KR101956145B1 - 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극에 있어서, 상기 전극은 PET 표면을 내부에서 외부를 향해 순서대로 탄소나노튜브층과 전도성 폴리머층이 분포한다. 탄소나노튜브를 전도성 매질로 삼아 분산도가 높고 점도 제어가 가능한 탄소나노튜브 복합 전도성 잉크로 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조한 후, 그 표면에 한 층의 PEDOT:PSS 전도성 폴리머를 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅하여, 표면 거칠기가 낮고 전도성이 우수한 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 전극을 형성하였다. 상기 층상의 탄소나노튜브-폴리머 복합 투명 플렉서블 전극의 시트 저항은 20 내지 30Ω/□, 광투과율은 80% 이상에 달할 수 있다. 상기 층상 복합 전극 박막은 터치스크린, 태양전지 및 OLED 등 디스플레이에 필요한 플렉서블 투명 전극 부문에서 우수한 활용 전망을 가지고 있다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브를 전도성 매질로 삼아 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅 공정을 거쳐 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조한 후, 그 표면에 한 층의 PEDOT:PSS 전도성 폴리머를 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅하여, 표면 거칠기가 낮고 전도성이 우수한 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 전극을 형성하였다.
탄소나노튜브는 전형적인 층상 중공 구조 특징을 가진 탄소 재료로서, 탄소나노튜브의 튜브 몸체가 육각형 흑연탄소 고리 구조 단위로 구성되는 특수 구조(방사상 사이즈는 나노미터 레벨, 축방향 사이즈는 마이크로미터 레벨)를 가진 일차원 양자 재료이다. 그 튜브 벽은 주로 수개 층에서 수십개 층의 동일축 원형 튜브로 구성된다. 층과 층 사이 간격은 고정적으로 유지되며 이는 약 0.34nm, 직경은 일반적으로 2 내지 20nm이다. 탄소나노튜브의 탄소 원자의 P 전자는 큰 범위의 비편재화 π 사슬을 형성하기 때문에 공액 효과가 현저하다. 탄소나노튜브의 구조는 흑연의 편층 구조와 동일하기 때문에 전기적 특성이 우수하다. 탄소나노튜브는 전자과학 영역에서 전극 소재로서 비교적 큰 주목을 받고 있다. 이는 투명 전극 재료로서 탁월한 광전기적 성능을 가지고 있고, 초정렬의 탄소나노튜브는 그 우수한 기계적 성능을 기반으로 스피닝과 필름 드로잉(film drawing)이 가능할 뿐만 아니라, 탄소나노튜브의 환경부식 내성이 비교적 강해 환경 영향으로 인한 성능 저하가 적다.
그러나 탄소나노튜브 간의 아주 강한 반데르발스힘(~500eV/μm)과 큰 종횡비(>1000)로 인해 통상적으로 큰 관다발이 형성되어 분산되기 쉬운데, 이는 우수한 광전기적 성능의 발휘와 실제 응용 및 개발에 상당한 제약을 준다. 비록 탄소나노튜브의 초정렬 박막에 있어서 필름 드로잉 공정을 통해 제조한 투명 전극이 터치스크린에 큰 면적으로 활용되기는 하나(CN1016254665A), 시트 저항이 비교적 크고(1000Ω/□보다 큼) 투과율이 80%이다. 전기저항 기준이 더욱 높은 투명 전극 박막의 전자부품과 비교하면, 이러한 유형의 탄소나노튜브 박막은 출력이 아주 크며 전극 자체의 열 효과로 인해 부품 성능이 영향 받을 수 있다.
본 발명의 목적은 탄소나노튜브 용액의 혼합 공정을 투명 전극 재료에 응용하여, 분산도가 높고 점도 제어가 가능한 탄소나노튜브 복합 전도성 잉크를 제안하고, 초음파 분산, 기계적 교반, 세포 분쇄 등 공정 복합 기술을 통해 탄소나노튜브와 유기 캐리어(organic carrier)의 균일한 분산을 구현하고, 제조한 잉크 안정성과 점도는 제어 가능하도록 하는 데에 있으며; 또한 상기 전도성 잉크는 스핀 또는 잉크젯 프린팅 공정을 통해 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조한 후, 그 표면에 한 층의 PEDOT:PSS 도전성 폴리머를 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅하여, 표면 거칠기가 낮고 전도성이 우수한 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 전극을 형성하는 데에 있다. 상기 층상의 탄소나노튜브-폴리머 복합 투명 플렉서블 전극의 시트 저항은 20 내지 30Ω/□, 광투과율은 80% 이상에 달할 수 있다. 상기 층상 복합 전극 박막은 터치스크린, 태양전지 및 OLED 등 디스플레이에 필요한 플렉서블 투명 전극 부문에서 우수한 활용 전망을 가지고 있다.
탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극에 있어서, PET 표면을 베이스로 내부에서 외부를 향해 순서대로 탄소나노튜브층과 전도성 폴리머층이 분포하고, 상기 전도성 폴리머층은 혼합된 PEDOT:PSS 폴리머 재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브층은 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 및 개질 탄소나노튜브이다.
탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법은 다음 단계를 포함하는데, 즉, 탄소나노튜브 전도성 잉크를 제조하고, 상기 전도성 잉크는 탄소나노튜브 분말체 0.03 내지 1%, 캐리어1 0.2 내지 0.5%, 캐리어2 0.2 내지 0.5%, 용매 98 내지 99%로 구성되고, 여기에서 상기 캐리어1은 알킬화 4차 수산화 암모늄이고, 상기 캐리어2는 수용성 음이온형 산성 물질이고, 상기 용매는 물인 단계(1); 전도성 잉크는 스핀 또는 잉크젯 프린팅 공정을 이용해 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조하여 건조시키는 단계(2); 에탄올 또는 질산에 침지시키고, 탈이온수로 세정한 후 건조하여 탄소나노튜브층을 형성하는 단계(3); PEDOT:PSS 수용액은 스핀 또는 잉크젯 프린팅 공정을 이용해 탄소나노튜브층 표면에 덧붙여 전도성 폴리머층을 형성하고, 건조하여 층상 복합 투명성 플렉서블 전극을 얻는 단계(4)를 포함한다.
상기 알킬화 4차 수산화 암모늄은 헥사데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(hexadecyl trimethyl ammonium hydroxide), 도데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(dodecyl trimethyl ammonium hydroxide), 테트라데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(tetradecyl trimethyl ammonium hydroxide), 벤질 트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyl trimethyl ammonium hydroxide) 중 하나 이상의 조합이다.
상기 수용성 음이온형 산성 물질은 벤조산부틸(P-T) 도데실벤젠설폰산(dodecylbenzene sulfonic acid), 프탈산(phthalic acid), PTBBA(p-tert-butylbenzoic acid), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), β-신남산(β-cinnamic acid), 페닐아세트산(phenylacetic acid), 살리실산(salicylic acid) 중 하나 이상의 조합이다.
상기 PEDOT:PSS가 PEDOT:PSS 수용액에서 차지하는 고형 함량은 1.0 내지 1.7%이다.
상기 단계(2)는 스핀 공정을 채택하며, 그 회전 속도 및 시간은 500rpm/30s이고, 건조 공정은 50℃/5min이고, 표면 건조 후 120℃/10min이고, 상기 단계(3)에서의 건조는 상온에서 진행하고 상기 단계(4)는 스핀 공정을 채택하고, 그 회전 속도 및 시간은 1500rpm/30s이고, 건조 공정은 120℃/10min이다.
상기 탄소나노튜브 전도성 잉크의 제조방법에 있어서,
1) 일부 용매를 취하여 캐리어1, 캐리어2를 수용액으로 제조하고,
2) 순수 탄소나노튜브 분말체 재료를 캐리어1의 수용액 내에 분산시키고,
3) 다시 나머지 용매를 첨가하고,
4) 교반하면서 캐리어2의 수용액을 점적 첨가한다.
상기 단계(2) 및 (3)은 초음파 분산을 채택하고, 상기 단계(4)는 전자 교반을 채택한다.
상기 순수 탄소나노튜브 분말체의 제조방법에 있어서, 즉, 탄소나노튜브를 메탄올에서 초음파 분산을 통해 현탁액으로 만들고, 다시 탄소나노튜브 현탁액을 UV광 세정기에 넣어 빛을 조사하고, 원심분리하여 탄소나노튜브 분말체를 수득하고; 상기 분말체를 진한 HNO3와 과황산암모늄의 혼합 수용액에 첨가하여 전자교반을 진행하고, 120℃에서 환류 반응을 5시간 진행하고, 원심분리하고, 탈이온수로 중성이 될 때까지 반복 원심분리 및 세정을 진행하고, 건조하여 순수 탄소나노튜브 분말체를 수득한다.
상기 순수 탄소나노튜브 분말체의 제조방법에 있어서, 즉, 탄소나노튜브를 유기 용매에서 현탁액으로 분산시키고, 정치 및 팽윤시키고, 원심분리 및 세정하고; 다시 진한 질산에 첨가하고, 120℃에서 4시간 동안 반응시키고, 중성이 될 때까지 원심분리 및 세정을 진행하고, 건조하여 순수 탄소나노튜브 분말체를 수득한다.
본 발명에 있어서 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법에 있어서,
1) 상기 복합 전도성 잉크의 제조방법에 있어서,
고분산 탄소나노튜브 복합 전도성 잉크는 아래 성분 및 그 중량백분율 함량으로 구성되는데,
1. 순수 탄소나노튜브 분말체 0.03 내지 1%
2. 캐리어1 0.2 내지 0.5%
3. 캐리어2 0.2 내지 0.5%
4. 용매 98 내지 99%
탄소나노튜브 분말체는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 및 개질 탄소나노튜브일 수 있다.
캐리어1은 헥사데실트리메틸암모늄 하이드록사이드, 도데실트리메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라데실트리메틸암모늄 하이드록사이드, 벤질 트리메틸암모늄 하이드록사이드 등 유기 알칼리 수용액과 같은 알킬화 4차 수산화 암모늄이다.
캐리어2는 벤조산부틸(P-T) 도데실벤젠설폰산, 프탈산, PTBBA, 4-하이드록시벤조산, β-신남산, 페닐아세트산, 살리실산 등의 수용액과 같은 수용성 음이온 계면활성제이다.
캐리어1과 캐리어2를 일정 농도로 혼합할 때, 점도 조절이 가능한 점탄 상태의 용액계를 형성할 수 있다. 본 발명은 그 점도 조절이 가능한 특성을 이용해 고농도의 탄소나노튜브를 분산시키는데, 점탄 상태의 분산체는 막을 형성하기 쉽다. 캐리어1과 캐리어2를 혼합한 후 형성되는 분산계의 점도가 10 내지 20Pa.s일 때, 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시킬 수 있다. 막 형성 후의 캐리어는 에탄올에서 탈착되기 쉽고, 물로 더 세정한 후에는 막층 표면 잔여물이 아주 적어진다.
탄소나노튜브 박막 표면에 한 층의 PEDOT:PSS 전도성 폴리머를 스핀 또는 잉크젯 프린팅하여 표면 조도가 낮고 전도성이 우수한 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 플렉서블 전극을 형성한다. PEDOT:PSS 양자의 함량비는 수요를 기반으로 조절할 수 있다(이미 시판되는 제품이 있음). 상기 층상의 탄소나노튜브-폴리머 복합 투명 플렉시블 전극의 시트 저항은 20 내지 30Ω/□, 광투과율은 80% 이상에 달할 수 있다. 상기 층상 복합 전극 박막은 터치스크린, 태양전지 및 OLED 등 디스플레이에 필요한 플렉서블 투명 전극 부문에서 우수한 활용 전망을 가지고 있다.
도 1은 단일벽 탄소나노튜브 형상이고,
여기에서 A, B는 다른 정제 공정의 SEM 이미지이고,
도 2는 순수 단일벽 탄소나노튜브 박막(SWCNT)의 SEM 이미지이고,
여기에서 A, B, C는 다른 확대배율 이미지이고,
도 3은 순수 단일벽 탄소나노튜브 박막(SWCNT)의 AFM 표면 형상도이고, 및
도 4는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극 표면 형상도 AFM 이미지이다.
여기에서 A, B는 다른 정제 공정의 SEM 이미지이고,
도 2는 순수 단일벽 탄소나노튜브 박막(SWCNT)의 SEM 이미지이고,
여기에서 A, B, C는 다른 확대배율 이미지이고,
도 3은 순수 단일벽 탄소나노튜브 박막(SWCNT)의 AFM 표면 형상도이고, 및
도 4는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극 표면 형상도 AFM 이미지이다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다.
실시예1:
1) 단일벽 탄소나노튜브의 정제: 0.05g의 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 20ml 메탄올에서 20분간 분산시킨 후 SWCNT 현탁액을 형성한다. 상기 SWCNT 현탁액을 UV 광세정기에 넣고 40분간 처리하여 SWCNT 분말체를 수득하고; 20ml의 탈이온수를 취하여 1구 플라스크에 넣고, 다시 10ml의 진한 HNO3(68wt%)를 첨가하고, 5wt% 과황산암모늄(APS) 수용액을 첨가하고, 균일하게 혼합한 후 정제한 SWCNT 분말체를 첨가하고, 전자교반하여 120℃에서 5시간 환류 반응을 진행한다. 탈이온수로 반복 원심분리 및 세정(7000rpm, 10분)을 3회 진행하여 정제한 단일벽 탄소나노튜브를 수득하며, 이는 도 1A에서 도시하는 바와 같다.
2) 정제한 단일벽 탄소나노튜브를 0.05M의 3ml 헥사데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(CTAOH)에 분산시키고, 다시 16ml의 물을 첨가하고, 15분간 초음파 분산을 진행한다. 상기 혼합계는 전자교반 조건하에서 0.45M 벤조산부틸 0.15 내지 0.2ml를 조금씩 점적 추가하여, 고분산의 점도 조절이 가능한 탄소나노튜브 분산계를 형성하고, 그 점도는 10 내지 20Pa.S 내에서 조절 가능하다.
3) 고분산의 탄소나노튜브 잉크는 스핀 공정을 이용해 PET 박막에 균일한 탄소나노튜브 박막을 제조한다. 공정 파라미터는 회전속도 및 시간이 500rpm/30s, 건조 공정은 50℃/5min, 표면 건조 후 120℃/10min이다.
4) 형성한 탄소나노튜브 박막은 에탄올에서 상온 하에서 30분간 침지시키고, 탈이온수로 깨끗하게 세정하여 건조시킨다. PET 표면에 투과율이 87%인 탄소나노튜브 박막을 형성하며, 시트 저항 전기 저항은 500이다. 그 표면 형상은 도 2 및 3에서 도시하는 바와 같다.
5) 탄소나노튜브 표면에 PEDOT:PSS 수용액(시판 제품, 고형 함량 1.0 내지 1.7%)을 스핀하고, 그 공정 파라미터는 1500rpm/30s, 건조 공정은 120℃/10min이다. 층상 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 전극의 표면 형상은 도 4에서 도시하는 바와 같다.
6) 형성한 탄소나노튜브/PEDOT:PSS 층상 복합 전극의 광투과율은 80%보다 크고 시트 저항은 200Ω/□이다.
실시예 2:
1) 0.05g SWCNT를 취하여 40ml 벤조산에틸 용매에 첨가하고, 40분간 초음파 분산을 진행하고, 2일간 정치 및 팽윤시킨 후 원심분리하고, 다시 에탄올, 탈이온수 순서대로 원심분리 및 세정한다. 팽윤한 후의 SWCNT를 30ml 진한 질산에 첨가하고, 120℃에서 4시간 반응시킨 후 꺼내어 상청액이 기본적으로 떠오를 때까지 원심분리 및 세정을 여러 차례 진행하여 원심분리액을 중성에 가깝도록 만든다. 원심분리하여 수득한 단일벽 탄소나노튜브의 분말체는 도 1B에서 도시하는 바와 같다.
2) 정제한 단일벽 탄소나노튜브를 0.05M의 3ml 도데실트리메틸암모늄 하이드록사이드에 분산시키고, 다시 18ml의 물을 첨가하고, 15분간 초음파 분산을 진행한다. 상기 혼합계는 전자교반 조건하에서 0.3M 프탈산 0.1 내지 0.2ml를 조금씩 점적 추가한다. 고분산의 점도 조절이 가능한 탄소나노튜브 분산계를 형성한다. 그 점도는 10 내지 20Pa.S 내에서 조절 가능하다.
3) 고분산의 탄소나노튜브 잉크는 스핀 공정을 이용해 PET 박막에 균일한 탄소나노튜브 박막을 제조한다. 공정 파라미터는 회전속도 및 시간이 500rpm/30s, 건조 공정은 50℃/5min, 표면 건조 후 120℃/10min이다.
4) 형성한 탄소나노튜브 박막은 진한 질산에서 상온 하에서 2분간 침지시키고, 탈이온수로 깨끗하게 세정하여 건조시킨다. PET 표면에 투과율이 87%인 탄소나노튜브 박막을 형성하며, 시트 저항 전기 저항은 150 내지 200Ω/□이다. 그 표면 형상은 도 2 및 3에서 도시하는 바와 같다.
5) 탄소나노튜브 표면에 PEDOT:PSS 수용액(시판 제품, 고형 함량 1.0 내지 1.7%)을 스핀하고, 그 공정 파라미터는 1500rpm/30s, 건조 공정은 120℃/10min이다. 층상 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 전극의 표면 형상은 도 4에서 도시하는 바와 같다.
6) 형성한 탄소나노튜브/PEDOT:PSS 층상 복합 전극의 광투과율은 80%보다 크고 시트 저항은 15 내지 40Ω/□이다.
실시예 3:
1) 0.05g SWCNT를 취하여 40ml DMF에 첨가하고, 40분간 초음파 분산을 진행하고, 48시간 정치 및 팽윤시킨 후 원심분리하고, 다시 에탄올, 탈이온수 순서대로 원심분리 및 세정한다. 팽윤한 후의 SWCNT를 30ml 진한 질산에 첨가하고, 120℃에서 4시간 반응시킨 후 꺼내어 상청액이 기본적으로 떠오를 때까지 원심분리 및 세정을 여러 차례 진행하여 원심분리액을 중성에 가깝도록 만든다. 원심분리하여 수득한 단일벽 탄소나노튜브의 분말체는 도 1A에서 도시하는 바와 같다.
2) 정제한 단일벽 탄소나노튜브를 0.05M의 3ml 벤질 트리메틸암모늄 하이드록사이드에 분산시키고, 다시 13ml의 물을 첨가하고, 15분간 초음파 분산을 진행한다. 상기 혼합계는 전자교반 조건하에서 0.3M 프탈산 0.15 내지 0.2ml를 조금씩 점적 추가하고, 고분산의 점도 조절이 가능한 탄소나노튜브 분산계를 형성하고, 그 점도는 10 내지 20Pa.S 내에서 조절 가능하다.
3) 고분산의 탄소나노튜브 잉크는 스핀 공정을 이용해 PET 박막에 균일한 탄소나노튜브 박막을 제조한다. 공정 파라미터는 회전속도 및 시간이 500rpm/30s, 건조 공정은 50℃/5min, 표면 건조 후 120℃/10min이다.
4) 형성한 탄소나노튜브 박막은 진한 질산에서 상온 하에서 2분간 침지시키고, 탈이온수로 깨끗하게 세정하여 건조시킨다. PET 표면에 투과율이 87%인 탄소나노튜브 박막을 형성하며, 시트 저항 전기 저항은 150 내지 200Ω/□이다. 그 표면 형상은 도 2 및 3에서 도시하는 바와 같다.
5) 탄소나노튜브 표면에 PEDOT:PSS 수용액(시판 제품, 고형 함량 1.0 내지 1.7%)을 스핀하고, 그 공정 파라미터는 1500rpm/30s, 건조 공정은 120℃/10min이다. 층상 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 전극의 표면 형상은 도 4에서 도시하는 바와 같다.
6) 형성한 탄소나노튜브/PEDOT:PSS 층상 복합 전극의 광투과율은 80%보다 크고 시트 저항은 20 내지 45Ω/□이다.
본 발명은 탄소나노튜브 전도성 매질 중심으로 분산도가 높고 점도 조절성이 우수한 탄소나노튜브 복합 전도성 잉크를 채택하고, 스핀 또는 잉크젯 공정을 거쳐 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조한 후, 그 표면에 한 층의 PEDOT:PSS 전도성 폴리머를 스핀 또는 잉크젯 프린팅하여 표면 조도가 낮고 전도성이 우수한 층상 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 전극을 형성한다. 상기 층상의 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 플렉서블 전극의 시트 저항은 20 내지 30Ω/□, 광투과율은 80% 이상에 달할 수 있다. 상기 층상 복합 전극 박막은 터치스크린, 태양전지 및 OLED 등 디스플레이에 필요한 플렉서블 투명 전극 부문에서 우수한 활용 전망을 가지고 있다.
본 발명의 복합 전도성 잉크는 그 공정의 조작성이 우수하며, 잉크젯 프린팅 기술, 스핀 기술 및 부수적인 포토 에칭 기술을 채택할 수 있기 때문에 유리, 투명 크리스탈, 투명 세라믹, 폴리머 박막 등 표면에 탄소나노튜브 전도성 막층을 제조할 수 있으며, 그 막층 표면 형상은 도 4에서 도시하는 바와 같다.
탄소나노튜브 분산액에서 탄소나노튜브의 분산성이 우수하고 단일 다발 망상 분산을 형성하였다. 탄소나노튜브에 있어서 PET 박막 표면에 필름 코팅을 진행한 후 에탄올 또는 HNO3로 침지시켜 형성한 탄소나노튜브 박막은 비교적 균일한 망상 연결성을 나타난다.
탄소나노튜브 전도성 박막 막층 성능 검출결과는 표 1과 같다.
본 발명의 잉크가 형성하는 탄소나노미터 투명 전도성 막층은 우수한 전기적 성능과 가시광 범위 내 광투과율 및 유연성을 가진다. 상기 층상의 탄소나노튜브 폴리머 복합 투명 플렉서블 전극의 시트 저항은 20 내지 30Ω/□, 광투과율은 80% 이상에 달할 수 있다. 국내외 탄소나노미터 전도성 폴리머 전극 재료의 성능과 비교할 때, 본 발명에서 제조한 탄소나노미터 플렉서블 전극 성능은 선도적인 수준에 있다. 이는 표 2에서 설명하는 바와 같다.
본 발명에서 연구 및 제조한 탄소나노튜브 플렉서블 전극 잉크 및 그 제조한 투명 플렉서블 전도성 박막은 터치스크린, 태양전지 및 OLED 등 디스플레이에 필요한 플렉서블 투명 전극 부문에서 우수한 활용 전망을 가지고 있다.
Claims (10)
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- PET 표면을 내부에서 외부를 향해 순서대로 탄소나노튜브층과 전도성 폴리머층이 분포하고, 상기 전도성 폴리머층은 혼합된 PEDOT:PSS 폴리머 재료로 구성되고, 탄소나노튜브층이 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 및 개질 탄소나노튜브이로록 하여, 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법으로서,
탄소나노튜브 전도성 잉크를 제조하는데, 상기 전도성 잉크는 탄소나노튜브 분말체 0.03 내지 1%, 캐리어1 0.2 내지 0.5%, 캐리어2 0.2 내지 0.5%, 용매 98 내지 99%로 구성되고, 여기에서 상기 캐리어1은 알킬화 4차 수산화 암모늄이고, 상기 캐리어2는 수용성 음이온형 산성 물질이고, 상기 용매는 물이도록 하여, 탄소나노튜브 전도성 잉크를 제조하는 단계(1); 전도성 잉크는 스핀 또는 잉크젯 프린팅 공정을 이용해 PET 표면에 균일한 망 구조의 탄소나노튜브 박막을 제조하여 건조시키는 단계(2); 에탄올 또는 질산에 침지시키고, 탈이온수로 세정한 후 건조하여 탄소나노튜브층을 형성하는 단계(3); PEDOT:PSS 수용액을 스핀 또는 잉크젯 프린팅 공정을 이용해 탄소나노튜브층 표면에 덧붙여 전도성 폴리머층을 형성하고, 건조하여 층상 복합 투명성 플렉서블 전극을 얻는 단계(4)를 포함하고;
상기 탄소나노튜브 분말체의 제조방법에서, 탄소나노튜브를 유기 용매에서 현탁액으로 분산시키고, 정치 및 팽윤시키고, 원심분리 및 세정하고; 다시 진한 질산에 첨가하고, 120℃에서 4시간 동안 반응시키고, 중성이 될 때까지 원심분리 및 세정을 진행하고, 건조하여 탄소나노튜브 분말체를 수득하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 알킬화 4차 수산화 암모늄은 헥사데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(hexadecyl trimethyl ammonium hydroxide), 도데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(dodecyl trimethyl ammonium hydroxide), 테트라데실트리메틸암모늄 하이드록사이드(tetradecyl trimethyl ammonium hydroxide), 벤질 트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyl trimethyl ammonium hydroxide) 중 하나 이상의 조합이고, 상기 수용성 음이온형 산성 물질은 벤조산부틸(P-T) 도데실벤젠설폰산(dodecylbenzene sulfonic acid), 프탈산(phthalic acid), PTBBA(p-tert-butylbenzoic acid), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), β-신남산(β-cinnamic acid), 페닐아세트산(phenylacetic acid), 살리실산(salicylic acid) 중 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 PEDOT:PSS가 PEDOT:PSS 수용액에서 차지하는 고형 함량은 1.0 내지 1.7%인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 단계(2)는 스핀 공정을 채택하며, 그 회전 속도 및 시간은 500rpm/30s이고, 건조 공정은 50℃/5min이고, 표면 건조 후 120℃/10min이고, 상기 단계(3)에서의 건조는 상온에서 진행하고 상기 단계(4)는 스핀 공정을 채택하고, 그 회전 속도 및 시간은 1500rpm/30s이고, 건조 공정은 120℃/10min인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 전도성 잉크의 제조방법은
1) 일부 용매를 취하여 캐리어1, 캐리어2를 수용액으로 제조하고,
2) 탄소나노튜브 분말체 재료를 캐리어1의 수용액 내에 분산시키고,
3) 다시 나머지 용매를 첨가하고,
4) 교반하면서 캐리어2의 수용액을 점적 첨가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 단계(2) 및 (3)은 초음파 분산을 채택하고, 상기 단계(4)는 전자 교반을 채택하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 분말체의 제조방법은, 즉, 탄소나노튜브를 메탄올에서 초음파 분산을 통해 현탁액으로 만들고, 다시 SWCNT 현탁액을 UV광 세정기에 넣어 빛을 조사하고, 원심분리하여 SWCNT 분말체를 수득하고; 상기 분말체를 진한 HNO3와 과황산암모늄의 혼합 수용액에 첨가하여 전자교반을 진행하고, 120℃에서 환류 반응을 5시간 진행하고, 원심분리하고, 탈이온수로 중성이 될 때까지 반복 원심분리 및 세정을 진행하고, 건조하여 순수 탄소나노튜브 분말체를 수득하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머 층상 복합 투명 플렉서블 전극의 제조방법.
- 삭제
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