탄소 나노튜브(CNT)/고분자 복합체의 형성은 고분자의 전기 및 기계 성질 향상을 

꾀할 수 있다. 특히 전도성 고분자와 CNT에 기초한 복합 물질은 개개 성분의 성질

과 이에 따른 시너지 효과를 지닌다.

 

연구진은 CNT 존재에서 폴리피롤(PPy)의 주형 전기고분자 반응(template-

directed electropolymerization)에 의해 PPy/CNT 복합 나노선을 제조 및 특성화하

였다. 일차원 전도성 고분자 나노구조는 높은 표면 대 부피 비와 새로운 전자 전달 

성질로 인해 다양한 분야의 나노전자 및 센서에서 주목을 받고 있다. 예를 들어 고분

자 나노선은 벌크 고분자 필름보다 높은 전도도를 지니며 전자 전도도는 표면 섭동

에 의해 강하게 영향을 받는다.

 

새로운 PPy/CNT 나노선은 호스트 막의 구멍에 전기화학적으로 유도된 침착에 의

해 PPy가 성장된다(그림 1 참조). PPy 나노선 내의 CNT 유입은 튜브의 산화 및 짧

아짐 현상을 필요로 한다. 이와 같은 제조 경로는 다양한 크기 혹은 성분의 고품질 

전도성 고분자/CNT 나노선의 재현성있는 제조를 가능케 한다. 복합체 나노선 내의 

전자 흐름은 갇힌 CNT에 의해 향상된다.

 

순환 전류전압 곡선(cyclic voltammogram)은 전기고분자화(electropolymerize)

된 PPy/CNT 나노선의 성장 패턴을 확인하는데 이용되었다(그림 2 참조). 반복적

인 스캔에 의한 증가된 전류를 갖는 일반적인 고분자 성장이 CNT 존재시 관찰되었

다. 0.6-0.8 V의 포텐셜 근처에서 전류의 급격한 증가는 피롤 단량체의 산화에 해당

한다. PPy/CNT의 성장은 추가적인 전해질 없이 수행되었다. 따라서 전류전압 곡선

은 카르복실화 및 짧아진 MWCNT가 성장하는 나노선 내에 유입되어 전하 균형 반

대이온(counterion)으로 작용한다는 것을 의미한다.

 

PPy/CNT로 변형된 전극의 전기화학적 거동은 소량의 무기 음이온으로 도핑된 폴

리피롤 필름과 다르다. PPy/Cl 필름의 전압전류 곡선은 날렵한 산화 피크와 넓고 평

평한 환원 피크, 즉 단순한 PPy 필름의 특징인 비대칭성을 갖는다. 반면에 보다 넓

은 전기화학 영역을 갖는 대칭성 곡선이 PPy/CNT 필름에서 관찰되었다(그림 3 참

조).

 

200 nm 내의 구멍 내에 합성된 PPy/MWCNT 나노선의 투과 전자 현미경 이미지는 

그림 4와 같다. 형성된 나노선은 직선이고 자립이며 표면이 매끄럽다. 이것은 주형 

구멍 벽의 고분자 젖힘(wetting)과 일치한다.

 

소량의 음이온 도핑제로 제조된 PPy에 비교하여 CNT로 도핑된 PPy의 전자 성질

은 큰 차이를 보인다. PPy/Cl 나노선의 전류-전압(I-V) 곡선은 S자 형태를 띠어 반

도체 성질이 있음을 반영한다. 반면에 PPy/CNT 나노선의 곡선은 옴의 법칙을 따라

가 금속의 성질을 보인다(그림 5 참조).

 

[그림 설명]

 

그림 1. PPy/CNT 나노선의 제조 단계 모식도.

그림 2. 상이한 조건에 따른 순환전류전압 곡선.

그림 3. 배경 전류의 비교.

그림 4. 합성된 PPy/CNT 나노선의 투과 전자 현미경 이미지.

그림 5. 상이한 조건에 따른 전류-전압 곡선.

 

 

  정보출처   Langmuir, 21 (1), 9 -12, 2005  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 01월 04일 

  국      가   미국 

  주제분야   화학-기타(C50)