KR101501104B1 - multi-functional flexible laminate for smart window - Google Patents
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Abstract
본 발명은 감온변색(thermochromic) 적층체와 전기변색(electrochromic) 적층체, 혹은 감온변색(thermochromic) 적층체와 PDLC(polymer dispersed liquid crystal)을 유연한 기재의 양면에 각각 형성시킨 스마트 윈도우용 유연한 다기능성 적층체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 온도 및/또는 전기에 반응하여 빛을 차단하거나 투과시킨다.
기능화된 그래핀을 감온 물질의 베이스로 이용하여 감온 물질의 상전이 온도를 상대적으로 낮출 수 있고 결정조직의 크기를 균일하게 제어함으로써, 표면 거칠기를 낮추어 매끄러운 표면을 가지게 할 수 있으며, 기능화된 그래핀은 전기 전도성이 우수하므로 전기 변색 혹은 PDLC의 전극층으로 응답속도가 개선된다. The present invention relates to a flexible multi-functional material for a smart window in which thermochromic laminates, electrochromic laminates, thermochromic laminates and polymer dispersed liquid crystals (PDLC) are formed on both sides of a flexible substrate, respectively The present invention relates to a laminate and a method of manufacturing the same, and it blocks or transmits light in response to temperature and / or electricity.
By using the functionalized graphene as the base of the thermosensitive material, the phase transition temperature of the thermosensitive material can be relatively lowered and the size of the crystal structure can be uniformly controlled, so that the surface roughness can be lowered to have a smooth surface, Since the electrical conductivity is excellent, the response speed to the electrode layer of electrochromic or PDLC improves.
Description
본 발명은 감온변색(thermochromic) 적층체와 전기변색(electrochromic) 적층체, 혹은 감온변색(thermochromic) 적층체와 PDLC(polymer dispersed liquid crystal)을 유연한 기재의 양면에 각각 형성시킨 다기능성 스마트 윈도우용 적층체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a multi-functional smart window laminate having thermochromic laminates, electrochromic laminates, thermochromic laminates and polymer dispersed liquid crystals (PDLC) formed on both sides of a flexible substrate, And a production method thereof.
건축물에 있어서 에너지 손실이 창호를 통해 제일 많이 일어난다는 사실은 널리 알려져 왔으며, 이러한 에너지 손실을 막기 위하여 다양한 방법들이 시도되어 왔다. It has been widely known that energy loss in buildings is the most common through window, and various methods have been tried to prevent such energy loss.
특히, 최근에는 열에 의해 물질의 색이 변화하는 특성인 감온변색(thermochromic) 물질을 유리에 코팅하여 적외선 투과율을 통한 에너지 유입을 조절하는 감온변색 유리가 연구되고 있다. 이와 같은 감온변색 유리는 빛의 투과도나 반사율을 마음대로 조절할 수 있는 소위 ‘스마트 윈도우’ 개발과 관련하여 관심이 집중되고 있는 실정이다. Particularly, recently, a thermochromic material, which is a characteristic of changing the color of a material by heat, is coated on a glass to control the energy inflow through the infrared transmittance. Such a thermochromic glass has been attracting interest in the development of a so-called 'smart window' capable of controlling light transmittance and reflectance freely.
상기 감온변색 물질은 상변이 온도를 기준으로 하여 광투과도 및 반사도가 크게 변화하는 특성이 있으며, 감온변색 물질의 대표적인 예로는 바나듐다이옥사이드(VO2,Vanadium Dioxide)가 있다. 바나듐다이옥사이드는 340K(68℃) 부근에서 금속-절연체 간 상전이(MIT, metal-insulator transition) 특성을 갖는다. 즉, 바나듐디옥사이드는 상전이 온도인 68℃ 이상에서는 금속 형태로 존재하여 적외선을 차폐시키고, 68℃ 미만에서는 절연체 형태로 존재하여 적외선을 투과시킨다. 따라서, 상기 바나듐다이옥사이드를 스마트 윈도우 개발에 응용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있는 실정이다.The thermochromic discoloration material is characterized in that light transmittance and reflectivity vary greatly based on the phase change temperature. Typical examples of the thermochromic discoloration material include vanadium dioxide (VO 2 ). Vanadium dioxide has metal-insulator transition (MIT) characteristics at around 340K (68 ° C). That is, the vanadium dioxide exists in a metal form at a phase transition temperature of 68 ° C or higher to shield infrared rays, and when it is less than 68 ° C, it exists in an insulator form to transmit infrared rays. Accordingly, various attempts have been made to apply vanadium dioxide to smart window development.
이에, 한국 공개특허공보 제2012-0127043호에는 기판에 감온변색 박막 및 투명도전막을 코팅하여 건물의 냉난방 효율을 향상시키는 에너지절약형 창으로 기판 및 상기 기판 상면에 형성되고 온도에 따라 가시광선 및 근적외선의 투과율이 조절되는 감온변색 박막을 포함하는 것을 개시하고 있으나, 이와 같이 바나듐다이옥사이드만을 유리에 코팅시키는 경우에는 광투과도의 절대치가 상대적으로 낮아서 ‘스마트 윈도우’에 적용시키기에는 한계가 있었다. 또한, 바나듐다이옥사이드의 감온변색 특성을 스마트 윈도우에 활용하기 위해서는 상전이 온도를 상온 근처로 줄여야 하는데, 바나듐다이옥사이드의 상전이 온도를 제어할 필요가 있다. 따라서, 스마트 윈도우에 있어서 광투과도를 향상시키고 바나듐다이옥사이드의 상전이 온도를 낮출 수 있는 방안이 모색되고 있다. Accordingly, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0127043 discloses an energy-saving window for coating a substrate with a thermochromic thin film and a transparent conductive film to improve a heating and cooling efficiency of a building. The window is formed on a substrate and on a surface of the substrate. And a thermochromic thin film having a controlled transmittance. However, in the case of coating only vanadium dioxide on glass, the absolute value of the light transmittance is relatively low, and thus it is limited to apply to 'smart window'. Further, in order to utilize the thermal discoloration characteristic of vanadium dioxide in a smart window, the phase transition temperature should be reduced to about room temperature, and it is necessary to control the phase transition temperature of vanadium dioxide. Accordingly, a method for improving light transmittance in a smart window and lowering the phase transition temperature of vanadium dioxide has been sought.
또한, 본 출원인에 의해서 출원된 출원번호 제10-2011-0080007호에는 그래핀층을 기반으로 하는 스마트 윈도우용 VO2 적층체가 개시되어 있으나, 그래핀의 그레인 사이즈를 제어하는데 어려움이 존재하여, 불규칙적인 크기의 그래핀층에 의하여 빛의 투과도가 저하되는 것이 발생하여 이의 개선이 필요한 상황이다.No. 10-2011-0080007 filed by the present applicant discloses a VO 2 laminate for smart windows based on a graphene layer but there is a difficulty in controlling the grain size of the graphene, The size of the graphene layer decreases the transmittance of light.
또한, 감온변색 물질을 이용한 스마트 윈도우와 더불어 전압을 인가할 때 전하의 이동에 따른 산화 환원반응에 의해서 변색이 일어나는 현상을 이용한 전기변색 물질을 이용한 스마트 윈도우에 대한 관심이 커지고 있다. 전기변색 물질은 외부 광원이 필요 없이 반사율이 우수하고, 유연성과 휴대성이 뛰어나며, 경량화가 가능한 이유로 스마트 윈도우를 포함한 각종 평판 디스플레이에 많은 활용이 예상되고 있다. 일례로, Smart window, smart sunroof, filter, rear-view mirror와 display에 전기변색 원리를 이용한 제품들이 최근에 선보이고 있다. In addition, a smart window using electrochromic materials using a phenomenon in which a color change occurs due to a redox reaction due to charge transfer when a voltage is applied along with a smart window using a thermochromic material is increasing. Electrochromic materials are expected to be widely used in various flat panel displays including smart windows because they are excellent in reflectance, excellent in flexibility and portability, and light in weight because they do not require an external light source. For example, smart window, smart sunroof, filter, rear-view mirrors and displays using electrochromic principles have recently been introduced.
이러한 전기변색을 이용한 소자의 전극재료로는 지금까지 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되어 왔다. 그러나 ITO 전극은 유리기판에 적합한 공정조건에서 제조되고 플라스틱 기판에 스퍼터링(sputtering)하였을 경우에는 전극층의 유연성이 부족하다는 단점이 있다. 또한 ITO 전극은 제조비용이 많이 들며, ITO를 구성하는 인듐(In)은 중국이 과점하고 있고 공급량도 충분하지 않기 때문에 가격상승요인을 내포하고 있다. 이러한 이유로, 일본은 ITO 투명전극을 대체하기 위한 기술개발을 국가 프로젝트로 시행하고 있는 실정이다.ITO (Indium Tin Oxide) has been mainly used as the electrode material of the device using such electrochromism. However, the ITO electrode is manufactured under process conditions suitable for a glass substrate, and when the ITO electrode is sputtered on a plastic substrate, the flexibility of the electrode layer is insufficient. In addition, ITO electrodes are expensive to manufacture, and indium (In), which constitutes ITO, is dominated by China, and the supply amount is not sufficient. For this reason, Japan is developing a technology to replace ITO transparent electrodes as a national project.
ITO 투명전극을 대체할 수단으로, 그래핀을 이용한 투명전극이 개발되고 있다. 이에 대하여, 대한민국 공개특허 제2010-0091664호는 그래핀을 이용한 전기변색 소자 및 그 제조 방법에 대해 개시하고 있다. 상기 특허는 그래핀을 단독으로 전극으로 사용하지 않고, ITO 등으로 이루어진 전극 위에 그래핀층을 형성하였다. 이는 여전히 ITO를 사용하기 때문에, 상기 언급한 문제점에서 자유롭지 못하다. 또한 현재 그래핀을 기반으로 하는 전극 소자는, 그래핀의 효율적 합성이나 전사가 어렵고, 전기전도성이 낮아 실제 생산에 요구되는 품질을 확보하지 못하고 있는 문제점이 있다. As a means for replacing the ITO transparent electrode, a transparent electrode using graphene has been developed. On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0091664 discloses an electrochromic device using graphene and a manufacturing method thereof. The patent does not use graphene alone as an electrode but forms a graphene layer on an electrode made of ITO or the like. Since it still uses ITO, it is not free from the above-mentioned problems. At present, graphene-based electrode elements are difficult to efficiently synthesize or transfer graphene, and have low electrical conductivity and thus can not secure the quality required for actual production.
한편, 감온변색 물질과 전기변색 물질을 이용한 스마트 윈도우와 더불어 PDLC (polymer dispersed liquid crystal)을 이용한 스마트 윈도우 역시 최근에 개발되고 있다. Meanwhile, smart windows using polymer dispersed liquid crystals (PDLC) are being developed in addition to smart windows using thermochromic materials and electrochromic materials.
PDLC를 스마트 윈도우에 적용하면, 고분자 물질의 매트릭스 안에 미세한 액정방울들이 형성되어 외부에서 인가되는 전압에 반응하여, 전압이 인가된 상태에서는 액정이 인가되는 전계 방향에 따라 정렬되어 스마트 윈도우를 투과하는 빛의 방향과 일치하게 되어 빛을 투과시키고, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정이 불규칙하게 배열되어 스마트 윈도우를 투과하는 빛의 진행 방향에 따라 배열되지 않기 때문에 빛을 산란시키게 된다. When a PDLC is applied to a smart window, fine liquid crystal droplets are formed in a matrix of a polymer material, and in response to a voltage applied from the outside, when the voltage is applied, light is transmitted through the smart window The liquid crystal is irregularly arranged in a state in which no voltage is applied and scattered light because the liquid crystal is not arranged according to the traveling direction of the light passing through the smart window.
한국공개특허공보 제2011-0062215호에는 PDLC 조광체의 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 한국공개특허공보 제2012-0045543호, 제2012-0040541호에 PDLC를 이용한 스마트 윈도우에 관하여 개시되어 있으나, 이들은 전극으로 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO를 사용하고 있으며, 이러한 전극은 전기변색 물질에서 언급한 바와 같이 플라스틱 기판에 스퍼터링(sputtering)하였을 경우에는 전극층의 유연성이 부족할 뿐만 아니라 제조비용이 많이 든다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0062215 discloses a method of producing a PDLC light modulator. In addition, although a smart window using PDLC is disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication Nos. 2004-0045543 and 2012-0040541, it is possible to use ITO, IZO (In-ZnO), GZO (Ga-ZnO), AZO (Al-ZnO), AgZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au and Ni / IrOx / Au / ITO. As described in the electrochromic material, when sputtering is performed on a plastic substrate, the flexibility of the electrode layer is not only insufficient, but also the manufacturing cost is high.
종래에는 하나의 기능만 가지고 있는 스마트 윈도우에 반하여, 본 발명자들은, 온도 및/또는 전기에 반응하여 빛을 통과시키거나 차단하기 위하여 감온변색 물질과 전기변색, 또는 감온변색 물질과 PDLC를 유연성 기재의 양면에 각각 형성함으로써 유연한 다기능성 스마트 윈도우용 적층체를 완성하였으며, 특히 상기한 바와 같이 불규칙적인 크기의 그래핀층에 의하여 빛의 투과도가 저하되는 것을 방지하고 그래핀의 전도성을 향상시키기 위하여 그래핀층에 도펀트로 도핑하거나, 산소 플라즈마, UV 조사, 화학적 처리 등을 적용하여 인위적으로 그래핀층에 구조적 결함(defect)이 생성되도록 하여 그래핀층에 기능성을 부여하고, 기능화된 그래핀은 그레인 사이즈를 균일하게 조절하여 광투과율을 개선할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
In contrast to a smart window having only one function in the past, the present inventors have found that, in order to pass or block light in response to temperature and / or electricity, a thermochromic material, an electrochromic material, The present inventors have accomplished a flexible multi-functional smart window laminate by forming them on both sides. In particular, as described above, in order to prevent deterioration of light transmittance by an irregular sized graphene layer and to improve the conductivity of graphene, By applying doping with dopant, or by applying oxygen plasma, UV irradiation, chemical treatment or the like, artificial graphene layer is formed with structural defects to impart functionality to the graphene layer, and functionalized graphene uniformly adjusts the grain size And the light transmittance can be improved. Thus, the present invention has been completed.
본 발명은, 감온변색 물질과 전기변색, 또는 감온변색 물질과 PDLC를 유연성 기재의 양면에 각각 형성함으로써 온도 및/또는 전기에 반응하여 빛을 통과시키거나 차단하는 다기능성 스마트 윈도우용 적층체를 제공하고자 한다.The present invention provides a multifunctional smart window laminate for passing or blocking light in response to temperature and / or electricity by forming a thermosensitive coloring material, an electrochromic material, or a thermochromic material and PDLC on both sides of a flexible substrate, respectively I want to.
또한, 본 발명은 그래핀에 도핑, 결함(defect) 생성 등으로 전처리하여 그래핀에 기능성을 부가하여 그래핀의 광투과율을 개선하고자 한다.
In addition, the present invention intends to improve the light transmittance of graphene by adding functionalities to the graphene by pretreating the graphene by doping, defect formation, or the like.
본 발명의 일 구현예에 따른 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체는 유연성 기재의 상부에 기능화된 그래핀층, 하부에 그래핀층을 형성하는 제1단계; 상기 단계에서 형성된 기능화된 그래핀층에 바나듐다이옥사이드(VO2)를 증착하여 바나듐다이옥사이드층을 형성하고, 하부의 그래핀층 면에는 전기 변색 물질 및 전극층을 증착하여 전기 변색층 및 전극층을 형성하는 제2단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된다.A flexible smart window multi-functional laminate according to an embodiment of the present invention includes a first step of forming a functionalized graphene layer on a flexible substrate, and a graphene layer on a bottom of the flexible substrate; A second step of depositing vanadium dioxide (VO 2 ) on the functionalized graphene layer formed in the above step to form a vanadium dioxide layer, and depositing an electrochromic material and an electrode layer on the lower graphene layer surface to form an electrochromic layer and an electrode layer ≪ / RTI >
본 발명의 일 구현예에 따른 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체는 상부에 적어도 한층 이상을 구비하고 기능화된 그래핀층, 하부에 제1전극층이 형성되어 있는 유연성 기재; 상기 기능화된 그래핀층의 일면에 형성되는 바나듐다이옥사이드(VO2)층; 상기 제1전극층에 적층된 전기 변색층; 상기 전기 변색층에 적층된 제2전극층을 포함하여 구성된다.The flexible smart window multi-functional laminate according to an embodiment of the present invention includes a flexible substrate having at least one or more layers on the top and having a functionalized graphene layer and a first electrode layer formed on the bottom; A vanadium dioxide (VO2) layer formed on one surface of the functionalized graphene layer; An electrochromic layer laminated on the first electrode layer; And a second electrode layer laminated on the electrochromic layer.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체는 제1유연성 기재의 상부에 제1 기능화된 그래핀층, 하부에 제2그래핀층을 형성하는 제1단계;According to another embodiment of the present invention, a flexible smart window multi-functional laminate includes a first step of forming a first functionalized graphene layer on a first flexible substrate and a second graphene layer on a bottom;
상기 단계에서 형성된 제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층의 제1 기능화된 그래핀층의 일면에는 바나듐다이옥사이드(VO2)를 증착하여 바나듐다이옥사이드층을 형성하는 제2단계; 제2유연성 기재의 한면에 제3 그래핀층을 형성하는 제3단계; 상기 제2단계에 형성된 바나듐다이옥사이드층/제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층 적층체, PDLC층, 상기 제3단계에서 형성된 제3 그래핀층/제2유연성 기재 적층체를 라미네이트하여 바나듐다이옥사이드층/제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층/PDLC층/제3 그래핀층/제2유연성 기재층을 포함하는 적층체를 제조하는 제4단계;를 포함하는 방법으로 제조된다.A second step of depositing vanadium dioxide (VO 2 ) on one surface of the first functionalized graphene layer / flexible substrate / second functionalized graphene layer of the first functionalized graphene layer formed in the above step to form a vanadium dioxide layer; A third step of forming a third graphene layer on one side of the second flexible substrate; A laminate of a vanadium dioxide layer / a first functionalized graphene layer / a flexible substrate / a second graphene layer laminate formed in the second step, a PDLC layer, a third graphene layer / a second flexible substrate laminate formed in the third step And a fourth step of producing a laminate comprising a vanadium dioxide layer / a first functionalized graphene layer / a flexible substrate / a second graphene layer / a PDLC layer / a third graphene layer / a second flexible substrate layer do.
본 발명의 일 구현예에 따른 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체는 상부에 적어도 한층 이상을 구비하고 제1 기능화된 그래핀층, 하부에 제1전극층이 형성되어 있는 제1유연성 기재; 상기 제1 기능화된 그래핀층의 일면에 형성되는 바나듐다이옥사이드(VO2)층; 상기 전극층의 다른 일면에 적층된 PDLC층; 상기 PDLC층에 적층된 제2전극층; 상기 제2전극층이 적층되어 있는 제2유연성기재를 포함하여 구성된다.
The flexible smart window multi-functional laminate according to an embodiment of the present invention includes a first flexible substrate having at least one layer on top and having a first functionalized graphene layer and a first electrode layer on the bottom; A vanadium dioxide (VO2) layer formed on one side of the first functionalized graphene layer; A PDLC layer stacked on the other surface of the electrode layer; A second electrode layer laminated on the PDLC layer; And a second flexible substrate on which the second electrode layer is laminated.
본 발명에 따른 유연한 다기능성 스마트 윈도우용 적층체는 유연한 기재의 양면에 각각 감온 물질과 전기 변색 물질 혹은 PDLC를 형성하여 온도 및/또는 전기에 반응하여 빛을 차단하거나 투과시킨다. The flexible multi-functional smart window laminate according to the present invention forms a thermosensitive material and an electrochromic material or a PDLC on both sides of a flexible substrate to block or transmit light in response to temperature and / or electricity.
기능화된 그래핀을 감온 물질의 베이스로 이용하여 감온 물질의 상전이 온도를 상대적으로 낮출 수 있고 결정조직의 크기를 균일하게 제어함으로써, 표면 거칠기를 낮추어 매끄러운 표면을 가지게 할 수 있으며, 기능화된 그래핀은 전기 전도성이 우수하므로 전기 변색 혹은 PDLC의 전극으로 응답속도가 개선된다. By using the functionalized graphene as the base of the thermosensitive material, the phase transition temperature of the thermosensitive material can be relatively lowered and the size of the crystal structure can be uniformly controlled, so that the surface roughness can be lowered to have a smooth surface, The electrical conductivity is excellent, so the response speed is improved by electrochromic or PDLC electrodes.
또한, 기능화된 그래핀층 혹은 그래핀층은 다양한 기재에 전사가 가능하므로 스마트 윈도우용 VO2 적층체, 전극이 포함된 전기 변색 적층체, PDLC 적층체 제조 시에 관련 공정을 보다 간단화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대면적화가 가능하므로 유연한 다기능성 스마트 윈도우용 적층체의 대량 생산이 가능하다.
Further, the functionalized Yes Yes pin layer or pinned layer, so the transfer is possible at a variety of substrates VO 2 for the smart window It is possible to simplify the related processes at the time of manufacturing the electrochromic laminates and PDLC laminates including the laminate, the electrode, and the large area, so that it is possible to mass-produce a flexible multi-functional smart window laminate.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유연한 다기능성 적층체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유연한 다기능성 적층체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 CVD(Chemical Vapor Deposition ; 화학 기상 증착)법을 사용하여 그래핀을 대면적으로 합성하면서 NH3, N2, CH4, H2등의 gas를 주입 (Doping ; 도핑)할 경우의 라만 분광기 분석 결과이다
도4는 CVD(Chemical Vapor Deposition ; 화학 기상 증착)법을 사용하여 그래핀을 대면적으로 합성하면서 NH3, N2, CH4, H2등의 gas를 주입 (Doping ; 도핑)할 경우의 TEM 이미지이다.
도5는 플라즈마 유도 장비(Reactive Ion Etching Plasma: RIE Plasma)를 이용하여 공정 변수(plasma Power, reactive time, gas flow)에 따른 질소 치환을 유도하고 도핑 시간을 변화시킨 라만 분광기 분석 결과이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a flexible multi-functional laminate according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically illustrating a flexible multi-functional laminate according to another embodiment of the present invention.
3 is a Raman spectroscopic analysis result when gases such as NH3, N2, CH4, and H2 are doped (doped) while synthesizing graphene in a large area using CVD (Chemical Vapor Deposition)
FIG. 4 is a TEM image showing a case where a gas such as
FIG. 5 is a Raman spectroscopic analysis result of inducing nitrogen substitution according to process parameters (plasma power, reactive time, gas flow) using a plasma induction apparatus (Reactive Ion Etching Plasma) and changing the doping time.
이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as to avoid obscuring the subject matter of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used herein are intended to be taken to mean an approximation of, or approximation to, the numerical values of manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
본 명세서에 기재된 스마트 윈도우용 기능화된 그래핀 기반 VO2 적층체, 전기 변색 적층체, PDLC 적층체의 각 층(layer)은 첨부된 도면을 기준으로 제시된 것일 뿐임을 밝혀둔다. 즉, 본 명세서에서는 언급되는 층(layer)만으로 구성되는 경우뿐만 아니라, 상기 층들 사이에 다른 층이 개재되거나 존재하는 경우도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. The functionalized graphene-based VO 2 for smart windows described herein It is to be noted that each layer of the laminate, the electrochromic laminates, and the PDLC laminate is only presented based on the attached drawings. That is, not only the case where only the layer referred to in this specification is made, but also the case where another layer intervenes or exists between the layers can be included in the scope of the present invention.
또한, 본 명세서에 있어서 “상부”, “상에” 또는 “위에”라는 표현은 첨부된 도면을 기준으로 상대적인 위치 개념을 언급하기 위한 것이고, 상기 표현들은 언급된 층에 다른 구성요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층 또는 구성요소가 개재되거나 존재할 수 있으며, 또한 언급된 층과의 관계에서 상부에 존재하기는 하지만 언급된 층의 표면(특히, 입체적 형상을 갖는 표면)을 완전히 덮지 않은 경우도 포함할 수 있음을 밝혀둔다. 마찬가지로 “하부”, “하측에” 또는 “아래에”라는 표현 역시 특정 층(구성요소)과 다른 층(구성요소) 사이의 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다.
It is also to be understood that the expressions " above "," above ", or " above " in this specification are intended to refer to the relative positional concept relative to the attached drawings, (Particularly surfaces having a three-dimensional shape), although other layers or components may be present or present, as well as those present in the upper layer in relation to the layer referred to, It is possible to include the case where the cover is not completely covered. Likewise, the expression " lower, "" under, " or " under " may also be understood as a relative concept of the position between a particular layer (component)
본 명세서에서 기능화된 그래핀 혹은 기능화된 그래핀층의 ‘기능화’라는 것은 도핑에 의해서 도펀트가 그래핀 구조의 원자와 치환되거나 그래핀 구조에 인위적으로 결함이 생성되는 것을 의미한다.
Functionalization of functionalized graphene or functionalized graphene layer herein means that the dopant is displaced by atoms of the graphene structure or artificially created defects in the graphene structure by doping.
먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 일 구현예에 따른 감온 물질과 전기변색 물질을 결합한 유연한 다기능성 적층체에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유연한 다기능성 적층체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
First, a flexible multi-functional laminate in which a thermosensitive material and an electrochromic material are combined according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a flexible multi-functional laminate according to an embodiment of the present invention.
1. 기능화된 1. Functionalized
그래핀Grapina
제조 Produce
기능화된 그래핀층 또는 그래핀층(102, 104)을 형성하기 위한 그래핀은 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 층 또는 시트 형태를 형성한 것이다. 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 도 1에 도시된 바와 같이 6원환을 형성하나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 탄소원자들은 5원환, 7원환 등으로 형성되는 것도 가능하다. Graphene for forming functionalized graphene layers or
기능화된 그래핀층 또는 그래핀층(102, 104)은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 복수층으로 형성되는 것도 가능하다. 예를 들면, 기능화된 그래핀층또는 그래핀층(102, 104)은 50층 이상으로 형성되는 것도 가능하다. 여러층 복층을 위해서는 CVD 합성법으로 그래핀을 제조할 수 있으나, CVD를 통해 단층 그래핀을 형성한 후, 천연 그래핀으로부터 제조된 그래핀 옥사이드(graphene oxide: GO) 혹은 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide: R-GO)층을 코팅함으로써 기능화된 그래핀 층을 형성할 수 있다.The functionalized graphene layers or
기능화된 그래핀층 또는 그래핀층(102, 104)은 대면적으로 형성될 수 있으며, 예를 들면 횡방향 또는 종방향의 길이가 약 1mm 이상 내지 1000m에 이르도록 형성되는 것이 가능하다. 한편, 기능화된 그래핀층 또는 그래핀층(102, 104)을 형성시키는 방법에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다. The functionalized graphene layer or
상기 기능화된 그래핀층 또는 그래핀층을 형성하기 위하여, 우선 제1기재 상에 그래핀을 성장시켜 그래핀층을 형성시킨다. 상기 제1기재는 상기 그래핀을 성장시키기 위한 시드층 역할을 수행하는 것으로, 특정 재료로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 기재는 실리콘, Ni, Co, Fe,Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동, 청동,백동, 스테인리스 스틸 및 Ge로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.In order to form the functionalized graphene layer or the graphene layer, first, And a graphene layer is formed. The first substrate serves as a seed layer for growing the graphene, and is not limited to a specific material. For example, the first base material may be at least one selected from the group consisting of silicon, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, , Bronze, white copper, stainless steel, and Ge.
또한, 상기 제1기재는 상기 그래핀의 성장을 용이하게 하기 위해 촉매층을 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 특정 재료로 한정되지 않으며, 상기 제1기재와 동일 또는 상이한 재료에 의해 형성될 수 있다. 한편, 상기 촉매층의 두께 역시 제한되지 않으며, 박막 또는 후막일 수 있다.In addition, the first substrate may include a catalyst layer to facilitate the growth of the graphene. The catalyst layer is not limited to a specific material, and may be formed of the same or different material as the first base material. The thickness of the catalyst layer is not limited, and may be a thin film or a thick film.
한편, 상기 제1기재에 상기 그래핀을 성장시키는 방법으로 통상의 화학기상증착법이 이용될 수 있다. 상기 화학기상증착법의 예로는 고온화학기상증착(RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(ICP-CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 상압화학기상증착(APCVD), 금속 유기화학기상증착(MOCVD) 또는 화학기상증착(PECVD)등이 있을 수 있다.On the other hand, a conventional chemical vapor deposition method can be used as a method of growing the graphene on the first substrate. Examples of the chemical vapor deposition include chemical vapor deposition (RTCVD), inductively coupled plasma chemical vapor deposition (CVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), metal organic chemical vapor deposition ) Or chemical vapor deposition (PECVD).
예를 들면, 상기 제1기재에 그래핀층을 형성하기 위하여, 상기 제1 기재를 로(furnace)에 넣고, 탄소 소스를 포함하는 반응가스를 공급하고 상압에서 열처리 함(300 내지 2000℃)으로써 그래핀을 성장시킬 수 있다.For example, in order to form a graphene layer on the first base material, the first base material is placed in a furnace, and a reaction gas containing a carbon source is supplied and heat-treated at a normal pressure (300 to 2000 ° C) The pin can be grown.
상기 탄소 소스의 예로는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등이 있을 수 있다.Examples of the carbon source include carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene and toluene.
한편, 기판은 금속 기판이거나, 기판 및 고분자층 사이에 형성되는 금속 기재층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 기재층은 기판 상부에 통상적인 증착 또는 코팅 방법을 사용하여 형성될 수 있다.On the other hand, the substrate may be a metal substrate, or may further include a metal base layer (not shown) formed between the substrate and the polymer layer. The metal substrate layer may be formed on the substrate using a conventional deposition or coating method.
이 때, 상기 금속 기판 또는 금속 기재층에서의 금속은 예를 들면, 실리콘, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동, 청동, 백동, 스테인리스 스틸 및 Ge로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금일 수 있다. In this case, the metal in the metal substrate or the metal base layer may be, for example, silicon, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, One or more metals or alloys selected from the group consisting of W, U, V, Zr, brass, bronze, white copper, stainless steel and Ge.
카본 소스를 포함하는 고분자층은 그래핀 합성을 위한 시드층의 역할을 수행할 수 있으며, 예를 들어, 폴리메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS), SAM(Self-assembled monolayer), 폴리이미드 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polymer layer containing a carbon source may serve as a seed layer for graphene synthesis, and may include, for example, polymethacrylate (PMMA), polystyrene, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) A self-assembled monolayer (SAM), and polyimide.
그래핀층의 기능화는 그래핀층은 CVD 공정시 hydro-carbon 가스 이외에 SiHN4, NH3, N2, XeF2, B2H6 중 어느 하나 이상이 선택된 도펀트로 도핑되어 형성되거나 CVD로 형성된 순수 그래핀 필름에 플라즈마 처리, UV조사, 습식 화학적 처리 중 어느 하나 이상에 의해서 인위적으로 그래핀 구조에 결함(defect)을 생성시켜 제조된다. The graphene layer may be formed by doping a graphene layer with a dopant selected from SiHN 4 , NH 3 , N 2 , XeF 2 , and B 2 H 6 in addition to a hydro-carbon gas during the CVD process, The film is produced by artificially generating defects in the graphene structure by at least one of plasma treatment, UV irradiation, and wet chemical treatment.
기능화된 그래핀 제조를 위해 사용되는 도펀트는 유기계 도펀트, 무기계 도펀트, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니나. The dopant used for functionalized graphene fabrication may include, but is not limited to, an organic dopant, an inorganic dopant, or a combination thereof.
상기 도핑 과정에서 도펀트 증기를 사용하는 경우, 상기 도핑 용액이 포함된 용기에 상기 도핑 용액을 기화시키기 위한 가열장치에 의하여 도펀트 증기를 형성할 수 있다. 또한, 상기 도핑 과정에서 도핑 용액을 사용하는 경우, 상기 도핑 용액이 포함된 용기는 상기 그래핀 필름과 상기 도편트 용액과의 간격을 조절하기 위한 높이 조절 장치가 구비된 것을 사용할 수 있다.When the dopant vapor is used in the doping process, the dopant vapor may be formed in the container containing the doping solution by a heating device for vaporizing the doping solution. When a doping solution is used in the doping process, a container containing the doping solution may be provided with a height adjusting device for adjusting the gap between the graphene film and the solution.
상기 도핑 과정에서 도펀트 및/또는 도핑 시간을 달리하여 상기 도핑 과정에 의해 형성되는 도핑된 그래핀 필름의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트 및/또는 도핑 시간을 달리하여 도핑된 그래핀 필름의 굴절률 및 투명도를 조절할 수 있다.The characteristics of the doped graphene film formed by the doping process can be controlled by varying the dopant and / or the doping time in the doping process. For example, the refractive index and transparency of the doped and / or doped graphene films can be controlled by varying the doping time and / or the doping time.
산소 플라즈마로 그래핀 표면을 처리하여 그래핀 표면에 인위적으로 결함(defect)를 형성시켜서 그래핀을 기능화 시킬 수 있다, 즉 그래핀에 구조적 결함(defect)를 생성하여 그래핀의 전기적 특성, 광투과도 및 굴절률을 제어한다.It is possible to functionalize graphene by artificially forming defects on the graphene surface by treating the surface of the graphene with an oxygen plasma, that is, by generating structural defects in the graphene, so that the electrical characteristics, light transmittance And refractive index.
그래핀의 구조적 결함은 그래핀의 가열, 그래핀과 화학적으로 반응하는 가스와의 접촉, UV 조사, 초음파의 인가, 또는 산소 플라즈마와의 접촉에 의해 생성되는 특징이 있으며, 생성된 결함에 의해 그래핀의 전기적 특성이 제어될 뿐만 아니라 그래핀 생성 시에 결정 성장을 제어할 수 있으므로 그레인 사이즈를 균일하게 되도록 제어할 수 있다.Structural defects of graphene are characterized by the heating of graphene, contact with gases chemically reacting with graphene, UV irradiation, application of ultrasonic waves, or contact with oxygen plasma, Not only the electrical characteristics of the fin are controlled, but also the crystal growth can be controlled at the time of graphen generation, so that the grain size can be controlled to be uniform.
그래핀층에 결함을 생성하기 위해, 플라즈마 파워 5~500W, 산소 유량 1~100sccm, 100Pa의 압력으로 산소 플라즈마(plasma finish GmbH V6-G)를 생성하여 그래핀층과 산소 플라즈마를 접촉시켰다.To generate defects in the graphene layer, an oxygen plasma (plasma finish GmbH V6-G) was produced at a plasma power of 5 to 500 W, an oxygen flow rate of 1 to 100 sccm, and a pressure of 100 Pa to bring the graphene layer and the oxygen plasma into contact.
그리고 UV 조사를 통해 그래핀 표면에 잔류한 유기물과 그래핀 가장자리에 결합된 기능기 제어가 가능하다. 사용된 UV 파장은 Hg lamp (LH-arc, Lichtzen, with an output of 20mWcm-2, with the majority of emitted light at a wavelength of 254nm and approximately 10% of light at a wavelength of 185nm) 이며 노출 시간은 최대 30분을 넘기지 않도록 하였다.And UV irradiation can control functional groups bound to graphene edge and organic matter remaining on graphene surface. The UV wavelength used is Hg lamp (LH-arc, Lichtzen, with an output of 20mWcm- 2 , with a majority of the emitted light at a wavelength of 254nm and approximately 10% Do not exceed 30 minutes.
마지막으로 wet chemical treatment는 염산, 질산, 황산, 과산화수소, 불산 및 이들의 조합으로 이루어진 화학약품을 사용하여 그래핀 표면, 혹은 가장자리에 결함을 유도할 수 있으며, 화학약품(액상)의 온도를 최대 100도까지 올려서 결함속도를 제어할 수 있다.
Finally, the wet chemical treatment can induce defects on the graphene surface or edge using chemicals consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrogen peroxide, hydrofluoric acid, and combinations thereof. The chemical (liquid) The defect rate can be controlled by increasing the degree.
2. 기능화된 2. Functionalized
그래핀의Grapina
유연성 기재에 대한 전사 Transcription for flexible substrates
그래핀층을 전사시키는 방법은 직접 전사 방법 또는 간접 전사 방법 모두 사용가능하며, 공지의 롤투롤(Roll to Roll) 공정을 이용하는 것이 가능하다. A method of transferring the graphene layer can be either a direct transfer method or an indirect transfer method, and it is possible to use a known roll-to-roll process.
유연성 기판(103)는 유연성을 가지며, 추가적으로 투명성을 가질 수도 있다. 유연성 기재(P)는 열 박리성 고분자를 포함하는 테이프 또는 박막일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. The
예를 들어, 유연성 기재(103)는 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리 우레탄계 필름, 수계 점착제, 수용성 점착제, 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 광경화용(UV, 가시광, 전자선, UV/EB 경화용) 접착제, 광연화용 테이프, PBI(Polybenizimidazole), PI(Polyimide), Silicone/imide, BMI(Bismaleimide), 변성 에폭시 수지, PVA(Polyvinylalcohol)테이프/박막, 일반 접착 테이프 등 일 수 있다. For example, the
유연성 기판(103) 상부에는 기능화된 그래핀층(102), 하부에 그래핀층(104)이 형성되어 있다. 상기 기능화된 그래핀층(102)는 감온 유닛(109)의 이산화티탄이 형성되는 베이스가 되며, 상기 그래핀층(104)은 투명하며 전극 역할을 하고, 전극은 전기변색소자의 응답속도와 밀접한 관련이 있다. A
구체적으로, 기능화된 그래핀층(102)이 형성된 상기 제1기재를 유연성 기판(103)과 함께 서로 마주보는 복수 개의 롤러부를 통과시킴으로써 라미네이팅하고, 다시 별도의 롤러부(예를 들면, 전사롤러)를 통과시켜 상기 제1기재를 에칭법을 이용하여 제거함과 동시에 기능화된 그래핀층(102)을 유연성 기판(103)에 전사시킬 수 있다. 여기에서 상기 에칭법은 상기 제1 기재를 선택적으로 에칭시킬 수 있는 에칭용액을 사용하는 것을 의미하며, 상기 제1기재의 종류에 따라 대응하여 선택될 수 있다.Specifically, the first base material on which the functionalized
즉, 상기 제1기재-제1 기능화된 그래핀층(102)-유연성 기판(103)을 전사 롤러에 통과시키되 통과 도중에 상기 제1기재만을 에칭시키는 에칭 용액을 거치도로 구성함으로써, 상기 제1기재는 상기 에칭 용액에 의해 제거되고 동시에 그래핀층(102)이 유연성 기판(103) 상에 전사되는 것이 가능하다.That is, the first substrate - the first functionalized graphene layer 102 - the
유연성 기판(103)의 하부에 적층되는 그래핀층(104)은 상기 기능화된 그래핀층(102)과 유사한 방법으로 유연성 기판(103)에 전사된다. 유연성 기판(103)의 하부에 적층되는 그래핀층(104)의 경우에는 유연성 기판의 상부에 전사된 제1 기능화된 그래핀층(102)이 유연성 기판과 함께 또 다른 제1기재에 형성된 그래핀(104)이 서로 마주보는 복수 개의 롤러부를 통과시킴으로써 라미네이팅하고, 다시 별도의 롤러부(예를 들면, 전사롤러)를 통과시켜 그래핀(104)이 형성되어 있는 상기 제1기재를 에칭법을 이용하여 제거함과 동시에 그래핀층(104)을 유연성 기판(103)에 전사시킬 수 있다. The
즉, 상기 제1기재-그래핀층(104)-유연성 기판(103)-기능화된 그래핀층(102)을 전사 롤러에 통과시키되 통과 도중에 상기 제1기재만을 에칭시키는 에칭 용액을 거치도로 구성함으로써, 상기 제1기재는 상기 에칭 용액에 의해 제거되고 동시에 그래핀층(104)이 유연성 기판(103) 상에 전사되는 것이 가능하다.That is, the first base-
물론, 여기서는 유연성 기재의 상부에 위치하는 제1 기능화된 그래핀(102)을 유연성 기재에 전사한 후에, 하부에 위치하는 그래핀(104)이 유연성 기재에 전사되는 것으로 기재하였으나, 유연성 기재의 상부와 하부에 적층된 기능화된 그래핀층 또는 그래핀층(102, 104)이 기재에 전사되는 순서가 무관하다는 것은 당해 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이다.Of course, in the above description, the first
또한, 그래핀층(104)는 전극으로서, 그래핀 이외에도 ITO, FTO, 혹은 은 나노와이어, 은 나노메쉬, PEDOT:PSS 및 이들의 조합을 사용할 수도 있다.
The
3. 3.
감온Warmth
물질 및 전기변색 물질 적층 Material and electrochromic material lamination
기능화된 그래핀층(102)은 바나듐다이옥사이드층(101)과 함께 감온 유닛(109)를 이룸으로써, 감온 유닛의 광투과도를 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라 바나듐다이옥사이드층(101)의 상전이 온도를 상대적으로 낮출 수 있다. The functionalized
또한, 기능화된 그래핀층(102)은 공정 도중 바나듐다이옥사이드층(101)을 보호하는 역할을 수행할 수도 있다. 또한, 기능화된 그래핀층(102)은 바나듐다이옥사이드층(101)의 형상시 씨드(Seed) 베이스로서의 역할을 수행할 수 있으며, 감온 유닛(109)의 표면 거칠기를 낮추어 매끄러운 표면을 제공하는 기능을 할 수 있다. The functionalized
기능화되지 않은 그래핀의 굴절율(refractive index)은 2.35~2.7이나, 기능화된 그래핀의 굴절율은 비교적 낮은 값인 1.8로서, 굴절율 2.4~2.7인 바나듐다이옥사이드와 기능화된 그래핀층으로 적층체를 형성하면 굴절율의 제어(고굴절/저굴절 적층 광학 설계시)가 가능하다. The refractive index of unfunctionalized graphene is 2.35 to 2.7, while the refractive index of functionalized graphene is 1.8, which is a relatively low value. When a laminate is formed of vanadium dioxide having a refractive index of 2.4 to 2.7 and a functionalized graphene layer, Control (when high-deflection / low-refractive-index laminated optical design) is possible.
바나듐다이옥사이드층(101)은 기능화된 그래핀층(102) 상부면에 형성되는 것으로, 바나듐다이옥사이드(VO2,Vanadium Dioxide)를 포함한다. 상기 바나듐다이옥사이드는 340K(68℃) 부근에서 절연체로부터 금속으로의 상전이(Metal-Insulator Transition: MIT) 특성을 가진다. 따라서, 상기 바나듐다이옥사이드는 상전이온도인 68℃ 이상에서는 금속 형태로 존재하여 적외선을 차폐하고, 68℃ 미만에서는 절연체 형태로 존재함으로써 적외선을 투과시키는 물질에 해당한다. The
또한, 상기 바나듐다이옥사이드는 감온 특성을 지닌 물질에 해당하므로, 상기 바나듐다이옥사이드의 상술한 MIT 특성 및 감온 특성을 이용하여 스마트 윈도우의 차폐기능 등을 조절할 수 있다.Since the vanadium dioxide corresponds to a material having a temperature sensitive property, the shielding function of the smart window can be controlled by using the MIT characteristic and the temperature sensitive characteristic of the vanadium dioxide.
바나듐다이옥사이드층(101)은 기능화된 그래핀층(102) 상부면에 증착되어 형성될 수 있으며, 상기 증착을 위한 방법으로는 열증착(Thermal Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링, 코팅(Sol-gel) 등이 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The
전기변색물질로서 각각 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 또는 텅스텐옥사이드인(WO3)를 사용할 수 있다.Titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO) or tungsten oxide (WO 3 ) may be used as the electrochromic material, respectively.
전해질층(106)은 리튬염, 포타슘염, 소듐염, 암모늄염 등의 전해질 염이 수성 용매 혹은 비수성 유기용매에 용해된 용액으로 구성될 수 있다. 이들 염은 하나 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 바람직하게는 상기 염은 리튬염인 것을 특징으로 한다. 상기 비수성 용매로는 카보네이트, 알코올, 에테르 등이 사용될 수 있다. 상기 비수성 용매의 구체적인 예로는 메틸렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, γ-부티로락톤, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 이미다졸륨계 용융염 등의 이온성 유기용매 등이 있으며, 고체전해질로는 산화탄탈륨(Ta2O5), Li3PO4, LiNBO3, 리튬 인산질화물(LiPON), LiVO3/SiO2/Li4SiO4-Li3VO4(LVSO)층이 사용된다.The
전해질은 기판 사이에 전해질을 주입한 후에 봉합하거나, 고체전해질인 경우에는 스퍼터링 방법에 의해서 형성시키고자 하는 표면에 증착시킬 수 있다.The electrolyte may be deposited on the surface to be formed by injecting an electrolyte between the substrates and then sealing or, in the case of a solid electrolyte, by a sputtering method.
상기 각각의 그래핀 층위에 WO3(105), Ta2O5(106), NiO(107) 박막을 증착한다. 이때 박막을 형성하기 위해 스퍼터링 방식을 사용할 수 있다. 이 때 바람직한 Working pressure는 0.7Pa, 산소분압은 0%~10% 이다. 좀더 바람직하게는, WO3 증착시 산소 분압은 2~3%, Ta2O5 증착시 산소분압은 0~5%, NiO 증착시 산소분압은 10%이 가장 좋은 변색 효율을 나타낸다. WO 3 (105), Ta 2 O 5 (106), and NiO (107) thin films are deposited on the respective graphene layers. At this time, a sputtering method can be used to form a thin film. At this time, the working pressure is preferably 0.7 Pa, and the oxygen partial pressure is 0% to 10%. More preferably is, WO 3 The oxygen partial pressure during deposition is 2 ~ 3%, the oxygen partial pressure during Ta 2 O 5 deposition is 0 ~ 5%, and the oxygen partial pressure during NiO deposition is 10%.
아울러, 스퍼터링 방식에 의해서, 전기 변색층 하부(혹은 상부)에 전극용 ITO층(108,(104)), 혹은 FTO층으로 전극층을 형성한다. 이때 Dry 공정이 아닌 wet 공정 기반으로 그래핀, Ag nanowire, Ag nano mesh, PEDOT:PSS 및 이들의 조합을 전기변색층 상-하부 전극으로 대체 가능하다.
In addition, an electrode layer is formed of the ITO layer for electrodes (108, 104) or the FTO layer in the lower portion (or upper portion) of the electrochromic layer by a sputtering method. At this time, graphene, Ag nanowire, Ag nano mesh, PEDOT: PSS and a combination thereof can be substituted for the electrochromic layer on the wet process basis instead of the dry process.
4. 4.
PDLCPDLC
포함하는 스마트 Include Smart
윈도우용For Windows
적층체The laminate
제조 Produce
본 발명의 다른 구현예인, PDLC를 포함하는 스마트 윈도우용 유연한 다기능성 적층체는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.Another embodiment of the present invention, a flexible multi-functional laminate for smart windows, including PDLC, is schematically illustrated in Fig.
PDLC는 액정, 염료, 올리고머, 모노머 및 광개시제를 포함하는데, 광개시제로서 바람직한 예로는 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드(MAPO 계 광개시제), 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드(BAPO 계 광개시제), 비스(에타 5-2,4-시클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐]티타늄(Metallocene 계 광개시제)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 할 수 있다.PDLC includes liquid crystals, dyes, oligomers, monomers and photoinitiators. Preferred examples of photoinitiators include diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phosphine oxide (MAPO-based photoinitiator), phenylbis (Trimethylbenzoyl) -phosphine oxide (BAPO-based photoinitiator), bis (eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl) bis [2,6-difluoro- 1-phenyl) titanium (Metallocene photoinitiator).
또한, 액정, 염료, 올리고머, 모노머 등은 종래의 일반적인 PDLC형 조광체 제조용 액정 분산 조성물에서 이용되는 통상의 것으로 선택가능하다.The liquid crystal, the dye, the oligomer, the monomer and the like can be selected from the conventional ones used in the conventional liquid crystal dispersion composition for general PDLC type light control.
통상적으로, PDLC에 이용되는 액정은 4-n-프로필-4'-시아노비페닐, 4-n-부틸-4'-시아노비페닐, 4-n-펜틸-4'-시아노비페닐, 4-n-헵틸-4'-시아노비페닐, 4-n-옥틸옥시-4'-시아노비페닐, 4-트란스-프로필 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-부틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-펜틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-헥실 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-헵틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-시아노헵틸-4'-트란스-프로필시클로헥실카복실레이트, 4-시아노헵틸-4'-트란스-부틸시클로헥실카복실레이트, 4-시아노헵틸-4'-트란스-펜틸시클로헥실카복실레이트,4-시아노페닐-t-부틸벤조에이트, 4-n-펜틸-4'-시아노-p-터페닐, 4-시아노-4'-트란스-펜틸시클로헥산비페닐, 4-시아노-페닐-4'-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트, 4-트란스-프로필시클로헥실-4'-에틸비페닐, 4-트란스-펜틸시클로헥실-4'-에틸비페닐, 4-메톡시메틸페닐-4-(트란스-4-프로필시클로헥실)-벤조에이트, 4-에틸페닐-4'-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트, 4-에톡시페닐-4'-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트, 4-플루오르-페닐-4'-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트 으로부터 1종 또는 2종 이상을 선택하여 조합할 수있다.Typically, the liquid crystal used in the PDLC is 4-n-propyl-4'-cyanobiphenyl, 4-n-butyl-4'-cyanobiphenyl, 4- cyanobiphenyl, 4-n-octyloxy-4'-cyanobiphenyl, 4-trans-propylcyclohexylcyanobenzene, 4-trans-butylcyclohexylcyanobenzene, 4-trans Trans-hexylcyclohexylcyanobenzene, 4-trans-heptylcyclohexylcyanobenzene, 4-cyanoheptyl-4'-trans-propylcyclohexylcarboxylate, 4-cyan 4-trans-butyl cyclohexyl carboxylate, 4-cyanoheptyl-4'-trans-pentyl cyclohexyl carboxylate, 4-cyanophenyl-t-butyl benzoate, 4-cyano-phenyl-4'-trans-pentylcyclohexylbenzoate, 4-trans-propylcyclohexylcyclohexylbenzoate, Hexyl-4'-ethylbiphenyl, 4-trans-pentylcyclo 4-ethylphenyl-4'-trans-pentylcyclohexylbenzoate, 4-ethoxyphenyl-4- Phenyl-4'-trans-pentylcyclohexylbenzoate, and 4-fluoro-phenyl-4'-trans-pentylcyclohexylbenzoate can be used singly or in combination.
염료는 아조 색소, 안트라퀴논 색소, 페닐렌 색소, 멜로시아닌 색소, 아조메틴 색소, 프탈로페릴렌 색소, 인디고 색소, 아줄렌 색소, 디옥사진 색소, 폴리티오펜 색소 으로부터 1종 또는 2종 이상을 선택하여 조합할 수 있다. 이 때, 염료는 조광체에 발현하고자 하는 색채에 따라서 2종 이상의 염료를 조합할 수도 있고, 1종 단독으로 포함할 수도 있는 것이다. 바람직하게는 아조 색소, 안트라퀴논 색소, 페릴렌 색소이고, 특히 바람직하게는 아조 색소, 안트라퀴논 색소이다. 상기 아조 색소로는, 모노아조 색소, 비스아조 색소, 트리스아조 색소, 테트라키스아조 색소, 펜타키스아조 색소 등 어느 것이나 좋지만, 바람직하게는 모노아조 색소, 비스아조 색소, 트리스아조 색소이다. 아조 색소는 일반적으로 고리구조를 포함하는데, 그 고리 구조로는 탄소방향고리(벤젠고리, 나프탈렌고리 등) 및 복소환(퀴놀린고리, 피리딘고리,티아졸고리, 벤조티아졸고리, 옥사졸고리, 벤조옥사졸고리, 이미다졸고리, 벤조이미다졸고리, 피리미딘고리 등)을 들 수 있다. 상기 안트라퀴논 색소로는, 치환기로서 산소원자, 황원자 또는 질소원자를 함유하는 것이 바람직하고, 예컨대 알콕시, 아릴옥시, 알킬티오, 아릴티오, 알킬아미노, 아릴아미노기를 함유하는 것이 바람직하다. 그 치환기의 치환수는 어떠한 수이어도 좋으나, 디-치환, 트리-치환, 테트라키스-치환The dye may be one or more kinds selected from azo dyes, anthraquinone dyes, phenylene dyes, melocyanine dyes, azomethine dyes, phthalo perylene dyes, indigo dyes, azulene dyes, dioxazine dyes and polythiophene dyes Can be selected and combined. At this time, the dye may be a combination of two or more dyes depending on the color intended to be expressed in the light adjuster, or may be included alone. Azo dyes, anthraquinone dyes and perylene dyes are preferable, and azo dyes and anthraquinone dyes are particularly preferable. As the azo dye, any of a monoazo dye, a bisazo dye, a trisazo dye, a tetrakisazo dye, a pentakisazo dye and the like is preferable, and a monoazo dye, a bisazo dye and a trisazo dye are preferable. The azo dye usually includes a ring structure, and examples of the ring structure include a carbon ring (benzene ring, naphthalene ring and the like) and a heterocyclic ring (a quinoline ring, a pyridine ring, a thiazole ring, a benzothiazole ring, A benzooxazole ring, an imidazole ring, a benzimidazole ring, a pyrimidine ring, etc.). The anthraquinone dye preferably contains an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom as a substituent, and it preferably contains, for example, alkoxy, aryloxy, alkylthio, arylthio, alkylamino or arylamino group. The substitution number of the substituent may be any number, but it may be di-, tri-, tetrakis-
이 바람직하고, 특히 바람직하게는 디-치환, 트리-치환이다. 그 치환기의 치환위치는 어떠한 장소이어도 좋지만, 바람직하게는 1,4위치 디-치환, 1,5위치 디-치환, 1,4,5위치 트리-치환, 1,2,4위치 트리-치환, 1,2,5위치 트리-치환, 1,2,4,5위치 테트라-치환, 1,2,5,6위치 테트라-치환 구조이다.Is particularly preferred, and particularly preferably is di-substituted or tri-substituted. The substitution position of the substituent may be any position, but is preferably 1,4-position di-substituted, 1,5-position di-substituted, 1,4,5-position tri-substituted, 1,2,5-position tri-substituted, 1,2,4,5-tetra-substituted, 1,2,5,6-tetra-substituted structure.
고분자 물질 매트릭스를 형성하기 위한 조성으로서 올리고머는 아킬 3-메캅토프로피오네이트, 알킬티오코레이트, 알킬싸이올, 1개의 이상의 알릴그룹을 갖는 우레탄 올리고머, 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 플리에스터 아크릴레이트 올리고머, 에폭시 아크릴레이트 올리고머로부터 1종 또는 2종 이상을 선택하여 조합할 수 있다. 모노머는 단관능 또는 다관능 아크릴레이트 모노머, 비닐에테르 모노머 중에서 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 히드록시에틸 아크릴레이트(HEA), 히드록시에틸 메타아크릴레이트(HEMA), 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 트리프로필렌 글리콜디아크릴레이트(TPGDA) 및 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 부탄디올 모노비닐에테르, 1,4-시클로헥산 디메탄올 모노비닐에테르 및 트리에틸렌글리콜 디비닐에테르로부터 1종 또는 2종 이상을 선택하여 조합할 수 있다.As the composition for forming the polymer material matrix, the oligomer may be selected from the group consisting of an achiral 3-mercaptopropionate, an alkyl thiocate, an alkyl thiol, a urethane oligomer having at least one allyl group, a urethane acrylate oligomer, a fliester acrylate oligomer, Epoxy acrylate oligomers may be used alone or in combination of two or more. The monomers can be used in combination in monofunctional or multifunctional acrylate monomers and vinyl ether monomers. For example, it is possible to use acrylic acid esters such as hydroxyethyl acrylate (HEA), hydroxyethyl methacrylate (HEMA), 1,6-hexanediol acrylate (HDDA), tripropylene glycol diacrylate (TPGDA) and trimethylolpropane triacryl (TMPTA), butanediol monovinyl ether, 1,4-cyclohexanedimethanol monovinyl ether, and triethylene glycol divinyl ether can be used singly or in combination of two or more.
여기에, 첨가제로서 산화방지제, 자외선 흡수제, 계면활성제, 소포제 등을 필요에 따라 더 포함할 수 있다.Here, as an additive, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a surfactant, a defoaming agent and the like may be further included if necessary.
감온 물질 유닛(208)은 앞에서 설명한 감온 물질과 전기 변색 물질의 적층체에 의한 스마트 윈도우용 유연한 다기능성 적층체와 구성 및 제조방법이 동일하다.The
또한, 제1유연성 기재(203)의 하부에 형성되어 있는 제2 그래핀층(204) 역시 앞에서 설명한 바와 동일하다.The
감온 물질과 전기변색 물질의 적층체에서 설명한 바와 같이 제1기재에 제3 그래핀층(206)을 형성하고, 제1기재를 에칭에 의해서 제거하면서 롤투롤 방식에 의해서 제3 그래핀층(206)을 제2유연성 기재(207)에 전사한다.The
PDLC층은 마주보는 롤러부로 감온 변색 물질층(201)-제1 기능화된 그래핀층(202)-제1유연성 기재(203)-제2 그래핀층(204)과 함께 도입되어 라미네이트될 수도 있으며, 혹은 유연성 기재(207)-제3 그래핀층(206)과 함께 롤러부로 도입되어 적층될 수 있다. The PDLC layer may be introduced and laminated with a thermochromic material 201 - a first functionalized graphene layer 202 - a first flexible substrate 203 - a
마지막으로, PDLC층이 라미네이트 된 몸체와 PDLC가 라미네이트 되지 않은 몸체를 함께 서로 마주보는 복수 개의 롤러부를 통과시킴으로써 두 몸체를 라미네이팅함으로써 PLDC를 포함하는 스마트 윈도우용 유연한 다기능성 적층체가 제조된다. Finally, a flexible multi-functional laminate for SmartWindows comprising PLDCs is produced by laminating the two bodies by passing the PDLC layer-laminated body and the PDLC-unbonded body together through a plurality of roller portions facing each other.
또한, 제2 및 제3 그래핀층(204, 206)는 전극으로서, 그래핀 이외에도 ITO, FTO, 혹은 은 나노와이어, 은 나노메쉬, PEDOT:PSS 및 이들의 조합을 사용할 수도 있다.The second and third graphene layers 204 and 206 may be formed of ITO, FTO or silver nanowire, silver nanomesh, PEDOT: PSS, and combinations thereof, in addition to graphene.
본 발명의 실시예에 따른 도 1에서 보여주는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체는 바나듐다이옥사이드층(120) 상부 및/또는 ITO전극 하부에 형성되는 보호층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 2에서 보여주는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체 역시 바나듐다이옥사이드층(120) 상부에 형성되는 보호층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 바나듐다이옥사이드층(120)을 보호하는 역할을 수행하며, 예를 들어, PMMA(Poly methyl methacrylate), PS(Polystyrene)-co-PMMA-co-PS, PR(Photoresist), ER(Electronresist), 실리콘산화물, 티타늄산화물, 티타늄산화물-은, ITO, FTO, 또는 알루미늄산화물중에서 선택되는 1종 이상으로 형성되는 것이 가능하다.
1 according to an embodiment of the present invention may further include a protective layer (not shown) formed on the
제조예 1. VO2/기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀/WO3/Ta2O5/NiO 로 이루어진 스마트 윈도우용 적층체 제조 Production Example 1. Manufacture of laminate for smart window consisting of VO2 / functionalized graphene / PET / functionalized graphene / WO3 / Ta2O5 / NiO
1) PET 기판 준비 1) PET substrate preparation
폴리에틸렌테레프탈레이트 기판을 준비하였다.
A polyethylene terephthalate substrate was prepared.
2) 기능화된 그래핀 필름 형성 2) Functionalized graphene film formation
Cu의 롤 형태의 호일을 석영 튜브 내에 장착하고, 이후 상압 하에서 1,000℃ A rolled foil of Cu was placed in a quartz tube,
로 가열하였다. 탄소 소스를 포함하는 가스 혼합물(CH4 : H2 : He = 50 : 15 :25-121000 sccm)을 공급하여 그래핀을 상기 Cu 호일 상에 성장시킨 후, 단시간에 He를 흘려 주어 ~10℃/s의 속도로 실온으로 냉각하여, 상기 Cu 호일 상에 성장된 그래핀 필름을 수득하였다.Lt; / RTI > (CH 4: H 2: He = 50: 15: 25-121000 sccm) containing a carbon source was supplied to grow the graphene on the Cu foil. Thereafter, He was allowed to flow in a short time, And cooled to room temperature to obtain a graphene film grown on the Cu foil.
① CVD 공정시 질소치환을 통한 그래핀 기능화① Graphene functionalization through nitrogen substitution during CVD process
도 3 및 4는 CVD(Chemical Vapor Deposition ; 화학 기상 증착)법을 사용하여 그래핀을 대면적으로 합성하면서 NH3, N2, CH4, H2등의 gas를 주입 (Doping ; 도핑)할 경우의 실험 결과이다. FIGS. 3 and 4 are experimental results when a gas such as
라만 분광기 분석을 통해 질소원자가 그래핀의 탄소원자와 치환되서 도핑되는 경우(graphitic), 깨진 구조의 가장자리에 도핑되는 경우(pyridinic) 등의 전자구조 및 결합 에너지 등에 대한 차이가 발생하게 된다. Raman Peak을 분석해 보면 Pristine 그래핀에서 N-type 전자구조의 그래핀으로 도핑이 됨으로써 그래프의 D, G‘ intensity 값이 증가하였고, 2D의 강도 감소와 FWHM(full width half maximum)값이 증가하는 것을 확인하였다.
Raman spectroscopy analysis reveals differences in electron structure and binding energy, such as when the nitrogen atom is replaced with a carbon atom of the graphene (graphitic) and when it is doped to the edge of the broken structure (pyridinic). Analysis of Raman Peak reveals that the D and G 'intensity values of the graph are increased by doping from the pristine graphene to the graphene of the N-type electron structure, and the 2D intensity reduction and the FWHM (full width half maximum) value increase Respectively.
② 플라즈마를 통한 CVD 그래핀, 그래파이트(HOPG) 질소치환을 통한 그래핀 기능화(2) Graphene functionalization through plasma-assisted CVD graphene and graphite (HOPG) nitrogen substitution
그래핀의 질소 치환을 유도하기 위해 SiO2/Si 기판위에 CVD 그래핀(PDMS 전사법)과 HOPG(Highly Ordered Pyrolytic Graphite) 그래핀을 제작하였다. 도 5는 준비된 그래핀 시료는 플라즈마 유도 장비(Reactive Ion Etching Plasma: RIE Plasma)를 이용하여 공정 변수(plasma Power, reactive time, gas flow)에 따른 질소 치환을 유도하고 도핑 시간을 변화시켰다. 도 5에서 보여주는 라만 분광기 분석을 통해서, 시간이 증가할수록 N-type 전자구조의 도핑이 되는 것을 확인하였으나 10초에서는 오랜 시간 Plasma의 영향을 받아 2D peak이 사라지고 그래핀이 손상되는 것을 알 수 있다. 도핑이 되면서 G peak 옆에 나타난 G’ peak은 plasma process를 통해 나타나는 그래핀 표면, 가장자리 결함을 나타낸다.
CVD graphene (PDMS transfer method) and HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite) graphene were fabricated on SiO 2 / Si substrate to induce nitrogen substitution of graphene. 5, the prepared graphene samples were subjected to nitrogen substitution according to process parameters (plasma power, reactive time, and gas flow) using Reactive Ion Etching Plasma (RIE Plasma) and the doping time was changed. The Raman spectroscopic analysis shown in FIG. 5 confirms that the N-type electron structure is doped with increasing time. However, at 10 seconds, the 2D peak disappears and the graphene is damaged due to the influence of plasma for a long time. The G 'peak, which appears next to G peak as it is doped, represents the graphene surface and edge defects through the plasma process.
3) PET 기판위에 기능화된 그래핀 전사3) Functionalized graphene transcription on PET substrate
이후, 상기 Cu 호일 상에 형성된 기능화된 그래핀 필름상에 접착 롤러를 통하여 열박리성 테이프(thermal release tape)를 접착시켰다. 다음, 상기 Cu 호일-그래핀 필름-열박리성 테이프 적층체를 0.5 M FeCl3 에칭 수용액에 함침시켜 전기화학적 반응에 의하여 Cu 호일을 에칭하여 제거하였다. 이후, 전사 롤러를 통하여 PET기판 상에 상기 기능화된 그래핀 필름을 접촉시키고 롤링하면서 열을 가하여 상기 열 박리성 테이프로부터 상기 기능화된 그래핀 필름을 탈착시킴으로써 상기 기능화된 그래핀 필름을 PET기판 상에 전사시킨다. 동일한 방법을 반복하여 기능화된 그래핀을 PET기판의 양면에 전사한다.
Then, a thermal release tape was adhered to the functionalized graphene film formed on the Cu foil through an adhesive roller. Next, the Cu foil-graphene film-heat-peelable tape laminate was impregnated with a 0.5
4) WO3 박막 증착4) WO 3 thin film deposition
상기 기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀 필름 복합체 위에 스퍼터링방법으로 전기변색물질인 WO3를 증착하였다. 이때 스퍼터링 조건은 RF Power 250W, O2분압 2%, pressure 0.7Pa이었다. 이 과정을 통해 기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀/WO3 복합체가 얻어졌다.
An electrochromic material, WO 3, was deposited on the functionalized graphene / PET / functionalized graphene film complex by sputtering. The sputtering conditions were RF Power 250 W, O 2
5) Ta2O5, NiO2 박막증착5) Ta 2 O 5 , NiO 2 thin film deposition
상기 단계까지 공정이 끝난 다른 기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀/WO3 복합체 위에 스퍼터링방법으로 Ta2O5, NiO2를 증착하였다. 이때 스퍼터링 조건은 RF Power 150W, O2분압 10%, pressure 0.7Pa 이었다. 이 과정을 통해 기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀/WO3/Ta2O5/NiO2 적층체가 얻어졌다.Ta 2 O 5 and NiO 2 were deposited on the other functionalized graphene / PET / functionalized graphene / WO 3 composite that had been processed to the above step by sputtering. At this time, the sputtering conditions were RF Power 150W, O2
6) VO2 박막증착6) VO2 thin film deposition
상기 단계까지 공정이 끝난 다른 기능화된 그래핀/PET/기능화된 그래핀WO3/Ta2O5/NiO2 복합체 위에 스퍼터링방법으로 VO2를 증착하였다. 이때 스퍼터링 조건은 RF Power 150W, O2분압 10%, pressure 0.7Pa 이었다. 이 과정을 통해 VO2/기능화된 그래핀/PET/그래핀/WO3/Ta2O5/NiO2 적층체가 얻어졌다.
The VO 2 was deposited by sputtering on another functionalized graphene / PET / functionalized graphene WO 3 / Ta 2 O 5 / NiO 2 composite that had been processed to the above step. At this time, the sputtering conditions were RF Power 150 W, O 2
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
101: VO2층 102: 기능화된 그래핀층
103: 유연성 기재 104: ITO, FTO, 그래핀층 혹은 은나노와이어
105: WO3층 106: Ta2O5층 (전해질층)
107: NiO2층 108: ITO, FTO, 그래핀층 혹은 은나노와이어
109: 감온 변색 유닛 110: 전기 변색 유닛
201: VO2층 202: 제1 기능화된 그래핀층
203: 제1유연성 기재 204: 제2 그래핀층(혹은 제1전극층)
205: PDLC층 206: 제3 그래핀층(혹은 제2전극층)
207: 제2유연성 기재 208: 감온 변색 유닛
209: PDLC 유닛 101: VO2 layer 102: Functionalized graphene layer
103: Flexible substrate 104: ITO, FTO, graphene layer or silver nano wire
105: WO 3 layer 106: Ta 2 O 5 layer (electrolyte layer)
107: NiO 2 layer 108: ITO, FTO, graphene layer or silver nano wire
109: thermal deterioration unit 110: electrochromic unit
201: VO 2 layer 202: first functionalized graphene layer
203: first flexible substrate 204: second graphene layer (or first electrode layer)
205: PDLC layer 206: third graphene layer (or second electrode layer)
207: second flexible substrate 208: thermochromic discoloration unit
209: PDLC unit
Claims (17)
상기 단계에서 형성된 기능화된 그래핀층에 바나듐다이옥사이드(VO2)를 증착하여 바나듐다이옥사이드층을 형성하고, 하부의 그래핀층 면에는 전기 변색 물질 및 전극층을 증착하여 전기 변색층 및 전극층을 형성하는 제2단계를 포함하고,
상기 제1단계는 제1기재 상부에 그래핀층을 형성하는 제1-1단계; 상기 제1-1 단계에서 형성된 그래핀층을 기능화하여 기능화된 그래핀층을 형성하는 제1-2단계; 유연성 기재를 라미네이팅하여 제1기재/기능화된 그래핀층/유연성 기재를 포함하는 적층체를 형성하는 제1-3단계; 상기 제1-3단계에서 형성된 적층체로부터 상기 제1기재를 에칭법을 이용하여 제거하는 것과, 동시에 상기 기능화된 그래핀층을 상기 유연성 기재 상에 전사하여 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 형성하는 제1-4단계;제2기재 상부에 그래핀층을 형성하는 제1-5단계; 상기 제1-4단계에서 형성된 상기 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 라미네이팅하여 제2기재/그래핀층/유연성 기재/기능화된 그래핀을 포함하는 적층체를 형성하는 제1-6단계; 및 상기 제1-6단계에서 형성된 적층체로부터 상기 제2기재를 에칭법을 이용하여 제거하는 것과, 동시에 상기 그래핀층을 상기 유연성 기재 상에 전사하는 제1-7단계;를 포함하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체 제조방법.
A first step of forming a functionalized graphene layer on the upper portion of the flexible substrate and a graphene layer on the lower portion; And
A second step of depositing vanadium dioxide (VO 2 ) on the functionalized graphene layer formed in the above step to form a vanadium dioxide layer, and depositing an electrochromic material and an electrode layer on the lower graphene layer surface to form an electrochromic layer and an electrode layer Lt; / RTI >
The first step includes a first step of forming a graphene layer on the first substrate; A first step of functionalizing the graphene layer formed in the step 1-1 to form a functionalized graphene layer; Laminating the flexible substrate to form a laminate including the first substrate / functionalized graphene layer / flexible substrate; Removing the first base material from the laminate formed in the step 1-3 by using an etching method and transferring the functionalized graphene layer onto the flexible base material to form functionalized graphene layer / (1-4) forming a graphene layer on the second substrate; Laminating the functionalized graphene layer / flexible substrate formed in the step 1-4 to form a laminate including a second substrate / a graphene layer / a flexible substrate / functionalized graphene; And a 1-7 step of removing the second base material from the laminate formed in the step 1-6 by using an etching method and simultaneously transferring the graphene layer onto the flexible base material. For producing a multifunctional laminate.
The electrochromic device according to claim 1, wherein the electrochromic material is titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), or tungsten oxide (WO 3 ), and the electrode layer comprises graphene, ITO, FTO, silver nanowire, PEDOT: PSS, or a combination thereof.
The method of claim 1, wherein the electrochromic layer comprises tungsten oxide (WO 3 ) / electrolyte layer / NiO 2.
5. The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the electrolyte layer comprises a Ta 2 O 5 layer, Li 3 PO 4 , LiNBO 3 , lithium phosphorus oxynitride (LiPON), LiVO 3 / SiO 2 / Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4 (LVSO) Wherein at least one of the layer and the layer is selected.
상기 기능화된 그래핀층의 일면에 형성되는 바나듐다이옥사이드(VO2)층;
상기 제1전극층에 적층된 전기 변색층;
상기 전기 변색층에 적층된 제2전극층을 포함하고,
상기 전기 변색층은 텅스텐옥사이드인(WO3)/전해질층/NiO2를 포함하되, 상기 전해질층은 Ta2O5층, Li3PO4, LiNBO3, 리튬 인 산질화물(LiPON) 및 LiVO3/SiO2/Li4SiO4-Li3VO4(LVSO)층 중 적어도 어느 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체.
A flexible substrate having a functionalized graphene layer having at least one or more layers on its upper portion and a first electrode layer formed on its lower portion;
A vanadium dioxide (VO2) layer formed on one surface of the functionalized graphene layer;
An electrochromic layer laminated on the first electrode layer;
And a second electrode layer laminated on the electrochromic layer,
But the electrochromic layer comprises a tungsten oxide of (WO 3) / electrolyte layer / NiO2, the electrolyte layer is Ta 2 O 5 layer, Li 3 PO 4, LiNBO 3 , lithium phosphorus oxynitride (LiPON) and LiVO 3 / SiO 2 / Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4 (LVSO) layer.
The flexible multi-functional laminate of claim 6, wherein the first and second electrode layers are selected from graphene, ITO, FTO, silver nanowire, silver nanomesh, PEDOT: PSS, or combinations thereof.
상기 단계에서 형성된 제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층의 제1 기능화된 그래핀층의 일면에는 바나듐다이옥사이드(VO2)를 증착하여 바나듐다이옥사이드층을 형성하는 제2단계;
제2유연성 기재의 한면에 제3 그래핀층을 형성하는 제3단계;
상기 제2단계에 형성된 바나듐다이옥사이드층/제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층 적층체, PDLC층, 상기 제3단계에서 형성된 제3 그래핀층/제2유연성 기재 적층체를 라미네이트하여 바나듐다이옥사이드층/제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재/제2 그래핀층/PDLC층/제3 그래핀층/제2유연성 기재층을 포함하는 적층체를 제조하는 제4단계;를 포함하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체 제조방법.
A first step of forming a first functionalized graphene layer on top of the first flexible substrate and a second graphene layer on the bottom;
A second step of depositing vanadium dioxide (VO 2 ) on one surface of the first functionalized graphene layer / flexible substrate / second functionalized graphene layer of the first functionalized graphene layer formed in the above step to form a vanadium dioxide layer;
A third step of forming a third graphene layer on one side of the second flexible substrate;
A laminate of a vanadium dioxide layer / a first functionalized graphene layer / a flexible substrate / a second graphene layer laminate formed in the second step, a PDLC layer, a third graphene layer / a second flexible substrate laminate formed in the third step And a fourth step of producing a laminate comprising a vanadium dioxide layer / a first functionalized graphene layer / a flexible substrate / a second graphene layer / a PDLC layer / a third graphene layer / a second flexible substrate layer For producing a multifunctional laminate.
상기 제1-1 단계에서 형성된 그래핀층을 기능화하여 기능화된 제1 기능화된 그래핀층을 형성하는 제1-2단계;
유연성 기재를 라미네이팅하여 제1기재/제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 포함하는 적층체를 형성하는 제1-3단계;
상기 제1-3단계에서 형성된 적층체로부터 상기 제1기재를 에칭법을 이용하여 제거하는 것과, 동시에 상기 제1 기능화된 그래핀층을 상기 유연성 기재 상에 전사하여 제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 형성하는 제1-4단계;
제2기재 상부에 제2그래핀층을 형성하는 제1-5단계;
상기 제1-4단계에서 형성된 상기 제1 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 라미네이팅하여 제2기재/제2그래핀층/유연성 기재/제1 기능화된 그래핀을 포함하는 적층체를 형성하는 제1-6단계;
상기 제1-6단계에서 형성된 적층체로부터 상기 제2기재를 에칭법을 이용하여 제거하는 것과, 동시에 상기 제2그래핀층을 상기 유연성 기재 상에 전사하는 제1-7단계;를 포함하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체 제조방법.
The method of claim 10, wherein the first step comprises: a 1-1 step of forming a graphene layer on the first substrate;
A first step of functionalizing the graphene layer formed in the step 1-1 to form a functionalized first functionalized graphene layer;
Laminating the flexible substrate to form a laminate including the first substrate / the first functionalized graphene layer / the flexible substrate;
Removing the first base material from the laminate formed in the step 1-3 by using an etching method and simultaneously transferring the first functionalized graphene layer onto the flexible base material to form a first functionalized graphene layer / (1-4);
(1-5) forming a second graphene layer on the second substrate;
The first functionalized graphene layer / flexible substrate formed in the step 1-4 is laminated to form a laminate comprising a second substrate / a second graphene layer / a flexible substrate / a first functionalized graphene, Step 6;
And a step 1-7 of removing the second base material from the laminate formed in the step 1-6 by using the etching method and simultaneously transferring the second graphene layer onto the flexible base material. A method for manufacturing a multifunctional laminate for windows.
유연성 기재를 라미네이팅하여 제3기재/제3그래핀층/유연성 기재를 포함하는 적층체를 형성하는 제3-3단계;
상기 제3-3단계에서 형성된 적층체로부터 상기 제3기재를 에칭법을 이용하여 제거하는 것과, 동시에 상기 제3그래핀층을 상기 유연성 기재 상에 전사하여 제3 기능화된 그래핀층/유연성 기재를 형성하는 제3-4단계;를 포함하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체 제조방법.
[10] The method of claim 10, wherein the third step comprises: a third step of forming a third graphene layer on the third substrate;
Laminating the flexible substrate to form a laminate including a third substrate / a third graphene layer / a flexible substrate;
Removing the third base material from the laminate formed in the step 3-3 by using an etching method and simultaneously transferring the third graphene layer onto the flexible base material to form a third functionalized graphene layer / And a third step of forming the flexible multi-functional laminate body.
상기 제1 기능화된 그래핀층의 일면에 형성되는 바나듐다이옥사이드(VO2)층;
상기 전극층의 다른 일면에 적층된 PDLC층;
상기 PDLC층에 적층된 제2전극층;
상기 제2전극층이 적층되어 있는 제2유연성기재를 포함하고,
상기 PDLC 층은 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드, 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드 및 비스(에타 5-2,4-시클로펜타디엔-1-일)비스〔2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐〕티타늄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제; 및 4-n-프로필-4´-시아노비페닐, 4-n-부틸-4´-시아노비페닐, 4-n-펜틸-4´-시아노비페닐, 4-n-헵틸-4´-시아노비페닐, 4-n-옥틸옥시-4´-시아노비페닐, 4-트란스 프로필 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스 부틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-펜틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-헥실 시클로헥실 시아노벤젠, 4-트란스-헵틸 시클로헥실 시아노벤젠, 4-시아노헵틸-4´-트란스-프로필시클로헥실카복실레이트, 4-시아노헵틸-4´-트란스-부틸시클로헥실카복실레이트, 4-시아노헵틸-4´-트란스-펜틸시클로헥실카복실레이트, 4-시아노페닐-t-부틸벤조에이트, 4-n-펜틸-4´-시아노-p-터페닐, 4-시아노-4´-트란스-펜틸시클로헥산비페닐, 4-시아노-페닐-4´-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트, 4-트란스-프로필시클로헥실-4´-에틸비페닐, 4-트란스-펜틸시클로헥실-4´-에틸비페닐, 4-메톡시메틸페닐-4-(트란스-4-프로필시클로헥실)-벤조에이트, 4-에틸페닐-4´-트란스 펜틸시클로헥실 벤조에이트, 4-에톡시페닐-4´-트란스-펜틸시클로헥실 벤조에이트 및 4-플루오르-페닐-4´-트란스 펜틸시클로헥실 벤조에이트로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 액정을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 스마트 윈도우용 다기능성 적층체.
A first flexible substrate having at least one layer above the first functionalized graphene layer and a first electrode layer below the functionalized substrate;
A vanadium dioxide (VO2) layer formed on one side of the first functionalized graphene layer;
A PDLC layer stacked on the other surface of the electrode layer;
A second electrode layer laminated on the PDLC layer;
And a second flexible substrate on which the second electrode layer is laminated,
The PDLC layer may be formed from a mixture of diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phosphine oxide, phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phosphine oxide and bis (eta 5-2,4-cyclopentadiene -1-yl) bis [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium; 4-n-butyl-4'-cyanobiphenyl, 4-n-propyl-4'-cyanobiphenyl, 4-n-octyloxy-4'-cyanobiphenyl, 4-transpropylcyclohexylcyanobenzene, 4-transbutylcyclohexylcyanobenzene, 4-trans-pentylcyclohexylcyanobenzene, 4- Trans-hexylcyclohexylcyanobenzene, 4-trans-heptylcyclohexylcyanobenzene, 4-cyanoheptyl-4'-trans-propylcyclohexylcarboxylate, 4-cyanoheptyl- 4-cyanoheptyl-4'-trans-pentylcyclohexylcarboxylate, 4-cyanophenyl-t-butylbenzoate, 4-n-pentyl- Trans-pentylcyclohexylbenzoate, 4-trans-propylcyclohexyl-4'-ethylbiphenyl, 4-cyano-4'-trans-pentylcyclohexane biphenyl, 4-cyano- -Trans-pentylcyclohexyl-4'-ethylbiphenyl, 4- 4-propylcyclohexyl benzoate, 4-ethylphenyl-4'-trans pentylcyclohexylbenzoate, 4-ethoxyphenyl-4'-trans-pentylcyclohexylbenzoate and And at least one liquid crystal selected from the group consisting of 4-fluoro-phenyl-4'-trans pentylcyclohexyl benzoate.
The method of claim 6 or 7, further comprising a protective layer formed on and / or under the vanadium dioxide layer and / or the second electrode layer, wherein the protective layer comprises at least one of polymethylnaphthacrylate (PVMA), polyvinylidene fluoride (PVDF) a multifunctional laminate for a flexible smart window having at least one selected from -co-PMMA-co-PS, photoresist (PR), electroresist, silicon oxide, titanium oxide, titanium oxide-silver, ITO, FTO, sieve.
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