용액 공정에 기반한 공액 고분자 재료들은 경량성, 유연성, 높은 가격경쟁력으로 주목받고 있다. 하지만 여전 히 유기 소재의 안정성 향상은 중요한 연구 주제로써 상용화를 위해 반드시 극복해야 할 사항이다. 따라서 다양한 물 리적 광학적 조성을 가진 유기 고분자 재료들의 지속적인 개발은 필수적이다. 본 연구에서는 기존에 태양전지용 공액 고분자로 사용되고 있는 BDT-S-TPD를 azido functionalization을 통해 성공적으로 아자이드 사슬로 변환시켰고 이를 NMR과 IR 스펙트럼을 통해 증명하였다. 또한 합성된 고분자로 열 또는 광 가교결합을 진행 후 내용제성 평가를 실 시하였고 아자이드 함량이 증가함에 따라 내용제성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

2-브로모메틸-1,3-디옥솔란을 이용한 2-에티닐피리딘의 중합을 통하여 측쇄에 디옥솔란 치환기를 갖는 새로운 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 별도의 촉매없이도 중합반응이 잘 진행되어 높은 수율의 중합체를 얻을 수 있었다(76%). 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비를 사용하여 분석한 결과 1,3-디옥솔란 부분을 갖는 설계한 공액구조 고분자임을 확인하였다. 고분자의 적외선분광분석 스펙트럼에서는 2110 cm-1 와 3293 cm-1에 서 관찰되었던 2-에티닐피리딘의 아세틸렌 특성피크를 보여주지 않는 대신 1620 cm-1 인근에서 공액이중결합의 탄소-탄소 이중결합의 특성 피크를 보다 강하게 보여주었다. 합성한 고분자의 전기전도도 및 전기-광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 요오드로 도핑한 고분자의 전기전도도는 1.82 x 10-3 S/cm 였다.

2-브로모에틸 에틸 에테르를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매 중합을 통하여 측쇄에 에테르 부분을 갖는 새로운 공액구조 고분자를 합성하였다. 이 중합반응은 비교적 낮은 온도 조건에서도 균일하게 잘 진행 되었으며 89%의 수율로 해당 고분자를 합성할 수 있었다. NMR, IR, UV-visible 분광분석기 등을 이용하여 고 분자의 구조를 분석한 결과 설계한 치환기를 갖는 해당 고분자가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 본 고분자는 물을 포함한 DMF, DMSO, DMAc, 메탄올 등의 유기 용매에 완전히 용해하였다. 합성 고분자의 전기화학적 특성과 광발광 특성을 측정하고 분석하였다.

3-부티닐-p-톨루엔술포네이트를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 이온성 전도성 고분자를 합성하였다. 합성 고분자의 분자구조는 IR, NMR, UV-visible 분광분석기로 확인하였다. 공액구조 주사슬 고분자의 특징적인 π → π* 전이에 기인하는 약하면서도 완만한 흡수 피크를 800 nm까지 보여 주었다. 합성한 고분자의 전기화학적 특성과 전기광학 특성을 측정하고 분석하였다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 사이에서 매우 안정한 비가역 전기화학적 거동을 보였다.

전이금속촉매를 사용한 4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인의 고리화중합을 통하여 고분자 반복단위 내에 고리구조를 갖는 공액구조 고분자인 폴리{4,4-비스[(트리플로로아세톡시)메틸]-1,6-헵타디인}(PBTFMH)을 합성하였다. 일반적으로 몰리브데늄 계 촉매를 사용한 경우의 중합수율이 텅스텐 계 촉매 를 사용한 경우의 그것보다는 높게 나타났다. 합성한 고분자는 중합과정중의 가교화반응으로 대부분 유기 용매에 용해하지 않았다. 고분자의 IR 스펙트럼에서는 단량체의 그것에서 나타났던 아세틸렌의 C≡C, 및 ≡C-H 신축진동띠를 보여주지 않았다. 이 고분자는 XRD 회절분석 결과 대부분 무정형상임이 밝혀졌다.

The activated polymerization of 2-ethynylpyridine by using 2-thiophenecarbonyl chloride yielded the corresponding conjugated ionic polymer, poly[2-ethynylN-(2-thiophenecarbonyl)pyridinium chloride] (PETCPC). The polymerization proceeded well to give high yield of polymer without any additional initiator or catalyst. The instrumental analysis data on polymer structure indicated that the present ionic polymer have a conjugated polymer backbone system having N-(2-thiophenecarbonyl)pyridinium chloride as substituents. The photoluminescence maximum peak of PETCPC was located at 573 nm, which corresponds to the photon energy of 2.16 eV. The aromatic functional substituents in the conjugated backbone system shift PL maximum values because it makes different molecule arrangement. The cyclovoltamograms of PETCPC exhibited the electrochemically stable window at 1.24 to 1.80 V region.

공액구조 고분자는 일반적으로 전도성, 착체형성, 색, 광학 비선형성, 높은 기체투과도, 광 및 전기 발광 등의 특성을 보인다. 다양한 유형의 전도성 고분자 중에서 폴리(아로마틱 헤테로사이클릭)은 해당 단량체의 화학적 혹은 전기화학적 중합을 통하여 합성되는 주쇄 방향족성 고분자이다. 이들 소재는 발광소자, 화학센서, 수퍼커페시터, 유기 태양전지, 유기 트랜지스터, 스마트 윈도우 등 다양한 응용 영역을 가지고 있다. 본고에서는 폴리(아로마틱 헤테로사 이클릭)의 합성과 응용에 관한 그동안의 연구동향을 제시하였다.

고분자 주쇄가 공액구조를 갖는 고분자는 일반적으로 전기전도성, 비선형광학특성, 기체투과성, 자기성, 광 및 전기발광 등의 다양한 특성을 보인다. 공액구조 고분자의 이러한 특성을 근간으로 유기발광소자, 유기태양전지, FET, Schottky 다이오드, 배터리, 화학센서 등에서 중요한 소재로 이용되어 오고 있다. 지금까지 다양한 형태의 공액 구조 고분자가 설계되었는데, 특히 고분자 전해질은 고분자 구조 내의 많은 부분이 이온화가능하거나 이온성 부분을 갖는 분자량이 큰 물질을 말한다. 본고에서는 공액고분자 전해질의 분자설계와 합성, 더 나아가 이들의 응용에 관한 최근의 연구동향을 제시하였다.

이 논문은 온도차에 따라 변화되는 이온성 액체와 낮은 밴드갭을 갖는 고분자인 poly(2-heptadecyl-4-vinylthieno[3,4-d]thiazole)(PHVTT) 간의 상호작용 및 고분자 의 거동을 조사하 였다. 이온성 액체는 methyl imidazolium chloride([MIM]Cl), butyl methyl imidazolium chloride([BMIM]Cl), tri-butyl methyl ammonium methyl sulfate([TBMA][ MeSO4])를 사용하였으며, 21, 28, 32, 37℃로 온도를 변화시키며 상호작용의 변화를 UV-vis spectroscopy, FT-IR spectroscopy, photoluminescence spectroscopy를 통해 확인한 결과 이온성 액체인 [MIM]Cl, [TBMA][MeSO4]와 PHVTT의 상호작용은 점차 약해짐을 확인할 수 있었지만, [BMIM]Cl은 온도 변화에 따른 상호작용의 변화를 보이지 않았다.

소듐 2-브로모에탄술포네이트를 이용한 2-에티닐피리딘의 무촉매중합을 통하여 새로운 이온성 폴리아세틸렌을 합성하였다. 중합반응은 균일하게 진행되었으며 높은 수율 (중합수율: 78%)로 해당고분자를 합성하였다. 반응 초기 사차 염화과정에서 생성된 활성화 N-(에틸술포네이트 소듐)-2-에티닐피리디늄 브로마이드가 중합반응의 단량체로 참여하고 있는 것으로 밝혀졌다. 고분자의 분자 구조를 여러 가지 분석기기로 확인한 결과 설계한 치환기를 갖는 폴리아세틸렌 유도체가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 합성 고분자의 고유점도는 0.12-0.15 dL/g 범위였으며 X-선 회절분석 결과 무정형상임을 확인할 수 있었다. 고분자의 광발광 피크가 593 nm에서 관찰되었는데, 이는 2.09 eV의 광에너지에 해당한다. 이 고분자는 도핑과 탈도핑 피크 사이에서 비가역 전기화학적 거동을 보였다.

고분자 태양전지는 초박막, 재료의 유연성,가공성이 용이하다는 장점을 가지고 있지만, 실리콘 태양전지나 염료감응형태양전지에 비해 낮은 에너지 변환효율을 보이고 있다. 고분자태양전지의 변환효율을향상시키기 위해 유기반도체 물질의 개발, 각 층간의 계면, 활성층의 모폴로지 또는 상분리, 소자의 구조, 전극 등 다양한 분야에서 연구가 필요하다. 그 중, 본 글에서는 활성층과 음극 사이의 계면 (전자 수송층)으로 적용되는 π-conjugated 고분자전해질의 역할 및 적용된 예에 대해 기술하고자 한다.

폴리플루오렌(polyfluorene) 기반의 양이온성 공액 고분자를 형광 공명 에너지 전달(fluorescenceresonanceenergytransfer;FRET) 에너지 주게로, fluorescein(Fl)이 레이블 된 단일 가닥 DNA(ssDNA-Fl)를 에너지 받게 물질로 이용하여 DNA 검출 시스템의 감도 향상을 위한 연구를 수행하였다. FRET 속도는 에너지 주게-받게 간 거리에 매우 민감하여 주게-받게 간의 거리가 감소함에 따라 FRET의 효율은 증가하나, 이와 동시에 광 유발 전자 전달 (photo-inducedchargetransfer;PCT)이 경쟁적으로 일어난다. 이러한 PCT 과정은 FRET과 경쟁관계에 놓여있으며, FRET에 의해 유도된 센서 신호의 실질적인 세기를 감소시킨다. PCT 형광억제 현상 역시 거리에 매우 민감하여 주게-받게 간 거리가 증가함에 따라 지수함수적으로 감소한다. 따라서 에너지 주게 및 받게 사이의 거리를 조절하고 FRET과 PCT 간의 경쟁을 제어하기 위해 Layer-by-Layer(LbL) 기술을 도입하였다. 정전기적 인력에 따른 전해질의 흡착을 이용하여 전해질 다층 박막을 제작하고 전해질 층수를 달리함으로써, FRET 주게인 양 이온성 공액 고분자와 FRET 받게인 ssDNA-Fl 사이의 거리를 분자 수준에서 조절하였다. 이를 통해FRET에 의해 유도된 fluorescein의 형광 세기를 제어할 수 있음을확인하였다. LbL 기술을 이용한 분자 수준의 에너지 주게-받게 간 거리 제어를 통해 FRET과 PCT 사이의 경쟁을 제어함으로써 FRET을 기반으로 하는 고분자 바이온 센서의 DNA 검출 감도를 향상시킬 수 있으리라 예상된다.