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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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최근 단일벽 탄소나노튜브 (single-walled carbon nanotube, SWCNT) 의 뛰어난
전기적 특성을 이용한 SWCNT 기반 투명 전도성 필름 (transparent conductive film,
TCF) 은 산화인듐 (indium tin oxide, ITO) 전극을 대체할 차세대 재료로서 주목을
받고 있다. SWCNT 본연의 뛰어난 전기적 특성을 유지하는 TCF 를 제작하기
위해서는 각 튜브간의 강한 π-π 결합으로 인해 서로 뭉쳐져 있는 상태로 존재하는
SWCNT 를 최대한 본래의 형태를 유지하며 높은 종횡비를 가지도록 분산하는 것이 가장 큰 과제이다. CNT 를 분산시키기 위하여 공유결합 기능화, 계면 활성제, 고분자
분산제 등 많은 방법들이 연구되고 있는데, 특히 고분자 분산제를 이용하는 기술은
최소한의 결함을 주며 높은 종횡비를 가지는 SWCNT 를 얻는데 아주 효과적이다.
이전 연구에서는 pol((2-(Dimethylamino) Ethyl Methacrylate)-co-Polystyrene)
(p(DMAEMA-co-St)를 고분자 분산제를 이용하여 높은 종횡비를 가지는 SWCNT
분산을 성공적으로 이루어 냈다. 한편, 뛰어난 SWCNT 분산 특성에도 불구하고 이를
이용해 제작된 TCF 의 면저항은 기대 이하의 수치였는데, 주사 전자 현미경 (scanning
electron microscopy, SEM) 으로 관찰한 결과 제작된 TCF 표면에 고분자 분산제가
많이 남아 있음을 확인할 수 있었다. 이 남아있는 고분자 분산제가 절연체 역할을
하며 SWCNT 망 내의 전자 이동을 방해함으로써 TCF 의 전도도 감소의 원인이 될 수
있으며, 따라서 고분자 분산제를 효과적으로 제거할 수 있는 후처리의 필요성을
인식하였다. 남아있는 분산제를 제거하기 위한 한 방법으로 산처리가 많이 연구되고
있으나 이는 산처리로 인한 도핑이 주위 환경에 의해 쉽게 디도핑되면서 다시
전도성이 감소하는 등의 불안정성을 나타낸다는 결과가 많이 보고되어 왔다.
본 연구에서는 SWCNT 에 비하여 상대적으로 낮은 온도에서도 특성변화 및
열분해 되는 고분자 재료 고유의 특성을 바탕으로, 폴리머로 분산된 단일벽
탄소나노튜브 기반 TCF 에 열처리를 실시하고 TCF 의 전도성을 향상시키고자 하였다. 시차 주사 열량 분석 (differential scanning calorimetry, DSC), 열중량분석
(thermogravimetric analysis, TGA), 적외선 분광법 (fourier transform infrared
spectroscopy, FT-IR) 및 Raman 분광법을 통하여 고분자 분산제의 열적 거동을 분석
후 최적의 열처리 조건을 구축하였다. 또한 주사 전자 현미경 (scanning electron
microscope, SEM), 원자력간 현미경 (atomic force microscope, AFM) 그리고 나노 압입
분석 (nano-indentation) 이 열처리에 따른 필름 형태 변화 및 두께 변화관찰을 위하여
사용되었다. 또한 X 선 광전자분광법 (x-ray photoemission spectroscopy) 를 통해
열처리 후에 TCF 상에 남아있는 polymer 가 일부 제거되었음을 정량분석 하였다.
전기적 특성을 이용한 SWCNT 기반 투명 전도성 필름 (transparent conductive film,
TCF) 은 산화인듐 (indium tin oxide, ITO) 전극을 대체할 차세대 재료로서 주목을
받고 있다. SWCNT 본연의 뛰어난 전기적 특성을 유지하는 TCF 를 제작하기
위해서는 각 튜브간의 강한 π-π 결합으로 인해 서로 뭉쳐져 있는 상태로 존재하는
SWCNT 를 최대한 본래의 형태를 유지하며 높은 종횡비를 가지도록 분산하는 것이 가장 큰 과제이다. CNT 를 분산시키기 위하여 공유결합 기능화, 계면 활성제, 고분자
분산제 등 많은 방법들이 연구되고 있는데, 특히 고분자 분산제를 이용하는 기술은
최소한의 결함을 주며 높은 종횡비를 가지는 SWCNT 를 얻는데 아주 효과적이다.
이전 연구에서는 pol((2-(Dimethylamino) Ethyl Methacrylate)-co-Polystyrene)
(p(DMAEMA-co-St)를 고분자 분산제를 이용하여 높은 종횡비를 가지는 SWCNT
분산을 성공적으로 이루어 냈다. 한편, 뛰어난 SWCNT 분산 특성에도 불구하고 이를
이용해 제작된 TCF 의 면저항은 기대 이하의 수치였는데, 주사 전자 현미경 (scanning
electron microscopy, SEM) 으로 관찰한 결과 제작된 TCF 표면에 고분자 분산제가
많이 남아 있음을 확인할 수 있었다. 이 남아있는 고분자 분산제가 절연체 역할을
하며 SWCNT 망 내의 전자 이동을 방해함으로써 TCF 의 전도도 감소의 원인이 될 수
있으며, 따라서 고분자 분산제를 효과적으로 제거할 수 있는 후처리의 필요성을
인식하였다. 남아있는 분산제를 제거하기 위한 한 방법으로 산처리가 많이 연구되고
있으나 이는 산처리로 인한 도핑이 주위 환경에 의해 쉽게 디도핑되면서 다시
전도성이 감소하는 등의 불안정성을 나타낸다는 결과가 많이 보고되어 왔다.
본 연구에서는 SWCNT 에 비하여 상대적으로 낮은 온도에서도 특성변화 및
열분해 되는 고분자 재료 고유의 특성을 바탕으로, 폴리머로 분산된 단일벽
탄소나노튜브 기반 TCF 에 열처리를 실시하고 TCF 의 전도성을 향상시키고자 하였다. 시차 주사 열량 분석 (differential scanning calorimetry, DSC), 열중량분석
(thermogravimetric analysis, TGA), 적외선 분광법 (fourier transform infrared
spectroscopy, FT-IR) 및 Raman 분광법을 통하여 고분자 분산제의 열적 거동을 분석
후 최적의 열처리 조건을 구축하였다. 또한 주사 전자 현미경 (scanning electron
microscope, SEM), 원자력간 현미경 (atomic force microscope, AFM) 그리고 나노 압입
분석 (nano-indentation) 이 열처리에 따른 필름 형태 변화 및 두께 변화관찰을 위하여
사용되었다. 또한 X 선 광전자분광법 (x-ray photoemission spectroscopy) 를 통해
열처리 후에 TCF 상에 남아있는 polymer 가 일부 제거되었음을 정량분석 하였다.
목차
1.INTRODUCTION 12.EXPERIMENTAL 62.1 Materials 62.2 Synthesis of polymeric dispersant 72.3 Dispersion of SWCNTs 82.4 Preparation of transparent conductive films 82.5 Post-thermal treatment 92.6 Instruments 103.RESULTS AND DISCUSSION 133.1Synthesis of polymeric dispersant 133.2Dispersion of SWCNT and fabrication of SWCNT TCFs 143.3Post thermal treatment 153.3.1Thermal behaviour of p(DMAEMA-co-St) 153.3.2Optimization of thermal treatment 163.3.3Raman analysis 183.3.4FT-IR analysis of p(DMAEMA-co-St) 193.3.5Quantitative analysis by XPS 213.3.6Morphological changes on SWCNT TCF 223.3.6.1SEM observation 223.3.6.2Reduction of film thickness and surface roughness by AFM 243.3.6.3Nano-indentation result 263.3.7Overall concept of thermal treatment 263.3.8Change of Rs versus transmittance plot 284.CONCLUSION 305.REFERENCES 32
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