고분자란 무엇인가?

목차

가.고분자와 물리 : 공액 이중 결합형 고분자

나.고분자란 무엇인가?

다.고분자의 성질

라.공액이중결합형 고분자
1.전기 전도성 고분자
2. 발광고분자
3. 태양전지
4. 고분자반도체
5. 고분자 레이져(laser)

마.결 론

본문내용

각 양극과 음극쪽으로 이동하면서 전류가 발생한다. 이 때도 고분자물질들의 LUMO와 HOMO 준위 및 전극의 일함수가 최적으로 조화되어야만 광전류의 발생효율이 높아진다. 현재까지는 광발광 효율이 28 %인 폴리사이오펜(polythiophene)을 정공흡수체로 하고 CN-PPV와 적층을 이룬 필름은 녹색광을 흡수했을 때 광-전기 변환효율이 7 %에 달한다. 태양광을 쪼였을 때는 변환효율이 2 % 불과하였다. 분자구조 및 적층상태의 최적화로 광-전기 변환 효율은 증가될 가능성이 충분히 있다.
4. 고분자반도체
공액2중결합형고분자는 띠간격이 반도체 영역에 속하지만 실리콘반도체에서의 전하이동속도보다 훨씬 떨어져 10?6 cm2/Vs의 값을 나타난다. 그러나 그림 5와 같은 분자구조를 가진 소중합체(oligomer)는 단결정을 형성하며 전하의 이동속도도 4∼6자리 수까지 향상되어 비정질 실리콘 정도의 이동속도인 1.0 cm2/Vs에 달한다. 이들 고분자반도체는 실리콘반도체보다 제조조건이 훨씬 쉽다. 즉 5×10－5 torr 정도에서 180 ℃로 가열하면 분자들이 승화하여 고분자반도체가 얻어지며 전하의 이동속도가 2.0 cm2/Vs에 도달한다. 이들 소중합체는 유기용매에 녹은 용액을 실온에서 스핀 캐스팅하여 필름 상태로도 얻을 수 있으며 이 때는 전하이동속도가 10－1 cm2/Vs에 달한다. 고분자반도체의 유연성은 실리콘반도체에 비해 훨씬 뛰어남으로 일반 고분자필름 위에 고분자반도체를 제조할 수 있다. 지금까지 시도된 전자소자는 쇼트키 다이오드(Schottky diode), p-n 및 헤테르접합(heterojunction) 그리고 FET(field effect transistor) 등이다. 섹시사이오펜(sexithiophene)의 양쪽 끝 단량체에 여러 가지 화학단을 치환시키면 결정성에 영향을 미쳐 전하의 이동속도가 달라진다. 또한 물질의 제조에서 사용되는 용매 및 촉매 또는 제조부산물 등 많은 불순물의 제거가 결정성에 영향을 미치고 따라서 전하의 이동속도에도 큰 영향을 준다.
5. 고분자 레이져(laser)
미세공동(microcavity)소자를 활용한 레이져의 발광세기 향상은 고분자를 발광재료로 사용했을 때도 가능하다. 분산 브라그 반사소자(distributed Bragg reflector : DBR)는 굴절율이 다른 두 개의 투명재료를 여러층으로 번갈아 적층한 것으로서 DBR이 부착된 고분자 LED를 레이져광에 쏘이면 발광세기를 크게 향상시키고 발광스펙트럼의 반높이 나비(full width at half maximum)를 1∼4 nm로 하는 순수한 빛을 얻게 한다. 또한 고분자 LED와 DBR을 활용하면 고분자고체전계레이져를 얻을 수 있다. 그림 6과 같은 구조를 가진 소자는 양쪽 극에 전압을 걸면 전자와 정공이 만나 엑시톤을 형성하고 발광하게 된다. 음극과 양극 재료는 Al과 ITO유리를 각각 사용할 수 있고 DBR를 구성하는 재료는 전하가 이동할 수 있는 반도체이어야 한다. 반대되는 두 전하가 엑시톤을 형성하여 빛을 발생하도록 DBR은 전자 또는 정공의 이동도가 큰 것을 사용해야 하며 공액2중결합형고분자를 전하이동매체로 활용할 수 있다.
결 론
고분자는 필요한 성능을 가질 수 있도록 분자설계가 가능하고 합성하여 고분자를 얻을 수 있다. 공액2중결합형 고분자는 π결합의 전자여기 에너지가 반도체 영역에 속하므로 이온으로 도핑하면 전기전도도가 도체에 속하는 합성금속을 얻을 수 있다. 전기전도성 고분자는 저항이 낮을 뿐만 아니라 산화 환원반응이 가능함으로 고분자 밧데리의 전극으로 사용이 가능하다. 공액2중결합형고분자는 n 또는 p형의 반도체로 구분되며 발광다이오드와 레이저의 발광재료로서 사용될 수 있다. 또한 자외선 및 가시광선을 흡수하면 π-π* 변성이 생겨 전자와 전공으로 분리되므로 태양광 전지의 핵심소재가 된다. 이와 같이 무기 또는 금속화합물반도체가 가지는 모든 기능을 고분자재료로부터 얻을 수 있다는 사실이 증명되었다. 기능성 고분자의 설계 및 합성이라는 장점 이외에도 스핀 캐스팅 방법에 의한 소자제작은 공정상 큰 이점을 가지고 있다. 그러나 성능이 뛰어난 기능소자를 고분자 재료로부터 얻기 위해서는 재료의 전기적 및 광학적 성질을 근본적으로 이해해야만 가능하다. 짧은 역사를 가진 기능성 고분자에 대한 연구가 특히 전자기능에 관련된 물리적 해석이 다행히도 빠른 속도로 발전되고 있으므로 전자기능성고분자가 미래에는 전자소자의 핵심재료로 사용될 것을 확신한다.

키워드

공액이중결합형,   태양전지,   고분자 레이저,   에너지벽,   결합형 고분자