KR101478076B1 - 금속 나노 와이어 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 향상된 종횡비를 가지는 금속 나노 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 직경이 작으면서 길이가 긴 금속 나노 와이어 및 향상된 수율을 가지도록 하는 금속 나노 와이어의 제조방법에 관한 것이다. 금속 나노 와이어의 제조 방법은 서로 다른 환원력을 가지는 적어도 2개의 용매를 혼합하는 단계; 서로 다른 분자량을 가지는 캡핑제를 용매에 첨가하는 단계; 캡핑제가 첨가된 용매에 촉매를 첨가하는 단계; 촉매가 첨가된 용매에 금속 산화물을 첨가하여 금속 나노 와이어가 형성되는 반응 용액을 제조하는 단계; 반응 용액에 상온의 용매를 첨가하는 단계; 및 반응 용액을 정제하여 금속 나노 와이어를 얻는 단계를 포함한다.

Description

금속 나노 와이어 및 이의 제조 방법{Metal NANOWIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 향상된 종횡비를 가지는 금속 나노 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 직경이 작으면서 길이가 긴 금속 나노 와이어 및 향상된 수율을 가지도록 하는 금속 나노 와이어의 제조방법에 관한 것이다.

디스플레이 장치, 태양 전지, 모바일 기기와 같은 다양한 전자 제품에서 투명 도전성 물질을 이용한 투명 전극이 적용되고 있다. 이러한 투명 전극을 형성하기 위한 투명 도전성 물질로 나노미터(nanometer) 수준의 크기를 가지는 와이어 형상 구조체인 다양한 형태의 나노 와이어의 제조와 관련된 기술이 공지되어 있다. 이와 같은 나노 와이어는 뛰어난 전기 전도성, 유연성 및 투과도를 가지는 투명 전극의 형성이 가능하도록 한다. 그러나 공지된 나노 와이어는 반응 과정에서 쉽게 응집하여 나노 입자를 이루게 되고 제조 과정에서 나노 와이어의 수율이 저하된다는 문제점을 가진다. 또한 나노 와이어 생성 과정에서 길이가 길어지면 직경이 두꺼워지는 한편 직경이 얇으면 길이가 짧아지는 경향이 있어 가늘고 긴 나노 와이어의 제조가 어렵다는 문제점을 가진다. 금속 나노와이어와 관련된 다른 문제로 나노 와이어 형성 반응을 촉진하기 위하여 사용되는 촉매 와 같은 물질이 나노 와이어의 표면에 잔존하여 표면 산화 또는 부식을 일으키거나 전기 전도성을 감소시킬 수 있다는 것이다.

금속 나노 와이어 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2012-0029639호 ‘산화아연 막이 코팅된 산화주석 나노 와이어의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 산화아연 막이 코팅된 산화주석 나노 와이어’가 있다. 상기 선행기술은 주석 분말을 기판에 증착된 금 박막을 촉매로 사용하여 산소 공급하에 열 기화를 시켜 나노 와이어를 형성하는 단계; 형성된 산화주석 나노 와이어에 산화아연을 코팅하는 단계; 및 산화아연이 코팅이 된 산화주석 나노 와이어를 질소와 수소의 혼합 가스에 의해 조성되는 환원성 분위기에서 일정 온도 범위에서 열처리를 하는 단계를 포함하는 산화주석 나노와이어의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.

금소 나노 와이어와 관련된 다른 선행기술로 특허공개번호 제2012-0010199호 ‘금속 촉매를 이용한 은 나노 와이어의 제조방법’이 있다. 상기 선행기술은 은 염(Ag salt), 수용성 고분자, 표준 환원 전위가 -0.1 내지 -0.9 V인 금속 이온의 할로겐화물인 금속 촉매 및 환원성 용매를 함유하는 전구체 용액을 가열하여 은 나노 와이어를 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다.

다양한 방법으로 금속 나노 와이어가 제조될 수 있지만 요구되는 직경에 대한 길이 비를 가지는 금속 나노 와이어의 제조가 어렵고 또한 제조되는 금속 나노 와이어의 수율이 개선될 필요가 있다는 문제점을 가진다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 직경에 대한 길이의 비율이 향상된 금속 나노 와이어의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 직경에 대한 길이의 비율이 향상된 금속 나노 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 금속 나노 와이어의 제조 방법은 서로 다른 환원력을 가지는 적어도 2개의 용매에 서로 분자량을 가진 적어도 2개의 캡핑체를 첨가하고 그리고 금속 산화물을 추가하여 정제하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 금속 나노 와이어의 제조 방법은 촉매를 첨가하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적어도 2개의 용매는 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜, 디에틸렌글라이콜, 디프로필렌글라이콜, 1,3-프로판디올, 글리세린, 글리세롤 및 글루코스로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 그리고 상기 캡핑제는 폴리비닐리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드 및 이들 각각의 서로 다른 무게 평균 분자량을 가진 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 금속 나노 와이어의 제조 방법은 서로 다른 환원력을 가지는 적어도 2개의 용매를 혼합하는 단계; 서로 다른 분자량을 가지는 캡핑제를 용매에 첨가하는 단계; 캡핑제가 첨가된 용매에 촉매를 첨가하는 단계; 촉매가 첨가된 용매에 금속 산화물을 첨가하여 금속 나노 와이어가 형성되는 반응 용액을 제조하는 단계; 반응 용액에 상온의 용매를 첨가하는 단계; 및 반응 용액을 정제하여 금속 나노 와이어를 얻는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 금속 나노 와이어는 30 내지 55 ㎚의 직경을 가지면서 직경에 대한 길이 비가 360 내지 2000이 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제조 방법은 투명 전극에서 요구되는 전기적 특성을 가진 직경에 대한 길이 비를 가진 금속 나노 와이어가 제조될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 제조 방법은 금속 나노 와이어의 제조 과정에서 수율이 향상될 수 있도록 하면서 요구되는 길이를 가지는 금속 나노 와이어가 얻어질 수 있도록 한다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 나노 와이어의 제조 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 금속 나노 와이어의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 제조 방법의 조건을 변경하여 제조된 금속 나노 와이어의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 나노 와이어의 제조 과정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 금속 나노 와이어의 제조방법은 서로 다른 환원력을 가지는 적어도 2개의 용매를 혼합하는 단계(S11); 혼합된 용매에 서로 다른 분자량을 가지는 캡핑제를 첨가하는 단계(S12); 캡핑제가 첨가된 용매에 촉매를 첨가하는 단계(S13); 금속 산화물을 추가하여 금속 나노 와이어를 형성하는 단계(S14); 금속 나노 와이어가 형성되는 반응 용액에 상온의 용매를 추가하는 단계(S15) 및 금속 나노 와이어가 형성된 반응 용액을 정제하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.

아래에서 각각의 단계에 대하여 구체적으로 설명이 된다.

용매를 혼합하는 단계(S11)에서 용매는 폴리올(polyol)이 될 수 있고 그리고 폴리올은 다른 물질이 혼합된 용매 및 약한 환원제(mild reducing agent)를 가질 수 있다. 용매는 금속 나노 와이어의 형성에 적합한 반응 온도로 만들어 질 수 있고 이에 따라 금속 화합물이 환원되어 금속 나노 와이어가 형성될 수 있다. 또한 용매는 적어도 2개의 용매를 포함할 수 있다. 구체적으로 적어도 2개의 용매는 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜, 디에틸렌글라이콜, 디프로필렌글라이콜, 1,3-프로판디올, 글리세린, 글리세롤 및 글루코스로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.

적어도 2개의 용매는 서로 다른 환원력을 가질 수 있고 예를 들어 제1 용매는 제2 용매에 비하여 상대적으로 낮은 제1 환원력을 가지고 제2 용매는 제1 용매에 비하여 상대적으로 높은 환원력을 가질 수 있다. 그러나 용매 전체는 낮은 환원력을 가질 수 있다. 구체적으로 제 1 용매는 에틸렌글라이콜 또는 프로필렌글라이콜과 같은 것이 될 수 있고 그리고 제2 용매는 글리세롤이 될 수 있다.

또한, 제 1 용매 및 제 2 용매로 디에틸렌글라이콜, 디프로필렌글라이콜, 1,3-propanediol, 글리세린, 글리세롤 또는 글루코스로부터 선택될 수 있다. 이와 같이 제1 용매 및 제2 용매는 서로 다른 환원력을 가질 수 있고 서로 다른 환원력의 크기는 제조되는 금속 나노 와이어에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

제 1 용매 및 제 2 용매의 비는 반응 온도, 금속 화합물의 종류 또는 금속 나노 와이어의 특성에 따라서 적절하게 조절될 수 있고 예를 들어 제 1 용매: 제 2 용매의 부피비는 1:1 내지 약 1:10이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 은 나노 와이어를 형성하기 위하여 제1 용매 및 제2 용매로 각각 에틸렌글라이콜 및 글리세롤이 선택되고 그리고 제1 용매와 제2 용매의 부피비는 제1 용매: 제2 용매 = 1:1 내지 1:4가 될 수 있다. 보다 구체적으로 전체 혼합 용매 중에서, 에틸렌글라이콜의 비율은 20 vol% 내지 50 vol% 그리고 글리세롤의 비율은 50 vol% 내지 80 vol%가 될 수 있다.

적어도 2개의 용매가 혼합되어 가열이 될 수 있고 가열 온도는 혼합되는 용매, 금속 화합물의 종류 또는 특성을 고려하여 다양하게 조절될 수 있고, 바람직하게 가열 온도는 사용되는 용매에 따라서 다양하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 용매가 에틸렌글라이콜 및 글리세롤의 혼합물을 포함하는 경우, 상기 가열 온도는 110℃ 내지 170℃ 가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

적어도 2개의 용매가 혼합되면(S11) 혼합된 용매에 캡핑제가 첨가될 수 있다(S12). 캡핑제는 나노 와이어의 형성 속도를 조절하는 한편 와이어의 형성을 유도하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 나노 와이어 형성을 위한 환원이 너무 빠르게 이루어지면 금속이 응집되면서 와이어 형상이 어렵게 되므로 캡핑제에 의하여 용매 내의 물질이 적절하게 분산되어 응집이 방지되도록 할 필요가 있다.

캡핑제는 제 1 캡핑제 및 제 2 캡핑제를 포함하는 폴리머가 될 수 있고 그리고 제1 캡핑제와 제2 캡핑제는 서로 다른 분자량을 가질 수 있다. 구체적으로 제 2 캡핑제의 무게 평균 분자량은 제1 캡핑제의 무게 평균 분자량에 비하여 클 수 있다.

다른 한편으로 제 1 캡핑제와 제 2 캡핑제는 서로 다른 수 평균 분자량 또는 무게 평균 분자량을 가지는 동일한 종류 또는 동일한 폴리머가 사용될 수 있다. 대안으로 제 1 캡핑제와 제 2 캡핑제로 서로 다른 폴리머가 될 수 있다.

구체적으로 제1 캡핑제 및 제2 캡핑제는 폴리비닐리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드 및 이들 각각의 서로 다른 무게 평균 분자량을 가진 물질로 이루어진 그룹으로 선택될 수 있다. 제 1 캡핑제와 제 2 캡핑제로 사용되는 폴리머는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA) 또는 폴리아크릴아마이드(PAA)와 같은 것이 될 수 있다. 제1 캡핑제는 40000 내지 80000의 무게 평균 분자량을 가질 수 있고 그리고 제2 캡핑제는 240000 내지 약 450000 의 무게 평균 분자량을 가질 수 있다.

대안으로 제1 캡핑제 및 제2 캡핑제는 서로 다른 수평균 분자량 또는 무제 평균 분자량을 가진 폴리비닐피롤리돈이 될 수 있다. 구체적으로 제1 캡핑제는 40000 내지 80000의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈이 되고 그리고 제 2 캡핑제는 240000 내지 450000 의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈이 될 수 있다.

다른 한편으로 제 1 캡핑제와 제 2 캡핑제의 질량비는 1:1 내지 20:1이 될 수 있다. 구체적으로 제 1 캡핑제는 전체 캡핑제의 70 wt% 내지 90 wt%가 되고, 그리고 제2 캡핑제는 전체 캡핑제의 10 wt% 내지 30 wt%가 될 수 있다.

대안으로 캡핑제는 40000 내지 80000의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈 및 240000 내 450000의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈을 1:1 내지 20:1 의 비율로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 캡핑제에 40000 내지 80000 의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈은 70 wt% 내지 90 wt%가 되고, 240000 내지 450000의 무게 평균 분자량을 가지는 폴리비닐피롤리돈은 10 wt% 내지 30 wt% 가 될 수 있다.

제 1 캡핑제는 상대적으로 작은 제1 분자량을 가지는 폴리머를 포함할 수 있고 이에 의하여 제 1 캡핑제에는 가는 직경을 가지는 금속 나노 와이어을 유도한다. 그리고 제2 캡핑제는 상대적으로 큰 제2 분자량을 가지는 폴리머를 포함할 수 있고 이에 의하여 제2 캡핑제에 의해서 긴 길이를 가지는 금속 나노 와이어의 형성이 유도될 수 있다. 달리 말하면 제1 캡핑제 및 제2 캡핑제에 의해서 가늘고 이와 동시에 길이가 긴 금속 나노 와이어가 형성이 유도될 수 있다.

대안으로 제1 분자량을 가지는 폴리머 및 상기 제2 분자량을 가지는 폴리머는 나선형 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 제2 분자량을 가지는 폴리머는 큰 직경의 나선 구조로 길게 연장될 수 있다. 그리고 제1 분자량을 가지는 폴리머는 작은 직경의 나선 구조로 짧게 연장될 수 있다. 이와 같은 경우 제1 분자량을 가지는 폴리머의 여러 분자들이 제 2 분자량을 가지는 폴리머의 하나의 분자 내에 배치되고 이로 인하여 복합체가 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 복합체는 작은 내경을 가지면서 긴 길이를 가질 수 있다. 그리고 이와 같은 복합체 내에 가늘고 긴 금속 나노 와이어의 형성이 유도될 수 있다.

캡핑제가 첨가되면(S12) 이후 캡핑제가 첨가된 용매에 촉매를 첨가될 수 있다(S13). 촉매는 천일염, 정제염 또는 금속화합물계인 AgCl, PtCl2, PdCl2, AuCl3, KBr, 유기화합물계인 염화암민류과 같은 할로겐 금속이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 촉매는 다양한 금속 또는 할로겐 원소를 구비하여 금속 나노 와이어 형성을 위한 시드(seed) 형성 및 금속 나노 와이어 형성의 반응을 촉진하는 역할을 할 수 있다.

촉매가 첨가되면(S13) 용매에 금속 화합물이 첨가되어(S14) 반응 용액이 형성될 수 있다. 반응 용액은 예를 들어 110℃ 내지 170℃의 온도로 가열될 수 있고 이에 의하여 금속 나노 와이어가 형성될 수 있다.

금속 화합물이 촉매가 첨가된 용매에 투입되는 경우 급격하게 반응이 진행될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 금속 화합물은 별도의 용매에 용해된 상태로 투입될 수 있다. 이와 같은 경우 별도의 용매는 단계 S11에서 사용된 용매와 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. 다른 한편으로 금속 화합물은 촉매가 첨가된 이후 충분한 시간이 경과하고 투입될 수 있다. 이는 촉매의 투입으로 인하여 용매의 온도가 변화될 수 있으므로 안정된 상태로 된 이후 금속 화합물이 추가되도록 하기 위함이다.

금속 화합물은 요구되는 금속 나노 와이어를 형성하기 위한 금속을 포함한 화합물을 의미한다. 예를 들어 은 나노 와이어를 형성하고자 할 경우 금속 화합물은 AgCl, AgNO₃ 또는 KAg(CN)₂와 같은 것이 될 수 있다.

캡핑제 및 촉매가 첨가된 용매에 금속 화합물이 첨가되면 반응이 일어나고 이에 따라 금속 나노 와이어의 형성이 시작된다(S14). 본 발명에 따르면, 캡핑제는 AgCl, AgNO₃ 또는 KAg(CN)₂와 같은 금속 화합물 100 중량부에 대하여 60 내지 500 중량부로 첨가될 수 있다. 캡핑제가 60 중량부 미만으로 첨가되면 응집 현상을 충분히 방지될 수 없다. 그리고 캡핑제가 500 중량부를 초과하면 구형 또는 입방형과 같은 금속 나노 파티클이 형성될 수 있고 이로 인하여 제조된 금속 나노 와이어에 캡핑제가 잔존하여 전기 전도도가 저하될 수 있다. 그리고 촉매는 금속 화합물 100 중량부에 대하여 0.005 내지 30 중량부로 첨가될 수 있다. 촉매가 0.005 중량부 미만으로 첨가되면 반응이 충분히 촉진될 수 없다. 이에 비하여 촉매가 30 중량부를 초과하면 은의 환원이 급격이 진행되어 은 나노 파티클이 생성되거나 나노 와이어의 직경이 굵어지고 길이가 짧아질 수 있다. 그리고 이로 인하여 제조된 금속 나노 와이어에 촉매가 잔존하여 전기 전도도가 저하될 수 있다.

본 발명에 따르면, 반응 용액에 상온의 용매를 추가로 첨가될 수 있다(S15). 상온의 용매는 최초로 사용한 용매와 동일한 물질 또는 다른 물질이 될 수 있고, 예를 들어 상온의 용매는 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜, 글리세롤 또는 폴리올이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

반응이 시작된 용매는 일정한 반응 온도의 유지를 위하여 지속적으로 가열되고 이로 인하여 반응 중에 온도가 상승될 수 있다. 그러므로 반응이 시작된 용매에 상온의 용매를 첨가하여 용매의 온도를 일시적으로 떨어뜨려 반응 온도가 안정적으로 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

상온의 용매를 첨가하는 것(S15)는 반응 시간 또는 반응 용액의 온도와 같은 것을 고려하여 여러 번 시차를 두고 반복적으로 시행될 수 있다.

상온의 용매를 첨가하여 반응이 안정적으로 유지되도록 하면서 금속 나노 와이어의 형성이 완료되면 금속 나노 와이어의 수득을 위하여 용액이 정제될 수 있다(S16). 정제 공정은 아세톤을 첨가하여 금속 나노 와이어의 침전을 유도하는 방법으로 이루어질 수 있다.

구체적으로 반응 용액에 물보다 비극성 용매에 해당되는 아세톤과 같은 것이 첨가되면 금속 나노 와이어의 표면에 잔존한 캡핑제에 의하여 금속 나노 와이어가 용액의 하부에 침전된다. 이는 캡핑제는 용매 내에서 잘 용해되나 아세톤과 같은 비극성 용매에서 용해되지 않고 응집되어 침전되기 때문이다. 이후 상층 용액을 버리면 캡핑제 일부와 형성된 나노 입자와 같은 것이 제거될 수 있다. 그리고 남은 용액에 증류수를 첨가하면 금속 나노 와이어와 금속 나노 입자가 분산되고, 추가로 아세톤과 같은 비극성 용매를 첨가하면 금속 나노 와이어는 침전되고 금속 나노 입자는 상층 용액 내에 분산된다. 그리고 다시 상층 용액을 버리면 캡핑제 일부와 응집에 의해 형성된 금속 나노 입자와 같은 것이 다시 제거될 수 있다. 이러한 공정을 반복 실행하여 금속 나노 와이어를 수거하고 증류수에 보관한다. 금속 나노 와이어를 증류수에 보관하는 것에 의하여 금속 나노 와이어가 재응집되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 나노 와이어 제조 방법은 환원력이 서로 다른 제1 용매와 제2 용매를 이용하여 금속 화합물을 환원시켜 금속 나노 와이어를 형성한다. 금속 나노 와이어의 형성 과정에서 환력력이 상대적으로 높은 제2 용매는 금속 나노 와이어의 길이를 증가시키고 그리고 환원력이 상대적으로 낮은 제1 용매는 금속 나노 와이어의 직경을 감소시킬 수 있다. 이로 인하여 제1 용매 및 제2 용매에 의해서 금속 나노 와이어는 가늘고 길게 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제조 방법에 의하여 요구되는 종횡비를 가지는 금속 나노 와이어가 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 나노 와이어 제조 방법은 제1 분자량을 가지는 폴리머를 포함하는 제1 캡핑제 및 제2 분자량을 가지는 폴리머를 포함하는 제2 캡핑제가 첨가될 수 있다. 상대적으로 큰 분자량을 가지는 제2 캡핑제에 의해서 금속 나노 와이어의 길이가 증가되고 그리고 상대적으로 작은 분자량을 가지는 제 1 캡핑제에 의해서 금속 나노 와이어의 직경이 작아질 수 있다. 이에 따라 제1 캡핑제 및 제2 캡핑제에 의해서 금속 나노 와이어는 가늘고 길게 형성될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 나노 와이어의 제조 방법에 의하여 큰 종횡비를 가지는 금속 나노 와이어가 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 금속 나노 와이어는 55 ㎚ 이하의 직경 및 30 ㎛이상의 길이를 가질 수 있다. 구체적으로 금속 나노 와이어는 30㎚ 내지 55㎚의 직경을 가지면서 이와 동시에 20㎛ 내지 60㎛의 길이를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 금속 나노 와이어는 360 이상의 종횡비를 가질 수 있다. 구체적으로 금속 나노 와이어는 360 내지 2000 의 종횡비를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 금속 나노 와이어가 투명 전극으로 사용되는 경우 높은 광학적 특성 및 전기적 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명에 따른 금속 나노 와이어는 네트워크 구조로 전극을 형성할 수 있다. 이와 같은 경우 본 발명에 따른 금속 나노 와이어는 가늘고 길게 형성되고 이에 따라 투과도 및 투명도가 높아지면서 저항이 감소될 수 있다.

아래에서 실시 예를 통하여 본 발명이 상세하게 설명된다. 제시된 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

에틸렌글라이콜 및 글리세롤을 1:2의 비로 혼합하여, 2000 ㎖의 용매를 형성하였다. 용매가 130 ℃로 가열되고, 57g의 폴리비닐피롤리돈(분자량 40000-80000) 및 10g 의 폴리비닐피롤리돈(분자량 240000-450000)을 첨가하여 용해시키고 이후 0.95g의 KBr 및 3.5g의 AgCl을 첨가하였다. 그리고 1시간 30분 후 17g의 AgNO₃ 을 100㎖의 에틸렌글라이콜 및 글리세롤의 혼합액(1:2의 비율)에 녹여 폴리비닐피롤리돈, KBr 및 용매의 혼합 용액에 첨가하였다. 그 후 1시간 30분 정도 반응이 계속되도록 하여 은 나노 와이어를 형성하였다.

반응이 완료된 용액에 아세톤 12000ml를 첨가하고 그리고 에틸렌글라이콜 및 글리세롤과 은 나노 입자가 분산된 상층 용액을 버렸다.

1000ml의 증류수를 첨가하여 응집된 은 나노 와이어와 은 나노 입자를 분산시켰다. 그리고 아세톤 4000ml를 첨가한 다음 에틸렌글라이콜 및 글리세롤과 은 나노 입자가 분산된 상층 용액을 버렸다. 이러한 공정을 3회 반복 실시하고 1000ml의 증류수에 보관하였다. 도 2a는 생성된 은 나노 와이어의 SEM사진이다.

비교예 1

용매로 글리세롤을 사용하지 않는 점을 제외하고, 에틸렌글라이콜만 사용하여 실시예 1과 동일한 조건으로 은 나노 와이어를 형성하였다. 도 2b는 생성된 은나노 와이어의 SEM사진이다.

비교예 2

글리세롤 500g에 폴리비닐피롤리돈(분자량 40000-80000) 7.5g과 TBAC 0.08g과 AgNO₃ 2.5g을 녹인 후 110℃의 컨벡션 오븐에서 14시간 방치하여 은 나노 와이어를 제조하였다. 도 2c는 생성된 은나노 와이어의 SEM사진이다.

결과

아래의 표1과 같이, 비교 예1의 경우, 직경이 실시 예에 비하여 직경이 크고 그리고 비교 예 2의 경우, 실시 예에 비하여 짧은 길이를 가진다는 것을 알 수 있다. 실시 예에 의하여 가늘고 긴 은 나노 와이어가 형성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

S11: 용매 혼합 S12: 캡핑제 첨가
S13: 촉매 첨가 S14: 금속 화합물 첨가
S15: 상온 용매 추가 S16: 정제

Claims (5)

1. 에틸렌글라이콜 및 글리세롤을 1:2의 비로 혼합하여 2000 ㎖의 용매를 형성하는 단계;
   용매가 가열되고 그리고 분자량 40000~80000의 57g의 폴리비닐피롤리돈(분자량 40000-80000) 및 분자량 240000~450000의 10g의 폴리비닐피롤리돈(분자량 240000-450000)을 첨가하여 용해시키고 이후 0.95g의 KBr 및 3.5g의 AgCl을 첨가하는 단계; 및
   1시간 30분 후 17g의 AgNO₃ 을 100㎖의 에틸렌글라이콜 및 글리세롤의 혼합액(1:2의 비율)에 녹여 폴리비닐피롤리돈, KBr 및 용매의 혼합 용액에 첨가하고 그 후 1시간 30분 정도 반응이 계속되도록 하여 은 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 형성된 은 나노 와이어는 20 ㎛의 길이 및 30 ㎚ 이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 은 나노 와이어의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 반응이 완료된 용액에 아세톤 12000ml를 첨가하고 그리고 에틸렌글라이콜 및 글리세롤과 은 나노 입자가 분산된 상층 용액을 버리는 단계; 및
   1000ml의 증류수를 첨가하여 응집된 은 나노 와이어와 은 나노 입자를 분산시키고 그리고 아세톤 4000ml를 첨가한 다음 에틸렌글라이콜 및 글리세롤과 은 나노 입자가 분산된 상층 용액을 버리는 단계를 더 포함하는 은 나노 와이어의 제조 방법.
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