Study on the Preparation and Characterization of Organic Optoelectronic Materials using Ionic surfactants

Abstract

양이온성 계면활성제로는 Cetylpyridium chloride, 음이온성 계면활성제로는 Sodium alkylsulfate를 이용하여 수용액에서 생성되는 침전의 최적화 조건과 얻어진 침전물의 유기 입자의 분광학적 특성을 조사하였다. 계면활성제 침전은 alkylsulfate의 알킬 길이가 증가할수록, 높은 pH, 낮은 온도, 첨가하는 염의 농도는 1.5 M NaCl, 양이온성/음이온성 계면활성제의 몰비는 1 : 1 일때 가장 효율적인 침전이 얻어짐을 관찰하였다. 이러한 계면활성제의 침전은 피리디니움 고리의 π-전자의 비편재화에 의해 UV-vis 스펙트라에서 red-shift가 나타났고 침전물의 다양한 모양 (rod, sheet, cubic, 혹은 sphere)의 SEM으로 조사하여 관찰하였으며 이는 hydrophobic interaction과 electrostatic interaction의 상호 경쟁에 의해 입자 모양이 결정됨을 알 수 있었다. 본 연구에서는 광전도 물질로 알려져 있는 피라졸린에 1,3,5 위치에 다양한 알릴기를 도입하여 강한 형광을 띠는 피라졸린 유도체를 합성하여 가장 효율적인 유기나노입자 제조 방법인 재침전법으로 다양한 크기의 유기나노입자를 성공적으로 제조하였다. 얻어진 물에 분산된 유기나노입자의 흡수 및 발광 스펙트라를 측정하여 피라졸린 묽은 용액의 스펙트럼과 비교하여 나노 입자 크기에 따른 광학적 특성을 가짐을 관찰하였다. 나노 입자 크기가 감소할수록 흡수 및 발광 스펙트라의 피라졸린 나노입자 피이크는 높은 에너지 쪽으로 이동하여 이는 나노입자에서 분자간의 상호작용 증가와 응집 형성 때문이다. 유기박막을 피라졸린 유기나노입자와 계면활성제인 스테아릭산과 착물을 형성시켜 Langmuir-Blodgett법으로 제조하였으며 순수한 물에서 얻어진 스테아릭산의 LB film의 FT-IR에서 카르복실기가 피이크가 보이나 스테아릭산/피라졸린 나노입자 착물의 LB film의 FT-IR에서는 피라졸린 나노입자와 카르복시기 사이 수소결합으로 착물이 형성되어 카르복실기 피이크가 사라짐을 관찰하였다. 피라졸린 나노입자를 이용하여 Langmuir-Blodgett법으로 제조된 유기박막의 BAM (Brewster Angle Microscope) 측정은 피라졸린이 분산된 물에서 계면활성제인 스테아릭산의 단분자층은 표면압 증가에 따라 domain 형성함을 관찰하였다. 본 연구에서 얻어진 이러한 유기나노 입자로 얻어진 유기 박막을 이용하면 유기 반도체 기술의 놀라운 발전이 일어날 것이며 비유기물에 비해 저렴한 제작 단가로 소자 제작이 가능할 것이라 기대한다.

The optimum conditions for the most effective precipitate formation of anionic sodium alkylsulfate with cationic cetylpyridinium chloride surfactant were studied in the aqueous solution. The parameters such as the alkyl chain length of surfactants, molar ratio of anionic surfactant to cationic surfactant, temperature and NaCl concentration in the aqueous solution were correlatively studied for the productivity of the precipitate formation. By the productivity, the optimum conditions to produce complex of anionic surfactant with cationic surfactants were the longer alkyl chain, equivalent molar ratio between anionic and cationic surfactants, low temperature of 0 oC and 1.5 M NaCl concentration. The structures and physical properties of surfactant precipitates were investigated with SEM, UV-vis and FT-IR spectroscopies and light scattering. The precipitate of sodium alkylsulfate with cetylpyridinium chloride was studied with pressure-area isotherm at the air/water interface. In addition, the surface morphology of the Langmuir-Blodgett film of surfactant precipitate was observed with AFM. 1-Phenyl-3-naphthyl-5-((dimethylamino)phenyl)-2-pyrazoline nanoparticles with different sizes from 190 to 40 nm were prepared by the reprecipitation method. We found that pyrazoline nanoparticles possess a special size dependence in their optical properties. As the nanoparticle size decreased, the absorption and emission peak of pyrazoline nanoparticles were observed to shift to the high-energy side due to the aggregate formation and increased intermolecular interaction in the nanoparticles. The organic thin films of stearic acid/pyrazoline nanoparticles were prepared by transferring Langmuir monolayer of stearic acid/pyrazoline nanoparticle onto the solid substrate. The complex of stearic acid/pyrazoline nanoparticle was studied with pressure-area isotherm at the air/water interface and identified with linearly increasing optical absorbance around 370 nm by increasing the number of deposited layers. The in situ domain structure and molecular orientation of the complex were measured with BAM. The dispersion of pyrazoline nanoparticle in the Langmuir-Blodgett film was studied with TEM.