소개글
"전도성 고분자 특성"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 전도성 고분자의 정의와 특성
1.2. 전도성 고분자의 중요성 및 연구 동향
2. 전도성 고분자의 전기적 물성
2.1. 전기전도도와 저항의 관계
2.2. 결정성과 비결정성 고분자의 전기적 물성 차이
2.3. 결정화도가 전기적 물성에 미치는 영향
3. 전도성 고분자의 종류와 특징
3.1. 사슬형(aliphatic) 전도성 고분자
3.2. 방향족(aromatic) 전도성 고분자의 장점
4. 전도성 고분자의 분자구조와 전자구조
4.1. homopolymer와 copolymer의 특성 비교
4.2. copolymer의 전자구조와 전기적 물성
5. 전도성 고분자의 응용분야
5.1. 전도성 고분자의 가스센서 응용
5.2. 이온성 액체를 이용한 전도성 고분자의 특성 향상
6. 결론
6.1. 연구 결과 요약
6.2. 전도성 고분자의 향후 발전 전망
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 전도성 고분자의 정의와 특성
전도성 고분자는 전류를 전달할 수 있는 특성을 지닌 고분자이다. 일반 고분자와는 달리 주 사슬에 공액된 이중결합이 존재하여 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 구조로 인해 전도성 고분자는 금속과 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있다. 특히 도핑 과정을 통해 전기전도도를 크게 향상시킬 수 있어, 이를 이용한 다양한 전자소자 개발이 활발히 연구되고 있다. 일반 플라스틱의 단점인 절연성을 극복하고 전도성을 부여할 수 있다는 점에서 전도성 고분자는 매우 중요한 소재로 주목받고 있다. 또한 우수한 기계적 물성, 내화학성, 가공성 등의 고분자 특성도 지니고 있어, 전자, 에너지, 환경 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 매우 높다. 따라서 전도성 고분자는 차세대 첨단 기능성 소재로 인정받고 있다.
1.2. 전도성 고분자의 중요성 및 연구 동향
전도성 고분자는 전기적 전도성을 지닌 고분자 재료로, 기존의 절연성 플라스틱과는 달리 금속이나 반도체와 유사한 전기적 특성을 보인다. 이러한 전도성 고분자는 10-8 S/cm에서 100 S/cm에 이르는 광범위한 전기전도도 범위를 갖는데, 이는 도핑 등을 통해 조절이 가능하다.
전도성 고분자는 가볍고 유연하면서도 전기적 성질을 겸비하고 있어 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 특히 유기전자 소자, 디스플레이, 에너지 저장 소자, 센서 및 액추에이터와 같은 첨단 분야에서 주목받고 있다. 또한 전도성 고분자는 값이 저렴하고 합성이 용이하여 실용화에 유리한 장점을 가지고 있다.
최근에는 전도성 고분자의 전기적, 광학적, 기계적 물성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 예를 들어 고분자 사슬을 공액화하거나 도핑을 통해 전도도를 높이는 연구, 나노구조체를 형성하여 표면적을 증가시키는 연구, 다른 물질과의 복합화를 통해 물성을 개선하는 연구 등이 활발히 이루어지고 있다.
또한 전도성 고분자의 응용 범위를 넓히기 위해 전도성 고분자와 이온성 액체의 상호작용을 연구하는 등 새로운 접근 방식도 시도되고 있다. 이를 통해 전도성 고분자의 내열성, 내화학성, 기계적 강도 등을 향상시키고자 하는 노력이 이루어지고 있다.
이처럼 전도성 고분자는 기존 반도체 재료를 대체할 수 있는 유망한 물질로 주목받고 있으며, 앞으로도 지속적인 연구 개발을 통해 더욱 발전할 것으로 기대된다.
2. 전도성 고분자의 전기적 물성
2.1. 전기전도도와 저항의 관계
전류 I가 흐르고 있는 도선에서 전기장은 전위가 낮아지는 방향으로 향하고 있다. 전류를 양전하의 흐름으로 생각할 경우 양전하는 전류의 방향으로 이동한다. 이 도선에서 전기장이 일정할 경우 두 점 사이의 전압강하는 V이다. 전류의 방향으로 생기는 전압강하의 전류에 대한 비를 도선의 저항이라 부른다. V=IR은 Ohm's law이다.
물질이나 용액이 전하를 운반할 수 있는 정도를 전기전도도라 하며, 비저항의 역수이다. 단위는 지멘스(S, Siemens)/m나 1/Ωm를 사용한다. 물질의 저항을 R, 비저항을 ρ, 단면적을 S, 길이를 l이라 하면 R=ρl/S의 관계식이 성립하고, 전기전도도 L은 L=1/ρ=l/RS로 표현된다.
금속은 일반적으로 전기 저항이 적어 전기 전도도가 좋다. 전해질 용액의 전기 전도도는 이온의 농도 외에도 전극 사이의 거리, 전극의 단면적, 이온의 전하 크기, 온도 등에 의해 영향을 받는다. 전기전도도는 저항과 반비례한다.
2.2. 결정성과 비결정성 고분자의 전기적 물성 차이
결정성 고분자와 비결정성 고분자는 결정 유무에 따라 전기적 물성이 크게 다르다. 결정성 고분자는 결정 구조로 인해 분자간 규칙적인 배열이 많아져 전자가 이동하기 쉬운 통로가 형성된다. 따라서 결정성 고분자의 전기전도도가 비결정성 고분자에 비해 높다. 또한 결정성 고분자는 결정화도가 높을수록 분자간 결합력과 유리전이온도가 높아져 전기적 물성이 좋아진다.
반면 비결정성 고분자는 불규칙한 분자 배열로 인해 전자의 이동 통로가 잘 형성되지 않아 전기전도도가 낮다. 비결정성 고분자는 결정성이 없어 자유부피가 크고 유리전이온도가 낮아 전기적 물성이 떨어진다.
결정성과 비결정성의 차이로 ...
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