KR20180080441A - Non-amphiphilic polymer film and preparing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본원은, 비양쪽성 고분자 막, 및 상기 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an amorphous polymer film, and a process for producing the amorphous polymer film.
공액 고분자(conjugated polymer)들은 전계 효과 트랜지스터(field effect transistors, FET), 유기 발광 다이오드, 및 태양 전지와 같은 광전자 디바이스에서 그들의 광학 및 전기적 특성 및 그들의 응용에 대해 널리 연구되어 왔다. 고성능 공액 고분자 디바이스를 제조하는 데에 있어 중요한 도전 과제는 공액 고분자들의 광학 및 이동 특성이 그들의 패킹 구조 및 나노스케일 형태(nanoscale morphology)에 크게 의존한다는 것이다. 스핀-코팅과 같은 통상적인 기술에 의해 제조된 공액 고분자 막은 일반적으로 나노스케일 결정질 도메인들로 구성되며, 전하 트래핑 위치로서 작용하는 결정립계(grain boundary)를 함유한다. 따라서, 용매 및 열 어닐링과 같은 공정을 채택함으로써 공액 고분자의 박막(thin film) 형태를 개선하기 위한 많은 연구들이 있었다.BACKGROUND OF THE INVENTION Conjugated polymers have been extensively studied for their optical and electrical properties and their applications in optoelectronic devices such as field effect transistors (FETs), organic light emitting diodes, and solar cells. An important challenge in fabricating high performance conjugated polymer devices is that the optical and transport properties of conjugated polymers are highly dependent on their packing structure and nanoscale morphology. Conjugated polymer membranes prepared by conventional techniques such as spin-coating generally consist of nanoscale crystalline domains and contain grain boundaries that serve as charge trapping sites. Thus, there have been many studies to improve the thin film morphology of conjugated polymers by adopting processes such as solvent and thermal annealing.
최근, 연구자들은 용액-상 자기조립에 기초한 고분자 형태를 제어하기 위한 새로운 접근법을 연구했다. 예를 들어, Ito 등은 폴리(3-알킬티오펜)[poly(3-alkylthiophene, P3AT]을 먼저 고온에서 아니솔(anisole)과 같은 한계성 용매(marginal solvent)에 용해시킨 다음, 고분자의 결정화를 유도하기 위해 상기 용액을 냉각함으로써 균일한 나노파이버들을 형성할 수 있음을 입증하였다. 다른 그룹에서는, 공액 블록 공중합체를 합성하여 잘-정렬된 나노파이버로 조립시켰다. 이러한 노력의 주된 동기는 제어된 패킹 구조를 갖는 공액 고분자들의 나노스케일 조립을 준비하고, 이것들을 공액 고분자들의 잘-배열된 계층적 조립을 제조하기 위한 빌딩 블록으로서 사용하는 것이다. 그러나, 나노스케일 고분자 빌딩 블록들을 2 차원 또는 3 차원 확장된 어레이로 형성하는 것은 어려운 과제이며, 따라서 상기 2 단계 계층적 자기조립 접근은 지금까지 제한된 성공만을 거두었다.In recent years, researchers have explored a novel approach to controlling polymer morphology based on solution-phase self-assembly. For example, Ito et al. First dissolve poly (3-alkylthiophene, P3AT) in a marginal solvent such as anisole at high temperature and then crystallize the polymer In another group, the conjugated block copolymers were synthesized and assembled into well-aligned nanofibers. The main motivation for this effort was controlled The nanoscale polymeric building blocks can be prepared in a two- or three-dimensional (3D) manner by preparing nanoscale assemblies of conjugated polymers having a packing structure and using them as building blocks for producing well-ordered hierarchical assembly of conjugated polymers. It is a difficult task to form an extended array, and thus the two-step hierarchical self-assembly approach has achieved limited success so far.
대한민국 공개특허 제2011-0046111호는, 폴리(3-헥실티오펜) 기반 블록공중합체의 자기조립 구조 제어방법에 대해 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2011-0046111 discloses a method for controlling the self-assembled structure of a poly (3-hexylthiophene) based block copolymer.
본원은, 비양쪽성 고분자 막, 및 상기 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides an amorphous polymer film and a method for producing the amorphous polymer film.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 비양쪽성 고분자-함유 용액을 서브페이즈(subphase) 액체 표면에 적가하고; 및 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라 상기 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것을 포함하는, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법을 제공한다.A first aspect of the invention is directed to a process for preparing a polymeric material, comprising: dropping an amorphous polymer-containing solution onto a subphase liquid surface; And forming the non-ampholytic polymer film by evaporating the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution at the sub-phase liquid-air interface.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1측면에 따른 방법에 따라 제조되는, 비양쪽성 고분자 막을 제공한다.A second aspect of the present invention provides an amorphous polymeric membrane produced according to the method according to the first aspect of the present application.
본원의 일 구현예에 따르면, 서브페이즈 액체-공기 계면에서 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT]의 용매를 느리게 증발시킴으로써 조밀하게 팩킹된 나노와이어 어레이를 포함하는 단일중합체인 비양쪽성 P3HT 막을 수득할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure there is provided a process for the preparation of a single solution comprising a tightly packed nanowire array by slow evaporation of a solvent of poly (3-hexylthiophene), P3HT] at the sub- An amorphous P3HT film which is a polymer can be obtained.
본원의 일 구현예에 따른 상기 비양쪽성 고분자 막은, 절연 블록이 없기 때문에 종래 스핀-캐스팅 막 및 다른 P3HT 나노와이어 기반 막 보다 더 높은 정공 이동도(hole mobility) 및 전도도를 나타내며, 이에 따라 디바이스 응용을 위해 고체 기재로 용이하게 전사될 수 있다.The non-amorphous polymer film according to one embodiment of the present invention exhibits higher hole mobility and conductivity than conventional spin-cast films and other P3HT nanowire-based films due to the absence of an insulating block, Lt; RTI ID = 0.0 > solid substrate. ≪ / RTI >
본원의 일 구현예에 따른 상기 비양쪽성 고분자 막은, 종래 블록 공중합체를 이용한 고분자 막에 비하여 합성 및 정제가 용이하다는 장점을 갖는다.The non-amorphous polymer membrane according to one embodiment of the present invention has an advantage that it is easier to synthesize and purify than a polymer membrane using a conventional block copolymer.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 다양한 서브페이즈 액체를 이용함으로써, 양쪽성 고분자에 국한되던 종래의 서브페이즈 액체-공기 계면 자기조립과 달리, 비양쪽성 고분자이며 단일중합체인 P3HT을 이용하여 서브페이즈 액체-계면에서 자기조립된 대면적의 초박막을 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present application, by utilizing various sub-phase liquids at the sub-phase liquid-air interface, unlike conventional sub-phase liquid-air interface self-assembly confined to ampholytic polymers, P3HT can be used to manufacture a large area self-assembled ultra thin film at the sub-phase liquid-interface.
도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리(3-헥실티오펜) [poly(3-hexylthiophene, P3HT]의 합성도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT의 대표 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT의 GPC 크로마토그램(SPD trace, 450 nm)이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT 막의 액체-공기 계면 자기조립(air-liquid interfacial self-assembly, ALISA)에 대한 개략도이다.
도 5의 (a) 내지 (e)는, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT 막의 저배율 TEM 이미지(a), 정렬된 나노와이어 어레이를 나타내는 고배율 TEM 이미지(b), 상기 (b)의 FFT 이미지(c), 이미지 J 소프트웨어에 의해 구성된 나노와이어 어레이의 상이한 도메인을 나타내는 색-구분 TEM 이미지(d), 및 P3HT 나노와이어의 구조적 모델(e)이다.
도 6의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 다양한 농도의 톨루엔 용액에서 자기조립된 P3HT 막의 TEM 이미지로서, 각각 30 μM(a), 50 μM(b), 80 μM(c), 및 80 μM(d) (200 μL)의 톨루엔 용액을 나타낸다.
도 7의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 저분자량 및 고분자량 P3HT를 이용하여 제조된 P3HT 막의 TEM 이미지로서, 각각, (a) 짧은 길이(Mw= 3.4 kDa), (b) 중간 길이(Mw= 5.1 kDa), 및 (c) 가장 긴 길이(Mw= 50 kDa)의 자기조립된 P3HT 나노와이어들을 나타낸다.
도 8의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 극성의 서브페이즈 액체를 이용하여 제조된 P3HT 막의 TEM 이미지로서, 각각, DEG(a), TGEE(b), 및 글리세롤(c)에서의 조립된 P3HT 고분자 구조를 나타낸다.
도 9의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 순수 및 산화된 P3HT의 UV-vis 스펙트럼(a) 및 계산된 흡광 계수 값(b)을 나타낸 그래프로서, 상기 흡광 계수 값은 Beer의 법칙을 이용하여, 각각 2.51×105 및 1.81×105로 계산되었다.
도 9의 (c) 및 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 갓 제조된 P3HT(c), 및 분해된 P3HT 고분자(d)를 이용한 자기조립된 ALISA P3HT 막의 TEM 이미지이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT 막의 FET 특성을 나타낸 것으로서, 각각 막 트랜지스터 구조를 나타내는 개략도(a), 나노와이어 막 및 스핀-캐스팅된 벌크 막을 기반으로 한 상기 디바이스에 대한 상이한 게이트 전압 조건을 갖는 전류 밀도 대 소스-드레인 바이어스 전압(b), 및 나노와이어 막 및 스핀-캐스팅된 벌크 막을 기반으로한 상기 디바이스에 대한 게이트 효과(c)를 나타낸다.
도 11의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, P3HT30의 ALISA 막에 대한 용매 어닐링 효과로서, 각각, 용매 증기 없이 조립된 나노와이어(a), 및 챔버에서 포화된 용매 증기로 조립된 나노와이어(b)를 나타낸다.
도 11의 (c) 및 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상기 (a) 및 (b)의 배향 색지도(orientation color map)를 나타낸다.
도 11의 (e) 및 도 11의 (f)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 도 11의 (c) 및 도 11의 (d)의 각 색상에 따른 통계적 데이터를 나타낸다.1 is a synthesis diagram of poly (3-hexylthiophene, P3HT) in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing a representative 1 H NMR spectrum of P3HT in one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a GPC chromatogram (SPD trace, 450 nm) of P3HT in one embodiment of the invention.
4 is a schematic view of an air-liquid interfacial self-assembly (ALISA) of a P3HT film, in one embodiment of the present invention.
5A-5E illustrate a low magnification TEM image (a) of a P3HT film, a high magnification TEM image (b) representing an aligned nanowire array, an FFT image of FIG. (c), a color-delimited TEM image (d) representing the different domains of the nanowire array constructed by the image J software, and a structural model (e) of the P3HT nanowire.
Figures 6 (a) - (d) are graphs showing TEM images of P3HT membranes self-assembled in varying concentrations of toluene in an embodiment of the present invention at 30 [mu] M (a), 50 [ (c), and 80 [mu] M (d) (200 [mu] L).
7A to 7C are TEM images of a P3HT film prepared using a low molecular weight and high molecular weight P3HT, respectively, in one embodiment of the present invention, each of (a) a short length (Mw = 3.4 kDa) , (b) middle length (Mw = 5.1 kDa), and (c) longest length (Mw = 50 kDa).
Figures 8 (a) - (c) illustrate, in an embodiment of the present invention, a TEM image of a P3HT film made using sub-phase liquids of different polarity, comprising DEG (a), TGEE Shows the assembled P3HT polymer structure in glycerol (c).
9A and 9B are graphs showing the UV-vis spectrum (a) and the calculated extinction coefficient value (b) of pure and oxidized P3HT in one embodiment of the present invention, wherein the extinction coefficient The values were calculated to be 2.51 × 10 5 and 1.81 × 10 5 , respectively, using Beer's law.
Figures 9 (c) and 9 (d) are TEM images of self-assembled ALISA P3HT membranes using freshly prepared P3HT (c) and degraded P3HT polymer (d), in one embodiment of the invention.
10 (a) to 10 (c) are graphs showing FET characteristics of a P3HT film in one embodiment of the present invention, which are schematic views (a) showing a film transistor structure, a nanowire film and a spin- (B) the current density versus source-drain bias voltage (b) with different gate voltage conditions for the device, and the gate effect (c) for the device based on the nanowire film and the spin-cast bulk film.
Figures 11 (a) and 11 (b) show, in an embodiment of the invention, the solvent annealing effect on the ALISA film of P3HT 30 , each of which comprises nanowire (a) assembled without solvent vapor, (B) nanowires assembled with solvent vapor.
11 (c) and 11 (d) show orientation color maps of the above (a) and (b), respectively, in one embodiment of the present invention.
Figs. 11 (e) and 11 (f) show statistical data according to the hues shown in Figs. 11 (c) and 11 (d) in the embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, "막"의 기재는 막, 박막(thin film), 초박막(ultrathin film), 필름(film), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.Throughout this specification, the substrate of a "film" may be one comprising a film, a thin film, an ultrathin film, a film, and combinations thereof.
본원 명세서 전체에서, "서브페이즈(subphase)" 또는 "서브페이스"의 기재는, 액체-공기 계면에서 막 또는 레이어를 형성하고자 할 때 사용되는 액체를 의미하는 것으로, 상기 서브페이즈 액체와 공기 사이의 계면에서 막 또는 레이어가 형성된다. 막 또는 레이어의 형성은 서브페이즈 액체를 추가한 뒤, 상기 서브페이즈 액체 상에 막 또는 레이어를 형성하고자 하는 물질을 포함하는 용액을 스프레딩하여, 상기 용액의 용매가 증발됨에 따라 자기조립이 진행되어 원하는 막 또는 레이어가 형성된다. 상기 서브페이즈 액체는 형성하고자 하는 막 또는 레이어의 종류, 두께, 또는 면적에 따라서 그 종류가 상이해질 수 있으며, 상기 서브페이즈 액체는 상기 막 또는 레이어를 형성하고자 하는 물질을 포함하는 용액과 혼합되지 않는 것일 수 있다. Throughout the present specification, the phrase "subphase" or "subphase" means a liquid used when a membrane or layer is to be formed at the liquid-air interface, A film or a layer is formed at the interface. Formation of a film or a layer is accomplished by adding a sub-phase liquid, spreading a solution containing the substance to be formed on the sub-phase liquid, or by self-assembling as the solvent of the solution evaporates A desired film or layer is formed. The sub-phase liquid may be different in kind depending on the kind, thickness, or area of the film or layer to be formed, and the sub-phase liquid may be mixed with the solution containing the substance to be formed Lt; / RTI >
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, 비양쪽성 고분자-함유 용액을 서브페이즈(subphase) 액체 표면에 적가하고; 및 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라 상기 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것을 포함하는, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법을 제공한다.A first aspect of the invention is directed to a process for preparing a polymeric material, comprising: dropping an amorphous polymer-containing solution onto a subphase liquid surface; And forming the non-ampholytic polymer film by evaporating the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution at the sub-phase liquid-air interface.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자가 자기조립됨에 따라 상기 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 느리게 증발함에 따라, 상기 서브페이즈 액체 표면에 대면적의 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer film may be formed as the non-ampholytic polymer is self-assembled at the sub-phase liquid-air interface. For example, as the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution slowly evaporates at the sub-phase liquid-air interface, a large-sized non-ampholytic polymer film may be formed on the surface of the sub-phase liquid.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체는 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액과 혼합되지 않는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 물, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 모노에틸 에테르, 글리세롤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the subphase liquid can be used without limitation as long as it is not mixed with the non-ampholytic polymer-containing solution, and examples thereof include water, diethylene glycol, triethylene monoethyl ether, glycerol, But are not limited to, materials selected from the group consisting of combinations thereof, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매는 사용되는 비양쪽성 고분자의 종류에 따라 상이할 수 있으며, 예를 들어, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로메탄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution may be different depending on the type of the non-ampholytic polymer to be used, for example, toluene, chloroform, dichloromethane, But are not limited to, those selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 >
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막은 상기 비양쪽성 고분자의 나노와이어들의 어레이를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라, 상기 비양쪽성 고분자 가닥들(strands)이 1 차원 와이어들로 팩킹됨과 동시에 고분자 나노와이어가 자기조립되어, 잘-정렬된(well-aligned) 나노와이어들의 어레이를 포함하는 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer membrane may comprise an array of nanowires of the non-ampholytic polymer. For example, as the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution evaporates at the sub-phase liquid-air interface, the non-ampholytic polymer strands are packed with one-dimensional wires and the polymer nanowires Self assembled to form an amorphous polymeric film comprising an array of well-aligned nanowires.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭은 약 7 nm 내지 약 16 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭은 약 7 nm 내지 약 16 nm, 약 7 nm 내지 약 14 nm, 약 7 nm 내지 약 12 nm, 약 7 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 16 nm, 약 10 nm 내지 약 14 nm, 약 10 nm 내지 약 12 nm, 약 12 nm 내지 약 16 nm, 약 12 nm 내지 약 14 nm, 또는 약 14 nm 내지 약 16 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the width of the nanowire of the amorphous polymer film may be about 7 nm to about 16 nm, but may not be limited thereto. For example, the width of the nanowires of the non-ampholytic polymer membrane may be from about 7 nm to about 16 nm, from about 7 nm to about 14 nm, from about 7 nm to about 12 nm, from about 7 nm to about 10 nm, From about 10 nm to about 14 nm, from about 10 nm to about 12 nm, from about 12 nm to about 16 nm, from about 12 nm to about 14 nm, or from about 14 nm to about 16 nm, But may not be limited.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 단일중합체(homopolymer)를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer may comprise a homopolymer.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 폴리티오펜 계열, 또는 폴리파라페닐렌 비닐렌[poly(p-phenylene vinylene), PPV] 계열일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the non-amorphous polymer may be a polythiophene series or a poly (p-phenylene vinylene) (PPV) series.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리티오펜 계열은 PCDTBT{poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]}, PCPDTBT{poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]}, 폴리(3-알킬티오펜), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the polythiophene series is a poly (N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di- 2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)]}, PCPDTBT {poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ (3-alkylthiophene), and combinations thereof, but is not limited thereto. The term " polythiophene " .
예를 들어, 상기 폴리(3-알킬티오펜)은 폴리(3-헥실티오펜), 폴리(3-부틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 상기 폴리파라페닐렌 비닐렌 계열은 MEH-PPV{poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}, MDMO-PPV{Poly[2-methoxy-5-(3',7′'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}, BEHP-PPV{poly[2-(2',5′'-bis(2-ethylhexyloxy)phenyl)-1,4-phenylene vinylene]}, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다. For example, the poly (3-alkylthiophene) may be selected from the group consisting of poly (3-hexylthiophene), poly (3-butylthiophene), poly (3-octylthiophene) And combinations thereof. The polyparaphenylenevinylene series may be selected from the group consisting of poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] }, MDMO-PPV {Poly [2- (2 ', 5' '- bis (2', 3 ', 5'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene]}, BEHP- (2-ethylhexyloxy) phenyl) -1,4-phenylene vinylene]}, and combinations thereof.
종래에는 단일중합체만으로는 서브페이즈 액체-계면에서의 자기조립을 통한 고분자 막의 형성이 어려워 P3HT와 다른 고분자와의 블록 공중합체를 이용하여 계면-자기조립체를 형성하였으나, 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자의 농도 및 분자량 조절, 또는 서브페이즈의 종류로 인하여 비양쪽성 단일중합체 만으로도 서브페이즈 액체-공기 계면에서 자기조립을 통해 정렬된 나노와이어들의 어레이를 포함하는, 대면적의 비양쪽성 고분자 막을 형성할 수 있다.Conventionally, it is difficult to form a polymer film through self-assembly at a sub-phase liquid-interface with a homopolymer alone. Thus, an interfacial-magnetic assembly is formed using a block copolymer of P3HT and another polymer. According to one embodiment of the present invention, Forming a large-area, non-ampholytic polymeric membrane, including an array of nanowires aligned through self-assembly at the sub-phase liquid-air interface with only the non-ampholytic homopolymer due to the concentration and molecular weight of the polymer, can do.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체의 점도에 따라 상기 형성되는 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어 어레이 형성이 변화할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체의 점도가 약 35 mPaㆍs를 초과할 경우, 상기 비양쪽성 고분자 막에서 나노와이어 어레이가 형성되지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, nanowire array formation of the non-ampholytic polymer film formed may vary depending on the viscosity of the sub-phase liquid, but may not be limited thereto. For example, if the viscosity of the subphase liquid exceeds about 35 mPa.s, the nanowire array may not be formed in the non-ampholytic polymer film, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 형성되는 모노레이어의 크기와 최종적으로 형성되는 막의 두께에 의존하며, 예를 들어, 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어 형성을 기준으로 할 경우, 약 10 μM 내지 약 100 μM 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도가, 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어 고분자 막이 형성되는 농도의 약 1.5 배를 초과할 경우, 뭉친(entangled) 형태의 고분자 막이 형성될 수 있으며, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도가, 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어 고분자 막이 형성되는 농도 미만일 경우, 띄엄띄엄 정렬된 짧은 나노와이어들이 형성될 수 있으므로, 모노레이어를 형성하고자 할 경우 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 약 10 μM 내지 약 100 μM 인 것이 바람직하다.In one embodiment, the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution depends on the size of the monolayer to be formed and the thickness of the finally formed film, for example, a diameter of about 5 cm and a diameter of about 20 cm But may be, but not limited to, about 10 [mu] M to about 100 [mu] M, based on monolayer formation having a size of 2 . For example, if the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution exceeds about 1.5 times the concentration at which a monolayer polymer membrane having a diameter of about 5 cm in diameter and a size of about 20 cm 2 is formed, ) -Type polymer membrane may be formed. When the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution is less than the concentration at which a monolayer polymer membrane having a diameter of about 5 cm and a size of about 20 cm 2 is formed, , The concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution is preferably about 10 μM to about 100 μM when a monolayer is to be formed.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어 형성을 기준으로 할 경우, 약 10 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 80 μM, 약 10 μM 내지 약 60 μM, 약 10 μM 내지 약 40 μM, 약 10 μM 내지 약 20 μM, 약 20 μM 내지 약 100 μM, 약 20 μM 내지 약 80 μM, 약 20 μM 내지 약 60 μM, 약 20 μM 내지 약 40 μM, 약 40 μM 내지 약 100 μM, 약 40 μM 내지 약 80 μM, 약 40 μM 내지 약 60 μM, 약 60 μM 내지 약 100 μM, 약 60 μM 내지 약 80 μM, 약 80 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 50 μM, 또는 약 50 μM 내지 약 100 μM일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the non-amphoteric polymer concentration of the phosphorus-containing solution is if, based on the mono-layer is formed having a diameter and a size of about 20 cm 2 of about 5 cm in size, from about 10 μM to about 100 μM About 10 μM to about 80 μM, about 10 μM to about 60 μM, about 10 μM to about 40 μM, about 10 μM to about 20 μM, about 20 μM to about 100 μM, about 20 μM to about 80 μM, about About 40 [mu] M to about 60 [mu] M, about 60 [mu] M to about 100 [mu] M, about 60 [mu] M to about 60 [ To about 80 M, from about 80 M to about 100 M, from about 10 M to about 50 M, or from about 50 M to about 100 M, for example.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa인 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the molecular weight of the non-ampholytic polymer may be from about 1 kDa to about 10 kDa.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량이 약 10 kDa를 초과할 경우, 결정성이 증가하고 서로간의 상호작용이 강해지며, 또한 사슬의 폴딩(folding)이 발생하여 형성되는 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭이 상기 비양쪽성 고분자의 외곽 길이(contour length)보다 좁아질 수 있으며, 그에 따라 뭉친(entangled) 형태의 고분자 막이 형성될 수 있으므로, 길고 촘촘한 나노와이어 팩킹 구조를 포함하는 상기 비양쪽성 고분자를 형성하기 위한 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa, 약 1 kDa 내지 약 8 kDa, 약 1 kDa 내지 약 6 kDa, 약 1 kDa 내지 약 4 kDa, 약 1 kDa 내지 약 2 kDa, 약 2 kDa 내지 약 10 kDa, 약 2 kDa 내지 약 8 kDa, 약 2 kDa 내지 약 6 kDa, 약 2 kDa 내지 약 4 kDa, 약 4 kDa 내지 약 10 kDa, 약 4 kDa 내지 약 8 kDa, 약 4 kDa 내지 약 6 kDa, 약 6 kDa 내지 약 10 kDa, 약 6 kDa 내지 약 8 kDa, 약 8 kDa 내지 약 10 kDa, 또는 약 1.5 kDa 내지 약 3.5 kDa일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the molecular weight of the non-ampholytic polymer is more than about 10 kDa, the crystallinity increases and the interactions between each other become strong, and the folding of the chains occurs, The width of the nanowires of the ampholytic polymer membrane may be narrower than the contour length of the non-ampholytic polymer, thereby forming a polymer film of an entangled form. Therefore, a long and dense nanowire packing structure is included The molecular weight of the non-ampholytic polymer for forming the non-ampholytic polymer is preferably from about 1 kDa to about 10 kDa. For example, the molecular weight of the non-ampholytic polymer can range from about 1 kDa to about 10 kDa, from about 1 kDa to about 8 kDa, from about 1 kDa to about 6 kDa, from about 1 kDa to about 4 kDa, from about 2 kDa to about 10 kDa, from about 2 kDa to about 8 kDa, from about 2 kDa to about 6 kDa, from about 2 kDa to about 4 kDa, from about 4 kDa to about 10 kDa, from about 4 kDa to about 8 kDa, But is not limited to, from about 4 kDa to about 6 kDa, from about 6 kDa to about 10 kDa, from about 6 kDa to about 8 kDa, from about 8 kDa to about 10 kDa, or from about 1.5 kDa to about 3.5 kDa .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 빛 또는 공기 등에 의한 산화에 따라 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 생성 정도가 변화할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자가 빛 또는 공기 등에 의하여 산화될 경우 광산화가 발생될 수 있으며, 상기 발생된 광산화에 의하여 상기 비양쪽성 고분자의 골격에서 형성된 결함이 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 팩킹을 방해할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the degree of formation of the nanowires of the ampholytic polymer membrane may vary depending on oxidation of the non-ampholytic polymer by light or air, but the present invention is not limited thereto. For example, if the non-ampholytic polymer is oxidized by light or air, photooxidation may occur, and a defect formed in the skeleton of the non-ampholytic polymer by the generated photo-oxidation may cause the nanowire of the non- But may not be limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1측면에 따른 방법에 따라 제조되는, 비양쪽성 고분자 막을 제공한다. 본원의 제 2측면에 따른 비양쪽성 고분자 막에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.A second aspect of the present invention provides an amorphous polymeric membrane produced according to the method according to the first aspect of the present application. The detailed description of the non-ampholytic polymer membrane according to the second aspect of the present application will be omitted from the description of the first aspect of the present application. However, the description of the first aspect of the present application is not intended to limit the scope of the present invention The same can be applied to the two sides.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막은, 비양쪽성 고분자-함유 용액을 서브페이즈 액체 표면에 적가하고; 및 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자가 자기조립됨에 따라 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 느리게 증발함에 따라, 상기 서브페이즈 액체 표면에 대면적의 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer film is formed by dropping an amorphous polymer-containing solution onto a sub-phase liquid surface; And a solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution is evaporated as the non-ampholytic polymer is self-assembled at the sub-phase liquid-air interface. For example, as the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution slowly evaporates at the sub-phase liquid-air interface, a large-sized non-ampholytic polymer film may be formed on the surface of the sub-phase liquid.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막의 두께는 약 1 nm 내지 약 20 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자 막의 두께는 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 16 nm, 약 1 nm 내지 약 12 nm, 약 1 nm 내지 약 8 nm, 약 1 nm 내지 약 4 nm, 약 4 nm 내지 약 20 nm, 약 4 nm 내지 약 16 nm, 약 4 nm 내지 약 12 nm, 약 4 nm 내지 약 8 nm, 약 8 nm 내지 약 20 nm, 약 8 nm 내지 약 16 nm, 약 8 nm 내지 약 12 nm, 약 12 nm 내지 약 20 nm, 약 12 nm 내지 약 16 nm, 또는 약 16 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the non-ampholytic polymer film may be about 1 nm to about 20 nm, but may not be limited thereto. For example, the thickness of the non-ampholytic polymer film may be from about 1 nm to about 20 nm, from about 1 nm to about 16 nm, from about 1 nm to about 12 nm, from about 1 nm to about 8 nm, from about 4 nm to about 20 nm, from about 4 nm to about 20 nm, from about 4 nm to about 16 nm, from about 4 nm to about 12 nm, from about 4 nm to about 8 nm, from about 8 nm to about 20 nm, From about 8 nm to about 12 nm, from about 12 nm to about 20 nm, from about 12 nm to about 16 nm, or from about 16 nm to about 20 nm.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체는 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액과 혼합되지 않는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 물, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 모노에틸 에테르, 글리세롤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the subphase liquid can be used without limitation as long as it is not mixed with the non-ampholytic polymer-containing solution, and examples thereof include water, diethylene glycol, triethylene monoethyl ether, glycerol, But are not limited to, materials selected from the group consisting of combinations thereof, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체는 사용되는 비양쪽성 고분자의 종류, 수득하고자 하는 고분자 막의 면적 또는 두께, 또는 반응이 진행되는 용기의 크기에 따라 상이한 농도 또는 부피로 첨가될 수 있다.In one embodiment of the invention, the subphase liquid may be added at different concentrations or volumes depending on the type of the non-ampholytic polymer used, the area or thickness of the polymer membrane to be obtained, or the size of the vessel in which the reaction is conducted .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매는 사용되는 비양쪽성 고분자의 종류에 따라 상이할 수 있으며, 예를 들어, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로메탄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution may be different depending on the type of the non-ampholytic polymer to be used, for example, toluene, chloroform, dichloromethane, But are not limited to, those selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 >
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막은 상기 비양쪽성 고분자의 나노와이어들의 어레이를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라, 상기 비양쪽성 고분자 가닥들(strands)이 1 차원 와이어들로 팩킹됨과 동시에 고분자 나노와이어가 자기조립되어, 잘-정렬된(well-aligned) 나노와이어들의 어레이를 포함하는 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer membrane may comprise an array of nanowires of the non-ampholytic polymer. For example, as the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution evaporates at the sub-phase liquid-air interface, the non-ampholytic polymer strands are packed with one-dimensional wires and the polymer nanowires Self assembled to form an amorphous polymeric film comprising an array of well-aligned nanowires.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭은 약 7 nm 내지 약 16 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭은 약 7 nm 내지 약 16 nm, 약 7 nm 내지 약 14 nm, 약 7 nm 내지 약 12 nm, 약 7 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 16 nm, 약 10 nm 내지 약 14 nm, 약 10 nm 내지 약 12 nm, 약 12 nm 내지 약 16 nm, 약 12 nm 내지 약 14 nm, 또는 약 14 nm 내지 약 16 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the width of the nanowire of the amorphous polymer film may be about 7 nm to about 16 nm, but may not be limited thereto. For example, the width of the nanowires of the non-ampholytic polymer membrane may be from about 7 nm to about 16 nm, from about 7 nm to about 14 nm, from about 7 nm to about 12 nm, from about 7 nm to about 10 nm, From about 10 nm to about 14 nm, from about 10 nm to about 12 nm, from about 12 nm to about 16 nm, from about 12 nm to about 14 nm, or from about 14 nm to about 16 nm, But may not be limited.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 단일중합체(homopolymer)를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-ampholytic polymer may comprise a homopolymer.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 폴리티오펜 계열, 또는 폴리파라페닐렌 비닐렌[poly(p-phenylene vinylene), PPV] 계열일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the non-amorphous polymer may be a polythiophene series or a poly (p-phenylene vinylene) (PPV) series.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리티오펜 계열은 PCDTBT{poly[N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]}, PCPDTBT{poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)]}, 폴리(3-알킬티오펜), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the polythiophene series is a poly (N-9'-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di- 2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)]}, PCPDTBT {poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ (3-alkylthiophene), and combinations thereof, but is not limited thereto. The term " polythiophene " .
예를 들어, 상기 폴리(3-알킬티오펜)은 폴리(3-헥실티오펜), 폴리(3-부틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 상기 폴리파라페닐렌 비닐렌 계열은 MEH-PPV{poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}, MDMO-PPV{Poly[2-methoxy-5-(3',7′'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}, BEHP-PPV{poly[2-(2',5′'-bis(2-ethylhexyloxy)phenyl)-1,4-phenylene vinylene]}, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다.For example, the poly (3-alkylthiophene) may be selected from the group consisting of poly (3-hexylthiophene), poly (3-butylthiophene), poly (3-octylthiophene) And combinations thereof. The polyparaphenylenevinylene series may be selected from the group consisting of poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] }, MDMO-PPV {Poly [2- (2 ', 5' '- bis (2', 3 ', 5'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene]}, BEHP- (2-ethylhexyloxy) phenyl) -1,4-phenylene vinylene]}, and combinations thereof.
종래에는 단일중합체만으로는 서브페이즈 액체-계면에서의 자기조립을 통한 고분자 막의 형성이 어려워 P3HT와 다른 고분자와의 블록 공중합체를 이용하여 계면-자기조립체를 형성하였으나, 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자의 농도 및 분자량 조절, 또는 서브페이즈의 종류로 인하여 비양쪽성 단일중합체 만으로도 서브페이즈 액체-공기 계면에서 자기조립을 통해 정렬된 나노와이어들의 어레이를 포함하는, 대면적의 비양쪽성 고분자 막을 형성할 수 있다.Conventionally, it is difficult to form a polymer film through self-assembly at a sub-phase liquid-interface with a homopolymer alone. Thus, an interfacial-magnetic assembly is formed using a block copolymer of P3HT and another polymer. According to one embodiment of the present invention, Forming a large-area, non-ampholytic polymeric membrane, including an array of nanowires aligned through self-assembly at the sub-phase liquid-air interface with only the non-ampholytic homopolymer due to the concentration and molecular weight of the polymer, can do.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 서브페이즈 액체의 점도에 따라 상기 형성되는 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어 어레이 형성이 변화할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 서브페이즈 액체의 점도가 약 35 mPaㆍs를 초과할 경우, 상기 비양쪽성 고분자 막에서 나노와이어 어레이가 형성되지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, nanowire array formation of the non-ampholytic polymer film formed may vary depending on the viscosity of the sub-phase liquid, but may not be limited thereto. For example, if the viscosity of the subphase liquid exceeds about 35 mPa.s, the nanowire array may not be formed in the non-ampholytic polymer film, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 형성되는 모노레이어의 크기와 최종적으로 형성되는 막의 두께에 의존하며, 예를 들어, 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어(monolayer) 형성을 기준으로 할 경우, 약 10 μM 내지 약 100 μM 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도가 상기 모노레이어 고분자 막이 형성되는 농도의 약 1.5 배를 초과할 경우, 뭉친(entangled) 형태의 고분자 막이 형성될 수 있으며, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도가 상기 모노레이어 고분자 막이 형성되는 농도 미만일 경우, 띄엄띄엄 정렬된 짧은 나노와이어들이 형성될 수 있으므로, 상기와 같은 모노레이어를 형성하고자 할 경우 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 약 10 μM 내지 약 100 μM 인 것이 바람직하다.In one embodiment, the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution depends on the size of the monolayer to be formed and the thickness of the finally formed film, for example, a diameter of about 5 cm and a diameter of about 20 cm But may be, but not limited to, about 10 [mu] M to about 100 [mu] M, based on monolayer formation having a size of about 2 [mu] M. For example, if the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution exceeds about 1.5 times the concentration at which the monolayer polymer film is formed, a polymer film of an entangled form may be formed, -Containing solution is less than the concentration at which the monolayer polymer membrane is formed, it is possible to form sparsely aligned short nanowires. Therefore, when the monolayer is formed, the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution Is about 10 [mu] M to about 100 [mu] M.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 약 5 cm 크기의 지름 및 약 20 cm2의 크기를 갖는 모노레이어 형성을 기준으로 할 경우, 약 10 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 80 μM, 약 10 μM 내지 약 60 μM, 약 10 μM 내지 약 40 μM, 약 10 μM 내지 약 20 μM, 약 20 μM 내지 약 100 μM, 약 20 μM 내지 약 80 μM, 약 20 μM 내지 약 60 μM, 약 20 μM 내지 약 40 μM, 약 40 μM 내지 약 100 μM, 약 40 μM 내지 약 80 μM, 약 40 μM 내지 약 60 μM, 약 60 μM 내지 약 100 μM, 약 60 μM 내지 약 80 μM, 약 80 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 50 μM, 또는 약 50 μM 내지 약 100 μM일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the non-amphoteric polymer concentration of the phosphorus-containing solution is if, based on the mono-layer is formed having a diameter and a size of about 20 cm 2 of about 5 cm in size, from about 10 μM to about 100 μM About 10 μM to about 80 μM, about 10 μM to about 60 μM, about 10 μM to about 40 μM, about 10 μM to about 20 μM, about 20 μM to about 100 μM, about 20 μM to about 80 μM, about About 40 [mu] M to about 60 [mu] M, about 60 [mu] M to about 100 [mu] M, about 60 [mu] M to about 60 [ To about 80 M, from about 80 M to about 100 M, from about 10 M to about 50 M, or from about 50 M to about 100 M, for example.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa인 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the molecular weight of the non-ampholytic polymer may be from about 1 kDa to about 10 kDa.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량이 약 10 kDa를 초과할 경우, 결정성이 증가하고 서로간의 상호작용이 강해지며, 또한 사슬의 폴딩(folding)이 발생하여 형성되는 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 폭이 상기 비양쪽성 고분자의 외곽 길이(contour length)보다 좁아질 수 있으며, 그에 따라 뭉친(entangled) 형태의 고분자 막이 형성될 수 있으므로, 길고 촘촘한 나노와이어 팩킹 구조를 포함하는 상기 비양쪽성 고분자를 형성하기 위한 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 약 1 kDa 내지 약 10 kDa, 약 1 kDa 내지 약 8 kDa, 약 1 kDa 내지 약 6 kDa, 약 1 kDa 내지 약 4 kDa, 약 1 kDa 내지 약 2 kDa, 약 2 kDa 내지 약 10 kDa, 약 2 kDa 내지 약 8 kDa, 약 2 kDa 내지 약 6 kDa, 약 2 kDa 내지 약 4 kDa, 약 4 kDa 내지 약 10 kDa, 약 4 kDa 내지 약 8 kDa, 약 4 kDa 내지 약 6 kDa, 약 6 kDa 내지 약 10 kDa, 약 6 kDa 내지 약 8 kDa, 약 8 kDa 내지 약 10 kDa, 또는 약 1.5 kDa 내지 약 3.5 kDa일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the molecular weight of the non-ampholytic polymer is more than about 10 kDa, the crystallinity increases and the interactions between each other become strong, and the folding of the chains occurs, The width of the nanowires of the ampholytic polymer membrane may be narrower than the contour length of the non-ampholytic polymer, thereby forming a polymer film of an entangled form. Therefore, a long and dense nanowire packing structure is included The molecular weight of the non-ampholytic polymer for forming the non-ampholytic polymer is preferably from about 1 kDa to about 10 kDa. For example, the molecular weight of the non-ampholytic polymer can range from about 1 kDa to about 10 kDa, from about 1 kDa to about 8 kDa, from about 1 kDa to about 6 kDa, from about 1 kDa to about 4 kDa, from about 2 kDa to about 10 kDa, from about 2 kDa to about 8 kDa, from about 2 kDa to about 6 kDa, from about 2 kDa to about 4 kDa, from about 4 kDa to about 10 kDa, from about 4 kDa to about 8 kDa, But is not limited to, from about 4 kDa to about 6 kDa, from about 6 kDa to about 10 kDa, from about 6 kDa to about 8 kDa, from about 8 kDa to about 10 kDa, or from about 1.5 kDa to about 3.5 kDa .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자는 빛 또는 공기 등에 의한 산화에 따라 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 생성 정도가 변화할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 비양쪽성 고분자가 빛 또는 공기 등에 의하여 산화될 경우 광산화가 발생될 수 있으며, 상기 발생된 광산화에 의하여 상기 비양쪽성 고분자의 골격에서 형성된 결함이 비양쪽성 고분자 막의 나노와이어의 팩킹을 방해할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the degree of formation of the nanowires of the ampholytic polymer membrane may vary depending on oxidation of the non-ampholytic polymer by light or air, but the present invention is not limited thereto. For example, if the non-ampholytic polymer is oxidized by light or air, photooxidation may occur, and a defect formed in the skeleton of the non-ampholytic polymer by the generated photo-oxidation may cause the nanowire of the non- But may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비양쪽성 고분자 막은 전계 효과 트랜지스터(field effect transistors, FET), 유기 발광 다이오드, 또는 태양 전지와 같은 광전자 디바이스에 응용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-amorphous polymer film may be applied to, but not limited to, an optoelectronic device such as a field effect transistor (FET), an organic light emitting diode, or a solar cell.
이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
[실시예] [Example]
재료 및 방법Materials and methods
모든 화학물질들은 Sigma Aldrich, Daejung 및 Fisher Scientific에서 구입되어 더 이상의 정제 없이 사용되었다. 신선하게 증류된 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran, THF)은 나트륨 금속 및 벤조페논상에서 THF를 증류함으로써 제조되었다.All chemicals were purchased from Sigma Aldrich, Daejung and Fisher Scientific and used without further purification. Freshly distilled tetrahydrofuran (THF) was prepared by distilling THF over sodium metal and benzophenone.
NMR(1H nuclear magnetic resonance) 스펙트럼은 내부 표준으로서 테트라메틸실란(tetramethylsilane, TMS)을 사용하고 용매로서 중수소로 치환된 클로로포름(CDCl3)을 사용하여 Bruker AVANCE III 3000 FT-NMR 300 MHz 분광기에 의해 수득되었다. 젤-투과 크로마토그래피(GPC)는 용리액으로서 THF를 사용하는 Shimadzu 액체 크로마토그래피 시스템 상에서 1.0 mL/분의 유속으로 수행되었다. 컬럼 온도는 40℃로 설정되었으며 폴리스티렌 표준이 MW 분석에 사용되었다. UV-vis 흡수 스펙트럼은 Agilent 8453 UV-가시 분광광도계를 이용하여 수득되었다. TEM 데이터는 JEOL JEM-2100F에서 200 kV의 가속 전압으로 수득되었다. 전기적 측정은 실온 내 대기 온도에서 반도체 특성화 시스템(Keithley, 4200-SCS)을 이용하여 수행되었다.NMR ( 1 H nuclear magnetic resonance) spectrum was measured by a Bruker AVANCE III 3000 FT-
1-1. P3HT의 합성1-1. Synthesis of P3HT
위치-규칙적(regioregular) 폴리(3-헥실티오펜)[poly(3-hexylthiophene), P3HT]은 종래에 보고되었던 논문과 동일한 반응 조건을 사용하여, GRIM(grignard metathesis) 중합법에 의해 합성되었다. 도 1은, 상기 P3HT의 중합을 나타내는 화학식이다. 오븐-건조된 250 mL 3-구 둥근 바닥 플라스크는, 상기 플라스크 내의 잔류 물을 제거하기 위해 어댑터로 진공에 연결되었다. 그 다음, 전체 시스템은 질소 기체로 퍼지되었다. 2,5-디브로모-3헥실티오펜[2,5-dibromo-3hexylthiophene, 1.79 g(1 당량, 5.49 mmol)], 갓 증류된 10 mL THF, 및 THF에 용해된 테트라-부틸 마그네슘 클로라이드[5.49 mL, 1.0 M(1 당량, 5.49 mmol)]가 상기 플라스크에 추가되어 약 90 분 동안 교반하여 단량체를 활성화시켰다. 상기 용액의 색상은 담황색에서 담갈색으로 변화하였다. 추가로 40 mL의 THF 및 56 mg(0.02 당량, 0.111 mmol)의 디클로로(1,3-비스(디페닐포스피노)프로판) 니켈(Ni(dppp)Cl2) [dichloro(1,3-bis(diphenylphosphino)propane) nickel(Ni(dppp)Cl2)]이 상기 플라스크에 첨가되고 20 분 동안 상온에서 교반되었다. 중합 반응을 멈추기 위해, 200 mL 메탄올이 반응 플라스크에 첨가되었으며, 이것은 고분자 생성물을 자주색으로 침전시켰다. 생성물은 속슬렛 심블(soxhlet thimble)를 통해 여과되었으며, 올리고머를 제거하기 위해 메탄올, 헥산 속슬렛 추출이 수행되었고, 그 후 최종적으로 고분자를 수득하기 위해 클로로포름으로 속슬렛 추출이 수행되었다. 클로로포름으로 상기 속슬렛 추출 이후, 생성물을 각 증류된 THF에 재용해시키고 상기 용액 중 임의의 잔류 Ni 촉매를 알루미나 컬럼을 통해 통과시켰다. 최종 생성물은 0.43 g이었으며, 이는 47% 수율에 해당한다.Regioregular poly (3-hexylthiophene), P3HT, was synthesized by GRIM (grignard metathesis) polymerization using the same reaction conditions as previously reported. Fig. 1 is a chemical formula showing the polymerization of P3HT. An oven-dried 250 mL 3-necked round bottom flask was connected to the vacuum with an adapter to remove residues in the flask. The entire system was then purged with nitrogen gas. A solution of 2,5-dibromo-3hexylthiophene [2,5-dibromo-3hexylthiophene, 1.79 g (1 eq, 5.49 mmol)], freshly distilled 10 mL THF, and tetra-butylmagnesium chloride [ 5.49 mL, 1.0 M (1 eq, 5.49 mmol)] was added to the flask and stirred for about 90 minutes to activate the monomers. The color of the solution changed from light yellow to light brown. Add 40 mL of THF and 56 mg in (0.02 eq, 0.111 mmol) dichloro (1,3-bis (diphenylphosphino) propane) nickel (Ni (dppp) Cl 2) in the [dichloro (1,3-bis ( diphenylphosphino) propane) nickel (Ni (dppp) Cl 2 ) was added to the flask and stirred at room temperature for 20 minutes. To stop the polymerization reaction, 200 mL of methanol was added to the reaction flask, which precipitated the polymer product into a purple color. The product was filtered through a soxhlet thimble and methanol, hexane Soxhlet extraction was performed to remove the oligomer, and then Soxhlet extraction with chloroform was performed to finally obtain the polymer. After the Soxhlet extraction with chloroform, the product was redissolved in each distilled THF and any residual Ni catalyst in the solution was passed through an alumina column. The final product was 0.43 g, which corresponds to a 47% yield.
1-2. P3HT의 특성 분석1-2. Characterization of P3HT
GRIM 중합(grignard metathesis polymerization method)에 의해 합성된 고분자 P3HT는 NMR(도 2) 및 GPC(도 3)에 의하여 특성 분석 되어 분자량 및 다분산 지수(polydispersity index)가 결정되었다. 도 2 및 도 3은, 각각 합성된 P3HT의 1H NMR 스펙트럼 및 GPC 크로마토그램(SPD trace, 450 nm)을 나타낸다. MW 분석을 위해 코일-형 폴리스티렌 표준이 사용되었기 때문에, GPC는 P3HT의 분자량을 과대평가한다. 따라서, GPC 데이터는 2 개의 교정 인자를 사용하여 교정되었으며, 이것은 문헌의 데이터와 일치한다. 상기 P3HT의 중합도는 ~6.98 ppm에서 티오펜 고리의 신호와 고분자 말단 그룹에서의 6.80 ppm 신호의 적분을 비교함으로써 NMR에 의해 독립적으로 확인되었다. 합성된 고분자들의 농도는 Beer의 법칙을 사용하여 UV-vis 흡수 스펙트럼으로부터 추정되었다.Polymer P3HT synthesized by GRIM polymerization (characterization by the grignard metathesis polymerization method) was characterized by NMR (Fig. 2) and GPC (Fig. 3) and the molecular weight and polydispersity index were determined. Figures 2 and 3 show 1 H NMR spectra and GPC chromatograms (SPD trace, 450 nm) of P3HT synthesized respectively. Because coil-type polystyrene standards were used for MW analysis, GPC overestimates the molecular weight of P3HT. Thus, the GPC data was calibrated using two calibration factors, which is consistent with the data in the literature. The degree of polymerization of P3HT was independently confirmed by NMR by comparing the signal of the thiophene ring at 6.98 ppm with the 6.80 ppm signal at the polymer end group. The concentrations of the synthesized polymers were estimated from UV-vis absorption spectra using Beer's law.
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δH 0.91 (t, 3H), 1.37-1.42 (m, 6H), 1.59-1.71 (m, 2H), 2.80 (t, 2H), 6.98 (s, 1H). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3): δ H 0.91 (t, 3H), 1.37-1.42 (m, 6H), 1.59-1.71 (m, 2H), 2.80 (t, 2H), 6.98 (s, 1H ).
2-1. 비양쪽성 고분자 막 제조: P3HT의 액체-공기 계면에서의 자기조립2-1. Preparation of non-amorphous polymer membrane: Self-assembly of P3HT at the liquid-air interface
일반적으로, P3HT는 50 μM 농도에서 톨루엔에 용해되었으며, 이에 의해 수득된 주황색 고분자 용액 방울(100 μL)을 유리 페트리 접시에서 물 표면으로 서서히 적가하였다. 상기 페트리 접시를 뚜껑으로 닫고 용매를 서서히 증발시키도록 밤새 방치되었다(도 4). 밤새 배양한 후, 상기 물 표면에 옅은 분홍색의 박막이 형성되었다.Generally, P3HT was dissolved in toluene at a concentration of 50 [mu] M, and 100 [mu] L of the orange polymer solution thus obtained was gradually dropped from the glass Petri dish to the water surface. The Petri dish was closed with the lid and left overnight to allow the solvent to evaporate slowly (Figure 4). After overnight incubation, a pale pink thin film was formed on the surface of the water.
상기 고분자 막은 구조적 분석들을 위해 TEM 그리드 상으로 옮겨졌다. 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 P3HT의 초박막은 거시적으로 균일하였다. 고배율 이미지들은 상기 박막이 잘-정렬된 나노와이어 어레이들로 형성되어있음을 나타낸다[도 5의 (b)]. 상기 나노와이어 폭은 이미지 J 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)된 이미지들[도 5의 (c)]로부터 8.0 ± 0.9 nm[도 5의 (d)]로 측정되었으며, 이것은 자기조립에 사용된 P3HT의 윤곽 길이(contour length, 7.7 nm)와 매우 일치한다. 상기 막의 두께는 엘립소메트리에 의해 4.0 ± 0.3 nm로 측정되었으며, 이것은 P3HT의 약 2 층 내지 3 층에 해당한다. 이러한 수치들은 용액에서 자기조립된 P3HT 나노와이어들에 대한 문헌에서 보고된 바와 일치하며, 이것은 일반적으로 12 nm 내지 17 nm 범위이며(폭) 분자량에 따라 크게 변화하지 않는다. 이러한 데이터를 바탕으로, 본 발명자들은 계면 자기조립 공정이 P3HT 가닥들(strands)을 1 차원 와이어들로 팩킹하도록 유도하는 구조적 모델을 제시하며, 이것은 도 5의 (e)에 나타낸 바와 같이, 상기 1 차원 나노와이어들은 정렬된 나노와이어 어레이들을 형성한다. 도 5의 (d)에 나타낸 색으로 구분된 TEM 이미지와 같이, 상기 정렬된 도메인 크기는 마이크로미터 스케일이며, 수직으로 정렬된 도메인은 적색으로, 수평으로 정렬된 도메인은 청색으로, 그리고 중간 정렬(intermediate alignment)은 적색에서 청색의 색상 연속으로 표시된다. The polymer membrane was transferred onto a TEM grid for structural analyzes. As shown in Fig. 5 (a), the P3HT ultra thin film was macroscopically uniform. High magnification images indicate that the thin film is formed of well-aligned nanowire arrays (FIG. 5 (b)). The nanowire width was measured from image J fast Fourier transform (FFT) images (FIG. 5C) to 8.0 +/- 0.9 nm (FIG. 5D) And the contour length of the P3HT (7.7 nm). The thickness of the film was measured to be 4.0 +/- 0.3 nm by ellipsometry, which corresponds to about two to three layers of P3HT. These values are consistent with those reported in the literature for self-assembled P3HT nanowires in solution, which generally range from 12 nm to 17 nm and do not vary significantly with (width) molecular weight. Based on this data, the present inventors present a structural model in which an interfacial self-assembly process leads to packing P3HT strands into one-dimensional wires, which, as shown in FIG. 5 (e) Dimensional nanowires form aligned nanowire arrays. 5 (d), the sorted domain size is a micrometer scale, the vertically aligned domains are red, the horizontally aligned domains are blue, and the middle aligned intermediate alignment) is displayed as a color sequence of red to blue.
종래의 스핀-코팅과 같은 종래의 기술을 사용하여 분자적으로 얇고 균일한 막을 제조하는 것은 어려우며, 따라서, 본원은 고분자 패킹과 동시에 나노와이어 조립을 가능하게 하는 박막 제조 방법을 제공한다.It is difficult to produce molecularly thin and uniform films using conventional techniques such as conventional spin-coating, and thus, the present invention provides a thin film manufacturing method that enables nanowire assembly at the same time as polymer packing.
계면 자기조립은 모폴로지가 제어된 전도성 고분자 박막을 제조하는 데에 사용되었다. 예를 들어, Kim 등은 랭뮤어-블로드젯(Langmuir-Blodgett, LB) 기술을 이용하여 물 표면에서 제어된 패킹 구조 및 배향을 갖는 박막이 양쪽성 전도성 공중합체의 자기조립에 의해 수득될 수 있다는 것을 나타냈다. 이러한 연구들에서, 상기 고분자의 양쪽성 성질은 제어된 자기조립에 대해 결정적인 것으로 나타났다. 이러한 기술은 친수성 측쇄 또는 예외적으로 소수성 플루오로알킬 측쇄 중 하나를 갖는 폴리티오펜에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나, 비양쪽성 P3AT류는 스테아르산, 도데칸올 또는 극성 액정과 같은 계면활성제와 혼합하여 안정한 단층(monolayer)을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 LB 기술에 의해 고도로 정렬된 조립을 제조하는 것은 용이하지 않다. 본원에 제시된 상기 결과들은 따라서 비양쪽성 P3HT 단일중합체만으로부터 공기-액체 계면에서 정렬된 고분자 박막을 형성하는 것이 실제로 가능하다는 것을 입증한다.Interfacial self-assembly was used to fabricate conductive polymeric membranes with controlled morphology. For example, Kim et al. Can use a Langmuir-Blodgett (LB) technique to obtain a thin film having a controlled packing structure and orientation at the water surface by self-assembly of an amphoteric conductive copolymer Respectively. In these studies, the amphiphilic nature of the polymer appeared to be critical for controlled self-assembly. This technique has been successfully applied to polythiophenes having either hydrophilic side chains or exceptionally hydrophobic fluoroalkyl side chains. However, it is easy to produce highly ordered assemblies by the LB technique, except that the non-amphoteric P3AT species are mixed with a surfactant such as stearic acid, dodecanol or polar liquid crystals to form a stable monolayer I do not. The results presented here demonstrate that it is, in fact, possible to form polymer thin films aligned at the air-liquid interface only from the non-amphoteric P3HT homopolymer.
2-2. 액체-공기 계면에서 P3HT의 자기조립에 영향을 미치는 요인들2-2. Factors affecting the self-assembly of P3HT at the liquid-air interface
고분자-함유 용액의 농도에 따른 비양쪽성 고분자의 자기조립Self-assembly of non-ampholytic polymers with concentration of polymer-containing solution
상기 P3HT의 자기조립은 고분자 용액의 농도에 민감하였다(도 6). 상기 고분자 농도가 너무 낮은 경우, 띄엄띄엄 정렬된 짧은 나노와이어들이 TEM 이미지에서 발견되었다[도 6의 (a)]. 상기 고분자 농도가 너무 높은 경우, 도 6의 (c) 및 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 뭉친(entangled) 고분자 막들이 형성된다. 최적의 중간 농도에서 형성된 잘-정렬된 조밀하게 팩킹된 나노와이어 어레이들이 비교를 위해 도 6의 (b)에 나타나있다.Self-assembly of the P3HT was sensitive to the concentration of the polymer solution (FIG. 6). When the polymer concentration was too low, sparsely aligned short nanowires were found in the TEM image (Fig. 6 (a)). When the polymer concentration is too high, entangled polymer membranes are formed, as shown in Figures 6 (c) and 6 (d). Well-aligned densely packed nanowire arrays formed at the optimal intermediate concentration are shown in Figure 6 (b) for comparison.
고분자의 분자량에 따른 비양쪽성 고분자의 자기조립Self-assembly of non-ampholytic polymers according to molecular weight of polymer
분자량-의존적 자기조립이 밀집된 나노와이어 패킹을 위한 최적의 조건들을 확인하기 위해 또한 수행되었다. 분자량의 효과를 확인하기 위해, 계면 자기조립이 고분자량 P3HT300(Mn ~ 50 kDa)을 이용하여 수행되었다. 상기 고분자 막은 짧은 P3HT에 비해 더 빠른 속도로 형성되었다. 도 7의 (b)에 나타난 결과와 같이, 부분적으로 무질서한 나노와이어 막들이 형성되었으며, 저분자량 P3HT의 자기조립된 막과 비교하여, 뭉친 구조가 빈번하게 발견되었다[도 7의 (a)]. 또한, 고분자량 나노와이어의 폭(~16.4 ± 1.4 nm)은 P3HT300의 외곽 길이(~116 nm)보다 훨씬 좁은 것으로 나타났다. 이것은 고분자량 P3HT의 전형적인 사슬 폴딩(folding)과 일치한다. 상기 P3HT의 분자량이 임계점(~10 kDa)을 초과하여 증가되는 경우, 상기 자기조립 P3HT 나노와이어들은 약 16 nm의 일정한 와이어 폭을 나타냈다. 넓은 영역 및 밀집된 나노와이어 패킹에서 박막의 균일성을 고려하여, 비교적 짧은 P3HT 사슬을 이용하는 것은 P3HT 단일중합체의 ALISA 박막 제조를 위해 유리하였다.Molecular weight-dependent self-assembly was also performed to identify optimal conditions for dense nanowire packing. To confirm the effect of molecular weight, interfacial self-assembly was carried out using high molecular weight P3HT 300 (Mn ~ 50 kDa). The polymer membrane was formed at a higher rate than short P3HT. As shown in Fig. 7 (b), partially disordered nanowire films were formed, and compared to the self-assembled films of low molecular weight P3HT, a cluster structure was frequently found (Fig. 7 (a)). In addition, the width of the high molecular weight nanowires (~16.4 ± 1.4 nm) was much narrower than the outer length (~ 116 nm) of P3HT 300 . This is consistent with the typical chain folding of high molecular weight P3HT. When the molecular weight of the P3HT was increased beyond the critical point (~ 10 kDa), the self-assembled P3HT nanowires exhibited a constant wire width of about 16 nm. Taking into consideration the uniformity of the thin film in the wide area and dense nanowire packing, using a relatively short P3HT chain was advantageous for the production of ALISA thin films of P3HT homopolymer.
서브페이즈의 종류에 따른 비양쪽성 고분자의 자기조립 Self-assembly of non-ampholytic polymers according to the type of subphase
또한, 서브페이즈의 특성이 어떻게 자기조립에 영향을 주는지를 시험하기 위해, 비교예로서 물 외에 몇 가지 상이한 서브페이즈들[디에틸렌글리콜(diethylene glycol, DEG), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethyleneglycol monoethyl ether, TGEE), 및 글리세롤]이 계면 자기조립을 위해 채택되었다. 상기 상이한 서브페이즈들은 물 대신에 사용되었다. 상기 DEG 및 TGEE는 그들의 낮은 증기압을 이용하여 소수성 나노입자들의 계면 자기조립을 위한 서브페이즈로서 종종 사용되었다. 그러나, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, DEG 또는 TGEE에서 형성된 고분자 막들은 대부분 뭉친 나노와이어들로 구성되어 있다. 본원의 상기 서브페이즈-의존성이 그들의 점도에 따른 결과라고 보았다. 상기 DEG(38 mPaㆍs, 20℃) 및 TGEE(44.9 mPaㆍs, 25℃)의 점도는 물의 점도(1.00 mPaㆍs, 20℃) 보다 훨씬 높다. 따라서, 이러한 서브페이즈들에서 구조의 정렬된 형성은 물처럼 효율적이지 않다. 서브페이즈의 이동성이 중요한 역할을 한다는 가설을 추가로 시험하기 위해, 고분자 자기조립이 높은 점도의 액체인, 글리세롤(942 mPaㆍs, 25℃)에서 수행되었다. 흥미롭게도, TEM 이미지들은 글리세롤에서 형성된 막들이 작은 입자의 P3HT로 구성되어 있으며 나노와이어의 2 차 구조가 서브페이즈로서 글리세롤 상에서 관찰되지 않는다는 것을 나타낸다[도 8의 (c)]. 이러한 결과는 물 표면의 유동성 성질이 P3HT의 잘-정렬된 나노와이어 어레이의 형성에 있어 중요하다는 본원의 가설을 지지한다.In addition, in order to test how the characteristics of the subphase affect self-assembly, as a comparative example, in addition to water, several different subphases (diethylene glycol, DEG, triethyleneglycol monoethyl ether ether, TGEE), and glycerol] have been employed for interfacial self-assembly. The different subphases were used instead of water. The DEG and TGEE have often been used as subphases for interfacial self-assembly of hydrophobic nanoparticles using their low vapor pressure. However, as shown in Figs. 8 (a) and 8 (b), the polymer films formed in DEG or TGEE mostly consist of nanowires that are agglomerated. The subphase-dependence of the present application was considered to be a result of their viscosity. The viscosities of DEG (38 mPa s, 20 캜) and TGEE (44.9 mPa s, 25 캜) are much higher than water viscosity (1.00 mPa s, 20 캜). Thus, the ordered formation of structures in these subphases is not as efficient as water. To further test the hypothesis that sub-phase mobility plays an important role, polymer self-assembly was performed at glycerol (942 mPa s, 25 캜), a high viscosity liquid. Interestingly, TEM images indicate that the membranes formed in glycerol are composed of small particles of P3HT and that the secondary structure of the nanowire is not observed on glycerol as a subphase (Fig. 8 (c)). These results support our hypothesis that the fluid properties of the water surface are important for the formation of well-aligned nanowire arrays of P3HT.
산화에 따른 비양쪽성 고분자의 자기조립Self-assembly of non-ampholytic polymers by oxidation
상기 P3HT의 광산화는 또한 상기 정렬된 조립 구조에서 중요한 역할을 한다. 상기 고분자 용액을 공기 및 빛에 노출시킬 경우, 순수 P3HT는 분해되었다. 이러한 조건들 하에서, P3HT의 광산화는 상기 고분자 골격(backbone)에서 결함을 형성하며, 형성된 결함은 고분자 나노와이어의 팩킹을 방해한다. 상기 고분자의 분해는 흡수 계수의 감소 및 흡수 피크의 약간의 청색 시프트에 의하여 확인되었다[도 9의 (a) 및 도 9의 (b)]. 갓 제조된 P3HT 고분자를 이용한 막의 TEM 이미지[도 9의 (c)]와 비교하여, 분해된 고분자들로부터 제조된 박막의 TEM 이미지들은 나노와이어의 부분적 커버리지와 함께 무질서한 형태를 나타낸다[도 9의 (d)]. 명백하게, 상기 공액 고분자 골격에서의 결함은 상기 고분자 팩킹 및 고분자 나노와이어의 정렬을 방해한다. 따라서, 상기 결과에 따라 비양쪽성 고분자의 팩킹 및 나노와이어의 용이한 형성을 위해서는, 상기 비양쪽성 고분자 용액을 빛 또는 공기 등에 최소한으로 노출시키는 것이 적합하다. The photo-oxidation of P3HT also plays an important role in the ordered assembly structure. When the polymer solution was exposed to air and light, pure P3HT was decomposed. Under these conditions, the photooxidation of P3HT forms a defect in the polymer backbone, and the formed defect hinders the packing of the polymer nanowire. The decomposition of the polymer was confirmed by a decrease in the absorption coefficient and a slight blue shift of the absorption peak (Fig. 9 (a) and Fig. 9 (b)). Compared to TEM images of membranes using freshly prepared P3HT polymers (Figure 9 (c)), TEM images of thin films prepared from degraded polymers exhibit a disordered morphology with partial coverage of nanowires d)]. Obviously, defects in the conjugated polymer backbone interfere with the alignment of the polymeric packings and the polymeric nanowires. Therefore, in order to pack the non-ampholytic polymer and facilitate the formation of nanowires, it is suitable to minimize the exposure of the non-ampholytic polymer solution to light or air.
3-1. 비양쪽성 고분자 막의 전기적 이동 측정3-1. Measurement of electrical migration of non-ampholytic polymer membrane
전기적 측정은 공기-물 계면에서 제조된 자기조립된 P3HT 박막 상에서 수행되었다. 도 10의 (a)는 전기적 채널로서 P3HT ALISA 막을 사용하는 FET의 구조를 도시하는 계략도를 나타낸다. 본원에서, 먼저 Si/SiO2 기재(3000 Å, Silicon Materials Inc.) 상에 Ti/Au로 드레인 및 소스 전극(10 nm 두께의 Ti 상 30 nm 두께의 Au)이 제작되었다. 즉, 상기 금속 전극은 포토리소그래피, 열적 증착 및 리프트 오프 공정에 의해 패터닝되었다. 상기 패터닝된 디바이스는 클로로포름 및 아세톤에 의하여 10 분 동안 세척되었고, UV-오존 클리너에서 20 분 동안 유지되었다. 그 다음, 상기 디바이스는 즉시 진공 데시게이터로 옮겨져 3 mL의 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDS, Aldrich, ≥99%)과 함께 활성 진공(100 mmTorr) 상태에서 2 분간 유지되었고, 정적 진공에서 28 분간 유지되었다. HMDS 처리 이후, 상기 디바이스는 클로로포름 및 아세톤으로 세척되었고, 상기 표면은 약한 N2 흐름으로 불어 건조시켰다. P3HT 나노와이어 막은 상기 언급된 방법에 의하여 제조되었으며, 상기 ALISA 막은 상기 디바이스의 수평적 침지를 통해 물 위에 떠있는 막에 전달되어 디바이스로 전사되었다.Electrical measurements were performed on self-assembled P3HT thin films prepared at the air-water interface. 10 (a) shows a schematic view showing a structure of a FET using a P3HT ALISA film as an electrical channel. Here, drain and source electrodes (10 nm
상기 막의 두께는 엘립소메트리 측정(Alpha-SE, J. A. Woollam)에 의하여 계산되었다. 이동 특성은 대기 조건에서 반도체 특성화 시스템(characterization system, 4200-SCS, Keithley)에 의하여 측정되었다. 전계 효과 이동도는 식 μ = (dI DS /dV G)[L/(WㆍCOXㆍVDS)]으로부터 계산될 수 있으며, 여기서 L은 채널 길이(2 μm), W는 채널 폭(40 μm)이며, COX = 1.476×10-8 F/cm2는 게이트 커패시턴스이다. 상기 SiO2 층의 두께는 300 nm이다. 트랜스컨덕턴스(transconductance, dI DS /dV G)는 최대 기울기 지점으로부터 VDS = 20 V에서 IDS-VG 곡선을 외삽함으로써 결정되었다.The thickness of the film was calculated by the ellipsometry measurement (Alpha-SE, JA Woollam). The transfer characteristics were measured by a semiconductor characterization system (4200-SCS, Keithley) at ambient conditions. The field effect mobility can be calculated from the equation: = (d I DS / d V G ) [L / (W C OX V DS )] where L is the channel length (2 μm) (40 μm), and C OX = 1.476 × 10 -8 F / cm 2 is the gate capacitance. The thickness of the SiO 2 layer is 300 nm. The transconductance, d I DS / d V G , was determined by extrapolating the I DS -V G curve at V DS = 20 V from the maximum slope point.
도 10의 (b)는 ALISA 막 및 상기 스핀-캐스팅 막 채널이 있는 상기 FET의 전류 밀도(JDS) 대 드레인-소스 전압(VDS) 특성을 나타낸다. 전류는 -100 V 내지 0 V의 상이한 게이트 바이어스(VG)에서 측정되었다. 두 가지 막들 모두 p-형 반도체 거동을 나타내었으며, 더 높은 게이트 바이어스에서 더 높은 전류를 나타냈다. ALISA 막을 갖는 상기 FET(상단 곡선)는 스핀-캐스팅 막(하단 곡선)의 전류 밀도보다 더 높은 전류 밀도를 나타냈다. 분석은 ALISA 막이 스핀-캐스팅 막(~4.7×10-4 S/cm) 보다 10 배 더 높은 전도도(~5.1×10-3 S/cm)를 갖는다는 것을 나타낸다. 상기 ALISA 막의 이러한 전도도 값은 종래의 연구들에서 보고되었던 다른 나노와이어-기반 P3HT 막의 전도도 값보다 훨씬 높았다[Xu, G.; Bao, Z.; Groves, J. T., Langmuir-Blodgett films of regioregular poly(3-hexylthiophene) as field-effect transistors. Langmuir 2000, 16 (4), 1834-1841], [Nagano, S.; Kodama, S.; Seki, T., Ideal spread monolayer and multilayer formation of fully hydrophobic polythiophenes via liquid crystal hybridization on water. Langmuir 2008, 24 (18), 10498-10504]. 아마도, 상기 나노와이어 구조에서의 고품질-결정구조가 본원의 ALISA 막의 가능한 결함들을 감소시켜, 향상된 전도도를 유도한다.10 (b) shows the current density (J DS ) vs. drain-source voltage (V DS ) characteristics of the ALISA film and the FET with the spin-cast film channel. The current was measured at different gate biases (V G ) from -100 V to 0 V. Both films exhibited p-type semiconductor behavior and exhibited higher currents at higher gate biases. The FET with the ALISA film (top curve) exhibited a higher current density than the current density of the spin-cast film (bottom curve). The analysis shows that the ALISA film has a
도 10의 (c)는 상기 ALISA 막 및 상기 스핀-캐스팅 막 채널의 게이팅 특성(JDS-VG)을 나타낸다. 게이트 바이어스는 -100 V 내지 100 V로 스위핑되었다. 다시 말해서, 두 가지 막들 모두 p-형 거동을 나타냈으며, 상기 게이트 바이어스(VG)가 높은 음의 전압으로 갈수록 증가하는 전류 밀도를 나타냈다. 그러나, 상기 JDS에서의 변화는 상기 나노와이어 막에서 더 컸으며(~102 배), 상기 스핀-캐스팅 벌크 막의 정공 이동성보다 더 높은 정공 이동성을 의미했다. 본원의 측정에서, 상기 ALISA 막 및 상기 스핀-캐스팅 막의 이동도 값은 각각, 3.5×10-2 및 ~1.5×10-3 cm2/Vㆍs로 계산되었다. 이것은 상기 나노와이어 구조가 실제로 상기 막 내의 정공 캐리어들의 이동도를 향상시킨다는 것을 나타냈다. 상기 ALISA 막의 이동도 값은 유사한 분자량을 갖는 P3HT 고분자를 기반으로 하는 다른 막들의 이동도 값보다 10 배 또는 100 배 높았다[Han, Y.; Guo, Y.; Chang, Y.; Geng, Y.; Su, Z., Chain Folding in Poly(3-hexylthiophene) Crystals. Macromolecules 2014, 47 (11), 3708-3712.], [Dong, A.; Chen, J.; Vora, P. M.; Kikkawa, J. M.; Murray, C. B., Binary nanocrystal superlattice membranes self-assembled at the liquid-air interface. Nature 2010, 466 (7305), 474-477]. 또한, 본원에서 ALISA 막의 이동도 값은 종래에 보고되었던 전도성 및 절연성 나노와이어들로 이루어진 나노와이어 막의 이동도 값보다 ~6 배 더 높았다[Cativo, M. H. M.; Kim, D. K.; Riggleman, R. A.; Yager, K. G.; Nonnenmann, S. S.; Chao, H.; Bonnell, D. A.; Black, C. T.; Kagan, C. R.; Park, S.-J., Air.Liquid Interfacial Self-Assembly of Conjugated Block Copolymers into Ordered Nanowire Arrays. ACS nano 2014, 8(12), 12755-12762]. 이러한 결과는 본원의 ALISA 막에서 절연성 블록의 부재가, 이것은 FET 및 센서와 같은 다용도 응용에 대해 중요한, 이동성을 실제적으로 향상시켰다는 것을 나타낸다.10 (c) shows the gating characteristics (J DS -V G ) of the ALISA film and the spin-cast film channel. The gate bias was swept from -100 V to 100 V. In other words, both of the films exhibited p-type behavior, and the gate bias (V G ) showed an increasing current density toward a higher negative voltage. However, the change in J DS was greater (~ 10 2 times) in the nanowire film, which meant higher hole mobility than the hole mobility of the spin-cast bulk film. In the measurement of the present invention, the mobility values of the ALISA film and the spin-cast film were calculated to be 3.5 × 10 -2 and 1.5 × 10 -3 cm 2 / V · s, respectively. This indicated that the nanowire structure actually enhanced the mobility of the hole carriers in the film. The mobility values of the ALISA membranes were 10-fold or 100-fold higher than the mobility values of other membranes based on P3HT polymers having similar molecular weights [Han, Y.; Guo, Y .; Chang, Y .; Geng, Y .; Water, Z., Chain Folding in Poly (3-hexylthiophene) Crystals. Macromolecules 2014, 47 (11), 3708-3712.], [Dong, A .; Chen, J .; Vora, PM; Kikkawa, JM; Murray, CB, Binary nanocrystal superlattice membranes self-assembled at the liquid-air interface. Nature 2010, 466 (7305), 474-477]. In addition, the mobility values of the ALISA membranes herein are ~6 times higher than the mobility values of the nanowire membranes consisting of the previously reported conductive and insulating nanowires (Cativo, MHM; Kim, DK; Riggleman, RA; Yager, KG; Nonnenmann, SS; Chao, H .; Bonnell, DA; Black, CT; Kagan, CR; Park, S.-J., Air.Liquid Interfacial Self-Assembly of Conjugated Block Copolymers into Ordered Nanowire Arrays. ACS nano 2014, 8 (12), 12755-12762]. This result shows that the absence of an insulating block in the ALISA film of the present invention, which is important for versatile applications such as FETs and sensors, actually improved mobility.
도 11의 (a) 내지 (f)는, P3HT30의 ALISA 막에 대한 용매 어닐링 효과를 나타내는 것으로서, 각각 용매 증기 없이 조립된 나노와이어(a), 및 챔버에서 포화된 용매 증기로 조립된 나노와이어(b)를 나타낸다. 도 11 의 (c) 및 도 11의 (d)는 각각, 상기 (a) 및 (b)의 배향 색지도(orientation color map)를 나타내며, 적색, 주황색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 및 보라색 각 색상에 따른 상기 이미지로부터 계산된 통계적 데이터를 도 11의 (e) 및 도 11의 (f)에 나타내었다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 용매 어닐링을 통하여 생성되는 P3HT 고분자 나노와이어 어레이의 정렬이 향상되는 것을 확인할 수 있다.11 (a) to 11 (f) show the solvent annealing effect of P3HT 30 on the ALISA film, in which nanowires (a) assembled without solvent vapor and nanowires assembled with solvent vapor saturated in the chamber, (b). 11 (c) and 11 (d) show orientation color maps of the above (a) and (b), respectively, and the red, orange, yellow, green, blue, indigo, and purple The statistical data calculated from the image according to each color are shown in Figs. 11 (e) and 11 (f). As shown in FIG. 11, it can be seen that the alignment of the P3HT polymer nanowire arrays produced through solvent annealing is improved.
복층(multilayer) 비양쪽성 고분자 막의 제조Preparation of multilayer non-ampholytic polymer membranes
먼저, 상기 실시예에서 기재되었던 것과 동일한 방법을 이용하여 모노레이어 형태의 비양쪽성 고분자 막을 제조하였다. 그 다음으로 고체 기재를 준비한 뒤, 상기 기재와 상기 서브페이즈 액체 표면에서 형성된 모노레이어 비양쪽성 고분자 막을 평행하게 겹쳐 상기 기재 상에 고분자 막을 전사시켜 코팅하는 방법을 이용하거나, 또는 고체 기재를 상기 서브페이즈 액체 에 수직으로 디핑(dipping)한 후 수직으로 끌어 올려 상기 기재 표면에 상기 서브페이즈 액체 표면에서 형성된 상기 비양쪽성 고분자 막을 전사시켜 코팅하여, 상기 기재에 모노레이어 형태의 고분자 막을 전사 코팅한 후, 진공을 이용하여 상기 기재 상의 잔존하는 서브페이즈 액체를 제거하였다. 그 후, 고분자 막이 한 겹 쌓인 상기 기재에 모노레이어 형태의 고분자 막을 추가로 전사 코팅하여 적층한 후 진공을 이용하여 잔존하는 서브페이즈 액체를 제거하는 과정을 반복하여최종 목표하는 고분자 막의 두께가 달성될 때까지 상기 고분자 모노레이어를 1층 이상 적층하여 따라 복층의 비양쪽성 고분자 막을 제조하였다.First, a monolayer type non-amorphous polymer membrane was prepared using the same method as described in the above example. Next, a solid substrate is prepared, and then a monolayer non-ampholytic polymer film formed on the substrate and the sub-phase liquid surface is stacked in parallel to transfer the polymer film onto the substrate to coat the solid substrate. Alternatively, The dope is vertically dipped in the phase liquid and then vertically pulled up to transfer the non-ampholytic polymer film formed on the surface of the substrate to the surface of the substrate to coat the polymer film of the monolayer type , And vacuum was used to remove the remaining sub-phase liquid on the substrate. Thereafter, a polymer film in the form of a mono-layer is additionally transferred and coated on the substrate having the polymer film stacked one upon the other, and then laminated, and then the remaining sub-phase liquid is removed using vacuum to thereby achieve the thickness of the final target polymer film The polymer monolayer was laminated by one or more layers to prepare a multilayered non-ampholytic polymer membrane.
본원에서, 비양쪽성 P3HT 나노와이어에 상기 ALISA 접근법을 적용하고, 계면 조립이 P3HT의 패킹 및 정렬을 동시에 가능하게 하여, 개선된 전기적 특성을 갖는 정렬된 전도성 나노와이어의 초박막을 유도한다는 것을 입증하였다. 상기 P3HT 단일중합체의 조립은 그들의 단순한 합성 및 정제로 인하여 블록 공중합체의 조립보다 이점을 갖는다. 또한, 절연성 블록의 제거는 전기적 디바이스에서 구현될 때 더 나은 성능을 유도할 수 있다.In the present application, we have applied the ALISA approach to non-amphoteric P3HT nanowires and demonstrated that interfacial assembly enables simultaneous packing and alignment of P3HT, leading to ultra thin films of aligned conductive nanowires with improved electrical properties . The assembly of the P3HT homopolymer has advantages over the assembly of the block copolymer due to their simple synthesis and purification. Also, the removal of the insulating block can lead to better performance when implemented in an electrical device.
본원은, 또한, 비양쪽성 P3HT의 서브페이즈 액체-공기 계면 자기조립이 잘-정렬된 P3HT 나노와이어 어레이로 형성된 고분자 초박막을 유도할 수 있음을 나타낸다. 상기 비양쪽성 공액 고분자는 양쪽성 블록 공중합체보다 더 합성하기 쉽기 때문에 구하기가 용이하며, 상기 결과에 의하여 계면 조립이 양쪽성 블록 공중합체 외에도, 일반적인 비양쪽성 고분자에도 또한 적용될 수 있다는 것을 입증할 수 있기 때문에, 이러한 결과는 중요하다. 본원에서, 고분자 샘플의 서브페이즈 액체 및 순도의 선택은, 상기 자기조립에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 액체 표면의 유동성은 고분자 막에서 동력학적으로 트랩된 결함의 재구성 및 제거를 허용하며, 이것은 마이크로미터 스케일에서 균일한 정렬된 막을 유도한다. 물 표면에 형성된 상기 P3HT 막은 종래의 연구들에서 보고된 상기 스핀-캐스팅 막 및 다른 P3HT 나노와이어-기반 막보다 더 높은 이동성을 나타냈다. 이러한 결과는 계면 자기조립의 유용성 및 응용 가능성을 확장시킨다.The present application also shows that subphase liquid-air interface self-assembly of an amorphous P3HT can lead to a polymeric ultra-thin film formed of a well-aligned P3HT nanowire array. Since the non-amphoteric conjugated polymer is easier to synthesize than the amphiphilic block copolymer, it is easy to obtain, and as a result, it is proved that the interfacial assembly can be applied not only to the amphiphilic block copolymer but also to the general non-ampholytic polymer These results are important because they can. In the present application, the selection of the sub-phase liquid and purity of the polymer sample is an important factor affecting the self-assembly. The fluidity of the liquid surface allows for reconstitution and removal of the thermally trapped defects in the polymer membrane, which leads to a uniform aligned membrane on the micrometer scale. The P3HT film formed on the water surface exhibited higher mobility than the spin-cast films and other P3HT nanowire-based films reported in previous studies. These results extend the usability and applicability of interfacial self-assembly.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (12)
상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 용매가 증발함에 따라 상기 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것
을 포함하는, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
Dropping the non-ampholytic polymer-containing solution onto the subphase liquid surface; And
The non-ampholytic polymer film is formed as the solvent of the non-ampholytic polymer-containing solution evaporates at the sub-phase liquid-air interface
Wherein the non-ampholytic polymeric membrane is a polymeric membrane.
상기 서브페이즈 액체-공기 계면에서 상기 비양쪽성 고분자가 자기조립됨에 따라 상기 비양쪽성 고분자 막이 형성되는 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
And the non-ampholytic polymer film is formed as the non-ampholytic polymer is self-assembled at the sub-phase liquid-air interface.
상기 비양쪽성 고분자 막은 상기 비양쪽성 고분자의 나노와이어들의 어레이를 포함하는 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the non-ampholytic polymer film comprises an array of nanowires of the non-ampholytic polymer.
상기 비양쪽성 고분자는 단일중합체(homopolymer)인 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the non-ampholytic polymer is a homopolymer.
상기 비양쪽성 고분자는 폴리티오펜 계열, 폴리파라페닐렌 비닐렌 계열, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 포함하는 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the non-ampholytic polymer comprises a polymer selected from the group consisting of polythiophene series, polyparaphenylene vinylene series, and combinations thereof.
상기 서브페이즈 액체는 물, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 글리세롤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the subphase liquid comprises a material selected from the group consisting of water, diethylene glycol, triethylene glycol monoethyl ether, glycerol, and combinations thereof.
상기 비양쪽성 고분자-함유 용액의 농도는 모노레이어(monolayer) 형성 시 10 μM 내지 100 μM 인 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the non-ampholytic polymer-containing solution is 10 [mu] M to 100 [mu] M when forming a monolayer.
상기 비양쪽성 고분자의 분자량은 1 kDa 내지 10 kDa인 것인, 비양쪽성 고분자 막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the non-ampholytic polymer has a molecular weight of 1 kDa to 10 kDa.
9. An amorphous polymer membrane produced according to the method of any one of claims 1 to 8.
상기 비양쪽성 고분자 막의 두께는 1 nm 내지 20 nm 인 것인, 비양쪽성 고분자 막.
10. The method of claim 9,
Wherein the non-ampholytic polymer film has a thickness of 1 nm to 20 nm.
상기 비양쪽성 고분자 막은 상기 비양쪽성 고분자의 나노와이어들의 어레이를 포함하는 것인, 비양쪽성 고분자 막.
10. The method of claim 9,
Wherein the non-ampholytic polymeric membrane comprises an array of nanowires of the non-ampholytic polymer.
상기 비양쪽성 고분자는 폴리티오펜 계열, 폴리파라페닐렌 비닐렌 계열, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 포함하는 것인, 비양쪽성 고분자 막.10. The method of claim 9,
Wherein the non-ampholytic polymer comprises a polymer selected from the group consisting of polythiophene series, polyparaphenylene vinylene series, and combinations thereof.
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| CN114651030A (en) * | 2019-08-13 | 2022-06-21 | 德累斯顿工业技术大学 | Two-dimensional or quasi-two-dimensional polymer film synthesis method, two-dimensional or quasi-two-dimensional polymer film and application thereof |
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