나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 대학원 신영역창성과학연구과, 머티리얼이노베이션연구센터, 츠쿠바(筑波)대학 수리물질계, 산업기술종합연구소(AIST) AIST-도쿄대학 첨단오퍼랜드계측기술오픈이노베이션 실험실의 공동 연구그룹이 특이한 분자 궤도 형태를 갖는 모노머 유닛(monomer unit)을 통합함으로써 반도체 폴리머(polymer) 사슬 간의 양호한 전하 수송성을 나타내는 것을 입증함.

연구진은 배열 제어가 어려운 반도체 폴리머에 있어 전하 수송 향상이 가능한 궤도의 중복을 실현하기 위해, 긴 축 방향으로 같은 위상의 궤도가 확산되는 π공역계 분자인 ‘ChDT 골격’을 구성단위로 하는 반도체 폴리머 ‘PChDTBT’을 새롭게 개발함.

대형 방사광 시설 SPring-8(빔라인 BL46XU, BL19B2) 집합체 구조 분석을 통해, 분기형 알킬 측쇄의 분기 위치가 폴리머 주쇄로부터 멀어짐으로써 π공역 평면의 배향 양식이 기판에 평행한‘face-on 배향’ 에서 수직된 ‘edge-on 배향’으로 변화하는 것을 확인함. 기판에 평행한 방향의 전하 수송 대해 폴리머 사슬 간 전하 수송이 효과적으로 작용하는 ‘edge-on 배향’을 유도하는 측쇄를 갖는‘PChDTBT’유도체는, 폴리머 사슬 간 전하 수송이 효과적으로 작용하지 않는 ‘face-on 배향’과 비교하여 최대 3자리 수 높은 이동도를 가지며, 기존의 높은 결정성 반도체 폴리머에 필적하는 이동도를 나타냄.

본 연구 성과로 폴리머 사슬 안 및 폴리머 사슬 간의 전하 수송에 관한 분자 설계를 반도체 폴리머 재료 개발에 반영시킬 수 있게 됨. 향후 각각의 전하 수송성을 동시에 높임으로써 저분자 반도체에 필적하는 고성능 반도체 폴리머가 개발될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Macromolecules(Chrysenodithiophene Based Conjugated Polymer : An Elongated Fused π-Electronic Backbone with a Unique Orbital Structure Toward Efficient Intermolecular Carrier Transport)에 게재됨.