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웅재 구
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Nano System Engineering, Konkuk University, 120 Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul 143-701, Korea 2 SKKU Advanced Institute of Nano technology, Sungkyunkwan University, 2066 Seobu-ro, Jangan-gu,

1 Polymer Science and Technology Vol. 24, No. 4 고분자특성분석지상강좌 NEXAFS 를이용한나노박막의화학구조및분자배향분석 Analysis of Chemical Structure and Molecular Orientation in Nano Thin-Film by NEXAFS 이위형 1 ㆍ조정호 2 Wi Hyoung Lee 1 ㆍJeong Ho Cho 2 1 Department of Organic and Nano System Engineering, Konkuk University, 120 Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul , Korea 2 SKKU Advanced Institute of Nano technology, Sungkyunkwan University, 2066 Seobu-ro, Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi , Korea jhcho94@skku.edu 1. 서론 최근나노기술의발전과더불어나노박막의구조분석에대한관심이집중되고있다. 두께가수나노미터에이르는나노박막의경우기존의벌크분석기술을이용하여서는분자의화학구조를알아내는데한계점이존재한다. 비록, 원자간력현미경 (atomic force microscope) 이나노박막의표면에대한정보를제공하고있지만, 나노박막을구성하고있는물질의정보를직접적으로제공해주지는못하고있다. 나노박막의화학구조와더불어분자배향및결정구조를분석하는것또한나노박막분석에서중요하다. 특히이정보들은나노박막을활용한바이오 / 전자 / 에너지소자의성능과밀접한관계를가지고있어서성능향상을위해서는이에대한정보를분석해야만한다. 한예로전도성고분자를유기박막트랜지스터의반도체층으로활용할때고분자박막의분자배향및결정구조는반도체층으로흐르는전하의빠르기를결정하고궁극적으로소자의특성에영향을미친다. 1,2 이에분자배향및결정구조를분석하고나아가이를제어하는연구가필요하다. 최근개발된주사터널링현미경 (scanning tunneling microscope) 을이용하면분자배향을원자단위로분석이가능하다. 하지만이분석기술을이용하여원자단위분석이가능한고해상도의이미지를얻기는힘들뿐만아니라수나노면적의아주국부적인박막의정보만을분석할수있어한계점이존재한다. 이에나노박막의분자배향및결정구조를넓은면적에분석할수있는기술의필요성이대두되고있다. X-선을이용한물질분석기술은 X-선과물질의전자와상호작용으로나타나는데, 분자의화학구조및배향과더불어결정구조를분석할수있는강력한기술로자리매김하고있다. X-선은파장이 0.01 nm에서 10 nm 사이의전자기파를일컫는말로일반적으로진공방전관에서, 고전압하에서가속한전자를금속판에충돌시켜서얻게된다. 이렇게얻게된 X-선은강도가약하고전자기파가여러방향으로향하고있어서한계점이존재한다. 이에전자를빛에근접한속도로가속시킬때전자흐름의접선방향으로방출되는 X-선은강도가강하고단일 이위형 2005 포항공과대학교화학공학과 ( 학사 ) 2010 포항공과대학교화학공학과 ( 박사 ) 텍사스오스틴대학교박사후연구원 2012-현재 건국대학교유기나노시스템공학과 조교수 조정호 2001 서강대학교화학공학과 ( 학사 ) 2003 포항공과대학교화학공학과 ( 석사 ) 2006 포항공과대학교화학공학과 ( 박사 ) 미네소타대학교화공재료공학과박사후연구원 숭실대학교유기신소재파이버공학과조교수 2012-현재성균관대학교나노과학기술원 / 화학공학과부교수 Vol. 24, No

$X-선을이용한기술은 X-선산란 (scattering), 흡수분광법 (absorption spectroscopy), 광전자분광법 (photoelectron spectroscopy) 등으로나누어진다. X-선산란의경우 X-선이규칙적인원자의배치에의해서산란되는특성을이용하여박막의결정구조를분석하는방법으로 X-선회절 (X-ray diffraction) 이그대표적인예이다.$

2 고분자특성분석지상강좌 NEXAFS 를이용한나노박막의화학구조및분자배향분석 방향으로된 (collimated) 전자기파로다양한물질분석에쓰일수있다. 현재포항가속기연구소 (Pohang Accelerator Laboratory) 는우리나라유일의방사광가속기 (synchrotron radiation) 로빔타임과제신청을통하여 X-선을이용한다양한실험이가능하다. X-선을이용한기술은 X-선산란 (scattering), 흡수분광법 (absorption spectroscopy), 광전자분광법 (photoelectron spectroscopy) 등으로나누어진다. X-선산란의경우 X-선이규칙적인원자의배치에의해서산란되는특성을이용하여박막의결정구조를분석하는방법으로 X-선회절 (X-ray diffraction) 이그대표적인예이다. X-선회절을이용하면결정구조분석을통하여물질내에분자의배향을알수있기때문에광범위하게쓰이고있다. 특히, 스침각 X-선회절 (grazing incidence X-ray diffraction, GI-XRD) 은실리콘기판이나 ITO기판에코팅된나노박막의분자배향분석에쓰일수가있어서고분자 / 나노재료박막등을연구하는연구자들에게각광을받고있다. 3 본특집에서는 X-선을이용한분석기술중, NEXAFS(near edge X-ray absorption fine structure) 또는다른이름으로 XANES(X-ray absorption near edge structure) 으로불리어지는 X-선흡수분광법과이를이용한나노박막분석에대해서소개하고자한다. 2장에서는 NEXAFS의기본원리를 X-선광전자분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 과비교하여서설명하려고하고, 이를이용하여나노박막의화학구조를분석한연구결과를 3장에서분자배향을연구한결과를 4장에서소개하려고한다. 2. NEXAFS의기본원리먼저 X-선을이용한분광학장치의셋업을그림 1에나타내었다. X-선이일정각도를가지고샘플에향하게되고전자검출장치가샘플로부터오는정보를수집하게된다. 측정환 경이 ultra-high vacuum이기때문에휘발성이작은고체샘플이주된분석대상이다. X-선흡수분광법은 core level의전자가비어있는분자오비탈로전이가일어날때 X-선의흡수를측정하여분석하는기술이다. 특히, NEXAFS 는 X-선흡수분광법중 X-선흡수가일어나는 edge(30~40 ev 근처 ) 의스펙트럼을주로측정한다. 4 즉, core-level의전자가전이되어서 Vacuum-level 근처의 π *, Rydberg, σ * orbital로전이될때의흡수스펙트럼을분석한다. NEXAFS 는 ~100 ev에서 ~1000 ev까지의광자에너지 (photon energy) 영역에서단일파장 (monochromatic) 의 X-선소스를필요로하는데이는주로방사광가속기를통해서제공된다. 한편또다른 X- 선흡수분광법중, EXAFS(extended x-ray absorption fine structure) 의경우흡수 edge로부터 150~2000 ev에해당되는비어있는분자오비탈로 X-선흡수를측정하는기술이다. 유기 / 고분자재료의경우 Carbon의 K-edge NEXAFS스펙트럼 (C1s π *, Rydberg, σ * orbital로의전이 ) 이강하게나타나기때문에 X-선흡수스펙트럼중 NEXAFS 가분자의구성원소및화학결합상태를분석하는데널리이용되고있다. 이와는대조되게, X-선광전자분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 은 X-선광자에너지에의해서 core level 의전자가그결합에너지 (binding energy) 를극복하고나오는광전자 (photoelectron) 의운동에너지 (kinetic energy) 를측정하여분석하는기술이다. 즉 XPS는결합에너지가큰 core-level 의전자를분석하여분자의구성성분원자및화학결합상태를분석하는기술이다. 결합에너지가상대적으로작은 valence band의전자들을분석하는데에는 X-ray 보다에너지가작은 ultraviolet(uv) 를이용하게되고이를 ultra-violet photoelectron spectroscopy(ups) 라고한다. 5 그림 2는 NEXAFS 의원리를 XPS, UPS와비교하여도식화하였다. NEXAFS, XPS모두 core-level에위치한 core-shell electrons의결합에너지에민감하게 peak이나오는반면, NEXAFS 는 XPS와는달리전이된전자가위치되는최종상태의에너지 level에도민감하다. 그림 3에서는폴리이미드샘플의 NEXAFS 스펙트럼과 XPS 스펙트럼을비교하여보여준다. NEXAFS 스펙트럼에서는 K-shell의결합에너지가커지는순서대로 C 1s(~285 그림 1. X- 선을이용한분광학장치의셋업. 3 그림 2. NEXAFS, XPS, UPS 의원리. 382 고분자과학과기술 Polymer Science and Technology

이위형ㆍ조정호 ev), N 1s (~405 ev), O 1s (~540 ev), F 1s (~690 ev) 에해당하는 peak들이보인다. 앞에서이야기한대로 NEXAFS 는 core-level의결합에너지뿐만이아니라최종상태의에너지 level에도민감하기때문에여러개의 sharp한 peak들과함께 broad한 peak들을관찰할수있다.

3 이위형ㆍ조정호 ev), N 1s (~405 ev), O 1s (~540 ev), F 1s (~690 ev) 에해당하는 peak들이보인다. 앞에서이야기한대로 NEXAFS 는 core-level의결합에너지뿐만이아니라최종상태의에너지 level에도민감하기때문에여러개의 sharp한 peak들과함께 broad한 peak들을관찰할수있다. 이는최종에너지상태가 π *, Rydberg, σ * 상태와같이다양하기때문이다. 예를들면 Carbon K-edge의 C 1s C=Cπ * orbital peak은 ~285 ev에서, C 1s C-H Rydberg peak은 ~288 ev에서, C 1s C-Cσ * orbital peak은 ~295 ev에서, C 1s C=Cσ * orbital peak은 >300 ev에서나타난다. 한편, XPS의 peak들은결합에너지를극복한운동에너지로표시가되는데, Binding Energy = Photon Energy (hv) Kinetic Energy 식으로부터 Binding에너지를구하면 NEXAFS의 peak 위치와비슷한결합에너지가각원소에대해계산된다. 그림 3의 XPS스펙트럼에서는 core level의 peak뿐만이아니라 auger peak 들도보이는데, 이는 K-shell의비어있는에너지 level로결합에너지가작은다른 shell의전자가이동하고이에너지를이용하여전자가방출되는원리로인해나타난다. 이정보들도분자의구성성분원자및화학결합상태에민감하게달라지게되는데, 이를이용한분석법을 auger electron Spectroscopy (AES) 라고일컫는다. 3. NEXAFS 를이용한나노박막의화학구조분석 NEXAFS 는화학결합의종류에따라서민감하기때문에, 같은 C 1s 로부터전이되는스펙트럼의경우에도어떤화학종이결합되어있는지에따라흡수 peak의위치가달라진다. 6 그림 4는다양한화학종을지닌고분자의 carbon K-edge 스펙트럼을보여준다. 6-7 Carbonyl에붙어있는 X, Y 작용기가달라짐에따라서 NEXAFS스펙트럼이달라지는것을확인할수있다. 특히, 케톤에서카보네이트로전기음성도가큰원자가붙을수록 carbonyl carbon의 peak위치가높은에너지쪽으로이동하는것을확인할수있다. 이는 C 1s 의 binding energy가커지기때문으로 NEXAFS스펙트럼을분석하면 분자의화학종및화학결합상태를알아낼수있다는것을나타낸다. NEXAFS의 Carbon K-edge의경우 carbon nanotubes (CNT), 그래핀 (graphene) 과같은카본재료의화학결합, 전자구조, 표면화학, 분자배향등을분석하기에아주좋은분석기술이다. 8 그림 5는 single-walled carbon nanotubes(swnts) 의표면처리에따른 carbon K-edge의 NEXAFS스펙트럼을비교해놓았다. 9 Pristine SWNTs의경우 ev에서의 C 1s C=Cπ * orbital의 peak이강하게나오고, 290 ev이상의 C 1s C-C, C=Cσ * orbitals의 peak들이 broad하게나오는것을관찰할수있다. O 3, H 2 O 2 를이용하여 SWNTs를처리함에따라서 ev에서의 C 1s C=Cπ * orbital의 peak은약해지는반면, 287~290 ev에서의 C 1s C=Oπ *, C-Oσ * 의 peak들은강해지는것을확인할수있다. 이는 SWNTs가산화되었다는것을나타낸다. 이렇듯 NEXAFS 를이용하면 sp 2 -hybridized 카본재료의화학적결합상태를알수있다. NEXAFS스펙트럼은정성적인분석일뿐만이아니라정량적인분석에서쓰일수있다. 예를들면, 고분자블렌드박막의상분리에의한표면조성을 NEXAFS를통해서분석할수있다. 그림 6은 poly(9,9 -dioctylfluorene-co-bis-n,n -(4,butylphenyl)-bis-N,N -phenyl-1,4-phenylene-diamine) (PFB) 와 poly(9,9 -dioctylfluorene-cobenzothiadiazole) (F8BT) 블렌드박막의표면조성을 NEXAFS를통하여분석한연구결과를나타내었다. 10 PFB와 F8BT의화학구조차이로인해서각각의 NEXAFS스펙트럼은서로상이한 C 1s C=Cπ * 의 peak크기를보인다 ( 그림 6b). 이를통해서그림 6c의 PFB:F8BT블렌드박막이표면에서각고분자가얼마만큼차지하고있는지를정량적으로분석할수있다. 이정보는블렌드박막의상분리된나노몰포로지를제어하여유기태양전지 그림 3. 폴리이미드의 NEXAFS, XPS 스펙트럼. 왼쪽 inset: 측정한폴리이미드의화학구조. 4 그림 4. 카르보닐 (carbonyl) 기를지닌고분자의 NEXAFS 스펙트럼. 케톤 (cetone) 에서카보네이트 (carbonate) 로전기음성도가증가함에따라서 Peak 위치가오른쪽으로이동하는것을관찰할수있다. 6,7 Vol. 24, No

이전기장방향과전이되는 π *, σ * orbital의전자구름띠가이루는방향이일치할때 peak이 나타나고, 일치하지않으면 peak이나타나지않는다. π *, σ * orbital의전자구름띠의방향은서로수직이기때문에 π -bond에서 peak이나오면, 동일한 geometry상에서 σ-bond 에서는 peak이나타나지않는다.

4 고분자특성분석지상강좌 NEXAFS 를이용한나노박막의화학구조및분자배향분석 의효율향상에쓰일수있다. 4. NEXAFS 를이용한나노박막의분자배향분석 NEXAFS 는 XPS와는다르게나노박막의화학구조분석뿐만이아니라분자배향분석에도쓰일수있다. 그림 7은 sp 2 -hybrized된공액분자 (conjugated molecule) 의분자배향을분석하는 NEXAFS의원리를설명해놓았다. 분자배향분석에는방사광가속기를활용한 NEXAFS를이용하는데, 이때빔쏘스는편광화된 (polarized) X-선이이용된다. 따라서 X-선은그림에보이는것과같이진행방향과전기장 (electric field) 방향이수직이된다. 이전기장방향과전이되는 π *, σ * orbital의전자구름띠가이루는방향이일치할때 peak이 나타나고, 일치하지않으면 peak이나타나지않는다. π *, σ * orbital의전자구름띠의방향은서로수직이기때문에 π -bond에서 peak이나오면, 동일한 geometry상에서 σ-bond 에서는 peak이나타나지않는다. 이원리를활용하여빔입사각에따라서 C 1s C=Cπ *, C 1s C=Cσ * 의 NEXAFS스펙트럼을비교하면공액분자가어떤배향을하고있는지알아낼수있게된다. 특히, C 1s C=Cπ * 는 sp 2 -hybrized된공액저분자 / 고분자에서강하게나오기때문에이 peak의빔입사각에따른상대적인크기가 π-conjugated plane의배향에대한정보를주게된다. 3 공액고분자중가장대표적인재료인 poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 가 edge-on으로배향되어있는박막의 NEXAFS 스펙트럼을그림 8에표시해놓았다. 빔입사각을 20도에서 70 도로증가시킴에따라서 ~285 ev에서나타나는 C 1s C=C π * peak의크기가점진적으로증가하는것을확인할수있다. 반면 ~293 ev에서나타나는 C 1s C-C σ * peak은반대의경향을지니는것을알수있다. 이를통해서제조된 P3HT 박막은 edge-on구조로 thiophene ring이기판에수직한방향으로서있다는것을확인할수있다 ( 그림 8 inset). P3HT는열역학적으로안정해지려는경향으로 thermal 그림 5. SWNTs (Single-walled carbon nanotubes) 의표면처리에따른 NEXAFS 스펙트럼. 9 그림 7. NEXAFS 를이용하여공액분자의분자배향을분석하는원리. 그림 6. (a) Poly(9,9 -dioctylfluorene-co-bis-n,n -(4,butylphenyl)-bis- N,N -phenyl-1,4-phenylene-diamine)(pfb) 와 poly(9,9 -dioctylfluorenecobenzothiadiazole)(f8bt) 의화학구조, (b) PFB 와 F8BT 박막의 NEXAFS 스펙트럼, (c) PFB:F8BT 블렌드박막의조성에따른 AFM 이미지. 10 그림 8. Poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼과 P3HT 의분자배향모식도 고분자과학과기술 Polymer Science and Technology

이위형ㆍ조정호 annealing 후에주로 edge-on구조를띠게된다. 하지만, P3HT 와상호작용을할수있는분자막을도입하면 P3HT의분자배향을바꿀수있다. 그림 9는끝이 NH 2-, CH 3-로기능화된자기조립단분자막 (self-assembled monolayers, SAMs) 위에서 P3HT의빔입사각에따른 NEXAFS스펙트럼을나타내었다.

이 P3HT을이용하여트랜지스터를제조하였을때 NH 2 -SAMs 위의 P3HT의경우 CH 3-SAMs위의 P3HT보다우수한전하 이동도를보였다. 이는 P3HT의 edge-on 구조가전하가이동되기더좋은통로를제공하기때문이다. 12 Pentacene과같은진공증착형유기반도체의경우, 기판에따른분자배향이더욱더극명하게나타난다.

5 이위형ㆍ조정호 annealing 후에주로 edge-on구조를띠게된다. 하지만, P3HT 와상호작용을할수있는분자막을도입하면 P3HT의분자배향을바꿀수있다. 그림 9는끝이 NH 2-, CH 3-로기능화된자기조립단분자막 (self-assembled monolayers, SAMs) 위에서 P3HT의빔입사각에따른 NEXAFS스펙트럼을나타내었다. 11 NH 2-SAMs 위에서는그림 8과같이 edge-on 구조로서있는 P3HT의 NEXAFS 스펙트럼을보인반면, CH 3-SAMs 위에서는반대로 lying-down 구조로누워있는 P3HT의 NEXAFS 스펙트럼을얻을수있었다. 이렇게다른분자배향을보인이유는 SAMs 과 P3HT 의상호작용때문이다 ( 그림 9c). 이 P3HT을이용하여트랜지스터를제조하였을때 NH 2 -SAMs 위의 P3HT의경우 CH 3-SAMs위의 P3HT보다우수한전하 이동도를보였다. 이는 P3HT의 edge-on 구조가전하가이동되기더좋은통로를제공하기때문이다. 12 Pentacene과같은진공증착형유기반도체의경우, 기판에따른분자배향이더욱더극명하게나타난다. 그림 10은 Au기판과 Au 위에 benzenethiol을처리한기판위에서 pentacene 박막의분자배향을분석한결과이다. 13 Au 위에서는 ~285 ev에서나타나는 C 1s C=Cπ * peak이 20도에서큰반면, 300~310 ev에서나타나는 C 1s C=Cσ * 의 peak은 90도에서큰것을확인할수있다. 이는 Au기판위에 pentacene 이누워서성장했다는것을보여준다. 반대로, benzenethiol기판에서는그경향이정반대로나타나는것을확인할수있다. Au 위에서는펜타센과-Au의강한 interaction으로인해서 pentacene이누워서성장을한반면 benzenethiol 위에서는 pentacene이에너지적으로안정한서서성장하는구조를지니는것으로해석된다. 그림 11은그래핀위에서 pentacene 의성장을 NEXAFS 로분석하였다. 14 본논문에서는 chemical vapor deposition (CVD) 로성장한그래핀을사용하여, 이를 poly(methyl methacrylate)(pmma) 를사용하여실리콘기판에전사하여그래핀을제조하였다. 이과정중 PMMA가그래핀위에 1-2 nm 정도얇게깔리게되는데, 이 PMMA residue가 pentacene 박막의성장에큰영향을주었다. 그림11a, b 오른쪽의 NEXAFS 스펙트럼을비교하면 PMMA residue가존재하는그래핀위에서는펜타센이서서성장한반면, PMMA residue를 thermal annealing(500 ) 으로제거한깨끗한그래핀기판위에서 (a) 그림 9. (a) NH 2- 기능화된자기조립단분자막위에서 P3HT 의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼, (b) CH 3- 기능화된자기조립단분자막위에서 P3HT 의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼, (c) NH 2, CH 3- 자기조립단분자막위에서 P3HT 의분자배향모식도 (b) 그림 10. (a) Au 위에서 pentacene 박막의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼, (b) Benzenethiol 로처리한 Au 위에서 pentacene 박막의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼. 13 그림 11. (a) Poly(methyl methacrylate)(pmma) residue 가있는그래핀의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼 ( 왼쪽 ) 과그위에서 pentacene 박막의 NEXAFS 스펙트럼 ( 오른쪽 ), (b) Poly(methyl methacrylate)(pmma) residue 가없는깨끗한그래핀의빔입사각에따른 NEXAFS 스펙트럼 ( 왼쪽 ) 과그위에서 pentacene 박막의 NEXAFS 스펙트럼 ( 오른쪽 ). 14 Vol. 24, No

6 고분자특성분석지상강좌 NEXAFS 를이용한나노박막의화학구조및분자배향분석 첩되었기때문이다. 반면, rubbing 방향에빔이수직으로위치한경우, 빔입사각에따른스펙트럼의차이가없었다. 그림 12 (c) 는각방향에서 C1s C=C π* 로전이하는 peak의크기를 sin 2 θ로 fitting한그래프로이를통해서고분자주축의수평배향정도를분석할수있다. NEXAFS 를이용한공액분자의분자배향분석은 π-conjugated plane의평균적인배향정보를주기때문에정확한결정구조를알아내는데에는한계점이존재한다. 또한 NEXAFS를통하여얻은정보는결정에서의분자배향정보와 amorphous 에서의분자배향정보가합산된평균값임을명심해야한다. 이런이유로, NEXAFS 는 GI-XRD와같은결정구조분석방법과병행하여서분자배향을분석하는데활용이되는것이이상적이다. 그림 12. (a) Rubbing 된폴리이미드기판위에서의 Poly(9,9-dioctylfluoreneco-bithiophene)(F8T2) 의분자배향분석의모식도, (b) Rubbing 방향에평행한방향으로또는수직한방향으로 NEXAFS 를빔입사각에따라서측정한스펙트럼, (c) 각방향에서 C1s C=C π* 로전이하는 peak 의크기를 sin 2 Θ 로 fitting 한그래프. 15 는 pentacene이누워서성장하였다. 깨끗한그래핀위에는 pentacene이그래핀과 π-π interaction으로누워서성장하고, 이와는반대로 PMMA residue가존재하게되면이 residue가그래핀과 pentacene의 π-π interaction을방해하여서서성장을하게된다. 한편, 그림 11a, b 왼쪽의 NEXAFS 스펙트럼은 CVD로성장 / 전사한그래핀의깨끗함과 quality 정보를줄수있다. 그림 11b 왼쪽의깨끗한그래핀에서는 20, 50, 90도로빔입사각을바꿈에따라서 C 1s C=Cπ * 와 C 1s C=Cσ * 의 peak 크기의차이가그림 11a 왼쪽의 PMMA residue가있는그래핀보다더욱더극명하게나타난다. 이는 PMMA가 thermal annealing으로효과적으로제거되었다는것을나타낸다. 지금까지는공액분자의기판에수직방향으로의분자배향을분석한연구결과를소개하였다. 이와더불어빔입사각에따른 NEXAFS스펙트럼은기판에평행한방향으로의분자배향을분석하는연구에도쓰일수있다. 그림 12a는 poly (9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene)(F8T2) 의고분자주축이기판에평행하게배향된박막의분자배향을 NEXAFS 로분석하는연구의모식도를나타내었다. 15 F8T2를 rubbing한폴리이미드기판에깔고 annealing을해주어, rubbing 방향으로고분자주축을배향시켰다. NEXAFS 스펙트럼을 rubbing 방향에평행또는수직한방향으로측정하였을때, 빔입사각에따른스펙트럼의차이가극명하게다르게나타났다. rubbing 방향에빔이평행하게위치한경우, 20도에서 C 1s C=Cπ * peak의크기가 90도에서의크기보다더크게나타났다. 이는고분자주축이 rubbing 방향으로배향되어, 20도에서 π -bond의 orbital방향이 90도일때보다빔의전기장과더중 5. 결론 NEXAFS는 X-선흡수분광법의하나로고분자박막의화학구조, CNT와같은카본재료의표면특성, 블렌드박막의조성등을분석할수있다. 또한방사광 X-선의편광특성을활용하면공액분자의분자배향정보도얻을수있다. 공액저분자 / 고분자재료가유기박막트랜지스터, 유기태양전지등의활성층으로쓰이는것을고려할때, 이러한정보는유기전자소자의성능을향상시키는데쓰일수있다. 본문에서소개한내용이외에도 NEXAFS는자기재료의자기적인특성분석, DNA의염기배향분석등에도쓰일수있다. NEXAFS 를이용한다양한고분자, 나노박막분석연구가활발히진행되고, 이결과가바이오 / 전자 / 에너지소자응용연구에광범위하게활용되길기대해본다. 본특집에서다루지못한 NEXAFS 분석의다양한사례는최근에발표된 review논문및본지의고분자특성분석지상강좌 (2006년 4월, 2009년 2 월, 2009년 8월 ) 를참조하길바란다. 3,6,8,16-18 참고문헌 1. Y. D. Park, J. A. Lim, H. S. Lee, and K. Cho, Mater. Today, 10, 46 (2007). 2. W. H. Lee, J. H. Cho, and K. Cho, J. Mater. Chem., 10, 2549 (2010). 3. D. M. DeLongchamp, R. J. Kline, D. A. Fischer, L. J. Richter, and M. F. Toney, Adv. Mater., 23, 319 (2011). 4. J. Stöhr, NEXAFS Spectroscopy, Springer-Verlag, Berlin, D. Cahen and A. Kahn, Adv. Mater., 15, 271 (2003). 6. H. Ade and H. Stoll, Nat. Mater., 8, 281 (2009). 7. S. G. Urquhart and H. Ade, J. Phys. Chem. B, 106, 8531 (2002). 8. T. Hemraj-Benny, and S. Banerjee, S. Sambasivan, M. Balasubramanian, D. A. Fischer, G. Eres, A. A. Puretzky, D. 386 고분자과학과기술 Polymer Science and Technology

7 이위형ㆍ조정호 B. Geohegan, D. H. Lowndes, W. Han, J. A. Misewich, and S. S. Wong, Small, 2, 26 (2006). 9. S. Banerjee, T. Hemraj-Benny, M. Balasubramanian, D. A. Fischer, J. A. Misewich, and S. S. Wong, Chem. Commun., 7, 772 (2004). 10. C. R. McNeill, B. Watts, L. Thomsen, H. Ade, N. C. Greenham, and P. C. Dastoor, Macromolecules, 40, 3263 (2007). 11. D. H. Kim, Y. Jang, Y. D. Park, and K. Cho, Langmuir, 21, 3204 (2005). 12. D. H. Kim, Y. D. Park, Y. Jang, H. Yang, Y. H. Kim, J. I. Han, D. G. Moon, S. Park, T. Chang, C. Chang, M. Joo, C. Y. Ryu, and K. Cho, Adv. Funct. Mater., 15, 77 (2005). 13. K. Ihm, B. Kim, T. H. Kang, K. J. Kim, M. H. Joo, T. H. Kim, S. S. Yoon, and S. Chung, Appl. Phys. Lett., 89, (2006). 14. W. H. Lee, J. Park, S. H. Sim, S. Lim, K. S. Kim, B. H. Hong, and K. Cho, J. Am. Chem. Soc., 133, 4447 (2011). 15. L. R. Pattison, A. Hexemer, E. J. Kramer, S. Krishnan, P. M. Petroff, and D. A. Fischer, Macromolecules, 39, 2225 (2006). 16. K. H. Chae, Polymer Science and Technology, 17, 252 (2006). 17. J. Park, Polymer Science and Technology, 20, 54 (2009). 18. E. -H. Son, J. S. Chung, B. G. Kim, and J. C. Lee, Polymer Science and Technology, 20, 360 (2009). Vol. 24, No

jaeryomading review.pdf

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