KR101514743B1 - The method for manufacturing patterned metal nanowire transparent electrode and the patterned metal nanowire transparent electrode thereby - Google Patents
The method for manufacturing patterned metal nanowire transparent electrode and the patterned metal nanowire transparent electrode thereby Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법 및 이에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극에 관한 것으로, 상세하게는 기판 상에 SiO2 패턴을 형성하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 SiO2 패턴 상에 금속 시드(seed) 층을 형성하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2의 금속 시드 층으로부터 환원제 및 금속 전구체가 포함된 용액을 이용하여 나노와이어를 성장시키는 단계(단계 3);를 포함하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법 및 이에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 제공한다.
본 발명은 SiO2로 패턴된 기판상에 금속 시드(seed)층을 형성하여 금속 나노와이어를 성장시킴으로써, 종래 금속 나노와이어를 먼저 합성하고 이를 코팅 후 패터닝 하던 것과 달리, 복잡하고 어려운 공정이 요구되지 않아 간편하며 제작 비용이 감소하는 효과가 있다. 또한, 기판 상에서 직접 나노 와이어가 합성되므로, 기판과 나노 와이어간의 접착성이 증대될 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode having a pattern and a metal nanowire transparent electrode having a pattern formed thereby, and more particularly, to a method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode by forming a SiO 2 pattern on a substrate (step 1); The SiO 2 of step 1 Forming a metal seed layer on the pattern (step 2); And growing a nanowire using a solution containing a reducing agent and a metal precursor from the metal seed layer in step 2 (step 3), and a method of manufacturing a patterned metal nanowire transparent electrode, To provide a transparent metal nanowire transparent electrode.
Unlike conventional metal nanowires synthesized by first forming a metal seed wire layer on a substrate patterned with SiO 2 to grow metal nanowires and patterning them after coating them, complex and difficult processes are not required And the manufacturing cost is reduced. Further, since the nanowires are directly synthesized on the substrate, the adhesion between the substrate and the nanowires can be increased.
Description
본 발명은 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법 및 이에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극에 관한 것으로, 기판 상에 미리 SiO2 패턴을 형성한 후, 패턴 상에 금속 나노와이어를 성장시키는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법 및 이에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극에 관한 것이다.
The present invention is a metal nanowire transparent electrode manufacturing method having a pattern formed, and this relates to a metal nanowire transparent electrode pattern is formed is prepared in accordance with, after pre-forming an SiO 2 pattern on the substrate, growing the metallic nanowires on the pattern And a metal nanowire transparent electrode having a pattern formed by the method.
투명 도전체는 고투과율 절연 표면 또는 기판 상에 코팅된 얇은 도전막을 말한다. 투명 도전체는 적절한 광학적 투명성을 유지하면서 표면 도전성을 갖도록 제조될 수 있다. The transparent conductor refers to a thin conductive film coated on a high transmittance insulating surface or substrate. The transparent conductor can be made to have surface conductivity while maintaining proper optical transparency.
이와 같은 표면 도전 투명 도전체는, 평판 액정 표시 장치(flat liquid crystal display), 터치 패널(touch panel), 전자 발광 장치(electroluminescent device),박막 광전지(thin film photovoltaic cell) 등에서 투명 전극들로서 널리 사용되고, 대전 방치층 및 전자기파 차폐층으로 널리 사용되고 있다.
Such a surface conductive transparent conductor is widely used as a transparent electrode in a flat liquid crystal display, a touch panel, an electroluminescent device, a thin film photovoltaic cell, And is widely used as an electrification-preventing layer and an electromagnetic wave shielding layer.
상기 투명 도전체를 이용한 투명전극은 투명 전자소자 및 유연 인쇄전자소자 등을 구현하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. [0003] A lot of research has been conducted on transparent electrodes using the transparent conductor to realize transparent electronic elements and flexible printed electronic elements.
일반적으로 잘 알려진 투명전극으로는 ITO(Indium doped Tin Oxide)가 있으며, 최근에 탄소 나노튜브, 전도성 고분자 또는 은 나노와이어를 이용하여 투명전극을 제조하려는 시도가 많이 이루어지고 있다.
In general, a well-known transparent electrode is indium-doped tin oxide (ITO). Recently, attempts have been made to manufacture transparent electrodes using carbon nanotubes, conductive polymers or silver nanowires.
인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 금속 산화물(vacuum deposited metal oxide)은 유리(glass)와 중합체 막(polymeric film)과 같은 유전체 표면들에 대해 광학적 투명성 및 전기적 도전성을 제공하기 위한 산업 표준 물질이다. BACKGROUND OF THE INVENTION Vacuum deposited metal oxide such as indium tin oxide (ITO) is an industry standard for providing optical transparency and electrical conductivity to dielectric surfaces such as glass and polymeric films. Material.
이러한 ITO 전극의 경우 80% 이상의 투과도와, 10 내지 50 Ω/□의 낮은 면저항 특성으로 투명전자소자 응용에 널리 활용되고 있다.
In the case of such an ITO electrode, transparency of 80% or more and low sheet resistance of 10 to 50 Ω / □ are widely used in transparent electronic device applications.
그러나, 금속 산화막은 약하고 휨이나 다른 물리적인 스트레스들에 의해 손상되기 쉽다. 또한, 이들은 높은 도전성 수준들을 달성하기 위해 높은 증착온도 및/또는 높은 어닐링(annealing) 온도를 요한다.
However, the metal oxide film is weak and prone to damage by warping or other physical stresses. In addition, they require high deposition temperatures and / or high annealing temperatures to achieve high conductivity levels.
또한, 플라스틱 및 유기 기판들, 예를 들어 폴리카보네이트와 같이 습기를 흡착하기 쉬운 기판들에게 금속 산화막의 접착력이 또한 문제될 수 있어, 플렉서블(flexible) 기판 상에 금속 산화막을 적용하는 것은 매우 제한된다. In addition, it is also very limited to apply a metal oxide film on a flexible substrate, since adhesion of the metal oxide film to substrates that are susceptible to moisture, such as plastic and organic substrates, for example, polycarbonate, may also be a problem .
더구나, 금속 산화막을 증착하기 위해서는 스퍼터링 또는 화학증착법과 같은 진공 증착 공정을 수행해야 하는 데, 이는 비용이 많이 들고 특수한 장비가 필요하며, 또한 패턴 및 회로를 형성할 때 전형적으로 포토리소그래피와 같이 비용이 많이 드는 패터닝 공정을 수행해야 하는 문제점이 있다.
Furthermore, in order to deposit a metal oxide film, a vacuum deposition process such as a sputtering or a chemical vapor deposition process must be performed, which is costly and requires special equipment. In addition, when patterns and circuits are formed, There is a problem in that it is necessary to perform a patterning process which requires a lot of time.
이를 극복하기 위하여, 단일벽 또는 이중벽의 탄소나노튜브를 스프레이 코팅 또는 프린팅 코팅하여 투명전극을 형성하거나, PEDOT과 같은 전도성 고분자를 프린팅하여 투명전극 구현하는 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 90 % 이상의 투과도및 ITO에 비견한 우수한 전기전도 특성을 갖는 투명전극을 제조하기 위해서는 은 나노와이어와 같은 금속 나노와이어의 사용이 최적의 해법이라고 생각되고 있다.
In order to overcome this problem, studies have been actively conducted to form a transparent electrode by spray coating or printing a single-wall or double-walled carbon nanotube, or to print a conductive polymer such as PEDOT to form a transparent electrode. However, The use of metal nanowires such as silver nanowires is considered to be an optimal solution for manufacturing transparent electrodes having excellent electrical conduction characteristics comparable to ITO.
한편, 나노 입자는 같은 화학적 조성을 갖는 벌크상의 재료들과 비교하여 독특한 전기적, 자기적, 광학적, 기계적 성질들을 나타내기 때문에 전자재료, 센서, 흡착제, 크로마토그래피의 충진제, 촉매 담체 등 광범위한 분야에서 응용되고 있다. On the other hand, nanoparticles are used in a wide range of fields such as electronic materials, sensors, adsorbents, chromatography fillers, and catalyst carriers because they exhibit unique electrical, magnetic, optical, and mechanical properties compared to bulk phase materials having the same chemical composition have.
특히, 그 중에서도 일차원적 구조(rods, wires, tubes, belts)를 가진 여러 금속 물질들은 나노 크기의 장치를 이루는데 중요한 역할을 할 것이라 기대되고 있다. 나노와이어는 최근 일차원 구조를 가진 물질 중 그것들의 제조와 특성 평가에 관한 연구들이 활발히 수행되고 있다.
In particular, many metallic materials with one-dimensional structures (rods, wires, tubes, belts) are expected to play an important role in forming nanoscale devices. Recently, nanowires have been actively studied for their manufacture and characterization among materials having a one-dimensional structure.
은 나노와이어의 경우 단축의 폭이 10 내지 100 ㎚ 이고, 장축의 길이가 3 내지 100 ㎛의 범위를 가지고 있어, 소량의 은 나노와이어가 네트워크화되어 서로 그물망처럼 연결되어 있으며, 높은 전기전도도 특성과 80~90% 이상의 투명도 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
Silver nanowires have a short axis width of 10 to 100 nm and a long axis length of 3 to 100 mu m so that a small amount of silver nanowires are networked and connected to each other like a network and have high electrical conductivity characteristics and 80 To 90% or more of transparency.
현재까지 개발된 은 나노와이어 투명전극은 은 나노와이어를 합성한 후 이를 잉크 또는 페이스트화 하여 기판에 스핀코팅, 스프레이코팅 등의 전면코팅을 실시하여 형성하였다. Silver nanowire transparent electrodes developed until now have been formed by synthesizing silver nanowires and forming them into ink or paste, and then performing a front coating such as spin coating or spray coating on the substrate.
상기의 방법으로 제작된 은 나노 와이어 투명전극의 경우, 고출력 레이져로 태워서 패턴을 형성하는 등 패터닝 공정이 어렵거나 복잡한 문제점이 있었다. 또한, 기판과 은 나노 와이어 간의 접착성을 향상시키기 위해 무기필러를 첨가하거나, 보호용 고분자물질을 사용하여 보호막과 따로 형성해야 하는 번거로움이 있었다.
In the case of the silver nanowire transparent electrode manufactured by the above method, there is a problem that the patterning process such as forming a pattern by burning with a high output laser is difficult or complicated. In addition, in order to improve the adhesion between the substrate and the silver nanowire, an inorganic filler has to be added, or it has been troublesome to form the protective film separately from the protective film by using a protective polymer material.
은 나노와이어 투명전극과 관련된 종래의 기술로서 대한민국 공개특허 제10-2013-0072064호에서는 나노 와이어 조성물 및 투명전극 제조 방법이 개시된 바 있다. 구체적으로는, 나노 와이어 조성물을 준비하는 단계; 상기 나노 와이어 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 나노 와이어 조성물을 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 나노 와이어 조성물은, 금속 나노 와이어; 유기 바인더; 계면활성제; 및 용매를 포함하고, 상기 금속 나노 와이어는 직경이 30㎚ 내지 50㎚, 길이가 15㎛ 내지 40㎛이며, 상기 금속 나노 와이어의 중량 백분율은 0.01% 내지 0.4% 인 투명 전극 제조 방법이 개시된 바 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0072064 discloses a nanowire composition and a method of manufacturing a transparent electrode as a conventional technique related to silver nanowire transparent electrodes. Specifically, there is provided a method comprising: preparing a nanowire composition; Coating the nanowire composition on a substrate; And heat treating the nanowire composition, wherein the nanowire composition comprises: a metal nanowire; Organic binders; Surfactants; And a solvent, wherein the metal nanowires have a diameter of 30 nm to 50 nm and a length of 15 to 40 μm, and the weight percentage of the metal nanowires is 0.01% to 0.4% .
그러나, 상기의 제조방법으로 투명전극을 제조하는 경우, 패턴형성시 공정이 복잡하며, 패턴 형성된 전극과 기판의 부착성이 용이하지 않은 문제점이 있다.
However, when the transparent electrode is manufactured by the above-described manufacturing method, there is a problem in that the process of forming the pattern is complicated and the adhesion of the patterned electrode and the substrate is not easy.
이에, 본 발명자들은 부착성과 전극패턴성이 향상된 금속 나노와이어 투명전극의 제조방법에 대해 연구를 수행하던 중, 기판 위에 SiO2로 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 따라 금속 시드(seed)로부터 금속 나노와이어를 성장시키는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention conducted research on a method for manufacturing a metal nanowire transparent electrode having improved adhesion and improved electrode patterning. In this process, a pattern is formed on a substrate with SiO 2 , and a metal nano- A method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode in which a pattern for growing a wire is formed has been developed and the present invention has been completed.
본 발명의 목적은SUMMARY OF THE INVENTION
패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법을 제공하는 데 있다.
And a method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode in which a pattern is formed.
본 발명의 다른 목적은Another object of the present invention is
상기 방법에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극을 제공하는 데 있다.
There is provided a metal nanowire transparent electrode having a pattern formed according to the above method.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
기판 상에 SiO2 패턴을 형성하는 단계(단계 1);Forming a SiO 2 pattern on the substrate (step 1);
상기 단계 1의 SiO2 패턴 상에 금속 시드(seed) 층을 형성하는 단계(단계 2); 및The SiO 2 of step 1 Forming a metal seed layer on the pattern (step 2); And
상기 단계 2의 금속 시드 층으로부터 환원제 및 금속 전구체가 포함된 용액을 이용하여 나노와이어를 성장시키는 단계(단계 3);를 포함하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법을 제공한다.
And growing a nanowire using a solution containing a reducing agent and a metal precursor from the metal seed layer in step 2 (step 3).
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
상기 방법에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극을 제공한다.
A metal nanowire transparent electrode having a pattern formed according to the above method is provided.
본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법은, SiO2로 패턴된 기판상에 금속 시드(seed)층을 형성하여 금속 나노와이어를 성장시킴으로써, 종래 금속 나노와이어를 먼저 합성하고 이를 코팅 후 패터닝 하던 것과 달리, 복잡하고 어려운 공정이 요구되지 않아 간편하며 제작 비용이 감소하는 효과가 있다. The method of fabricating a metal nanowire transparent electrode with a pattern according to the present invention is characterized in that a metal seed wire is formed on a substrate patterned with SiO 2 to grow metal nanowires, Unlike the conventional patterning method, complicated and difficult processes are not required, and the manufacturing cost is reduced.
또한, 기판 상에서 직접 나노 와이어가 합성되므로, 기판과 나노 와이어간의 접착성이 증대될 수 있다.
Further, since the nanowires are directly synthesized on the substrate, the adhesion between the substrate and the nanowires can be increased.
도 1은 본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법을 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 금속 나노와이어의 형성과정을 나타낸 모식도이고;
도 3은 실시예 1에서 제조된 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 1 is a schematic view showing a method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode in which a pattern according to the present invention is formed;
FIG. 2 is a schematic view showing a process of forming a metal nanowire according to the present invention; FIG.
FIG. 3 is a photograph of a metal nanowire transparent electrode formed with the pattern prepared in Example 1 by scanning electron microscopy (SEM). FIG.
본 발명은 The present invention
기판 상에 SiO2 패턴을 형성하는 단계(단계 1);Forming a SiO 2 pattern on the substrate (step 1);
상기 단계 1의 SiO2 패턴 상에 금속 시드(seed) 층을 형성하는 단계(단계 2); 및Forming a metal seed layer on the SiO 2 pattern of step 1 (step 2); And
상기 단계 2의 금속 시드 층으로부터 환원제 및 금속 전구체가 포함된 용액을 이용하여 나노와이어를 성장시키는 단계(단계 3);를 포함하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법을 제공한다.
And growing a nanowire using a solution containing a reducing agent and a metal precursor from the metal seed layer in step 2 (step 3).
이때, 본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법의 일례를 도 1의 그림을 통해 개략적으로 도시하였으며, Here, an example of a method for fabricating a metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention is schematically shown in FIG. 1,
이하, 본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of fabricating a metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 기판 상에 SiO2 패턴을 형성하는 단계이다. In the method of manufacturing a metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention, step 1 is a step of forming a SiO 2 pattern on a substrate.
종래에는 금속 나노와이어를 합성한 후, 이를 잉크 또는 페이스트화 하여 기판에 전면코팅 실시 후, 고출력 레이저로 태워서 패턴을 형성하는 등 패터닝 공정이 어렵거나 복잡한 문제점이 있었다. Conventionally, there has been a problem that it is difficult or complicated to pattern the metal nanowires after synthesizing the metal nanowires and coating them on the substrate in the form of ink or paste, and then burning them with a high-power laser to form a pattern.
반면, 본 발명에 따른 투명전극 제조방법에서는 단계 1에서 SiO2 패턴을 미리 형성한 뒤, 상기 패턴 상에 금속 나노와이어를 성장시키기 때문에 공정이 간단하며, 기판에 직접 나노와이어를 성장시키기 때문에 기판과 금속 나노와이어 간의 부착성을 향상시킬 수 있다.
On the other hand, in the method of manufacturing a transparent electrode according to the present invention, since the process is simple since the SiO 2 pattern is formed in advance in the step 1 and the metal nanowires are grown on the pattern, the nanowires are grown directly on the substrate, The adhesion between the metal nanowires can be improved.
구체적으로는, 기판 상에 금속 나노와이어를 형성하고자 하는 영역에 포토레지스트 층을 형성시키고, 반대되는 영역은 노출시켜 노출된 영역을 SiO2에칭액으로 식각시킴으로서, 금속 나노와이어를 형성하고자 하는 영역에만 SiO2층을 남겨두는 단계를 포함하여 SiO2 층을 형성할 수 있다.
Specifically, a photoresist layer is formed on a region where a metal nanowire is to be formed on a substrate, and an opposite region is exposed to etch the exposed region with an SiO 2 etchant, a step to leave the second layer can form an SiO 2 layer.
본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 SiO2 패턴 상에 금속 시드(seed) 층을 형성하는 단계이다. In the method for fabricating a metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention, the step 2 is a step of forming a metal seed layer on the SiO 2 pattern of the step 1.
구체적으로는, 상기 단계 1의 SiO2 패턴이 형성된 기판에 SiO2 상에만 금속 시드가 선택적으로 결합하도록 처리하여, SiO2 표면에만 금속 시드층을 형성하는 단계이다.
Specifically, the substrate on which the SiO 2 pattern of step 1 was formed was coated with SiO 2 So that a metal seed layer is formed only on the surface of SiO 2 .
이때, 상기 단계 2의 금속은 귀금속류일 수 있으며, 상기 귀금속류는 백금, 금, 은 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 상기 금속이 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, the metal in step 2 may be a precious metal, and the precious metal may be at least one selected from the group consisting of platinum, gold, silver and copper, but the metal is not limited thereto.
상기 단계 2의 금속 시드 층의 형성은 커플링제를 이용하여 수행할 수 있다. The metal seed layer of step 2 may be formed using a coupling agent.
상기 커플링제는 기판 상의 SiO2 층에만 선택적으로 반응할 수 있다. 따라서, SiO2가 형성된 기판을 커플링제와 반응시켜 SiO2 표면에만 커플링제를 선택적으로 흡착시킨 후, 이를 다시 금속 시드용액에 침지시켜 SiO2 표면에만 금속 시드층을 형성할 수 있다.
The coupling agent may be SiO 2 Lt; RTI ID = 0.0 > layer. Therefore, the substrate on which SiO 2 is formed is reacted with the coupling agent to selectively adsorb the coupling agent only on the SiO 2 surface, and then the substrate is immersed in the metal seed solution to form the metal seed layer only on the SiO 2 surface.
이때, 상기 커플링제는 3-아미노프로필트리에톡시실레인, 4-아미노프로필트리메톡시실레인 및 4-아미노부틸트리메톡시실레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아미노알킬실레인 군을 사용할 수 있으나, 상기 커플링제가 이에 제한되는 것은 아니다.
Wherein the coupling agent comprises at least one aminoalkylsilane group selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 4-aminopropyltrimethoxysilane and 4-aminobutyltrimethoxysilane, But the coupling agent is not limited thereto.
본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2의 금속 시드 층으로부터 환원제 및 금속 전구체가 포함된 용액을 이용하여 나노와이어를 성장시키는 단계이다. In the method for fabricating a metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention, the step 3 is a step of growing a nanowire from the metal seed layer of the step 2 using a solution containing a reducing agent and a metal precursor.
구체적으로는, 금속 시드층이 형성된 기판을 환원제 및 금속전구체가 포함된 용액에 침지시키면, 금속 시드 층에 금속 전구체가 환원되면서 금속 나노와이어가 성장하는 단계이다.
Specifically, when a substrate on which a metal seed layer is formed is immersed in a solution containing a reducing agent and a metal precursor, a metal precursor is reduced on the metal seed layer to grow metal nanowires.
종래에는, 금속 나노와이어를 합성한 후, 다시 이를 잉크 또는 페이스트화 하여 기판에 전면코팅을 실시하여 공정이 복잡하였다. Conventionally, the process has been complicated by synthesizing metal nanowires and then coating them on the substrate by making them ink or paste.
반면, 본 발명에 따른 투명전극 제조방법에서는 직접 기판 위에 금속 나노와이어를 성장시키기 때문에 공정이 간단하며, 기판에 직접 나노와이어를 성장시키기 때문에 기판과 금속 나노와이어 간의 부착성을 향상시킬 수 있다.
On the other hand, in the method of manufacturing a transparent electrode according to the present invention, since the metal nanowires are directly grown on the substrate, the process is simple and the adhesion between the substrate and the metal nanowires can be improved by growing the nanowires directly on the substrate.
상기 단계 3의 금속 나노와이어의 성장은 상기 단계 3의 용액에 리간드를 더 포함하여 수행할 수 있다. The growth of the metal nanowires of step 3 may be carried out by further including a ligand in the solution of step 3 above.
상기 리간드는 노출된 금속 시드 층과 강한 결합을 할 수 있다. 따라서, 금속 시드층의 하부 부분은 강한 결합을 하고 있는 리간드가 없으므로, 금속 시드층이 형성된 기판을 상기 리간드, 환원제 및 금속전구체가 포함된 용액에 침지시키면, 노출된 금속 시드 층은 리간드와 먼저 강한 결합을 유지하고 있어 금속 전구체와의 결합을 막고, 금속 시드 층의 하부부분으로부터 수직으로 금속 나노와이어가 성장할 수 있다. 즉, 금속 나노와이어는 SiO2 층과 금속 시드 층 사이의 계면에서 계속 성장할 수 있다.
The ligand can make strong bonds with the exposed metal seed layer. Therefore, when the substrate on which the metal seed layer is formed is immersed in a solution containing the ligand, the reducing agent, and the metal precursor, the lower part of the metal seed layer has no strong binding ligand. Thus, Bonding can be maintained to prevent bonding with the metal precursor, and metal nanowires can grow vertically from the lower portion of the metal seed layer. That is, the metal nanowires are made of SiO 2 Lt; RTI ID = 0.0 > metal seed layer. ≪ / RTI >
이때, 상기 리간드는 mercapto aliphatic acid 및 mercapto aromatic acid으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 상기 리간드는 4-mercaptobenzoic acid, 4-mercapto-2-methoxy-benzoic acid 및 3-mercaptopropionic acid로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 리간드가 이에 제한되는 것은 아니며, 형성하고자 하는 금속 전극과 강한 결합을 할 수 있는 리간드를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
At this time, the ligand may be at least one selected from the group consisting of mercapto aliphatic acid and mercapto aromatic acid. The ligand may be 4-mercaptobenzoic acid, 4-mercapto-2-methoxy-benzoic acid and 3-mercaptopropionic acid But the ligand is not limited thereto, and a ligand capable of strong binding with a metal electrode to be formed can be appropriately selected and used.
상기 단계 3의 환원제는 금속 전구체로부터 금속을 환원시켜, 금속 나노와이어가 성장할 수 있도록 한다. The reducing agent in step 3 reduces the metal from the metal precursor so that the metal nanowires can grow.
이때, 상기 환원제는 L-아스코르브산, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 보로하이드라이드, 하이드라진, 구연산 또는 그 염 및 환원당으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 환원제가 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, the reducing agent may be at least one selected from the group consisting of borohydride, hydrazine, citric acid or its salt and reducing sugar of L-ascorbic acid, alkali metal or alkaline earth metal, but the reducing agent is not limited thereto .
상기 단계 3의 금속 전구체는 AgNO3, AgCl, AgNO3, HAuClO4, H2PtCl6 및 H2Pt(OH)6 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 금속 전구체가 이에 제한되는 것은 아니다.
The metal precursor of step 3, AgNO 3, AgCl, AgNO 3, HAuClO 4, H 2 PtCl 6 And H 2 Pt (OH) 6 may be used, but the metal precursor is not limited thereto.
한편, 상기 단계 1의 SiO2 패턴을 형성한 후, O2 플라즈마 또는 UV오존처리를 5분 내지 1시간 동안 수행하여 표면을 친수성으로 만드는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include the step of forming the SiO 2 pattern of the step 1, followed by O 2 plasma or UV ozone treatment for 5 minutes to 1 hour to make the surface hydrophilic.
표면을 친수성으로 만드는 경우, 커플링제가 더욱 용이하게 SiO2 상에만 흡착할 수 있다.
When the surface is made hydrophilic, the coupling agent can be more easily adsorbed only on SiO 2 .
또한, 상기 단계 3의 나노와이어를 성장시킨 후, 고분자 보호막을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. The nanowire of the step 3 may be grown and then coated with a polymer protective film.
고분자 보호막을 상기 단계 3의 나노와이어 투명전극 위로 코팅하는 경우에, 금속 나노와이어와 기판과의 접착성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
When the polymer protective film is coated on the nanowire transparent electrode of step 3, the adhesion between the metal nanowire and the substrate can be further improved.
이때, 상기 고분자는 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스, 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 유도체, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리퍼퓨릴알콜, 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 고분자가 이에 제한되는 것은 아니다.
The polymer may be selected from the group consisting of polyurethane, polyether urethane, polyurethane copolymer, cellulose acetate, cellulose, acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cellulose derivatives, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, , Polyvinyl acetate copolymer, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyperfuryl alcohol, polystyrene, polystyrene copolymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, At least one member selected from the group consisting of polycarbonate, polyvinyl chloride, polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer and polyamide may be used, It is not.
한편, 상기 단계 2의 금속 시드 층의 금속과, 상기 단계 3의 금속 나노와이어의 금속은 동일한 것일 수 있다.
On the other hand, the metal of the metal seed layer of step 2 and the metal of the metal nanowire of step 3 may be the same.
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
상기 제조방법에 따라 제조되는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극을 제공한다.
The present invention provides a metal nanowire transparent electrode having a pattern formed according to the above manufacturing method.
본 발명에 따른 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극은, SiO2로 패턴된 기판상에 금속 시드(seed)층을 형성하여 금속 나노와이어를 성장시킴으로써, 종래 금속 나노와이어를 먼저 합성하고 이를 코팅 후 패터닝 하던 것과 달리, 복잡하고 어려운 공정이 요구되지 않아 간편하게 제작될 수 있어 저렴한 가격으로 제공할 수 있다. The metal nanowire transparent electrode having a pattern according to the present invention can be produced by first forming a metal nanowire by forming a metal seed layer on a substrate patterned with SiO 2 so as to synthesize a conventional metal nanowire, Unlike the conventional method, since complicated and difficult process is not required, it can be manufactured easily and can be provided at a low price.
또한, 기판 상에서 직접 나노 와이어가 합성되므로, 기판과 나노 와이어간의 접착성이 증대되고, 미리 패턴이 형성되어 있어 부착성과 전극 패턴성이 모두 향상된 금속 나노와이어 투명전극을 제공할 수 있다.
In addition, since the nanowires are directly synthesized on the substrate, the adhesion between the substrate and the nanowires is increased, and a metal nano wire transparent electrode having both a good adhesion and an improved electrode patternability can be provided.
<실시예 1>≪ Example 1 >
단계 1: 유리기판상에 전극패턴과 반대되는 영역에 포토레지스트층을 형성시켜 SiO2층의 노출을 방지하고, 반대로 원하는 패턴의 유리표면 SiO2 층은 노출시켰다. Step 1: A photoresist layer was formed on the glass substrate in a region opposite to the electrode pattern to prevent exposure of the SiO 2 layer, and conversely, the glass surface SiO 2 layer of the desired pattern was exposed.
노출된 SiO2층을 O2플라즈마 또는 UV오존처리를 10분 동안 수행하여 표면을 친수성으로 만들었다.
The exposed SiO 2 layer was treated with O 2 plasma or UV ozone for 10 minutes to make the surface hydrophilic.
단계 2: 5 내지 10mM의 3-아미노프로필트리에톡시실레인(APTES) 커플링제에 상기 단계 1의 SiO2가 형성된 기판을 0.5 내지 1시간 동안 반응시켜 SiO2 표면에만 APTES를 선택적으로 흡착시켰다.
Step 2: reacting the ethoxy silane (APTES) substrate on which the SiO 2 in the step formed on the coupling agent to the 3-aminopropyl of from 5 to 10mM for 0.5 to 1 hour SiO 2 APTES was selectively adsorbed only on the surface.
sodium citrate tribasic dihydrate 수용액에 안정화된 은 시드(seed) 용액 에 2시간 동안 담궈둔 후 초순수에 2회 정도 수세시켜 APTES 표면에만 은 시드층을 형성하였다.
sodium citrate tribasic dihydrate was immersed in a silver seed solution stabilized in an aqueous solution for 2 hours and then rinsed twice with ultrapure water to form a seed layer only on the APTES surface.
단계 3: 은 시드층이 형성된 기판을 4-mercaptobenzoic acid (MBA)리간드 30 mM 와 L-ascorbic acid 환원제 260 mM 및 금속 전구체 AgNO3 100 mM 가 포함된 용액에 15 내지 30분 동안 침지하여 은 시드층으로부터 은 나노 와이어를 성장시켰다.
Step 3: Silver substrate was immersed in a solution containing 30 mM of 4-mercaptobenzoic acid (MBA) ligand, 260 mM of L-ascorbic acid reducing agent and 100 mM of metal precursor AgNO 3 for 15 to 30 minutes to form silver seed layer To grow the silver nanowires.
성장이 완료된 후, 초순수에 2 내지 3회 정도 세척한 후 건조시켜 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 제조하였다.
After the growth was completed, the substrate was washed with ultrapure water two to three times, and then dried to produce a patterned metal nanowire transparent electrode.
<실시예 2>≪ Example 2 >
상기 실시예 1의 단계 3에서 3-mercaptopropionic acid 리간드를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 3-mercaptopropionic acid ligand was used in Step 3 of Example 1 to prepare a patterned metal nanowire transparent electrode.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
단계 1: 에틸렌 글리콜 환원 방법을 이용하여 은 나노와이어를 합성하였다. Step 1: Silver nanowires were synthesized by the ethylene glycol reduction method.
단계 2: 상기 은 나노와이어를 톨루엔에 혼합하여 유리기판에 도포한 후, 기판을 가열하여 톨루엔을 제거하고, 은 나노와이어 투명전극 층을 제조하였다.
Step 2: The silver nanowires were mixed with toluene and applied to a glass substrate, and then the substrate was heated to remove toluene to prepare a silver nanowire transparent electrode layer.
단계 3: 상기 은 나노와이어 투명전극에 포토리소그래피 공정을 통해 레이저를 조사하여 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 제조하였다.
Step 3: The silver nanowire transparent electrode was irradiated with a laser through a photolithography process to produce a patterned metal nanowire transparent electrode.
<실험예 1><Experimental Example 1>
상기 실시예 1에서 제조된 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극을 관찰하기 위하여, 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하고 그 결과를 도 3에 도시하였다. In order to observe the metal nanowire transparent electrode having the pattern formed in Example 1, it was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the result is shown in FIG.
도 3에 도시한 바와 같이, 은 나노 와이어가 기판상에 일정하면서도 조밀하게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 3, it can be seen that the silver nanowires are formed uniformly and densely on the substrate.
이와 같이, 간단한 용액공정으로도 부착성이 향상되고 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극의 제조가 가능함을 알 수 있다.
Thus, it can be seen that the adhesion can be improved by a simple solution process, and a metal nanowire transparent electrode having a pattern can be produced.
<실험예 2><Experimental Example 2>
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조된 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극의 특성을 관찰하기 위하여, 4 포인트 프로브 방식의 기기(MODEL SRM-232장비)를 사용하여 면 저항을 측정하였고, 투과도 측정장비(NDH 5000W)를 이용하여 550nm 파장에서 투과도를 측정하였으며, 3M 테이프를 이용한 필링-오프 테스트를 통해 부착성을 눈으로 확인하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
In order to observe the characteristics of the metal nanowire transparent electrode formed with the patterns produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the surface resistance was measured using a 4-point probe type device (MODEL SRM-232 equipment) The transmittance was measured at a wavelength of 550 nm using a permeability measuring instrument (NDH 5000W), and the adhesion was visually confirmed by peeling-off test using a 3M tape. The results are shown in Table 1.
(부착성 판단기준은 ×: 불량, △: 중간, ○: 양호로 나타내었다.)
(Judgment criterion of adhesion is represented by x: poor,?: Middle, and?: Good).
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 은 나노와이어 투명전극을 제조한 실시예 1 및 실시예 2의 경우가, 기존의 은 나노와이어 합성 후 이를 다시 기판상에 코팅하여 제조하는 비교예 1의 경우보다 면저항 및 투과율에 다른 투명전극의 특성이 우수한 것으로 나타났다. As shown in Table 1, the cases of Example 1 and Example 2 in which silver nanowire transparent electrodes were produced according to the present invention were compared with those of Comparative Example 1 in which conventional silver nanowires were synthesized by coating them on a substrate again The characteristics of the transparent electrode differing in the sheet resistance and the transmittance were superior.
부착성 면에서도, 은 나노와이어를 기판 상에 직접 성장시킨 실시예 1 및 2의 경우가 비교예 1의 경우보다 우수한 것으로 나타났다. From the viewpoint of adhesion, it was also found that Examples 1 and 2 in which silver nanowires were directly grown on a substrate were superior to those of Comparative Example 1.
이를 통해, 본 발명에 따라 제조된 투명전극의 전기적 특성 및 전극으로서의 부착성이 우수하면서도, 간편하며 저렴한 방법으로 제조할 수 있음을 알 수 있다.
As a result, it can be seen that the transparent electrode manufactured according to the present invention can be manufactured in a simple and inexpensive manner, while having excellent electrical characteristics and adhesion as an electrode.
Claims (13)
상기 단계 1의 SiO2 패턴 상에 금속 시드(seed) 층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 금속 시드 층으로부터 환원제 및 금속 전구체가 포함된 용액을 이용하여 나노와이어를 성장시키는 단계(단계 3);를 포함하되,
상기 단계 2의 금속 시드 층의 형성은 커플링제를 이용하여 수행되고,
상기 커플링제는 3-아미노프로필트리에톡시실레인, 4-아미노프로필트리메톡시실레인 및 4-아미노부틸트리메톡시실레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아미노알킬실레인인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법.
Forming a SiO 2 pattern on the substrate (step 1);
Forming a metal seed layer on the SiO 2 pattern of step 1 (step 2); And
Growing a nanowire from the metal seed layer of step 2 using a solution containing a reducing agent and a metal precursor (step 3)
The formation of the metal seed layer in the step 2 is carried out using a coupling agent,
Wherein the coupling agent is at least one aminoalkylsilane selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 4-aminopropyltrimethoxysilane, and 4-aminobutyltrimethoxysilane. Wherein the metal nanowire has a pattern formed thereon.
상기 단계 1의 SiO2 패턴을 형성한 후, O2 플라즈마 또는 UV오존처리를 5분 내지 1시간 동안 수행하여 표면을 친수성으로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of forming an SiO 2 pattern of the step 1 and then performing O 2 plasma or UV ozone treatment for 5 minutes to 1 hour to make the surface hydrophilic. Gt;
상기 단계 2의 금속은 귀금속류인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal of step 2 is a precious metal.
상기 귀금속류는 백금, 금, 은 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the precious metals are at least one selected from the group consisting of platinum, gold, silver and copper.
상기 단계 3의 금속 나노와이어의 성장은 상기 단계 3의 용액에 리간드를 더 포함하여 수행하며,
상기 리간드는 mercapto-aliphatic acid 및 mercapto-aromatic acid으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The growth of the metal nanowires of step 3 is carried out by further comprising a ligand in the solution of step 3,
Wherein the ligand is at least one selected from the group consisting of mercapto-aliphatic acid and mercapto-aromatic acid.
상기 단계 3의 금속 나노와이어의 성장은 상기 단계 3의 용액에 리간드를 더 포함하여 수행하며,
상기 리간드는 4-mercaptobenzoic acid, 4-mercapto-2-methoxy-benzoic acid 및 3-mercaptopropionic acid로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The growth of the metal nanowires of step 3 is carried out by further comprising a ligand in the solution of step 3,
Wherein the ligand is at least one selected from the group consisting of 4-mercaptobenzoic acid, 4-mercapto-2-methoxy-benzoic acid and 3-mercaptopropionic acid.
상기 단계 3의 환원제는 L-아스코르브산, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 보로하이드라이드, 하이드라진, 구연산 또는 그 염 및 환원당으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reducing agent in step 3 is at least one selected from the group consisting of borohydride, hydrazine, citric acid or its salt and reducing sugar of L-ascorbic acid, alkali metal or alkaline earth metal, Gt;
상기 단계 3의 금속 전구체는 AgNO3, AgCl, AgNO3, HAuClO4, H2PtCl6 및 H2Pt(OH)6 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노 와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The metal precursor of step 3, AgNO 3, AgCl, AgNO 3, HAuClO 4, H 2 PtCl 6 And H 2 Pt (OH) 6. The method for manufacturing a transparent electrode of a metal nanowire according to claim 1,
상기 단계 3의 나노와이어를 성장시킨 후, 고분자 보호막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of claim 1, further comprising the step of growing a nanowire of step 3 and then coating a polymer protective layer.
상기 고분자는 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스, 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 유도체, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리퍼퓨릴알콜, 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법.
11. The method of claim 10,
The polymer may be selected from the group consisting of polyurethane, polyether urethane, polyurethane copolymer, cellulose acetate, cellulose, acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cellulose derivatives, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyacrylic copolymer, poly Vinyl acetate copolymer, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyperfuryl alcohol, polystyrene, polystyrene copolymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate Wherein the metal nanowires are at least one selected from the group consisting of polyvinyl chloride, polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer and polyamide. A transparent electrode method.
상기 단계 2의 금속 시드 층의 금속과, 상기 단계 3의 금속 나노와이어의 금속은 동일한 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속 나노와이어 투명전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal of the metal seed layer of step 2 and the metal of the metal nanowire of step 3 are the same.
A metal nanowire transparent electrode having a pattern formed according to the manufacturing method of claim 1.
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