KR20210011348A - 복합체 및 이를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자 - Google Patents

복합체 및 이를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자 Download PDF

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김태현
보나노미 루카
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다라이오 키아라
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Abstract

펙틴(pectin) 또는 펙틴 유도체를 포함하는 고분자 네트워크; 상기 고분자 네트워크에 분산된 다가 알코올 화합물; 및 상기 고분자 네트워크의 주쇄에 존재하는 음이온과 배위된 다가 금속 이온을 포함하는 복합체 및 이를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자를 제공한다.

Description

복합체 및 이를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자{COMPOSITE AND INFRARED ABSORBER, THIN FILM, PHOTOELECTRIC DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING SAME}
복합체 및 이를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자에 관한 것이다.
휴대 가능한 스마트 전자제품(portable and smart electronics)의 개발은 인간과 전자 제품의 상호작용과 소통하는 방식의 변화를 초래하고 있다. 예컨대, 인간과 전자 제품들 간의 친밀한 접촉이 지속적으로 향상되고 있어 기대하기로는, 머지 않은 미래에 다양한 응용 분야에서 타인 및 다른 제품과 상호작용 및 소통하기 위해 웨어러블(wearable) 전자 제품이 사람에게 제2의 피부로서 역할을 하게 될 수 있다.
그 결과, 이러한 전자 소자들에서 사용을 위해 사람 피부처럼 연신(stretchable)될 수 있고 인간의 다양한 동작들을 견딜 수 있을 정도로 변형 가능한 전자 재료, 예컨대, 고분자 재료에 대한 관심이 높아지고 있다.
일 구현예는 기계적 특성, 전기적 특성 및 연신성(stretchability)을 동시에 만족할 수 있는 복합체를 제공한다.
다른 구현예는 상기 복합체를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 펙틴(pectin) 또는 펙틴 유도체를 포함하는 고분자 네트워크; 상기 고분자 네트워크 내에 존재하는 친수성기를 가지는 저분자 화합물; 및 상기 고분자 네트워크의 고분자 사슬에 존재하는 음이온과 배위된 다가 금속 이온을 포함하는 복합체를 제공한다.
상기 고분자 네트워크를 형성하는 고분자 사슬은 복합체의 총부피에 대하여 50 부피% 이상 99 부피% 이하로 포함될 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물에서 친수성기는 히드록실기, 카르복실기, 에스테르기, 에테르기, 아민기, 아미노기, 이소시아네이트기 또는 우레탄기일 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 선형 또는 분지형 C1 내지 C30 알칸, C3 내지 C30 사이클로알칸, C3 내지 C30 헤테로사이클로알칸, C6 내지 C30 아렌 또는 C3 내지 C30 헤테로아렌에 적어도 하나의 친수성기가 결합되어 있는 유기 화합물일 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세롤(glycerol) 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 약 500 g/mol 이하의 분자량을 가질 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 복합체의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상 45 부피% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 다가 금속 이온은 2가 또는 3가의 금속 이온일 수 있다. 상기 다가 금속 이온의 구체적인 예로는 Ca, Al, Cu, Co, Ba, Zn, Fe, Mn, Mg, Sr, Ba, Cr, Ti, Zr, Mo, V, 또는 이들의 조합이 있다.
상기 다가 금속 이온은 복합체의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상 5 부피% 이하로 포함될 수 있다.
상기 복합체는 보강제를 더 포함할 수 있으며, 상기 보강제는 그래파이트, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 그래파이트 나노플레이트, 플러렌, 플러렌 유도체, 양자점, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 보강제는 복합체의 총부피에 대하여 5 부피% 이하로 포함될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 복합체를 포함하는 적외선 흡수체, 박막, 광전 소자 및 전자 소자를 제공한다.
상기 복합체는 우수한 전하 이동성과 전기적 특성을 유지하면서 연신성을 향상시킬 수 있으므로 높은 연신성과 치유 능력이 필요한 전자 소자에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 복합체의 개략도이다.
도 2는 복합체를 구성하는 고분자와 다가 금속 이온의 배위 결합 상태를 보인 도면이다.
도 3은 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터의 개략적 단면도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 다른 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 유기 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 또 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이다.
도 8은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 항복 연신율을 보인 그래프이다.
도 9는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 물 보유량을 보인 그래프이다.
도 10는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 전도도를 보인 그래프이다.
도 11은 실시예 1, 실시예 5, 비교예 2 및 비교예 3에 따른 박막의 온도 변화에 따른 전류 측정 결과를 보인 그래프이다.
도 12A는 실시예 1에 따른 박막에 가해진 온도 변화 사이클을 보인 도면이고 도 12B는 검출된 전류를 도시한 도면이다.
도 13은 실시예 1, 실시예 5 및 비교예 2에 따른 박막의 온도 변화에 따른 TCR (temperature coefficient of resistance) 측정 결과를 보인 그래프이다.
도 14는 실시예 1, 실시예 9 및 실시예 10에 따른 박막의 적외선 흡수도를 보인 그래프이다.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참고하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 통상 사용되는 사전에서 정의된 용어들은, 관련 기술 분야 및 본 명세서의 문맥 내에서 이들의 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 여기서 특별히 정의하지 않는 한 이상화되고 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타낸다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 명세서에서, 층, 막, 영역, 판 등의 제1 요소가 제2 요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우(즉 다른 부분위에 간접적으로 존재하는 경우)도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 상기 다른 부분 위에 존재하는 것은 다른 부분의 상부 또는 하부에 존재하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "치환된"이란, 화합물 또는 작용기 중의 수소 원자가 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C1 내지 C20 알콕시기, C1 내지 C20 할로알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한 이하에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로" 란, 주어진 기 또는 화합물에 N, O, S, Si, Se, 및 P 에서 선택된 헤테로 원자가 1 내지 3개 포함한 것을 의미한다.
이하에서 "조합"이란 둘 이상의 혼합, 둘 이상의 적층 구조 또는 상호치환을 포함한다.
이하에서 도 1과 도 2를 참고하여 일 구현예에 따른 복합체를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 복합체의 개략도이고 도 2는 복합체를 구성하는 고분자와 다가 금속 이온의 배위 결합 상태를 보인 도면이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 복합체(1)는 펙틴(pectin) 또는 펙틴 유도체를 포함하는 고분자 네트워크(2); 상기 고분자 네트워크(2) 내에 존재하는(예를 들어 고분자 네트워크(2) 내에 분산된) 친수성기(hydrophilic group)를 가지는 저분자 화합물(5); 및 상기 고분자 네트워크(2)의 골격(backbone, 고분자 사슬, 3)에 존재하는 음이온과 배위된 다가 금속 이온(7)을 포함한다.
상기 펙틴 또는 펙틴 유도체는 갈락트우론산(galacturonic acid) 및 치환된 갈락트우론산이 축합 결합으로 생성된 고분자이다.
상기 펙틴 또는 펙틴 유도체는 약 3,000 이상의 중량 평균 분자량을 가질 수 있으며, 예컨대 약 4000 이상, 약 5000 이상, 약 6000, 약 7000 이상, 약 8000 이상, 약 9000 이상 또는 약 10000 이상 및 3,000,000 이하, 2,900,000 이하, 2,800,000 이하, 2,700,000 이하, 2,600,000 이하 또는 2,500,000 이하의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위로 사용되는 경우 복합체를 제조하기 위한 조성물의 코팅성을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 고분자 네트워크(2)는 펙틴 또는 펙틴 유도체의 호모폴리머의 고분자 사슬(3)을 포함할 수 있다.
상기 펙틴 또는 펙틴 유도체는 호모갈락트우로난(homogalacturonan), 람노갈락트우로난(rhamonogalacturonan (I 및 II)), 자일로갈락트우로난(xylogalacturonan) 및 아라비노갈락탄(arabinogalactan)일 수 있다.
상기 펙틴 또는 펙틴 유도체를 구성하는 갈락트우론산의 카르복실기는 에스테르화되어 있을 수 있다. 따라서 상기 펙틴은 저메톡실(LM) 펙틴, 고메톡실(HM) 펙틴, 아미드화 고메톡실 펙틴, 아미드화 저메톡실 펙틴 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 저메톡실 펙틴은 50% 미만의 카르복실기가 에스테르화된 펙틴을 의미한다. 상기 고메톡실 펙틴은 50% 이상의 카르복실기가 에스테르화된 펙틴을 의미한다. 일 구현예에서 20% 이상, 예컨대 25% 이상 또는 30% 이상 및 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하 또는 45% 이하의 카르복실기가 에스테르화되어 있을 수 있다.
상기 카르복실기의 에스테르화(esterification)는 고분자 네트워크(2)의 형성에 영향을 미칠 수 있으며 에스테르화된 사슬은 수소결합(hydrogen bonding) 및 소수성 상호작용(hydrophobic interactions)으로 가교되어 형성될 수 있다. 에스테르화되지 않고 카르복실기(charged moieties)를 포함하는 사슬은 고분자 사슬의 분자간 인력(intermolecular attraction)이 증가된 친수성 영역을 형성하고 상기 친수성 영역에 물 분자(9)를 보유할 수 있다.
상기 고분자 네트워크(2)의 고분자 사슬(3)은 후술하는 다가 금속 이온(양이온)과 정전기적 상호작용(electrostatic interactions)으로 배위 결합(coordinate bond)을 형성할 수 있다. 도 1에서 상기와 같이 배위 결합이 형성된 영역(네모로 표시)을 확대하여 도 2에 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 사슬(3)의 카르복실레이트기(COO-)와 다가 금속 이온(7)의 배위 결합은 이웃하는 사슬간의 접합영역(junction zones)을 형성한다.
상기와 같은 가교구조는 주변상황(예를 들어 온도)에 따라 고분자 네트워크(2)의 고분자 사슬(3)과 다가 금속 이온(7)이 재배열되어 이를 포함하는 복합체(1)에 높은 전하 이동성(mobility)을 부여할 수 있으며, 이로써 복합체(1)의 전도성(conductivity)을 향상시킬 수 있다.
상기 고분자 네트워크(2)를 형성하는 고분자 사슬(3)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 50 부피% 이상, 예를 들어 55 부피% 이상, 60 부피% 이상, 65 부피% 이상 또는 70 부피% 이상일 수 있다. 또한 상기 고분자 사슬(3)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 99 부피% 이하, 예를 들어 95 부피% 이하, 90 부피% 이하, 85 부피% 이하 또는 80 부피% 이하일 수 있다. 상기 범위에서 복합체(1)의 기계적 물성과 전기적 물성을 용이하게 제어할 수 있다.
펙틴을 포함하는 박막은 연신이 가능하지 않으므로(non-stretchable) 유연성(flexibility)과 연신성을 요구하는 전자 피부(e-skins) 및 웨어러블 전자 소자에 적용되기 곤란하다. 일 구현예에서는 복합체(1)에 유연성과 연신성을 부여하기 위하여 친수성기(hydrophilic group)를 가지는 저분자 화합물(5)을 도입한다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)에서 친수성기는 히드록실기, 카르복실기, 에스테르기, 에테르기, 아민기, 아미노기, 이소시아네이트기 또는 우레탄기일 수 있다. 상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 가소제(plasticizer)로 작용하여 고분자 네트워크(2)의 물성을 저해하지 않으면서 고분자 네트워크(2)의 유연성과 연신성을 부여할 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 분자량이 작아 고분자 네트워크(2)의 고분자 사슬(3)간의 분자간 공간(intermolecular space)에 존재하여 수소결합을 형성할 수 있으며, 고분자 사슬(3)간의 상호작용을 감소시켜 고분자 사슬(3)의 전하 이동성을 증가시킬 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 고분자 네트워크(2)의 고분자 사슬(3)에 존재하는 카르복실기 또는 히드록실기와 반응하여 공유결합을 형성할 수도 있다. 예를 들어 친수성기로 히드록실기를 포함하는 저분자 화합물은 고분자 사슬(3)의 카르복실산과 반응(예를 들어 hydroxyl-hydroxyl 또는 hydroxyl-carbonyl condensation reactions)으로 에스테르 결합을 형성할 수 있다. 또한 친수성기로 이소시아네이트기를 포함하는 저분자 화합물은 고분자 사슬(3)의 히드록실기와 반응하여 우레탄 결합을 형성할 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 고분자 네트워크(2) 내에 다량의 물분자(9)가 보유될 수 있도록 할 수 있다. 고분자 네트워크(2)에 물을 많이 보유하게 되면 전하 이동성을 향상시킬 수 있고 온도 감응성(temperature responsivity)을 향상시킬 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 고분자 사슬(3)의 극성 부위(polar site)를 용매화(solvate)함으로써 고분자 사슬(3)의 친수성 부위(3A)를 차단(screen)시켜 고분자 사슬(3)의 분자간 인력(intermolecular attraction)을 감소시킬 수 있다. 이로써 복합체(1)가 유연성을 가지게 되고 감소된 전기 저항을 가질 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 알코올 화합물, 카르복실산 화합물, 에스테르 화합물, 에테르 화합물, 아민 화합물, 이소시아네이트 화합물, 우레탄 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 선형 또는 분지형 C1 내지 C30 알칸, C3 내지 C30 사이클로알칸, C3 내지 C30 헤테로사이클로알칸, C6 내지 C30 아렌 또는 C3 내지 C30 헤테로아렌에 적어도 하나의 친수성기가 결합되어 있는 유기 화합물일 수 있다.
상기 알코올 화합물은 선형 또는 분지형 알칸에 적어도 하나의 히드록시기를 포함하는 알코올 화합물, 예를 들어 다가 알코올 화합물일 수 있다. 상기 다가 알코올 화합물의 예로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 등의 2가 알코올 또는 글리세롤(glycerol) 등의 3가 알코올이 사용될 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 약 500 g/mol 이하, 약 450 g/mol 이하, 약 400 g/mol 이하, 약 350 g/mol 이하, 약 300 g/mol 이하, 약 250 g/mol 이하, 약 240 g/mol 이하, 약 230 g/mol 이하, 약 220 g/mol 이하, 약 210 g/mol 이하 또는 200 g/mol 이하의 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위의 분자량을 가지는 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)은 고분자 네트워크(2)에 분산되어 고분자 사슬(3) 사이의 분자간 인력(intermolecular attraction)을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상, 예를 들어 0.2 부피% 이상, 0.3 부피% 이상, 0.4 부피% 이상 또는 0.5 부피% 이상일 수 있다. 또한 상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물(5)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 45 부피% 이하, 예를 들어 40 부피% 이하, 35 부피% 이하, 30 부피% 이하, 25 부피% 이하, 20 부피% 이하, 15 부피% 이하 또는 10 부피% 이하일 수 있다. 상기 범위에서 고분자의 사슬간 결합을 효과적으로 감소시켜 복합체(1)에 높은 연신성, 기계적 물성 및 전기적 특성을 부여할 수 있다.
상기 다가 금속 이온(7)은 고분자 네트워크(2)의 고분자 사슬(3)과 정전기적 상호작용으로 배위 결합을 형성할 수 있다. 다가 금속 이온(7)은 2가 또는 3가의 금속 이온일 수 있다. 상기 다가 금속 이온(7)의 구체적인 예로는 Ca, Al, Cu, Co, Ba, Zn, Fe, Mn, Mg, Sr, Ba, Cr, Ti, Zr, Mo, V, 또는 이들의 조합이 있다.
상기 다가 금속 이온(7)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상, 예를 들어 0.2 부피% 이상, 0.3 부피% 이상, 0.4 부피% 이상 또는 0.5 부피% 이상일 수 있다. 또한 상기 다가 금속 이온(7)의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 5 부피% 이하, 예를 들어 4.5 부피% 이하, 4.0 부피% 이하, 3.5 부피% 이하 또는 3.0 부피% 이하일 수 있다. 상기 범위에서 복합체(1)의 유연성, 연신성 및 전기적 특성을 개선할 수 있다.
상기 복합체(1)는 기계적 물성을 향상시키기 위한 보강제를 더 포함할 수 있으며, 상기 보강제는 그래파이트, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 그래파이트 나노플레이트, 플러렌, 플러렌 유도체, 양자점, 금속 산화물(예컨대, 실리카, 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2), ZnO, SnO2, Sb2O3, 베마이트, 인듐 틴 옥사이드(ITO) 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 보강제는 구형인 것이 좋다.
일 예로, 양자점은 II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족- VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI족 반도체 화합물, II-III-V족 반도체 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 보강제는 고분자 네트워크(2)의 내부에(예를 들어 분산되어) 존재한다.
상기 보강제의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상, 예를 들어 0.2 부피% 이상, 0.3 부피% 이상, 0.4 부피% 이상 또는 0.5 부피% 이상일 수 있다. 또한 상기 (복합체(1)에 포함된) 보강제의 함량은 복합체(1)의 총부피에 대하여 5 부피% 이하, 예를 들어 4.5 부피% 이하, 4.0 부피% 이하, 3.5 부피% 이하 또는 3.0 부피% 이하일 수 있다. 상기 범위에서 복합체(1)의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
상기 복합체(1)는 박막 형태로 제조될 수 있다. 상기 박막은 친수성기를 가지는 저분자 화합물에 다가 금속의 염을 용해하여 용액을 얻고, 상기 용액과 펙틴 또는 펙틴 유도체의 용액을 혼합하여 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 기재 위에 도포한 후 건조하는 공정에 의해 제조할 수 있다.
상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물과 펙틴 또는 펙틴 유도체는 상기 설명된 바와 같다.
상기 펙틴 또는 펙틴 유도체의 용액은 펙틴 또는 펙틴 유도체를 물, 알코올(예컨대, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등) 등의 용매에 분산시켜 얻을 수 있다.
상기 다가 금속의 염은 다가 금속을 포함하는 할라이드, 카르복실레이트, 아세틸아세토네이트, 하이드록사이드, 나이트레이트, 설페이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 다가 금속은 2가 또는 3가의 금속일 수 있다. 상기 다가 금속의 구체적인 예로는 Ca, Al, Cu, Co, Ba, Zn, Fe, Mn, Mg, Sr, Ba, Cr, Ti, Zr, Mo, V, 또는 이들의 조합이 있다.
상기 기재는 예컨대 유리 기재 또는 고분자 기재일 수 있으며, 상기 고분자 기재는 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기재 위에 조성물을 적용하는 단계는 예컨대 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 인쇄 등에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에서 조성물을 적용하는 단계는 예컨대 스핀 코팅에 의해 수행될 수 있다.
상기와 같이 제조된 박막은 탄성 기재(e.g. SEBS) 위로 전사(transfer)될 수도 있으며, 예컨대 탄성 기재를 상기 박막과 접촉시켜 기재로부터 탄성 기재로 박막을 전사시킨 후 기재를 제거할 수 있다.
전술한 복합체는 유연성과 연신성 등이 우수하며 전하 이동성과 전기 전도성이 우수하고, 장파장 영역에서의 흡수도, 예를 들어 약 1 마이크로미터(㎛) 내지 약 20 마이크로미터(㎛)의 적외선 영역의 빛에 대한 흡수도가 우수하다. 따라서 상기 복합체는 (예를 들어 박막 형태의) 적외선 흡수체로 사용될 수 있어, 적외선을 흡수하는 광전 소자 및 유기 센서에 적용될 수 있다. 또한 온도 감응성(temperature responsivity)이 우수하여 상기 복합체를 적용한 소자의 경우 온도 감응성을 향상시키기 위한 냉각기가 필요 없어 소자를 소형화할 수 있다.
전술한 복합체는 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다. 예컨대 상기 박막 형태의 복합체는 박막 트랜지스터, 광검출기, 광전 소자, 태양 전지, 유기 발광 표시 장치 및 유기 센서와 같은 전자 소자에서 전하 수송층 및/또는 광전변환층(활성층) 또는 적외광 흡수 필름으로 적용될 수 있다. 또한, 전자 소자는 연신가능한(stretchable) 유기 발광 표시 장치, 연신가능한 인체 움직임 센서(human motion sensor), 연신가능한 인공 근육 또는 연신가능한 엑츄에이터(actuator)일 수 있다.
이하 복합체를 포함하는 박막 트랜지스터의 일 예에 대하여 도 3을 참고하여 설명한다. 도 3은 일 구현예에 따른 박막 트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 상기 박막 트랜지스터(10)는, 기판(11), 절연층(13), 반도체층(15), 소스 전극(17) 및 드레인 전극(19)을 포함한다.
상기 기판(11)는 게이트 전극을 포함할 수도 있고, 전체로서 게이트 전극의 역할을 하는 것일 수 있다. 상기 기판(11)은 투명한 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 게이트 전극은 실리콘 기판 내에 고농도 도핑되어 형성되거나 절연성 기판 (예컨대, PDMS, SEBS 등 고무, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등 폴리머 기재)에 배치된 도전층(예컨대, 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 또는 이들의 조합으로 만들어진 금속층 또는 CNT 층)일 수 있다.
상기 기판(11) 위에 절연층(13)이 위치한다. 상기 절연층(13)은, 게이트 전극과 소스 전극(17), 드레인 전극(19) 및 반도체층(15)을 분리한다. 상기 절연층(13)은 무기 재료 박막 또는 유기 폴리머 필름일 수 있다. 무기 재료의 예는 산화규소, 질화규소, 산화알루미늄, 티탄산바륨 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 유기 폴리머의 예는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(비닐 페놀), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리(메타크릴레이트), 폴리(아크릴레이트), 에폭시 수지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 복합체를 포함하는 박막이 탄성 기재 위로 전사되어 제조되는 경우 상기 탄성 기재는 절연층 역할을 할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 절연층(13)은 전술한 복합체 1를 포함하는 박막일 수 있다.
상기 절연층(13)의 두께는 절연성 재료의 유전율에 따라 달라질 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 절연층(13)은 약 10 nm 이상, 예를 들어 50 nm 이상, 또는 100 nm 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 절연층(13)은 약 2000 nm 이하, 예를 들어, 약 500 nm 이하일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 절연층(13)의 전도도는, 약 10-12 S/cm 또는 그 이하일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 절연층(13) 위에 반도체층(15)이 위치하며, 상기 반도체층(15)은 전술한 복합체를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 반도체층(13)은 전술한 복합체 1를 포함하는 박막일 수 있다.
상기 반도체층(15) 위에는 상기 반도체층(15)과 전기적으로 연결된 소스 전극(17)과 드레인 전극(19)이 위치한다.
소스 전극(17) 및 드레인 전극(19)을 위한 재료의 예는 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이들의 합금 등의 금속, 도전성 폴리머, 및 도전성 잉크를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 소스 전극(17) 및 드레인 전극(19)의 두께는 적절히 선택할 수 있다.
여기서는 박막 트랜지스터의 일 예로서 탑 컨택/바텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터를 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 바텀 컨택/탑 게이트 구조, 바텀 컨택/바텀 게이트 구조, 탑 컨택/탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터 등 모든 구조의 박막 트랜지스터에 동일하게 적용할 수 있다.
상기 복합체를 포함하는 박막 트랜지스터는 다양한 전자 소자의 스위칭 소자 또는 구동 소자로 적용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 전자 소자는 연신 가능한 전자소자일 수 있다. 예컨대, 상기 전자 소자는, 연신성 유기 발광 다이오드 디스플레이, 연신성 인체 움직임 센서(human motion sensor), 연신성 인공 근육, 인공기관(prosthetics) 또는 연신성 엑츄에이터(actuator)일 수 있다.
일 구현예에서, 전술한 복합체는 광전 소자에 적용될 수 있다.
이하 도 4를 참고하여 일 구현예에 따른 광전 소자를 설명한다.
도 4는 일 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(101)과 제2 전극(103), 그리고 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 사이에 위치하는 광전변환층(105)을 포함한다.
제1 전극(101)과 제2 전극(103) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)와 같은 투명 도전체, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 중 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
상기 광전변환층(105)은 p형 반도체 화합물과 n형 반도체 화합물이 포함되어 Bulk heterojunction (BHJ)을 형성하는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하는 층이다.
일 구현예에서, 상기 층들(101, 103, 105)중 하나 이상 또는 모두는 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다. 예를 들어 광전변환층(105)은 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다.
이하 도 5를 참고하여 다른 구현예에 따른 광전 소자에 대하여 설명한다.
도 5는 다른 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 구현예에 따른 광전 소자(200)는 전술한 도 4에 도시된 구현예와 마찬가지로 서로 마주하는 제1 전극(101)과 제2 전극(103), 그리고 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 사이에 위치하는 광전변환층(105)을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 광전 소자(200)는 전술한 도 4에 도시된 구현예와 달리 제1 전극(101)과 광전변환층(105) 사이 및 제2 전극(103)과 광전변환층(105) 사이에 각각 전하 보조층(107, 109)을 더 포함한다. 전하 보조층(107, 109)은 광전변환층(105)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 효율을 높일 수 있다.
전하 보조층(107, 109)은 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 보조층(107, 109)은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
상기 전하 보조층(107, 109)중 하나는 생략될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 층들(101, 103, 105, 107, 109)중 하나 이상 또는 모두는 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다. 예를 들어 광전변환층(105)은 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다.
상기 광전 소자(100)는 유기 센서, 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 및 발광 소자 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 센서는 유기 CMOS 센서일 수 있으며, 예컨대 유기 CMOS 적외광 센서 또는 유기 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
도 6은 일 구현예에 따른 유기 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 센서(300)는 반도체 기판(110), 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있다. 전하 저장소(55)는 후술하는 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 반도체 기판(110)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
절연층(80) 위에는 전술한 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(101), 제2 전극(103) 및 광전변환층(105)을 포함한다.
제1 전극(101)과 제2 전극(103)은 모두 투명 전극일 수 있으며, 광전변환층(105)은 전술한 바와 같다. 광전변환층(105)은 적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 제2 전극(103)측으로부터 입사된 광은 광전변환층(105) 에 의해 적외선 파장 영역에서 높은 흡광 특성을 가질 수 있고 이에 따라 양호한 광전변환 특성을 나타낼 수 있다.
도 6에서는 도 4의 광전 소자를 포함한 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 도 5의 광전 소자를 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 상기 구성요소들(110, 55, 80, 85, 101, 103, 105)중 하나 이상 또는 모두는 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다. 예를 들어 광전변환층(105)은 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다.
광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 구현예에 따른 유기 센서는 유기 적외광 센서일 수 있으며, 예컨대 홍채 센서(iris sensor) 또는 거리 센서(depth sensor)일 수 있다.
홍채 센서(iris sensor)는 사람마다 각기 다른 홍채의 특성을 이용하여 개인 신원을 파악하는 센서로, 사용자와의 적절한 거리 내에서 센서를 통해 사용자의 눈을 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하여 미리 저장된 이미지와 비교함으로써 홍채 인식 동작을 수행할 수 있다.
거리 센서(depth sensor)는 3차원 객체의 정보로부터 객체의 형상이나 위치를 파악하는 센서로, 사용자와의 적절한 거리 내에서 센서를 통해 객체를 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하여 객체 형상이나 위치를 확인할 수 있다. 이러한 거리 센서는 예컨대 얼굴 인식 센서로 사용될 수 있다.
도 7은 또 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 센서는 유기 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
도 7을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 센서(400)는 광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70a, 70b. 70c), 상부 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b, 50c)는 광 다이오드일 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 광 감지 소자(50a)는 적색 화소에 포함되고 광 감지 소자(50b)는 녹색 화소에 포함되고 광 감지 소자(50c)는 청색 화소에 포함될 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b, 50c)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50a, 50b)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다.
하부 절연막(60) 위에는 색 필터(70a, 70b, 70c)가 형성되어 있다. 색 필터(70a, 70b, 70c)는 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70a), 녹색 화소에 형성되어 있는 녹색 필터(70b) 및 청색 화소에 형성되어 있는 청색 필터(70c)를 포함한다.
색 필터(70a, 70b, 70c) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터(70a, 70b, 70c)에 의한 단차를 제거하고 평탄화할 수 있다. 상기 상부 절연층(80)은 도 6에 도시된 유기 센서(300)의 절연층(80)과 동일한 물질 조성을 가질 수 있다.
상부 절연층(80) 위에는 전술한 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(101), 광전변환층(105) 및 제2 전극(103)을 포함한다. 도면에서는 제1 전극(101), 광전변환층(105) 및 제2 전극(103)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(103), 광전변환층(105) 및 제1 전극(101)의 순서로 배치될 수도 있다.
도 7에서는 도 4의 광전 소자를 포함한 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 도 5의 광전 소자를 포함할 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 구성요소들(110, 50a 내지 50c, 60, 80, 85, 70a-70c, 101, 103, 105 110)중 하나 이상 또는 모두는 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다. 예를 들어 광전변환층(105)은 상기 복합체(1)를 포함할 수 있다.
제1 전극(101)과 제2 전극(103)은 모두 투명 전극일 수 있으며, 광전변환층(105)은 전술한 바와 같다. 광전변환층(105)은 적외선 파장 영역의 광을 흡수하여 광전변환할 수 있다.
제2 전극(103) 측으로부터 입사된 광은 광전변환층(105)에서 근적외선 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전변환될 수 있다. 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(101) 및 색 필터(70a, 70b, 70c)를 통과할 수 있고, 색 필터(70a)를 통과한 적색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50a)에 의해 센싱될 수 있고 색 필터(70b)를 통과한 녹색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50b)에 의해 센싱될 수 있고 색 필터(70c)를 통과한 청색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50c)에 의해 센싱될 수 있다.
전술한 유기 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 카메라, 캠코더, 이들을 내장한 모바일 폰, 디스플레이 장치, 보안 장치 또는 의료 장치 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에서 상기 전자 장치는 전술한 복합체(1)를 포함할 수 있다.
이하에서는 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 전술한 구현예들을 예시 또는 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되지 않는다.
실시예
실시예 1: 복합체를 포함하는 박막 제조
저메톡실(LM) 펙틴(34% degree of methylation) 분말 탈이온수에 2 중량%의 농도로 80 ℃에서 용해시키고 균일한 펙틴 수용액이 얻어질 때까지 교반한다. 32 mM CaCl2 용액과 저분자 화합물로서 글리세롤을 혼합하여 CaCl2/글리세롤 용액을 제조한다. 상기 글리세롤의 사용량은 최종 박막에서 글리세롤의 함량은 2.5 부피%가 되도록 조절한다. 상기 펙틴 수용액을 몰드에 주입한 후 상기 CaCl2/글리세롤 용액을 첨가하여 겔화시킨다. 겔화 반응 후에 얻어진 박막을 상온에서 하룻밤 동안 건조한다.
실시예 2 내지 4: 복합체를 포함하는 박막 제조
최종 박막에서 글리세롤의 함량이 5 부피%, 7.5 부피% 및 10 부피%가 되도록 글리세롤의 사용량을 변화시킨 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 박막을 제조한다.
실시예 5 내지 8: 복합체를 포함하는 박막 제조
CaCl2 대신 CuCl2를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 박막을 제조한다.
실시예 9: 복합체를 포함하는 박막 제조
저메톡실(LM) 펙틴(34% degree of methylation) 분말 탈이온수에 2 중량%의 농도로 80 ℃에서 용해시키고 균일한 펙틴 수용액이 얻어질 때까지 교반한다. 그래파이트를 글리세롤에 분산시켜 그래파이트 분산액을 제조한다. 32 mM CaCl2 용액과 저분자 화합물로서 글리세롤을 혼합하여 CaCl2/글리세롤 용액을 제조한다. 제조된 그래파이트 분산액과 CaCl2/글리세롤 용액을 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 그래파이트의 사용량은 최종 박막에서 그래파이트의 함량이 0.1 부피%가 되도록 조절하고, 글리세롤의 사용량은 최종 박막에서 글리세롤의 함량은 2.5 부피%가 되도록 조절한다. 상기 펙틴 수용액을 몰드에 주입한 후 상기 혼합물을 첨가하여 겔화시킨다. 겔화 반응 후에 얻어진 박막을 상온에서 하룻밤 동안 건조한다.
실시예 10: 복합체를 포함하는 박막 제조
최종 박막에서 그래파이트의 함량이 1 부피%가 되도록 조절한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 방법으로 박막을 제조한다.
비교예 1: 복합체를 포함하는 박막 제조
글리세롤을 사용하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 박막을 제조한다.
비교예 2: 박막 제조
바나듐 옥사이드를 증착하여 박막을 제조한다.
비교예 3: 박막 제조
폴리비닐알코올을 1.5 중량%의 농도로 물에 분산시킨 후 도포한 후 건조하여 박막을 제조한다.
평가
평가 1: 기계적 강도
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3에 따른 박막을 6 cm Х 1 cm로 잘라 직사각형을 샘플을 제작한 후 tensile testing machine(Instron사, Instron E3000)을 사용하여 인장강도를 측정한다. 인장강도 테스트는 0.1%/s로 샘플의 파괴(fracture)시까지 실시하여 얻어진 stress-strain 그래프(curve)로부터 항복 연신율(elongation at break)을 산출한다. 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 도 8에 도시한다. 도 8은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 항복 연신율을 보인 그래프이다. 도 8을 참고하면 글리세롤을 포함하지 않는 비교예 1에 따른 박막에 비하여 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 항복 연신율이 크게 증가하였음을 알 수 있다.
평가 2: 물 보유량(Water Uptake)
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3의 박막에 대하여 각각 5개의 정사각형 샘플(면적: 1 cm2)을 제조하고 오븐에서 6시간 동안 탈수시켜 탈수된 박막의 무게를 측정한 후 탈수된 박막에 탈이온수를 하룻밤 동안 흡습시킨다. 흡습 후에 남아있는 물을 제거한 후 물 보유량을 하기 식 1에 따라 계산한다.
[식 1]
Figure pat00001
상기 식 1에서 w0는 탈수된 박막의 중량이고 wt는 함습된 박막의 중량이다.
이중 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 계산된 물 보유량을 도 9에 도시한다. 도 9는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 물 보유량을 보인 그래프이다. 도 9를 참고하면 글리세롤을 포함하지 않는 비교예 1에 따른 박막에 비하여 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 물 보유량이 크게 증가하였음을 알 수 있다. 이로써 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 전하 이동성이 비교예 1에 따른 박막에 비하여 우수함을 알 수 있다.
평가 3: 전기적 전도도
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3에 따른 박막을 두 개의 카본 전극(면적: 1 cm2) 사이에 끼우고 임피던스를 Zurich Instruments MFIA Impedance Analyzer를 사용하여 측정한다. 박막의 전도도를 하기 식 2에 따라 계산한다.
[식 2]
Figure pat00002
상기 식에서 Rb는 저항값(bulk resistance)이고, d는 박막의 두께이고 A는 박막의 면적이다.
이중 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 전도도를 도 10에 도시한다. 도 10는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 전도도를 보인 그래프이다. 도 10을 참고하면 글리세롤을 포함하지 않는 비교예 1에 따른 박막에 비하여 실시예 1 내지 4에 따른 박막의 전도도가 크게 증가하였음을 알 수 있다.
평가 4: 온도 감응성(Temperature Responsivity)
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3에 따른 박막을 카본 테이프에 각각 전기적으로 연결하여 2-channel source meter (Keithley 2636B)로 온도 변화에 따른 전류를 측정한다.
이중 실시예 1, 실시예 5, 비교예 2 및 비교예 3에 따른 박막의 전류 측정 결과를 도 11에 도시한다. 도 11은 실시예 1, 실시예 5, 비교예 2 및 비교예 3에 따른 박막의 온도 변화에 따른 전류 측정 결과를 보인 그래프이다. 도 11을 참고하면 실시예 1과 실시예 5에 따른 박막이 비교예 2와 비교예 3에 따른 박막에 비하여 온도 감응성이 우수함을 알 수 있다.
온도변화를 40000 사이클 진행할 경우 박막에 검출되는 전류를 측정하여 도 12A와 도 12B에 도시한다. 도 12A는 실시예 1에 따른 박막에 가해진 온도 변화 사이클을 보인 도면이고 도 12B는 검출된 전류를 도시한 도면이다. 도 12A와 도 12B를 참고하면 온도 변화 사이클과 동일한 곡선의 전류가 검출되었으며 이로써 실시예 1에 따른 박막의 온도 변화에 따른 전류 검출강도가 우수함을 알 수 있다,
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3에 따른 박막을 카본 테이프에 각각 전기적으로 연결하여 2-channel source meter (Keithley 2636B)로 온도 변화에 따른 TCR(temperature coefficient of resistance)를 측정한다.
이중 실시예 1, 실시예 5 및 비교예 2에 따른 박막의 온도 변화에 따른 TCR 측정 결과를 도 13에 도시한다. 도 13은 실시예 1, 실시예 5 및 비교예 2에 따른 박막의 온도 변화에 따른 TCR 측정 결과를 보인 그래프이다. 도 13을 참고하면 실시예 1과 실시예 5에 따른 박막이 TCR이 높고 일정한 변화를 보이는 것으로부터 온도 감응성이 우수함을 알 수 있으며 이에 비하여 비교예 2에 따른 박막은 온도에 따라 매우 불규칙한 반응을 보임을 알 수 있다.
평가 5: 적외선 흡수도
실시예 1 내지 10의 박막에 대하여 FT-IR 스펙트로미터를 이용하여 흡수도를 평가한다. 이중 실시예 1, 실시예 9 및 실시예 10에 따른 박막의 흡수도를 도 14에 도시한다. 도 14를 참고하면 실시예 1, 실시예 9 및 실시예 10에 따른 박막이 모두 적외선 영역에서 흡수도가 우수함을 알 수 있다.
이상에서 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 복합체 2: 고분자 네트워크
3: 고분자 사슬 5: 저분자 화합물
7: 다가 금속 이온 10: 박막 트랜지스터
11, 110: 기판 13: 절연층
15: 반도체층 17: 소스 전극
19: 드레인 전극 100: 광전 소자
101: 제1 전극 103: 제2 전극
105: 광전변환층 107, 109: 전하 보조층
80: 절연층

Claims (16)

  1. 펙틴(pectin) 또는 펙틴 유도체를 포함하는 고분자 네트워크; 상기 고분자 네트워크내에 존재하는 친수성기를 가지는 저분자 화합물; 및 상기 고분자 네트워크의 주쇄에 존재하는 음이온과 배위된 다가 금속 이온을 포함하는 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 네트워크를 형성하는 고분자 사슬은 복합체의 총부피에 대하여 50 부피% 이상 99 부피% 이하로 포함되는 복합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물에서 친수성기는 히드록실기, 카르복실기, 에스테르기, 에테르기, 아민기, 아미노기, 이소시아네이트기 또는 우레탄기인 복합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 선형 또는 분지형 C1 내지 C30 알칸, C3 내지 C30 사이클로알칸, C3 내지 C30 헤테로사이클로알칸, C6 내지 C30 아렌 또는 C3 내지 C30 헤테로아렌에 적어도 하나의 친수성기가 결합되어 있는 유기 화합물인 복합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세롤(glycerol) 또는 이들의 조합인 복합체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 500 g/mol 이하의 분자량을 가지는 복합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 친수성기를 가지는 저분자 화합물은 복합체의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상 45 부피% 이하의 함량으로 포함되는 복합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다가 금속 이온은 2가 또는 3가의 금속 이온인 복합체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다가 금속 이온은 Ca, Al, Cu, Co, Ba, Zn, Fe, Mn, Mg, Sr, Ba, Cr, Ti, Zr, Mo, V 또는 이들의 조합인 복합체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다가 금속 이온은 복합체의 총부피에 대하여 0.1 부피% 이상 5 부피% 이하로 포함되는 복합체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합체는 보강제를 더 포함하며, 상기 보강제는 그래파이트, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 그래파이트 나노플레이트, 플러렌, 플러렌 유도체, 양자점, 금속 산화물 또는 이들의 조합인 복합체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보강제는 복합체의 총부피에 대하여 5 부피% 이하로 포함되는 복합체.
  13. 제1항 내지 제12항중 어느 하나의 항에 따른 복합체를 포함하는 적외선 흡수체.
  14. 제1항 내지 제12항중 어느 하나의 항에 따른 복합체를 포함하는 박막.
  15. 제1항 내지 제12항중 어느 하나의 항에 따른 복합체를 포함하는 광전 소자.
  16. 제1항 내지 제12항중 어느 하나의 항에 따른 복합체를 포함하는 전자 소자.
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