소개글
"전도성 고분자 특성"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 전도성 고분자 특성 개요
1.2. 전도성 고분자의 구조와 물성
1.3. 전도성 고분자의 응용 분야
2. 전도성 고분자 PANI
2.1. PANI의 특징 및 구조
2.2. PANI의 전기전도 메커니즘
2.3. PANI의 합성 방법
3. 이온성 액체와 전도성 고분자의 상호작용
3.1. 이온성 액체의 특성
3.2. PANI와 이온성 액체의 복합체 형성
3.3. 복합체의 전기적, 광학적 특성 향상
4. 전도성 고분자 기반 가스센서
4.1. 전도성 고분자를 이용한 가스 감지
4.2. PANI 나노구조체의 가스 감지 특성
4.3. PANI/이온성 액체 복합체의 가스 감지 성능
5. 결론
5.1. 연구 결과 요약
5.2. 전도성 고분자 가스센서의 발전 방향
5.3. 향후 연구 과제
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 전도성 고분자 특성 개요
전도성 고분자는 일반 플라스틱과는 달리 전류가 흘러갈 수 있는 특성을 가지고 있다. 이는 고분자 사슬 내 공액 이중결합 구조 때문인데, 이 구조에서 전자가 자유롭게 이동할 수 있기 때문이다. 공액 고분자는 환원과 산화 과정을 거치면서 가역적인 전기전도도 변화를 보인다. 전도성 고분자는 일반 금속에 비해 가공성이 우수하고 가벼우며 내식성이 좋은 장점이 있다. 따라서 전기전자 분야, 에너지 소재, 센서 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 특히 전도성 고분자는 화학 도핑을 통해 물성을 조절할 수 있어 용도에 따른 맞춤형 소재 개발이 가능하다. 최근에는 전도성 고분자와 이온성 액체의 복합체 형태로 개발되어 우수한 전기적, 광학적 특성을 보이고 있다. 이를 통해 고성능 센서, 에너지 저장 소자 등 다양한 응용이 기대되고 있다. [1,2,3]
1.2. 전도성 고분자의 구조와 물성
전도성 고분자는 주사슬에 공액 결합을 가지고 있어 전자가 이동할 수 있는 경로가 생성되므로 우수한 전기전도성을 나타낸다. 전도성 고분자는 일반 플라스틱과 달리 결정성과 비결정성에 따라 물성이 크게 달라진다.
결정성 고분자는 규칙적인 분자 배열로 인해 기계적 강도가 크고 내화학성, 내열성이 우수하지만 대부분 불투명한 특성을 가진다. 반면 비결정성 고분자는 분자 배열이 불규칙하여 기계적 강도는 낮지만 투명한 특성을 나타낸다.
전도성 고분자의 전기적 물성에는 결정화도뿐만 아니라 유리전이온도, 분자량, 입체규칙성, 측쇄의 특성 등 다양한 요인이 영향을 미친다. 일반적으로 결정성이 높을수록 자유 전자나 정공의 이동도가 향상되어 전도도가 증가한다. 이는 결정 구조가 규칙적이어서 전하 운반체의 이동이 용이하기 때문이다.
사슬형 고분자인 폴리아세틸렌이 최초의 전도성 고분자로 발견되었지만, 현재는 안정성이 더 우수한 방향족 고분자가 주로 사용된다. 방향족 고분자는 사슬형 고분자에 비해 산화에 대한 안정성이 뛰어나고 전도도가 크며 다양한 물성 조절이 가능하다는 장점이 있다.
1.3. 전도성 고분자의 응용 분야
전도성 고분자는 다양한 분야에 응용되고 있다. 우선 전도성 고분자는 전자 소자 분야에 활용되는데, 이는 고분자 자체가 반도체 특성을 가지기 때문이다. 전도성 고분자는 유기 전자 소자, 유기 발광 다이오드(OLED), 유기 태양전지 등에 응용되고 있다. 또한 전도성 고분자는 대기 센서, 가스 센서, 화학 센서 등 다양한 센서로 활용된다. 전도성 고분자는 감응 메커니즘이 간단하고 상온에서 동작할 수 있어 이러한 센서 분야에 적합하다.
전도성 고분자는 전극 재료로도 사용된다. 전도성이 높고 내화학성이 우수하여 리튬 이온 배터리, 슈퍼커패시터, 연료전지 등의 전극 재료로 각광받고 있다. 이와 더불어 전도성 고분자는 부식 방지 코팅, 정전기 방지 코팅 등 다양한 표면 코팅 분야에 활용되고 있다.
또한 전도성 고분자는 인체에 적용되는 인공근육, 조직 공학 등의 바이오 재료로도 연구되고 있다. 이는 전도성 고분자가 생체 적합성이 뛰어나기 때문이다.
이처럼 전도성 고분자는 전자, 에너지, 센서, 코팅, 바이오 재료 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히 전도성 고분자의 우수한 전기적, 광학적, 기계적 물성으로 인해 앞으로 그 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대된다.
2. 전도성 고분자 PANI
2.1. PANI의 특징 및 구조
폴리아닐린(PANI)의 특징 및 구조
폴리아닐린은 대표적인 전도성 고분자 중 하나이다. 폴리아닐린은 1834년 Runge의 실험에서 어두운 초록색 색깔이 검은색으로 변하는 것이 보고되면서 처음 발견되었다. 이후 1977년 이후 MacDigamid, Heeger 등의 연구진에 의해 폴리아닐린의 분자구조와 전도 메커니즘 등에 대한 다양한 연구 결과가 발표되면서 폴리아닐린이 주목을 받게 되었다.
폴리아닐린의 분자구조는 backbone에 benzene 고리와 질소 원자가 교대로 나타나는 alternating heterocycle 구조를 갖고 있다. 폴리아닐린은 합성 과정에서 산화상태에 따라 leucoemeraldine, emeraldine, pernigraniline 등 다양한 구조를 가질 수 있다. 이 중 부분 산화된 형태인 emeraldine 염기 형태의 폴리아닐린은 양성자 산으로 도핑될 때 전기전도도가 크게 증가하는 특성을 나타낸다. 이는 polaron, bipolaron, soliton band 등의 부분적으로 전하를 띠는 입자들...
참고 자료
물리학 하, Paul A, Tipler, Gene Mosca, 물리학교재편찬위원회[2012]
과학용어사전, 뉴턴편집부, 현춘수, 뉴턴코리아[2010]
김석, 강진영, 이성구, 이재락, 박수진, MCM-41/Poly(ethlyene oxide)복합체로 구성된 고분자 전해질의 제조와 전기화학적 특성, 한국화학연구원, Vol. 29, No. 4, p 403-407, 2005
T. A. Skotheim, R. L. Elsenbaumer, J. R. Reynolds Eds., Handbook of Conducting Polymers 2nd ed. (Marcel Dekker, New York, 1998).
김진곤, 블록공중합체(BCP)의 원리 및 응용, NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERRS, vol. 28, No. 6, 2010
박영돈, 고분자 수업자료, 에너지화학공학과, 2021
Chiang, C. K.; Fincher, C. R.; Park, Y. W.; Heeger, A. J.; Shirakawa, H.; Louis, E. J.; Gau, S. C.; Macdiarmid, A. G. Phys. Rev. Lett . 1977, 39 , 1098-1101.
Ivory, D. M.; Miller, G. G.; Sowa, J. M.; Shacklette, L. W.; Chance, R. R.; Baughman, R. H. J. Chem. Phys. 1979, 71 , 1506-1507.
Gagnon, D. R.; Capistran, J, D.; Karasz, F. E.; Lenz, R. W. PolymC ommun. 1984, 12 , 293-298.
Lin, J. W.; Dudek, L. P. J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1980, 182869-2873.
Reynolds, J. R. Chem. Tech , 1988, 18 , 440-447.
Diaz, A. F.; Kanazawa, K. K.; Gadini, G. P. J. Chem. Soc. Chem.Commun. 1979, 14 , 634-635.
Su, W. P.; Schrieffer, R.; Heeger, A. J. Phys. Rev. Lett . 1979, 42 , 1698-1701.
Heeger, A. J.; Kivelson, S.; Schrieffer, J. R.; Su, W. P. Rev. Mod. Phys . 1988, 60 , 781-850.
Schon, J. H.; Kloc, C.; Batlogg, B. Nature 2000, 406 , 702-704.
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