폴리아닐린/박테리아 셀룰로오스 기반 전도성 나노 복합체의 제조 및 특성 분석

Abstract

박테리아 셀룰로오스는 식물 유래 셀룰로오스와는 다른 독특한 구조적 특징을 가지고 있다. 대표적인 셀룰로오스 합성 박테리아인 G.xylinus가 분비하는 셀룰로오스는 나노 크기의 지름을 갖는 매우 얇고 긴 섬유가 삼차원 망상 구조를 이루고 있다. 본 연구에서는 박테리아 셀룰로오스를 지지체로 하여 폴리아닐린을 in-situ 중합한 전도성 나노 복합체를 제조하였다. 연구는 크게 폴리아닐린/박테리아 셀룰로오스 복합체 제조와 실리콘을 도입한 폴리아닐린/박테리아 셀룰로오스 복합체 제조로 나누어 진행했다. 폴리아닐린의 중합 과정에서 중합 전 담침 시간, 산화제/단량체의 비, 중합 온도, 중합 시간이 복합체의 전기 전도도에 미치는 영향을 확인하여 가장 높은 전도도를 얻을 수 있는 최적의 조건을 확립하였다. 박테리아 셀룰로오스를 지지체로 한 복합체는 식물 셀룰로오스로부터 얻은 나노 피브릴 셀룰로오스와 비교했을 때 더 우수한 유연성을 가져 휘어진 상태에서도 전기 전도도를 유지하는 특성을 보였고, 박테리아 셀룰로오스가 폴리아닐린의 합성 지지체로 쓰일 수 있음을 확인하였다. 결정구조분석, 열중량분석을 시행하였으며, 전계방출주사전자현미경을 통해 복합체의 형태학적 구조를 관찰하였다. 또한, 복합체를 전극으로 하는 슈퍼커패시터 셀을 제작하여 순환전압전류법을 통해 전기화학적 특성을 확인하였다. 그 다음 연구로 실리콘을 도입한 폴리아닐린/박테리아 셀룰로오스 복합체를 제조하였다. 먼저 박테리아 셀룰로오스에 실리콘을 도입하기 위한 방법으로 생합성, 필터링, 담침법을 시행하여 적합한 방법을 모색하였으며, 여기에 in-situ 중합 방법으로 폴리아닐린을 도입해 전도성 필름을 얻었다. 복합체는 전계방출주사전자현미경, 투과전자현미경을 통해 형태학적 구조를 관찰하였으며, 결정구조분석, 열중량분석을 통해 화학적, 물리적 특성을 분석하였다. 또한, 전류-전압 특성 곡선을 통해서 복합체의 전기적 특성을 확인하였다. 결과적으로 폴리아닐린의 도입으로 전기 전도도를 거의 띄지 않는 실리콘/박테리아 셀룰로오스에 전도성을 부여할 수 있음을 확인하였으며, 박테리아 셀룰로오스의 구조적 특징을 유지하는 복합체를 제조하였다. 이러한 복합체는 광전변환 소자나 슈퍼커패시터, 배터리의 전극 등으로 응용 가능성을 가질 것으로 기대된다.