. 사진들은 반응 중에 얻었으며 그림에 명시되어 있음. (b) PANI-ICE, PANI-ED, 그리고 Graphene-CVD의 전압-전류 특성 곡선. 골드 전극들 위에 올려진 PANI-ICE 의 광학 이미지는 삽화되어 있다.
도 2 PANI-ICE의 구조 특성을 (a) X-ray powder diffraction 그리고 (b) selected area electron diffraction 을 결합하여 확인하였다. 이는 고결정성 PANI-ICE가 (a)와 (b)에 index한 것과 같이 orthorhombic 구조로 있음을 의미한다. PANI-ICE에서의 conjugated ring이 edge-on π-π 배열을 이루는 확정된 orthorhombic 구조는 (c)에 그려져 있다.
도 3(a) 다른 기판 위에 옮겨진 PANI-ICE의 사진들, 그림에 표기된바 같이 얼음 기판으로부터 떠오름을 통해 (b) 금속 마스크를 이용한 평행선과 주기적으로 수직으로 구부려진 라인을 보이는 PANI-ICE의 광학 사진들.
도 4 CVD공법을 이용한 그래핀의 공초점 라만 스펙트럼; 그래핀의 D-band, G-band, and 2D band 는 각각 1350, 1580, and 2700 cm-1 에 해당되며, 그림 안에 표기하였다.
도 5 PANI-ICE와 PANI-ED의 (a) 자외선-가시광선(UV-Vis), (b) 퓨리에 변환 적외선 분광계(FT-IR) 스펙트럼, PANI-ICE와 PANI-ED 모두 비슷한 도핑레벨을 가지는 에메랄딘 염(emeraldine salt) 형태로 존재한다.
도 6 유리 기판위에서 합성한 PANI 나노시트의 전류-전압 특성 곡선. 삽도 : 유리 기판위에 합성된 PANI의 광학 현미경 사진.
도 7 0 ℃, 유리기판 위에서 합성되는 PANI 나노시트를 실시간으로 본 광학현미경 사진.
도 8 얼음표면에서 2D PANI 나노시트(PANI-ICE)를 위한 합성과정의 도식적 삽화. 삽도된 TEM 사진은 약간의 결함과 함께 2D 나노시트의 합성을 확신시켜준다.
Figure 1 (a) Real-time image of PANI synthesis on ice surface. The photographs were taken during the reaction and are shown in the figure. (b) Voltage-current characteristic curves of PANI-ICE, PANI-ED, and Graphene-CVD. The optical image of PANI-ICE placed on gold electrodes is illustrated.
Figure 2 shows the structural characteristics of PANI-ICE by combining (a) X-ray powder diffraction and (b) selected area electron diffraction. This means that the highly crystalline PANI-ICE has an orthorhombic structure as shown in (a) and (b). The established orthorhombic structure in which the conjugated ring in PANI-ICE forms an edge-on π-π array is depicted in (c).
Fig. 3 (a) Photographs of PANI-ICE transferred onto another substrate. (B) PANI-ICE optics showing lines bent periodically and periodically with parallel lines using a metal mask, as shown in Fig. pictures.
Figure 4: Confinement Raman spectrum of graphene using CVD technique; The D-band, G-band, and 2D band of graphene correspond to 1350, 1580, and 2700 cm -1 , respectively, and are shown in the figure.
(B) Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum of PANI-ICE and PANI-ED, PANI-ICE and PANI-ED have similar doping levels It is present in the form of an emeraldine salt.
6 Current-voltage characteristic curve of PANI nanosheet synthesized on glass substrate. Illustration: Optical microscope photograph of PANI synthesized on glass substrate.
Fig. 7 Optical microscope photograph of PANI nanosheet synthesized on a glass substrate at 0 ° C in real time.
Figure 8 Schematic illustration of a synthetic process for 2D PANI nanosheets (PANI-ICE) on ice surface. The TEM photographs assured the synthesis of 2D nanosheets with some defects.

도 8은 2D PANI 나노시트를 얼음표면 위에서 합성하는 과정을 보여준다(지금부터, 이는 PANI-ICE로 명한다). 먼저 1M HCl의 아닐린 용액을 패드리디쉬에 얼려져 있는 얼음위로 떨어뜨려 준다. 얼음의 평편한 표면을 제공하기 위하여 얼음을 뒤집어 준다. 양자화된 아닐리늄은 수소결합과 정전기 상호작용을 통해 얼음표면에 있는 수산화 그룹에 손쉽게 붙을 수 있다. 아닐린 단량체의 화학적 산화를 하기 위해 1M HCl의 과황산암모늄 용액을 즉시 얼음위로 천천히 더해주며, 이때 반응온도는 0 ℃를 유지시켜 준다. 3분의 산화중합을 통해, 수 밀리미터 크기의 PANI-ICE의 생성을 육안으로 분명히 관찰 할 수 있다. PANI-ICE는 약 30 나노미터의 두께를 가지며 이는 Si/SiO2 기판위로 샘플을 옮긴 후에 탐침형 원자 현미경(scanning probe microscope) 으로 측정하였다. 2D 나노시트는 삽화와 같이 약간의 결함과 함께 생성됨을 투과전자 현미경(TEM)으로 확인하였다. PANI의 화학적 산화 중합에 관한 대부분의 논문의 사실을 고려하면, 0 D나 1 D PANI 구조들은 표면 유도 뭉침에 의하며, 얼음형판이 도입된 2D PANI의 손쉬운 합성은 주목할만하다.Figure 8 shows the process of synthesizing 2D PANI nanosheets on an ice surface (hereinafter referred to as PANI-ICE). First, drop the aniline solution of 1M HCl onto frozen ice on the padridish. Invert ice to provide a flat surface of ice. The quantized anilinium can easily attach to the hydroxide group on the ice surface through hydrogen bonding and electrostatic interaction. To chemically oxidize aniline monomers, 1 M HCl solution of ammonium persulfate is added slowly to the ice immediately, keeping the reaction temperature at 0 ° C. Through the 3-minute oxidation polymerization, the generation of PANI-ICE of several millimeters in size can be observed visually. PANI-ICE has a thickness of about 30 nanometers, which is measured with a scanning probe microscope after transferring the sample onto a Si / SiO 2 substrate. The 2D nanosheets were confirmed by transmission electron microscopy (TEM) to show that they were produced with some defects as illustrated. Considering the facts of most papers on chemical oxidation polymerization of PANI, 0 D or 1 D PANI structures are due to surface induced clustering, and the easy synthesis of 2D PANI with ice templates is noteworthy.

PANI-ICE 의 합성 메커니즘을 공부하기 위하여, 얼음 표면에서의 PANI을 극저온 샘플 스테이지가 장착된 광학 현미경을 이용하여 실시간으로 관측하였다. PANI-ICE의 사진들은 반응중간마다 즉시 얻었으며 도 1a에서 볼 수 있다. 반응의 이른 시간(<30 초)에 수 밀리미터의 균일한 아닐린 막의 흥미진진한 형성을 볼 수 있으며 이는, 수소결합 상호작용을 통해 저중합체 또는 응핵들이 손쉬운 흡착에 의한 것이라 말할 수 있다. 벌크 물과 비교하였을 때 상대적으로 낮은 PANI와 얼음 표면에서의 포텐셜 에너지 또한 결정핵 생성의 장벽을 낮추어 넓은 면적의 습윤 아닐린막을 발전시키는데 있어서 핵심적인 역할을 수행한다. 산화반응과정이 진행되는 동안, 눈 여길만한 나노시트의 크기 변화는 관측하지 못하였으며, 다만 PANI의 우선적 수직성장은 진한 파란색이 증가함을 통해 인지할 수 있다. 결국, 반응의 3분 안에 균일하고 대면적의 PANI을 얻을 수 있다. 우리는 먼저 PANI-ICE의 전기적 특성을 일정온도와 습도(25 ℃ 그리고 20%)에서 -1.0~1.0V 전압 범위에서 전류-전압 거동을 통해 확인하고자 하였다. 도 1b는 PANI-ICE 의 전류-전압 곡선을 보여준다. 정전류 전기화학적 증착법으로 준비한 일반적인 PANI 얇은 필름(PANI-ED)과 비교하여, Si/SiO2 기판위의 금 전극(10 mm 너비 그리고 10 mm 간격)을 이용하여 측정하였다(삽화 사진은 금 전극들 위에 위치한 PANI-ICE를 보여준다). 놀랍게도 PANI-ICE는 직선형 전류-전압 곡선과 함께 1V에서 5.5 mA의 높은 전류 흐름을 보여주는 반면에 PANI-ED 의 경우 0.12 mA의 낮은 흐름 전류를 보인다. 전역의 PANI-ICE의 균일함을 0.1 V 바이어스 환경에서 532 nm 파장과 500nm 지름을 가지는 집중 레이저 빔을 이용하여 spatially resolved photocurrent imaging 기법으로 추가적으로 확인하였다. 30 x 30 mm 면적에서 얻은 대표적 결과는 삽화되어있다In order to study the mechanism of synthesis of PANI-ICE, PANI on the ice surface was observed in real time using an optical microscope equipped with a cryogenic sample stage. Photographs of PANI-ICE were obtained immediately during each reaction and can be seen in Figure 1A. An interesting formation of a few millimeters of uniform aniline membrane can be seen in the early hours of the reaction (<30 seconds), which can be attributed to the ease of adsorption of oligomers or coagulants through hydrogen bonding interactions. Potential energy at relatively low PANI and ice surface as compared to bulk water also plays a key role in developing a large area wet aniline membrane by lowering the nucleation barriers. During the oxidation process, changes in the size of nanosheets were not observed. However, the preferential vertical growth of PANI can be recognized by the increase of dark blue. As a result, a uniform and large area PANI can be obtained within 3 minutes of the reaction. We first tried to verify the electrical properties of PANI-ICE at constant temperature and humidity (25 ° C and 20%) through the current-voltage behavior in the -1.0 ~ 1.0V voltage range. 1B shows the current-voltage curve of PANI-ICE. (10 mm wide and 10 mm apart) on a Si / SiO 2 substrate compared to a conventional PANI thin film (PANI-ED) prepared by constant current electrochemical deposition Showing PANI-ICE located). Surprisingly, PANI-ICE shows a high current flow of 5.5 mA at 1 V with a linear current-voltage curve, while a low flow current of 0.12 mA for PANI-ED. The uniformity of the global PANI-ICE was further confirmed by spatially resolved photocurrent imaging using a focused laser beam with a wavelength of 532 nm and a diameter of 500 nm in a 0.1 V bias environment. Representative results obtained on a 30 x 30 mm area are illustrated

각 샘플의 두께와 크기를 아래의 식에 넣어 PANI-ICE와 PANI-ED의 전기 전도도를 계산하였다. The electrical conductivity of PANI-ICE and PANI-ED was calculated by adding the thickness and size of each sample to the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

L 은 금 전극들 사이의 거리이며(10 mm), I는 전류, V는 가해준 전압, 그리고 A는 샘플의 단면적이다. 특히, PANI-ICE의 전기 전도도는 35 S/cm로 계산되며 이는 PANI-ED (0.8 S/cm)보다 2 자릿수나 더 큰 값이다. 우리가 아는 지식에 의하면, 우리는 논문에 보고된 다른 어느 PANI들의 값(일반적으로 우리 PANI-ED 와 비슷한 1 S/cm)들에 비해 가장 높은 전기 전도도를 보고한다(가장 흔한 도판트로 HCl을 사용한 경우에 초점을 맞춤). 이것은 분명히 우리의 결과가 PANI를 기본으로 하는 전도성 고분자의 구조에 영향을 미쳤음을 의미한다. 기준물질로서 화학적 증기 증착으로 합성한 그래핀(graphene-CVD, 대략 360 ohm/sq의 면저항, Raman spectrum 은 도 4에 실려있다)의 전류-전압 곡선 또한 그림 1b에서 주목하면, 이는 우리의 PANI-ICE가 훌륭한 전기적 특성을 가지는 새로운 전기적 소프트 물질로서 제공할 수 있음을 의미한다. 빠르게 대면적 합성을 싼 가격에 할 수 있다는 추가적인 장점도 언급할 가치가 있다. L is the distance between the gold electrodes (10 mm), I is the current, V is the applied voltage, and A is the cross-sectional area of the sample. In particular, the electrical conductivity of PANI-ICE is calculated to be 35 S / cm, which is two orders of magnitude larger than PANI-ED (0.8 S / cm). According to our knowledge, we report the highest electrical conductivity compared to the values of any other PANI reported in the paper (generally 1 S / cm similar to our PANI-ED) (the most common dopant is HCl In case you focus). This obviously means that our results have affected the structure of conductive polymers based on PANI. The current-voltage curve of graphene-CVD (graphene-CVD, approximately 360 ohm / sq of sheet resistance, Raman spectrum is synthesized in Figure 4) synthesized by chemical vapor deposition as a reference material is also noted in Figure 1b, Means that ICE can be provided as a new electrical soft material with good electrical properties. It is also worth mentioning the additional advantage that the large-area synthesis can be made at a low price quickly.

전도성 고분자의 전기적 특성에 영향을 미치는 요소들로서, 컨쥬게이션 길이와 도핑레벨이 매우 잘 알려져 있으며 PANI-ICE의 분자 특성을 PANI-ED 와 비교하여 살펴보았다. 도 5에서 볼 수 있듯이, UV-Vis와 IR absorption spectra 결과로부터 PANI-ICE와 PANI-ED 근본적으로 같은 conjugation 길이와 도핑레벨을 지니고 있음을 알 수 있다. 그리하여 우리는 PANI-ICE 의 향상된 전기 전도성이 화학적 특성들로부터 비롯되지 않았음을 추론한다.Conjugation length and doping level are well known as factors affecting the electrical properties of conductive polymer, and the molecular characteristics of PANI-ICE are compared with those of PANI-ED. As can be seen from FIG. 5, it can be seen from the results of UV-Vis and IR absorption spectra that PANI-ICE and PANI-ED have basically the same conjugation length and doping level. Thus, we infer that the enhanced electrical conductivity of PANI-ICE does not result from its chemical properties.

향상된 전기적 특성들의 근본적 메커니즘은 PANI-ICE의 고 결정성과 흥미로운 분자배열에 의한 것이라 말할 수 있다. PANI-ICE의 구조 특징을 X-ray powder diffraction (XRD)와 TEM의 selected area electron diffraction (SAED)로 분석하였다. XRD 프로파일은 PANI-ICE내에서 아닐린 분자들이 long-range order 을 이루고 있으며, orthorhombic, P222 space group (unit cell parameters, a = 17.356 Å, b = 7.012 c = 8.579 Å and a'=∧a= ∼a= 90.00°)으로 단결정 회절패턴을 이루고 있음을 의미하며, 도 2a에서 확인할 수 있다. 이와 같이 PANI 분자들이 약 3.51 Åd spacing인 c-axis 방향으로 π-π배열을 이루고 있으며 PANI의 주 사슬들은 4.29 Å인 b-axis 방향으로 수직으로 위치하고 있음을 추론할 수 있다. SAED로 부터, PANI-ICE의 quinoid rings 이 실험한 전 영역에서 대부분 수직방향으로 배열되어 있음을 확인하였다. 대표적 결과는 도 2b에 있으며, PANI-ICE의 가장 밝은 (020) 반사는 도 2c에 삽화 그림과 같이 conjugated ring의 edge-on π-π배열을 의미한다.The fundamental mechanism of the improved electrical properties can be said to be due to the high crystallinity and interesting molecular arrangement of PANI-ICE. Structural features of PANI-ICE were analyzed by X-ray powder diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED) of TEM. The XRD profile shows that the aniline molecules in the PANI-ICE form a long-range order, and the orthorhombic, P222 space group (unit cell parameters, a = 17.356 Å, b = 7.012 c = 8.579 Å and a '= ∧a = ~ a = 90.00 °), which can be confirmed in FIG. 2A. Thus, it can be inferred that the PANI molecules form a π-π array in the c-axis direction with a spacing of about 3.51 Å and that the main chains of the PANI are perpendicular to the b-axis direction at 4.29 Å. From the SAED, it was confirmed that the quinoid rings of PANI-ICE were arranged in the vertical direction in all the regions tested. Representative results are shown in FIG. 2B, and the brightest (020) reflection of PANI-ICE is the edge-on pi-pi arrangement of the conjugated ring as shown in FIG. 2c.

이는 얼음 표면이 long-range로 정렬된 2D 나노시트가 성장하는 중에 아닐린 분자들의 배열 특성에 영향을 줌을 암시한다. 직접적으로는 향상된 전기 전도도와 부합된다. 우리의 가설을 추가적으로 뒷받침하기 하기 위하여, 우리는 2D PANI 나노시트를 같은 실험환경에서 다른 -OH를 가지는 기판(Si-wafer 그리고 유리)에서 합성하였다. 흥미롭게도 합성된 PANI 나노시트는 매우 다공성이며 결함이 있었으며 이는 수 자릿수나 낮은 전류 흐름을 보였다(유리 기판 위에서 합성된 PANI의 전압-전류 곡선과 광학 이미지들은 도 6에서 볼 수 있다). 이는 논문들과 일치하는 낮은 온도 환경하에서 불균일한 뭉침과 핵이 생성 때문이나, PANI-ICE 에서는 같은 유사점을 관찰할 수 없었다. 유리 위에서 PANI를 합성될 때의 실시간 관찰(도 7)을 주목하면, 반응 초기단계에서 평균 수 마이크로미터 크기의 PANI의 핵형성을 손쉽게 발견할 수 있다. 이후 시간이 지남에 따라 일반적인 핵형성과 성장 메카니즘으로 큰 PANI 덩어리로 결합된다. 이것은 균일하고 대면적의 2D PANI 나노시트의 형성에 있어서 준순서화된 물 분자들의 막으로 이루어진 얼음표면의 중요성을 명백히 의미한다. This implies that the ice surface affects the arrangement properties of aniline molecules during growth of long-range aligned 2D nanosheets. Directly corresponding to the improved electrical conductivity. To further support our hypothesis, we synthesized 2D PANI nanosheets on substrates with different -OH (Si-wafer and glass) in the same experimental environment. Interestingly, the synthesized PANI nanosheets were very porous and defective, which showed a few orders of magnitude less current flow (voltage-current curves and optical images of PANI synthesized on glass substrates are shown in FIG. 6). This was due to uneven lumps and nucleation under low temperature conditions consistent with the papers, but not in PANI-ICE. Note the real-time observation of PANI synthesis on glass (FIG. 7), and the nucleation of PANI averages several micrometers in size at the initial stage of the reaction can be readily detected. Over time, they are combined into a larger PANI chunk with a common karyotypic and growth mechanism. This clearly indicates the importance of the ice surface consisting of membranes of quasi-ordered water molecules in the formation of uniform and large 2D PANI nanosheets.

우리는 논문에 보고된 다른 전도성 고분자들과 비교하였을 때 전례 없는 장점을 언급하면서 본원 발명을 결론지으려 한다. 우선, 얼음 형판의 쉬운 제거 때문에, PANI-ICE을 금속, ITO, Si-wafer, 유리, 그리고 심지어 고분자 기판과 같이 다양한 기판 위로 옮길 수 있으며, 이는 논문에 보고된바 없다. 도 3a에서 다른 기판 위에 있는 PANI-ICE의 사진들을 볼 수 있다. 게다가, 마이크로패턴된 마스크를 이용하면 마이크로패턴된 PANI를 쉽게 준비할 수 있다. 대표적인 예로서, 수평선들과 주기적으로 90 °로 구부려진 선들로 이루어진 PANI-ICE의 광학 이미지를 도 3b에서 볼 수 있다. 원칙적으로, 준비된 마스크로 어떠한 다양한 모양도 패턴할 수 있으며, 이는 미래 유기 전자 기술을 향한 새로운 길을 제시한다.We attempt to conclude the present invention by mentioning unprecedented advantages when compared to other conductive polymers reported in the paper. First, due to the easy removal of ice molds, PANI-ICE can be transferred onto various substrates, such as metal, ITO, Si-wafer, glass, and even polymer substrates, which have not been reported in the paper. In FIG. 3A, there are photographs of the PANI-ICE on another substrate. In addition, micropatterned PANI can be readily prepared using a micropatterned mask. As a representative example, an optical image of PANI-ICE consisting of horizontal lines and lines periodically bent at 90 degrees can be seen in FIG. In principle, any pattern can be patterned with a prepared mask, which presents a new path to future organic electronics technology.

요약하면, 이번 연구에서 화학적 산화 중합을 통해 고 전도성의 2D PANI 나노시트의 손쉽게 합성을 제시하였다. 얼음 평판을 이용한 PANI 나노시트는 지금까지 보고된 HCl로 도핑된 PANI들 보다 수 자릿수 높은 전기 전도도를 구현하였다. 이것은 낮은 포텐셜 에너지와 준순서화된 수산기를 제공하는 얼음 표면의 독특한 장점으로 설명할 수 있다. 우리가 아는 바로, 이 연구는 패턴가능하고, 옮길 수 있으며 그리고 고등의 전기적 특성을 가지는 순수한 2D 전도성 고분자의 예를 처음으로 보여 주었다.In summary, this study presents an easy synthesis of highly conductive 2D PANI nanosheets through chemical oxidation polymerization. The PANI nanosheets using ice plates achieved several orders of magnitude higher electrical conductivities than the previously reported HCl doped PANIs. This can be explained by the unique advantages of the ice surface providing low potential energy and quasi-ordered hydroxyl groups. As we know, this study was the first to show examples of pure 2D conductive polymers with patternable, transferable, and high electrical properties.

실험적 내용Experimental content

PANI-ICE 는 aniline (>99.5%, Sigma-Aldrich)과 ammonium peroxydisulfate (APS) (>98.0%, Alfa Aesar,) 를 이용하여 0℃의 얼음 표면에서 화학적 산화중합(chemical oxidation polymerization)방법을 이용하여 합성하였다. 우선 페트리디쉬에 -20 ℃에서 얼음을 얼린 뒤, 매끈한 표면에 합성하기 위하여 얼음을 뒤집는다. 그 뒤 1M 염산용액에 녹인 0.25 M의 Aniline과 1M 염산용액에 녹인 0.25 M의 APS를 얼음 위에 넣어주어 aniline과 APS의 몰 비가 8:3이 되도록 맞춘다. 반응시킨 지 3분이 지나면 수 밀리미터의 지름을 가지는 2D의 나노 시트가 육안으로 관측된다. 그 뒤 얼음 표면에서 PANI-ICE를 "떠서(float off)" 실리콘 웨이퍼에 옮긴 뒤 증류수로 반복적으로 씻어주고 진공오븐에서 일주일 정도 건조시킨다.PANI-ICE was prepared by chemical oxidation polymerization at 0 ° C on an ice surface using aniline (> 99.5%, Sigma-Aldrich) and ammonium peroxydisulfate (APS) (> 98.0%, Alfa Aesar) Were synthesized. First, freeze the petri dish at -20 ° C, then turn the ice over to make a smooth surface. Then 0.25 M aniline dissolved in 1 M hydrochloric acid solution and 0.25 M APS dissolved in 1 M hydrochloric acid solution are placed on ice to make an aniline and APS molar ratio of 8: 3. Three minutes after the reaction, a 2D nanosheet having a diameter of several millimeters is visually observed. The PANI-ICE is then "float off" from the ice surface, transferred to a silicon wafer, washed repeatedly with distilled water, and dried in a vacuum oven for a week.

PANI-ICE의 형태적 물성과 분자의 배열의 경우 투과전자 현미경(TEM, JEOL-JEM-2100F) 의 제한시야 전자회절 selected area electron diffraction (SAED)을 이용하여 분석하였다. PANI의 결정 구조는 분말 X-선 산란 (XRD)을 이용하여 분석하였다. 결정구조에 관한 회절 데이터의 경우 포항 방사광 가속기의 2D 빔라인을 이용하여 측정하였다. PANI-ICE 합성의 실시간 관측은 극저온 상태 조건에서 광학 현미경을 이용하였다. (RMC Ultramicrotome)The morphological properties and molecular arrangement of PANI-ICE were analyzed using limited area electron diffraction (SAED) of the transmission electron microscope (TEM, JEOL-JEM-2100F). The crystal structure of PANI was analyzed by powder X-ray scattering (XRD). The diffraction data on the crystal structure were measured using a 2D beamline of a Pohang radiation accelerator. The real-time observation of the PANI-ICE synthesis was performed using an optical microscope under cryogenic conditions. (RMC Ultramicrotome)

PANI-ICE와 PANI-ED의 전류-전압 특성 곡선은 상온, 습도 20% 하에서 반도체 분석기를 이용하였다. 데이터는 전압 -1.0 에서 1.0 V의 범위에서 선형 스윕 모드(linear sweep mode)로 측정하였다. 공간-분해 광전류 측정의 경우 0.1 V의 바이어스 하에서 지름 500 nm, 파장 532 nm의 집속 레이저를 이용하였다.The current-voltage characteristic curves of PANI-ICE and PANI-ED were obtained using a semiconductor analyzer at room temperature and humidity of 20%. The data were measured in a linear sweep mode at a voltage ranging from -1.0 to 1.0 V. For the spatially-resolved photocurrent measurement, a focusing laser with a diameter of 500 nm and a wavelength of 532 nm was used under a bias of 0.1 V.

PANIPANI -ICE와 -ICE and PANIPANI -ED의 합성. Synthesis of -ED.

PANI-ICE 는 aniline (>99.5%, Sigma-Aldrich)과 ammonium peroxydisulfate (APS) (>98.0%, Alfa Aesar,) 를 이용하여 0 ℃ 의 얼음 표면에서 화학적 산화중합(chemical oxidation polymerization)방법을 이용하여 합성하였다. 우선 페트리디쉬에 -20 ℃에서 얼음을 얼린 뒤, 매끈한 표면에 합성하기 위하여 얼음을 뒤집는다. 그 뒤 1M 염산용액에 녹인 0.25 M의 Aniline과 1M 염산용액에 녹인 0.25 M 의 APS를 얼음 위에 넣어주어 aniline과 APS의 몰비가 8:3이 되도록 맞춘다. 반응시킨지 3분이 지나면 수 밀리미터의 지름을 가지는 2D의 나노시트가 육안으로 관측된다. 그 뒤 얼음 표면에서 PANI-ICE를 "떠서(float off)" 실리콘 웨이퍼에 옮긴 뒤 증류수로 반복적으로 씻어주고 진공오븐에서 일주일 정도 건조시킨다. 대조군 실험을 위한 30 nm 두께의 PANI-ED의 합성은 통상적 방법인 1.5 V의 정전압 하에서 3전극을 이용한 전기화학적 증착법을 이용한다. 기준 전극으로는 은/염화은(염화칼륨 포화용액) 전극을 이용하며 작업전극과 상대전극으로는 강하게 도핑된 실리콘 웨이퍼를 이용한다. (<0.005 ohm). 전해질 용액으로는 1M 염산에 녹아있는 0.25 M aniline용액을 이용한다. 반응 후 생성된 PANI-ED 역시 증류수로 반복적으로 씻어주고 진공오븐에서 일주일 정도 건조시킨다.PANI-ICE was prepared by chemical oxidation polymerization at 0 ° C on an ice surface using aniline (> 99.5%, Sigma-Aldrich) and ammonium peroxydisulfate (APS) (> 98.0%, Alfa Aesar) Were synthesized. First, freeze the petri dish at -20 ° C, then turn the ice over to make a smooth surface. Then 0.25 M aniline dissolved in 1 M hydrochloric acid solution and 0.25 M APS dissolved in 1 M hydrochloric acid solution are placed on ice to adjust the molar ratio of aniline to APS to 8: 3. Three minutes after the reaction, a 2D nanosheet having a diameter of several millimeters is visually observed. The PANI-ICE is then "float off" from the ice surface, transferred to a silicon wafer, washed repeatedly with distilled water, and dried in a vacuum oven for a week. Synthesis of PANI-ED with a thickness of 30 nm for the control experiment uses an electrochemical deposition method using a three-electrode under a constant voltage of 1.5 V as a conventional method. A silver / silver chloride (potassium chloride saturated solution) electrode is used as a reference electrode and a strongly doped silicon wafer is used as a working electrode and a counter electrode. (&Lt; 0.005 ohm). For the electrolyte solution, use 0.25 M aniline solution dissolved in 1 M hydrochloric acid. The PANI-ED produced after the reaction is also washed repeatedly with distilled water and dried in a vacuum oven for about a week.

분자와 나노시트 구조의 특성분석Characterization of molecular and nanosheet structures

PANI-ICE 와 PANI-ED분자의 특성은 자외선-가시광선 분광광도계(Agilent 8453)와 퓨리에변환 적외선 분광광도계(Two IR spectrometer, PerkinElmer)를 이용하여 분석하였다. PANI-ICE의 형태적 물성과 분자의 배열의 경우 투과전자 현미경(TEM, JEOL-JEM-2100F) 의 제한시야 전자회절 selected area electron diffraction (SAED)을 이용하여 분석하였다. PANI의 결정 구조는 분말 X-선 산란 (XRD)을 이용하여 분석하였다. 결정구조에 관한 회절 데이터의 경우 포항 방사광 가속기의 2D 빔라인을 이용하여 측정하였으며 PANI의 단위격자 구조는 crystalmaker simulation을 통하여 구할 수 있었다. PANI-ICE 합성의 실시간 관측은 극저온 상태 조건에서 광학 현미경을 이용하였다.The PANI-ICE and PANI-ED molecules were characterized using an ultraviolet-visible light spectrophotometer (Agilent 8453) and a Fourier transform infrared spectrophotometer (PerkinElmer). The morphological properties and molecular arrangement of PANI-ICE were analyzed using limited area electron diffraction (SAED) of the transmission electron microscope (TEM, JEOL-JEM-2100F). The crystal structure of PANI was analyzed by powder X-ray scattering (XRD). The diffraction data on the crystal structure were measured using a 2D beamline of Pohang radiation accelerator and the unit lattice structure of PANI was obtained through crystalmaker simulation. The real-time observation of the PANI-ICE synthesis was performed using an optical microscope under cryogenic conditions.

전기적 분석Electrical analysis

PANI-ICE와 PANI-ED의 전류-전압 특성 곡선은 상온, 습도 20% 하에서 반도체 분석기를 이용하였다. 데이터는 전압 -1.0 에서 1.0 V의 범위에서 선형 스윕 모드(linear sweep mode)로 측정하였다. 공간-분해 광전류 측정의 경우 0.1 V의 바이어스 하에서 지름 500 nm, 파장 532 nm의 집속 레이저를 이용하였다.The current-voltage characteristic curves of PANI-ICE and PANI-ED were obtained using a semiconductor analyzer at room temperature and humidity of 20%. The data were measured in a linear sweep mode at a voltage ranging from -1.0 to 1.0 V. For the spatially-resolved photocurrent measurement, a focusing laser with a diameter of 500 nm and a wavelength of 532 nm was used under a bias of 0.1 V.

마이크로 Micro 패터닝한Patterned PANIPANI -ICE의 제작Production of -ICE

PANI의 마이크로 패터닝은 미리 크기와 모양을 제작한 금속 마스크를 이용하여 제작하였다. 얼음 표면 위에 마스크를 올린 뒤, PANI-ICE를 합성하는 방법과 마찬가지로 0℃에서 화학적 산화중합을 이용한다. 광학현미경(ZEISS Axio scope A1)을 이용하여 마이크로 패터닝된 PANI-ICEs를 관측하였다.Micro patterning of PANI was made using a metal mask made in advance in size and shape. After the mask is placed on the ice surface, chemical oxidation polymerization is used at 0 ° C in the same manner as PANI-ICE is synthesized. Micro-patterned PANI-ICEs were observed using an optical microscope (ZEISS Axio scope A1).

화학증착법을 이용하여 합성한 그래핀의 공초점 라만스펙트럼은 WITEC Alpha 300R Raman spectroscope (WITec, Ulm, Germany)를 이용해, HeNe laser을 이용하여 측정하였다. 분광계의 공간 분해능은 250 nm이다. 그림 상의 세 가지 픽은 (1350, 1580, and 2700 cm-l )은 각각 그래핀의 D-band, G-band, and 2D-band에 해당되며 이는 합성된 그래핀이 낮은 defects/disorde를 가진다는 것을 보여준다. 삽도는 금전극 위에 놓은 그래핀-CVD의 사진이며 그래핀의 전류-전압 특성 데이터는 도 1b에 나타나있다. The confocal Raman spectra of graphene synthesized by chemical vapor deposition were measured using a WITEC Alpha 300R Raman spectroscope (WITec, Ulm, Germany) using a HeNe laser. The spatial resolution of the spectrometer is 250 nm. Three kinds of the pick on the picture (1350, 1580, and 2700 cm -l) are respectively yes and that the D-band, G-band, and 2D-band of the pin which has a synthesized graphene with low defects / disorde is . The drawing is a photograph of a graphene-CVD film placed on a gold electrode, and the current-voltage characteristic data of the graphene film is shown in FIG.

PANI-ICE와 PANI-ED에 대해 상온에서 자외선-가시광선 흡수스펙트럼과 퓨리에변환 적외선 분광스펙트럼을 측정하였다. 도 5(a)에서 보는 것과 같이 두 물질 모두 유사한 형태의 흡수 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 퀴노이드(quinoid)에서 벤지노이드(benzenoid)로의 전이와 관련된 적외선 흡수 스펙트럼을 그림 S2(b)에서 분석해보면 두 물질 모두 0.98±0.02정도의 비슷한 세기 비율(intensity ratios) 을 얻을 수 있었으며, 이는 PANI-ICE와 PANI-ED 모두 비슷한 도핑레벨을 가지는 에메랄딘 염(emeraldine salt) 형태로 존재한다는 것을 나타낸다.PANI-ICE and PANI-ED were measured for UV-visible absorption spectra and Fourier transform infrared spectroscopy at room temperature. As shown in FIG. 5 (a), absorption spectra of both types were obtained in a similar manner. Analysis of the infrared absorption spectrum associated with the quinoid to benzenoid transition in Fig. S2 (b) showed a similar intensity ratios of 0.98 ± 0.02 for PANI- Indicating that both ICE and PANI-ED exist in the form of an emeraldine salt with similar doping levels.

우리는 서로 다른 -OH 작용기를 포함하는 기판에서 합성된 PANI 나노시트의 전기적 특징을 상온, 전압 -1.0 V 에서 1.0 V 범위에서 선형 스윕을 통해 전류-전압 특성을 측정하여 분석하였다. 도 6은 0℃ 유리 기판 위에서 합성된 PANI 나노시트의 전류-전압 특성곡선을 나타낸다. 흥미롭게도, 이렇게 합성된 PANI 나노시트는 결함이 많고 다공성의 구조를 보이며(삽도의 광학현미경 사진을 보면 알 수 있다.), 이는 수백 배나 낮은 전류 흐름으로 이어진다. 측정 된 결과를 통하여 계산된 전기전도도 값은 0.07 S/cm 로 매우 낮다. We analyzed the electrical characteristics of the PANI nanosheets synthesized on substrates containing different -OH functional groups by measuring the current-voltage characteristics through a linear sweep at room temperature, voltage-1.0 V to 1.0 V range. 6 shows current-voltage characteristic curves of PANI nanosheets synthesized on a 0 ° C glass substrate. Interestingly, the PANI nanosheets thus synthesized show defective and porous structure (as seen in the optical micrographs of the drawings), which leads to current flow that is several hundred times lower. The calculated electrical conductivity value is very low, 0.07 S / cm.

0 ℃, 유리 기판에서 PANI의 합성을 실시간으로 관측하였다. 도 7을 보면, 반응 초기에 수 마이크로미터의 크기를 가지는PANI의 결정 핵이 생성됨을 확인할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 서로 합쳐져 큰 PANI 구조를 이루게 되는 일반적인 결정 성장과정을 따른다. 이는 균일하게 대면적으로 합성되는 2차원 PANI 나노시트의 형성에 있어 얼음 표면에 존재하는 준정렬된(quasi-ordered) 물분자 층이 얼마나 중요한가를 명백하게 나타내고 있다.PANI synthesis was observed on glass substrates at 0 ℃ in real time. Referring to FIG. 7, it can be seen that crystal nuclei of PANI having a size of several micrometers are generated at the initial stage of the reaction, and they follow a general crystal growth process that forms a large PANI structure as time goes by. This clearly demonstrates the importance of the quasi-ordered water molecule layer present on the ice surface in the formation of uniformly large-area, two-dimensional PANI nanosheets.

Claims (12)

아닐린 나노 시트를 제조하는 방법에 있어서, 아닐린을 얼음 표면에서 중합하는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법.A method for producing an aniline nanosheet, comprising polymerizing aniline on an ice surface. 제1항에 있어서, 상기 아닐린은 얼음 표면에 적하, 캐스팅, 또는 코팅에 의해서 액체 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법. The method of claim 1, wherein the aniline is provided in a liquid state by dropping, casting, or coating on an ice surface. 제1항에 있어서, 상기 중합은 화학적 산화 중합인 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법. The method of claim 1, wherein the polymerization is a chemical oxidation polymerization. 제1항에 있어서, 상기 중합 반응은 0℃ 이하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법. 2. The method of claim 1, wherein the polymerization is performed at 0 DEG C or lower. 제1항에 있어서, 상기 얼음을 녹여서 중합된 나노시트를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법. The method of claim 1, further comprising melting the ice to separate the polymerized nanosheets. 제1항에 있어서, 상기 얼음은 얼음 기판인 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노시트 제조 방법.The method of claim 1, wherein the ice is an ice substrate. 제1항에 있어서, 상기 나노 시트는 10~40 nm 두께의 나노 시트인 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트 제조 방법.The method of claim 1, wherein the nanosheet is a nanosheet having a thickness of 10 to 40 nm. 얼음 표면에 특정 패턴을 형성하고, 상기 얼음 표면에서 아닐린을 중합하여 특정 패턴을 따라서 아닐린 나노 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 패턴 제조 방법. Wherein an aniline nanosheet is produced by forming a specific pattern on an ice surface and polymerizing the aniline on the ice surface to produce an aniline nanosheet according to a specific pattern. 퀴노이드 링들이 실질적으로 수직 방향으로 배열되고, 컨쥬게이트된 링들이 엣지-온(edge-on) π-π 배열을 이루는 사방정계(orthorhombic) 구조를 가지는 고전도성 결정성 아닐린 나노 시트.A highly conductive crystalline aniline nanosheet in which the quinoid rings are arranged in a substantially vertical direction and the conjugated rings have an orthorhombic structure in which they form an edge-on pi-pi arrangement. 제9항에 있어서, 상기 아닐린 나노 시트는 에메란딘 염으로 도핑된 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트.10. The highly conductive aniline nanosheet of claim 9, wherein the aniline nanosheet is doped with an emerandine salt. 제9항에 있어서, 상기 고전도성 아닐린 나노 시트는 10S/cm이상의 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 고전도성 아닐린 나노 시트.10. The highly conductive aniline nanosheet of claim 9, wherein the highly conductive aniline nanosheet has a conductivity of at least 10 S / cm. 얼음 기판, 및 상기 얼음 기판의 표면에 부착된 고전도성 아닐린 나노 시트f로 이루어진 복합체. An ice substrate, and a highly conductive aniline nanosheet f attached to the surface of the ice substrate.
KR1020150094331A 2015-04-16 2015-07-01 a method for manufacturing of 2D polyaniline nanosheet with high conductivity at ice surface KR102300217B1 (en)

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US15/998,982 US10475550B2 (en) 2015-04-16 2018-08-20 High-conductivity two-dimensional polyaniline nanosheets and method for fabricating the same

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