KR102029343B1 - Metal network transparent electrode having enhanced invisibility, method of manufacturing the same - Google Patents

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KR102029343B1
KR102029343B1 KR1020180066127A KR20180066127A KR102029343B1 KR 102029343 B1 KR102029343 B1 KR 102029343B1 KR 1020180066127 A KR1020180066127 A KR 1020180066127A KR 20180066127 A KR20180066127 A KR 20180066127A KR 102029343 B1 KR102029343 B1 KR 102029343B1
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박장웅
안현석
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention provides a metal network transparent electrode having increased transparency and a manufacturing method thereof. According to an embodiment of the present invention, the metal network transparent electrode comprises: a metal nanomaterial core having a network structure; an oxidation layer arranged on the metal nanomaterial core; and a refractive index matching layer arranged on the oxidation layer.

Description

투명도가 증가된 금속 네트워크 투명 전극 및 그 제조 방법{Metal network transparent electrode having enhanced invisibility, method of manufacturing the same}Metal network transparent electrode with enhanced invisibility, method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 투명도가 증가된 금속 네트워크 투명 전극, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 가열기에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a metal network transparent electrode having increased transparency, a manufacturing method thereof, and a heater including the same.

투명 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물을 대체하기 위하여, 그물 구조를 가지는 금속 전극이 제기되고 있다. 그러나, 금속이 가지는 물질적 특성인 광 반사 및 산란 현상으로 인하여 강한 외부의 광이 조사되는 경우 그물 구조에 의하여 광이 산란과 반사가 극대화되어, 이에 따라 그물 구조가 보이는 등 투명도가 감소되고 시인성이 저하되는 문제점이 있다. 이는, 금속 내부의 쌍극자들이 외부 전자기파인 광에 의하여 진동하고, 이러한 쌍극자들의 진동이 광의 진행을 방해하여 반사 및 산란이 발생하기 때문이다. 따라서, 이러한 광의 반사 및 산란을 억제하여, 금속으로 형성된 투명 전극의 투명도를 증가시키는 기술이 요구된다.In order to replace the indium tin oxide used as the transparent electrode, a metal electrode having a mesh structure has been raised. However, when a strong external light is irradiated due to the light reflection and scattering phenomenon, which are physical properties of metals, light scattering and reflection are maximized by the net structure, thereby reducing the transparency and visibility of the net structure. There is a problem. This is because the dipoles inside the metal vibrate by light that is external electromagnetic waves, and the vibrations of these dipoles interfere with the progress of the light, causing reflection and scattering to occur. Accordingly, there is a need for a technique of suppressing reflection and scattering of light to increase the transparency of a transparent electrode formed of a metal.

유럽특허번호 EP 2151883 BEuropean Patent No. EP 2151883 B

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 투명도가 증가된 금속 네트워크 투명 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a transparent metal network transparent electrode and a method of manufacturing the same.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 투명도가 증가된 금속 네트워크 투명 전극을 포함하는 가열기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a heater including a metal network transparent electrode with increased transparency and a manufacturing method thereof.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극은, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함한다.Metal network transparent electrode according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, the metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 나노물질 코어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal nanomaterial core is silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), chromium (Cr), gallium (Ga), nickel (Ni) Or an alloy thereof.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화층은 상기 금속 나노물질 코어의 산화물로 이루어질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the oxide layer may be formed of an oxide of the metal nanomaterial core.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화층은 증착 방법을 통하여 형성될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the oxide layer may be formed through a deposition method.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화층은 Ag2O, Fe2O3, CuO, ITO, IGZO, 또는 ZnO를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the oxide layer may include Ag 2 O, Fe 2 O 3 , CuO, ITO, IGZO, or ZnO.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 실리콘 산화물 또는 투명 폴리머를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the refractive index matching layer may include silicon oxide or a transparent polymer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 1 내지 6 범위의 굴절률을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the refractive index matching layer may have a refractive index in the range of 1 to 6.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 나노물질 코어와 상기 산화층은 동일한 굴절률을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal nanomaterial core and the oxide layer may have the same refractive index.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 네트워크 구조는 무작위 네트워크 구조로 이루어질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the network structure may be a random network structure.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 나노물질 코어는 100 nm 내지 20000 nm 범위의 직경을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the metal nanomaterial core may have a diameter in the range of 100 nm to 20000 nm.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화층은 5 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the oxide layer may have a thickness in the range of 5 nm to 1000 nm.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 나노물질 코어와 상기 산화층 사이에 배치된 공동 영역을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the method may further include a cavity region disposed between the metal nanomaterial core and the oxide layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극은, 네트워크 구조를 가지는 금속 물질로 형성된 금속 코어; 상기 금속 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함한다.According to an aspect of the present disclosure, there is provided a metal network transparent electrode comprising: a metal core formed of a metal material having a network structure; An oxide layer disposed on the metal core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은, 금속 나노물질을 전기 방사하여 금속 네트워크를 형성하는 단계; 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계; 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal network transparent electrode, comprising: forming a metal network by electrospinning a metal nanomaterial; Oxidizing a surface of the metal network to form an oxide layer; And forming a refractive index matching layer on the oxide layer; It includes.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화층을 형성하는 단계는, 상기 금속 네트워크를 자외선 오존 조사하여 수행될 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the forming of the oxide layer may be performed by irradiating the ozone with the metal network.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 굴절률 정합층을 형성하는 단계는, 메이어 로드 코팅 방법을 이용하여 수행될 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the forming of the refractive index matching layer may be performed by using a Meyer rod coating method.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은, 폴리머를 전기 방사하여 네트워크를 형성하는 단계; 상기 네트워크에 금속 나노물질을 증착하여 금속 네트워크를 형성하는 단계; 상기 금속 네트워크를 기판에 전사하는 단계; 상기 폴리머를 제거하는 단계; 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계; 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal network transparent electrode, the method comprising: forming a network by electrospinning a polymer; Depositing a metal nanomaterial on the network to form a metal network; Transferring the metal network to a substrate; Removing the polymer; Oxidizing a surface of the metal network to form an oxide layer; And forming a refractive index matching layer on the oxide layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머는 폴리비닐피롤리돈을 포함하고, 상기 폴리머를 제거하는 단계는 에탄올을 이용하여 수행될 수 있다.In some embodiments of the invention, the polymer comprises polyvinylpyrrolidone, and the removing of the polymer may be performed using ethanol.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 가열기는, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극으로 구성된다.According to an aspect of the present invention, a heater includes: a metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 가열기의 제조방법은, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함하는 금속 네트워크 투명 전극으로 구성된 나노섬유를 준비하는 단계; 상기 나노섬유의 양 단부에 도전성 패드를 형성하는 단계; 상기 도전성 패드 상에 차단층을 형성하는 단계; 상기 나노섬유를 표면 산화하는 단계; 상기 차단층을 제거하는 단계; 및 상기 나노섬유 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계를 포함한다.Method of manufacturing a heater according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, the metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; Preparing a nanofiber consisting of a metal network transparent electrode comprising a; refractive index matching layer disposed on the oxide layer; Forming conductive pads at both ends of the nanofibers; Forming a blocking layer on the conductive pad; Surface oxidation of the nanofibers; Removing the barrier layer; And forming a refractive index matching layer on the nanofibers.

본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극은 금속, 산화물 및 굴절률 정합층의 구조를 가짐에 따라, 단위 구조를 가지는 금속들은 국부적인 표면 플라즈몬들에 의하여 유도된 매우 큰 산란 단면을 유지할 수 있고, 디스플레이들, 터치스크린들, 및 스마트 윈도우들 내의 투명 전극들로서 사용되는 경우에 낮은 투명도에 의한 역효과를 발생을 방지할 수 있다. 여기에서, 서브 마이크로미터 내지 마이크로미터의 직경들을 가지는 메조스코픽(mesoscopic) 금속 배선들의 네트워크에 대한 광대역 광학 클로킹 전략을 제공할 수 있고, 고-투명도 금속 내선 투명 전극들의 제조 및 응용에 이용될 수 있다. 전기 방사를 이용하여 300 nm 내지 1800 nm 직경의 은(Ag) 배선을 형성하고, 용이한 표면 산화 공정을 이용하여 Ag/Ag2O의 코어/껍질 이종 구조를 형성한다. 유전체 덮개가 코팅되어 있는 흡수력이 있는 Ag2O 껍질은 은(Ag) 배선에서 전기적 다중극 모멘트를 해제시킬 수 있고, 이에 따라 전체 가시광선 스펙트럼에서 플라즈몬이 매개된 산란을 급격하게 억제하고, 은(Ag) 배선이 보이지 않게 한다. 투명화의 효과와 함께, Ag/Ag2O 배선의 투과율은, 흡수력이 있는 Ag2O 껍질이 형성됨에도 불구하고, 은(Ag) 배선에 비하여 상당히 개선된다. 응용예로서, 투명화된 은(Ag) 배선은 자동차 유리에서의 고투명도, 고투과율, 및 고속 서리제거 장치로서 사용될 수 있다. 개발된 기술을 통해 강한 빛 (낮시간의 햇빛) 등과 같은 환경에서 금속기반의 그물 구조를 가지는 투명전극의 빛 산란 및 반사정도를 감소하여 투명전극의 실용성을 극대화 시킬 수 있다.As the metal network transparent electrode according to the spirit of the present invention has a structure of a metal, an oxide and a refractive index matching layer, the metal having a unit structure can maintain a very large scattering cross section induced by local surface plasmons, When used as transparent electrodes in displays, touchscreens, and smart windows, adverse effects due to low transparency can be prevented from occurring. Here, it can provide a broadband optical clocking strategy for a network of mesoscopic metal wires with diameters from submicrometers to micrometers, and can be used for the manufacture and application of high-transparent metal internal transparent electrodes. . Electrospinning is used to form silver (Ag) interconnects of 300 nm to 1800 nm in diameter, and a core / shell heterostructure of Ag / Ag 2 O is formed using an easy surface oxidation process. Absorbent Ag 2 O shells coated with a dielectric sheath can release electrical multipole moments in the silver (Ag) wiring, thereby rapidly suppressing plasmon-mediated scattering in the entire visible light spectrum, Ag) Make the wiring invisible. Along with the effect of transparency, the transmittance of the Ag / Ag 2 O wiring is considerably improved compared to silver (Ag) wiring, although an absorbent Ag 2 O shell is formed. As an application, transparent silver (Ag) wiring can be used as a high transparency, high transmittance, and high speed defrosting device in automotive glass. Through the developed technology, it is possible to maximize the practicality of the transparent electrode by reducing the light scattering and reflection degree of the transparent electrode having the metal-based net structure in the environment such as strong light (daytime sunlight).

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 광특성을 도시하는 개념도들 및 시뮬레이션 결과들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법에 의하여 형성된 은(Ag) 나노섬유의 특성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 직경 변화에 따른 투과도 및 면저항을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 광전자 분광법 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 자외선 오존 조사에 따른 직경 변화를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 투명도를 나타내는 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 전자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 헤이즈를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 암시야 현미경 사진들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 후방 산란 분포를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 자외선 오존 조사에 따른 직경 변화를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 후방 산란 분포를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 전방 산란 분포를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 횡방향 전계 하에서의 광학 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 횡방향 자계 하에서의 광학 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 산화층의 영향을 보여주는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 제조 방법을 도시한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 발열 실험 결과들을 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 열 전달 실험 결과들을 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 서리제거 실험 결과들을 도시한다.
1 is a conceptual diagram and simulation results showing the optical characteristics of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the characteristics of the silver (Ag) nanofibers formed by the method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the transmittance and sheet resistance according to the change in diameter of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an optoelectronic spectroscopy spectrum of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a change in diameter according to ultraviolet ozone irradiation of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a photograph showing transparency of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates an electromagnetic simulation result of the metal network transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention.
10 is a graph illustrating haze of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the characteristics of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
12 are dark field micrographs of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 illustrates a backscatter distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention. FIG.
14 is a view showing a diameter change of ultraviolet ray ozone irradiation of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
15 illustrates a backscatter distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
16 illustrates a forward scattering distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
17 shows simulation results for optical characteristics under a lateral electric field of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 illustrates simulation results of optical characteristics under a lateral magnetic field of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
19 is a simulation result showing the effect of the oxide layer of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
20 illustrates a method of manufacturing a heater constructed of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
21 illustrates exothermic experiment results of a heater constructed of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
22 illustrates heat transfer test results of the metal network transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 23 illustrates defrost test results of a heater configured of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in many different forms, and The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the inventive concept to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals mean the same elements. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited by the relative size or the distance drawn in the accompanying drawings.

음의 유전율(ε)을 가지는 금속들은 광학 주파수에서 광대역 고반사 거울로서 사용될 수 있다. 더욱 흥미롭게는, 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 단위 구조를 가지는 금속들은 특정한 파장들에서 국부적인 표면 플라즈몬(plasmon) 공명들을 유도할 수 있고, 이에 따라 자유 전달되는 방사 에너지를 서브 파장-부피 전자기 모드들의 에너지로 변환시키거나 이와 반대로 에너지를 변환시킨다. 이러한 현상을 플라즈몬 산란이라고 지칭한다. 플라즈몬 산란의 개념을 이용하여 광학 센서들, 리소그래피 시스템들, 태양 전지들, 및 발광다이오드들을 포함하는 다양한 범위의 광학 장치들의 성능을 개선하였다. 그러나, 디스플레이들, 터치스크린들, 및 스마트 윈도우들과 같은 영상 응용 장치들에서 투명 전극으로서 금속 배선을 이용하는 경우에는 플라즈몬 매개 산란에 의하여 원하지 않는 상태가 종종 야기될 수 있다.Metals with negative permittivity epsilon can be used as broadband high reflection mirrors at optical frequencies. More interestingly, metals having a nanometer to micrometer sized unit structure can induce local surface plasmon resonances at certain wavelengths, thus freeing the radiated energy of subwavelength-volume electromagnetic modes. To energy or vice versa. This phenomenon is called plasmon scattering. The concept of plasmon scattering was used to improve the performance of a wide range of optical devices including optical sensors, lithography systems, solar cells, and light emitting diodes. However, when using metal wiring as a transparent electrode in imaging applications such as displays, touchscreens, and smart windows, unwanted conditions can often be caused by plasmon mediated scattering.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 광특성을 도시하는 개념도들 및 시뮬레이션 결과들이다.1 is a conceptual diagram and simulation results showing the optical characteristics of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, (a)는 금속에 의한 산란이 제어되지 못한 경우로서, 금속 내부의 쌍극자들은 외부 전자기파인 광에 의하여 진동하게 되고, 이러한 쌍극자의 진동에 의하여 광의 진행이 방해되어 반사와 산란이 발생한다. 이러한 반사와 산란에 의한 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유의 전기장 프로화일이 함께 도시되어 있다.Referring to FIG. 1, (a) is a case where scattering by a metal is not controlled, and the dipoles inside the metal are vibrated by light, which is external electromagnetic waves, and the progress of light is disturbed by the vibration of the dipoles. This happens. The electric field profile of bare silver (Ag) nanofibers due to such reflection and scattering is shown.

반면, 도 1의 (b)는 상기 산란이 제어된 경우로서, 금속 내부의 쌍극자와는 반대되는 쌍극자를 가지는 산화층을 형성함으로써, 금속 쌍극자에 의한 광의 산란 및 반사 현상을 급격하게 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 이에 따라 투과도가 향상되고, 산란 정도가 감소되므로, 금속 네트워크 투명전극의 실용성을 극대화 시킬 수 있다. 이러한 산란 감소에 의한 Ag/Ag2O 나노섬유의 전기장 프로화일이 우측에 도시되어 있다.On the other hand, Figure 1 (b) is a case where the scattering is controlled, by forming an oxide layer having a dipole opposite to the dipole inside the metal, it is possible to drastically reduce the scattering and reflection of light by the metal dipole. Accordingly, since the transmittance is improved and scattering degree is reduced, the practicality of the metal network transparent electrode can be maximized. The electric field profile of Ag / Ag 2 O nanofibers due to this scattering reduction is shown on the right.

좀더 구체적으로 검토하면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 금속 배선들은 육안에 의하여 명확하게 관찰될 수 있고, 이에 따라 시인성의 투명도를 감소시킨다. 따라서, 주기성 그리드 금속 배선들, 금속을 포함하는 나노와이어들(nanowire, NW), 나노섬유들(nanofiber, NF), 또는 나노트로프(nanotroughs, NT)가 면저항에 대한 투과율의 비율이 높은 장점을 가짐에도 불구하고, 이와 같이 감소된 투명도에 의하여 사용이 확대되기 어려울 수 있다. 따라서, 높은 투과율과 함께 낮은 면저항을 유지하면서, 2차원 금속 네트워크들이 전체 가시광선 스펙트럼에 대하여 보이지 않게 하는 경제적이고 실행가능한 기술 개발이 요구된다.More specifically, as shown in Fig. 1A, the metal wires can be clearly observed by the naked eye, thereby reducing the transparency of the visibility. Thus, periodic grid metal wires, nanowires (NW) containing metals, nanofibers (NF), or nanotroughs (NAnotroughs, NT) have the advantage of high transmittance to sheet resistance. Nevertheless, the reduced transparency may make it difficult to expand use. Thus, there is a need for economical and viable technology development that makes two-dimensional metal networks invisible over the entire visible light spectrum while maintaining low sheet resistance with high transmission.

현재까지는, 합리적으로 설계된 메타물질들 및 메타표면들로부터 준비된 광학 클로킹은 다양한 산업적 목적들 및 군사적 목적들을 위하여 상당하게 주목되고 있고, 하기와 같은 연구들이 있다. 예를 들어, 장(Zhang) 연구그룹은 임의의 형상 표면의 곡률의 정보를 감추는 상 지연(phase delaying) 금(Au) 나노막대들을 이용한 메타표면층을 발표하였다. 코카바스(Kocabas) 연구그룹은 레이더 추적을 회피하도록 마이크로웨이브 주파수들에서 동작되는 그래핀계의 조절가능한 흡수체를 발표하였다. 브롱거스마(Brongersma) 연구그룹은 20 nm 미만의 얇은 등각의 금(Au) 껍질을 코팅함으로써 산란이 감소되는, 50 nm 직경의 실리콘 나노와이어 광검출기를 발표하였다. 이러한 연구들은 입사광의 전달 파수 벡터, 흡수, 또는 산란을 제어하는 기술에 기초한다. 개발된 광학 클로킹은 나노물질을 사용하는 광학 장치의 새로운 시대를 성공적으로 시작하였으나, 파장들 및 특정한 분극에 대하여 한정된 범위에서만 작동되는 등의 한계를 가지고 있다. 또한, 변환 광학의 원리에 기초한 광대역 광학 클로킹에 대한 몇몇 연구들이 발표되어 있다. 그러나, 변환 광학의 구현을 위하여, 거시적이고 복잡한 광학 설계가 요구되고, 실제 장치들에 대하여는 적절하지 않을 수 있다. 또한, 광전자 장치들의 구현을 위하여, 클로킹 구조가 장치 성능을 보존하는 지 여부는 계속된 쟁점이다. 상술한 투명화된 실리콘 나노와이어 광검출기는, 클로킹 구조로서 얇은 금(Au) 껍질의 보전에 의하여, 흡수 효율을 보상할 수 있다.To date, optical clocking prepared from reasonably designed metamaterials and metasurfaces has been of considerable interest for various industrial and military purposes, and there are studies as follows. For example, Zhang's research group has published a metasurface layer using phase delaying Au nanorods that hide information on the curvature of any shape surface. The Cocabas research group has published graphene-based adjustable absorbers that operate at microwave frequencies to avoid radar tracking. The Brongersma research group has published a 50 nm diameter silicon nanowire photodetector that reduces scattering by coating a thin conformal gold (Au) shell less than 20 nm. These studies are based on techniques for controlling the transmission wave vectors, absorption, or scattering of incident light. The developed optical clocking has successfully started a new era of optical devices using nanomaterials, but has limitations such as operating only within a limited range for wavelengths and specific polarizations. In addition, several studies on broadband optical clocking based on the principles of transformed optics have been published. However, for the implementation of conversion optics, macroscopic and complex optical designs are required and may not be appropriate for practical devices. In addition, for the implementation of optoelectronic devices, whether the clocking structure preserves device performance is an ongoing issue. The transparent silicon nanowire photodetector described above can compensate for absorption efficiency by preservation of a thin gold (Au) shell as a clocking structure.

본 발명에서는, 두 개의 직교 분극들에 대하여 전체 가시광선 스펙트럼에 대하여, 즉 서브 파장 내지 파장 범위에서, 메조스코픽 금속 배선을 보이지 않게 하는 용이한 클로킹(cloaking) 전략을 개시한다. 금속 구조들은 일반적으로 넓은 전기적 다중극 모멘트들을 가지므로 용이하게 클로킹될 수 없다. 투명화를 위한 클로킹을 가지는 경우에는, 금속 배선은 투명 전극의 매우 높은 성능 지수로서 기능할 수 있고, 순수(pristine) 유리 기판과 같은 투명도를 동시에 유지할 수 있는 가능성이 있다. 또한, 금속 배선에서 수백 나노 미터 내지 수 마이크로미터의 넓은 범위의 크기 및 솔리드 나노 섬유들 및 관형 나노트로프들과 같은 다른 형상들에 대하여 투명화 클로킹을 일반화할 수 있다. 응용 예로서, 투명화된 금속 배선들의 네트워크를 이용하여 자동차 유리에서 고투명도, 고투과율, 및 고속 서리제거 장치에 적용될 수 있다.The present invention discloses an easy cloaking strategy for making the mesoscopic metal wiring invisible for the entire visible spectrum, i.e. from sub-wavelength to wavelength, for two orthogonal polarizations. Metal structures generally have wide electrical multipole moments and therefore cannot be easily clocked. In the case of having the clocking for the transparency, the metal wiring can function as a very high figure of merit of the transparent electrode, and there is a possibility of maintaining the same transparency as that of a pristine glass substrate. In addition, clearing clocking can be generalized for a wide range of sizes from hundreds of nanometers to several micrometers in metal wiring and other shapes such as solid nanofibers and tubular nanotropes. As an application example, it can be applied to high transparency, high transmittance, and high speed defrosting apparatus in automotive glass using a network of transparent metal wires.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법을 도시한다.2 illustrates a method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, (a)는 제조 방법의 개략도이고, (b)는 각 단계에서의 주사전자현미경 단면 사진들이다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은 금속 나노물질을 전기 방사하여 금속 네트워크를 형성하는 단계, 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계, 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층(index matching layer, IML)을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to Figure 2, (a) is a schematic diagram of the manufacturing method, (b) is a scanning electron microscope cross-sectional photograph at each step. According to an aspect of the inventive concept, a method of manufacturing a metal network transparent electrode may include forming a metal network by electrospinning a metal nanomaterial, forming an oxide layer by oxidizing a surface of the metal network, and matching a refractive index on the oxide layer. Forming an index matching layer (IML).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법을 도시한다.3 illustrates a method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, (a)는 제조 방법의 개략도이고, (b)는 각 단계에서의 주사전자현미경 단면 사진들이다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은, 폴리머를 전기 방사하여 네트워크를 형성하는 단계, 상기 네트워크에 예를 들어 은(Ag)과 같은 금속 나노물질을 증착하여 금속 네트워크를 형성하는 단계, 상기 금속 네트워크를 기판에 전사하는 단계, 상기 폴리머를 제거하는 단계, 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계, 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to Figure 3, (a) is a schematic diagram of the manufacturing method, (b) is a scanning electron microscope cross-sectional photograph at each step. In the method of manufacturing a metal network transparent electrode according to the technical concept of the present invention, forming a network by electrospinning a polymer, and forming a metal network by depositing a metal nanomaterial such as silver (Ag) on the network Transferring the metal network to a substrate, removing the polymer, oxidizing the surface of the metal network to form an oxide layer, and forming a refractive index matching layer on the oxide layer.

이하에서는 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법의 일실시예를 예시적으로 상세하게 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 금속으로서 은(Ag)을 사용하는 경우에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the manufacturing method of the metal network transparent electrode will be described in detail. In this embodiment, the case where silver (Ag) is used as a metal is demonstrated.

<무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들의 제조>Fabrication of random (Ag) nanofibers with network structure

무작위(random) 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들의 제조 방법은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다. 전기 방사 방법(electrospinning)을 이용하여 잉크로서 은(Ag) 나노입자를 포함하는 현탁액을 유리기판 상에 직접적으로 전기방사하여 연속적으로 길고 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들을 제조하였다. 사용된 은(Ag) 나노입자의 평균 직경은 40 ± 5 nm 이었다. 상기 현탁액의 용매는 50% 조성의 에틸렌 글리콜을 포함하였다. A method of preparing Ag nanofibers of a random network structure is as described with reference to FIG. 2. Electrospinning was used to electrospin a suspension containing silver (Ag) nanoparticles as ink directly onto a glass substrate to prepare silver (Ag) nanofibers of continuously long random network structures. The average diameter of the silver (Ag) nanoparticles used was 40 ± 5 nm. The solvent of the suspension contained ethylene glycol in 50% composition.

전기 방사 장치에서, 노즐의 말단과 접지 사이에 7.6 kV/m의 전기장을 인가하였다. 상기 노즐의 내부 직경은 0.33 mm 이고, 외부 직경은 0.64 mm 이었다. 전기 방사를 위한 높이는 15 cm 이었고, 환경 온도는 17 ℃ 이었고, 상대 습도는 4% 이었다. 은 나노입자의 유동속도를 0.2 ml/시 내지 1.8 ml/시 범위로 변화시킴에 따라, 은(Ag) 나노섬유 직경들은 338 ± 33 nm 내지 1792 ± 167 nm 범위로 제어되었다. 0.2 ml/시의 유동 속도로 전기 방사에 의하여 형성된 투명 전극용 낮은 밀도의 은(Ag) 나노섬유 네트워크들은 5.4 ± 0.9 per Ω sq 의 상당히 낮은 면저항과 96%의 투과율을 나타내었다. 이와 같이 전기 방사된 은(Ag) 나노섬유들은 은(Ag) 나노섬유들이 뭉치거나 적층되지 않고 기판 상에 균일하게 분포되었다. 은(Ag) 나노섬유들의 직경은 은(Ag) 나노입자 잉크의 유동 속도를 제어하여 용이하게 조절가능함을 알 수 있다. 전기 방사된 금속 나노섬유 네트워크의 제조 방법에 대한 다른 세부 사항은 참조문헌을 참조한다.In the electrospinning apparatus, an electric field of 7.6 kV / m was applied between the end of the nozzle and the ground. The inside diameter of the nozzle was 0.33 mm and the outside diameter was 0.64 mm. The height for electrospinning was 15 cm, the environmental temperature was 17 ° C., and the relative humidity was 4%. By varying the flow rate of silver nanoparticles in the range of 0.2 ml / hr to 1.8 ml / hr, silver (Ag) nanofiber diameters were controlled in the range of 338 ± 33 nm to 1792 ± 167 nm. Low density silver (Ag) nanofiber networks for transparent electrodes formed by electrospinning at a flow rate of 0.2 ml / hr showed significantly lower sheet resistance of 5.4 ± 0.9 per Ω sq and transmittance of 96%. The electrospun silver (Ag) nanofibers were uniformly distributed on the substrate without the silver (Ag) nanofibers being agglomerated or laminated. It can be seen that the diameter of the silver (Ag) nanofibers can be easily adjusted by controlling the flow rate of the silver (Ag) nanoparticle ink. See the references for other details on how to make electrospun metal nanofiber networks.

이어서, 전기 방사된 나노섬유들은 상대 습도 25% 이하의 공기 중에서 30분 동안 150 ℃ 로 열처리되었다. 사용된 기판은 1.5 mm 두께의 유리(Matsunami Glass Ind. Ltd, Japan)이고, 크기는 4 x 3.5 cm2 이었다. 상기 열처리에 의하여, 은(Ag) 나노입자들은 응집되었고, 이에 따라 도전성의 은(Ag) 나노섬유들로 변환되었다. The electrospun nanofibers were then heat treated at 150 ° C. for 30 minutes in air with a relative humidity of 25% or less. The substrate used was 1.5 mm thick glass (Matsunami Glass Ind. Ltd, Japan), and the size was 4 × 3.5 cm 2 . By the heat treatment, silver (Ag) nanoparticles were aggregated and thus converted into conductive silver (Ag) nanofibers.

<투명화된 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 제조><Preparation of Transparent Ag / Ag 2 O Nanofibers / Refractive Index Matching Layer>

상술한 바와 같이 제조된 은(Ag) 나노섬유들을 산화시키고, 이어서 산화된 은(Ag) 나노섬유들에 굴절률 정합층을 코팅하여, Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층을 형성하였다.Ag (Ag) nanofibers prepared as described above were oxidized, and then a refractive index matching layer was coated on the oxidized silver (Ag) nanofibers to form an Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer.

상기 산화 과정은 자외선 오존 처리 시스템(AC-6, AHTECH LTS, Korea)을 이용하여 수행되었다. 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들을 수은 그리드 램프로부터 4 cm 이격되어 위치시키고, 10분 동안 노출시켜, 상기 은(Ag) 나노섬유의 표면을 산화시켰다.The oxidation process was performed using an ultraviolet ozone treatment system (AC-6, AHTECH LTS, Korea). Random nanostructured silver (Ag) nanofibers were placed 4 cm away from the mercury grid lamp and exposed for 10 minutes to oxidize the surface of the silver nanofibers.

산화된 은(Ag) 나노섬유들 상에 메이어 로드(Meyer rod) 코팅 방법을 이용하여 굴절률 정합층을 형성하였다. 구제적으로, 굴절률 정합층 용액(SOH 103H, ChangSungNanoTech., Korea)을 산화된 은(Ag) 나노섬유들 상에 도포시키고, 이어서 메이어 로드(#7, RD specialist Inc.)를 이용하여 용액을 코팅한다. 메이어 로드 코팅 공정 동안에, 최종 층의 두께는 사용된 로드의 직경과 로드와 로드 사이의 거리에 의하여 결정된다. 코팅된 층은 공기 중에서 5 분 동안 65 ℃ 에서 열처리되었다. 형성된 굴절률 정합층의 두께는 일반적으로 7 μm 이었다.A refractive index matching layer was formed on the oxidized silver nanofibers using the Meyer rod coating method. Specifically, a refractive index matching layer solution (SOH 103H, ChangSungNanoTech., Korea) is applied onto oxidized silver (Ag) nanofibers, followed by coating the solution with Meyer Rod (# 7, RD specialist Inc.). do. During the Mayer rod coating process, the thickness of the final layer is determined by the diameter of the rod used and the distance between the rod and the rod. The coated layer was heat treated at 65 ° C. for 5 minutes in air. The thickness of the refractive index matching layer formed was generally 7 m.

<무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노트로프의 제조>Fabrication of Random Nanostructured Silver Nanotropes

무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노트로프의 제조 방법은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다. 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 용액을 전기 방사하여 프리스탠딩 폴리머 섬유를 형성하였다. 상기 폴리비닐피롤리돈 용액은, PVP (Mw = 1,300,000 g/mol)(Sigma-Aldrich)를 메탄올에 11 wt%의 농도로 용해시켜 준비하였다. 상기 폴리머 용액의 유동 속도가 0.3 ml/시로 조정하고, 9.2 kV의 전압을 0.64 mm 직경의 노즐에 인가하였고, 프리스탠딩 PVP 섬유를 알루미늄 프레임에 수집하였다. 금속 나노트로트들은 은(Ag)을 열증발시켜 준비하였다. 이러한 열증발에 의하여 상기 프리스탠딩 PVP 섬유 상에 100 nm 두께의 은(Ag) 층이 증착되었다. 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노트로프가 유리 기판 상에 전사되었고, 이어서 PVP를 상대 습도 25% 이하의 공기 중에서 에탄올 내에 침지하여 제거하였다. 전기 방사된 금속 나노트로프 네트워크의 제조 방법의 다른 세부 사항들은 참조문헌을 참조한다. 이어서, 필요한 경우, 상기 은(Ag) 나노트로프 상에 상술한 바와 같은 산화 및 굴절률 정합층 코팅을 수행하였다.The method of preparing the silver (Ag) nanotrope of the random network structure is as described with reference to FIG. 3. Polyvinylpyrrolidone (PVP) solution was electrospun to form freestanding polymer fibers. The polyvinylpyrrolidone solution was prepared by dissolving PVP (Mw = 1,300,000 g / mol) (Sigma-Aldrich) in methanol at a concentration of 11 wt%. The flow rate of the polymer solution was adjusted to 0.3 ml / hr, a voltage of 9.2 kV was applied to a 0.64 mm diameter nozzle, and the freestanding PVP fibers were collected in an aluminum frame. Metal nanotrots were prepared by thermal evaporation of silver (Ag). This thermal evaporation deposited a layer of 100 nm thick silver (Ag) on the freestanding PVP fibers. Random (Ag) nanotropes of random network structure were transferred onto glass substrates, and then PVP was removed by immersion in ethanol in air with a relative humidity of 25% or less. See other references for other details of methods of making electrospun metal nanotrope networks. Then, if necessary, the oxidation and refractive index matching layer coating was performed on the silver (Ag) nanotrope as described above.

<투명 전극으로 구성된 가열기의 제조><Production of heaters composed of transparent electrodes>

Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층으로 구성된 가열기를 제조하기 위하여, 추가적인 접촉 패드들이 필요하다. 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들의 양 단부의 산화를 방지하도록 PDMS 새도우 마스크(sylgard-184, Sigma Aldrich)를 사용하였다. 이어서, 굴절률 정합층의 코팅 공정이 Ag/Ag2O 나노섬유들 영역에서 수행되었다. 투명 전극들의 양 단부들에 접촉 패드로서 기능하는 은(Ag) 에폭시(ELCOAT A-200, CANS, Japan) 패드들을 형성하고, 상기 양 단부를 전원에 연결하였다.In order to make a heater composed of Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive matching layer, additional contact pads are needed. PDMS shadow mask (sylgard-184, Sigma Aldrich) was used to prevent oxidation of both ends of silver (Ag) nanofibers of random network structure. Subsequently, a coating process of the refractive index matching layer was performed in the region of Ag / Ag 2 O nanofibers. Silver (Ag) epoxy (ELCOAT A-200, CANS, Japan) pads functioning as contact pads at both ends of the transparent electrodes were formed, and both ends were connected to a power source.

비교예로서, 은(Ag) 나노와이어들로 구성된 가열기의 경우에는, 은(Ag) 나노와이어 용액 (Sigma Aldrich, 7440-22-4)을 500 rpm으로 유리 기판 상에 30 초 동안 스핀코팅하여 형성하였다. 여기에서, 은(Ag) 나노와이어들의 평균 직경은 115 ± 2 nm 이고, 길이는 40 ± 2 μm 이었다.As a comparative example, in the case of a heater composed of silver (Ag) nanowires, a silver (Ag) nanowire solution (Sigma Aldrich, 7440-22-4) was formed by spin coating on a glass substrate for 30 seconds at 500 rpm. It was. Here, the average diameter of silver (Ag) nanowires was 115 ± 2 nm and the length was 40 ± 2 μm.

다른 비교예로서, 인듐 주석 산화물로 구성된 가열기의 경우에는, 라디오 주파수 스퍼터 시스템(SRN-120, SORONA, Korea)을 이용하여 유리 기판 상에 120 nm 두께의 인듐 주석 산화물층을 증착하였다.As another comparative example, in the case of a heater composed of indium tin oxide, a 120 nm thick layer of indium tin oxide was deposited on a glass substrate using a radio frequency sputter system (SRN-120, SORONA, Korea).

은(Ag) 나노와이어들 및 인듐 주석 산화물층의 평균 투과율은 가시광선 스펙트럼에 대하여 파장 532 nm 에서 94% 정도를 얻었다. Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층, 은(Ag) 나노와이어들, 및 인듐 주석 산화물층의 면저항은 각각 1.9 Ω/cm-2, 15 Ω/cm-2, 및 60 Ω/cm-2 이었다. 각각의 가열기의 양 단부에 구리 배선을 은(Ag) 에폭시(ELCOAT A-200, CANS, Japan)를 이용하여 접촉시키고, 이어서 상대 습도 25% 이하의 공기 중에서 10분 동안 25 ℃ 로 처리되었다.The average transmittances of the silver (Ag) nanowires and the indium tin oxide layer were about 94% at a wavelength of 532 nm with respect to the visible light spectrum. The sheet resistances of the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer, silver (Ag) nanowires, and indium tin oxide layer were 1.9 Ω / cm- 2 , 15 Ω / cm- 2 , and 60 Ω / cm-, respectively. 2 was. Copper wires were contacted at both ends of each heater with silver (Ag) epoxy (ELCOAT A-200, CANS, Japan) and then treated at 25 ° C. for 10 minutes in air with a relative humidity of 25% or less.

<열방사 실험><Thermal radiation experiment>

열방사 시험을 위하여, 폴리 이미드층 상에 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층, 은(Ag) 나노와이어들, 및 120 nm 두께의 인듐 주석 산화물 전극들을 가열기 제조 단계와 동일한 방식으로 준비하였다. 기판을 통한 열전달을 최소화하도록, 1.5 mm 두께의 두꺼운 유리를 대신하여 얇고 투명한 폴리이미드층(Mitsubishi Corp., Japan)을 상기 세 가지 가열기에 대하여 기판으로 사용하였다. 상기 폴리이미드층은 5 x 50 mm2 크기, 25 μm 두께, 302 °C의 Tg 의 특성을 가졌다. 모든 가열기들은 가시광선 스펙트럼에 대하여 94%의 동일한 평균 광학 투과율을 나타내었다. 모든 샘플들의 일 단부는 열 그리스(Samwon Chemical, Korea)를 이용하여 가열판(EC-1200NP, AS ONE Corp., Japan)에 수평으로 부착하였다. 또한, 모든 샘플들의 타단부는 냉각판에 부착시켰다. 가열판의 온도는 140 ℃이었고, 열 방사는 열 적외선 카메라로 측정하였다.For the thermal radiation test, Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer, silver (Ag) nanowires, and 120 nm thick indium tin oxide electrodes were prepared on the polyimide layer in the same manner as in the heater manufacturing step. It was. To minimize heat transfer through the substrate, a thin, transparent polyimide layer (Mitsubishi Corp., Japan) was used as the substrate for the three heaters in place of 1.5 mm thick thick glass. The polyimide layer had a characteristic of 5 × 50 mm 2 size, 25 μm thickness, T g of 302 ° C. All heaters showed the same average optical transmission of 94% for the visible light spectrum. One end of all samples was horizontally attached to a heating plate (EC-1200NP, AS ONE Corp., Japan) using thermal grease (Samwon Chemical, Korea). Also, the other end of all the samples was attached to the cold plate. The temperature of the heating plate was 140 ° C., and heat radiation was measured by a thermal infrared camera.

<서리제거 실험>Defrost experiment

서리제거 시험을 위하여, 상기 가열기 제조 방법과 동일한 방식으로 유리 기판(Matsunami Glass Ind. Ltd, Japan) 상에 각각 배치된 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층, 은(Ag) 나노와이어들, 및 인듐 주석 산화물을 준비하였다. 모든 전극들은 냉장고 내에 60 분간 저장하여, 전체 표면에 서리를 형성하였다. 자동차 모델과 일치하도록, 샘플들의 크기는 각각 100 x 50 mm2 이었다.For the defrost test, Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer, silver (Ag) nanowires respectively disposed on a glass substrate (Matsunami Glass Ind. Ltd, Japan) in the same manner as the heater manufacturing method. , And indium tin oxide were prepared. All electrodes were stored for 60 minutes in the refrigerator, forming frost on the entire surface. To match the car model, the samples were each 100 × 50 mm 2 in size.

<투명 전극들의 특성 분석>Characterization of Transparent Electrodes

은(Ag) 나노섬유들의 표면 특성을 분석하기 위하여, 주사전자현미경(S4600, Hitachi, Tokyo, Japan), 광학 현미경(BX53, Olympus, Tokyo, Japan), 및 고해상도 투과전자현미경(JEM-2100F, JEOL, Tokyo, Japan)을 이용하였다. X-선 광전자 분광법 (XPS) (ESCALAB 250XI, Thermo Fisher Scientific, USA)을 이용하여 은(Ag) 나노섬유들의 원자 분율을 분석하였다.In order to analyze the surface properties of silver (Ag) nanofibers, scanning electron microscope (S4600, Hitachi, Tokyo, Japan), optical microscope (BX53, Olympus, Tokyo, Japan), and high resolution transmission electron microscope (JEM-2100F, JEOL) , Tokyo, Japan). The atomic fraction of silver (Ag) nanofibers was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (ESCALAB 250XI, Thermo Fisher Scientific, USA).

전기적 특성을 분석하기 위하여, 반도체 파라미터 분석기(Keithley 4200-SCS)를 가지는 프로브 스테이션(probe station)을 이용한 면저항 및 전기 저항 측정을 위하여 4침법 및 2침법을 이용하였다. Ag/Ag2O 나노섬유의 면저항을 분석하도록, 열 증발을 이용하여 100 nm 두께의 금 패드들을 증착시켰다. 각각의 샘플의 전기적 저항 변화를 이용하여 면저항을 산출하였다.In order to analyze the electrical characteristics, four and two needle methods were used to measure sheet resistance and electrical resistance using a probe station having a semiconductor parameter analyzer (Keithley 4200-SCS). To analyze the sheet resistance of Ag / Ag 2 O nanofibers, 100 nm thick gold pads were deposited using thermal evaporation. The sheet resistance was calculated using the change in electrical resistance of each sample.

광학 특성을 분석하기 위하여, 확산 반사율 악세서리를 가지는 자외선 내지 근적외선 분광학 시스템(Cary 5000 UV-Vis-NIR, Agilent, USA)을 이용하여 광학 투과율을 측정하였다. 유리 기판의 투과율을 기준치로서 사용된다.To analyze the optical properties, optical transmittance was measured using an ultraviolet to near infrared spectroscopy system (Cary 5000 UV-Vis-NIR, Agilent, USA) with diffuse reflectance accessories. The transmittance | permeability of a glass substrate is used as a reference value.

열특성을 분석하기 위하여, 전원(Keithley 2260B-30-72, USA)을 이용하여 직류 바이어스를 인가하였다. 온도는 장 파장 적외선(LWIR) 카메라(T650sc, FLIR Systems, USA)를 이용하여 측정하였다. 온도 분포는 FLIR Research IR 소프트웨어(Research IR Max, FLIR Systems)를 이용하여 분석하였다. In order to analyze the thermal characteristics, DC bias was applied using a power source (Keithley 2260B-30-72, USA). The temperature was measured using a long wavelength infrared (LWIR) camera (T650sc, FLIR Systems, USA). The temperature distribution was analyzed using FLIR Research IR software (Research IR Max, FLIR Systems).

<산란 분포 분석><Scattering distribution analysis>

광검출기와 입사 광원을 가지는 원거리장 스캐너를 이용하여 산란 분포들을 측정하였다. 분광기(USB4000, Ocean Optics)는 2 도의 단계 크기로 방위각(φ) 및 극성(θ) 방향을 따라서 회전하도록 프로그램되었다. 적색 발광 반도체 레이저(λ = 660 nm), 녹색 발광 반도체 레이저(λ = 532 nm), 또는 청색 발광 반도체 레이저(λ = 450 nm) (Three Color, Korea), 또는 광대역 (λ = 450 - 2500 nm) 슈퍼컨티니움 레이저(Super K Compact, NKT Optics, USA)를 입사 광원으로 사용하였다. 후방 산란 분포들의 측정을 위하여, 입사 각도는 수직선에 대하여 60도로 설정하였다. 측정된 극성(θ) 및 방위각(φ) 각도들의 범위는 각각 ±28도 및 ±40도로 설정하였다. 전방 산란 분포들의 측정을 위하여, 입사 각도는 샘플들에 대하여 수직으로 설정되었다. 극성 및 방위각 각도들의 범위는 각각 ±28도 및 ±180도로 설정하였다.Scattering distributions were measured using a far field scanner with a photodetector and an incident light source. The spectrometer (USB4000, Ocean Optics) was programmed to rotate along the direction of azimuth (φ) and polarity (θ) with a step size of 2 degrees. Red light emitting semiconductor lasers (λ = 660 nm), green light emitting semiconductor lasers (λ = 532 nm), or blue light emitting semiconductor lasers (λ = 450 nm) (Three Color, Korea), or broadband (λ = 450-2500 nm) Supercontinental lasers (Super K Compact, NKT Optics, USA) were used as incident light sources. For the measurement of backscattering distributions, the angle of incidence was set at 60 degrees with respect to the vertical line. The ranges of the measured polar (θ) and azimuth (φ) angles were set to ± 28 degrees and ± 40 degrees, respectively. For the measurement of forward scattering distributions, the angle of incidence was set perpendicular to the samples. The range of polar and azimuth angles was set to ± 28 degrees and ± 180 degrees, respectively.

<전자기 시뮬레이션 분석>Electromagnetic simulation analysis

모든 수치 시뮬레이션들은 FDTD 프로그램을 이용하여 수행되었다. FDTD 시뮬레이션들이 다양한 Ag/Ag2O 나노섬유들의 산란 효율을 얻기 위하여 사용되었다. 파장 분해 산란 단면을 계산하기 위하여, 전기적 및 자기적 산란 장들은 전체장 산란장(total-field scattered-field) 방법을 이용하여 취득하였다. 수직 입사 평면파는 5 nm의 증가 단계를 가지고, 450 nm 내지 700 nm 사이의 파장 범위를 스캔하였다. 이어서, 산란 효율을 결정하도록, 얻은 산란 단면은 전체 투영 면적(은(Ag) 코어 + Ag2O 껍질)에 의하여 나누어진다. 공간 해상도는 평면 내 축들에 대하여 5 nm로 설정하였다. 원통형 축들에 대하여, 주기적 경계 조건을 적용하였다.All numerical simulations were performed using the FDTD program. FDTD simulations were used to obtain scattering efficiency of various Ag / Ag 2 O nanofibers. To calculate wavelength resolved scattering cross sections, electrical and magnetic scattering fields were obtained using a total-field scattered-field method. The normal incident plane wave had an incremental step of 5 nm and scanned the wavelength range between 450 nm and 700 nm. The scattering cross section obtained is then divided by the total projected area (silver (Ag) core + Ag 2 O shell) to determine the scattering efficiency. The spatial resolution was set at 5 nm for the in-plane axes. For cylindrical axes, periodic boundary conditions were applied.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법에 의하여 형성된 은(Ag) 나노섬유의 특성을 나타낸다.Figure 4 shows the characteristics of the silver (Ag) nanofibers formed by the method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, (a)는 은(Ag) 나노섬유들의 직경과 용액 유동 속도의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들을 나타내는 주사전자현미경 사진들이고, (c) 다른 직경은 가지는 단일 은(Ag) 나노섬유의 확대된 주사전자현미경 사진들이다.4, (a) is a graph showing the relationship between the diameter of the silver (Ag) nanofibers and the solution flow rate, (b) is a scanning electron micrograph showing the silver (Ag) nanofibers of a random network structure; (c) Magnified scanning electron micrographs of single silver (Ag) nanofibers with different diameters.

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법에 의하여 형성된 은(Ag) 나노섬유의 특성을 나타낸다Table 1 shows the characteristics of silver (Ag) nanofibers formed by the method of manufacturing a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

목표 직경
(nm)
Target diameter
(nm)
측정 직경Measuring diameter 나노섬유의 면적
(mm2)
Area of nanofiber
(mm 2 )
단위 면적
(mm2)
Unit area
(mm 2 )
나노 섬유
면적분율
(%)
Nano fiber
Area fraction
(%)
단위면적
에 대한
나노섬유
길이
(mm/mm2)
Unit area
For
Nano Fiber
Length
(mm / mm 2 )
18001800 1792±1671792 ± 167 13.9x10-3 13.9 x 10 -3 0.1950.195 7.157.15 39.9±3.739.9 ± 3.7 11001100 1075±1031075 ± 103 8.4x10-3 8.4 x 10 -3 0.1950.195 4.334.33 40.3±4.440.3 ± 4.4 750750 751±61751 ± 61 5.8x10-3 5.8 x 10 -3 0.1950.195 3.023.02 40.2±3.440.2 ± 3.4 600600 609±50609 ± 50 4.8x10-3 4.8 x 10 -3 0.1950.195 2.492.49 40.8±3.440.8 ± 3.4 300300 338±33338 ± 33 2.7x10-3 2.7 x 10 -3 0.1950.195 1.371.37 40.5±3.940.5 ± 3.9

도 4 및 표 1을 참조하면, 300 nm 내지 1800 nm 범위의 직경들(D)을 가지는 은(Ag) 나노섬유들을 형성하였다. 또한, 도 4의 (a)에서 용액 유동 속도가 증가함에 따라 은(Ag) 나노섬유들의 직경이 증가되는 것을 알 수 있고, 이러한 경향은 (b)와 (c)의 사진들에 의하여도 확인할 수 있다. 따라서, 상기 전기 방사 방법은 잠재적으로 1 m2 이상의 넓은 면적을 가지는 금속 배선으로 구성된 투명 전극들을 상대적으로 신속하게 형성할 수 있음을 알 수 있다. 제조된 매우 긴 은(Ag) 나노섬유들은 나노섬유들 사이의 상호 연결 갯수를 최소화하고, 이에 따라 작은 면적 분율에도 불구하고 면저항을 감소시킬 수 있고, 이러한 기하학적 요소는 고투과율을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 4 and Table 1, silver (Ag) nanofibers having diameters D in the range of 300 nm to 1800 nm were formed. In addition, it can be seen that the diameter of the silver (Ag) nanofibers increases as the solution flow rate increases in (a) of FIG. 4, and this tendency can be confirmed by the photographs of (b) and (c). have. Thus, it can be seen that the electrospinning method can form relatively transparent electrodes composed of metal wires potentially having a large area of 1 m 2 or more. The very long silver (Ag) nanofibers produced can minimize the number of interconnections between the nanofibers and thus reduce sheet resistance despite small area fractions, and these geometric elements can provide high transmittance.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 직경 변화에 따른 투과도 및 면저항을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the transmittance and sheet resistance according to the change in diameter of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, "metal mesh"는 은(Ag) 나노섬유로 구성된 그물 전극을 의미하고, "metal mesh+oxide layer"는 상기 은(Ag) 나노섬유 상에 산화층이 형성된 경우이고, "metal mesh+oxide layer+index matching layer"는 산화층 형성 및 굴절률 정합층이 형성된 경우이다.Referring to FIG. 5, "metal mesh" refers to a mesh electrode made of silver (Ag) nanofibers, and "metal mesh + oxide layer" is a case where an oxide layer is formed on the silver (Ag) nanofibers, and "metal" mesh + oxide layer + index matching layer "is a case where an oxide layer is formed and a refractive index matching layer is formed.

직경이 증가됨에 따라 면저항(sheet resistnace)은 감소되었고, 산화층을 가지지 않는 은(Ag) 나노섬유의 경우가 가장 낮은 면저항을 나타낸다. 그러나, 직경이 증가됨에 따라, 면저항의 차이는 상당히 감소됨을 알 수 있다. 또한, 굴절률 정합층이 추가됨에 따른 면저항의 변화는 거의 나타나지 않았다. 참고로 산화된 샘플들의 두께는 150 nm로 동일하게 제어하였다.As the diameter is increased, sheet resistivity decreases, and silver nanofibers without an oxide layer exhibit the lowest sheet resistance. However, as the diameter is increased, it can be seen that the difference in sheet resistance is significantly reduced. In addition, there was little change in sheet resistance as the refractive index matching layer was added. For reference, the thickness of the oxidized samples was equally controlled to 150 nm.

투과도(transmittance)는 파장 550 nm 광에 대하여 모든 직경에서 향상됨을 알 수 있다. 또한, 산화층을 가지지 않는 은(Ag) 나노섬유에 비하여 산화층을 가지는 경우가 투과도가 높게 나타났고, 직경이 증가됨에 따라 투과도의 증가가 크게 나타났다. 특히, 굴절률 정합층을 더 가지는 경우, 300 nm 내지 900 nm에서 더 증가되어 100%에 근접한 수치를 나타내었다. 900 nm 이상에서는 산화층을 가지는 경우와 굴절률 정합층을 더 가지는 경우가 거의 근접한 수치를 나타내었다.It can be seen that the transmission is improved at all diameters for wavelength 550 nm light. In addition, the permeability was higher in the case of having an oxide layer compared to the silver (Ag) nanofibers without the oxide layer, and the increase in permeability was increased as the diameter was increased. In particular, in the case of further having a refractive index matching layer, it increased from 300 nm to 900 nm, indicating a value close to 100%. Above 900 nm, the case of having an oxide layer and the case of further having a refractive index matching layer showed almost close values.

전도성 산화물 층, 전도성 폴리머, 그래핀(graphene), 금속 그리드, 및 심지어는 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노와이어에 비하여 은(Ag) 나노섬유들이 더 높은 성능 지수의 투명 전극으로서 기능한지만, 도 4에 나타난 바와 같이, 개별적인 은(Ag) 나노섬유들에 의하여 유도된 큰 산란은 기판을 통한 시인성의 투명도를 감소시키는 한계가 있다. 유리 기판을 통한 무작위 네트워크 구조의 은(Ag) 나노섬유들의 투과도를 증가시키기 위하여, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 굴절률 정합층(index-matching layer, IML)으로 덮인 Ag/산화물 코어/껍질 나노섬유들을 제안될 수 있다. 상기 굴절률 정합층은 SiO2 및 폴리머 바인더로 구성될 수 있고, 예를 들어 7 μm 수준의 광학적 두께를 가질 수 있다.Although silver nanofibers function as higher performance index transparent electrodes compared to silver nanowires with conductive oxide layers, conductive polymers, graphene, metal grids, and even random network structures, As shown in FIG. 4, large scattering induced by individual silver (Ag) nanofibers has the limit of decreasing the transparency of visibility through the substrate. Ag / oxide cores / covered with an index-matching layer (IML), as shown in FIGS. 2 and 3, to increase the transmission of silver (Ag) nanofibers of random network structure through the glass substrate. Peel nanofibers may be proposed. The refractive index matching layer may be composed of SiO 2 and a polymer binder, and may have an optical thickness of, for example, 7 μm.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 광전자 분광법 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing an optoelectronic spectroscopy spectrum of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, (a)는 산화되기 전의 은(Ag) 나노섬유의 은(Ag) 3d 피크의 경우이고, (b)는 산화 후의 은(Ag) 나노섬유의 은(Ag) 3d 피크의 경우이다. 산화 전에는 은(Ag) 산화물이 거의 존재하지 않으나, 산화 후에는 은(Ag)과 은(Ag) 산화물이 존재함을 알 수 있다. 또한, 상기 은(Ag) 산화물은 대부분 Ag2O로 구성된 것으로 분석된다. 이러한 Ag2O는 자외선 오존으로 조사하여 은(Ag) 코어의 표면에 형성되었고, 도 2의 주사전자현미경 사진으로도 확인할 수 있다. 상기 Ag2O 물질은 전체 가시광선 스펙트럼에 걸쳐서 큰 소멸 계수(k)를 가지는 것으로 알려져 있다.Referring to FIG. 6, (a) is a case of silver (Ag) 3d peak of silver (Ag) nanofibers before oxidation, and (b) is a case of silver (Ag) 3d peak of silver (Ag) nanofibers after oxidation. If it is. Almost no silver (Ag) oxide exists before oxidation, but after the oxidation, silver (Ag) and silver (Ag) oxide exist. In addition, the silver (Ag) oxide is analyzed to consist mostly of Ag 2 O. Such Ag 2 O was formed on the surface of the silver (Ag) core by irradiation with ultraviolet ozone, and can also be confirmed by scanning electron micrograph of FIG. The Ag 2 O material is known to have a large extinction coefficient k over the entire visible light spectrum.

일반적으로, 금속 또는 반도체 나노구조들 상에 코팅된 산화물과 같은 유전체 껍질은 광학 안테나 효과(즉, 산란 단면)를 증폭하기에 지렛대 효과를 줄 수 있다. 부가적으로, 금속은 ε < 0 이고 유전체는 ε > 0과 같이, 금속과 유전체가 반대 부호의 유전율을 가짐에 따라, 금속 코어/유전체 껍질의 나노구조 또는 유전체 코어/금속 껍질의 나노구조는 감소된 산란 단면을 유지할 수 있다. 특히 본 발명에 관련된 준정적(quasistatic) 근사치를 넘어서는 메조스코픽 물체에 대하여, 이전의 이론적 연구에 의하여 설립된 설계 규칙들은 낮은 유전율의 유전체 껍질 및 높은 유전율의 배경 매질은 고차원 산란 계수들을 제거하기에 바람직하다는 것을 나타낸다. 이러한 조건들은 높은 흡수력을 가지는 Ag2O 껍질 및 유전체 굴절률 정합층 (n = 1.5)을 사용하는 것과 잘 일치한다. 성장한 은(Ag) 나노섬유들과 후속의 Ag2O 껍질의 표면은 상당히 거칠다. 따라서, 산화층 상에 형성되는 굴절률 정합층은 이러한 거친 표면을 완화함으로써, 상기 거친 표면에 의하여 발생할 수 있는 산란을 추가적으로 감소시킬 수 있다. In general, a dielectric shell, such as an oxide coated on metal or semiconductor nanostructures, can have a leverage effect to amplify the optical antenna effect (ie, scattering cross section). Additionally, as the metal and dielectric have opposite signs of dielectric, such as ε <0 and dielectric has ε> 0, the nanostructure of the metal core / dielectric shell or the nanostructure of the dielectric core / metal shell decreases. The scattered cross section can be maintained. Especially for mesoscopic objects that exceed the quasistatic approximation related to the present invention, the design rules established by previous theoretical studies suggest that low dielectric constant shells and high dielectric constant background media are preferred to remove high dimensional scattering coefficients. It is displayed. These conditions are in good agreement with the use of high absorbing Ag 2 O shells and dielectric refractive index matching layers (n = 1.5). The surface of the grown silver nanofibers and the subsequent Ag 2 O shell is quite rough. Therefore, the refractive index matching layer formed on the oxide layer can alleviate such rough surface, thereby further reducing scattering which may be caused by the rough surface.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 자외선 오존 조사에 따른 직경 변화를 나타낸다.FIG. 7 illustrates a change in diameter according to ultraviolet ozone irradiation of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, (a)는 직경 변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 0분, 10분, 및 60분에서의 주사전자현미경 사진 및 개략도이다. 자외선 오존 조사 시간이 증가됨에 따라 초기에 400 nm의 직경을 가지는 은(Ag) 코어의 직경이 감소되고, Ag2O 껍질의 두께가 증가된다. 또한, 산화에 의하여 은(Ag) 코어 및 Ag2O 껍질 사이에 개재되어 분리하는 얇은 공동 영역(void)이 관찰된다. 이러한 공동 영역은 코어로부터 은(Ag) 원자들의 확산속도에 비하여 껍질로부터의 산소 원자들의 확산 속도가 상대적으로 작기 때문이고, 키르켄달(Kirkendall) 효과로 알려져 있다. 총 직경은 증가되는 경향을 보이며, 15분까지의 초기의 증가는 Ag2O 껍질 및 공동 영역의 형성에 기인하고, 15분 이후의 후기의 증가는 공동 영역의 형성에 기인하는 것으로 분석된다.Referring to FIG. 7, (a) is a graph showing a change in diameter, and (b) is a scanning electron micrograph and a schematic diagram at 0 minutes, 10 minutes, and 60 minutes. As the ultraviolet ozone irradiation time increases, the diameter of the silver (Ag) core having a diameter of 400 nm initially decreases, and the thickness of the Ag 2 O shell increases. In addition, a thin void void interposed between the silver (Ag) core and the Ag 2 O shell by oxidation is observed. This cavity region is known as the Kirkendall effect because the diffusion rate of oxygen atoms from the shell is relatively small compared to the diffusion rate of silver (Ag) atoms from the core. The total diameter tends to increase, with an initial increase of up to 15 minutes due to the formation of Ag 2 O shells and cavity areas, and later increases after 15 minutes due to the formation of cavity areas.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 투명도를 나타내는 사진들이다.8 is a photograph showing transparency of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, "metal mesh"는 은(Ag) 나노섬유로 구성된 그물 전극을 의미하고, "metal mesh+oxide layer"는 상기 은(Ag) 나노섬유 상에 산화층이 형성된 경우이고, "metal mesh+oxide layer+index matching layer"는 산화층 형성 및 굴절률 정합층이 형성된 경우이다. 무작위 네트워크 구조의 Ag/Ag2O 나노섬유들 (직경 300 nm, 두께 150 nm)은 굴절률 정합층으로 덮여있다. 산화층 및 굴절률 정합층을 가지는 경우에는, 통상적인 실내 광 및 251 mW/cm2 의 집광된 고강도 광에서 유리 기판을 통한 상당히 증가된 투명도를 나타내었다. 산화 공정과 굴절률 정합층 코팅 공정을 가치면서, 투명도의 수준은 계속하여 개선되었고, 이에 따라 은(Ag) 나노섬유들이 육안으로는 보이지 않는 수준이 됨을 의미한다. 특히, 산화된 은(Ag) 나노섬유들 내의 얇은 공동 영역은 유리 기판을 통한 투명도의 수준에 단지 부차적인 효과를 가진다.Referring to FIG. 8, "metal mesh" refers to a mesh electrode made of silver (Ag) nanofibers, and "metal mesh + oxide layer" is a case where an oxide layer is formed on the silver (Ag) nanofibers, and "metal" mesh + oxide layer + index matching layer "is a case where an oxide layer is formed and a refractive index matching layer is formed. Ag / Ag 2 O nanofibers (300 nm in diameter, 150 nm in thickness) of random network structure are covered with a refractive index matching layer. In the case of having an oxide layer and a refractive index matching layer, it exhibited significantly increased transparency through the glass substrate in conventional room light and focused high intensity light of 251 mW / cm 2 . While value of the oxidation process and the refractive index matching layer coating process, the level of transparency continues to improve, which means that the silver (Ag) nanofibers become invisible to the naked eye. In particular, thin cavity regions in oxidized silver (Ag) nanofibers have only a secondary effect on the level of transparency through the glass substrate.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 전자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다.9 illustrates an electromagnetic simulation result of the metal network transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, (a)는 전자기 시뮬레이션 모델이고, (b)는 횡방향 전계(transverse-electrical, TE) 분극 거동을 나타내고, (c)는 횡방향 자계(transverse-magnetic, TM) 분극 거동을 나타낸다. 은(Ag) 코어의 직경은 800 nm 이고, 외측 Ag2O 껍질 산화 껍질의 두께는 160 nm 이었다. 배경 매질의 굴절률은 1.5이고, 실험에서 사용된 굴절률 정합층과 동일하였다. 횡방향 전계(TE) 분극 거동 및 횡방향 자계(TM) 분극 거동 모두에서, 산화 전 은(Ag) 나노섬유에 비하여 산화 후 은(Ag) 나노섬유는 낮은 산란 효율을 나타내며, 따라서 투명성이 증가된다. 또한, 공동 영역의 두께(d)가 증가됨에 따라 산한 효율이 더 저하되므로, 더 증가된 투명성을 가짐을 알 수 있다. 이러한 결과는 도 7의 결과와 일치한다.Referring to FIG. 9, (a) is an electromagnetic simulation model, (b) is a transverse-electrical (TE) polarization behavior, and (c) is a transverse-magnetic (TM) polarization behavior. Indicates. The diameter of the silver (Ag) core was 800 nm and the thickness of the outer Ag 2 O shell oxide shell was 160 nm. The refractive index of the background medium was 1.5 and was the same as the refractive index matching layer used in the experiment. In both the transverse (TE) polarization behavior and the transverse magnetic (TM) polarization behavior, the silver (Ag) nanofibers after oxidation show lower scattering efficiency compared to the silver (Ag) nanofibers before oxidation, thus increasing transparency. . In addition, it can be seen that as the thickness d of the cavity region is increased, the efficiency of the acid is further lowered, thereby further increasing transparency. This result is consistent with the result of FIG. 7.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 헤이즈를 나타내는 그래프이다.10 is a graph illustrating haze of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 클로킹된 Ag/Ag2O 나노섬유들이 투명 전극으로서 성능을 보존함을 증명하기 위하여, 300 nm 내지 1800 nm 의 넓은 범위의 초기의 은(Ag) 나노섬유 직경들(D)에 대하여 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유들, Ag/Ag2O 나노섬유들, 및 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 세가지 샘플들에 대한 투과율(T), 면저항(Rs) 및 헤이즈(haze)를 검토하였다. 모든 샘플들에 대하여 은(Ag) 나노섬유들의 면적 분율들은 각각의 은(Ag) 나노섬유 직경에 대하여 초기에는 동일하였다. 산화된 샘플들은 150 nm 두께의 Ag2O 껍질을 가졌다. 여기에서 입사 광의 파장은 550 nm 이었다.Referring to FIG. 10, a wide range of initial silver (Ag) nanofiber diameters (D) ranging from 300 nm to 1800 nm to demonstrate that clocked Ag / Ag 2 O nanofibers preserve performance as transparent electrodes. Transmittance (T), sheet resistance (R) for three samples of bare silver (Ag) nanofibers, Ag / Ag 2 O nanofibers, and Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer s ) and haze were reviewed. The area fractions of silver (Ag) nanofibers for all samples were initially the same for each silver (Ag) nanofiber diameter. Oxidized samples had a 150 nm thick Ag 2 O shell. Here, the wavelength of incident light was 550 nm.

상기 결과들로부터, 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유들은 전체 범위의 은(Ag) 나노섬유 직경들에 대하여, 예를 들어 T> 92% 및 Rs< 8.6 Ω/sq 과 같은 높은 성능 지수를 나타내었다. 더 중요한 점은, 클로킹된 샘플들은, 즉, Ag/Ag2O/굴절률 정합층의 경우는, 흡수력이 있는 Ag2O 껍질을 가짐에도 불구하고, 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유들에 비하여 더 높은 투과율과 더 낮은 헤이즈를 가지는 것으로 나타났다. 이와 같이 개선된 투과율은 은(Ag) 코어의 수축에 부분적으로 기인한다. 그러나, 굴절률 정합층을 가지기 전과 가진 후의 Ag/Ag2O 나노섬유들의 투과율을 비교하면, 투과율의 개선은 Ag2O 껍질 내의 광학 손실이 완전히 보상됨에 의한 투명화 현상에 대부분 기인하는 것으로 분석된다. 상대적으로 낮은 캐리어 밀도에 의하여 Ag2O 껍질이 Rs 가 증가된다고 하여도, 클로킹된 샘플들은 투명 전극으로서 높은 성능 지수를 가진다. 750 nm의 은(Ag) 나노섬유 직경에서는 T = 99 % 및 Rs = 4.8 ± 1.1 Ω/sq 가졌다.From these results, bare silver (Ag) nanofibers have a high figure of merit for a full range of silver nanofiber diameters, for example T> 92% and R s <8.6 μs / sq. Indicated. More importantly, the clocked samples, ie in the case of Ag / Ag 2 O / index matched layers, have an absorbent Ag 2 O shell, but bare silver (Ag) nanofibers It has been shown to have higher transmittance and lower haze in comparison. This improved transmission is due in part to the shrinkage of the silver (Ag) core. However, comparing the transmittances of the Ag / Ag 2 O nanofibers before and after having the refractive index matching layer, the improvement in the transmittance is mainly attributed to the clarification phenomenon by the optical loss in the Ag 2 O shell is completely compensated. Although the Ag 2 O shell increases R s due to the relatively low carrier density, the clocked samples have a high figure of merit as a transparent electrode. Silver (Ag) nanofiber diameter of 750 nm had T = 99% and R s = 4.8 ± 1.1 μs / sq.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 특성을 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the characteristics of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, (a)는 투과도를 나타내는 그래프이고, (b)는 헤이즈를 나타내는 그래프이다. 굴절률 정합층으로 덮인 무작위 네트워크 구조의 Ag/Ag2O 나노트로프(NT)들에서도 무작위 네트워크 구조의 Ag/Ag2O 나노섬유들과 유사한 결과들이 관찰되었다. 즉, 베어(bare) 나노트로프들에 비하여 더 높은 투명도 및 개선된 투과율을 나타내었다. 이러한 결과들은 흡수력이 있는 등각의 껍질 및 유전체 덮개를 도입함에 따라 클로킹 효과에 의하여 메조스코픽 금속 배선이 보이지 않게 감추어짐을 의미한다.Referring to FIG. 11, (a) is a graph showing transmittance, and (b) is a graph showing haze. In the refractive index adjusting layer covered by a random network, Ag / Ag 2 O nano trough (NT) of the structure are similar to the results with the Ag / Ag 2 O nanofiber of the random network structure was observed. That is, it showed higher transparency and improved transmittance as compared to bare nanotropes. These results indicate that the mesoscopic metal wiring is hidden from view by the clocking effect as the absorbing conformal shell and dielectric cover are introduced.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 암시야 현미경 사진들이다.12 are dark field micrographs of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, "Ag NFs"는 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유의 경우이고, "Ag/Ag2O NFs"는 산화층이 형성된 Ag/Ag2O 나노섬유의 경우이고, "Ag/Ag2O NFs/IML"은 산화층과 굴절률 정합층이 형성된 경우이다. 관찰된 투명화 원리를 설명하기 위하여, 100배의 확대렌즈를 가지는 암시야 현미경을 이용하여 광학 사진을 얻었다. 산화층을 포함하는 경우에는, AgO2 껍질의 두께는 150 nm 이었다. 현미경 사진들로부터, 서브 마이크로미터 크기와 마이크로미터 크기의 은(Ag) 나노섬유들은 산화 단계와 굴절률 정합층 형성 단계에서 점진적으로 흐려지며, 이에 따라 은(Ag) 나노섬유들은 암시야 현미경 사진들에서 거의 보이지 않게 되고, 후방 산란이 억제됨을 의미한다.Referring to FIG. 12, "Ag NFs" is for bare silver (Ag) nanofibers, "Ag / Ag 2 O NFs" is for Ag / Ag 2 O nanofibers with an oxide layer formed thereon, and "Ag / Ag 2 O NFs / IML "is a case where an oxide layer and a refractive index matching layer are formed. To illustrate the observed clarification principle, optical photographs were obtained using a dark field microscope with a magnification of 100 times. In the case of including the oxide layer, the thickness of the AgO 2 shell was 150 nm. From the micrographs, submicrometer-sized and micrometer-sized silver nanofibers are gradually blurred in the oxidation step and the refractive index matching layer formation, thus the silver nanofibers are in dark field micrographs. It is almost invisible, meaning backscatter is suppressed.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 후방 산란 분포를 나타낸다.FIG. 13 illustrates a backscatter distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 13을 참조하면, (a)는 후방 산란 측정장치의 개략도이고, (b)는 300 nm 직경에서의 후방 산란 분포이고, (c)는 750 nm 직경에서의 후방 산란 분포이고, (d)는 1800 nm 직경에서의 후방 산란 분포이다.Referring to FIG. 13, (a) is a schematic diagram of a backscatter measuring device, (b) is a backscattering distribution at 300 nm diameter, (c) is a backscattering distribution at 750 nm diameter, and (d) Backscatter distribution at 1800 nm diameter.

도 13의 (a)를 참조하면, 후방 산란의 수준은 상기 측정장치에서 정밀하게 측정되었고, 이를 위하여 광검출기가 극성(θ) 방향과 방위각(azimuthal)(φ) 방향으로 이동하도록 프로그램되어 있다. 전체 가시광선 스펙트럼에 대한 광대역 투명화 분석을 위하여, 450 nm 파장의 청색 발광 레이저, 532 nm 파장의 녹색 발광 레이저, 660 nm 파장의 적색 발광 레이저를 각각 입사 광원으로 사용하였다. 무작위 네트워크 구조의 구성에서의 입사광의 분극은 중요하지 않았다. 입사 각도는 시편에 대하여 60도로 설정하였다.Referring to FIG. 13A, the level of backscattering is precisely measured in the measuring device, and for this purpose, the photodetector is programmed to move in the direction of polarity (θ) and azimuthal (φ). For wideband transparency analysis of the entire visible light spectrum, a blue light emitting laser of 450 nm wavelength, a green light emitting laser of 532 nm wavelength, and a red light emitting laser of 660 nm wavelength were used as incident light sources, respectively. The polarization of the incident light in the construction of the random network structure was not important. The incident angle was set at 60 degrees with respect to the specimen.

도 13의 (b), (c), (d)를 참조하면, 메쉬의 크기에 관계없이 산화층, 및 굴절률 정합층이 형성됨에 따라 반사도가 계속하여 감소되는 것을 확인하였다. 두 개의 흰색 점선 라인은 ±40도의 각도 경계를 나타낸다. 또한, 산화층은 모두 150 nm의 두께를 가졌다. 측정된 후방 산란 분포들은 투명화와 관련된 두 가지 요소를 나타내었다. 첫번째는, 고정된 은(Ag) 나노섬유 직경 및 광 파장에 대하여, 각각의 제조 단계 이후에 산란 분포가 상당한 수준으로 국부적으로 되었다. 최종 클로킹된 샘플들은 점으로 분포된 산란 분포에 의하여 특정되는 완전 반사(specular) 표면으로서 거동하였다. 두번째는, 은(Ag) 나노섬유 직경이 증가됨에 따라 산란 수준이 약간 증가됨에도 불구하고, 고려된 모든 직경들, 즉 300 nm, 750 nm, 및 1800 nm의 직경에 대하여 이러한 광대역 투명화가 관찰되었다. 따라서, 산란을 억제하여 메조스코픽 금속 배선을 감추는 상술한 클로킹 전략은 넓은 범위의 배선 직경들과 광 파장들에 대하여 적절한 것으로 분석된다.Referring to (b), (c) and (d) of FIG. 13, it was confirmed that the reflectivity continued to decrease as the oxide layer and the refractive index matching layer were formed regardless of the size of the mesh. Two white dashed lines represent angular boundaries of ± 40 degrees. In addition, the oxide layers all had a thickness of 150 nm. The measured backscatter distributions showed two factors related to the clearing. First, for fixed silver (Ag) nanofiber diameters and light wavelengths, the scattering distribution became localized to a significant level after each manufacturing step. The final clocked samples behaved as fully specular surfaces specified by the scattering distribution distributed as dots. Second, this broadband clearing was observed for all diameters considered, namely 300 nm, 750 nm, and 1800 nm, although the scattering level slightly increased as the silver (Ag) nanofiber diameter increased. Thus, the above-described clocking strategy of suppressing scattering to hide mesoscopic metal wiring is analyzed to be appropriate for a wide range of wiring diameters and light wavelengths.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 자외선 오존 조사에 따른 직경 변화를 나타낸다.14 is a view showing a diameter change of ultraviolet ray ozone irradiation of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, (a)는 직경 변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 0분 내지 10분에서의 주사전자현미경 사진들이다. 또한, 은(Ag) 코어는 초기에 1700 nm의 직경을 가진다.Referring to FIG. 14, (a) is a graph showing a change in diameter, and (b) is a scanning electron micrograph at 0 to 10 minutes. In addition, the silver (Ag) core initially has a diameter of 1700 nm.

도 14의 (a)를 참조하면, 자외선 오존 조사 시간이 증가함에 따라 은(Ag) 코어의 직경이 감소되고, Ag2O 껍질의 두께가 증가된다. 이는 도 7의 결과와 동일한 경향을 나타낸다. 그러나, 도 7의 400 nm 초기 직경의 경우와는 달리, 더 큰 1700 nm 직경의 경우에는 은(Ag) 코어의 감소, Ag2O 껍질의 증가, 및 공동 영역의 증가가 점진적인 경향을 나타낸다. 상술한 바와 같이, Ag2O 껍질의 형성은 은(Ag) 코어의 직경의 감소와 함께 발생한다. 투명화는 은(Ag) 코어의 감소에 의하여 부차적으로 발생한다. 따라서, 직경이 1800 nm인 은(Ag) 나노섬유들 샘플들을 준비하고, Ag2O 껍질의 두께를 0 nm 내지 150 nm로 점진적으로 변화시켜, 은(Ag) 코어의 수축에 관한 문제점으로부터 상대적으로 자유로운 은(Ag) 나노섬유들을 준비하였다.Referring to FIG. 14A, as the ultraviolet ozone irradiation time increases, the diameter of the silver (Ag) core decreases and the thickness of the Ag 2 O shell increases. This shows the same tendency as the result of FIG. However, unlike the 400 nm initial diameter of FIG. 7, for larger 1700 nm diameters, a decrease in silver (Ag) cores, an increase in Ag 2 O shell, and an increase in cavity area tend to be gradual. As mentioned above, the formation of Ag 2 O shells occurs with a decrease in the diameter of the silver (Ag) core. The clarification is secondary to the reduction of the silver (Ag) core. Thus, samples of silver (Ag) nanofibers with a diameter of 1800 nm were prepared, and the thickness of the Ag 2 O shell was gradually changed from 0 nm to 150 nm, thereby relatively reducing the problem of shrinkage of the silver (Ag) core. Free silver (Ag) nanofibers were prepared.

도 14의 (b)를 참조하면 5 분의 산화 시간 후에 대략 20 nm의 얇은 Ag2O 껍질이 형성됨을 알 수 있다. 이러한 관찰을 통하여 굴절률 정합층 코팅과 함께 Ag2O 껍질의 존재가 투명화를 지배함을 알 수 있다Referring to Figure 14 (b) it can be seen that after the oxidation time of 5 minutes, a thin Ag 2 O shell of approximately 20 nm is formed. These observations indicate that the presence of Ag 2 O shell with refractive index matching layer dominates the clarification.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 후방 산란 분포를 나타낸다.15 illustrates a backscatter distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 1,700 nm의 초기 직경을 가지는 은(Ag) 나노섬유로부터 형성된 Ag/Ag2O 나노섬유들의 후방 산란 분포들이 나타나 있다. 파장 532 nm의 녹색 레이저가 60도의 입사 각도로 샘플들에 조사되었다. Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 경우("with IML"로 표시됨)에 대하여만 5분 이상 동안 산화시킨 후에 산란 분포들이 상당히 국부적으로 형성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, backscattering distributions of Ag / Ag 2 O nanofibers formed from silver (Ag) nanofibers with an initial diameter of 1700 nm are shown. A green laser with a wavelength of 532 nm was irradiated to the samples at an incidence angle of 60 degrees. It can be seen that the scattering distributions are quite localized after oxidizing for at least 5 minutes only for the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer (denoted “with IML”).

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 전방 산란 분포를 나타낸다.16 illustrates a forward scattering distribution of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, (a)는 전방 산란 측정장치의 개략도이고, (b)는 후방 산란 분포이다. 모든 산화된 샘플들은 Ag2O 껍질 두께는 160 nm 이었다. 클로킹된 은(Ag) 나노섬유의 경우, 즉 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 경우 전방 산란이 억제됨을 알 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 경우 후방 산란도 억제된다. 이에 따라 외부 조사의 경우와 내부 조사의 경우에 모두 범용적으로 사용될 수 있음을 의미한다.Referring to FIG. 16, (a) is a schematic diagram of a forward scattering measuring device, and (b) is a backscattering distribution. All oxidized samples had an Ag 2 O shell thickness of 160 nm. It can be seen that forward scattering is suppressed in the case of clocked silver (Ag) nanofibers, that is, Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer. In addition, in the case of the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer as described above, backscattering is also suppressed. This means that both external and internal surveys can be used universally.

상술한 실험 결과를 검증하기 위하여, 유한 차이 시간 영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션들을 수행하였다.In order to verify the above experimental results, finite-difference time-domain (FDTD) simulations were performed.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 횡방향 전계 하에서의 광학 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.17 shows simulation results for optical characteristics under a lateral electric field of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 17의 (a)를 참조하면, 시뮬레이션을 위한 유리 기판 상의 Ag/Ag2O 나노섬유의 개략도이다. 유리 기판 상에 등각의 Ag2O 껍질을 가지는 단일 반구형 은(Ag) 나노섬유를 배치하고, 공기층 (굴절률은 1.0임) 또는 유전체 층(굴절률은 1.5 임)의 배경 매질에 삽입하였다. 상기 Ag2O 껍질의 효과를 명확하게 검증하기 위하여, 은(Ag) 코어의 직경은 Ag2O 껍질의 도입에 의하여 변화하지 않게 하였다. 은(Ag) 나노섬유의 직경은 800 nm 으로 설정하였고, 산화층(Ag2O 껍질)의 두께는 160 nm 로 설정하였다. 상기 개략도에서는 횡방향 전계(TE) 분극과 횡방향 자계(TM) 분극이 정의되어 있다.Referring to FIG. 17A, a schematic diagram of Ag / Ag 2 O nanofibers on a glass substrate for simulation. Single hemispherical silver (Ag) nanofibers with conformal Ag 2 O shells were placed on the glass substrate and inserted into the background medium of the air layer (refractive index is 1.0) or the dielectric layer (refractive index is 1.5). In order to clearly verify the effect of the Ag 2 O shell, the diameter of the silver (Ag) core was not changed by the introduction of the Ag 2 O shell. The diameter of the silver (Ag) nanofibers was set to 800 nm, and the thickness of the oxide layer (Ag 2 O shell) was set to 160 nm. In the schematic diagram, the transverse electric field (TE) polarization and the transverse magnetic field (TM) polarization are defined.

도 17의 (b)를 참조하면, 530 nm 파장의 횡방향 전계 분극 광에서 얻은 전기장 강도 프로화일들이 나타나 있다. 은(Ag) 나노섬유, Ag/AgO2 나노섬유, 및 Ag/AgO2 나노섬유/굴절률 정합층의 전기장 강도를 검토하면, 산화 단계와 코팅 단계에 의하여 산화층과 굴절률 정합층을 형성함에 따라, 광의 산란이 상당히 억제됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 17B, electric field intensity profiles obtained from 530 nm wavelength transverse field polarized light are shown. Examining the electric field strengths of silver (Ag) nanofibers, Ag / AgO 2 nanofibers, and Ag / AgO 2 nanofibers / refractive index matching layers, as the oxide and refractive index matching layers are formed by the oxidation and coating steps, It can be seen that scattering is significantly suppressed.

도 17의 (c)를 참조하면, 횡방향 전계 분극 광의 변화에 의한 파장 의존적 산란 효율을 나타내는 표면도이다. 추가적인 정량적 분석을 위하여, 횡방향 전계 분극을 가지는 수직 입사 광대역 (파장은 400 nm 내지 700 nm 범위임) 평면파에 대하여 260 nm 내지 1800 nm 범위의 은(Ag) 나노섬유 직경들의 변화에 따른 세가지 구조의 산란 단면을 측정한 표면도이다. 이러한 표면도들은 횡방향 전계 분극에 대하여 전체 가시광선 스펙트럼에 걸쳐서 보존되는 크기에 무관한 산란 억제를 나타내었고, 도 13에 도시된 바와 같은 측정된 산란 분포들에 상응한다. 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유들은 국부적인 표면 플라즈몬 공명들로 특정되는 단속적인 고 진폭 밴드들을 유지하였다. 그러나, 유전체 층으로 덮인 Ag/Ag2O 나노섬유는 플라즈몬 매개 산란이 상당히 완화됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 17C, it is a surface diagram showing wavelength-dependent scattering efficiency due to a change in lateral field polarized light. For further quantitative analysis, three structures of vertical incident broadband with transverse field polarization (wavelength in the range of 400 nm to 700 nm) with varying silver nanofiber diameters in the range of 260 nm to 1800 nm for plane waves It is the surface figure which measured the scattering cross section. These surface plots showed scatter suppression independent of magnitude preserved across the entire visible spectrum for transverse electric field polarization and correspond to measured scatter distributions as shown in FIG. 13. Bare silver (Ag) nanofibers retained intermittent high amplitude bands specified by local surface plasmon resonances. However, it can be seen that Ag / Ag 2 O nanofibers covered with a dielectric layer significantly alleviate plasmon mediated scattering.

도 17의 (d)를 참조하면, 횡방향 전계 분극에 대하여 530 nm 파장에서 얻은 0 nm, 20 nm, 또는 100 nm의 산화층 두께에서의 Ag/Ag2O 나노섬유/굴절률 정합층의 전기장 파장 프로화일을 나타낸다. 직경은 800 nm 이었다. 넓은 범위의 크기를 가지는 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들을 연구하기 위하여, Ag2O 껍질 두께의 효과를 나타낸다.Referring to FIG. 17D, the electric field wavelength profile of an Ag / Ag 2 O nanofiber / refractive index matching layer at an oxide layer thickness of 0 nm, 20 nm, or 100 nm obtained at a wavelength of 530 nm for lateral field polarization. Indicates. The diameter was 800 nm. To study clocked silver (Ag) nanofibers with a wide range of sizes, the effect of Ag 2 O shell thickness is shown.

도 17의 (e)를 참조하면, 횡방향 전계 분극 광의 변화에 따른 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 파장 의존적 산란 효율을 나타내는 표면도이다. 직경은 800 nm 이었다. 시뮬레이션 결과들로부터, 20 nm 의 매우 얇은 Ag2O 껍질이 도입되면, 산란이 급격하게 억제됨을 알 수 있다. 더 두꺼운 Ag2O 껍질은 산란 억제를 더 크게한다. Ag2O 껍질 두께 및 파장들의 변화에 따른 산란 효율의 표면도는 본 시뮬레이션에서는 대략 20 nm 인 차단 Ag2O 껍질 두께를 나타내며, 산란 거동은 급격하게 변화한다. 이러한 시뮬레이션 결과들로부터, 도 15의 Ag2O 껍질 두께의 미세한 증가에 따른 측정된 산란 분포들을 설명할 수 있다.Referring to (e) of FIG. 17, it is a surface diagram showing wavelength-dependent scattering efficiency of Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer according to a change in transverse field polarized light. The diameter was 800 nm. From the simulation results, it can be seen that when 20 nm of a very thin Ag 2 O shell is introduced, scattering is rapidly suppressed. Thicker Ag 2 O shells provide greater scatter suppression. The surface plot of scattering efficiency with varying Ag 2 O shell thickness and wavelengths shows a blocking Ag 2 O shell thickness which is approximately 20 nm in this simulation, and the scattering behavior changes rapidly. From these simulation results, it is possible to explain the measured scattering distributions with a slight increase in the Ag 2 O shell thickness of FIG. 15.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 횡방향 자계 하에서의 광학 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.FIG. 18 illustrates simulation results of optical characteristics under a lateral magnetic field of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 18의 (a)를 참조하면, 횡방향 자계 분극 광의 변화에 의한 파장 의존적 산란 효율을 나타내는 표면도이다. 도 18의 (b)를 참조하면, 횡방향 자계 분극에 대하여 530 nm 파장에서 얻은 0 nm, 20 nm, 또는 100 nm의 산화층 두께에서의 Ag/Ag2O 나노섬유/굴절률 정합층의 전기장 파장 프로화일을 나타낸다. 도 18의 (c)를 참조하면, 횡방향 자계 분극 광의 변화에 따른 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층의 파장 의존적 산란 효율을 나타내는 표면도이다. 도 18의 횡방향 자계 분극 광에 대한 결과들은 도 17의 횡방향 전계 분극 광에 대한 결과들과 잘 일치한다.Referring to FIG. 18A, it is a surface diagram showing wavelength-dependent scattering efficiency due to a change in lateral magnetic field polarized light. Referring to FIG. 18B, the electric field wavelength profile of an Ag / Ag 2 O nanofiber / refractive index matching layer at an oxide layer thickness of 0 nm, 20 nm, or 100 nm obtained at a wavelength of 530 nm for the transverse magnetic polarization Indicates. Referring to FIG. 18C, the surface-dependent scattering efficiency of the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer according to the change in the transverse magnetic polarized light is shown. The results for the lateral magnetic field polarized light of FIG. 18 agree well with the results for the lateral field polarized light of FIG. 17.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 산화층의 영향을 보여주는 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 19 is a simulation result showing the effect of the oxide layer of the metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 횡방향 전계 분극 광에 대한 유전체 두께의 변화에 따른 코어/껍질 Ag/유전체 나노섬유들(직경은 800 nm 임)의 파장 의존적인 산란 효율을 나타내는 표면도들이다. 유전체 껍질에 부과된 굴절률 (n) 및 흡수 계수 (k)는 (n, k)로 나타내며, (2.5, 0), (2.5, 0.1), (2.5, 0.5) 으로 기재되어 있다. 배경 매질의 굴절률은 1.5이고, 실험에 사용된 굴절률 정합층과 동일하게 설정하였다. 결과적으로, 흡수력이 있는 Ag2O 껍질의 효과를 검증하도록, 강한 흡수력(k = 0.5), 약한 흡수력(k = 0.1), 또는 투명한 (k = 0) 유전체 껍질을 가지는 은(Ag) 나노섬유들의 산란 효율을 얻었다. 표면도들을 비교하면, 유전체 껍질이 흡수력이 있는 경우에는 은(Ag) 나노섬유에 의하여 유도된 플라즈몬 산란이 억제됨을 알 수 있다. 흥미롭게는, 흡수력이 있는 Ag2O 껍질 샘플들을 가지는 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들은 베어(bare) 은(Ag) 나노섬유들 샘플들에 비하여 상당히 높은 투과율을 나타내었다. 일반적으로, 산란과 흡수는 상당히 관련되고, 이에 따라 클로킹된 구조는 흡수 단면과 산란 단면을 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.Referring to FIG. 19, surface diagrams showing wavelength-dependent scattering efficiency of core / shell Ag / dielectric nanofibers (diameter is 800 nm) according to a change in dielectric thickness for transverse field polarized light. The refractive index (n) and the absorption coefficient (k) imposed on the dielectric shell are represented by (n, k) and described as (2.5, 0), (2.5, 0.1), (2.5, 0.5). The refractive index of the background medium was 1.5 and was set in the same manner as the refractive index matching layer used in the experiment. As a result, silver nanofibers with strong (k = 0.5), weak (k = 0.1), or transparent (k = 0) dielectric shells can be used to verify the effect of absorbent Ag 2 O shells. Scattering efficiency was obtained. Comparing the surface diagrams, it can be seen that plasmon scattering induced by silver (Ag) nanofibers is suppressed when the dielectric shell is absorbable. Interestingly, the clocked silver (Ag) nanofibers with absorbent Ag 2 O shell samples showed significantly higher transmissions than bare silver (Ag) nanofibers samples. In general, it is known that scattering and absorption are considerably related, so that the clocked structure can reduce the absorption and scattering cross sections.

본 발명의 일 응용예로서, 무작위 네트워크 구조의 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들을 이용하여 가열기를 제공할 수 있고, 상기 가열기는 서리제거 장치로서 사용될 수 있다.In one application of the invention, a heater can be provided using clocked silver (Ag) nanofibers of random network structure, which can be used as a defrost device.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 제조 방법을 도시한다.20 illustrates a method of manufacturing a heater constructed of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 20의 (a)를 참조하면, 무작위 네트워크 구조의 나노섬유를 준비하는 단계, 상기 나노섬유의 양 단부에 도전성 패드를 형성하는 단계, 상기 도전성 패드 상에 차단층을 형성하는 단계, 상기 나노섬유를 표면 산화하는 단계, 상기 차단층을 제거하는 단계, 및 상기 나노섬유 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to (a) of FIG. 20, preparing nanofibers having a random network structure, forming conductive pads at both ends of the nanofibers, and forming a blocking layer on the conductive pads, the nanofibers. Surface oxidation, removing the barrier layer, and forming a refractive index matching layer on the nanofibers.

상기 나노섬유는 금속 네트워크 투명 전극으로 구성될 수 있고, 예를 들어 상기 나노 섬유는 은(Ag) 나노섬유를 포함할 수 있다. 상기 도전성 패드는 은(Ag)을 포함할 수 있고, 은(Ag) 에폭시 페이스트를 이용하여 은(Ag) 나노섬유에 부착될 수 있다. 상기 차단층은 상기 도전성 패드의 산화를 방지하기 위하여 형성되며, 예를 들어 PDMS를 포함할 수 있다. 상기 은(Ag) 나노섬유는 줄 가열을 위한 투명 전극으로 기능할 수 있고, 직경은 750 nm 이었다. 또한, 면저항(Rs)은 4.8 ± 1.1 Ω/sq 이었고, 투과율은 99% 이었다.The nanofibers may be composed of a metal network transparent electrode, for example, the nanofibers may include silver (Ag) nanofibers. The conductive pad may include silver (Ag), and may be attached to silver (Ag) nanofibers using a silver (Ag) epoxy paste. The blocking layer is formed to prevent oxidation of the conductive pad, and may include, for example, PDMS. The silver (Ag) nanofibers could function as a transparent electrode for Joule heating and had a diameter of 750 nm. In addition, the sheet resistance (R s ) was 4.8 ± 1.1 mA / sq, and the transmittance was 99%.

도 20의 (b)를 참조하면, 완성된 가열기의 개략도가 나타나 있고, 도 20의 (c)를 참조하면, 완성된 가열기의 실물 사진이 나타나 있다.Referring to FIG. 20B, a schematic diagram of the completed heater is shown, and referring to FIG. 20C, a physical picture of the completed heater is shown.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 발열 실험 결과들을 도시한다.21 illustrates exothermic experiment results of a heater constructed of a metal network transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 21의 (a)를 참조하면, 입력되는 직류 바이어스는 30초 마다 1 V를 증가시키는 단계로서 6 V 까지 증가시켰다. 이러한 직류 바이어스의 증가에 따른 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층 가열기의 온도 변화가 나타나 있다. 직류 바이어스의 크기가 증가됨에 따라 온도가 증가되었다. 결과적으로 평균 온도는 248.2 ± 0.8 ℃로 나타났다.Referring to (a) of FIG. 21, the input DC bias is increased to 6 V as a step of increasing 1 V every 30 seconds. The temperature change of the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer heater according to the increase of the DC bias is shown. As the magnitude of the DC bias increased, the temperature increased. As a result, the average temperature was found to be 248.2 ± 0.8 ° C.

도 21의 (b)를 참조하면, 본 발명에서 투명 전극으로서 개발한 은(Ag) 나노섬유들의 효과를 검증하기 위하여, 본 발명의 실시예의 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층 (Rs = 1.9 Ω/sq) 및 은(Ag) 나노와이어들 (Rs = 15 Ω/sq)을 포함한 비교예와 인듐 주석 산화물(Rs = 60 Ω/sq)을 포함한 비교예를 더 준비하였다. 2 V의 직류 바이어스를 인가하여 열 시험을 수행하였다. 비교를 위하여, 이러한 세가지 샘플들의 투과율은 550 nm 파장에서 94%의 동일한 수치로 조정하였다. 이러한 동일한 투과율을 달성하기 위하여, 1139 nm의 평균 직경을 가지는 무작위 네트워크 구조의 Ag/Ag2O 나노섬유들을 사용하였고, 면저항(Rs)은 1.9 ± 0.5 W/sq 이었다. 본 발명의 실시예에 따른 은(Ag) 나노섬유들에서 열 평형 온도의 급격한 증가가 관찰되었고, 이는 다른 면저항을 가지는 은(Ag) 나노와이어들과 인듐 주석 산화물과는 다른 경향이 나타났다.Referring to Figure 21 (b), in order to verify the effect of the silver (Ag) nanofibers developed as a transparent electrode in the present invention, the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer (R A comparative example including s = 1.9 Ω / sq) and silver (Ag) nanowires (R s = 15 dl / sq) and a comparative example including indium tin oxide (R s = 60 dl / sq) were further prepared. Thermal testing was performed by applying a DC bias of 2V. For comparison, the transmittance of these three samples was adjusted to the same value of 94% at 550 nm wavelength. In order to achieve this same transmittance, Ag / Ag 2 O nanofibers of random network structure having an average diameter of 1139 nm were used, and the sheet resistance (R s ) was 1.9 ± 0.5 W / sq. A sharp increase in the thermal equilibrium temperature was observed in the silver (Ag) nanofibers according to the embodiment of the present invention, which showed a tendency different from silver (Ag) nanowires having different sheet resistance and indium tin oxide.

도 21의 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예인 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층에 직류 바이어스(6 V)를 50 싸이클로 반복적으로 인가하여 열 싸이클 시험을 수행하였다. 전체 시험을 통하여 열 성능의 저하는 발견되지 않았다. Referring to (c) of FIG. 21, a thermal cycle test was performed by repeatedly applying a DC bias (6 V) at 50 cycles to an Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer according to an embodiment of the present invention. No degradation of thermal performance was found throughout the entire test.

도 21의 (d)를 참조하면, (c)에 대하여 열 방사 시험을 수행한 적외선 사진들이다. 본 발명의 실시예인 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층은 균일한 직류 바이어스에서 균일한 온도 분포를 나타내었다. 이는 가열기에 적용되는 우수한 특성을 가짐을 의미한다.Referring to (d) of FIG. 21, infrared photographs of the thermal radiation test of (c) are shown. The Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer, which is an embodiment of the present invention, exhibited a uniform temperature distribution at a uniform direct current bias. This means that it has excellent properties applied to the heater.

도 21의 (e) 및 (f)를 참조하면, 여기에서, 120 ℃의 동일한 열 평형 온도에 도달하기 위하여, 본 발명의 실시예인 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층은 2 V의 직류 바이어스를 인가하였고, 은(Ag) 나노와이어들은 5.5 V의 직류 바이어스를 인가하였고, 인듐 주석 산화물층에는 11 V의 직류 바이어스를 인가하였다. 본 발명의 실시예인 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층은 다른 비교예들인 은(Ag) 나노와이어들과 인듐 주석 산화물에 비하여 더 높은 가열 속도와 냉각 속도를 나타내었다. 이러한 결과는 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층이 상대적으로 더 빠른 열전달 속도를 가지기 때문이다.Referring to Figures 21 (e) and (f), here, in order to reach the same thermal equilibrium temperature of 120 ° C, the Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer of Direct current bias was applied, silver (Ag) nanowires were applied with a direct current bias of 5.5 V, and an 11 V direct current bias was applied to the indium tin oxide layer. The Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer of the present invention showed a higher heating rate and cooling rate than other comparative examples of silver (Ag) nanowires and indium tin oxide. This result is because Ag / Ag 2 O nanofibers / index matched layers have a relatively faster heat transfer rate.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 열 전달 실험 결과들을 도시한다.22 illustrates heat transfer test results of the metal network transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention.

도 22의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예의 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층으로 구성한 전극, 비교예로서 은(Ag) 나노와이어들로 구성한 전극, 및 비교예로서 인듐 주석 산화물로 구성한 전극을 준비하였다. 상기 전극들은 각각 25 μm 두께의 폴리이미드 기판 상에 준비되었다. 상기 전극들의 일단부는 140 ℃의 균일한 온도를 가지는 가열판(hot plate)에 연결하였고, 상기 전극들의 타단부는 23 ℃의 균일한 온도를 가지는 냉각판(cooling pad)에 연결시켰다.Referring to FIG. 22A, an electrode composed of Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer of an embodiment of the present invention, an electrode composed of silver (Ag) nanowires as a comparative example, and indium as a comparative example An electrode composed of tin oxide was prepared. The electrodes were each prepared on a 25 μm thick polyimide substrate. One end of the electrodes was connected to a hot plate having a uniform temperature of 140 ° C., and the other end of the electrodes was connected to a cooling pad having a uniform temperature of 23 ° C.

도 22의 (b)에는, 상기 전극들의 적외선 사진들이 나타나 있다. 도 22의 (c)에는 가열판에서의 거리에 따른 전극들의 온도 변화를 나타나 있다. 상기 결과로부터, 본 발명의 실시예인 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층으로 구성한 전극이 상대적으로 더 빠른 열 방사를 나타내었다. 이와 같은 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들의 큰 열 능력과 광학 능력은 고 투명도, 고투과율, 및 높은 서리제거 속도를 요구하는 서리제거 장치에 적절하게 적용될 수 있다.In FIG. 22B, infrared photographs of the electrodes are shown. 22C shows the temperature change of the electrodes according to the distance from the heating plate. From the above results, the electrode composed of Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer of the present invention showed relatively faster thermal radiation. The large thermal and optical capabilities of these clocked silver (Ag) nanofibers can be suitably applied to defrosting devices requiring high transparency, high transmittance, and high defrost rates.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 네트워크 투명 전극으로 구성한 가열기의 서리제거 실험 결과들을 도시한다.FIG. 23 illustrates defrost test results of a heater configured of a metal network transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 23의 (a)를 참조하면, 인가된 직류 바이어스들의 변화에 따른 Ag/Ag2O 나노섬유들/굴절률 정합층 가열기의 서리 제거 시간을 나타내는 그래프이다. 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들 (면저항(Rs)은 4.8 ± 1.1 Ω/sq 이고, 투과도는 99% 임)을 이용하여 제조된 서리제거 장치는 서리 제거 시간과 인가된 직류 바이어스 사이에 선형 관계를 나타내었다. 6 V의 직류 바이어스에서 서리 제거 시간은 1 초 미만이었다. 이러한 빠른 서리 제거는 운전 중에 맑은 시야를 요구하는 자동차 유리에 바람직한 것으로 분석된다.Referring to FIG. 23A, a graph showing defrost time of Ag / Ag 2 O nanofibers / refractive index matching layer heater according to changes of applied DC biases. Defrosting devices fabricated using clocked silver (Ag) nanofibers (surface resistance (R s ) is 4.8 ± 1.1 μs / sq and transmittance is 99%) are linear between the defrost time and the applied direct current bias. The relationship is shown. The defrost time was less than 1 second at a 6 V direct current bias. This rapid defrost is analyzed to be desirable for automotive glass that requires a clear view while driving.

도 23의 (b) 및 (c)를 참조하면, 자동차 유리에 적용된 Ag/Ag2O-나노섬유/굴절률 정합층 가열기의 사진들이고, (b)는 작동 전이고, (c)는 우측은 작동 후이다. 인가된 직류 바이어스는 6 V 이었다. 하측 내부에 개재된 사진들은 운전자의 시야를 나타내고, 상측 내부에 개재된 사진들은 유리의 온도 분포를 나타내는 자외선 사진이다. 클로킹된 은(Ag) 나노섬유들을 자동차 유리에 적용하여 서리 제거 시험을 수행하였다. 자동차 유리 전체에 의도적으로 형성한 서리는 6 V의 직류 바이어스에서 1초 내로 완전히 증발하였다.Referring to (b) and (c) of FIG. 23, pictures of Ag / Ag 2 O-nanofiber / refractive index matching layer heater applied to automobile glass, (b) are before operation, and (c) is right after operation. to be. The applied direct current bias was 6 V. The pictures inside the lower side represent the driver's field of view, and the pictures inside the upper side are the ultraviolet image showing the temperature distribution of the glass. Defrosted tests were performed by applying clocked silver (Ag) nanofibers to automotive glass. Frost intentionally formed throughout the vehicle glass evaporated completely within 1 second at a 6 V direct current bias.

상술한 바와 같이, 광대역 투명화 클로킹은 은(Ag) 배선에 한정되어 적용하는 것이 아니고, 저비용의 전극물질로서 사용될 수 있는 구리 등과 같은 금속의 메조스코픽 입자들과 플레이크들에 적용될 수 있다. 산란 억제의 효과는 껍질 및 덮개 층의 설계에 의하여 증가될 수 있다. 예를 들어, 고-굴절률 덮개 층과 결합된 이중 껍질이다. 이러한 실험 및 이론 결과들은 고 투명도 시야를 요구하고 금속 구조를 사용하는 다양한 응용처의 개발에 이용될 수 있다.As described above, broadband transparent clocking is not limited to silver (Ag) wiring but may be applied to mesoscopic particles and flakes of metal such as copper, which can be used as a low cost electrode material. The effect of scatter suppression can be increased by the design of the shell and cover layers. For example, it is a double shell combined with a high-index cover layer. These experimental and theoretical results can be used for the development of various applications that require high transparency fields of view and use metal structures.

본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극은, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함한다.Metal network transparent electrode according to the spirit of the present invention, the metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

상기 금속 나노물질 코어는 다양한 금속으로 구성될 수 있고, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The metal nanomaterial core may be composed of various metals, for example, silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), chromium (Cr), gallium (Ga), nickel (Ni) ), Or alloys thereof.

상기 산화층은 다양한 산화물로 구성될 수 있고, 예를 들어 상기 금속 나노물질 코어의 산화물로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 산화층은 추가적인 증착 방법을 통하여 형성될 수 있고, 이러한 경우에는 상기 금속 나노물질과는 다른 물질의 산화물로 구성될 수 있다. 상기 산화층은, 예를 들어, Ag2O, Fe2O3, CuO, ITO(indium tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), 또는 ZnO를 포함할 수 있다.The oxide layer may be composed of various oxides, for example, the oxide of the metal nanomaterial core. Alternatively, the oxide layer may be formed through an additional deposition method, and in this case, the oxide layer may be formed of an oxide of a material different from that of the metal nanomaterial. The oxide layer may include, for example, Ag 2 O, Fe 2 O 3 , CuO, indium tin oxide (ITO), indium gallium zinc oxide (IGZO), or ZnO.

상기 굴절률 정합층은 다양한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물 또는 투명 폴리머를 포함할 수 있다.The refractive index matching layer may include various materials, and may include, for example, silicon oxide or a transparent polymer.

상기 굴절률 정합층은, 예를 들어 1 내지 6 범위의 굴절률을 가질 수 있다.The refractive index matching layer may have, for example, a refractive index in the range of 1 to 6.

상기 금속 나노물질 코어와 상기 산화층은 동일하거나 서로 유사한 굴절률을 가질 수 있다.The metal nanomaterial core and the oxide layer may have the same or similar refractive index.

상기 네트워크 구조는 무작위 네트워크 구조로 이루어질 수 있다.The network structure may be a random network structure.

상기 금속 나노물질 코어는 다양한 직경을 가질 수 있고, 예를 들어 100 nm 내지 20000 nm 범위의 직경을 가질 수 있고, 예를 들어 300 nm 내지 1800 nm 범위의 직경을 가질 수 있다.The metal nanomaterial core may have various diameters, for example may have a diameter in the range of 100 nm to 20000 nm, and for example may have a diameter in the range of 300 nm to 1800 nm.

상기 산화층은 다양한 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 5 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 100 nm 내지 200 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The oxide layer may have various thicknesses, for example, may have a thickness in the range of 5 nm to 1000 nm, and for example, may have a thickness in the range of 100 nm to 200 nm.

상기 금속 나노물질 코어와 상기 산화층 사이에 배치된 공동 영역을 더 포함할 수 있다.It may further include a cavity region disposed between the metal nanomaterial core and the oxide layer.

본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극은, 네트워크 구조를 가지는 금속 물질로 형성된 금속 코어; 상기 금속 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함한다.Metal network transparent electrode according to the spirit of the present invention, a metal core formed of a metal material having a network structure; An oxide layer disposed on the metal core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은, 금속 나노물질을 전기 방사하여 금속 네트워크를 형성하는 단계; 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계; 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계; 를 포함한다.Method of manufacturing a metal network transparent electrode according to the technical idea of the present invention, forming a metal network by electrospinning a metal nanomaterial; Oxidizing a surface of the metal network to form an oxide layer; And forming a refractive index matching layer on the oxide layer; It includes.

상기 산화층을 형성하는 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있고, 예를 들어 상기 금속 네트워크를 자외선 오존 조사하여 수행될 수 있다.The forming of the oxide layer may be performed in various ways, for example, by performing ultraviolet ozone irradiation on the metal network.

상기 굴절률 정합층을 형성하는 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있고, 예를 들어 메이어 로드 코팅 방법을 이용하여 수행될 수 있다.The forming of the refractive index matching layer may be performed in various ways, for example, using a Meyer rod coating method.

본 발명의 기술적 사상에 따른 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법은, 폴리머를 전기 방사하여 네트워크를 형성하는 단계; 상기 네트워크에 금속 나노물질을 증착하여 금속 네트워크를 형성하는 단계; 상기 금속 네트워크를 기판에 전사하는 단계; 상기 폴리머를 제거하는 단계; 상기 금속 네트워크의 표면을 산화하여 산화층을 형성하는 단계; 및 상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계;를 포함한다.Method of manufacturing a metal network transparent electrode according to the technical idea of the present invention, forming a network by electrospinning a polymer; Depositing a metal nanomaterial on the network to form a metal network; Transferring the metal network to a substrate; Removing the polymer; Oxidizing a surface of the metal network to form an oxide layer; And forming a refractive index matching layer on the oxide layer.

상기 폴리머는 다양한 폴리머를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. The polymer may include various polymers, for example polyvinylpyrrolidone.

상기 폴리머를 제거하는 단계는 다양한 방식으로 수행될 수 있고, 예를 들어 에탄올을 이용하여 수행될 수 있다.Removing the polymer may be performed in a variety of ways, for example using ethanol.

본 발명의 기술적 사상에 따른 가열기는, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함한다.Heater according to the technical idea of the present invention, a metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; And a refractive index matching layer disposed on the oxide layer.

본 발명의 기술적 사상에 따른 가열기의 제조방법은, 네트워크 구조를 가지는 금속 나노물질 코어; 상기 금속 나노물질 코어 상에 배치된 산화층; 및 상기 산화층 상에 배치된 굴절률 정합층;을 포함하는 금속 네트워크 투명 전극으로 구성된 나노섬유를 준비하는 단계; 상기 나노섬유의 양 단부에 도전성 패드를 형성하는 단계; 상기 도전성 패드 상에 차단층을 형성하는 단계; 상기 나노섬유를 표면 산화하는 단계; 상기 차단층을 제거하는 단계; 및 상기 나노섬유 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계를 포함한다.Method for manufacturing a heater according to the technical idea of the present invention, a metal nanomaterial core having a network structure; An oxide layer disposed on the metal nanomaterial core; Preparing a nanofiber consisting of a metal network transparent electrode comprising a; refractive index matching layer disposed on the oxide layer; Forming conductive pads at both ends of the nanofibers; Forming a blocking layer on the conductive pad; Surface oxidation of the nanofibers; Removing the barrier layer; And forming a refractive index matching layer on the nanofibers.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (20)

금속 나노 와이어들이 네트워크 구조를 형성하는 금속 나노물질 코어;
상기 금속 나노 와이어들의 표면을 둘러싸도록 형성되며, 상기 금속 나노 와이어들을 형성하는 금속 물질이 산화되어 형성되는 산화층; 및
상기 산화층 상에 형성되는 굴절률 정합층을 포함하고,
상기 금속 나노 와이어와 상기 산화층 사이에는 공동 영역이 형성되어 있는 금속 네트워크 투명 전극.
A metal nanomaterial core in which metal nanowires form a network structure;
An oxide layer formed to surround the surfaces of the metal nanowires and formed by oxidizing a metal material forming the metal nanowires; And
A refractive index matching layer formed on the oxide layer,
And a cavity region is formed between the metal nanowire and the oxide layer.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 나노물질 코어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금을 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
The metal nanomaterial core includes silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), chromium (Cr), gallium (Ga), nickel (Ni), or alloys thereof Network transparent electrode.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산화층은 증착 방법을 통하여 형성된, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the oxide layer is formed through a deposition method.
청구항 1에 있어서,
상기 산화층은 Ag2O, Fe2O3, CuO, ITO, IGZO, 또는 ZnO를 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
The oxide layer comprises Ag 2 O, Fe 2 O 3 , CuO, ITO, IGZO, or ZnO.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절률 정합층은 실리콘 산화물 또는 투명 폴리머를 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the refractive index matching layer comprises silicon oxide or a transparent polymer.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절률 정합층은 1 내지 6 범위의 굴절률을 가지는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the refractive index matching layer has a refractive index in the range of 1-6.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 나노물질 코어와 상기 산화층은 동일한 굴절률을 가지는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the metal nanomaterial core and the oxide layer have the same refractive index.
청구항 1에 있어서,
상기 네트워크 구조는 무작위 네트워크 구조로 이루어진, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the network structure consists of a random network structure.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 나노물질 코어는 100 nm 내지 20000 nm 범위의 직경을 가지는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
The metal nanomaterial core has a diameter in the range of 100 nm to 20000 nm.
청구항 1에 있어서,
상기 산화층은 5 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가지는, 금속 네트워크 투명 전극.
The method according to claim 1,
And the oxide layer has a thickness in the range of 5 nm to 1000 nm.
삭제delete 삭제delete 금속 나노물질을 전기 방사하여, 금속 나노 와이어들이 네트워크 구조를 형성하는 금속 네트워크를 형성하는 단계;
상기 금속 나노 와이어들의 표면을 산화하여 산화층을 형성함과 동시에, 상기 산화층과 상기 금속 나노 와이어들의 표면이 서로 분리되는 공동 영역을 형성하는 단계; 및
상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법.
Electrospinning the metal nanomaterial to form a metal network in which the metal nanowires form a network structure;
Oxidizing the surface of the metal nanowires to form an oxide layer and simultaneously forming a cavity region in which the surface of the oxide layer and the metal nanowires are separated from each other; And
Forming a refractive index matching layer on the oxide layer;
Comprising, a metal network transparent electrode manufacturing method.
청구항 14에 있어서,
상기 산화층을 형성하는 단계는, 상기 금속 네트워크를 자외선 오존 조사하여 수행되는, 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법.
The method according to claim 14,
The forming of the oxide layer is performed by irradiating the metal network with ultraviolet ozone.
청구항 14에 있어서,
상기 굴절률 정합층을 형성하는 단계는, 메이어 로드 코팅 방법을 이용하여 수행되는, 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법.
The method according to claim 14,
The forming of the refractive index matching layer is performed using a Meyer rod coating method.
폴리머를 나노 와이어들의 형상으로 전기 방사하여, 폴리머 나노 와이어들이 네트워크를 구조를 형성하는 단계;
상기 폴리머 나노 와이어들에 금속 나노물질을 증착하여 금속 네트워크를 형성하는 단계;
상기 금속 네트워크를 기판에 전사하는 단계;
상기 금속 네트워크에서 상기 폴리머 나노 와이어들을 제거하여, 중공의 금속 나노 와이어들의 네크워크 구조를 형성하는 단계;
상기 중공의 금속 나노 와이어들의 표면을 산화하여 산화층을 형성함과 동시에, 상기 산화층과 상기 중공의 금속 나노 와이어들의 표면이 서로 분리되는 공동 영역을 형성하는 단계; 및
상기 산화층 상에 굴절률 정합층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법.
Electrospinning the polymer in the form of nanowires so that the polymer nanowires form a network;
Depositing a metal nanomaterial on the polymer nanowires to form a metal network;
Transferring the metal network to a substrate;
Removing the polymer nanowires from the metal network to form a network structure of hollow metal nanowires;
Oxidizing the surface of the hollow metal nanowires to form an oxide layer, and simultaneously forming a cavity region in which the oxide layer and the surfaces of the hollow metal nanowires are separated from each other; And
Forming a refractive index matching layer on the oxide layer;
Comprising, a metal network transparent electrode manufacturing method.
청구항 17에 있어서,
상기 폴리머는 폴리비닐피롤리돈을 포함하고,
상기 폴리머를 제거하는 단계는 에탄올을 이용하여 수행되는, 금속 네트워크 투명 전극의 제조 방법.
The method according to claim 17,
The polymer comprises polyvinylpyrrolidone,
Removing the polymer is performed using ethanol.
삭제delete 삭제delete
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