디케토피롤로피롤-벤조트리아졸(Diketopyrrolopyrrole-benzotriazole, DPP-BTz) 기반 도너-억셉터 공중합체는 유기 박막 트랜지스터(organic field-effect transistors, OFETs)를 위한 유망한 반도체이나, 사슬 내부의 평면성(planarity)과 사슬 간 π-π 적층(interchain π-π stacking) 간의 상호작용은 아직 충분히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 DPP 락탐(lactam) 곁사슬 조성의 변화를 통해 플루오르화(fluorination)가 분자 형상과 포장(packing)에 미치는 영향을 분리하고자, 다양한 조성을 갖는 디티에닐-DPP-BTz 공중합체를 체계적으로 연구하였다(알킬/플루오로알킬 = 10:0, 7:3, 5:5, 3:7). 박막은 자외-가시광(ultraviolet-visible) 분광법, 입사각 변조 X선 회절(grazing incidence X-ray diffraction), 밀도 범함수 이론(density functional theory) 시뮬레이션으로 특성화하였고, 함정 밀도(trap density of states)를 포함한 전하 이동 특성은 OFET에서 평가하였다. 플루오로알킬 분획을 증가시키면 π-π 적층 거리는 단축되지만 동시에 골격(backbone) 비틀림(torsion)은 증가하여, 강화된 사슬 간 상호작용과 감소된 사슬 내 공액(intrachain conjugation) 사이의 상충(trade-off)이 나타남을 보여준다. π-π 간격이 더 조밀해짐에도 불구하고, 플루오르화가 높을수록 소자에서 점점 더 낮은 드레인 전류와 이동도(mobility)가 관찰되어, 근소한 π-π 조임(marginal π-π tightening)보다는 전하 수송을 지배하는 것은 골격의 평면성(planarity)과 강성(rigidity)임이 확인되었다. 이러한 결과는 도너-억셉터 고분자에 대한 실용적인 설계 원칙을 제공한다. 즉, 형상 잠금(conformational locking)을 통해 골격 평면성을 유지하되, 공정성(processability)을 보장하면서도 비틀림 페널티(torsional penalty)를 도입하지 않도록 곁사슬 화학을 활용하라는 것이다. 본 연구에서 제시된 구조-물성 상관에 대한 통찰은 DPP-BTz 시스템을 넘어서는 곁사슬 엔지니어링을 위한 전이 가능한 지침을 제공한다.

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