본 논문에서는 유기전자소자의 반도체 물질로 많이 사용되는 poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benthiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 기반으로 하는 균일한 크기와 특성을 가지는 고분자나노와이어를 AAO 템플레이트를 이용하여 대량으로 제작하였다. 제작된 나노와이어는 결점이 없이 깨끗한 표면을 보였으며, 약 250~300 nm의 지름과 ${\sim}30{\mu}m$의 일정한 길이를 가지고 있었다. 나노와이어들은 스프레이 분사 방법을 통하여 유리 기판 위에 균일하게 분사할 수 있었으며, PFO와 F8BT 나노와이어의 경우 UV 빛의 조사하에 각각 나노와이어의 전체에 걸쳐서 왜곡없이 밝은 yellow와 blue luminescence를 보였다.
본 논문에서는 유기전자소자의 반도체 물질로 많이 사용되는 poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benthiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 기반으로 하는 균일한 크기와 특성을 가지는 고분자 나노와이어를 AAO 템플레이트를 이용하여 대량으로 제작하였다. 제작된 나노와이어는 결점이 없이 깨끗한 표면을 보였으며, 약 250~300 nm의 지름과 ${\sim}30{\mu}m$의 일정한 길이를 가지고 있었다. 나노와이어들은 스프레이 분사 방법을 통하여 유리 기판 위에 균일하게 분사할 수 있었으며, PFO와 F8BT 나노와이어의 경우 UV 빛의 조사하에 각각 나노와이어의 전체에 걸쳐서 왜곡없이 밝은 yellow와 blue luminescence를 보였다.
Here, we reported mass-produced organic nanowires with uniform sizes based on poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) which are well known as organic semiconductors for opto/electronics applications, using a ...
Here, we reported mass-produced organic nanowires with uniform sizes based on poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) which are well known as organic semiconductors for opto/electronics applications, using a melt-assisted wetting method with anodic alumina membrane. The conjugated polymer nanowires showed uniformed diameters (D=250~300 nm) and lengths ($L={\sim}30{\mu}m$) with defect free smooth surface regardless of a kinds of semiconductors. In addition, the nanowires were uniformly deposited onto glass substrates by spray-coating method. Under the UV light irradiation, PFO and F8BT nanowires showed blue and yellow emissions, respectively.
Here, we reported mass-produced organic nanowires with uniform sizes based on poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) which are well known as organic semiconductors for opto/electronics applications, using a melt-assisted wetting method with anodic alumina membrane. The conjugated polymer nanowires showed uniformed diameters (D=250~300 nm) and lengths ($L={\sim}30{\mu}m$) with defect free smooth surface regardless of a kinds of semiconductors. In addition, the nanowires were uniformly deposited onto glass substrates by spray-coating method. Under the UV light irradiation, PFO and F8BT nanowires showed blue and yellow emissions, respectively.
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가설 설정
6. Optical image of (a) PFO and (b) F8BT nanowires under UV illumination.
제안 방법
이렇게 분리된 고분자 반도체 박막을 AAO 템플레이트에 올린 후 250~300 o C의 높은 온도에서 약 1~2시간 정도의 충분한 시간 동안 가열하여 AAO template의 나노 기공안에 열에 의해 녹은 고분자들을 채워 넣었다. AAO 템플레이트 틀을 제거하기 위하여 3M의 aqueous NaOH 용액 안에 약 1시간 정도 담구어 AAO 템플레이트를 에칭하였고, 최종적으로 고분자 나노와이어 어레이를 얻을 수 있었으며, 추가적으로 DI water로 세척을 반복적으로 하여, 나노와이어 어레이 주변에 남아 있는 NaOH들을 모두 제거하였다. 마지막으로, 아세톤 및 IPA 안에서 sonication(5~10 s)을 통한 충격으로 각각의 나노와이어들을 에러이로부터분리하였다.
이는 AAO를 제거하고 남아있는 NaOH를 완전히 없애기 위한 DI water 세척 과정 중에 발생한 것으로써, 고분자 반도체의 소수성 특성으로 자기들끼리 뭉치는 것으로 생각되어진다. Sonication을 통한 충격을통해 나노와이어 어레이로부터각각의 나노 와이어를분리하였다.
1 MPa의 압력으로코팅하였다. scanning electron microscope (SEM) (Hitachi S-4700 microscope), transmission electron microscope (TEM) (Philips Tecnni F20), 그리고 fluorescent spectrometer (Nikon TE2000-U microscope)를 이용하여 분리된 각각의 나노와이어 및 어레이의 모양과 특성을 분석하였다.
분리된나노와이어들의 분석을 위해서 유리 및 실리콘 기판 위에 스프레이(Iwata, HP-SB) 코팅 방법을이용하여 도포되었다. 균일한 도포조건을 위하여 약 20 cm 거리에서 1.0 ml/min의 flow rate와 ~0.1 MPa의 압력으로코팅하였다. scanning electron microscope (SEM) (Hitachi S-4700 microscope), transmission electron microscope (TEM) (Philips Tecnni F20), 그리고 fluorescent spectrometer (Nikon TE2000-U microscope)를 이용하여 분리된 각각의 나노와이어 및 어레이의 모양과 특성을 분석하였다.
AAO 템플레이트 틀을 제거하기 위하여 3M의 aqueous NaOH 용액 안에 약 1시간 정도 담구어 AAO 템플레이트를 에칭하였고, 최종적으로 고분자 나노와이어 어레이를 얻을 수 있었으며, 추가적으로 DI water로 세척을 반복적으로 하여, 나노와이어 어레이 주변에 남아 있는 NaOH들을 모두 제거하였다. 마지막으로, 아세톤 및 IPA 안에서 sonication(5~10 s)을 통한 충격으로 각각의 나노와이어들을 에러이로부터분리하였다. 분리된나노와이어들의 분석을 위해서 유리 및 실리콘 기판 위에 스프레이(Iwata, HP-SB) 코팅 방법을이용하여 도포되었다.
본 연구에서는 대표적인 하드 주형법(hard templating)인 다공성 나노 기공을 가지고 있는 anodic aluminum oxide(AAO)을 이용하여 매우쉽게, 균일한지름을가지는다양한고분자반도체나노와이어를 대량으로생산하였다. 사용한고분자반도체물질로는유기발광다이오드, 트랜지스터, 태양전지 등에 많이 사용되는 poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를사용하였으며, 제작된나노와이어는 지름이 250~300 nm, 길이가 10~30 μm을 보였으며 높은 유연성과 결점이 없는 깨끗한 표면을 보였다.
유리기판위에 적층된 PEDOT:PSS/유기반도체 박막을 DI water에 담가서 물에 녹는 PEDOT:PSS층을 제거하여 고분자반도체 박막을 얻을 수 있었다. 이렇게 분리된 고분자 반도체 박막을 AAO 템플레이트에 올린 후 250~300 o C의 높은 온도에서 약 1~2시간 정도의 충분한 시간 동안 가열하여 AAO template의 나노 기공안에 열에 의해 녹은 고분자들을 채워 넣었다. AAO 템플레이트 틀을 제거하기 위하여 3M의 aqueous NaOH 용액 안에 약 1시간 정도 담구어 AAO 템플레이트를 에칭하였고, 최종적으로 고분자 나노와이어 어레이를 얻을 수 있었으며, 추가적으로 DI water로 세척을 반복적으로 하여, 나노와이어 어레이 주변에 남아 있는 NaOH들을 모두 제거하였다.
대상 데이터
1에 나타내었다. 나노와이어의 재료로 사용된 고분자 반도체 물질 PFO(Aldrich), F8BT(American Dye Source), P3HT(Rieke Metals)은 각각 구매 후 추가적인 정제 없이 anhydrous tetrahydrofuran(THF)에 40 mg/ml의 농도로 녹여 사용하였다. 사용된 AAO 템플레이트(Whatman Inc.
본 연구에서는 AAO 템플레이트를 이용한 PFO, F8BT, P3HT 등 유기전자소자의 반도체 물질로 쓰이는 고분자 물질기반의 나노와이어를 제작하였다. 만들어진 고분자 나노 와이어들은 균일한 지름과 길이를 가지고 있었으며, SEM과 TEM 분석을 통하여 결점이 없는 매우 깨끗한 표면을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.
사용된 AAO 템플레이트(Whatman Inc.)는 200 nm의 지름을 가지는 일정한 나노 기공과, 약 60~70 μm의 두께를 가지고 있었다.
사용한고분자반도체물질로는유기발광다이오드, 트랜지스터, 태양전지 등에 많이 사용되는 poly(9,9-dioctylflurorene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT), (regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를사용하였으며, 제작된나노와이어는 지름이 250~300 nm, 길이가 10~30 μm을 보였으며 높은 유연성과 결점이 없는 깨끗한 표면을 보였다.
이론/모형
마지막으로, 아세톤 및 IPA 안에서 sonication(5~10 s)을 통한 충격으로 각각의 나노와이어들을 에러이로부터분리하였다. 분리된나노와이어들의 분석을 위해서 유리 및 실리콘 기판 위에 스프레이(Iwata, HP-SB) 코팅 방법을이용하여 도포되었다. 균일한 도포조건을 위하여 약 20 cm 거리에서 1.
성능/효과
PFO와 F8BT 모두 UV 조사하에결점없이나노와이어전체적으로균일하며밝은 yellow (λ=541 nm)와 blue (λ=442 nm) luminescence 보였으며, PFO 나노와이어의 경우 F8BT 나노와이어 보다 더 유연한 특성을 보이는 것을 볼 수 있었다.
5c는 PFO 나노와이어의 TEM 이미지를 보여준다. 나노와이어 표면의 매우 일정한 contrast로부터 매우 부드러운 표면을 가지고 있다는 것을 알 수 있으며, 나노와이어 전체에 걸쳐 결점이 없다는 것을 알 수 있다. 이렇게 제작되어진 유기반도체 나노와이어들은스프레이 인쇄 기법을통해서 다양한 기판에 도포 되어졌다.
Sonication 시간은 분리된 나노와이어의 yield와비례하지만, 장시간 동안의 sonication은길이가짧아지며표면에 상처가 생기는 나노와이어들을 얻게 한다. 따라서 충분한 양의 결점이 없는 나노와이어를 얻기 위해서는 적당한 시간 동안 sonication을 주는 것이 필요하고, 우리의 실험에서는 약 10s 정도의 시간이 최적의 조건이었다.
본 연구에서는 AAO 템플레이트를 이용한 PFO, F8BT, P3HT 등 유기전자소자의 반도체 물질로 쓰이는 고분자 물질기반의 나노와이어를 제작하였다. 만들어진 고분자 나노 와이어들은 균일한 지름과 길이를 가지고 있었으며, SEM과 TEM 분석을 통하여 결점이 없는 매우 깨끗한 표면을 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 무기 나노와이어와 다르게 매우 유연한 특성을 가지고 있었다.
후속연구
PFO와 F8BT의 경우 UV 조사하에 각각 blue와 yellow 발광을 나노와이어 전체적으로 균일하게 하였다. AAO를 기반으로 하는 나노와이어 제조법은 균일한 나노와이어를 재료의 종류의 상관없이 만들 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 본 연구에서 성장된 유기 나노와이어들은 플렉서블한 광 전자 소자에 응용이 가능할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
나노 와이어란 무엇입니까?
나노 와이어는 나노미터 단위의 크기를 가지는 1차원의 구조체를 말하며 박막물질과는 다른 독특한 전기적, 광학적, 화학적 특성을 가지고 있다[1]. 전자소자의 집적화 및 소형화를 위하여 다양한 소재의 소형화가 큰 이슈로 자리 잡고 있으며, 이를 이용한 나노 전자 소자 (nanoelectronics) 에 관한 연구가 활발히 진행 중이다[2-4].
유기반도체의 장점은 무엇입니까?
최근 유기 전자소자의 성능이 비약적으로 향상되면서 이를 이용한 나노 재료에 관한 많은 연구들이 이루어지고 있다[7]. 유기 반도체는 기본적으로 용액공정, 대량 합성의 용이성, 분자설계에 의한 분자 및 전자적 성질의 조절 등의 장점을 가지고 있다[8]. 이러한 유기반도체를 이용한 나노 와이어는 소자의 소형화 및 투명성, 유연성 등을 극대화 시킬 수 있으며, 아직까지 연구 초기 단계에 있는 유기 반도체의 전하 이동 메커니즘을 이해하고 나노 영역에서의 구조와 성능의 관계 등을 밝히는 중요한 역할을 할 수 있다.
나노 와이어의 특성은 어떠합니까?
나노 와이어는 나노미터 단위의 크기를 가지는 1차원의 구조체를 말하며 박막물질과는 다른 독특한 전기적, 광학적, 화학적 특성을 가지고 있다[1]. 전자소자의 집적화 및 소형화를 위하여 다양한 소재의 소형화가 큰 이슈로 자리 잡고 있으며, 이를 이용한 나노 전자 소자 (nanoelectronics) 에 관한 연구가 활발히 진행 중이다[2-4].
참고문헌 (16)
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