The Poly(9-vinylcarbazole) (PVK) layers doped with carbon nanotubes were fabricated to investigate the photorefractive effects such as two beam coupling ratio, 1st order Raman-Nath diffraction efficiency and grating formation time. Single wall carbon nanotubues (SWNTs) and multi wall carbon nanotubes (MWNTs) were successfully purified and cut by chemical treatment and dispersed with didecylamine (DDA). Several kinds of carbon nanotubes (CNTs) were made; purified SWNTs and MWNTs (not cut), cut SWNTs (not centrifuged and centrifuged) and MWNTs (not centrifuged) and DDA modified SWNTs (SDDA) and MWNTs (MDDA). All of these CNTs were characterized in terms of the degree of purity, length, damage and surface modification of CNTs. PR-LC cells were classified by the % ratio of CNTs to PVK; 0.03 to 99.97, 0.05 to 99.95, 0.07 to 99.93 and 0.09 to 99.91 respectively. All cells showed the PR effect of enhanced beam coupling ratio, 1st order Raman-Nath efficiency over the threshold DC field, but decreased after the optimum DC field. Among the tested cells, the optimum % ratio of CNTs to PVK is found to be 0.05 to 99.95 in weight percentage. DDA showed a little effect by not only improving dispersion stability of CNTs in toluene, but also covering defects of treated CNTs with damaged surface. Especially, the length of CNTs was apparently believed to be the most important parameter in PVK layers.
염산을 이용한 산 처리와 공기 중에서의 열처리를 반복적으로 사용하여 raw SWNTs를 정제하였고 SEM, TGA, Raman 등으로 분석한 결과 표면에 손상을 주지 않은 상태에서 대부분의 불순물들이 제거가 되었음을 확인하였다. 이렇게 정제된 SWNTs를 과산화수소와 황산을 1:3으로 섞은 용액으로 처리하여 짧은 길이를 갖는 SWNTs를 만들 수 있었고 이를 다시 원심분리 하여 200~600nm 정도 되는 길이를 갖는 SWNTs를 얻을 수 있었다. 원심분리를 하지 않은 경우의 cut SWNTs는 cutting 하기 전의 purified SWNTs에 비해 짧은 길이를 갖고 있었지만 길이의 분포가 넓었다. 보통 정제나 cutting 과정에서 CNTs 표면에 손상이 생기게 되는데 여기에 DDA를 붙인 결과 이러한 손상 부분들이 상당부분 사라졌음을 알 수 있었다. 이것은 실제 손상 부위가 사라진 것이 아니라 DDA가 그러한 손상부분에 붙어서 덮었기 때문이라고 추정된다. 또한 DDA는 toluene과 같은 유기용매에 CNTs가 잘 분산되도록 돕는 역할을 하였다. MWNTs의 경우는 순도가 높은 것을 사용했기 때문에 정제과정을 한번으로 했다. 또한 MWNTs도 SWNTs와 마찬가지의 처리를 하여 총 7가지의 CNTs를 만들 수 있었다. : purified SWNTs, purified MWNTs, cut SWNTs (centrifuged and not-centrifuged), cut MWNTs (not-centrifuged), SDDA and MDDA.
이렇게 만들어진 7가지 종류의 CNTs를 PVK층에 도핑하여 광굴절 액정셀을 만들어서 광굴절 효과를 실험하였다. SDDA와 MDDA를 사용한 셀의 경우 단순히 cutting만 한 SWNTs와 MWNTs를 사용하였을 경우보다 효과가 좋았는데 이는 CNTs의 손상부위를 막아주는 효과와 잘 분산되는 성질이 charge diffusion을 잘 되게 도와주고 광전도층에서의 dopant의 농도를 균일하게 만들어 주기 때문에 energy transfer가 촉진되기 때문일 것이다. Centrifuged SWNTs를 사용할 경우 CNTs의 얽힘을 방지할 수 있다. 따라서 PVK와의 interaction area형성에 있어서 더욱 유리할 것이기 때문에 hole trap을 더욱 효율적으로 달성할 수 있고 전체적으로 최적의 농도를 만들 수 있기 때문에 space charge fields의 형성에 있어서 더욱 유리할 것이다. CNTs와 PVK간의 최적의 % 비율은 0.05대 99.95였고 centrifuged SWNTs를 사용한 셀에서 최고의 1st order Raman-Nath diffraction efficiency가 약 15%정도 나왔다. 결과로부터 CNTs의 길이가 광굴절 효과를 향상시키는 데 있어서 중요한 변수가 됨을 알 수 있었고 길이가 짧을수록 더 나은 분산효과를 기대할 수 있고 같은 농도에서 얽힘 방지와 동시에 더욱 많은 dopant의 수를 확보할 수 있으므로 넓은 interaction area와 hole trap 확보에 더욱 유리하고 광굴절 효과를 나타내는데 있어서 더욱 유리할 것으로 추정된다. 결과적으로 CNTs도 광굴절 액정셀의 PVK층에서 dopant의 역할을 하면서 좋은 광굴절 효과를 만들어 낼 수 있음을 확인할 수 있었다.