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Vol.29, No.3, August 2026

Water as a Tunable Additive for Reducing the Sheet Resistance of PPy Electrosynthesized on FTOFTO에서 전기합성된 PPy의 시트 저항을 줄이기 위한 조정 가능한 첨가제로서의 물
JKES Vol.29, No.3, pp.47-59, August 2026
DOI : https://doi.org/10.5229/JKES.2026.29.3.47
Gregorio Villasana-Ponce, Luis F. Cisneros-Sinencio*, and Ulises Pramo-Garca
Divisin de Estudios de Posgrado e Investigacin, Instituto Tecnolgico de Cd. Madero, Juventino Rosas y Jess Ureta S/N, Col. Los Mangos, 89440 Cd. Madero, Tamps., MEXICO

비수용성 전기중합에서 미량의 수분은 흔히 오염물질로 간주되지만, 전도성 고분자의 전자적 특성에 지대한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 물이 불소 도핑 산화주석(FTO) 기판 상에서 폴리피롤(PPy)의 전기합성 과정에서 성능 향상 첨가제로 작용함을 보여준다. 아세토니트릴/LiClO4 전해액에서 수분 농도를 0.0%에서 10.0%(wt)까지 변화시켰을 때, 면저항은 70% 이상 감소(433 Ω/sq에서 131 Ω/sq로)하는 반면, 부피전도도(σ)는 수분 함량이 0.3%일 때 최대값인 120 S/cm를 나타낸 후 감소하는 경향을 보이며, 이러한 전기적 특성들 사이에 발산적인 관계가 있음을 확인했다. 이는 기판에 평행하게 배열된 공액 골격과 ?-? 스태킹을 형성하는 주된 에지온(edge-on)구조로 설명할 수 있으며, 이로 인해 평면 내 전하 이동이 용이해지는 반면, 부피 전도는 측면 간격을 가로지르는 기둥 간 전하 이동에 의해 제한된다. 측정 결과, 물은 양성자 제거제 역할을 하여산 촉매에 의한 공액 구조 파괴 결함 형성을 억제하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 물이 PPy 필름의 전기적 성능을 조절하는 간단한 분자 도구임을 입증한다.

 

Trace water content in non-aqueous electropolymerization media is often regarded as a contaminant, yet its deliberate incorporation can profoundly influence the electronic properties of conducting polymers. In this work, we demonstrate that water functions as a tunable performance-enhancing additive in the electrosynthesis of polypyrrole (PPy) on fluorine-doped tin-oxide (FTO) substrates. By systematically varying water concentration from 0.0 to 10.0 wt.% in an acetonitrile/LiClO4 electrolyte, we achieve a > 70% reduction in sheet resistance (from 433 to 131 Ω/sq), while bulk conductivity (σ) exhibits a maximum of 120 S/cm at 0.3 wt.% water content followed by a decreasing trend, revealing a divergent relationship between these electrical properties. This divergence can be explained by a predominant edge-on texture that aligns conjugated backbones and π-π stacking parallel to the substrate, facilitating in-plane transport while volumetric conduction remains constrained by intercolumnar charge transfer across lateral spacing. Chronoamperometry (CA), FTIR spectroscopy, and four-point probe measurements reveal that water enhances sheet resistance by acting as a proton scavenger that suppresses acid-catalyzed formation of conjugation-disrupting defects. These findings establish water as a simple, cost-effective, and highly effective molecular tool for tuning the electrical performance of PPy films, with direct implications for applications such as gas sensors and solar cells.

Keyword : Polypyrrole, Polymerization additive, Electropolymerization, Sheet resistance, FTO substrate, 3D Progressive Nucleation

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