신축성과 유연성을 갖는 전자기기의 패러다임을 통해 차세대 산업에서 요구되는 핵심 성능은 인간과의 상호작용에 중점을 둔 변형 가능성이다. 이에따라 디바이스들을 보다 가볍고 신축성 있게 만들기 위한 노력이 이어지고 있다. 그 중, 공중합체 고분자와 이온성 액체로 구성된 이온겔은 비 휘발성, 기계적 견고성, 높은 이온 전도성을 보이며 다양한 인쇄 기술에 적용이 가능하기에 차세대 신소재로서 주목받고 있다. 본 논문에서는 공중합체 고분자의 분자구조를 심도있게 디자인하여 다양한 특성을 확보하였고 이를 다양한 전기화학소자에 응용할 수 있는 방향에 대해 제시한다. 본 논문은 크게 세장으로 구성되어 있으며 이온겔의 기계적 물성 조절, 이온 흐름 조절 및 자가회복 극대화에 초점을 맞추어 공중합체 고분자의 다양한 ...
신축성과 유연성을 갖는 전자기기의 패러다임을 통해 차세대 산업에서 요구되는 핵심 성능은 인간과의 상호작용에 중점을 둔 변형 가능성이다. 이에따라 디바이스들을 보다 가볍고 신축성 있게 만들기 위한 노력이 이어지고 있다. 그 중, 공중합체 고분자와 이온성 액체로 구성된 이온겔은 비 휘발성, 기계적 견고성, 높은 이온 전도성을 보이며 다양한 인쇄 기술에 적용이 가능하기에 차세대 신소재로서 주목받고 있다. 본 논문에서는 공중합체 고분자의 분자구조를 심도있게 디자인하여 다양한 특성을 확보하였고 이를 다양한 전기화학소자에 응용할 수 있는 방향에 대해 제시한다. 본 논문은 크게 세장으로 구성되어 있으며 이온겔의 기계적 물성 조절, 이온 흐름 조절 및 자가회복 극대화에 초점을 맞추어 공중합체 고분자의 다양한 합성법과 특성 분석 기법을 제시한다. 1장에서는 유리 전이 온도가 낮으면서 동시에 이온성 액체에 녹지 않는 도메인을 가진 고분자 구조를 도입하여 고 투명 및 초신축성 이온겔을 제작하였고, 이를 활용하여 사람의 몸에 부착하여 다양한 움직임을 감지할 수 있는 아이오노스킨에 대해 소개한다. 2장에서는 양쪽성이온기반 공중합체와 액체 금속 기반 전극을 이용하여 상온에서도 자가 치유 가능한 이온-열전 발전기를 소개한다. 공중합체 디자인을 통해 이온을 고분자 내에 선택적으로 위치시켜 각 이온의 이동성을 선택적으로 조절하는 방안을 소개한다. 이를 통해 p형 및 n형 열전발전기를 각각 제작할 수 있었고, p형, n형 접합을 통해 열전 소자의 성능을 극대화시키는 연구를 제시한다. 3장에서는 이온성 공중합체를 활용하여 이온성 액체와의 결합을 유발하였고, 이 결합을 통해 이온 클러스터를 동적으로 형성시켜 실온에서도 1분이내의 빠른 자가 치유능력을 보이는 이온겔을 소개한다. 이 기술은 뛰어난 자가 치유 능력, 뛰어난 신축성, 장기적 안정성 및 쉽게 재구성할 수 있는 기술로 변형 가능한 발광 디스플레이에 대한 가능성을 선보인다. 이를 통해 이온겔을 다양한 전자소자에 통합할 수 있고, 차세대 웨어러블 플랫폼으로 응용 분야를 확장할 수 있기에 소프트 로봇 및 웨어러블 시장에 대한 막대한 파급력이 기대된다.
신축성과 유연성을 갖는 전자기기의 패러다임을 통해 차세대 산업에서 요구되는 핵심 성능은 인간과의 상호작용에 중점을 둔 변형 가능성이다. 이에따라 디바이스들을 보다 가볍고 신축성 있게 만들기 위한 노력이 이어지고 있다. 그 중, 공중합체 고분자와 이온성 액체로 구성된 이온겔은 비 휘발성, 기계적 견고성, 높은 이온 전도성을 보이며 다양한 인쇄 기술에 적용이 가능하기에 차세대 신소재로서 주목받고 있다. 본 논문에서는 공중합체 고분자의 분자구조를 심도있게 디자인하여 다양한 특성을 확보하였고 이를 다양한 전기화학소자에 응용할 수 있는 방향에 대해 제시한다. 본 논문은 크게 세장으로 구성되어 있으며 이온겔의 기계적 물성 조절, 이온 흐름 조절 및 자가회복 극대화에 초점을 맞추어 공중합체 고분자의 다양한 합성법과 특성 분석 기법을 제시한다. 1장에서는 유리 전이 온도가 낮으면서 동시에 이온성 액체에 녹지 않는 도메인을 가진 고분자 구조를 도입하여 고 투명 및 초신축성 이온겔을 제작하였고, 이를 활용하여 사람의 몸에 부착하여 다양한 움직임을 감지할 수 있는 아이오노스킨에 대해 소개한다. 2장에서는 양쪽성이온기반 공중합체와 액체 금속 기반 전극을 이용하여 상온에서도 자가 치유 가능한 이온-열전 발전기를 소개한다. 공중합체 디자인을 통해 이온을 고분자 내에 선택적으로 위치시켜 각 이온의 이동성을 선택적으로 조절하는 방안을 소개한다. 이를 통해 p형 및 n형 열전발전기를 각각 제작할 수 있었고, p형, n형 접합을 통해 열전 소자의 성능을 극대화시키는 연구를 제시한다. 3장에서는 이온성 공중합체를 활용하여 이온성 액체와의 결합을 유발하였고, 이 결합을 통해 이온 클러스터를 동적으로 형성시켜 실온에서도 1분이내의 빠른 자가 치유능력을 보이는 이온겔을 소개한다. 이 기술은 뛰어난 자가 치유 능력, 뛰어난 신축성, 장기적 안정성 및 쉽게 재구성할 수 있는 기술로 변형 가능한 발광 디스플레이에 대한 가능성을 선보인다. 이를 통해 이온겔을 다양한 전자소자에 통합할 수 있고, 차세대 웨어러블 플랫폼으로 응용 분야를 확장할 수 있기에 소프트 로봇 및 웨어러블 시장에 대한 막대한 파급력이 기대된다.
Solid-state polymeric gel electrolytes, such as ionogels, consisting of copolymer gelators and ionic liquids (ILs), present a promising avenue for future wearable platforms. These materials offer advantages such as non-volatility, mechanical robustness, high ionic conductivity, and applicability in ...
Solid-state polymeric gel electrolytes, such as ionogels, consisting of copolymer gelators and ionic liquids (ILs), present a promising avenue for future wearable platforms. These materials offer advantages such as non-volatility, mechanical robustness, high ionic conductivity, and applicability in various printing techniques. Additionally, integrating functional moieties into copolymer gelators allows for the incorporation of additional functionalities. Therefore, this thesis investigates the relationship between the molecular configuration of copolymer gelators and the resulting characterization of the gels. The thesis is structured into three main chapters. Chapter 1 focuses on the development of highly transparent and ultra-stretchable ionic sensors (ionoskins) using PMMA-r-PBA copolymer as a gelator. The molecular design involves incorporating IL-insoluble components with a low glass transition temperature to create a straightforward "ionic" strain sensory platform. In Chapter 2, self-healable ionic thermoelectric generators (TEGs) are introduced, based on a ZI copolymer and liquid metal-based electrodes. The strategic positioning of ions enhances ionic mobilities, leading to increased power factors for both p-type and n-type TEGs. The water-absorbing characteristics of the ZI copolymer contribute to quick charge relaxation times, presenting a breakthrough in high-performance ionic TEGs. Chapter 3 introduces a 1-min, room temperature self-healing ionogel, attributed to the dynamic formation of ion clusters between the charged moieties in copolymers and ionic liquids. With exceptional self-healing ability, remarkable stretchability, long-term stability, and ease of reshaping, this technology holds promise for reconfigurable and deformable light-emitting displays. The dissertation explores the incorporation of ionogels into electrochemical systems, optimizing performance, and expanding applications for future wearable electronic platforms, providing valuable insights for the molecular designing strategy and their perspectives in the related fields.
Solid-state polymeric gel electrolytes, such as ionogels, consisting of copolymer gelators and ionic liquids (ILs), present a promising avenue for future wearable platforms. These materials offer advantages such as non-volatility, mechanical robustness, high ionic conductivity, and applicability in various printing techniques. Additionally, integrating functional moieties into copolymer gelators allows for the incorporation of additional functionalities. Therefore, this thesis investigates the relationship between the molecular configuration of copolymer gelators and the resulting characterization of the gels. The thesis is structured into three main chapters. Chapter 1 focuses on the development of highly transparent and ultra-stretchable ionic sensors (ionoskins) using PMMA-r-PBA copolymer as a gelator. The molecular design involves incorporating IL-insoluble components with a low glass transition temperature to create a straightforward "ionic" strain sensory platform. In Chapter 2, self-healable ionic thermoelectric generators (TEGs) are introduced, based on a ZI copolymer and liquid metal-based electrodes. The strategic positioning of ions enhances ionic mobilities, leading to increased power factors for both p-type and n-type TEGs. The water-absorbing characteristics of the ZI copolymer contribute to quick charge relaxation times, presenting a breakthrough in high-performance ionic TEGs. Chapter 3 introduces a 1-min, room temperature self-healing ionogel, attributed to the dynamic formation of ion clusters between the charged moieties in copolymers and ionic liquids. With exceptional self-healing ability, remarkable stretchability, long-term stability, and ease of reshaping, this technology holds promise for reconfigurable and deformable light-emitting displays. The dissertation explores the incorporation of ionogels into electrochemical systems, optimizing performance, and expanding applications for future wearable electronic platforms, providing valuable insights for the molecular designing strategy and their perspectives in the related fields.
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