전도성 고분자에 곁가지로 chromophore를 결합시켜 만든 다양한 전기 변색 물질과 그 특성을 소개하였다. 전도성 고분자로는 Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), Poly(cyclopen-tadithiophene), 및 poly (1,4-bis [2- (3,4-ethylenedioxy)thienyl] benzene)를 사용하고, chromophore로는 viologen과 perylenetetracarboxylic diimide를 사용한 경우에 대하여 설명하였다. 전도성 고분자와 thromophore의 변색 파장 범위가 다른 경우에는 변색의 다양성을 성취할 수 있었으며, 변색 파장 범위가 비슷한 경우에는 색대비를 높일 수 있다. 최대 색대비를 나타내는 필름의 두께를 쉽게 예측할 수 있는 방법도 설명하였다.
전도성 고분자에 곁가지로 chromophore를 결합시켜 만든 다양한 전기 변색 물질과 그 특성을 소개하였다. 전도성 고분자로는 Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), Poly(cyclopen-tadithiophene), 및 poly (1,4-bis [2- (3,4-ethylenedioxy)thienyl] benzene)를 사용하고, chromophore로는 viologen과 perylenetetracarboxylic diimide를 사용한 경우에 대하여 설명하였다. 전도성 고분자와 thromophore의 변색 파장 범위가 다른 경우에는 변색의 다양성을 성취할 수 있었으며, 변색 파장 범위가 비슷한 경우에는 색대비를 높일 수 있다. 최대 색대비를 나타내는 필름의 두께를 쉽게 예측할 수 있는 방법도 설명하였다.
Electrochromic materials based on conducting polymers with pendant chromophores as well as their electrochromic properties are described. The conducting polymers described aye polypyrrole, polythiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly (cyclopentadithiophene), and poly (1,4-bis [2- (3,4-ethyl...
Electrochromic materials based on conducting polymers with pendant chromophores as well as their electrochromic properties are described. The conducting polymers described aye polypyrrole, polythiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly (cyclopentadithiophene), and poly (1,4-bis [2- (3,4-ethylenedioxy) thienyl] benzene). The chromophores described are viologen and perylenetetra-carboxylic diimide. When the wavelength ranges of absorption of the conducting polymer and the chromophore aye not overlapping, multiple electrochromism was achieved. When the wavelength ranges are largely overlapping, higher contrast was achieved. An easy method for prediction of the film thickness for maximum contrast of a given electrochromic material is also described.
Electrochromic materials based on conducting polymers with pendant chromophores as well as their electrochromic properties are described. The conducting polymers described aye polypyrrole, polythiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly (cyclopentadithiophene), and poly (1,4-bis [2- (3,4-ethylenedioxy) thienyl] benzene). The chromophores described are viologen and perylenetetra-carboxylic diimide. When the wavelength ranges of absorption of the conducting polymer and the chromophore aye not overlapping, multiple electrochromism was achieved. When the wavelength ranges are largely overlapping, higher contrast was achieved. An easy method for prediction of the film thickness for maximum contrast of a given electrochromic material is also described.
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문제 정의
이러한 제 3세대 전도성 고분자를 이용한 예로서, 전도성 고분자의 단량체인 퍼롤(pyrrole)에 bipyridilium을 결합시키고 나서 퍼롤 단위를 전극 표면에서 산화 중합시켜 만든 전기 변색 물질이 연구된 바 있다.25 본 논문에서는 이러한 제 3세대 전도성 고분자를 이용한 전기 변색 물질의 특성에 대하여 논의하고자 한다. 이러한 제 3세대 전도성 고분자는 전도성 고분자의 특성 때문에 전기 전도 도가 높아서 앞에서 지적한 고분자 전해질을 이용한 전기 변색 물질의 단점이 보완될 뿐만 아니라, 곁가지에 도입한 작용기가 다양한 변색 특성을 더해주고, 기타 다른 기능까지도 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
착색된 상태와 탈색된 상태 사이의 투과도(transmittance) 의 차이 (47)가 널리 이용되기는 하지만, 어떤 전기 변색 물질의 최대 색대비 C4Gax) 를 주는 박막의 두께(Lm)를 알아내기 위하여 흔히 시행착오 (trial and error) 방법을 사용한다. 여기서 4Gax와 Lm를 예측할 수 있는 편리한 방법을 소개하고자 한다. Tmax와 Lm는 물질의 특성이기 때문에 소자에 무관한 값이다.
제안 방법
퍼린렌에 여러 가지 치환기를 도입하면 ^-stacking 현상이 없어져서 용해성이 급격히 증가한다.3738 우리는 용해도를 증가시키기 위하여 tert—butylphenoxy기를 퍼릴렌의 1—, 6—, 7—, 12—번 위치에 결합시켰으며, 전도성 고분자의 단량체인 Py을 PDI의 N- 위치에 트리메틸렌 spacer를 통하여 결합시킨 단량체 PDI-2Py 를 합성하였고, 그 구조를 Figure 8에 나타내었다. 이 단량체를 앞에서와 같은 방법으로 ITO 유리를 전극으로 하여 전기화학적으로 중합하여 고분자 P(PDI-2Py) 박막을 만들었다.
3738 우리는 용해도를 증가시키기 위하여 tert—butylphenoxy기를 퍼릴렌의 1—, 6—, 7—, 12—번 위치에 결합시켰으며, 전도성 고분자의 단량체인 Py을 PDI의 N- 위치에 트리메틸렌 spacer를 통하여 결합시킨 단량체 PDI-2Py 를 합성하였고, 그 구조를 Figure 8에 나타내었다. 이 단량체를 앞에서와 같은 방법으로 ITO 유리를 전극으로 하여 전기화학적으로 중합하여 고분자 P(PDI-2Py) 박막을 만들었다. 이 고분자의 전기 변색 특성을 Table 4에 나타내었다.
특히, 폴리티오펜의 경우 thiophene 고리의 3- 및 4-위치의 비가역적 산화가 안정성을 해치는 주요 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, thiophene 고리의 3- 및 4-위치에 alkylenedioxy과 같은 전자 주개를 도입하여 보호하였는데, 33 alkylenedioxy기는 산화 전위도 낮추어주어 전기 중합 과정에서 side reaction을 방지하는 효과도 있다 이러한 목적으로 poly (l, 4-bis[2- (3, 4_ethylenedioxy)thienyl]benzene} [P (BEDOTPh)] 를 골격 고분자로 택하였다. P(BEDOTPh) 는 폴리티오펜보다 안정성 면에서 우수한 것으로 알려졌다.
대상 데이터
이들 고분자는 각각의 단량체인 Py-V2+-Me 또는 Py-V2+-Py> acetonitrile 에 녹인 용액 속에서 전기 화학적으로 산화 중합하여 전극 표면에 코팅된 박막으로 얻었다. 전기 변색을 연구하려면 전극이 투명해야 하기 때문에 작업 전극으로는 ITO 유리를 사용하였다. 전해질로는 0.
전기 변색을 연구하려면 전극이 투명해야 하기 때문에 작업 전극으로는 ITO 유리를 사용하였다. 전해질로는 0.1 M tetrabutylammonium hexa— fluorophosphate(£-BimNPF6)를 사용하였으며, 전위는 -1.5와1.0 V (vs. Ag/Ag+) 사이에서 50 mV/s 의 속도로 순환하는 전위를 사용하였다.
이론/모형
Tmax와 Lm는 물질의 특성이기 때문에 소자에 무관한 값이다. 이 방법에서는 착색된 상태에서 적당한 흡광도를 나타낼 수 있는 두께로 박막을 만들어, 착색된 상태 및 탈색된 상태의 흡광도를 측정한 다음, Beer의 법칙을 이용하여 최대 색대비가 나타날 수 있는 두께를 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.39
성능/효과
여러가지 전도성 고분자와 chromophore를 결합시킨 전기 변색 물질에서, 전도성 고분자와 chromophore의 흡수 파장 영역이 다른 경우에는 다양한 색변화(multiple electrochromism) 를 달성할 수 있었으며, 흡수 파장 영역이 많이 겹치는 경우에는 색대비가 향상된 전기 변색 물질이 얻어졌다. 주어진 전기 변색 물질에 대하여 최대 색대비를 나타내는 필름의 두께를 쉽게 예측하는 방법은, 소자 제작시 시행 착오를 줄일 수 있는 방법이 될 것이다.
25 본 논문에서는 이러한 제 3세대 전도성 고분자를 이용한 전기 변색 물질의 특성에 대하여 논의하고자 한다. 이러한 제 3세대 전도성 고분자는 전도성 고분자의 특성 때문에 전기 전도 도가 높아서 앞에서 지적한 고분자 전해질을 이용한 전기 변색 물질의 단점이 보완될 뿐만 아니라, 곁가지에 도입한 작용기가 다양한 변색 특성을 더해주고, 기타 다른 기능까지도 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
참고문헌 (39)
P. M. S. Monk, R. J. Mortimer, and D. R. Rosseinsky, Electrochromism: Fundamentals and Applications, VCH Publishers, Inc., New York, NY, 1995
M. Mastragostino, in Applications of Electroactive Polymers, B. Scrosati, Editor, Chapman and Hall, London, Chapter 7 (1933)
S. E. Collins and D. J. Schffrin, J. Electrochem. Soc., 132, 1835 (1985)
P. M. S. Monk, The Violoeens: Physicochemical Properties, Synthesis and Applications of the Salt of 4,4'-Bipyridine, John Wiley and Sons, Ltd., Chichester, England, 1998
H. C. Ko, S. Kim, H. Lee, and B. Moon, Adv. Funct. Mat., 15, 905 (2005)
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