전도성 고분자 중 안정성이 높은 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)을 이용하여 전기변색박막을 제조하고 박막제조 방법에 따른 전기변색 특성을 연구하였다. PEDOT 박막은 전기중합법과 증기중합법에 의해 제조되었고, 두가지 방법 모두 도핑되지 않은 중성 상태에서 짙은 푸른색을 띠는 박막으로 제조되었다. 전기변색 특성을 평가하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer와 Cyclic voltammetry가 사용되었으며, 산화/환원 시 표면은 AFM으로 관찰되었다. 전기 중합법으로 제조된 PEDOT 박막에 비해 증기중합에 방법에 의해 제작된 PEDOT 박막의 표면이 거칠기 50 nm 이내로 균일 하였다. 특히 증기 중합법을 이용하여 제조된 전기 변색 소재의 특성도 응답성 1.5초 이내, 49%의 투과율 차이, 402의 변색 효율을 보여 박막의 특성 향상으로 전기변색특성이 향상 된 결과를 보였다.
전도성 고분자 중 안정성이 높은 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)을 이용하여 전기변색 박막을 제조하고 박막제조 방법에 따른 전기변색 특성을 연구하였다. PEDOT 박막은 전기중합법과 증기중합법에 의해 제조되었고, 두가지 방법 모두 도핑되지 않은 중성 상태에서 짙은 푸른색을 띠는 박막으로 제조되었다. 전기변색 특성을 평가하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer와 Cyclic voltammetry가 사용되었으며, 산화/환원 시 표면은 AFM으로 관찰되었다. 전기 중합법으로 제조된 PEDOT 박막에 비해 증기중합에 방법에 의해 제작된 PEDOT 박막의 표면이 거칠기 50 nm 이내로 균일 하였다. 특히 증기 중합법을 이용하여 제조된 전기 변색 소재의 특성도 응답성 1.5초 이내, 49%의 투과율 차이, 402의 변색 효율을 보여 박막의 특성 향상으로 전기변색특성이 향상 된 결과를 보였다.
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), which has the highest stability in conducting polymer was employed to electrochromic (EC) film and studied about electrochromic properties according to the film fabrication method. PEDOT films were coated by two different methods, electropolymerization (EP) ...
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), which has the highest stability in conducting polymer was employed to electrochromic (EC) film and studied about electrochromic properties according to the film fabrication method. PEDOT films were coated by two different methods, electropolymerization (EP) and vapor phase polymerization (VPP). Both of PEDOT films showed dark blue color at dedoped neutral state. Spectroelectrochemistry, switching ability and stability of the devices were investigated by UV-Vis Spectrophotometer and Cyclic voltammetry. Surface morphologies of the PEDOT VPP film at oxidized and reduced state were obtained by AFM. The average surface roughness of the PEDOT-VPP film was 50 nm and more homogeneous than that of the PEDOT-EP. The EC property from the PEDOT-VPP film was improved compared to that of the PEDOT-EP film, to show a response time of 1.5 sec, transmittancechange of 49%, and coloration efficiency of 402.
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), which has the highest stability in conducting polymer was employed to electrochromic (EC) film and studied about electrochromic properties according to the film fabrication method. PEDOT films were coated by two different methods, electropolymerization (EP) and vapor phase polymerization (VPP). Both of PEDOT films showed dark blue color at dedoped neutral state. Spectroelectrochemistry, switching ability and stability of the devices were investigated by UV-Vis Spectrophotometer and Cyclic voltammetry. Surface morphologies of the PEDOT VPP film at oxidized and reduced state were obtained by AFM. The average surface roughness of the PEDOT-VPP film was 50 nm and more homogeneous than that of the PEDOT-EP. The EC property from the PEDOT-VPP film was improved compared to that of the PEDOT-EP film, to show a response time of 1.5 sec, transmittancechange of 49%, and coloration efficiency of 402.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 폴리티오펜(Polythiophene) 계열 중에 가장 널리 이용되고 있는 PEDOT (Poly(3, 4-ethylenedi- oxythio-phene))을 이용한 전기변색 박막의 제조 방법과 그 특성을 연구하였다. 비교적 낮은 에너지 차이를 가지고 있는 PEDOTe 환원상태에서 색이 나타나는 환원 발색으로, doped 상태에서는 투명한 파란색을 나타내고 dedoped 된 상태에서는 진한 파란색을 나타낸다[9, 10].
제안 방법
물질의 특성 평가를 위하여 Avaspec-2048 fiber spec- trometer가 사용되어 UV-vis의 흡광도를 측정하였고, Cyclic voltammetry 즉정을 위하여 CHI624B이 사용되었다. Alpha step (TENCOR INSTRUMENTS, Alphastep IQ)을 사용하여 박막의 두께를 측정하였고, 표면관찰을 위하여 Atomic Force Microscope (AFM) (Digital Instruments, Santa Barbara, CA)이 사용되었다.
두 번째 방법은 EDOT 단량체의 증기 상태를 이용하여 고분자 박막을 형성하는 것으로, 미리 제조된 산화 용액을 스핀코팅 법을 사용하여 ITO 유리 에 1, 600 rpm이에서 20초 동안 코팅 시켜준다. 그 후, 밀폐된 유리 상자에 준비된 ITO 유리를 붙이고 75℃ 정도에서 10분간 EDOT 증기를 올려주면 PEDOT 박막이 형성 된다.
모든 시약들은 Aldrich에서 구매되었다. 물질의 특성 평가를 위하여 Avaspec-2048 fiber spec- trometer가 사용되어 UV-vis의 흡광도를 측정하였고, Cyclic voltammetry 즉정을 위하여 CHI624B이 사용되었다. Alpha step (TENCOR INSTRUMENTS, Alphastep IQ)을 사용하여 박막의 두께를 측정하였고, 표면관찰을 위하여 Atomic Force Microscope (AFM) (Digital Instruments, Santa Barbara, CA)이 사용되었다.
05 M을 넣어 전기중합에 필요한 용액을 제조하였다. 박막 형성을 위하여 0 V와 +1.5 V (Scan rate : 0.5 V/s) 범위 내에서 CV를 이용하여 순환하였으며, ITO 유리를 작업 전극으로 하는 3전극 시스템에서 CV 순환 횟수 조절을 통하여 두께를 조절하였다.
상기 두 가지 다른 방법으로 만들어진 박막의 전기변색 특성 비교를 위하여 두께별로 2전극 소자를 제작하여 테스트 하였으며, 그 결과 같은 조건에서 가장 큰 투과도 차이를 보이는 박막이 선택되었다. 전기중합에서는 2 Cycle의 160 nm 박막(PEDOT-EP) 이, 증기중합에서는 3-min의 120 nm 박막(PEDOT-VPP)이 선택되었고, 각각 590 nm에서 37%과 49%의 투과도 차이를 보였다[14] 선택된 박막의 특성을 측정하기 위하여 액체 전해질을 이용한 전기변색 소자가 제작되었으며, CV, UV-vis spectra, 투과율, 전기변색 응답 속도 등이 측정되었다.
비교적 낮은 에너지 차이를 가지고 있는 PEDOTe 환원상태에서 색이 나타나는 환원 발색으로, doped 상태에서는 투명한 파란색을 나타내고 dedoped 된 상태에서는 진한 파란색을 나타낸다[9, 10]. 전기 중합 법, 증기 중합 법의 두 가지 박막 제조 기술을 사용하였으며, 두 박막을 이용한 전기변색 소자의 특성평가를 통해 향상된 특성을 보이는 박막 제조 조건을 최적화 시켰다[11].
전기변색 특성의 측정에 활용 될 소자는 두 장의 ITO 유리의 샌드위치 형 타입인 2전극 형태로 제작 되었다. 스페이서 안에 채워질 전해질은 액체 전해질이 사용되었으며 , Tertbutylammonium perchlorate (TBAP)와 y - Butyrolacton으로 구성되었다.
전기중합과 증기중합에 의해 ITO 전극 위에 코팅된 PEDOT 박막을 전기변색 소자에 적용하여 특성을 비교하였다. 그 결과 증기중합에 의해 만들어진 박막이 더 균일하며 낮은 roughness를 가지고 있었고, 전기 중합된 박막보다 뛰어난 특성을 보였다.
보이는 박막이 선택되었다. 전기중합에서는 2 Cycle의 160 nm 박막(PEDOT-EP) 이, 증기중합에서는 3-min의 120 nm 박막(PEDOT-VPP)이 선택되었고, 각각 590 nm에서 37%과 49%의 투과도 차이를 보였다[14] 선택된 박막의 특성을 측정하기 위하여 액체 전해질을 이용한 전기변색 소자가 제작되었으며, CV, UV-vis spectra, 투과율, 전기변색 응답 속도 등이 측정되었다. Fig.
첫 번째로 전기중합을 이용하여 박막을 형성하였다. Acetonitrile 10 mL에 LiC104 1 mol과 EDOT 0.
대상 데이터
3, 4-ethylenedioxythiophene (EDOT)을 단량체로 사용하였으며, Lithium perchlorate (LiClOQ는 전해질 염으로, anhydrous acetonitrile는 용매로 전기중합에 사용되 었다. 증기 중합을 위한 산화제로는 Iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate hexahydrate을 사용하였고 Isopropyl alcohol과 pyridine0] 사용되었다.
되었다. 스페이서 안에 채워질 전해질은 액체 전해질이 사용되었으며 , Tertbutylammonium perchlorate (TBAP)와 y - Butyrolacton으로 구성되었다.
었다. 증기 중합을 위한 산화제로는 Iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate hexahydrate을 사용하였고 Isopropyl alcohol과 pyridine0] 사용되었다. 모든 시약들은 Aldrich에서 구매되었다.
이론/모형
표면 특성 관찰을 위하여 AFM으로 박막의 rough- ness가 측정되었다. Fig.
성능/효과
4(b)가 더욱 큰 투과도 변화를 보였다. +2.5 V에서 -2.5 ▼까지 일정 간격을 두고 전압을 인가해 주었으며, 가장 큰 투과도를 보이는 590 nm의 파장에서 투과도를 측정한 결과 증기 중합에 의한 것이 약 50%의 투과도 차이를 보였다.
이것은 한 번 전기를 가하였을 경우 더이상 전기를 가하지 않아도 변색/탈색이 가능하다는 것을 의미하고, 에너지 효율 면에서 매우 유리한 소재라 할 수 있다. 각각의 소자를 doped상태가 되게 3 V를 인가해준 후 180분 동안 관찰 한 결과, PEDOT-VPP의 경우 약 30% 투과도가 감소한 반면, 전기중합된 PEDOT의경우 40%의 투과도가 감소하였다. 여태까지 측정된 전기변색 특성을 간단히 Table 1에 정리하였다.
계산 결과에 따르면 PEDOT-VPP의 경우 402의 변색 효율을 가지며, 이는 전기중합 된 박막의 216의 약 2배에 달하는 변색 효율이다.
그 결과 증기중합에 의해 만들어진 박막이 더 균일하며 낮은 roughness를 가지고 있었고, 전기 중합된 박막보다 뛰어난 특성을 보였다. 증기중합된 박막으로 만들어진 소자는49%의 투과도 차이, 1.
탈색/변색된 상태에서 최대 색 대비의 70%까지 변색/탈색이 되는 시간을 측정하여 전기변색의 반응속도를 측정하는 것으로, PEDOT-VPP의 경우 1.5초 이내의 반응 시간을 가지며 전기중합에 의한 것보다 향상된 특성을 나타냈다
참고문헌 (16)
R. J. Mortimer, "Electrochromic materials", Chem. Soc. Rev., 26, 147 (1997).
J. Lee, Y. N. Kim, Y. J. Kim, J. Back, and E. Kim, "Multi-Color E1ectrochromic Device Based on Organic E1ectrochromic Materials", Mol. Cryst. Liq. Cryst., 491, 74 (2008).
P. M. S. Monk, R. J. Mortimer, and D. R. Rosseinsky, Electrochromism : Fundamentals and Applications, VCH Ltd. (1995).
Y. Kim and E. Kim, "Electrochromic properties of nanochromic windows assembled by the layer-bylayer self-assembly technique", Curr. Appl. Phys., 6, e202 (2006).
R. J. Mortimer, K. R. Graham, C. R. G. Grenier, and J. R. Reynolds, "Influence of the Film Thickness and Morphology on the Colorimetric Properties of spray-Coated Electrochromic Disubstituted 3,4-Propylenedioxythiophene Polymers", Appl. Mater. Interfaces., 10, 2269 (2009).
Y. Kim and E. Kim, "Conductive Polymer Patterning on a Photoswitching Polymer Layer", Macromol. Res., 14, 584 (2006).
J. Seo, D. Roh, J. Park, J. Koh, S. Maken, and J. Kim, "Preparation of Proton Conducting Crosslinked Membranes From PS-b-PHEA Diblock Copolymer and Poly(vinyl alcohol)", Membrane Journal, 18, 23 (2008).
J. Roncali, "Conjugated poly(thiophenes): synthesis, functionalization, and applications", J. Chem. Rev., 92, 711 (1992).
Y. Coskun, A. Cirpan, and L. Toppare, "Construction of electrochromic devices using thiophene based conducting polymers", J. Mater. Sci., 42, 368 (2007).
K. Grunathan, A. V. Murugan, R. Marimuthu, U. P. Mulik, D. P. Amenerkar, "Electrochemically synthesised conducting polymeric materials for applications towards technology in electronics, optoelectronics and energy storage devices", Mater. Chem. Phys., 61, 173 (1999).
B. W. Jensen, D. W. Breiby, and K. West, "Base inhibited oxidative polymerization of 3,4-ethylenedioxy thiophene with iron(III)tosylate", Synthetic Metals, 152, 1 (2005).
N. Sakmeche, J. J. Aaron, M. Fall, S. Aeiyach, M. Jouini, J. C. Lacroix, and P. C. Lacaze, "Anionic micelles; a new aqueous medium for electropolymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) films on Pt electrodes", Chem. Commun., 2723 (1996).
B. Winther-Jensen and K. West, "Vapor-Phase Polymerization of 3,4-Ethylenedioxythiophene: A Route to Highly Conducting Polymer Surface Layers", Macromolecules, 37, 4538 (2004).
G. A. Sotzing, J. R. Reynolds, and P. J. Steel, "Electrochromic Conducting Polymers via Electrochemical Polymerization of Bis(2-(3,4-ethylenedioxy) thienyl) Monomers", Chem. Mater., 8, 882 (1996).
Y. Hwang and H. Ko, "Electrochromic Polymers and Devices", Polym. Sci. Technol., 20, 307 (2009).
A. A. Argun, P. H. Aubert, B. C. Thompson, I. Schwendeman, C. L. Gaupp, J. Hwang, N. J. Pinto, D. B. Tanner, A. G. MacDiarmid" and J. R. Reynolds, "Multicolored Electrochromism in Polymers : Structures and Devices", Chem. Mater., 16, 4401 (2004).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.