KR101498601B1 - 고분자 분산제를 이용한 고-전기전도성 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법 및 이에 따라 제조된 투명전도성 필름을 포함하는 투명전극 - Google Patents

고분자 분산제를 이용한 고-전기전도성 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법 및 이에 따라 제조된 투명전도성 필름을 포함하는 투명전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브의 분산을 위해 고분자 분산제를 이용하고, 후열처리에 의해 상기 고분자 분산제를 제거하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법 및 이에 따라 제조된 투명전도성 필름을 포함하는 투명전극에 관한 것으로, 계면접착력이 뛰어난 poly (DMAEMA-co-St)를 탄소나노튜브의 분산제로 이용하여 전체적인 제조공정을 단순화하고, 후열처리에 의해 고분자 분산제를 제거하여 가시광 영역에서의 투과도를 저하시키지 않으면서 전기적 특성이 향상되는 효과를 나타낸다.

Description

고분자 분산제를 이용한 고-전기전도성 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법 및 이에 따라 제조된 투명전도성 필름을 포함하는 투명전극{METHOD OF MANUFACTURING HIGH ELECTRO CONDUCTIVE CARBON NANOTUBE TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM USING POLYMER DISPERSANT AND THE TRANSPARENT ELECTRODE COMPRISING THE TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM PRODUCED BY USING THE SAME}
본 발명은 고분자 분산제를 이용하여 탄소나노튜브를 효율적으로 분산시키고, 후열처리에 의해 고분자 분산제를 제거하여 전기전도도를 향상시킨 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법 및 이에 따라 제조된 투명전도성 필름을 포함하는 투명전극에 관한 것이다.
투명전극은 이미지센서, 태양전지, 액정 디스플레이 장치, 유기 EL 디스플레이, 터치스크린 패널 등과 같이 광투과 특성과 전기 전도성을 동시에 필요로 하는 각종 전자소자에 폭 넓게 사용되고 있다. 투명전극은 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성된 투명전도성 필름으로 구성되며, 이러한 투명전도성 필름으로는 박막을 형성하기 쉽고 우수한 광투과 특성과 전기전도성을 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)이 주로 사용되어 왔다.
ITO는 현재 가장 많이 쓰이고 있는 투명전도성 필름의 재료로 비교적 높은 투명도와 낮은 면저항을 특징으로 하고 있으나, ITO 박막은 스퍼터링(Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation)등과 같은 물리증착방법(Physical Vapor Deposition, 이하 'PVD'라고함)에 의해 형성되므로 박막형성의 원가가 높고, 한정적인 인듐의 공급에 따라 가격이 높아지는 문제가 있다. 또한, ITO 박막을 굽힐 경우 크랙(crack)이 발생하여 저항이 증가하므로 플렉시블한 소자에는 적용하기 어렵다는 단점이 존재하였다.
따라서, 최근에는 ITO를 대체하는 투명전도성 필름의 재료 중 하나로 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, 이하 'CNT'라고 함)가 각광받고 있다. CNT는 전기 전도성과 강도가 우수하며 쉽게 휘어질 수 있는 성질을 가지고 있어, 이를 이용한 투명전극은 LCD, OLED, 터치스크린 패널(TSP: Touch Screen Panel) 및 페이퍼 유사 디스플레이(paper like display)와 같은 디스플레이 소자뿐 아니라 태양 전지(solar cell) 및 2차 전지와 같은 에너지 소자에도 전극 물질로서 폭넓게 응용이 가능하다.
그러나 동일한 조건 하에서 CNT 만으로 구성된 투명전도성 필름을 투명전극으로 사용하면, 우수한 투명성에 비해 제조과정이나 원료 자체에서 수반되는 불순물의 함유로 인하여 전기전도도가 낮은 문제점이 있고, CNT 상호간의 강한 반데르발스 인력에 의해 수용액 상에서 안정적인 분산 상태를 이루지 못하고 응집 현상이 일어나는 등 낮은 용해성과 낮은 분산성으로 인해 그 사용에 한계가 있는 실정이다.
따라서 CNT 투명전도성 필름을 제조함에 있어서, 투명기판과 CNT 간의 계면접착력을 향상시키기 위한 바인더의 사용이 반드시 필요하며, CNT의 낮은 분산성을 높이기 위하여 투명기판의 표면을 개질하는 공정 및 CNT를 분산시키기 위해 사용되어진 계면활성제의 제거공정이 추가되어야만 하는 등 그 공정이 매우 복잡한 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조공정을 단순화하기 위하여 고분자 분산제를 이용하여 탄소나노튜브를 효율적으로 분산시키고, 후열처리에 의해 고분자 분산제를 제거하여 전기전도 특성을 향상시킨 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 투명전도성 필름 및 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 투명전극을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
일 양태로서 탄소나노튜브 및 고분자 분산제를 혼합하여 탄소나노튜브 분산용액을 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 분산용액을 투명기판에 코팅하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 분산용액이 코팅된 투명기판에 열을 가하는 후열처리 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
다른 양태로서 본 발명은 상기 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 제공한다.
또 다른 양태로서 본 발명은 상기의 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 포함하는 탄소나노튜브 투명전극을 제공한다.
상기 본 발명에 따른 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법에 의하면, 계면접착력이 뛰어난 poly(DMAEMA-co-St)를 탄소나노튜브의 분산제로 이용함에 따라, 계면접착력의 향상을 위한 별도의 공정을 필요로 하지 아니하여 전체적인 제조공정을 단순화 할 수 있고, 또한 상기 고분자 분산제를 이용하여 제조된 탄소나노튜브 투명전도성 필름에 후열처리 공정을 가함으로써, 가시광 영역에 대한 광투과도를 저하시키지 않으면서도 전기적 특성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 후열처리 단계에 따른 전기적 특성 향상의 원리를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SWCNT 분산용액 및 순수한 SWCNT에 대한 근적외선 스펙트라(NIR Spectra) 분석결과를 나타낸 그래프이다. ((A): poly(DMAEMA-co-St)을 이용한 SWCNT 분산용액, (B): 순수한 SWCNT)
도 3은 본 발명에 따른 고분자 분산제를 이용한 SWCNT 분산용액의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 투명전도성 필름의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전도성 필름의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. ((a): 실시예 4, (b): 실시예 6)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전도성 필름의 횡단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. ((a): 비교예 1, (b): 실시예 6)
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름의 면저항을 측정한 결과를 나타는 그래프이다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
일 양태로서 본 발명은, 탄소나노튜브 및 고분자 분산제를 유기용매에서 혼합하여 탄소나노튜브 분산용액을 제조하는 단계; 상기 탄소나노튜브 분산용액을 투명기판에 코팅하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 분산용액이 코팅된 투명기판에 열을 가하는 후열처리 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서 탄소나노튜브를 분산하기 위하여 사용되는 상기 고분자 분산제는 DMAEMA[2-(dimethylamino) ethylmethacrylate]를 단위체로 하는 제1유기물과 스타이렌(Styrene)을 단위체로 하는 제2유기물을 이용하여 형성되는 랜덤고분자[poly(DMAEMA-co-St)]인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 랜덤고분자인 poly(DMAEMA-co-St)의 합성은 원자 이동 라디칼 중합반응(ATRP)에 의해 이루어지며, 랜덤고분자의 단위체인 DMAEMA 및 스타이렌(Styrene)과 개시제인 EBiB(Ethyl 2-bromoisobutylate), 촉매인 Copper(I) bromides(CuBr)/ 2,2-bipyridine(bpy)을 유기용매에 투입하고 반응온도인 90 ~ 130℃ 까지 가열함으로써 개시된다. 상기와 같은 라디칼 중합 반응으로 얻어지는 랜덤고분자는 각 구성물의 결합 순서가 무정형으로서 일정하지 않고 임의적인 특징을 나타낸다. 이러한 poly(DMAEMA-co-St)의 합성은 다음의 <화학반응식 1>과 같이 표현될 수 있다.
화학반응식 1
Figure 112013097720889-pat00001
상기와 같이 합성된 poly(DMAEMA-co-St)는 아로마틱계의 스타이렌(Styrene)을 지니고 있어서 탄소나노튜브의 표면과 π-π 결합이 용이하다. 따라서 상기 랜덤고분자는 탄소나노튜브의 표면에서의 헤테로 방향족 고리구조와의 π-π 상호작용에 의해서 탄소나노튜브가 용매 내에서 원활히 분산되도록 하는 역할을 한다.
또한 본 발명에 있어서 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT; single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT; double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT; multi-walled carbon nanotube) 또는 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러 상기 유기용매는 라디칼 전이반응을 일으키지 않는 유기용매로서, 벤젠, 톨루엔, 아니솔, 다이클로로벤젠을 포함하는 방향족류, 알코올류, 물, THF, 아세톤 및 에틸 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산용액의 농도는 0.01 ~ 0.1 ㎎/㎖ 인 것이 바람직하며, 특히 0.1 ㎎/㎖ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 탄소나노튜브 분산용액을 형성함에 있어서, 상기 탄소나노튜브 및 고분자 분산제간의 혼합비는 1 : 10 ~ 20 인 것을 특징으로 할 수 있다. 고분자 분산제의 함량이 상기 혼합비의 하한에 미치지 못하는 경우에는 탄소나노튜브와의 상호작용이 충분치 못한 문제가 있고, 상기 상한을 초과하는 경우에는 탄소나노튜브의 농도가 부족하여 원하고자 하는 충분한 전기전도 특성을 지니지 못하는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
본 발명에서 사용되는 상기 투명기판은 해당 기술분야에서 공지된 임의의 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들면 유리 기판, 실리콘 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다, 바람직하게는 유리 기판을 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서 상기 투명기판에 탄소나노튜브 분산용액을 코팅하는 단계는 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 슬릿 코팅법, 바 코팅법, 및 스프레이 코팅법 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 스핀 코팅법을 사용한다.
스핀 코팅법의 회전수는 박막의 두께와 밀접한 연관이 있는데, 회전수가 증가할수록 박막의 두께가 얇아지므로 투과도가 증가된다. 따라서 회전수를 조절함으로써 제조된 전도성 박막의 투과도를 조절할 수 있다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 스핀 코팅시 회전수를 2000~5000 rpm 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 스핀 코팅 회전수가 상기 하한에 미치지 못하는 경우 코팅막의 두께가 증가되고 탄소나노튜브가 고루 쌓이지 않아 투과도 및 면저항 모두 저하되는 문제점이 있고, 상기 상한을 초과하는 경우 오히려 균일한 코팅막 형성이 이루어지지 않는 문제점이 있어 바람직하지 못하다. 또한, 스핀 코팅의 반복 횟수도 박막의 두께와 밀접한 연관이 있는데, 스핀코팅 횟수가 증가할수록 박막의 두께가 증가하여 전기전도도는 향상되나, 투과도는 이에 비례하여 감소하게 된다. 본 발명에 따라 투과도 및 전기전도도를 모두 향상시키기 위해서는, 회전수를 2000~5000 rpm 범위로 조절하여 스핀 코팅을 1~5회 반복 수행하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명은 상기 탄소나노튜브 분산용액이 코팅된 투명기판에 대하여 후열처리 단계를 추가적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 후열처리를 통하여 고분자 분산제 등 탄소를 제외한 성분들을 제거함으로서 가시광 영역에서 광투과도의 저하 없이 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 아울러 탄소나노튜브가 산화되는 것을 방지하기 위해서 후열처리 단계는 질소 분위기의 챔버에서 진행하는 것이 바람직하다.
도 1은 상기 후열처리 단계에 따라 전기적 특성이 향상되는 원리를 나타내는 모식도로서, 이를 참조하면 탄소나노튜브를 둘러싸고 있는 고분자 분산제는 열처리에 의해 탄화되거나 투명기판의 표면으로 녹아내림을 확인할 수 있다. 고분자 분산제의 탄화에 의해 탄소나노튜브가 표면으로 노출되고, 고분자 분산제가 투명기판의 표면으로 녹아내림으로 인하여 탄소나노튜브간의 간격이 좁아짐에 따라 투명전극의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 후열처리 단계는 100 ~ 350℃ 에서 30 ~ 120 분간 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 후열처리 단계에 있어서 후열처리 온도 및 시간이 상기 하한에 미치지 못하는 경우에는 탄소를 제외한 성분의 제거가 충분히 진행되지 않아 비저항이 증가하는 문제점이 있으며, 상기 상한을 초과하는 경우에는 탄소를 제외한 성분의 제거는 충분히 진행되나 탄소나노튜브의 변화를 초래하여 본래의 목적을 이룰 수 없는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.
다른 양태로서 본 발명은, 상기의 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 제공한다.
또한 또 다른 양태로서 본 발명은, 상기 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 포함하는 탄소나노튜브 투명전극을 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
poly(DMAEMA- co -St)의 합성
poly(DMAEMA-co-St)은 원자이동 라디칼 중합반응(ATRP)에 의해 합성되어지며, 촉매제 및 개시제로 각각 Copper(I) bromides(CuBr) /2,2-bipyridine(bpy) 및 Ethyl 2-bromoisobutyrate(EBiB)가 사용된다. 이하 상기의 중합반응에 관하여 자세히 설명한다.
건조된 슈렝크 플라스크(Schlenk flask, 이하, "플라스크"라 함)에 DMAEMA(10.7ml, 63.6mmol), Styrene(2.9ml, 25.4mmol), bpy(99.4mg, 0.636mmol) 및 Anisole(20.0ml)을 넣는다. 그런 다음, 플라스크를 냉동-펌프-해동 순으로 적어도 5회 반복하여 플라스크 내의 산소를 제거하고, 플라스크에 촉매인 CuBr(45.6mg, 0.318mmol)을 신속하게 투입한 후, 냉동-펌프-해동 순으로 3회 반복한다.
다음으로, 개시제인 EBiB(47.2㎕, 0.318mmol)을 넣고 플라스크를 밀봉한 후, 질소분위기 하에서 110℃의 온도로 22시간동안 교반하여 중합반응을 수행한다. 중합반응을 마친 플라스크 내의 내용물을 묽은 THF로 희석하고, 알루미나로 채워진 유리관에 흘려서 Cu 촉매를 제거한 뒤, Cu 촉매가 제거된 용액을 증착기(evaporator)를 이용하여 THF를 제거한다. 그리고 헥산(Hexane)으로 여러 번 씻어서 잔여물을 제거한 후, 진공 오븐(vacuum oven)에 넣고 상온에서 24시간동안 건조하여 poly(DMAEMA-co-St)를 얻는다.
SWCNT 분산용액의 준비
바이알 병에 랜덤 고분자인 poly(DMAEMA-co-St) 30mg 및 유기용매 THF 20ml를 넣고 소니케이터(sonicator)를 통해 용해시킨다. 그런 다음, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 2mg을 상기 바이알 병에 넣고 다시 한 번 bath형 소니케이터(sonicator)를 통해 3시간동안 분산시켰다.
다음으로 상기 분산된 탄소나노튜브 용액 중에 포함되어 있는 불순물(뭉쳐진 SWCNT 및 금속촉매 등)을 제거하기 위하여, 10,000g에서 10분간 원심분리를 실시하고, 분리된 상등액을 조심스럽게 다른 병에 옮겨 담아 SWCNT 분산용액을 얻었다.
SWCNT 분산용액의 코팅
본 실시예에서는 상기 SWCNT 분산용액을 유리 기판 상에 코팅하였으며, 상기 유리 기판은 메탄올로 세척하여 사용하였다.
SWCNT 분산용액을 유리 기판에 코팅하기 위하여 스핀 코팅법을 이용하였으며, 2500rpm으로 회전하는 유리 기판 상에 SWCNT 분산용액 5㎖를 인젝션 펌프를 이용하여 10㎖/h 의 속도로 투입하였다. 그런 다음, 잔류 고분자 분산제를 제거하기 위하여 5㎖의 THF를 60㎖/h 의 속도로 첨가하여 세척한 후, 진공 오븐에 넣어 실온에서 하룻밤 동안 건조시켰다.
실시예 1
상기 SWCNT 분산용액이 코팅된 유리 기판에 대하여 후열처리를 실시하였다. 상기 후열처리는 질소 분위기의 챔버에서 진행되었으며, 100℃에서 2시간동안 수행되었다. 이후 진공 오븐에 넣어 상온에서 하룻밤 동안 건조하여 SWCNT 투명전도성 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 6
실시예2 내지 6은 후열처리를 실시함에 있어서의 온도를 달리한 것으로서, 각각 실시예2는 150℃, 실시예3은 200℃, 실시예4는 250℃, 실시예5는 300℃, 실시예6은 350℃에서 후열처리가 수행되어진 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 제조되었다.
비교예 1
상기 SWCNT 분산용액이 코팅된 유리 기판에 대하여 후열처리를 실시하지 아니한 SWCNT 투명전도성 필름을 제조하였다.
비교예 2
상기 SWCNT 분산용액이 코팅된 유리 기판에 대하여 실시한 후열처리가 400℃에서 수행되어진 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 제조되었다.
<시험예>
SWCNT의 분산상태 확인
본 발명에 따른 일 실시예에 대한 SWCNT의 분산상태를 확인하기 위하여 UV-Vis-NIR spectrophotometer(CARRY 5E Spectrometer, Varian)를 이용하여 흡수 스펙트라를 관찰하였다.
도 2는 본 발명에 따른 poly(DMAEMA-co-St)을 이용한 SWCNT 분산용액(A) 및 순수한 SWCNT(B)에 대한 근적외선 스펙트라를 나타낸 그래프이다. 이를 참조하면, poly(DMAEMA-co-St)을 이용한 SWCNT 분산용액(A)의 경우, 순수한 SWCNT(B)에 비하여 전반적으로 강한 흡수 스펙트라를 나타내고 있으며, 특히 900 ~ 1,100nm 의 영역에서의 뾰족한 봉우리는 서로 분리된 상태의 SWCNT가 나타내는 흡수 스펙트럼으로, 상기의 결과로부터 고분자 분산제인 poly(DMAEMA-co-St)를 이용한 탄소나노튜브 분산용액의 높은 분산성을 확인할 수 있다.
형태학적 특징의 확인
본 발명에 따른 일 실시예의 표면 및 횡단면에 대한 형태학적 특징을 확인하기 위하여, 투과전자현미경(TEM, H-7600, Hitachi) 및 주사전자현미경(SEM, JSM-6700F, JEOL)을 이용하여 이를 관찰하였다.
도 3은 본 발명에 따른 poly(DMAEMA-co-St)을 이용한 SWCNT 분산용액에 대한 TEM 사진으로 이를 참조하면, 탄소나노튜브가 본래의 길이를 유지하면서 서로 겹쳐져 있지 아니하고 용액 내에 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 상기 SWCNT 분산용액이 코팅된 유리 기판에 대한 SEM 사진으로, SWCNT가 서로 치밀하게 배열되고 서로 네트워크를 형성할 수 있을 만큼 충분한 길이를 보유하고 있는 것을 관찰할 수 있으며, 이로 인하여 SWCNT 분산용액이 유리 기판 상에 성공적으로 코팅되었음을 확인할 수 있다.
도 5a 및 5b는 상기 실시예 4 및 6에 따른 투명전도성 필름의 표면에 대한 SEM 사진이다. 이를 참조하면, 250℃에서 후열처리가 수행된 실시예 4의 경우 표면의 SWCNT의 네트워크 구조가 상당히 발달되어 있음을 확인할 수 있다. 반면에 350℃에서 후열처리가 수행된 실시예 6의 경우 상기 실시예 4에 비하여 SWCNT의 네트워크 구조가 일부 손상된 것을 확인할 수 있는데, 이는 특정 온도 이상에서의 후열처리는 고분자 분산제 외에 탄소나노튜브 자체의 손상을 유발하기 때문인 것으로 사료된다.
도 6a 및 6b는 상기 비교예 1 및 실시예 6에 따른 투명전도성 필름의 횡단면에 대한 SEM 사진이다. 이를 참조하면, 열처리를 가하지 않은 비교예 1의 투명전도성 필름의 두께는 113nm이고, 열처리를 가한 실시예 6의 투명전도성 필름의 두께는 75nm이어서, 열처리를 통하여 고분자 분산제 등이 열분해 등으로 제거되어 박막의 두께가 얇아진 것을 확인할 수 있다. 박막의 두께가 더욱 얇아지고, 탄소나노튜브 이외의 성분이 제거되어 SWCNT 네트워크가 표면에 더욱 잘 드러나게 됨에 따라 본 발명에 따른 투명전도성 필름의 전기적 특성이 향상될 수 있도록 한다.
전기적 특성 시험
본 발명에 따른 일 실시예에 대한 면저항을 측정하기 위하여, 4-point probes 측정기(CMT-SR1000N, A.I.T.)를 사용하여 각각의 면저항을 측정하였다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따른 투명 전도성 필름의 면저항을 측정한 결과를 나타는 그래프이다. 이를 확인하면, 후열처리의 온도가 250℃ 까지 증가함에 따라 표면저항이 점차 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 탄소를 제외한 나머지 성분들이 제거되어 탄소나노튜브로 구성된 네트워크가 보다 치밀해진 결과인 것으로 사료된다. 다만, 300℃ 이상에서 후열처리를 수행하는 경우 표면저항이 오히려 증가되는 것을 관찰할 수 있으며, 400℃에서 후열처리를 수행하는 경우 열처리를 가하지 않은 경우에 비해 오히려 표면저항이 더욱 증가되는 것을 관찰할 수 있다. 이는 상기에서 설명한 바와 같이, 투명전도성 필름 표면에 분산된 탄소나노튜브의 손상에 따른 결과인 것으로 보인다.
광투과도의 측정
본 발명에 따른 일 실시예에 대한 550nm에서의 광투과도를 측정하기 위하여, UV-Vis spectrophotometer(OPTIZEN 3220UV, MECASYS Co.)를 사용하여 각각의 광투과도를 측정하였다.
상기 광투과도의 측정결과를 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.
구분 후열처리 온도
(℃)
처리 전 광투과도
(%)
처리 후 광투과도
(%)
실시예 1 100 85.8 84.2
실시예 2 150 83.9 83.9
실시예 3 200 83.7 83.2
실시예 4 250 82.4 83.4
실시예 5 300 82.5 82.3
실시예 6 350 86.5 86.2
비교예 1 - - -
비교예 2 400 80.3 80.1
상기 표 1을 참조하면, 후열처리 전의 광투과도는 약 80 ~ 87 %의 범위를 나타내고 있으며, 후열처리 공정을 거친 후에도 상기 범위에서 크게 변화되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 후열처리 공정이 탄소를 제외한 나머지 성분들을 제거하고, 탄소나노튜브로 구성된 네트워크에는 큰 영향을 미치지 아니하였기 때문인 것으로 사료된다. 이로써 후열처리 공정에 의하여 가시광 영역에서의 투과도에 큰 영향을 미치지 아니하면서도 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였으나, 해당 분야의 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정하여 해석될 수 없고, 이하에서 기재하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 탄소나노튜브 및 고분자 분산제를 유기용매에서 1 : 10 ~ 20의 혼합비로 혼합하여 탄소나노튜브 분산용액을 제조하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 분산용액을 스핀 코팅법을 이용하여 2000~5000rpm으로 회전하는 투명기판에 코팅하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 분산용액이 코팅된 투명기판을 200 ~ 250℃ 에서 60 ~ 90 분간 열을 가하는 후열처리 단계;를 포함하여 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 제조하고,
    상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT; single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT; double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT; multi-walled carbon nanotube) 또는 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    상기 고분자 분산제는 DMAEMA[2-(dimethylamino) ethylmethacrylate]를 단위체로 하는 제 1유기물과 스타이렌(Styrene)을 단위체로 하는 제 2유기물을 이용하여 형성되는 랜덤고분자인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 투명전도성 필름의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항의 제조방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 투명전도성 필름.
  8. 제7항에 따른 탄소나노튜브 투명전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 투명전극.
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