KR101890849B1 - 고에너지 밀도를 가지는 고유전 고분자 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층; 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및 상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 고분자 복합체를 제공한다. 본 발명에 따른 고분자 복합체는 높은 유전율과 높은 파괴전압 특성을 가지기 때문에, 높은 에너지밀도 달성이 가능하다. 또한, 전도성 나노입자를 세라믹 나노입자 표면에 직접 성장시킴으로써, 전도성 나노입자의 응집을 최소화할 수 있어, 분산성 향상 및 전도성 경로(pathway) 형성을 최소화할 수 있다. 나아가, 내장형 커패시터에 이용될 수 있는, 고유전성 고분자 복합필름 제조 가능하며, 유연 박막 전자소자에 적용 가능하다.
Description
본 발명은 고에너지 밀도 및 고유전성 고분자 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
높은 에너지밀도를 가지는 고분자 복합 소재를 제작하기 위하여, 일반적으로 BaTiO3, TiO2 등과 같은 유전성 나노입자를 필러(filler)로 사용하여, 고유전성 고분자 복합체를 제조한다.
또한, 더 높은 유전율을 얻기 위해, 전도성 나노입자를 함께 도입하기도 한다. 하지만, 전도성 나노입자 도입할 경우, 높은 유전특성을 기대할 수 있으나, 동시에 전도도가 향상되어 낮은 파괴전압(Breakdown voltage)을 가지는 문제가 있다. 이때, 유전체의 에너지밀도(U)는 하기와 같은 식 1로 표현될 수 있다.
<식 1>
(U: 유전체의 에너지밀도, ε0 : 진공상태의 유전율, εr : 유전체의 유전율, Eb: 파괴전압)
상기 식 1에서 보는 바와 같이, 에너지밀도는 유전체의 유전율과 비례하며, 파괴전압의 제곱에 비례해서 증가한다. 따라서, 높은 에너지밀도를 가지는 고유전 복합체를 개발하기 위해서는, 고유전율 특성 뿐만 아니라 높은 파괴전압을 가지는 유전체를 만들어야 한다.
유전율을 높이기 위해, 전도성 나노입자가 필러로 포함될 경우, 파괴전압이 낮아지는 문제가 있기 때문에, 이를 극복하고자, 전도성 나노입자를 절연층으로 코팅하여, 코어-쉘 구조를 형성하는 연구가 많이 진행 중에 있다. 하지만, 쉘의 두께가 매우 얇기 때문에 절연 기능을 충분히 얻지 못하여, 높은 에너지밀도를 얻지 못하는 문제가 있다.
전기/전자 제품의 소형화, 유연화, 고성능화함에 필름 및 박막형 고유전 소재의 개발 중요성이 증대되고 있으므로 이와 같은 특성 발현이 가능한 고유전 고분자 복합 소재의 개발이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 높은 에너지 밀도를 가지는 고유전성 고분자 복합체에 대하여 연구하던 중, 고유전성 무기 입자 표면에 전도성 물질을 형성시킨 세라믹-전도성 물질의 하이브리드 복합 입자를 사용하고, 이를 고분자 매트릭스와 복합화함으로써 제1 층 및 제2 층을 형성하고, 상기 제1 층 및 제2 층 사이에 전도성 물질을 포함하지 않는 제3 층을 배치하여 샌드위치 구조의 고분자 복합체를 개발하였으며, 높은 유전특성과 절연특성을(높은 파괴전압) 동시에 달성할 수 있는 구조임을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 높은 에너지 밀도를 가지는 고분자 복합체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 에너지 밀도와 동시에 높은 파괴전압 특성을 달성할 수 있는 고분자 복합체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층;
제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및
상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 고분자 복합체를 제공한다.
또한, 본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제1 층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 제1 유전층 상부로 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 절연층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 절연층 상부로 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제2 층을 형성하는 단계(단계 3);를 포함하는 고분자 복합체의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층;
제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및
상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하고, 필름 형태인 것을 특징으로 하는 유전체를 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은
전극; 및 유전체 층;을 포함하는 커패시터로,
상기 유전체 층은 상기의 고분자 복합체를 포함하는 커패시터를 제공한다.
나아가, 본 발명은
기판, 게이트 전극, 절연층, 유기 반도체층 또는 금속 산화물 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 절연층은 상기의 고분자 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따른 고분자 복합체는 높은 유전율과 높은 파괴전압 특성을 가지기 때문에, 높은 에너지밀도 달성이 가능하다. 또한, 전도성 나노입자를 세라믹 나노입자 표면에 직접 성장시킴으로써, 전도성 나노입자의 응집을 최소화할 수 있어, 분산성 향상 및 전도성 경로(pathway) 형성을 최소화할 수 있다. 나아가, 내장형 커패시터에 이용될 수 있는, 고유전성 고분자 복합필름 제조 가능하며, 유연 박막 전자소자에 적용 가능하다.
도 1은 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 전계 방사형 주사전자현미경(Field Emission-Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 분석한 사진이고;
도 2는 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 EDS로 분석한 사진이고;
도 3은 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 X-선 회절 분석법(X-ray Diffraction Spectroscopy, XRD)으로 분석한 그래프이고;
도 4는 본 발명에 따른 비교예 1 내지 4에서 제조된 고분자 복합체의 파괴 전압을 분석한 그래프이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 유전상수 및 유전손실을 분석한 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 파괴 전압을 분석한 그래프이다.
도 2는 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 EDS로 분석한 사진이고;
도 3은 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 X-선 회절 분석법(X-ray Diffraction Spectroscopy, XRD)으로 분석한 그래프이고;
도 4는 본 발명에 따른 비교예 1 내지 4에서 제조된 고분자 복합체의 파괴 전압을 분석한 그래프이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 유전상수 및 유전손실을 분석한 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 파괴 전압을 분석한 그래프이다.
본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층;
제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및
상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 고분자 복합체를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 복합체에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 높은 에너지 밀도를 가지는 고유전 고분자 복합체에 관한 것으로, 높은 파괴전압을 가지는 고분자 복합체에 관한 것이다.
높은 유전율을 얻기 위해, 티탄산바륨(BaTiO3)과 같은 고유전성 무기 입자를 고분자 매트릭스에 복합화를 하는 방식으로 고유전 복합 필름을 제조할 수 있으며, 전도성 물질을 포함시킴으로써, 더 높은 유전률을 확보할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 서로 다른 종류의 고유전 입자들을 복합체 내부에서 고르게 분산시키기 위하여, 세라믹 고유전 입자 표면에 전도성 물질을 입자 형태로 직접 성장시킨, 세라믹-전도성 물질 하이브리드 복합 입자를 사용할 수 있다.
그러나, 전도성 물질이 일정 수준 포함되면, 전도도가 증가하게 되어 파괴전압이 현저히 떨어지게 되거나 심지어 전기가 흐르는 전도체가 될 가능성이 높은 문제가 발생한다.
이에, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고자, 전도성 물질을 포함하지 않는 층을 가운데 배치하는 샌드위치 구조를 이용하여, 높은 유전특성과 절연특성(높은 파괴전압)을 동시에 달성할 수 있는 구조의 고분자 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제1 층은 제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함한다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제2 층은 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함한다.
상기 제1 층 및 제2 층은 각각 제1 복합 입자 및 제2 복합 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 상기 제1 층은 제1 복합 입자가 제1 고분자 매트릭스에 분산되어 있을 수 있으며, 상기 제2 층은 제2 복합 입자가 제2 고분자 매트릭스에 분산되어 있을 수 있다.
상기 제1 층 및 제2 층은 유전성 무기 입자 및 상기 무기 입자 표면에 형성된 전도성 물질을 포함하는 복합 입자를 사용함으로써 표면에 형성된 전도성 물질로 인해 분산성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 높은 유전율을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 고분자 복합체는 상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연층은 전도성 물질을 포함하고 있지 않은 절연층으로서, 본 발명에 따른 고분자 복합체는 전도성 물질이 포함된 고분자 복합체 내부에 전기 전도성 경로(pathway)를 차단할 수 있고, 이에 따라 높은 파괴전압 특성을 달성할 수 있다.
이때, 상기 제1 층 및 제 2층은 상기 절연층을 통해 서로 접촉하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제1 유전성 무기 입자, 제2 유전성 무기 입자 및 제3 유전성 무기 입자는 각각 동일 또는 상이할 수 있으며, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 1>
MlLmOn
(상기 화학식 1에서,
상기 M은 주기율표 1A 내지 4A 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 전형 금속이고,
상기 L은 전이금속 및 란타나이드 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 원소이고,
상기 l은 0 내지 4의 정수이고,
상기 m은 0 내지 4의 정수이고,
상기 n은 1 내지 8의 정수이고,
단, m과 n은 동시에 0이 되지 않는다.).
구체적인 일례로써, 상기 제1 유전성 무기 입자, 또는 제2 유전성 무기 입자, 또는 제3 유전성 무기 입자는 각각 티탄산바륨계 산화물 입자, 티탄산지르콘산납계 산화물 입자, 납지르코늄티탄계 산화물 입자, 납마그네슘네오븀계 산화물 입자, 칼슘리튬네오븀티탄산계 산화물 입자 및 칼슘구리티탄산계 산화물 입자 등일 수 있으며, 바람직한 일례로써 티탄산바륨계 산화물 입자일 수 있고, BaTiO3일 수 있으나, 상기 유전성 무기 입자가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 유전성 무기 입자, 또는 제2 유전성 무기 입자, 또는 제3 유전성 무기 입자의 크기는 50 nm 내지 3 ㎛일 수 있으며, 100 nm 내지 500 nm일 수 있고, 120 nm 내지 300 nm일 수 있으며, 각각 동일 또는 상이한 크기를 가질 수 있으나, 상기 유전성 무기 입자의 크기가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제1 전도성 물질 또는 제2 전도성 물질은 각각 동일 또는 상이할 수 있으며, 금속 입자, 전도성 고분자 입자, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유, 카본 블랙, 그래핀 및 그라파이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 입자는 은 나노 입자, 금 나노 입자, 니켈 나노 입자, 백금 나노 입자 등을 사용할 수 있으며, 상기 전도성 고분자 입자는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리아세틸렌 등일 수 있으며, 높은 전기 전도도, 환경적 안정성 및 용이한 제조방법 등의 장점을 가지는 폴리피롤 일 수 있으나, 상기 금속 입자 또는 전도성 고분자 입자의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 상기 전도성 물질의 크기는 20 nm 내지 1 ㎛일 수 있으며, 50 nm 내지 500 nm일 수 있고, 100 nm 내지 300 nm일 수 있으나, 상기 전도성 물질의 크기가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제1 고분자 매트릭스, 제2 고분자 매트릭스 및 제3 고분자 매트릭스는 각각 동일 또는 상이할 수 있으며, 에폭시계 수지, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리비닐렌디플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리비닐알콜, 멜라민-포름알데히드 수지, 페놀 수지, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리다이메틸실록산, 폴리이미드 및 폴리이써이미드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고분자 복합체에 있어서, 상기 제1 층 및 제2 층에서의 복합 입자의 함량은 1 중량% 내지 90 중량%인 것이 바람직하고, 5 중량% 내지 90 중량%인 것이 바람직하고, 10 중량% 내지 90 중량%인 것이 바람직하고, 20 중량% 내지 90 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 50 중량% 내지 85 중량%인 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 제1 층 및 제2 층에서의 복합 입자의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 유전율을 향상시킬 수 없는 문제가 있으며, 90 중량%를 초과하는 경우에는 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하되어 복합층을 안정적으로 유지할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 절연층에서의 유전성 무기 입자의 함량은 1 중량% 내지 85 중량%인 것이 바람직하고, 5 중량% 내지 85 중량%인 것이 바람직하고, 10 중량% 내지 85 중량%인 것이 바람직하고, 20 중량% 내지 85 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 50 중량% 내지 80 중량%인 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 절연층에서의 유전성 무기 입자의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 유전율을 향상시킬 수 없는 문제가 있으며, 85 중량%를 초과하는 경우에는 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하되어 복합층을 안정적으로 유지할 수 없는 문제가 있다.
나아가, 상기 제1 층의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으며, 10 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 제2 층의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으며, 10 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.
나아가, 상기 절연층의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으며, 1 ㎛ 내지 80 ㎛일 수 있고, 3 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
상기 제1 층, 제2 층 및 절연층의 두께는 각각 동일 또는 상이할 수 있으며, 상기 각 층들의 두께가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제1 층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 제1 유전층 상부로 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 절연층을 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 형성된 절연층 상부로 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제2 층을 형성하는 단계(단계 3);를 포함하는 고분자 복합체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 복합체의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 고분자 복합체의 제조방법에 있어서, 단계 1은 제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제1 층을 형성하는 단계이다.
상기 단계 1에서는 제1 복합 입자 및 제1 고분자 매트릭스를 사용하여 제1 층을 형성한다.
구체적으로, 상기 단계 1의 제1 복합 입자는,
유기 용매에 제1 전도성 물질 전구체를 혼합하여 제조된 혼합물에 제1 유전성 무기 입자를 첨가하여 혼합하는 단계(단계 a); 및
상기 단계 a에서 혼합된 혼합물을 가열하는 단계(단계 b);를 수행하여 준비될 수 있다.
상기 유기 용매는 에틸렌 글리콜을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 가열은 100 ℃ 내지 200 ℃의 온도, 120 ℃ 내지 180 ℃의 온도, 130 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 수행할 수 있으며, 상기 가열 전, 후, 가열 중에 교반을 수행할 수 있다.
이후, 최종 원심분리, 세척 및 건조 등의 공정을 수행하여 제1 유전성 무기 입자 표면에 제1 전도성 물질이 형성된 제1 복합 입자를 준비할 수 있다. 이때, 상기 제1 전도성 물질은 나노 입자 형태일 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 혼합물은 메틸에틸케톤(MEK), N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 크레졸, 피리딘, 디메틸설폭사이드, γ-부티로락톤 및 이들의 혼합 용매 등을 포함할 수 있으며, 구체적인 일례로써, 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드의 혼합 용매를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 단계 1의 혼합물의 도포는 일반적으로 사용되는 필름 형성을 위한 도포 방법을 사용할 수 있으며, 스핀 코팅, 닥터 블레이드, 딥 코팅 등의 방법을 사용할 수 있으나 상기 혼합물의 도포 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 단계 1에서 도포된 혼합물을 건조, 가열, 경화 공정 등을 통해 제1 층을 형성할 수 있다. 구체적인 일례로써, 상기 건조 공정은 50 ℃ 내지 100 ℃의 온도, 60 ℃ 내지 90 ℃의 온도, 70 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 30 분 내지 6 시간, 60 분 내지 4 시간, 90 분 내지 3 시간 동안 수행할 수 있다. 또한, 상기 가열 공정은 110 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 120 ℃ 내지 200 ℃의 온도, 130 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 30 분 내지 6 시간, 60 분 내지 4 시간, 90 분 내지 3 시간 동안 수행할 수 있다. 나아가, 상기 경화 공정은 상기 가열을 통해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 경화제를 사용하여 수행될 수 있다.
나아가, 상기 단계 1의 제1 복합 입자는 전체 혼합물에 대하여 1 중량% 내지 90 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 5 중량% 내지 90 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 10 중량% 내지 90 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 20 중량% 내지 90 중량% 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 50 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것이 가장 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 고분자 복합체의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 형성된 제1 유전층 상부로 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 절연층을 형성하는 단계이다.
본 발명에 따른 고분자 복합체의 제조방법은 높은 에너지 밀도를 가지는 복합체를 제조하기 위하여 전도성 물질이 포함된 고분자 복합체 내부에 전기 전도성 경로를 차단하고자 한다. 이에 상기 단계 1에서 형성된 전도성 물질을 포함하는 제1 층 상부로 전도성 물질을 포함하지 않는 절연층을 형성한다.
상기 단계 2의 절연층 형성은 상기 단계 1의 방법에서 전도성 물질을 포함하지 않는 것 외에 유사하게 수행할 수 있다.
다만, 상기 단계 2의 제3 유전성 무기 입자는 전체 혼합물에 대하여 1 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 5 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 10 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 20 중량% 내지 85 중량% 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 50 중량% 내지 80 중량% 포함하는 것이 가장 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 고분자 복합체의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 절연층 상부로 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 혼합물을 도포하여 제2 층을 형성하는 단계이다.
상기 단계 3은 제1 층과 유사한 전도성 물질을 포함하는 층을 상기 단계 2에서 형성된 절연층 상부로 형성하는 단계이다.
상기 단계 3의 제2 층의 형성은 상기 단계 1의 방법과 유사하게 수행될 수 있다.
나아가, 본 발명은
제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층;
제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및
상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하고, 필름 형태인 것을 특징으로 하는 유전체를 제공한다.
본 발명에 따른 필름 형태의 유전체는 전도성 물질을 포함하는 제1 층 및 제3 층, 상기 제1 층 및 제3 층 사이에 배치되는 절연층을 포함함으로써 높은 유전율과 높은 파괴전압 특성을 가지기 때문에, 높은 에너지밀도 달성이 가능하다. 이에, 내장형 커패시터에 이용될 수 있는, 고유전성 고분자 복합 필름이고, 유연 박막 전자소자에 적용 가능하다.
또한, 본 발명은
전극; 및 유전체 층;을 포함하는 커패시터로,
상기 유전체 층은 상기의 고분자 복합체를 포함하는 커패시터를 제공한다.
커패시터란 전기를 저장할 수 있는 장치로 우리말로는 축전기라고 한다. 커패시터는 소형화가 추세인 가운데 적층세라믹 커패시터(mltilay ceramic capacitor, MLCC) 형태가 연구 중이지만 다수의 MLCC를 기판 표면에 SMT(surface mount technology)하는 것보다는 임베디드 형태의 커패시터를 사용하는 것이 바람직하고, 이에 대한 기술 개발이 진행되고 있다.
이에, 본 발명에 따른 커패시터는 유전체 층으로 제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층; 제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및 상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 고분자 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터로서, 높은 유전율과 높은 파괴전압 특성을 가지기 때문에, 높은 에너지밀도 달성이 가능하다.
또한, 본 발명은
기판, 게이트 전극, 절연층, 유기 반도체층 또는 금속 산화물 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 절연층은 상기의 고분자 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 대하여 상세히 설명한다.
구체적으로, 본 발명에 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 절연층은 상기의 고분자 복합체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고분자 복합체로 이루어진 절연층은 높은 유전율을 나타낼 뿐만 아니라, 높은 파괴전압을 나타냄으로써 박막 트랜지스터로 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
이때, 본 발명에 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 절연층의 두께는 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 유기 절연체층의 두께가 1 ㎛ 미만일 경우에는 절연 특성을 나타내기 어려운 문제가 있으며, 1,000 ㎛를 초과하는 경우에는 너무 두꺼운 절연층으로 인해 박막 트랜지스터 소자의 구동 전압이 높아지는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 이때, 저온 용액공정이 가능한 유기 절연체를 사용하므로 폴리카르보네이트(Polycarbonate), 폴리설폰(Polysulfone) 및 폴리에테르설폰(Polyethersulfone) 등의 플라스틱 기판 위에서도 적용이 가능하며, 일례로써 폴리이미드(Polyimide) 기판을 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 전극은 ITO(indium-tin oxide)), IZO(Indium Zinc Oxide), 금(Au), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 등을 사용할 수 있으며, 일례로써, ITO를 사용할 수 있다. 상기 기판에 ITO 층을 코팅한 후 게이트 전극의 형상으로 패터닝하여 기판 상에 ITO 게이트 전극을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 유기 반도체층은 펜타센, 금속 프탈로시아닌, 금속 포르피린, 폴리티오펜, 페닐렌비닐렌, C60, 페닐렌테트라카르복실산2무수물(phenylenetetracarboxylic dianydride), 나프탈렌테투라카르복실산2무수물(naphthalenetetracarboxylic dianydride), 플루오르화 프탈로시아닌(fluorophthalocyanine) 또는 이들의 다양한 유도체 중에서 단독으로 또는 2 이상 선택하여 사용할 수 있다.
나아가, 상기 금속 산화물 반도체층은 아연 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 구리 산화물, 카드뮴 산화물, 마그네슘 산화물 및 망간 산화물 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 일례로써, 저온 용액공정용으로 가장 널리 사용되고 상대적으로 좋은 성능을 가진 아연 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 ITO(indium-tin oxide), IZO(indium- zinc oxide), 금(Au), 은(Au) 및 알루미늄(Al) 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시할 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 복합 입자의 제조(BT@AgNP)
단계 1: 500 mL 3구 둥근 플라스크에 300 mL 에틸렌 글리콜(etylene glycol, Sigma aldrich)을 넣은 후, 5 g의 질산은(AgNO3, Sigma aldrich)를 첨가하고, magnetic bar로 20 분 교반하여 용해시켰다.
상기 질산은(AgNO3)를 녹인 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)에 5 g의 티탄산바륨(BaTiO3, BT, (주)이녹스, 입자 크기: 120 nm)를 첨가 후 상온에서 2 시간 동안 교반(BT를 첨가하여 30 분 교반 후에 혼합물의 색상이 적갈색으로 변화함)하여 혼합물을 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 혼합물의 온도를 140 ℃까지 올린 후, 140 ℃의 온도에서 25 분간 유지(혼합물의 색상이 회색으로 변화함)하였다.
반응 종료 후 에탄올(ethanol)로 3 회 ~ 4 회 원심분리 하여 티탄산바륨/은나노입자(BT@AgNP) 서스펜션(suspension)을 얻었다. 최종적으로 진공오븐 내로 상온에서 24 시간 이상 건조하여 최종 생성물인 티탄산바륨 나노 입자 표면에 은나노입자가 형성된 복합 입자(BT@AgNP)를 제조하였다.
<실시예 1> 고분자 복합체(BT@AgNP/BT/BT@AgNP)의 제조
단계 1: 상기 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 이형 PET 필름 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)인 제1 층을 제조하였다.
상기 제1 층에서 복합 입자의 함량은 85 중량%이다.
단계 2: 티탄산바륨 나노 입자(BaTiO3, BT, (주)이녹스, 입자 크기: 120 nm)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 상기 단계 1에서 제조된 제1 층 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 티탄산바륨 나노 입자/에폭시 복합체(BT/epoxy)인 절연층을 제조하였다.
상기 절연층에서 티탄산바륨 나노 입자의 함량은 80 중량%이다.
단계 3: 상기 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 상기 단계 2에서 제조된 절연층 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)인 제2 층을 제조하여, 최종적으로 고분자 복합체(BT@AgNP/BT/BT@AgNP)를 제조하였다.
상기 제2 층에서 복합 입자의 함량은 85 중량%이다.
<비교예 1> 티탄산바륨 나노 입자/에폭시 복합체(BT/epoxy)의 제조 1
티탄산바륨 나노 입자(BaTiO3, BT, (주)이녹스, 입자 크기: 120 nm)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 이형 PET 필름 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 티탄산바륨 나노 입자/에폭시 복합체(BT/epoxy)를 제조하였다.
상기 복합체에서 티탄산바륨 나노 입자의 함량은 80 중량%이다.
<비교예 2> 티탄산바륨 나노 입자/에폭시 복합체(BT/epoxy)의 제조 2
티탄산바륨 나노 입자(BaTiO3, BT, (주)이녹스, 입자 크기: 120 nm)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 이형 PET 필름 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 티탄산바륨 나노 입자/에폭시 복합체(BT/epoxy)를 제조하였다.
상기 복합체에서 티탄산바륨 나노 입자의 함량은 85 중량%이다.
<비교예 3> 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)의 제조 1
상기 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 이형 PET 필름 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)를 제조하였다.
상기 복합체에서 복합 입자의 함량은 80 중량%이다.
<비교예 4> 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)의 제조 2
상기 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP)를 메틸에틸케톤(MEK) 및 N,N-디메틸아세트아미드(NMP)의 혼합 용매에 분산시켰다.
이후, 지르코니아 볼(zirconia ball) 및 에폭시 수지(epoxy resin)을 첨가한 후, 공자전믹서로 1 시간 동안 교반하였다(공전: 1400 rpm, 자전: 1000 rpm). 또, 경화제를 첨가한 후 공자전믹서로 10 분 동안 교반하였다.
다음으로, 이형 PET 필름 위에 필름 캐스팅 후 컨벡션 오븐(convection oven)에서 80 ℃의 온도로 2 시간 이상 건조하였다. 이후, 160 ℃의 온도로 2 시간 동안 열경화시켜 복합 입자/에폭시 복합체(BT@AgNP/epoxy)를 제조하였다.
상기 복합체에서 복합 입자의 함량은 85 중량%이다.
<실험예 1> BT@AgNP의 모폴로지 분석
본 발명에 따른 복합 입자의 모폴로지를 확인하기 위하여, 상기 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP) 및 티탄산바륨 나노 입자(BT)를 전계 방사형 주사전자현미경(Field Emission-Scanning Electron Microscope, FE-SEM), 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 X-선 회절 분석법(X-ray Diffraction Spectroscopy, XRD)으로 분석하였으며, 그 결과를 도 1 내지 3에 나타내었다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 티탄산바륨 나노 입자(BT)의 형상을 확인(도 1 (a))할 수 있으며, 복합 입자(BT@AgNP)의 형상(도 1(b))을 확인할 수 있다. 이때, 상기 복합 입자는 BT 표면에 약 20 nm 내지 30 nm 크기의 은 나노 입자(AgNP)가 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
원소 확인을 위해 임의로 입자를 선택하여 EDS 분석을 하였을 때 도 2와 같이, BT와 AgNP를 구분하여 확인할 수 있었다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, XRD 결과에서도 BT의 2θ 값 이외에 38.1, 44.3, 64.5, 77.4의 2θ 값에서 각각 (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), (3 1 1)의 Ag 특성 피크를 확인할 수 있다. 이를 통해 AgNP가 성공적으로 BT 표면에 존재함을 확인할 수 있다.
나아가, BT@AgNP 입자 내에서 BT와 AgNP가 각각 차지하는 비율을 알아보기 위해 입자의 밀도를 측정하였으며, 밀도 값은 세 번 측정 후 평균을 계산하였다. BT, Ag의 밀도는 문헌 값으로 각각 6.02, 10.49 g/cm3 이며 측정된 BT@AgNP의 밀도는 6.94 g/cm3임을 확인하였다. 이 값들을 이용하여 계산하였을 때 BT@AgNP 입자 내에서 BT는 68.7 wt%, AgNP는 31.3 wt% 임을 확인할 수 있다.
<실험예 2> 고분자 복합체의 성능 분석
본 발명에 따른 고분자 복합체의 성능을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 비교예 1 내지 4에서 제조된 고분자 복합체를 고전압 소스미터(High-voltage source meter, KEITHLEY, 2410 1100V SourceMeter), 임피던스 분석기(Impedance analyzer, Agilent 4294A, 16451B fixture), 누설전류 테스터(Leakage current tester, Agilent, E5272A, E5281A)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 4 내지 6 및 하기 표 1에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 BT/Epoxy 고분자 복합체는 15 V/㎛까지 파괴전압이 발생하지 않은 반면에, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 각각 80 중량%, 85 중량%의 BT@AgNP/Epoxy 고분자 복합체의 파괴전압은 각각 4.3, 2.2 V/㎛로 BT@AgNP의 함량이 많을수록 파괴전압이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. BT@AgNP가 충전된 고분자 복합체에서 전도체인 Ag의 영향으로 BT가 충전된 고분자 복합체에 비해 크게 낮은 파괴전압을 보임을 확인할 수 있다.
이러한 결과를 통해 제조예 1에서 제조된 복합 입자(BT@AgNP)를 사용하여 높은 유전상수를 유지하는 동시에 BT가 충전된 고분자 복합체와 같이 높은 파괴전압을 가지는 고유전 필름을 제조하기 위하여 양 표면은 BT@AgNP가 충전된 필름이고, 중간에 BT가 충전된 필름이 삽입되어 있는 샌드위치 구조의 고유전 고분자 복합체를 고안한 것이다. 양 표면(제1 층 및 제2 층)은 85 중량%의 복합 입자를 포함하는 BT@AgNP/Epoxy 고분자 복합체이고, 중간층(절연층)은 80 중량%의 티탄산바륨 나노 입자를 포함하는 BT/Epoxy 고분자 복합체이다.
가장 높은 유전율 특성을 얻기 위하여, 80 중량% 이상의 BT 또는 BT@AgNP를 충전한 고분자 복합체를 제조하였다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 양 표면(제1 층 및 제2 층)은 85 중량%의 복합 입자를 포함하는 BT@AgNP/Epoxy 고분자 복합체이고, 중간층(절연층)에는 80 중량%의 티탄산바륨 나노 입자를 포함하는 BT/Epoxy 고분자 복합체가 삽입된 샌드위치 구조의 고분자 복합체인 실시예 1의 유전상수를 측정한 결과 40 Hz에서는 42.01, 1 MHz에서는 29.91로 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 유전상수와 비교예 1에서 제조된 고분자 복합체의 유전상수 사이에서 측정됨을 확인하였다(도 5(a)).
또한, 실시예 1에서 제조된 고분자 복합체의 유전손실을 측정한 결과 1 MHz에서 0.769로 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 유전손실과 비교예 1에서 제조된 고분자 복합체의 유전손실 사이에서 측정되었으며 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체의 유전손실보다 크게 낮은 유전손실 값을 가짐을 확인할 수 있다.
나아가, 도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 고분자 복합체의 파괴전압을 측정한 결과 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체와 같이 낮은 파괴전압을 보이지 않고, 비교예 1에서 제조된 고분자 복합체와 같이 높은 파괴전압을 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 샌드위치 구조 필름의 중간층(절연층)인 80 중량%의 BT 나노 입자를 포함하는 BT/Epoxy 고분자 복합체 층이 고전압이 가해질 때에 Electric path의 생성을 막아주는 것으로 판단된다.
| 유전상수 (@ 40 Hz) | 파괴전압 (V/um) | 에너지 밀도 (J/cm3) | |
| 비교예 1 | 37.96 | >15 | >4.27 |
| 비교예 4 | 67.38 | 2.2 | 0.162 |
| 실시예 1 | 42.01 | >15 | >4.73 |
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 4에서 제조된 고분자 복합체와 실시예 1에서 제조된 고분자 복합체의 유전상수와 파괴전압 결과를 바탕으로 에너지 밀도를 구할 수 있다. 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 구조의 고분자 복합체는 파괴전압을 15 V/㎛까지 측정했을 때 파괴전압이 발생하지 않았기 때문에 최소한 파괴전압이 15 V/㎛라고 가정하고 계산하였을 때 실시예 1의 최소한의 에너지 밀도는 4.73 J/cm3으로 비교예 1 보다 10% 이상 향상되었고 비교예 4의 고분자 복합체보다 30 배 가까이 높음을 확인할 수 있다. 이는 최소한의 값이기 때문에 이보다 더 높은 에너지 밀도를 가질 것을 예상할 수 있다.
Claims (10)
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- 전극; 및 유전체 층;을 포함하는 커패시터에 있어서,
상기 유전체 층은, 제1 유전성 무기 입자; 및 상기 제1 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제1 전도성 물질;을 포함하는 제1 복합 입자; 및 제1 고분자 매트릭스;를 포함하는 제1 층;
제2 유전성 무기 입자; 및 상기 제2 유전성 무기 입자 표면에 형성된 제2 전도성 물질;을 포함하는 제2 복합 입자; 및 제2 고분자 매트릭스;를 포함하는 제2 층; 및
상기 제1 층 및 제2 층 사이에 배치되고, 제3 유전성 무기 입자; 및 제3 고분자 매트릭스를 포함하는 절연층;을 포함하는 유전체 층이며,
상기 제1 층 및 제2 층은 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 커패시터.
- 기판, 게이트 전극, 절연층, 유기 반도체층 또는 금속 산화물 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 절연층은 제9항에 기재된 유전체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
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Legal Events
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| AMND | Amendment | ||
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| GRNT | Written decision to grant |