KR101127121B1 - 공기 분사를 이용하여 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공기 분사를 이용하여 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 관한 것으로서, 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 있어서, 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비하는 나노입자 용액 준비 단계; 목표 기판의 상부에서 상기 콜로이드 용액을 에어스프레이 노즐을 통해 고압의 기체상태로 분사하는 분사 단계; 및 분사된 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착되어 금속 나노입자층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법이며, 이와 같은 본 발명에 의하면, 제조 공정 조건의 제한이 없이 간단한 분사 장비로 간단한 공정을 통해 금속 나노입자를 형성하므로, 생산 단가를 낮추고 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

금속 나노입자, 공기분사, 휘발성, 비휘발성, 에어스프레이 노즐.

Description

공기 분사를 이용하여 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법 {Method of forming metal nano-particles layer on target substrates using air-spray}

본 발명은 목표 기판 상에 금속 나노 입자층을 형성시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학적 합성법으로 만들어진 금속 나노입자를 휘발성 용매 또는 비휘발성 용매에 혼합 후에 이를 목표 기판 상에 분사시켜 용매는 휘발 또는 증발시키고 금속 나노 입자를 기판에 형성시키는 제조 방법에 대한 것이다.

금속 나노입자를 목표 기판에 형성하기 위해 사용한 방법으로 열증착(Thermal evaporation) 혹은 열증착 후 어닐링(Annealing)을 하는 방법과 화학적으로 금속 나노입자를 만든 후 스핀 코팅(Spin-coating)을 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.

열증착은 금속재료를 증착시키기 위해 고진공에서 전기 필라멘트를 이용해 보트를 가열하여 보트 위에 금속을 녹여 증류시켜 증류된 금속을 목표 기판에 응축 시키는 방법이다. 목표 기판 상에 금속 필름(film)이 형성되기 전부터 증착시키는 양을 조절하여 금속 나노입자를 목표 기판에 형성할 수 있고, 어닐링을 통해 금속 나노입자의 애그리게이션(Aggregation)을 유도해 더 큰 금속 나노입자를 형성할 수 있다. 이 방법은 금속 나노입자의 크기를 키우는데 한계가 있고, 열증착 장비가 필요하며, 매번 고진공 환경을 만들어야 하는 단점이 있다. 반면 열증착시키는 양과 어닐링을 통해 금속 나노입자의 사이즈가 조절 가능하다는 장점이 있다.

스핀 코팅 방식은 회전하는 판 위의 용액이 원심력에 의해 필름을 형성하는 단속식 공정으로 용액의 점도와 스핀 코터의 회전 속도에 따라 필름의 두께가 결정된다. 화학적으로 만들어져 용매에 분산된 금속 나노입자는 스핀 코터의 회전 속도에 따라 밀도가 결정된다. 이와 같은 스핀 코팅 방식을 적용하기 위해서는 점도가 충분히 있는 용매를 사용해야하고, 기판의 특정 부분만 금속 나노입자를 형성시키기 힘들며, 스핀 코터에 맞는 목표 기판을 사용해야하는 단점으로 인하여 적용되는 기판의 크기에 제한이 있다.

본 발명은 목표 기판에 금속 나노입자를 형성하는데 있어서, 온도 또는 진공도 등의 공정 조건을 맞춰야 하는 번거러움을 해결하고자 하며, 또한 복잡한 공정 단계를 거치지 않고 간단한 공정을 통해 목표 기판에 금속 나노입자를 형성시키는 방법을 제공하고자 한다.

또한 금속 나노입자를 형성하는 기판의 크기가 제한되는 문제점을 해결하고자 한다.

상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 있어서, 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비하는 나노입자 용액 준비 단계; 목표 기판의 상부에서 상기 콜로이드 용액을 에어스프레이 노즐을 통해 고압의 기체상태로 분사하는 분사 단계; 및 분사된 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착되어 금속 나노입자층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법이다.

바람직하게는 상기 콜로이드 용액은, 휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 용액이 될 수 있다.

여기서 휘발성 용매로 제조된 콜로이드 용액의 경우에, 상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는, 분사된 콜로이드 용액의 상기 휘발성 용매가 공기중에서 휘발되고 상기 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착될 수 있다.

바람직하게는 상기 콜로이드 용액은, 비휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 용액이 될 수도 있다.

여기서 비휘발성 용매로 제조된 콜로이드 용액의 경우에, 상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는, 상기 목표 기판의 하부에 히터를 위치시키고, 상기 히터로 상기 목표 기판을 가열하는 단계 및 상기 히터의 열기로 상기 목표 기판 상에서 상기 비휘발성 용매는 증발되고 상기 금속 나노입자가 증착되는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐을 통한 상기 콜로이드 용액의 분사시간 및 분사압력을 조절을 통해 상기 목표 기판 상에 증착되는 금속 나노입자의 밀도가 조절될 수 있다.

나아가서 상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐이 상기 목표 기판의 상부에서 좌우 이동하며 상기 콜로이드 용액을 분사할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 간단한 분사장치로 공정온도나 진공도 등의 공정조건에 대한 제한없이 목표기판에 금속 나노입자를 형성시킬 수 있다.

또한 이미 화학적으로 합성한 금속 나노입자를 그대로 목표 기판 상으로 옮길 수 있으므로 열증착과 어닐링에 의한 방법보다 정확히 원하는 사이즈와 모양의 금속 나노입자를 목표 기판에 형성시킬 수 있게 된다.

그리고 목표기판 위에서 분사노즐을 좌우 이동시키며 금속 나노입자를 분사하여 목표기판에 금속 나노입자를 증착하므로 기판의 크기에 대한 제한을 제거할 수 있다.

나아가서 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 간단한 분사 장비로 간단한 공정을 통해 금속 나노입자를 형성하므로, 생산 단가를 낮추고 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.

본 발명은 간단한 공정을 통해 목표 기판 상에 균일한 금속 나노입자를 형성시키는 방법으로서, 간단한 분사 장치를 이용하여 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 목표 기판 상부에서 분사시켜 목표 기판 상에 금속 나노입자를 증착시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 대한 개략적인 흐름도를 나타낸다.

우선 화학적 합성법으로 만들어진 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비(S110)한다.

여기서 상기 콜로이드 용액은 휘발성 용매에 상기 금속 나노입자를 분산시켜 제조할 수 있고, 또는 비휘발성 용매에 상기 금속 나노입자를 분산시켜 제조할 수도 있다.

이와 같이 준비된 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 분사 장치에 주입하고 상기 분사장치의 에어스프레이 노즐을 통해 고압으로 목표 기판 상부의 공기 중에 분사(S120)시킨다.

본 발명에서 이용되는 분사장치를 개략적으로 살펴보면, 도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 분사장치에 대한 실시예를 나타낸다.

본 발명에서 이용되는 분사장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 에어스프레이 노즐이 구비된 에어스프레이 건(100)을 갖는 간단한 장치로 구성이 된다. 여기서 에어스프레이 건(100)은 좌우 방향으로 이동이 가능하게 장착된다.

분사장치(200)의 하단에는 금속 나노입자를 형성시키기 위한 목표 기판(110)이 위치되며, 에어스프레이 건(100)이 목표 기판(110)의 상부에서 좌우 이동하면서 에어스프레이 노즐을 통해 콜로이드 용액을 분사공간(250)인 공기 중에 분사시킨다.

이와 같은 에어스프레이 건(100)을 통해 분사된 콜로이드 용액에서 용매는 공기 중에서 휘발되거나 또는 목표기판(110) 상에서 증발(S130)하게 되며, 금속 나노입자만이 목표기판(110) 상에 증착(S140)되게 된다.

공기 중에서 용매는 휘발되고 금속 나노입자만을 목표 기판(110) 상에 도달시켜 금속 나노입자를 증착시키기 위해 상기 용매로 휘발성 용매가 사용될 수 있으며, 또는 목표 기판(110) 상에서 용매를 증발시키기 위하여 목표 기판(110)을 가열시키는 가열장치가 목표기판의 하부에 위치될 수도 있다.

에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 콜로이드 용액을 분사시에 콜로이드 용액의 분사시간 및 분사압력을 조절하여 목표 기판(110) 상에 증착되는 금속 나노입자의 밀도를 조절할 수 있으며, 이와 같이 증착된 금속 나노입자들이 금속 나노입자층을 형성(S150)하게 된다.

이와 같은 본 발명에서는 화학적 합성을 통해 생성된 콜로이드 상태의 금속 나노입자를 손쉽게 목표 기판의 크기에 제한없이 형성시킬 수 있게 된다.

그럼 이하에서는 본 발명에 따른 콜로이드 용액이 휘발성 용매 또는 비휘발성 용매를 함유하는가에 따라 금속 나노입자를 형성시키는 방법에 대하여 실시예를 통해 보다 자세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.

휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시켜 제조한 콜로이드 용액을 이용하여 금속 나노입자를 형성시키는 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이 에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 목표 기판(110)의 상부에서 콜로이드 용액이 분사되면 휘발성 용매의 입자(50)는 휘발성 특성으로 인하여 공기 중에서 바로 휘발되므로 결국 금속 나노입자(10)만 목표 기판(110)에 도달하여 증착되게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 용매의 휘발성 특성을 이용하여 간단한 방법으로 금속 나노입자를 목표 기판 상에 형성시킬 수 있다.

본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 이미 화학적으로 합성한 금속 나노입자를 그대로 목표 기판 상으로 옮길 수 있으므로 열증착과 어닐링에 의한 방법보다 정확히 원하는 사이즈와 모양의 금속 나노입자를 목표 기판에 형성시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 서, 비휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이 비휘발성 용매를 적용하는 경우에는 목표 기판(110)의 하부에 히터(150)를 위치시키고, 히터(150)에서 발생된 열로 목표 기판(110)을 가열하게 된다.

에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 목표 기판(110)의 상부에서 콜로이드 용액을 분사시키면, 콜로이드 용액의 비휘발성 입자(70)와 금속 나노입자(10) 모두가 목표 기판(110) 상에 도달하게 된다.

이때 히터(150)에서 발생된 열로 목표 기판(110) 상의 비휘발성 입자(70)는 증발시키고 금속 나노입자(10)만 남게 되어, 금속 나노입자(10)가 목표 기판(110)에 증착되게 된다.

이와 같이 비휘발성 용매를 적용하는 경우에도 휘발성 용매를 적용하는 경우와 유사하게 용매 입자가 목표 기판과 닿음과 동시에 증발되므로 원하는 금속 나노입자만을 목표 기판 상에 증착시킬 수 있다.

나아가서 목표 기판 상에 원하는 패턴을 형성한 섀도우 마스크 필름 등의 마스킹을 위치시키고 목표 기판의 상부에서 분사 장치를 통해 콜로이드 용액을 분사시켜서 원하는 패턴 부분에만 금속 나노입자를 증착시킬 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 간단한 분사장치로 공정온도나 진공도 등의 공정조건에 대한 제한없이 손쉽게 목표기판에 금속 나노입자를 형성시킬 수 있으며, 또한 목표기판 위에서 분사노즐을 좌우 이동시키며 금속 나노입자를 분사하여 목표 기판에 금속 나노입자를 증착하므로 기판의 크기에 대한 제한을 제거할 수 있다.

나아가서 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 간단한 분사 장비로 간단한 공정을 통해 금속 나노입자를 형성하므로, 생산 단가를 낮추고 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 대한 개략적인 흐름도를 나타내며,

도 2는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법을 적용하기 위한 용액 분사 장치의 사시도를 나타내며,

도 3은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타내며,

도 4는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 비휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

10 : 금속 나노입자, 50 : 휘발성 용매입자,

70 : 비휘발성 용매입자, 100 : 에어스프레이 건,

110 : 목표 기판, 150 : 히터,

200 : 분사장치, 250 : 분사공간.

Claims (7)

1. 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 있어서,

   금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비하는 나노입자 용액 준비 단계;

   목표 기판의 상부에서 상기 콜로이드 용액을 에어스프레이 노즐을 통해 고압의 기체상태로 분사하는 분사 단계; 및

   상기 목표 기판의 하부에 히터를 위치시키고, 상기 히터로 상기 목표 기판을 가열하여 상기 히터의 열기로 상기 목표 기판 상에서 용매는 증발되고 분사된 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착되어 금속 나노입자층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 콜로이드 용액은, 휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 2 항에 있어서,

   상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는, 분사된 콜로이드 용액의 상기 휘발성 용매가 공기중에서 휘발되고 상기 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 콜로이드 용액은, 비휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 4 항에 있어서,

   상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는,

   상기 목표 기판의 하부에 히터를 위치시키고, 상기 히터로 상기 목표 기판을 가열하는 단계 및

   상기 히터의 열기로 상기 목표 기판 상에서 상기 비휘발성 용매는 증발되고 상기 금속 나노입자가 증착되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐을 통한 상기 콜로이드 용액의 분사시간 및 분사압력을 조절을 통해 상기 목표 기판 상에 증착되는 금속 나노입자의 밀도가 조절되는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐이 상기 목표 기판의 상부에서 좌 우 이동하며 상기 콜로이드 용액을 분사하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법.

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