KR101676369B1 - 다공성 기판 상에 나노 조직화된 전극의 제조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노와이어 제조방법 및 전기화학적 장치의 전극의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 나노와이어의 제조방법은 a) 홀 개구부를 포함하는 매트릭스면 중 하나의 면에, 26 부피% 이상의 다공성을 갖고, 가장 작은 크기가 적어도 매트릭스 홀의 직경과 같은 전도성 물질의 나노입자로서, 상기 나노입자가 서로 전기적 접속을 하는 전도성 물질의 나노입자를 포함하는, 적어도 하나의 다공성 층을 증착하는 단계, b) 상기 매트릭스 홀에 나노와이어를 성장시키는 단계, 및 c) 상기 매트릭스를 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명은 특히 전기화학적 장치 분야에 적용된다.

Description

다공성 기판 상에 나노 조직화된 전극의 제조{PRODUCTION OF NANO-ORGANIZED ELECTRODES ON POROUS SUBSTRATE}
본 발명은 나노와이어의 제조방법 및 전극의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 나노와이어의 제조방법에 의해 수득된 전극 및 상기 전극을 포함하는 전기적 방법 장치, 예를 들어 연료 전지와 같은 전기적 방법 장치에 관한 것이다.
연료 전지, 배터리, 가스센서 등과 같은 에너지 관련 기술은 흔히 이종의 가스-고체 또는 액체-고체 반응에 기초하며, 반응물 및 반응 산물의 매우 우수한 순환을 요구한다.
상기 장치(연료 장치, 배터리, 가스센서)는 산화환원 반응에 기초하며 반응물 및 반응 산물의 우수한 순환을 가능하게 해야 하는 전극을 포함한다.
상기 전극은 특히 전극의 요소 중 하나에 증착된 촉매를 포함한다.
상기 촉매의 효율을 최적화하기 위하여, 나노미터 스케일로 조직된 나노 전극이 많은 적용에 점점 더 유리해지고 있다.
이는 종래의 촉매 증착 기술이 일반적으로 완벽하게 제어된 3차원 구조의 수득에, 크기에 있어서도, 촉매 분산에 있어서도 적합하지 않기 때문이다.
상기 단점을 극복하기 위하여, 최(Choi) 등은 "Pt nanowires prepared via a polymer template method: Its promise toward high Pt-loaded electrocatalysts for methanol oxidation", Electrochimica Acta 53 (19) : 5804-5811, 2008에서 기판 상에 증착될 백금 나노와이어 제조에서의 매트릭스의 사용을 제안하였다.
상기 방법에서, 폴리카보네이트 매트릭스는 제조되고, 두께 방향으로 천공되어 매트릭스의 두 반대 표면 상에 오픈 홀을 형성한다.
백금 촉매는 상기 매트릭스의 홀 안에서 백금염의 전기화학적 환원에 의해 성장한다.
그러나, 상기 방법은 밀집되고, 균일하고 충분히 두꺼운 전도성 물질의 층을 홀의 오리피스가 열린 매트릭스의 면 중 하나에 증착해야 하기 때문에 주요 한계점을 갖는다.
상기 층을 증착하여 매트릭스의 홀의 일단을 막고 매트릭스의 홀 내부에만 금속 구조가 성장하게 해야 한다.
그 다음에, 매트릭스는 파괴되고, 금속 구조 (나노와이어)(칼럼)가 수직으로 배열된 금속층만 남는다.
사실, 흔히 증착되는 금(gold) 층과 같은 밀집되고 균일한 금속층은 반응물 및 반응 산물의 우수한 순환에 필요한 유체의 적절한 순환을 가능하지 않게 한다.
최(Choi) 등이 제한한 한 방법은 금속층으로부터 수득한 모든 나노와이어를 분리하고 유기 바인더를 함유하는 용액 속의 현탁액에 넣고, 이 현탁액을 일반적으로 비다공성인 기판에 증착하는 것이다.
그러나, 상기 방법은 원래의 나노-조직을 보존하기에 적합하지 않다.
다른 방법은 다공성 기판 상의 금속 와이어가 수득되게는 하나, 와이어의 크기(size)나 분산은 쉽게 제어되지 않는다.
이러한 방법은 백금 또는 티타늄 거즈 또는 카본펠트 상에 나노와이어가 성장하게 하기를 포함한다.
상기 방법은 특히 이(Lee) 등의 "Growing Pt nanowires as a densely packed array on metal gauze", Journal of the American Chemical Society 129 (35): 10634, 2007 에 개시되어 있다.
선행기술의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명은 다공성 지지체에 대하여 수직으로 배향된 나노와이어의 나노-조직화된 증착물의 제조, 상기 다공성 지지체-나노와이어 조합이 전극 제조에 바로 사용되는 제조를 제안한다.
상기 목적을 위하여, 본 발명은 매트릭스의 관통홀에 나노와이어를 성장시키는 단계, 및 매트릭스를 제거하는 단계를 포함하는 나노와이어의 제조방법을 제안하며, 상기 방법은
a) 홀 개구부를 포함하는 매트릭스면 중의 하나의 면에, 26 부피% 이상(equal to or higher than)의 다공성을 갖고, 가장 작은 크기(dimension)가 적어도 매트릭스 홀의 직경과 같은 전도성 물질의 나노입자로서, 상기 나노입자가 서로 전기적 접속을 하는 전도성 물질의 나노입자를 포함하는, 적어도 하나의 다공성 층을 증착하는 단계,
b) 상기 매트릭스 홀에 나노와이어를 성장시키는 단계, 및
c) 상기 매트릭스를 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에서, 상기 다공성 층의 나노입자의 밀도는 적어도 상기 홀의 밀도와 같다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 나노와이어 제조방법은 상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에, 상기 a) 단계에서 수득된 적어도 하나의 나노입자층으로 덮인 매트릭스의 면을 상기 a) 단계에서 형성된 나노입자층의 다공성보다 높은 다공성을 갖는 다공성 지지체와 어셈블링하는 a1) 단계를 더 포함한다. 상기 다공성 지지체는 전기 전도성 물질로 형성되고, a) 단계에서 증착된 적어도 하나의 나노입자층의 나노입자와 전기적으로 접속한다.
또한, 바람직하게는, a) 단계에서 나노입자는 서로 간 전기적 접속을 유지하며, 바인더에 의해 매트릭스의 면에 고정된다.
본 발명에 의한 나노와이어를 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 전극은 양자 전도성 멤브레인과 바로 접합되어 한 면에 수소를 갖는 전지를 제조할 수 있거나, 이온 전도성 멤브레인과 바로 접합되어 배터리를 제조할 수 있다.
반쪽 전지 어셈블리의 전극으로 수득된 결과는, 특히 최적의 운영을 위해 요구되는 백금의 양을 감소시킨다는 관점에서 많은 이점을 보여준다.
상기 경우에, 바람직하게는, 바인더는 불소화 중합체, 전자재료용 중합체(electronic polymers), 폴리비닐 아세테이트 및 그 혼합물로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 나노입자는 카본블랙, 전도성 산화물, 전도성 중합체, 금속 및 그 혼합물로부터 선택된다.
다공성 지지체는 바람직하게는 금속 거즈(metal gauze), 탄소직물(carbon fabrics) 또는 카본펠트(carbon felts), 및 전도성 물질의 펠트로부터 선택된다.
바람직하게는, 매트릭스는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 나일론, 니트로셀룰로스 에스테르, 술폰화 에스테르, 셀룰로스 아세테이트 및 그 혼합물로부터 선택된다.
또한, 바람직하게는, 나노와이어는 금속, 금속 산화물, 또는 전도성 중합체로 형성된다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 방법에서, b) 단계는 전기화학적 증착 단계이다.
또한, 바람직하게는, b) 단계에서, 나노입자층을 갖는 매트릭스는 압축, 가열, 고온 압축, 인시튜 중합(in situ polymerization), 그래프팅(grafting) 또는 기계적 본딩(mechanical bonding)에 의하여 다공성 지지체에 접합된다.
본 발명은 또한 전기화학적 장치의 전극의 제조방법을 제안하는데, 상기 방법은 본 발명의 방법에 따른 나노와이어 제조단계를 포함한다.
하기 설명을 통하여 본 발명이 보다 잘 이해될 것이며, 본 발명의 다른 특징 및 장점이 더 분명해질 것이다.
본 발명의 나노와이어의 제조방법은 하부면의 홀을 막기 위하여, 홀이 가로지르는 매트릭스의 한 면, 즉 홀이 열린 면에 층을 증착하는 단계, 면 중 하나가 막힌 매트릭스의 홀에 나노와이어가 성장하게 하는 단계, 및 매트릭스를 제거하는 단계를 포함한다.
홀의 단부 중 하나를 막기 위해 필요한 매트릭스의 면에 증착된 층의 다공성의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노입자가 매트릭스를 통과하는 것을 방지하고 매트릭스의 표면에 분배되게 하여 모든 홀을 막기 위하여, 가장 작은 크기가 적어도 매트릭스의 홀의 가장 큰 크기와 같은 나노입자를 이용하여 이 홀을 막는 것을 제안한다.
매트릭스의 홀은 매트릭스의 두께를 수직으로 천공한다.
본 발명의 문맥에서, 나노입자는 가장 큰 크기가 500nm보다 작은 입자 또는 입자의 응집체, 또는 입자 응집체의 응집체를 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예인 금속 나노와이어의 제조를 위하여, 증착된 나노입자층은 전류가 매트릭스에 분산된 모든 나노입자로 흘러가도록 해야 한다.
이 우수한 전류 분배 및 이에 따른 전체 층에의 우수한 전기 퍼콜레이션(percolation)을 수득하기 위하여, 나노입자는 직접적 접속 또는 다른 물질을 통한 간접적 접속에 의하여 서로 전기적으로 연결되어야 한다.
따라서, 본 발명에서는 적층된 나노입자의 단층 또는 복수층이 증착될 수 있다.
물리적, 형태적, 크기, 비표면적 및 밀도 특성은 다공성 층을 제조하는 데 고려해야 할 필수 특징이다.
사실, 모든 경우에, 나노입자층이 성장하는 나노와이어를, 특히 전극에 사용하기 위하여, 나노와이어가 성장하는 나노입자층의 어셈블리는 다공성이어야 하고, 전기적으로 전도성이어야 하는데, 이는 나노입자에 의해 형성된 층 역시 다공성이어야 한다는 것을 뜻한다. 보다 자세하게, 상기 어셈블리는 26부피%와 같거나 그보다 큰 다공성을 가져야 한다. 즉, 나노입자층의 열린 기공의 부피가 메조기공 (2 내지 50nm) 및 매크로기공 (＞50nm) 범위의 기공을 갖는 동시에 이 층의 총 부피의 적어도 26%를 차지하여야 한다. 다공성은 무게달기에 의해 측정된다.
상기 나노입자는 전기적으로 전도성인 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 나노입자는 카본블랙, IrO2, SnO2, TiO2, ITO, TiC와 같은 전도성 산화물, 폴리비닐 피롤린(PVP), 폴리아닐린(PANI) 및 폴리피롤(PPY)과 같은 전도성 중합체의 중합체, 또는 Ti, Ag 및 Au와 같은 금속으로 형성된다.
다공성 매트릭스의 면에 증착된 적어도 하나의 층을 형성하는 나노입자는 전류 분배를 위하여 홀 및 큰 입자를 막는, 예를 들어 작은 입자의 넓은 크기 분산을 가질 수 있다.
예를 들어, 시판되는 매트릭스는 10nm 내지 500nm 이상의 범위의 홀 직경 및 4.104 내지 6.108 홀/cm2의 밀도를 갖는다.
사용되는 나노입자의 크기는 홀의 직경 및 밀도에 맞춰져야 한다.
80nm 직경의 4.108/cm2을 갖는 매트릭스에 있어서, 전도성 물질의 나노입자의 가장 작은 크기는 나노입자가 홀의 오리피스를 막을 수 있도록 적어도 80nm과 같아야 한다.
또한, 매트릭스는 26%와 같거나 그보다 큰 열린 다공성 및 4.104보다 높은 기공 밀도를 가져야 한다.
홀은 매트릭스에 항상 균일하게 분배되지는 않기 때문에, 나노입자의 크기를 홀 직경에 최대한 가깝게 선택하는 것이 바람직하다: 이것들은 상술한 작은 입자이다.
상기 나노입자는 서로 접속해야 하며, 이 접속은 전류 분배를 위하여, 큰 입자, 즉 가장 큰 크기가 약 200nm인 입자를 첨가함으로써 달성될 수 있다.
다시 한번, 이것들은 개별적 나노입자 또는 나노입자의 응집체일 수 있다.
따라서, 상술한 80nm 직경의 4.108 홀/cm2을 갖는 매트릭스인 GE Osmomic (Part #1222093), model #KN8CP04700) 타입의 상업적 폴리카보네이트 매트릭스를 위하여, 선택된 나노입자는 약 200nm의 평균 크기를 갖는 응집체를 형성하는 직경 30 내지 50nm의 구형(spherical) 나노입자를 포함하는 Vulcan XC-72R 타입의 카본블랙 입자였다.
상기 카본블랙 나노입자를 적절하게 분산시키기 위하여, 그리고 어떤 나노입자도 분산시키기 위하여, 상기 나노입자의 분산액을 액체 배지(liquid medium)에서 제조할 필요가 있다.
카본블랙 나노입자의 경우, 현탁액을 물과 에탄올의 혼합물에 제조하였다.
이어서, 현탁액을 초음파 수조에서 균질화한 뒤, 흡입에 의해 매트릭스에 증착하였다.
상기 매트릭스는 용매가 흐르는 필터의 역할을 한다.
이 흡입 증착법(suction deposition)은 나노입자의 구성 물질에 관계없이, 모든 타입의 나노입자를 증착하는데 사용될 수 있다.
특히 카본블랙 나노입자의 경우, 카본블랙 나노입자가 매트릭스의 표면에 남아있다.
확실히, 코팅 또는 분무에 의한 현탁액의 증착과 같은 다른 방법은 매트릭스 표면에 나노입자를 증착하는데 사용될 수 있다.
나노입자는 그 자체로 구형, 바늘형 등과 같은 형태를 가질 수 있다.
나노입자층의 응집력을 유지하고 나노입자층이 증착된 매트릭스의 면과의 결합을 유지하기 위하여, 흔히 매트릭스의 면의 입자를 제자리에 유지해주는 바인더를 사용할 필요가 있다.
사실, 건조 또는 다른 수단에 의해 현탁액으로부터 용매가 증발한 후, 나노입자층은 매트릭스의 면에 유지되어야 한다.
매트릭스에 증착된 나노입자층의 다공성 구조를 유지하기 위하여 바인더는 불연속 층을 형성해야 한다. 이 바인더는 전도성일 수 있으며 그 결과 나노입자의 전기적 연결을 가능하게 할 수 있다.
첨가되는 바인더의 양은 나노입자층의 성질에 의해 결정되며, 특히 층의 크기, 두께에 의해 결정된다.
이 바인더는 일반적으로 중합체 바인더이고, 여기서도, 첨가되는 바인더의 질은 중합체 사슬의 길이, 사용되는 나노입자와 바인더의 친화도, 즉 사용되는 나노입자를 습윤할 용량, 및 원하는 최종 다공성에 의해 결정된다.
바인더는 나노와이어 제조공정 내내 그 특성을 보존해야 하는데, 이는 바인더가 나노와이어의 제조에 사용되는 용매와의 화학적 양립성 및 나노와이어의 사용의 의도된 조건에 대한 화학적 안정성을 가질 것을 요구한다.
사실, 하기와 같이, 본 발명에서는 나노와이어는 선행기술에서처럼 나노입자 지지체 층으로부터 분리되지 않고, 이 층과 함께 사용된다.
또한, 바인더는 매트릭스 용해 단계를 견뎌야 한다.
따라서, 다양한 중합체가 바인더로 사용될 수 있다. 그 중에서도, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)와 같은 플루오르화 중합체, 폴리아닐린(PANI), 폴리피롤(PPy)과 같은 전기적으로 전도성인 중합체, 또는 폴리비닐 아세테이트(PVA)와 같은 다른 중합체를 언급할 수 있다.
바인더는 나노입자층의 증착 후와 용매의 증발 후에 도포될 수 있다.
그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 바인더를 우선 나노입자와 혼합하는데, 이는 나노입자를 바인더와 친밀하게 혼합되게 하고, 매트릭스에 나노입자의의 고정을 촉진하며, 나노입자의 다공성을 제한할 연속층의 제조를 방지한다.
상술한 GE 타입의 상업적 폴리카보네이트 매트릭스 및 상술한 Vulcan XC-72R 타입의 카본블랙 입자의 사용의 경우, 선택되는 바인더는 다양한 카본블랙 농도에 첨가되는, 물에 넣은 현탁액에 넣은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다: 바인더 플러스 카본블랙의 질량에 비하여 20 내지 70중량%의 PTFE.
PTFE는 전기적으로 절연인 중합체이기 때문에, 나노입자층의 어떤 구역의 전기 절연을 피하기 위하여, 높은 바인더 함량은 금지된다.
따라서 층의 우수한 전기 전도성, 높은 다공성 및 우수한 접착력 사이의 타협이 존재한다.
상기 실시예의 경우, PTFE의 최대 양은 나노입자 플러스 PTFE의 무게에 비하여 60중량%이다.
나노입자와 중합체 바인더로 구성된 층의 낮은 바람직한 최대 두께 (100nm 내지 10㎛)는 층이 매트릭스의 제거 후에 바로 사용되기에 충분한 기계적 특성을 항상 갖는 것은 아니라는 것을 암시한다.
따라서, 충분한 견고함과 탄탄함을 갖는, 보다 쉽게 다뤄질 수 있는 다공성 물질과, 면 중 하나에 나노입자층이 코팅된 매트릭스의 어셈블리를 준비할 필요가 있다.
이 다공성 물질은 전극 제조에도 사용될 것이기 때문에 전기적으로 전도성이어야 하고 나노입자층과 전기적으로 연결되어야 한다. 그러므로 이 다공성 물질은 나노입자 간의 전기적 접속을 위한 역할을 할 수 있다.
게다가, 지지체 물질은 방법의 나머지와, 그리고 특히 매트릭스의 제거 및 원하는 적용과 우수한 화학적 양립성을 가져야 한다.
상기 지지체 물질은 매우 다양한 다공성 구조를 가질 수 있다. 단, 그 다공성은 나노입자층의 다공성보다 높아야 한다. 선행기술에서처럼, 금속 거즈, 예를 들어 Ti, Cu, Ni, Ir, Ta, Zr로 형성된 금속 거즈, 탄소직물, 쉽게 다룰 수 있는 만족스러운 기계적 특성을 갖는 금속 펠트와 같은 전도성 물질의 펠트를 사용할 수 있다.
지지체 물질의 기공의 크기 (평균 직경)는 나노입자를 포함하는 층의 우수한 접착력 및 사용되는 전체 표면에 우수한 전류 분배를 가지게 해야 한다.
나노와이어는 예를 들어 전기화학적 증착에 의해 매트릭스의 홀에서 성장하고, 그 다음에 매트릭스는 제거된다.
다공성 지지체-나노입자층 조합 또는 나노와이어가 성장하는 나노입자층, 또는 단순하게, 충분히 단단할 때, 나노와이어가 성장하는 나노입자층은 특히 연료전지의 전극 물질로서 사용된다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 모범적 실시예를 설명한다.
실시예:
4.108 홀/cm2 및 80nm의 홀 직경을 갖는 폴리카보네이트 GE Osmomic 타입의 매트릭스 (Part #1222093), model #KN8CP04700)를 Vulcan XC-72R 타입의 카본블랙 나노입자로 코팅하였다.
나노입자는 30 내지 50nm의 구형 나노입자의 혼합물인데, 그 중 몇은 약 200nm의 최대 크기를 갖는 응집체를 형성한다.
이 목적을 위하여, 카본블랙 나노입자를 물-에탄올-PTFE 혼합물에 넣은 현탁액에 넣었다.
현탁액을 초음파 수조에서 균질화한 뒤, 홀 오리피스를 포함하는 매트릭스의 면에 흡입에 의하여 배치하였다.
PTFE의 양은 카본 나노입자 플러스 PTFE의 총 중량의 60중량%였다. 이 실시예에서, 총 중량은 300mg였다. 카본 나노입자 120mg 및 PTFE 180mg를 사용하였다.
흡입에 의한 증착 동안, 물 및 에탄올을 제거하였다.
수득된 층의 두께는 4㎛이었고, 다공성 62.5%였다.
76%의 다공성을 갖는 탄소직물 지지체를 나노입자층 및 폴리카보네이트 매트릭스의 면에 증착된 바인더와 핫 라미네이션(hot lamination)에 의해 접합하였다.
라미네이션하는 동안 적용된 온도 및 압력은 폴리카보네이트 매트릭스에 가해질 손상을 피하는 동시에 PTFE가 전기적 접속을 증진하고 카본펠트의 섬유 사이에 삽입될 수 있도록 PTFE를 연화하도록 선택하였다.
이 실시예에서, 폴리카보네이트 연화점은 압력 0.45 MPa에 140℃, 압력 1.8 MPa에 128℃ 내지 138℃였다.
같은 조건 하에서, PTFE는 120℃ 및 54℃의 경화점을 갖는다.
따라서, 1 MPa 압력 하에서 135℃에서 150초 동안 압축하였다.
압축만, 가열만, 현장 중합, 나노섬유와의 "Velcro" 타입 연결 등과 같은 다른 접합 기술은 사용되는 중합체에 따라 가능하다.
이어서, 금속염을 전기화학적으로 환원시켰다. 이 경우 매트릭스의 홀에서 5mM H2PtCl6을 0.5M H2SO4으로 환원시켰다.
홀을 점차적으로 금속으로 채우고, 홀을 완전히 채우기 전에 반응을 멈추었다.
이어서, 매트릭스를 유기 용매, 이 경우는 디클로로메탄에 담금으로써 용해시켰다.
이는 중합체 바인더에 의해 함께 접합된 그리고 다공성 지지체 물질에 접합된 막는(plugging) 나노입자에서 성장한 금속 나노와이어를 포함하는 구조만을 남겼다.
수득된 전극은 가스 센서용 전극으로 바로 사용될 수 있다.
실시예의 전극은 샘플/Nafion membrane/제 1수은 황산염(mercurous sulfate)을 함유하는 기준전극으로 구성된 반쪽 전지를 제조하는데 사용되었다.
어셈블리를 0.5 M H2SO4로 구성된 전해질에 담갔다.
이어서, 전압전류법 측정을 수행하였다: 이 실시예의 샘플로 수득한 값은 Elat LT140EW 전극(BASF사)으로 수득한 값보다 훨씬 우수하였다. 이 상업적 전극은 성능 비교에 기준으로 널리 쓰인다. 그것은 카본+PTFE의 혼합물을 탄소직물에 증착하는 단계를 포함하는, 백금산염 카본 (Carbon Vulcan XC72R 상의 약 5nm의 직경의 백금 나노스피어, 백금 나노스피어는 백금염의 화학적 환원의 산업적 공정에 의해 수득됨) 기반 촉매를 상업적 확산층(LT1400W - BASF)에 증착하는 알려진 방법에 따라 만들어진다.
500 ㎍/cm2의 백금의 부하를 포함하는 Elat LT140EW 전극을 이용하니, 수득된 산소 환원은 이 실시예에 따라 제조한 샘플로 수득한 산소 환원과 같았는데, 백금의 부하는 312 ㎍/cm2였다.
이와 같이 수득된 전극은 양자 전도성 멤브레인과 바로 접합되어 한 면에 수소를 갖는 전지를 제조할 수 있거나, 이온 전도성 멤브레인과 바로 접합되어 배터리를 제조할 수 있다.
반쪽 전지 어셈블리의 전극으로 수득된 결과는, 특히 최적의 운영을 위해 요구되는 백금의 양을 감소시킨다는 관점에서 많은 이점을 보여준다.

Claims (12)

  1. 매트릭스의 관통홀에 나노와이어를 성장시키는 단계 및 상기 매트릭스를 제거하는 단계를 포함하는 나노와이어의 제조방법에 있어서,
    a) 홀 개구부를 포함하는 매트릭스면 중의 하나의 면에, 26 부피% 이상의 다공성을 갖고, 가장 작은 크기가 적어도 매트릭스 홀의 직경과 같은 전도성 물질의 나노입자로서, 상기 나노입자가 서로 전기적 접속을 하는 전도성 물질의 나노입자를 포함하는, 적어도 하나의 다공성 층을 증착하는 단계,
    b) 상기 매트릭스 홀에 나노와이어를 성장시키는 단계, 및
    c) 상기 매트릭스를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에, 상기 a) 단계에서 수득된 적어도 하나의 나노입자층으로 덮인 매트릭스의 면을 상기 a) 단계에서 형성된 나노입자층의 다공성보다 높은 다공성을 갖는 다공성 지지체와 어셈블링하는 a1) 단계를 더 포함하며, 상기 다공성 지지체는 전기 전도성 물질로 형성되고, a) 단계에서 증착된 적어도 하나의 나노입자층의 나노입자와 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 나노와이어의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 층의 나노입자의 밀도는 적어도 상기 홀의 밀도와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 a) 단계에서 나노입자는 서로 전기적 접속을 유지하며, 바인더에 의해 매트릭스 면에 고정되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 바인더는 불소화 중합체, 전자재료용 중합체(electronic polymer), 폴리비닐 아세테이트 및 그 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 나노입자는 카본블랙, 전도성 산화물, 전도성 중합체, 금속 및 그 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 지지체는 금속 거즈, 탄소직물(carbon fabrics) 또는 카본 펠트, 및 전도성 물질의 펠트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 나일론, 니트로셀룰로스 에스테르, 술폰화 에스테르, 셀룰로스 아세테이트 및 그 혼합물로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 나노와이어는 금속, 금속 산화물, 또는 전도성 중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, b) 단계는 전기화학적 증착 단계인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, b) 단계에서, 나노입자층을 갖는 매트릭스를 다공성 지지체에 접합하는 것은 압축, 또는 가열, 또는 고온 압축, 또는 중합 또는 인시튜 중합, 또는 그래프팅 또는 기계적 본딩에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 2항 및 제 4항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 나노와이어를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학적 장치의 전극을 제조하는 방법.
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