[논문 리뷰] Synthesis and characterization of chloride doped polyaniline by bulk oxidative chemical polymerization.Doping effect on electrical conductivity

Yomen Atassi, Mohammad Tally외 1명|ArXiv.org|2008. 09. 21.

Conducting polymers and applications인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 유해한 액체 아닐린 대신 고체 아닐린 염으로 치환하여 더 안전한 대량 산화 화학 중합 방법을 제시한다. 이 방법으로 합성된 폴리아닐린은 염화수소 도핑을 받았으며, 전기 전도도가 1.7 S/cm에 도달하였다. 임피던스 스펙트로스코피 분석 결과 주파수 의존성의 모듈러스 행동이 관찰되었고, 도핑 수준과 합성 온도가 전도도에 상당한 영향을 미친다.

ABSTRACT

Conductive polymers or "organic metals" are highly engineered nanostructured materials made from organic building blocks. They are candidates as molecular wires for nanotechnology applications in molecular electronics. The conduction in these polymers is due to the presence of delocalized molecular orbitals. In this work, we present the synthesis of chloride doped polyaniline by bulk oxidative chemical polymerization using a solid aniline salt as a monomer instead of liquid aniline to diminish toxic hazards. The FTIR and UV-visible spectra confirmed the expected structure of the polymer. The electrical conductivity measured using a four-probe method was 1.7 S/cm. The dependence of impedance modulus on frequency was measured using an HP impedance analyzer in the range 10 kHz-13 MHz. The influence of doping and the preparation temperature on the electrical conductivity were also investigated.

연구 동기 및 목표

• 유해성이 높은 액체 아닐린을 고체 아닐린 염으로 대체하여 폴리아닐린의 더 안전한 합성 경로를 개발하기 위해.
• FTIR 및 UV-Vis 스펙트로스코피를 이용하여 도핑된 폴리아닐린의 구조적 및 전자적 성질을 특성화하기 위해.
• 4점 프로브 방법을 사용하여 도핑된 폴리머의 전기 전도도를 측정하고 분석하기 위해.
• 도핑 수준과 합성 온도가 전기 전도도에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 임피던스 모듈러스 분 析를 통해 폴리머의 주파수 의존성 임피던스 행동을 연구하기 위해.

제안 방법

• 유해성 및 증발성이 높은 부산물을 최소화하기 위해 고체 아닐린 염을 단량체로 사용하여 대량 산화 화학 중합을 수행하였다.
• 제어된 조건에서 산화 중합을 실시하여 도전성 상태인 에메랄린 염 형태의 폴리아닐린을 형성하였다.
• 합성된 폴리머 필름의 전기 전도도를 측정하기 위해 4점 프로브 방법을 사용하였다.
• 임피던스 스펙트로스코피를 10 kHz에서 13 MHz의 주파수 범위에서 실시하여 모듈러스 행동을 분 析하였다.
• 폴리머의 화학적 구조 및 도핑 상태를 확인하기 위해 FTIR 및 자외선-가시광선 스펙트로스코피를 활용하였다.
• 도핑 농도와 합성 온도가 전도도에 미치는 영향을 체계적으로 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 액체 아닐린을 고체 아닐린 염으로 대체할 경우 폴리아닐린 합성의 안전성과 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이 대량 산화 방법을 통해 합성된 염화수소 도핑 폴리아닐린의 전기 전도도는 얼마인가?
• RQ3 도핑된 폴리아닐린의 임피던스 모듈러스는 주파수에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ4 도핑 수준이 폴리머의 전기 전도도에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 합성 온도는 도핑된 폴리아닐린의 최종 전기 전도도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고체 아닐린 염을 사용한 합성은 유해 물질 노출 위험이 감소한 염화수소 도핑 폴리아닐린을 성공적으로 생산하였다.
• FTIR 및 UV-Vis 스펙트로스코피 분석을 통해 에메랄린 염 형태의 폴리아닐린 형성이 확인되어 성공적인 도핑이 이루어졌음을 입증하였다.
• 4점 프로브 방법을 통해 합성된 폴리머의 전기 전도도가 1.7 S/cm로 측정되었다.
• 임피던스 모듈러스 분석 결과 10 kHz에서 13 MHz 범위에서 주파수 의존성 행동이 관찰되어 복잡한 전도 메커니즘이 존재함을 시사하였다.
• 도핑 수준과 합성 온도는 최종 폴리머 제품의 전기 전도도에 상당한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
• 결과적으로 이는 나노전자응용 분야에 적합한 측정 가능한 전기적 성능을 보이는 실현 가능한 더 안전한 도전성 폴리아닐린 합성 경로임을 입증한다.