KR101737515B1 - 신뢰성이 향상된 나노 금속성 은의 비전해 침착방법 및 이에 따라 나노 금속성 은이 침착된 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 기판 상에 금속성 은 등을 비전해 침착(electroless deposition)시키는 것에 대한 것으로, 특히 금속성 은으로 환원될 수 있는 이온성 은을 포함하는 은용액과 상기 은용액용 환원제를 포함하는 환원용액을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 표면에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계; 및 상기 은용액과 환원용액을 기판에서 떨어진 일정한 공간에 함께 분무하는 단계를 포함하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법 및 이에 따라 나노 금속성 은이 침착된 기판에 관한 것이다. 이와 같이 은막층의 은 입자가 나노 크기로 형성되는 경우 막 치밀도가 높아 현저히 우수한 반사율을 가지며 은 도막 두께 조절 및 코팅 수율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

신뢰성이 향상된 나노 금속성 은의 비전해 침착방법 및 이에 따라 나노 금속성 은이 침착된 기판{Method for Electroless Deposition of Nano Metalic Silver With the Enhanced Reliability and Plate deposited by Nano Metalic Silver Using The same }

본 발명은 나노 금속성 은을 비전해 침착(electroless deposition)시키는 것에 관한 것으로, 특히 고 반사율 특성과 동시에 은 도막 두께 조절 및 코팅 수율을 향상 시킬 수 있도록 태양열용 반사판, 광학용 반사판에서 요구되는 비전도성 표면상에 은을 침착시키기 위한 신규의 침착방법 및 이에 따라 금속성 은이 침착된 기판에 대한 것이다.

종래에, 자동차 및 가전 부품 등의 플라스틱 성형품에 금속 광택을 부여하는 방법으로는 크게 2가지가 있으며, 이중 습식으로는 크롬 도금, 건식으로는 진공 증착법이 폭 넓게 사용되고 있다. 그러나, 상기 크롬 도금의 경우 6가 크롬에 의한 유독성 폐수가 야기되어 전세계적으로 규제가 확대되고 있으며, 진공 증착법의 경우 설비 투자비 및 설비 크기에 따른 처리량 한계로 인해 생산성이 낮다.

또한, 일반적으로 거울과 같은 반사판은 유리판 및 이의 이면에 피복된 반사성 금속막의 박층으로 구성된다. 유리에 직접 피복되는 금속막 층은 통상은 은막이지만, 구리와 같은 다른 금속막이 사용될 수도 있다. 은이 주요 반사층으로서 사용될 때, 은 층의 부식을 억제하기 위해 통상 구리의 제2 금속막 층으로 보호된다. 또한, 내부식성 및 내마모성을 강화시키기 위해 은 또는 구리 층에 전형적으로 페인트 층이 사용된다.

여기서, 상기 반사층으로 사용되는 은막층을 형성하는 방법은, 일반적으로 미국특허 4,737,188호에 나타난 바와 같이, 질산은 암모늄 용액 및 강염기가 함유된 환원제 용액의 혼합용액을 감작화된 유리 표면에 분무 배합하여 은막을 침착시키는 것이다.

그러나, 상기와 같이 질산은 암모늄 용액이 환원제 용액과 혼합된 혼합 용액을 기판 위에 분무하는 일반적인 도금 방법에 의해 은막층을 형성하면, 형성된 은막층의 막 치밀도가 낮아서 반사율이 높지 않고, 빛이 새어나가는 단점이 있으며, 외부환경 조건에 노출되는 경우 반사율이 현격히 떨어진다는 심각한 문제점이 있다.

그런데, 태양열 발전에 사용되는 대규모의 태양광 반사판의 경우 반사율을 1%만 높일 수 있더라도, 200MW급 발전소에 추가되는 전력 생산량은 매년 약 4,800MWh가 추가 생산 될 것으로 예상되며, 20~30년간 가동 될 경우 추가적으로 생산되는 전력량은 수 억 MW의 전력생산 및 수천억대의 발전 차익이 발생된다. 또한, CSP시스템에 초기 투자를 절감 하거나, 동일한 반사경을 사용 했을 때 그 단위 생산성(발전량)은 현저히 증가하기 때문에, 조금이라도 반사율이 높은 반사판을 제조할 필요성은 항시 존재하고 있는 실정이다. 특히, 최근 태양열 발전 사업자들이 요구하는 반사판의 성능수준이 기존의 태양열 시장에서 적용되고 있는 기술수준 보다 높은 95% 이상의 고 효율 반사율을 요구하고 있다.

한편, 현재의 태양열 발전 개발지역이 남아프리카와 사막을 중심으로 진행이 되고 있는데, 상기 지역의 고온 다습한 가혹한 환경조건으로 인해 기존의 태양열 반사판보다 더 많은 신뢰성이 요구되고 있으며, 향상된 신뢰성을 확보하기 위해서 은 도막의 두께를 기존보다 20 ~ 30% 증가시켜야 하는 문제를 가지고 있다. 그러나, 은도막의 두께를 기존보다 20 ~ 30% 증가시키기 위하여 코팅 원액을 추가적으로 사용하는 경우 생산단가가 더 증가하는 문제점을 가지고 있다.

미국등록특허 제4,737,188호

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 기판 상에 나노 금속성 은 등을 비전해 침착함에 있어서, 가혹한 외부 환경조건에서도 신뢰성을 확보할 수 있도록 나노 크기의 금속성 은이 침착된 은막층의 두께를 조절할 수 있는 금속성 은의 비전해 침착방법 및 이에 따라 나노 크기의 금속성 은이 침착된 기판을 제공하기 위한 것이다.

또한, 이와 같이 나노 크기의 금속성 은이 침착된 기판을 통하여, 막 치밀도가 높아 현저히 우수한 반사율을 가지며, 동시에 코팅 수율을 향상시켜 생산단가를 절감할 수 있는 반사판을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속성 은으로 환원될 수 있는 이온성 은을 포함하는 은용액과 상기 은용액용 환원제를 포함하는 환원용액을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 표면에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계; 및 상기 은용액과 환원용액을 기판에서 떨어진 일정한 공간에 함께 분무하는 단계;를 포함하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법이다.

본 발명에 따른 나노 금속성 은의 비전해 침착방법에 있어서, 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 상부에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계는, 상기 준비된 은용액과 환원용액을 기판에 침착하도록 활성화하는 활성화제를 기판에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 나노 금속성 은의 비전해 침착방법에 있어서, 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 상부에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계는, 에어 블로우어(air blower)로 공기를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 은막층의 두께는 130nm 내지 180nm 범위 내의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

상기 기판 위의 일정한 영역은, 상기 기판에서 떨어진 일정한 공간인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 것은, 상기 은용액과 환원용액을 상기 기판에 대하여 0°초과 내지 90°미만의 범위 내의 각도로 분무하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 은용액과 환원용액이 20℃ 내지 27℃ 범위 내의 온도를 가지고, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 것은, 상기 은용액과 환원용액을, 상기 이온성 은 1당량에 대하여 환원제 1 내지 2당량 범위 내의 양으로, 2kg/㎠ 내지 7kg/㎠ 범위 내의 공기압에 의해, 100㎖/분 내지 300㎖/분 범위 내의 속도로, 분무하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

이와 함께, 상기 은용액은 이온성 은 이외에 다른 이온성 금속을 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 다른 이온성 금속은 이온성 알루미늄인 것이 더욱 바람직하다.

나아가, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 단계는, 상기 다른 이온성 금속을 더 포함하는 은용액을 20℃ 내지 60℃ 범위 내의 온도로 0.5시간 내지 2시간 범위 내의 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 열처리된 은용액에 중성자를 조사하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.

더불어서, 상술한 금속성 은의 비전해 침착방법에 있어서, 상기 기판은 유리판 또는 석영기판인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시형태는, 상술한 금속성 은의 비전해 침착방법에 의해 침착되어, 나노 크기의 금속성 은이 침착된 은막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 은이 침착된 기판일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 본 발명은 다양한 기판 상에 나노 금속성 은 등을 비전해 침착함에 있어서, 가혹한 외부 환경에서도 신뢰성을 확보할 수 있도록 나노 크기의 금속성 은이 침착된 은막층의 두께를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노 크기의 금속성 은이 침착된 기판을 통하여, 막 치밀도가 높아 현저히 우수한 반사율을 가지는 반사판을 제공할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 반사판은 기존의 태양열 반사판보다 현저히 높은 반사효율을 가지기 때문에, 태양광 반사시 발생되는 빛 에너지 손실을 최소화해서 반사효율을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 태양열 에너지를 이용한 태양열 발전소와 태양광 CPV 발전 시스템에서의 에너지 생산 특성을 개선할 수 있다.

또한, 반사경으로 사용하는 경우에도 더욱 더 선명한 이미지를 영상화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 코팅 수율을 향상시켜 생산단가를 절감할 수 있는 반사판을 제공하고자 한다.

도 1은 순수 수를 제거하지 않은 경우, 나노 크기의 금속성 은이 침착된 은막층을 나타낸 전자현미경(모델명 Joel JSM 2401F) 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 30초, (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후에 의한 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 45초, (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후에 의한 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 50초, (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후에 의한 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 60초, (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후에 의한 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 90초, (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후에 의한 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 30초이며, (a) 체류시간 30초, (b)체류시간 60초, (c)체류시간 90초로 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 45초이며, (a) 체류시간 30초, (b)체류시간 60초, (c)체류시간 90초로 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 50초이며, (a) 체류시간 30초, (b)체류시간 60초, (c)체류시간 90초로 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 60초이며, (a) 체류시간 30초, (b)체류시간 60초, (c)체류시간 90초로 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 실버 코팅 분무 시간 90초이며, (a) 체류시간 30초, (b)체류시간 60초, (c)체류시간 90초로 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께를 측정한 결과 사진이다.
도 12는 본 발명의 시험예 1에 따른 실버 코팅 분무 시간 50초인 반사판의 은막층 두께별 반사율을 측정한 결과 그래프이다.
도 13은 본 발명의 시험예 1에 따른 실버 코팅 분무 시간 60초인 반사판의 은막층 두께별 반사율을 측정한 결과 그래프이다.
도 14는 본 발명의 시험예 1에 따른 실버 코팅 분무 시간 90초인 반사판의 은막층 두께별 반사율을 측정한 결과 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 나노 금속성 은의 비전해 침착방법은 금속성 은으로 환원될 수 있는 이온성 은을 포함하는 은용액과 상기 은용액용 환원제를 포함하는 환원용액을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 표면에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계; 및 상기 은용액과 환원용액을 기판에서 떨어진 일정한 공간에 함께 분무하는 단계를 포함한다.

이를 위하여, 먼저 금속성 은으로 환원될 수 있는 이온성 은을 포함하는 은용액과, 상기 은용액용 환원제를 포함하는 환원용액을 각각 준비한다.

상기 은용액은 은막층을 형성하기 위한 금속성 은(Ag)의 공급원이다. 그리고, 상기 환원용액은 상기 은용액과 함께 분무되는 경우, 이온성 은을 환원시켜서 금속성 은을 석출시키는 것이다. 그래서, 이후 단계에서, 기판 위의 일정한 영역에 은용액과 환원용액을 함께 분무하면, 은거울 반응에 의해 나노 금속성 은이 석출되고, 이렇게 석출된 금속성 은이 기판 위에 떨어져서 은막층을 형성하는 것이다.

상기 이온성 은은 반사층으로 사용되기에 적합한 모든 종류의 금속 화합물, 이것의 염, 함유 착물(inclusion complexes), 배위 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들면 Ag⁺ 일 수 있으며, 상기 은용액용 환원제라 함은 상기 은용액에 포함된 이온성 은을 금속성 은으로 환원시키기에 적합한 모든 종류의 환원제를 포함한다.

본 발명에 따른 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 상부에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계는, 상기 준비된 은용액과 환원용액을 기판에 침착하도록 활성화하는 활성화제를 기판에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 준비된 은용액과 환원용액이 침착될 기판의 상부에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계는, 에어 블로우어(air blower)로 공기를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 은 용액과 환원용액의 원활한 침착을 위해 활성화제 처리를 실시하고, 처리된 활성화제를 세정하게 되면 기판 위에 순수 수가 잔존하게 된다. 상기 잔존하는 순수 수는 은 용액과 환원용액의 침착을 저해하는 요소로 작용하여 코팅 수율을 저하시키는 요인이 된다. 이런 문제점을 해결하고 은 용액과 환원용액의 원활한 침착을 위해 은 용액과 환원용액의 분무 전에 에어 블로우어(Air Blower)를 제작하고 설치하여 공기를 분사함으로써 잔존하는 순수 수를 제거할 수 있다.

상기 잔존하는 순수 수가 제거되면 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시, 반응물질에서 생성물질로 가는 정반응의 속도가 증가하여 은막층의 수율이 상향 되고, 은막층 형성 과정 중의 은 결정의 핵 생성 및 결정 성장 속도가 증가하여 은막층 형성 시 같은 액량을 같은 시간으로 분무 하였을 때 은막층의 두께를 기존보다 20~30% 향상 시킬 수 있다.

즉, 은 용액과 환원용액의 반응성이 증가되고 코팅 수율이 향상되어 같은 액량을 같은 시간으로 분무 하였을 때 은막층의 두께가 기존보다 20~30% 증가된다. 따라서, 본 발명의 상기 은막층의 두께는 130nm 내지 180nm 범위 내의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 은 결정의 핵 생성 및 결정 성장 속도를 고려하여 은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절함으로써 은막층의 두께를 조절할 수 있다.

이어서, 본 발명은 상기와 같이 준비된 은용액과 환원용액을 기판 위의 일정한 영역에 함께 분무하는 단계;를 거친다. 즉, 상기 은용액과 환원용액을 분무하되 분무된 은용액과 환원용액이 기판 위의 일정한 영역에서 만나도록 함께 분무하는 것이다. 다시 말해서, 은용액과 환원용액을 동시에 분무하더라도 기판 위의 서로 다른 영역에 따로 분무하는 것이 아니라, 분무된 은용액과 환원용액이 공중에서 만나 은거울 반응을 이루도록 분무하는 것이다. 예를 들어, 상기 기판 위의 일정한 영역은, 상기 기판에서 떨어진 일정한 공간인 것이 바람직하다.

종래에 일반적인 분무장치는 노즐이 위에서 아래로 수직한 방향으로 되어 있는 것이 보통이라는 점에서, 은용액과 환원용액을 동시에 분무하더라도 이는 기판 위의 서로 다른 영역에 따로 분무하는 것일 수 밖에 없고, 이에 따르면 기판 상에 은용액과 환원용액 중 이미 하나의 용액이 기판에 침착되고, 이어서 다른 용액이 침착된 후, 기판 표면에서 은거울 반응이 일어나는 것이지만, 본 발명은 기판에서 떨어진 일정한 공간에서 금속성 은이 석출되도록 한 것이 특징이다.

이를 위하여, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 노즐은 상기 기판에 대하여 0°초과 내지 90°미만의 범위 내의 각도로 기울어진 채, 분무하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 45°내외로 기울어진 것이 적합하다.

이와 같이, 기판 위의 일정한 영역(바람직하게는, 기판에서 떨어진 일정한 공간)에서 은거울 반응을 시키는 경우, 종래보다 미세한 크기의 금속성 은 입자를 형성할 수 있었고, 이렇게 미세한 크기의 입자는 막 치밀도를 높여서 반사율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

바람직하게, 은용액과 환원용액이 20℃ 내지 27℃ 범위 내의 온도를 가지고, 상기 은용액과 환원용액을, 상기 이온성 은 1당량에 대하여 환원제 1 내지 2당량 범위 내의 양으로, 2kg/㎠ 내지 7kg/㎠ 범위 내의 공기압에 의해, 100㎖/분 내지 300㎖/분 범위 내의 속도로, 분무하는 경우 2Å 내지 30Å 범위 내의 직경을 갖는 나노 크기의 입자를 형성할 수 있다.

한편, 상기 은용액은 이온성 은 이외에 이온성 알루미늄, 금, 니켈 등과 같은 다른 이온성 금속을 더 포함할 수 있고, 그 중에서도 상기 다른 이온성 금속은 이온성 알루미늄일 수 있다.

상기 은용액이 이온성 은만을 포함하는 경우, 환원에 의해 얻어진 나노 크기의 입자 중 은 나노입자는 99.95중량% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 상기 은용액이 다른 이온성 금속을 더 포함하는 경우. 은 나노입자는 99.75중량% 이상 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위 미만으로 포함되면 단파장 영역에서의 반사율이 낮아질 수 있기 때문이다.

이와 같이 이온성 은 외에 다른 이온성 금속을 포함하는 은용액은 다양한 방법에 의해 준비될 수 있다. 예를 들어, 이온성 은이 포함된 제1용액에 알루미늄 나노 입자 분말을 혼합할 수도 있고, 이온성 은이 포함된 제1용액과 이온성 알루미늄이 포함된 제2용액을 혼합하여 준비하는 것도 가능하다. 또한, 은의 염 형태와 알루미늄의 염 형태를 함께 포함하는 은용액으로 준비할 수도 있다.

이에 따라, 상기 은용액과 환원용액을 분무함에 있어서, 상기 은용액에 포함된 이온성 은과 다른 이온성 금속의 응집을 방지하기 위하여, 상기 다른 이온성 금속을 더 포함하는 은용액을 20℃ 내지 60℃ 범위 내의 온도로 0.5시간 내지 2시간 범위 내의 시간 동안 열처리하는 것이 가능하다. 나아가, 상기 열처리된 은용액에 열 중성자를 수분간 조사하는 경우, 입자의 뭉침을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같은 나노 금속성 은의 비전해 침착방법에 의하면, 기판 위에 나노 크기의 금속성 은이 침착된 은막층을 형성할 수 있고, 본 발명은 이러한 은막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 금속성 은이 침착된 기판일 수 있다.

여기서, 상기 나노 크기는 2Å 내지 30Å 범위 내의 직경인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 반사율과 내구성이 저하되기 때문이다.

이와 더불어서, 상술한 금속성 은의 비전해 침착방법 및 이에 따른 금속성 은이 침착된 기판에 있어서, 상기 기판은 유리판 또는 석영기판일 수 있고, 상기 유리판으로는 저 철분 유리가 바람직하다. 유리판에 나노 크기의 금속성 은이 침착된 반사판은 반사경으로 사용되어 종래보다 선명한 이미지를 영상화하는데 적합하다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1: 잔존 순수 수를 제거하지 않은 나노 은 제법에 의한 비전해 침착

먼저, 은용액은 다음과 같이 준비하였다. 즉, 증류수(순수 수) 100g에 질산은 25.4g을 용해한 후, 10% 암모니아수를 이용하여 PH 10 ~11이 되도록 조절하였고, 여기에 분산제 2.5g을 투입한 다음, 순수 수를 이용하여 전체 액을 500㎖로 맞추었다. 이렇게 준비된 액을 -2~4℃로 유지하면서 교반하여 은용액으로 사용하였다.

그리고, 환원용액으로는 하이드라진 수화물15g과 에탄올 30㎖을 순수 수 455㎖에 용해 시키고, 이것을 0~4℃로 유지하여 환원용액으로 사용하였다.

그런 다음, 상기 준비된 은용액과 환원용액의 온도를 20~27℃로 유지하면서, 상기 질산은 1당량에 대해 하이드라진 수화물 1당량의 양으로, 상기 은용액과 환원용액을, 유리판(아사히그라스, 평판유리 3.2mm) 위에서 1~10cm 정도 떨어진 공간에 약 45°정도로 기울어진 각각의 노즐을 통하여, 2~5kg/㎠ 공기압에 의해 100~300ml/분의 속도로 분무하였다.

본 발명자들은 상기와 같은 공기압 조건, 당량 조건, 온도 조건 및 액량 조건에서만, 나노 크기의 입자(바람직하게는 2~30Å 크기의 은 입자)를 얻을 수 있다는 것을 확인하였고, 하기 표 1 내지 표 5는 그와 같은 실험 결과이다.

2 ㎏/㎠ 미만	2~5 ㎏/㎠	5 ㎏/㎠ 초과
10~200nm 불균일한 입자형성	2~30Å	나노 입자 형성 안됨

표 1에 기재된 바와 같이, 공기압에 따른 결과, 2~5㎏/㎠에서만 2~30Å의 나노입자를 얻을 수 있었다.

1당량 미만	1~2 당량	2 당량 초과
나노은 금속 막 두께가 일정치 않음	막 두께 조절이 용이	나노 은 금속 막 형성 안됨

표 2에 기재된 바와 같이, 당량 변화에 따른 결과, 1 당량 미만에서는 나노 은 금속 막 두께가 일정치 않았고, 2 당량 초과에서는 나노 은 금속 막 형성 되지 않았으며, 1~2 당량에서만 막 두께 조절이 용이했다.

20℃ 미만	20 ~25 ℃	25 ℃ 초과
나노 입자와 금속막 형성 안되었고, 얼룩이 생김	2~30Å	응집현상 발생하여 표면 거칠기 문제가 됨

표 3에 기재된 바와 같이, 온도 변화에 따른 결과, 20℃ 미만에서는 나노 입자와 금속막이 형성되지 않았고, 얼룩이 생겼으며, 25℃ 초과에서는 응집현상 발생하여 표면의 거칠기가 문제가 되었다.

100ml 미만	100~300ml	300ml 초과
나노은 금속 막 두께 조절 안됨	막 두께 조절이 용이	나노 은 금속 막 두께 조절 안됨

표 4에 기재된 바와 같이, 액량 변화에 따른 결과. 100ml 미만 및 300ml 초과에서는 나노 은 금속 막의 두께를 조절 할 수 없었고, 100 ~ 300ml에서 막 두께 조절이 용이했다.

30초	45초	50초	60초	90초
50nm	70nm	90~100nm	110nm	150nm

표 5에 기재된 바와 같이, 액량 100~300ml조에서 분무 시간에 따른 나노 은 금속 막의 두께와 관련하여, 액량 100 ~ 300ml에서, 분무 시간을 30초, 45초, 50초, 60초, 90초로 하는 경우, 각각에서 두께가 다른 나노 은 금속 막을 형성 할 수 있었다.

상기와 같은 조건에 따라, 은용액과 환원용액이 유리판 위의 공간에서 혼합됨과 동시에 상기 은용액에 포함된 이온성 은이 환원되면서, 2~30Å 크기의 직경을 가지는 은입자가 형성되었고, 이렇게 형성된 나노 크기의 은 입자가 유리판 위에 침착되면서(도 1참조) 5nm~1㎛ 두께의 은막층을 형성하였다. 여기서, 상기 은막층의 두께는 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 양과 시간 및 환원제의 양 등에 따라 다르게 할 수 있었고, 본 실시예에서는 분무 시간에 따라 은막층의 두께가 50, 70, 100, 120, 130, 150nm인 기판을 각각 제조하였다.

이후에는, 미 반응물질을 제거하기 위해 순수 수로 충분히 세정하였다.

이와 같이 하여 제조된 기판에서 나노 은 입자를 전지현미경 Model Joel JSM 2401F를 이용하여 확인하였다.

실시예 2: 잔존 순수 수를 제거하지 않은 나노 은 및 알루미늄을 포함하는 제법에 의한 비전해 침착

먼저, 이온성 은을 포함하는 은용액은 상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조하였다.

또한, 별도로 순수 수 30g에 질산알루미늄 0.045g을 용해하여 알루미늄 용액을 제조하였고, 이것을 상기 제조된 은용액에 혼합하여 이온성 은 및 이온성 알루미늄을 포함하는 은용액을 준비하였다.

그리고, 환원제로서 d+글루코스 8%, 에탄올 2% 및 가성소다 3%을 혼합하여 총 500ml의 환원용액을 준비하였다.

그런 다음, 상기 준비된 이온성 은 및 이온성 알루미늄을 포함하는 은용액과 환원용액의 온도를 20~27℃로 유지하면서, 상기 질산은 1당량에 대해 d+글루코스 2당량의 양으로, 상기 은용액과 환원용액을, 유리판(아사히그라스, 평판유리 3.2mm) 위에서 1~10cm 정도 떨어진 공간에 약 45°정도로 기울어진 각각의 노즐을 통하여, 2~5kg/㎠ 공기압에 의해 100~300ml/분의 속도로 분무하였다.

이에 따라, 상기 은용액과 환원용액이 유리판 위의 공간에서 혼합됨과 동시에 상기 은용액에 포함된 이온성 은(이온성 알루미늄 포함)이 환원되면서, 2~30Å 크기의 직경을 가지는 은입자(알루미늄 입자 포함)가 형성되었고, 이렇게 형성된 나노 크기의 은 입자(알루미늄 입자 포함)가 유리판 위에 침착되면서 5nm~1㎛ 두께의 은막층을 형성하였다. 여기서, 상기 은막층의 두께는 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 양과 시간 및 환원제의 양 등에 따라 다르게 할 수 있었다.

이후에는, 미 반응물질을 제거하기 위해 순수 수로 충분히 세정하였다.

실시예 3: 잔존 순수 수를 제거한 나노 은 제법에 의한 비전해 침착

먼저, 이온성 은을 포함하는 은용액 및 환원용액은 상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조 하였으며, Air Blower을 적용하여 잔존하는 순수 수를 제거 한 후, 은 용액과 환원용액을 분무하여 침착하였다.

하기 표 6(순수 수 제거에 따른 나노 은 금속 막의 두께) 및 표 7(은 용액과 환원용액의 화학적 반응 시간을 조절한 은 도막 두께)에서 보는 바와 같이, 에어 블로우어로 공기를 분사하지 않은 경우(에어 블로우어 off)와 에어 블로우어로 공기를 분사한 경우(에어 블로우어 on) 각각에 대하여 코팅 액량 100~300ml조에서 은막층을 형성하였다.

도 2 내지 도 6은 코팅 분무 시간을 다르게 적용하여 (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후의 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.

에어 블로우어로 공기를 분사한 경우 잔존 순수 수가 제거됨으로써 기존보다 은막층의 수율이 향상되고, 은막층 형성 과정 중의 은 결정의 핵 생성 및 결정 성장 속도가 증가하여 은막층 형성 시 같은 액량을 같은 시간으로 분무 하였을 때 은막층의 두께를 기존보다 20~30% 향상되었다.

Silver 코팅 액량	Silver 코팅 분무시간	에어 블로우어 Off	에어 블로우어 On
100~300ml	30sec	50nm	63nm
	45sec	70nm	85nm
	50sec	90~100nm	105~120nm
	60sec	118nm	132nm
	90sec	150nm	200nm

*SEM Data 도2 첨부 : Silver 코팅 분무시간 30sec

*SEM Data 도3 첨부 : Silver 코팅 분무시간 45sec

*SEM Data 도4 첨부 : Silver 코팅 분무시간 50sec

*SEM Data 도5 첨부 : Silver 코팅 분무시간 60sec

*SEM Data 도6 첨부 : Silver 코팅 분무시간 90sec

Silver 코팅 액량	Silver 코팅 분무시간	Silver 코팅 체류시간
		30초	60초	90초
100~300ml	30sec	55nm	59nm	63nm
	45sec	75nm	80nm	85nm
	50sec	100nm	110nm	120nm
	60sec	117nm	123nm	132nm
	90sec	160nm	180nm	200nm

*SEM Data 도7 첨부 : Silver 코팅 분무시간 30sec

*SEM Data 도8 첨부 : Silver 코팅 분무시간 45sec

*SEM Data 도9 첨부 : Silver 코팅 분무시간 50sec

*SEM Data 도10 첨부 : Silver 코팅 분무시간 60sec

*SEM Data 도11 첨부 : Silver 코팅 분무시간 90sec

실시예 4: 잔존 순수 수를 제거하여 열처리 및 중성자 조사를 거친 나노 입자의 비전해 침착

먼저, 은용액은 증류수(순수 수) 100g에 질산은 17g과 질산알루미늄 0.94g을 용해한 후, 10% 암모니아수를 이용하여 PH 9.5 ~10.5가 되도록 조절하였고, 여기에 분산제 2.5g을 투입한 다음, 순수 수를 이용하여 전체 액을 500㎖로 맞추었다. 이렇게 준비된 액을 2~4℃로 유지하면서 교반하여 이온성 은 및 이온성 알루미늄을 포함하는 은용액으로 사용하였다.

여기서, 미반응된 이온성 은과 이온성 알루미늄은 이온교환수지를 통해서 제거하였고, 상기 이온성 은과 이온성 알루미늄이 응집되는 것을 방지하기 위하여, 상기 이온성 은 및 이온성 알루미늄을 포함하는 은용액을 25~50℃의 온도로 0.5 ~2시간 열처리하였으며, 여기에 열 중성자를 3분간 1.25 × 10⁹ n/cm²/sec로 조사하였다.

그리고, 환원용액은 실시예 2와 같은 방법으로 준비하였다.

그런 다음, Air Blower을 적용하여 잔존하는 순수 수를 제거 하였다.

상기 중성자를 조사한 이온성 은 및 이온성 알루미늄을 포함하는 은용액과 환원용액을 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로 분무하여, 유리판 위에 은막층을 형성하였다. 여기서, 상기 은막층의 두께는 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 양과 시간 및 환원제의 양 등에 따라 다르게 할 수 있었다.

실험예 1: 은막층 두께에 따른 반사율 테스트

상기 실시예 1 및 3에 따라 은막층을 형성하였다. 도 2 내지 도 6은 코팅 분무 시간을 다르게 적용하여 (a)순수 수 제거 전, (b)순수 수 제거 후의 은막층의 두께를 측정한 결과 사진이다.

상기 은막층이 형성된 반사판에 대하여, 상기 은막층의 두께별로 빛이 새는 현상을 테스트 하였다.

즉, 상기 실시예 1 및 3에 따른 반사판에서 은막층의 두께를 각각 50nm, 70nm, 100nm, 110nm, 120nm, 130nm, 150nm, 160nm, 170nm, 180nm, 190nm 및 200nm으로 다르게 형성하였고, Model Shimadzu UV-3100P 와 PerkinElmer Lambda 1050 Spectrometer를 이용하여 투과율과 반사율을 측정함으로써, 빛이 새는 현상을 측정하였다.

그 결과는 하기 [표 8]의 은막층 두께에 따른 투과율 결과 및 [표 9]의 은막층 두께에 따른 반사율 결과에 나타난 바와 같이, 은막층의 두께가 100nm 미만에서는 빛이 새는 현상이 확인 되었고, 적외선의 발생 수준(빛이 새는 수준) 및 반사율을 고려하면 은막층의 두께가 110nm 이상인 경우가 가장 바람직한 것으로 나타났다.

은막층 두께 (nm)	분석에 의한 빛 새는 현상(%)
	자외선	가시광선	적외선
50	발생	발생	발생
70	발생	발생	발생
100	없음	없음	0.06 수준
110	없음	없음	0.04 수준
120	없음	없음	0.03 수준
130	없음	없음	0.03 수준
150	없음	없음	0.03 수준
160	없음	없음	0.03 수준
170	없음	없음	0.03 수준
180	없음	없음	0.03 수준
190	없음	없음	0.03 수준
200	없음	없음	0.03 수준

Silver 코팅 액량	Silver 코팅 분무시간	은막층 두께(nm)	반사율(%Re)
100~300ml	50sec	100	94.77
		110	94.94
	60sec	120	95.07
		130	95.15
		150	95.18
	90sec	160	95.14
		170	95.18
		180	95.20
		190	95.21
		200	95.17

*반사율 Data 도12 첨부 : Silver 코팅 분무시간 50sec

*반사율 Data 도13 첨부 : Silver 코팅 분무시간 60sec

*반사율 Data 도14 첨부 : Silver 코팅 분무시간 90sec

실험예 2: 경시변화에 따른 반사율 테스트

상기 실시예 1 내지 3에 따른 반사판에 대하여 PerkinElmer Lambda 1050 Spectrometer를 이용하여 가시광선 영역에서의 초기 반사율과 경시변화에 따른 반사율을 측정하였다.

경시변화에 따른 반사율은, 낮과 밤, 지역적으로 고온, 냉한, 고습 그리고 바람 등의 외부조건에서 지속적인 품질을 유지하는지 여부를 알아보기 위한 것으로, 외부환경 조건을 Xenon lamp J/㎠, 습도 85 % 온도 60 ℃의 조건에서 500시간, 1000시간, 2000시간, 3000시간 노출되게 한 다음, 반사율을 측정하여 내구성을 실험하였다.

그 결과는 하기 표 10의 내구성 실험 전, 후의 반사율에 나타난 바와 같다. 초기 반사율은 실시예 3에 따른 반사판이 실시예 1, 2에 따른 반사판보다 약 2% 정도 높았고, 일정시간 내구성 시험을 거친 후의 반사율도 약 약 3% 정도 우수하였다.

구분	내구성 시험 후 반사율 (%)
	시험전	500 시간	1,000시간	2,000시간	3,000시간
실시 예 1	96.4	96.0	95.5	94.9	94.0
실시 예 2	96.6	96.2	95.6	95.2	94.1
실시 예 3	98.6	98.4	98.1	97.8	97.5

본 발명에 따른 반사판의 반사율이 2% 정도만 개선되더라도, 태양열 발전소 200MW를 기준으로 년간 단위 생산성에서 200MW SEGS Modeling Simulation에 따라 면적 2,000,000㎡ * 에너지 변환율 * 반사율에 의해서 상당한 원가 절감 효과를 가질 수 있는 것이다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

Claims (12)

1. 금속성 은으로 환원될 수 있는 이온성 은을 포함하는 은용액과, 상기 은용액용 환원제를 포함하는 환원용액을 각각 준비하는 단계;
   상기 준비된 은용액과 환원용액을 기판에 침착하도록 활성화하는 활성화제를 기판에 처리하는 단계;
   상기 기판에 처리된 활성화제를 세정하여 잔존하는 순수 수를 에어 블로우어(Air Blower)로 공기를 분사하여 기판의 표면에 잔존하는 순수 수를 제거하는 단계; 및
   상기 은용액과 환원용액을 기판에 대하여 기판에서 떨어진 일정한 공간에 함께 분무하는 단계;를 포함하고,
   상기 분무하는 단계는 상기 은용액과 환원용액이 100 ~ 300ml조에서 분무 시간 90초 및 체류시간 30초 내지 60초의 조건하에서 반응하여 160nm 내지 180nm 범위 내의 두께를 가지는 은막층이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 은용액은 이온성 은 이외에 다른 이온성 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 다른 이온성 금속은 이온성 알루미늄인 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 단계는,
   상기 다른 이온성 금속을 더 포함하는 은용액을 20℃ 내지 60℃ 범위 내의 온도로 0.5시간 내지 2시간 범위 내의 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 은용액과 환원용액을 분무하는 단계는,
   상기 열처리된 은용액에 중성자를 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 은용액과 환원용액은 20℃ 내지 27℃ 범위 내의 온도를 가지며,
   상기 은용액과 환원용액을 분무하는 것은, 상기 은용액과 환원용액을 상기 기판에 대하여 0°초과 내지 90°미만의 범위 내의 각도로, 상기 이온성 은 1당량에 대하여 환원제 1 내지 2당량 범위 내의 양으로, 2kg/㎠ 내지 7kg/㎠ 범위 내의 공기압에 의해, 100㎖/분 내지 300㎖/분 범위 내의 속도로, 분무하는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
9. 제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유리판인 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은의 비전해 침착방법.
10. 제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 침착방법에 의해 침착되어, 나노 크기의 금속성 은이 침착되어 160nm 내지 180nm 범위 내의 두께를 가지는 은막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은이 침착된 기판.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서, 상기 나노 크기는 2Å 내지 30Å 범위 내의 직경인 것을 특징으로 하는 나노 금속성 은이 침착된 기판.

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