초록 ▼

본 연구에서는, 정보통신산업의 핵심요소인 비선형 광학소자를 개발함에 있어서, 최근 세계적인 관심 속에 연구$\middot$개발되고 있는 ‘신기능의 유기복합재료에서의 비선형 광학 특성’을 연구함으로써, 이 물질을 이용한 비선형 광학소자의 성능혁신과 장치특성을 동시에 제공하는 방법을 모색하고자 한다. 특히 공액고분자/풀러린 복합재에서의 광여기에 따른 전하이동 및 비선형 광흡수 기구를 규명하고 조건을 최적화한 후, 나아가서 이 복합재 박막에서의 기초적 비선형 광학실험을 수행한다. 또한, 유기복합재의 개념을 고분자/실리

본 연구에서는, 정보통신산업의 핵심요소인 비선형 광학소자를 개발함에 있어서, 최근 세계적인 관심 속에 연구$\middot$개발되고 있는 ‘신기능의 유기복합재료에서의 비선형 광학 특성’을 연구함으로써, 이 물질을 이용한 비선형 광학소자의 성능혁신과 장치특성을 동시에 제공하는 방법을 모색하고자 한다. 특히 공액고분자/풀러린 복합재에서의 광여기에 따른 전하이동 및 비선형 광흡수 기구를 규명하고 조건을 최적화한 후, 나아가서 이 복합재 박막에서의 기초적 비선형 광학실험을 수행한다. 또한, 유기복합재의 개념을 고분자/실리카/티타니아 등의 ‘유기/무기 혼성 나노복합재 연구’로 병행/확장하여, 이를 이용한 비선형 광학소자의 개발도 꾀하고자 한다.
우수한 물성과 안정화된 고품질의 공액고분자와 가용성의 풀러린 재료를 개발하고 이를 복합재화하는 기술을 완성하였다. 이들 고분자/풀러린 복합재에서의 광여기에 따른 광전하 이동의 기초기구를 규명하고 전형적인 비선형광학 실험을 수행함으로서, 최적의 비선형광학 매질로서의 가능성을 찾았고 아울러 비선형 광학소자를 개발을 위한 기초연구를 하였다. 나아가서 이러한 유기 나노복합재의 개념을 폴리머/티타니아와 같은 유기/무기 나노복합재 연구로 확장하여, 이를 이용한 광학소자에 응용하였다.
i) 비선형 광학매질로 적당한 재료이면서 광여기 전하이동을 보이는 공액고분자와 풀러린 유도체를 확보하였으며, 이들의 복합재 및 박막에 대한 다양한 기초 물성과 비선형 광흡수를 연구하였다. ii) 유기 색소분자에서 펄스폭이 서로 다른 두 레이저에서의 비선형 광흡수과정을 측정하여 비교하였고, 여기준위 흡수에 대해 정량적으로 분석하는 방법은 유기분자의 비선형 흡수 과정을 이해하는 매우 적절한 방법임을 알 수 있었다. iii) 또한 공액고분자/풀러린 복합재에서 공액고분자의 에너지 밴드갭 이상의 여기 광으로 공액 고분자를 여기시킨 후, transmittance의 변화인 -ΔT/T를 측정하는 modulation spectroscopy로써 공액 고분자/풀러린 복합재의 광여기 상태를 조사하였다. 이는 공액고분자/풀러린 복합재를 이용한 비선형 광학 특성 연구의 기초적인 실험이 되면서, 동시에 복합재 내에서의 광여기 전하이동 메커니즘을 규명할 수 있었다. iv) 유기/무기 복합물과 bi-layer에서도 확연한 광여기 전하이동 현상을 확인하였고, 이를 기반으로 비선형 광학소자 뿐만 아니라 유기/무기 hybrid 태양전지와 같은 새로운 응용분야의 창출이 가능함을 알수 있었다. v) 본 연구의 수행결과, 현재 총 6편의 논문(SCI 3편 포함)을 게재완료 혹은 게재중이며, 20 여편의 논문을 국내 혹은 국제학회에 발표하였다.

Abstract ▼

By mixing fullerene into conjugated polymers, intermolecular photoinduced charge transfer from polymer onto fullerene provides an opportunity for innovative improvement in the performance of the organic photonic devices through novel nonlinear excited-state absorption observed in this class of mater

By mixing fullerene into conjugated polymers, intermolecular photoinduced charge transfer from polymer onto fullerene provides an opportunity for innovative improvement in the performance of the organic photonic devices through novel nonlinear excited-state absorption observed in this class of materials. In this project, we intend to study such novel nonlinear optical properties of these materials, which is expected to open the way to high performance nonlinear devices, such as optical limiter and all-optical modulator devices. Then, we also plan to extend our research field to the organic/inorganic hybrid composite materials and its application to the optoelectronic devices.
We developed high-performance, environmentally stable conjugated polymers and soluble fullerene-derivatives, and also techniques to fabricate high-quality composites using the two components. By performing steady-state photoexcitaion experiments and nonlinear optical experiments, we determined the optimized conditions for the applications as promising nonlinear optical materials. We also extended our such experiments to the organic/inorganic composites such as conjugated polymer-titania nanocomposites and investigated the possibility as promising optoelectronic materials.
i) As ideal candidate materials for this project, we have successfully fabricated high-quality conjugated polymers and soluble fullerene-derivative (PCBM) for ourselves, and also succeeded to develop their composites. Then, fundamental linear and nonlinear optical characterizations were performed on those composite films. ii) After determining the resonant frequency via two-photon excitation absorption experiments, we confirmed that those materials exhibit effective nonlinear optical absorption through Z-san and intensity-scan experiments at the resonance frequency. iii) By performing pump-probe photoexcitation experiments on conjugated polymer/PCBM composites, we successfully investigated the photoinduced charge transfer mechanism between the two components of the composites. These experiments also provided an opportunity to determine a proper nonlinear optical spectral range. iv) By extending our efforts to organic/inorganic hybrid nanocomposite materials such as conjugated polymer-titania composites, we successfully confirmed that those hybrid materials are promising materials for optoelectronic applications. v) Through this project, we have published 6 papers (3 SCI papers) and have presented almost 20 papers at domestic and international conferences.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...14
• 3. 결과 및 고찰...24
• 4. 결론...60
• 5. 인용문헌...86