KR102054708B1 - Manufacturing method of metal nanowires and metal nanowires thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 방식을 이용하는 금속 나노 와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조된 금속 나노 와이어에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 제조방법은, 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 및 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액 중 어느 하나를 이중 노즐의 코어 (core) 부에, 다른 하나를 이중 노즐의 쉘 (shell) 부에 배치하고, 상기 이중 노즐로부터 기판 상으로 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 하는 단계; 및 상기 기판 상에 전기 방사된 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 소결하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 금속 나노 와이어 제조방법에 따르면, 금속 전구체나 환원제의 반응을 이용하지 않고 금속 나노 입자를 활용하여 방사 용액을 제조하고, 전기 방사 방식 중 동축 이중 전기 방사 방식을 채택함으로써 형태가 균일하고, 표면상태가 양호하며, 높은 종횡비를 갖는 금속 나노 와이어를 제조할 수 있다.
The present invention relates to a method for producing metal nanowires using a coaxial co-electrospinning method and to metal nanowires produced thereby.
Metal nanowire manufacturing method according to an embodiment of the present invention, preparing a first spinning solution comprising a metal nanoparticles and a second spinning solution comprising a polymer material; One of the first spinning solution and the second spinning solution is disposed in the core portion of the double nozzle and the other in the shell portion of the double nozzle, and the first spinning solution is disposed on the substrate from the double nozzle. Co-electrospinning the spinning solution and the second spinning solution; And sintering the first spinning solution and the second spinning solution electrospun onto the substrate; It includes.
According to the metal nanowire manufacturing method of the present invention, the spinning solution is prepared using metal nanoparticles without using a reaction of a metal precursor or a reducing agent, and the shape is uniform by adopting a coaxial double electrospinning method among electrospinning methods, The surface condition is good, and metal nanowires having a high aspect ratio can be produced.

Description

금속 나노 와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조된 금속 나노 와이어 {Manufacturing method of metal nanowires and metal nanowires thereby}Manufacturing method of metal nanowires and metal nanowires produced thereby {Manufacturing method of metal nanowires and metal nanowires thereby}

본 발명은 금속 나노 와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조된 금속 나노 와이어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 방식을 이용하는 금속 나노 와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조된 금속 나노 와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal nanowire and a metal nanowire produced by the same, and more particularly, to a method for producing a metal nanowire using a coaxial double electrospinning method and a metal nanowire produced thereby. It is about a wire.

나노 와이어 (nano-wire) 는 나노미터 단위의 크기를 가지는 와이어 구조체로서, 대체로 10 nm 미만의 지름을 가지는 것에서부터 수백 nm 지름을 갖는 것까지 다양한 크기를 갖는다. 이러한 나노 와이어는 특정 방향에 따른 전자의 이동 특성이나 편광 현상을 나타내는 광학 특성을 이용할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 나노 와이어는 현재 광소자, 트랜지스터, 터치패널 및 메모리 소자 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있다. Nano-wires are nanostructured wire structures, ranging in size from less than 10 nm in diameter to hundreds of nm in diameter. Such nanowires have an advantage in that they can use optical properties indicating movement characteristics or polarization of electrons in a specific direction. Accordingly, nanowires are widely applied to various fields such as optical devices, transistors, touch panels, and memory devices.

특히, 금속 단결정으로 이루어진 구조체인 금속 나노 와이어는 화학적 안정성이 높고, 전기전도도 및 열전도도가 우수하여 전기적, 광학적, 기계적, 열적 특성이 요구되는 다양한 분야에 활용가치가 매우 높다. 특히, 금속 나노 와이어를 이용한 소자의 경우 기존의 기술로 만들어진 벌크 소자들에서는 구현하기 힘들었던 고효율의 전자, 광, 광전자, 전자 소자, 바이오 활성분자 검출 소자나 촉매 등을 만드는데 응용할 수 있기 때문에 전 세계적으로 합성이나 특성에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.In particular, the metal nanowires, which are structures made of metal single crystals, have high chemical stability, excellent electrical conductivity and thermal conductivity, and have high utility in various fields requiring electrical, optical, mechanical, and thermal characteristics. Particularly, in the case of devices using metal nanowires, they can be applied to make high-efficiency electrons, light, optoelectronics, electronic devices, bio-active molecule detection devices and catalysts that were difficult to realize in bulk devices made of conventional technologies. There is an active research on synthesis and properties.

하지만 나노 입자 (nano-particle) 에 대한 제조방법과 물성에 대한 연구는 상당히 활성화되어 있는 것에 비해, 나노 와이어의 제조방법에 대한 연구는 미비한 실정이다. 기존의 대표적인 나노 와이어의 제조방법으로는 촉매를 이용하여 나노 와이어를 성장시키는 방법, 템플릿 (template) 을 이용하여 나노 와이어를 형성하는 방법 등이 있다.However, research on the manufacturing method and physical properties of nano-particles (nano-particles) is quite active, whereas research on the manufacturing method of nano-wires is insufficient. Exemplary conventional methods for producing nanowires include a method of growing nanowires using a catalyst, and a method of forming nanowires using a template.

대표적으로 촉매를 이용하여 나노 와이어 금속을 성장시키는 방법이 사용되는데, 나노 와이어 물질과 금속의 혼합물을 원료로 하고 금속 촉매를 핵으로 하여 나노 와이어를 성장시키는 방법이다. 구체적으로 레이저 촉매 성장 (Laser assisted Catalytic Growth ; LCG) 이나, 기상 액상 고체 (Vapor Liquid Solid ; VLS) 성장법이 있다 (선행 특허문헌 1 참조). Typically, a method of growing a nanowire metal using a catalyst is used. A method of growing a nanowire using a mixture of a nanowire material and a metal as a raw material and a metal catalyst as a nucleus. Specifically, there are laser assisted catalytic growth (LCG) and vapor liquid solid (VLS) growth methods (see the prior patent document 1).

그러나 이러한 방법은 나노 와이어의 최대 형성길이에 한계가 있는 점, 고온 열처리 과정이 필수적임에 따라 대량생산에 적합하지 않은 점, 나노 와이어의 정확한 두께 및 그 분포를 조절하기 어려운 문제점 등의 한계점을 가지고, 이에 따라 산업 분야에 전반적으로 사용되기에는 부적합한 방식이다.However, these methods have limitations such as the limitation of the maximum formation length of nanowires, unsuitable for mass production due to the high temperature heat treatment process, and the difficulty of controlling the precise thickness and distribution of nanowires. As a result, they are not suitable for use throughout the industry.

이러한 한계를 극복하고 대량 생산의 방식으로 나노 와이어를 제조하고자, 정전기력의 작용에 의해 나노 와이어를 제조하는 전기 방사 (electrospinning) 공정이 도입되었다 (선행 특허문헌 2 참조). In order to overcome these limitations and produce nanowires in a mass production manner, an electrospinning process for producing nanowires by the action of electrostatic forces has been introduced (see Prior Patent Document 2).

선행 특허 2에 따르면 은 전구체 및 환원제를 포함하는 방사 용액을 제조하는 단계, 방사 용액을 이용하여 전기 방사하는 단계, 및 기설정된 온도 범위에서 1차, 2차 및 3차의 다단계로 열처리를 수행하는 단계를 수행함으로써 높은 결정화도 및 종횡비를 갖는 은 나노 와이어 (또는 은 나노 섬유) 를 제조할 수 있다고 개시하고 있다. 즉, 개시된 방식에 따르면, 은 전구체와 환원제를 포함하는 방사 용액을 전기 방사하고 은 전구체와 환원제를 반응시킨 후 열처리를 통해 은 나노 와이어를 제조하게 된다.According to the prior patent 2, a step of preparing a spinning solution comprising a silver precursor and a reducing agent, electrospinning using the spinning solution, and performing heat treatment in multiple stages of primary, secondary and tertiary in a predetermined temperature range It is disclosed that silver nanowires (or silver nanofibers) with high crystallinity and aspect ratios can be produced by performing the steps. That is, according to the disclosed method, electrospinning the spinning solution including the silver precursor and the reducing agent, and reacting the silver precursor and the reducing agent to produce the silver nanowires by heat treatment.

이러한 방식에 따르면, 촉매를 이용하여 나노 와이어를 성장시키는 방식에 비해 대량생산이 가능한 이점은 있으나, 금속 전구체와 환원제의 균일한 반응을 담보할 수 없고, 금속 물질과 고분자 물질이 혼재된 단일 방사 방식을 채용하기 때문에 열처리에 따라 고분자를 제거하는 때에 금속 나노 와이어에 수축 또는 크래킹이 발생하여 품질이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.According to this method, there is an advantage that mass production is possible compared to the method of growing a nanowire using a catalyst, but it is not possible to ensure uniform reaction between the metal precursor and the reducing agent, and a single spinning method in which a metal material and a polymer material are mixed. In this case, when the polymer is removed by heat treatment, shrinkage or cracking occurs in the metal nanowires, resulting in a problem of deterioration in quality.

금속 나노 와이어는 형태가 균일하고, 표면상태가 양호하며, 높은 종횡비를 갖는 등의 여러 물성이 충족되어야 하는데, 이를 위하여 제조 시 다수의 공정 단계를 필요로 하며, 시간과 비용이 과다하게 필요한 등의 문제점이 있다.Metal nanowires must meet various physical properties such as uniform shape, good surface condition, high aspect ratio, etc., which requires many process steps in manufacturing, and excessive time and cost. There is a problem.

1. 한국 특허공개 제 10-2014-0026331 호 (발명의 명칭 : 은 나노 와이어의 제조방법 및 은 나노와이어 성장 제어제)1. Korean Patent Publication No. 10-2014-0026331 (Invention name: Manufacturing method of silver nanowires and silver nanowire growth control agent) 2. 한국 특허공개 제 10-2014-0128583 호 (발명의 명칭 : 은 나노 섬유의 제조방법)2. Korean Patent Publication No. 10-2014-0128583 (Invention name: Manufacturing method of silver nanofiber)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명은, 형태가 균일하고, 표면상태가 양호하며, 높은 종횡비를 갖는 금속 나노 와이어를 제조할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a metal nanowire having a uniform shape, a good surface state, and a high aspect ratio.

또한, 금속 나노 와이어를 제조함에 있어 전기 방사 공정의 다양한 공정 조건을 조합하여 제시함으로써, 보다 고품질의 금속 나노 와이어를 제조할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있다.In addition, in the manufacture of the metal nanowires by presenting a combination of various process conditions of the electrospinning process, it is an object to provide a method for producing a higher quality metal nanowires.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 제조방법은, 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 및 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액 중 어느 하나를 이중 노즐의 코어 (core) 부에, 다른 하나를 이중 노즐의 쉘 (shell) 부에 배치하고, 상기 이중 노즐로부터 기판 상으로 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 하는 단계; 및 상기 기판 상에 전기 방사된 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 소결하는 단계; 를 포함한다.Metal nanowire manufacturing method according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, preparing a first spinning solution comprising a metal nanoparticles and a second spinning solution comprising a polymer material; One of the first spinning solution and the second spinning solution is disposed in the core portion of the double nozzle and the other in the shell portion of the double nozzle, and the first spinning solution is disposed on the substrate from the double nozzle. Co-electrospinning the spinning solution and the second spinning solution; And sintering the first spinning solution and the second spinning solution electrospun onto the substrate; It includes.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1 방사 용액은, 상기 금속 나노 입자에 더하여 용매, 분산제, 부착제 및 안정제를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the first spinning solution may further include a solvent, a dispersant, an adhesive, and a stabilizer in addition to the metal nanoparticles.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 나노 입자는, 그 직경이 30nm 내지 100nm의 범위에 속하는 것일 수 있다.According to another feature of the invention, the metal nanoparticles, the diameter may be in the range of 30nm to 100nm.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 나노 입자는, 은 (Ag) 나노 입자일 수 있다.According to another feature of the invention, the metal nanoparticles may be silver (Ag) nanoparticles.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 나노 입자는, 상기 제1 방사 용액의 중량 대비 40wt% 내지 70wt%가 되도록 상기 제1 방사 용액에 포함될 수 있다.According to another feature of the invention, the metal nanoparticles may be included in the first spinning solution to be 40wt% to 70wt% relative to the weight of the first spinning solution.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 방사 용액은, 점도가 100cPs 내지 1,000cPs 가 되도록, 상기 금속 나노 입자, 상기 용매, 상기 분산제, 상기 부착제 및 상기 안정제가 혼합되어 제조될 수 있다.According to another feature of the present invention, the first spinning solution may be prepared by mixing the metal nanoparticles, the solvent, the dispersant, the adhesive and the stabilizer such that the viscosity is 100 cPs to 1,000 cPs.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 방사 용액은, 상기 고분자 물질에 더하여 용매 및 물을 더 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, the second spinning solution may further include a solvent and water in addition to the polymer material.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 고분자 물질은, 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide ; PEO) 일 수 있다.According to another feature of the invention, the polymer material may be polyethylene oxide (PEO).

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 고분자 물질은, 상기 제2 방사 용액의 중량 대비 4wt% 내지 7wt%가 되도록 상기 제2 방사 용액에 포함될 수 있다.According to another feature of the invention, the polymer material may be included in the second spinning solution to be 4wt% to 7wt% relative to the weight of the second spinning solution.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전기 방사하는 단계는, 상기 제1 방사 용액을 상기 코어부에, 상기 제2 방사 용액을 상기 쉘부에 배치하여 상기 제1 방사 용액을 상기 제2 방사 용액이 감싸도록 전기 방사할 수 있다.According to another feature of the invention, the step of electrospinning, the first spinning solution to the core portion, the second spinning solution is placed in the shell portion to the first spinning solution to the second spinning solution It can be electrospun to wrap.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코어부에서 상기 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.02ml/hr 내지 0.5ml/hr 일 수 있다.According to another feature of the invention, the flow rate at which the first spinning solution is radiated from the core portion may be 0.02ml / hr to 0.5ml / hr.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 쉘부에서 상기 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 1ml/hr 내지 5ml/hr 일 수 있다.According to another feature of the invention, the flow rate at which the second spinning solution is radiated in the shell portion may be 1ml / hr to 5ml / hr.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전기 방사하는 단계에서, 상기 이중 노즐 및 상기 기판의 전압 차가 5kV 내지 10kV가 되도록 상기 이중 노즐 및 상기 기판에 전압을 인가할 수 있다.According to another feature of the invention, in the electrospinning step, a voltage may be applied to the dual nozzle and the substrate such that the voltage difference between the dual nozzle and the substrate is 5kV to 10kV.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 이중 노즐 및 상기 기판의 전압 차가 7kV가 되도록 상기 이중 노즐 및 상기 기판에 전압을 인가할 수 있다.According to another feature of the present invention, a voltage may be applied to the dual nozzle and the substrate such that the voltage difference between the dual nozzle and the substrate is 7 kV.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전기 방사하는 단계에서, 상기 이중 노즐 및 상기 기판은 17cm 내지 33cm 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.According to another feature of the invention, in the electrospinning step, the double nozzle and the substrate may be spaced apart by a distance of 17cm to 33cm.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전기 방사하는 단계는, 복수 회 반복하여 수행될 수 있다.According to another feature of the invention, the step of electrospinning may be performed repeatedly a plurality of times.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소결하는 단계는, 기설정된 온도범위로 기설정된 시간동안 가열하는 열처리하는 방식으로 수행될 수 있다.According to another feature of the invention, the sintering step may be performed by a heat treatment for heating for a predetermined time in a predetermined temperature range.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 기설정된 온도범위는 150°C 내지 300°C 이고, 상기 기설정된 시간은 20min 내지 1hr 일 수 있다.According to another feature of the invention, the predetermined temperature range is 150 ° C to 300 ° C, the predetermined time may be 20 min to 1 hr.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 금속 나노 와이어는, 500nm 내지 10,000nm 의 직경을 갖도록 제조될 수 있다.According to another feature of the invention, the metal nanowires, may be manufactured to have a diameter of 500nm to 10,000nm.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소결하는 단계 이후에, 상기 금속 나노 와이어가 형성된 기판 상에 코팅 또는 표면 처리하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, after the step of sintering, coating or surface treatment on the substrate on which the metal nanowires are formed; It may further include.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어는, 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 및 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액 중 어느 하나를 이중 노즐의 코어 (core) 부에, 다른 하나를 이중 노즐의 쉘 (shell) 부에 배치하고, 상기 이중 노즐로부터 기판 상으로 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 하는 단계; 및 상기 기판 상에 전기 방사된 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 소결하는 단계; 를 포함하는 금속 나노 와이어 제조방법에 따라 제조된다.Metal nanowires according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, preparing a first spinning solution comprising a metal nanoparticles and a second spinning solution comprising a polymer material; One of the first spinning solution and the second spinning solution is disposed in the core portion of the double nozzle and the other in the shell portion of the double nozzle, and the first spinning solution is disposed on the substrate from the double nozzle. Co-electrospinning the spinning solution and the second spinning solution; And sintering the first spinning solution and the second spinning solution electrospun onto the substrate; It is prepared according to the metal nanowire manufacturing method comprising a.

본 발명의 금속 나노 와이어 제조방법에 따르면, 금속 전구체나 환원제의 반응을 이용하지 않고 금속 나노 입자를 활용하여 방사 용액을 제조하고, 전기 방사 방식 중 동축 이중 전기 방사 방식을 채택함으로써 형태가 균일하고, 표면상태가 양호하며, 높은 종횡비를 갖는 금속 나노 와이어를 제조할 수 있다.According to the metal nanowire manufacturing method of the present invention, the spinning solution is prepared using metal nanoparticles without using a reaction of a metal precursor or a reducing agent, and the shape is uniform by adopting a coaxial double electrospinning method among electrospinning methods, The surface condition is good, and metal nanowires having a high aspect ratio can be produced.

또한, 본 발명의 금속 나노 와이어 제조방법에 따르면, 방사 용액의 제조 단계, 전기 방사 단계 및 소결 단계 전체에 걸쳐 전기 방사 공정의 다양한 공정 조건을 제어함으로써 보다 고품질의 금속 나노 와이어를 제조할 수 있다. In addition, according to the metal nanowire manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a higher quality metal nanowires by controlling various process conditions of the electrospinning process throughout the manufacturing step, the electrospinning step and the sintering step of the spinning solution.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어의 제조방법을 도시한 개략적인 흐름도이다.
도 2는 금속 나노 와이어를 제조하기 위한 전기 방사 장치와 그 장치를 사용하여 금속 나노 와이어를 제조하는 방법을 도시한 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 2의 전기 방사 장치에 사용되는 이중 노즐의 형태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2의 전기 방사 장치의 노즐에서 기판으로 방사 용액이 방사되는 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법에서 소결하는 단계가 수행되는 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 6은 제조된 금속 나노 와이어가 단선된 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
도 7은 소결하는 단계가 수행되기 전과 후의 방사 용액 및 금속 나노 와이어의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 8은 소결하는 단계에서 소결 온도에 따른 방사 용액의 질량 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 소결하는 단계에서 소결 온도에 따라 금속 나노 와이어의 부착력이 변화되는 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
1 is a schematic flowchart illustrating a method of manufacturing a metal nanowire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an electrospinning apparatus for manufacturing metal nanowires and a method of manufacturing metal nanowires using the apparatus.
3 is a schematic cross-sectional view showing the form of a double nozzle used in the electrospinning apparatus of FIG.
4 is a schematic perspective view illustrating a spinning solution spinning from a nozzle of the electrospinning apparatus of FIG. 2 to a substrate.
5 is a schematic perspective view showing a state in which the step of sintering is performed in the method of manufacturing a metal nanowire of the present invention.
6 is a SEM photograph showing a state in which the manufactured metal nanowires are disconnected.
7 is a SEM photograph showing a cross section of the spinning solution and the metal nanowires before and after the sintering step is performed.
8 is a graph showing the relationship between the mass loss of the spinning solution according to the sintering temperature in the step of sintering.
9 is a SEM photograph showing a state in which the adhesion force of the metal nanowires is changed according to the sintering temperature in the sintering step.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. References to elements or layers "on" other elements or layers include all instances where another layer or other element is directly over or in the middle of another element.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The size and thickness of each component shown in the drawings are shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the illustrated configuration.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other in part or in whole, various technically interlocking and driving as can be understood by those skilled in the art, each of the embodiments may be implemented independently of each other It may be possible to implement the association together.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the manufacturing method of the metal nanowire according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어의 제조방법을 도시한 개략적인 흐름도이고, 도 2는 금속 나노 와이어를 제조하기 위한 전기 방사 장치와 그 장치를 사용하여 금속 나노 와이어를 제조하는 방법을 도시한 개략적인 블록도이고, 도 3은 도 2의 전기 방사 장치에 사용되는 이중 노즐의 형태를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 2의 전기 방사 장치의 노즐에서 기판으로 방사 용액이 방사되는 모습을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 5는 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법에서 소결하는 단계가 수행되는 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.1 is a schematic flowchart illustrating a method of manufacturing a metal nanowire according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an electrospinning apparatus for manufacturing a metal nanowire and a metal nanowire using the device A schematic block diagram illustrating the method, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the form of a double nozzle used in the electrospinning apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a spinning solution from the nozzle of the electrospinning apparatus of FIG. 2 to the substrate. FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a radiated state, and FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a sintering step performed in the method of manufacturing a metal nanowire of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 금속 나노 와이어 제조방법은, 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 및 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 제조하는 단계 (S100), 이중 노즐로부터 기판 상으로 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 하는 단계 (S200), 기판 상에 전기 방사된 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액을 소결하는 단계 (S300) 를 포함하여 수행된다.Referring to Figure 1, the metal nanowire manufacturing method of the present invention, the step of preparing a first spinning solution containing a metal nanoparticles and a second spinning solution containing a polymer material (S100), from the double nozzle to the substrate Coaxially electrospinning the first spinning solution and the second spinning solution (S200); and sintering the first spinning solution and the second spinning solution electrospun onto the substrate (S300). Is performed.

먼저, 금속 나노 와이어를 제조하기 위한 원료로서, 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액을 제조한다 (S100).First, as a raw material for manufacturing the metal nanowires, a first spinning solution and a second spinning solution are prepared (S100).

여기서, 제1 방사 용액은 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법이 모두 수행된 이후, 최종적으로 금속 나노 와이어의 형태로 남아 있는 부분을 구성하는 원료이다. Here, the first spinning solution is a raw material constituting the part remaining in the form of the metal nanowire finally after all the manufacturing method of the metal nanowire of the present invention is performed.

제1 방사 용액은 금속 나노 입자, 용매, 분산제, 부착제 및 안정제를 포함한다. The first spinning solution includes metal nanoparticles, a solvent, a dispersant, an adhesive, and a stabilizer.

금속 나노 입자는 바람직하게 은 (Ag) 나노 입자일 수 있다. The metal nanoparticles may preferably be silver (Ag) nanoparticles.

다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 나노 입자는 구리 (Cu), 코발트 (Co), 스칸듐 (Sc), 티타늄 (Ti), 크롬 (Cr), 망간 (Mn), 철 (Fe), 니켈 (Ni), 아연 (Zn), 이트륨 (Y), 지르코늄 (Zr), 니오브 (Nb), 몰리브덴 (Mo), 테크네늄 (Tc), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 카드뮴 (Cd), 하프늄 (Hf), 탄탈 (Ta), 텅스텐 (W), 레늄 (Re), 오스뮴 (Os), 이리듐 (Ir), 백금 (Pt), 금 (Au), 수은 (Hg), 란탄족 원소 (lanthanide) 및 악티늄족 원소 (actinoid), 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge), 주석 (Sn), 비소 (As), 안티몬 (Sb), 비스무트 (Bi), 갈륨 (Ga) 및 인듐 (In) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 나노 입자일 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the metal nanoparticles may include copper (Cu), cobalt (Co), scandium (Sc), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), and nickel (Ni). ), Zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), cadmium ( Cd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), mercury (Hg), lanthanides Elemental (lanthanide) and actinium (actinoid), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga) and indium (In It may be a nanoparticle containing at least one selected from the group consisting of.

여기서, 금속 나노 입자는 다양한 나노 형상을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 바람직하게는 구 형태의 나노 파티클 (nanoparticle) 이 사용되지만, 노즐을 통과하여 전기 방사 될 수 있는 크기라면, 나노 와이어 (nanowire), 나노 튜브 (nanotube), 나노 로드 (nanorod), 나노 월 (nanowall), 나노 벨트 (nanobelt) 및 나노 링 (nanoring) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the metal nanoparticles may be composed of materials having various nano shapes. Preferably, spherical nanoparticles (nanoparticles) are used, but nanowires, nanotubes, nanorods, nanowalls can be used as long as they can be electrospun through the nozzles. , Nano belts (nanobelt) and nano rings (nanoring) may include at least one selected from the group consisting of.

이때, 금속 나노 입자는, 그 직경이 30nm 내지 100nm의 범위에 속하는 것일 수 있다. 금속 나노 입자가 노즐에서 막힘 없이 통과하여 360nm 내지 1000nm 의 직경을 갖는 금속 나노 와이어를 형성하기 위해서는 상기 범위에 속하는 직경을 갖는 금속 나노 입자가 사용되는 것이 바람직하다.At this time, the metal nanoparticles, the diameter may be in the range of 30nm to 100nm. In order for the metal nanoparticles to pass through the nozzle without clogging to form metal nanowires having a diameter of 360 nm to 1000 nm, metal nano particles having a diameter in the above range are preferably used.

제1 방사 용액을 제조함에 있어 사용 가능한 용매로는 금속 나노 입자, 분산제, 부착제 및 안정제를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 용매는 극성 또는 무극성 용매를 사용할 수 있다. 용매는 용해성 용매는 물, 알콜 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 예컨대, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔 또는 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, N,N-디메틸 포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 트리메틸 포스페이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. The solvent usable in preparing the first spinning solution is not particularly limited as long as it can dissolve metal nanoparticles, dispersants, adhesives and stabilizers. The solvent may be a polar or nonpolar solvent. The solvent may be selected from the group consisting of water, alcohols and mixtures thereof, such as water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, detrahydrofuran, toluene or dimethylformamide, dimethyl sulfoxide Side, N, N-dimethyl formamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, trimethyl phosphate and mixtures thereof.

이때 금속 나노 입자는 제1 방사 용액의 중량 대비 40wt% 내지 70wt%가 되도록 제1 방사 용액에 포함되는 것이 바람직하고, 용매, 분산제, 부착제 및 안정제의 함량은 함량은 제1 방사 용액의 점도가 100cPs 내지 1,000cPs 가 되도록, 보다 바람직하게는 650cPs 내지 850cPs 가 되도록 조절되어 포함되는 것이 바람직하다.In this case, the metal nanoparticles are preferably included in the first spinning solution such that 40 wt% to 70 wt% of the weight of the first spinning solution is used. The content of the solvent, the dispersant, the adhesive agent, and the stabilizer is equal to the viscosity of the first spinning solution. It is preferable that the content is adjusted to include 100 cPs to 1,000 cPs, more preferably 650 cPs to 850 cPs.

금속 나노 입자의 함량이 40wt% 보다 작거나, 제1 방사 용액의 점도가 650cPs 보다 작게 되면 금속 나노 와이어가 균일한 직경을 갖도록 형성되지 못하고 끊어지는 단선 현상이 발행하거나, 전기 방사 단계에서 와이어의 형태로 방사되지 못하고 스프레이 분사되는 문제점이 발생하게 된다. 반면, 금속 나노 입자의 함량이 70wt% 보다 크거나, 제1 방사 용액의 점도가 850cPs 보다 보다 크게 되면 노즐로부터 전기 방사될 때 노즐이 막힐 우려가 있다. If the content of the metal nanoparticles is less than 40wt%, or the viscosity of the first spinning solution is less than 650cPs, the breakage of the metal nanowires may not be formed to have a uniform diameter, or a breakage may occur, or the shape of the wires may be formed in the electrospinning step. It does not radiate to the spray spray problem occurs. On the other hand, when the content of the metal nanoparticles is greater than 70wt% or the viscosity of the first spinning solution is greater than 850cPs there is a fear that the nozzles are clogged when electrospun from the nozzles.

그 밖에도 제1 방사 용액은 점도 조절제를 더 포함할 수 있고, 점도 조절제로는 덱스트란, 알긴산염, 키토산, 구아검, 전분, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 잔탄검, 카르복시 비닐 폴리머, 펙틴, 알긴산 나트륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In addition, the first spinning solution may further include a viscosity modifier, and the viscosity modifier may include dextran, alginate, chitosan, guar gum, starch, carboxymethyl cellulose, hydroxy ethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, xanthan gum. , Carboxy vinyl polymer, pectin, sodium alginate and combinations thereof.

제2 방사 용액은 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법이 모두 수행된 이후, 최종적으로 소결되는 부분을 구성하는 원료이다.The second spinning solution is a raw material constituting the final sintered part after all the manufacturing methods of the metal nanowires of the present invention are performed.

제2 방사 용액은 고분자 물질 및 용매를 포함한다.The second spinning solution includes a polymeric material and a solvent.

고분자 물질은 바람직하게 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide ; PEO) 고형분일 수 있다.The polymeric material may preferably be polyethylene oxide (PEO) solids.

다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 고분자 물질은 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리메틸메스아크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산 (PDMS), 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸아크릴레이트 (PMA), 폴리비닐아세테이트 (PVAc), 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 폴리퍼퓨릴알콜 (PPFA), 폴리스티렌, 폴리프로필렌옥사이드 (PPO), 폴리카보네이트 (PC), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드 및 폴리아마이드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. However, the polymer material is not limited thereto, and polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polymethylmethacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, polyetherurethane, Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, polymethylacrylate (PMA), polyvinylacetate (PVAc), polyacrylonitrile (PAN), polyperfuryl alcohol (PPFA), polystyrene, polypropylene oxide (PPO), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride and at least one selected from the group consisting of polyamide.

또한, 고분자 물질은 상술한 물질의 공중합체를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리우레탄 공중합체, 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 및 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, the polymer material may include a copolymer of the above-described materials, and for example, a polyurethane copolymer, a polyacryl copolymer, a polyvinylacetate copolymer, a polystyrene copolymer, a polyethylene oxide copolymer, a polypropylene oxide copolymer , And at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride copolymers.

이때, 고분자 물질은 제2 방사 용액의 중량 대비 4wt% 내지 7wt%가 되도록 제2 방사 용액에 포함되 것이 바람직하다.In this case, the polymer material is preferably included in the second spinning solution to be 4wt% to 7wt% relative to the weight of the second spinning solution.

고분자 물질의 함량이 4wt% 보다 작게 되면 금속 나노 와이어가 균일한 직경을 갖도록 형성되지 못하고 끊어지는 단선 현상이 발행하거나, 전기 방사 단계에서 와이어의 형태로 방사되지 못하고 스프레이 분사되는 문제점이 발생하게 된다. 반면, 고분자 물질의 함량이 7wt% 보다 크게 되면 노즐로부터 전기 방사될 때 노즐이 막힐 우려가 있다. If the content of the polymer material is less than 4wt%, a breakage phenomenon occurs in which the metal nanowires are not formed to have a uniform diameter and are broken, or a problem of spray-injection occurs without spinning in the form of wires in the electrospinning step. On the other hand, when the content of the polymer material is greater than 7wt%, the nozzle may be clogged when it is electrospun from the nozzle.

제2 방사 용액을 제조함에 있어 사용 가능한 용매로는 고분자 물질을 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 용매는 극성 또는 무극성 용매를 사용할 수 있다. 용매는 용해성 용매는 물, 알콜 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 예컨대, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔 또는 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, N,N-디메틸 포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 트리메틸 포스페이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 여기서 물은 순수 (deionized water) 일 수 있다. The solvent usable in preparing the second spinning solution is not particularly limited as long as it can dissolve a high molecular material. The solvent may be a polar or nonpolar solvent. The solvent may be selected from the group consisting of water, alcohols and mixtures thereof, such as water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, detrahydrofuran, toluene or dimethylformamide, dimethyl sulfoxide Side, N, N-dimethyl formamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, trimethyl phosphate and mixtures thereof. The water here may be deionized water.

그 밖에도 제2 방사 용액은 점도 조절제를 더 포함할 수 있고, 점도 조절제로는 덱스트란, 알긴산염, 키토산, 구아검, 전분, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 잔탄검, 카르복시 비닐 폴리머, 펙틴, 알긴산 나트륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In addition, the second spinning solution may further include a viscosity modifier, and the viscosity modifier may include dextran, alginate, chitosan, guar gum, starch, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, xanthan gum. , Carboxy vinyl polymer, pectin, sodium alginate and combinations thereof.

다만, 상술한 고분자 물질 및 고분자 물질 용액은 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above-described polymer material and the polymer material solution are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기와 같은 물질로 제조된 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액은 전기 방사 장치에 의해 전기 방사된다. 구체적인 동축 이중 전기 방사의 방법을 설명하기에 앞서, 본 단계의 전기 방사를 수행하기 위한 전기 방사 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.The first spinning solution and the second spinning solution made of such a material are electrospun by an electrospinning apparatus. Prior to describing a specific method of coaxial double electrospinning, an electrospinning apparatus for performing electrospinning of this step will be described in detail.

도 2를 참조하면, 전기 방사 장치 (1) 는 방사 용액 탱크 (10), 방사 노즐 (20), 외부 전원 (30) 및 컬렉터 기판 (40) 을 포함한다.Referring to FIG. 2, the electrospinning apparatus 1 includes a spinning solution tank 10, a spinning nozzle 20, an external power supply 30, and a collector substrate 40.

방사 용액 탱크 (10) 는 방사 용액을 저장한다. 방사 용액 탱크 (10) 는 내장된 펌프 (미도시) 를 이용하여 방사 용액을 가압하여 방사 노즐 (20) 에 방사 용액을 제공할 수 있다.The spinning solution tank 10 stores the spinning solution. The spinning solution tank 10 may pressurize the spinning solution using a built-in pump (not shown) to provide the spinning solution to the spinning nozzle 20.

방사 노즐 (20) 은 방사 용액 탱크 (10) 로부터 방사 용액을 제공받아 방사 용액을 방사한다. 방사 노즐 (20) 은 상기 펌프에 의하여 방사 용액이 가압되어 내부의 노즐관을 채운 후에, 외부 전원 (30) 에 의하여 인가된 전압에 의하여 방사 용액을 방사한다. The spinning nozzle 20 receives the spinning solution from the spinning solution tank 10 to spin the spinning solution. The spinning nozzle 20 spins the spinning solution by the voltage applied by the external power source 30 after the spinning solution is pressurized by the pump to fill the nozzle tube therein.

여기서, 방사 노즐 (20) 로는 도 3에 도시된 이중 노즐이 사용된다.Here, as the spinning nozzle 20, the double nozzle shown in FIG. 3 is used.

도 3을 참조하면, 이중 방사 노즐 (20) 은 코어 (core) 부의 제1 노즐 (21) 과, 쉘 (shell) 부의 제2 노즐 (22) 을 포함한다. 이중 방사 노즐 (20) 은 쉘 (shell) 부의 제2 노즐 (22) 이 코어 (core) 부의 제1 노즐 (21) 을 감싸도록 구성되고, 제1 노즐 (21) 과 제2 노즐 (22) 의 축이 일치하도록 구성된 동축 이중 구조의 노즐인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, the double spinning nozzle 20 includes a first nozzle 21 of a core part and a second nozzle 22 of a shell part. The double spinning nozzle 20 is configured such that the second nozzle 22 in the shell portion surrounds the first nozzle 21 in the core portion, and the first nozzle 21 and the second nozzle 22 are formed. It is preferable that it is a nozzle of the coaxial double structure comprised so that an axis may coincide.

제1 노즐 (21) 은 제1 탱크 (11) 와 연결되고, 제2 노즐 (22) 은 제2 탱크 (12) 와 연결된다. 이러한 이중 방사 노즐 (20) 은 제1 방사 용액 (200a) 과 제2 방사 용액 (200b) 이 서로 혼합하지 않은 상태에서 동시에 방사될 수 있도록 구성된다. The first nozzle 21 is connected with the first tank 11, and the second nozzle 22 is connected with the second tank 12. This double spinning nozzle 20 is configured such that the first spinning solution 200a and the second spinning solution 200b can be spun at the same time without being mixed with each other.

다시 도 2를 참조하면, 외부 전원 (30) 은 방사 노즐 (20) 에 방사 용액이 방사되도록 전압을 제공한다. 전압은 방사 용액의 종류 및 방사 양에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어 약 100 V 내지 약 30000 V 의 범위일 수 있고, 직류이거나 교류일 수 있다. 외부 전원 (30) 에 의하여 인가된 전압은 방사 노즐 (20) 에 채워진 방사 용액을 방사시킬 수 있다.Referring again to FIG. 2, the external power supply 30 provides a voltage such that the spinning solution is radiated to the spinning nozzle 20. The voltage can vary depending on the type of spinning solution and the amount of radiation. For example, it may range from about 100 V to about 30000 V, and may be direct current or alternating current. The voltage applied by the external power source 30 can radiate the spinning solution filled in the spinning nozzle 20.

컬렉터 기판 (40) 은 방사 노즐의 하측에 위치하고, 방사되는 방사 용액을 수용한다. 컬렉터 기판 (40) 은 접지되어 접지 전압인 0V의 전압을 가질 수 있고, 또는 컬렉터 기판 (40) 은 방사 노즐 (20) 과 반대의 전압을 가질 수도 있다. 외부 전원 (30) 에 의하여 방사 노즐 (20) 이 양의 전압 또는 음의 전압으로 하전되고, 이에 따라 방사 용액도 하전되므로, 접지되거나 반대의 전압을 가지는 컬렉터 기판 (40) 과 전압 차이가 발생하게 된다.The collector substrate 40 is located under the spinning nozzle and contains the spinning solution to be spun. The collector substrate 40 may be grounded to have a voltage of 0V, which is the ground voltage, or the collector substrate 40 may have a voltage opposite to the spinning nozzle 20. Since the radiation nozzle 20 is charged to a positive voltage or a negative voltage by the external power supply 30, the radiation solution is also charged, so that a voltage difference occurs with the collector substrate 40 having a grounded or opposite voltage. do.

외부 전원 (30) 에 의하여 방사 노즐 (20) 에 전압이 인가되면, 방사 노즐 (20) 의 단부에서 방사 용액이 테일러 콘과 같은 원뿔형 형상으로 형성된다. 전압 차이에 의하여 방사 용액은 컬렉터 기판 (40) 으로 방사되어 수용될 수 있다. 전기 방사 시 인가되는 전압은 나노 물질의 종류, 고분자 물질의 종류, 기판의 종류 및 공정 환경 등에 따라 변화될 수 있음은 물론이고, 외부 전원 (30) 은 약 100 V 내지 약 30000 V 의 범위의 전원을 인가할 수 있도록 구성될 수 있다.When a voltage is applied to the spinning nozzle 20 by the external power supply 30, the spinning solution is formed in a conical shape such as a Taylor cone at the end of the spinning nozzle 20. Due to the voltage difference, the spinning solution may be radiated to the collector substrate 40 to be accommodated. The voltage applied during electrospinning may vary depending on the type of the nanomaterial, the type of the polymer material, the type of the substrate, and the processing environment. It can be configured to apply.

한편, 도 2에서의 방사 노즐 (20) 과 컬렉터 기판 (40) 의 위치 관계는 예시적인 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 달리, 컬렉터 기판 (40) 이 방사 노즐 (20) 의 상측에 위치하고 방사 노즐 (20) 에서 방사되는 방사 용액이 상측 방향으로 방사될 수도 있고, 컬렉터 기판 (40) 이 방사 노즐 (20) 에 대하여 수평하게 위치하고 방사 노즐 (20) 에서 방사되는 방사 용액이 수평 방향으로 방사될 수도 있다. In addition, the positional relationship of the radiation nozzle 20 and the collector board | substrate 40 in FIG. 2 is an illustration, and the technical idea of this invention is not limited to this. For example, unlike shown in FIG. 2, the collector substrate 40 is located above the spinning nozzle 20 and the spinning solution radiated from the spinning nozzle 20 may be spun upward, and the collector substrate 40 ) And the spinning solution which is positioned horizontally with respect to the spinning nozzle 20 and radiated from the spinning nozzle 20 may be spun in the horizontal direction.

방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 의 다양한 배치 방식에 따른 전기 방사 방식이 본 발명의 기술적 사상에 포함될 수 있다. 또한, 컬렉터 기판 (40) 으로 면상의 기판을 예시하였지만, 이에 한정되지 않고 컬렉터 기판 (40) 으로 중심축을 두고 회전하는 드럼형 컬렉터가 사용될 수 있음은 물론이다.An electrospinning method according to various arrangements of the spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 may be included in the technical idea of the present invention. In addition, although the planar substrate was illustrated as the collector substrate 40, it is not limited to this, of course, the drum type collector which rotates about a central axis can be used.

이러한 전기 방사 장치 (1) 를 이용하여, 이중 방사 노즐 (20) 로부터 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 한다 (S200).Using this electrospinning apparatus 1, coaxial electroelectrospinning of the first spinning solution and the second spinning solution from the double spinning nozzle 20 is performed (S200).

이때, 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액 중 어느 하나를 이중 방사 노즐 (20) 의 코어 (core) 부에, 다른 하나를 이중 방사 노즐 (20) 의 쉘 (shell) 부에 배치할 수 있다.At this time, one of the first spinning solution and the second spinning solution may be disposed in the core part of the double spinning nozzle 20 and the other in the shell part of the double spinning nozzle 20.

제1 방사 용액과 제2 방사 용액의 배치는 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법에 따라 제조하고자 하는 금속 나노 와이어의 형태가 막대 타입 (rod type) 인지 중공 타입 (hollow type) 인지에 따라 선택될 수 있다.The arrangement of the first spinning solution and the second spinning solution may be selected depending on whether the shape of the metal nanowires to be manufactured is a rod type or a hollow type according to the manufacturing method of the metal nanowires of the present invention. Can be.

다시 말해, 여기서 제1 방사 용액은 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법이 모두 수행된 이후 최종적으로 금속 나노 와이어의 형태로 남아 있는 부분을 구성하는 원료이고, 제2 방사 용액은 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법이 모두 수행된 이후 최종적으로 소결되는 부분을 구성하는 원료이다. 따라서 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법에 따라 막대 타입의 금속 나노 와이어를 제조하고자 한다면, 제1 방사 용액을 코어부에, 제2 방사 용액을 쉘부에 배치한다. 반대로, 본 발명의 금속 나노 와이어의 제조방법에 따라 중공 타입의 금속 나노 와이어를 제조하고자 한다면, 제2 방사 용액을 코어부에, 제1 방사 용액을 쉘부에 배치한다. 이에 대해서는 도 5 및 후술할 소결 단계를 참조하여 구체적으로 설명한다.In other words, where the first spinning solution is a raw material constituting the part remaining in the form of metal nanowires after all the manufacturing method of the metal nanowires of the present invention is performed, the second spinning solution is the metal nanowires of the present invention. It is a raw material constituting the final sintered part after all the manufacturing method of the wire is performed. Therefore, in order to manufacture the rod-type metal nanowires according to the method of manufacturing the metal nanowires of the present invention, the first spinning solution is disposed in the core and the second spinning solution is disposed in the shell. On the contrary, if a hollow type metal nanowire is to be manufactured according to the method for producing a metal nanowire of the present invention, the second spinning solution is disposed in the core and the first spinning solution is disposed in the shell. This will be described in detail with reference to FIG. 5 and the sintering step to be described later.

예시적으로 이하에서는 제1 방사 용액을 코어부에, 제2 방사 용액을 쉘부에 배치하여 막대 타입의 금속 나노 와이어를 제조하는 것으로 하여 구체적인 전기 방사 단계에 대하여 설명하지만, 상기와 같이 제1 방사 용액 및 제2 방사 용액은 선택적으로 이중 노즐의 코어부, 쉘부에 배치될 수 있음은 물론이다.By way of example, a specific electrospinning step will be described by arranging a rod-type metal nanowire by arranging a first spinning solution in a core and a second spinning solution in a shell, but the first spinning solution as described above. And the second spinning solution may optionally be disposed in the core part, the shell part of the double nozzle.

도 4를 참조하면, 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 (200a) 을 이중 방사 노즐 (20) 의 코어부에, 제2 방사 용액 (200b) 을 이중 방사 노즐 (20) 의 쉘부에 배치하여, 이중 방사 노즐 (20) 로부터 기판 (100) 으로 동축 이중 전기 방사 한다.Referring to FIG. 4, the first spinning solution 200a including the metal nanoparticles is placed in the core of the double spinning nozzle 20, and the second spinning solution 200b is disposed in the shell of the dual spinning nozzle 20. And coaxial double electrospinning from the double spinning nozzle 20 to the substrate 100.

기판 (100) 은 그 표면에 금속 나노 와이어를 형성하고자 하는 대상물이거나 또는 금속 나노 와이어를 수득하기 위한 부재로서, 유리, 석영, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 폴리이미드 (polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리메틸메스아크릴레이트 (PMMA) 및 폴리디메틸실록산 (PDMS) 중 어느 하나의 소재로 형성된 기판일 수 있다.The substrate 100 is an object for forming metal nanowires on its surface or a member for obtaining metal nanowires, and includes glass, quartz, silicon oxide, aluminum oxide, polyimide, and polyethylene naphthalate (PEN). , Polyethylene terephthalate (PET), polymethylmethacrylate (PMMA), and polydimethylsiloxane (PDMS).

이러한 기판 (100) 은 도 2의 전기 방사 장치 (1) 의 컬렉터 기판 (40) 상에 위치되고, 이중 방사 노즐 (20) 로부터 방사된 방사 용액이 안착될 수 있도록 한다.This substrate 100 is located on the collector substrate 40 of the electrospinning apparatus 1 of FIG. 2 and allows the spinning solution radiated from the double spinning nozzle 20 to be seated.

제1 방사 용액 (200a) 및 제2 방사 용액 (200b) 의 유량과 이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 의 전압 차이를 제어함에 따라, 제조되는 금속 나노 와이어의 길이와 직경을 제어할 수 있다. 이에 대해서는 아래의 표 1 및 표 2와 도 6에 도시된 사진을 함께 참조하여 설명하도록 한다.By controlling the flow rate of the first spinning solution 200a and the second spinning solution 200b and the voltage difference between the double spinning nozzle 20 and the collector substrate 40, the length and diameter of the metal nanowires to be manufactured can be controlled. Can be. This will be described with reference to Table 1 and Table 2 below and the pictures shown in FIG. 6 together.

표 1은 전기 방사하는 단계에서 코어부와 쉘부에서의 방사 용액의 방사 유량에 따른 금속 나노 와이어의 직경 분포를 나타내는 결과값이고, 도 6은 제조된 금속 나노 와이어의 단선된 모습을 나타내는 SEM 사진이고, 표 2는 전기 방사하는 단계에서 노즐과 기판에 인가되는 전압에 따른 금속 나노 와이어의 직경 분포를 나타내는 결과값이다.Table 1 is a result showing the diameter distribution of the metal nanowires according to the spinning flow rate of the spinning solution in the core portion and the shell portion during the electrospinning step, Figure 6 is a SEM photograph showing the disconnected state of the manufactured metal nanowires , Table 2 is a result showing the diameter distribution of the metal nanowires according to the voltage applied to the nozzle and the substrate in the electrospinning step.

구분division 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 Core 유량 (ml/hr)Core flow rate (ml / hr) 0.40.4 0.30.3 0.50.5 0.40.4 0.40.4 Shell 유량 (ml/hr)Shell flow rate (ml / hr) 1.51.5 1.51.5 1.51.5 1.41.4 1.61.6 Wire 굵기 (nm)Wire thickness (nm) 450450 480480 1,0101,010 1,0201,020 820820

이중 방사 노즐 (20) 의 코어부에서 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.02ml/hr 내지 0.5ml/hr 이고, 이중 방사 노즐 (20) 의 쉘부에서 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 1ml/hr 내지 5ml/hr 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 표 1에 기재된 바와 같이, 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.3ml/hr 내지 0.5ml/hr 이고, 쉘부에서 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 1.4ml/hr 내지 1.6ml/hr 인 것이 좋다. The flow rate at which the first spinning solution is spun at the core of the double spinning nozzle 20 is 0.02 ml / hr to 0.5 ml / hr, and the flow rate at which the second spinning solution is spun at the shell of the dual spinning nozzle 20 is 1 ml /. It is preferable that it is hr-5 ml / hr. More preferably, as shown in Table 1, the flow rate at which the first spinning solution is radiated is 0.3 ml / hr to 0.5 ml / hr, and the flow rate at which the second spinning solution is radiated at the shell portion is 1.4 ml / hr to 1.6 ml. / hr is good.

구체적으로 표 1에 기재된 방사 유량에 따른 금속 나노 와이어의 직경 분포 그래프를 살펴보면, 쉘부의 제2 방사 용액의 유량이 1.5ml/hr 이고, 코어부의 제1 방사 용액의 유량이 0.5ml/hr 또는 0.4ml/hr 일때 은 나노 와이어가 820nm 내지 1,020nm의 직경을 갖고, 평균 970nm의 직경을 갖도록 제조되는 것을 알 수 있다. 이때 제조된 은 나노 와이어는 직경 분포가 균일하고 표면의 상태가 우수한 결과를 보인다. 그 중에서도, 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.4ml/hr 이고, 쉘부에서 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 1.5ml/hr 인때 (실시예 1), 제조된 금속 나노 와이어가 450nm 로 얇고 균일한 직경으로 제조되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.3ml/hr 이고, 쉘부에서 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 동일하게 1.5ml/hr 인때 (비교예 1), 제조된 금속 나노 와이어는 450nm 보다 굵어지는 것을 확인할 수 있다.Specifically, looking at the diameter distribution graph of the metal nanowire according to the spinning flow rate shown in Table 1, the flow rate of the second spinning solution of the shell portion is 1.5ml / hr, the flow rate of the first spinning solution of the core portion is 0.5ml / hr or 0.4 It can be seen that the silver nanowires are manufactured to have a diameter of 820 nm to 1,020 nm and an average diameter of 970 nm when ml / hr. The prepared silver nanowires have a uniform diameter distribution and excellent surface condition. Among them, when the flow rate at which the first spinning solution is radiated is 0.4 ml / hr, and the flow rate at which the second spinning solution is radiated at the shell portion is 1.5 ml / hr (Example 1), the prepared metal nanowire is thin as 450 nm. It can be seen that it is produced in a uniform diameter. On the other hand, when the flow rate at which the first spinning solution is radiated is 0.3 ml / hr, and the flow rate at which the second spinning solution is radiated at the shell portion is equal to 1.5 ml / hr (Comparative Example 1), the manufactured metal nanowire is less than 450 nm. It can confirm that it thickens.

한편, 코어부의 제1 방사 용액의 유량을 0.5ml/hr로 일정하게 유지하면서 쉘부의 제2 방사 용액의 유량을 점진적으로 감소시킬 때 즉, 쉘부의 제2 방사 용액의 유량을 1.4ml/hr 에서 1.0ml/hr로 점진적으로 감소시킬 때 은 나노 와이어는 직경이 불균일한 현상이 확인되었다. 심지어 쉘부의 제2 방사 용액의 유량을 1.0ml/hr로 감소시키고, 코어부의 제1 방사 용액의 유량을 0.3ml/hr로 감소시킨 결과, 도 6에 도시된 바와 같은 은 나노 와이어의 단선 현상이 나타나는 것을 확인하였다.On the other hand, when the flow rate of the second spinning solution of the shell portion is gradually decreased while maintaining the flow rate of the first spinning solution of the core portion at 0.5 ml / hr, that is, the flow rate of the second spinning solution of the shell portion is 1.4 ml / hr. When gradually reduced to 1.0ml / hr, silver nanowires were observed to have a nonuniform diameter. Even reducing the flow rate of the second spinning solution of the shell portion to 1.0ml / hr, and reducing the flow rate of the first spinning solution of the core portion to 0.3ml / hr, the disconnection phenomenon of the silver nanowires as shown in FIG. It confirmed that it appeared.

이러한 실험 데이터를 바탕으로, 이중 노즐의 코어부와 쉘부에서 방사되는 제1 방사 용액과 제2 방사 용액의 바람직한 유량 관계를 확인할 수 있었고, 이러한 유량의 수치 범위에서 균일한 직경의 금속 나노 와이어를 제조할 수 있다는 기술적인 의의를 확인할 수 있다.Based on the experimental data, it was possible to confirm the desirable flow rate relationship between the first spinning solution and the second spinning solution radiated from the core part and the shell part of the double nozzle, and to produce metal nanowires of uniform diameter in the numerical range of the flow rate. The technical significance of this can be confirmed.

구분division 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 전압차 (kV)Voltage difference (kV) 77 66 88 99 Wire 굵기 (nm)Wire thickness (nm) 800800 1,0001,000 1,0101,010 1,0401,040

또한, 상기 표 2를 참조하여 이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 에 인가되는 전압과 금속 나노 와이어의 직경 분포의 상관 관계를 살펴본다.In addition, the correlation between the voltage applied to the dual spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 and the diameter distribution of the metal nanowires will be described with reference to Table 2 above.

이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 에 인가되는 전압의 전압 차는 5kV 내지 10kV인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 에 인가되는 전압의 전압 차는 7kV 인 것이 좋다. 이때, 쉘부의 제2 방사 용액의 유량은 1.5ml/hr 이고, 코어부의 제1 방사 용액의 유량은 0.5ml/hr로 제어된다.The voltage difference between the voltages applied to the double spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 is preferably 5 kV to 10 kV. More preferably, the voltage difference between the voltages applied to the double spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 is 7 kV. At this time, the flow rate of the second spinning solution of the shell portion is 1.5 ml / hr, and the flow rate of the first spinning solution of the core portion is controlled to 0.5 ml / hr.

표 2를 참조하면, 이중 방사 노즐 (20) 과 컬렉터 기판 (40) 에 인가되는 전압의 전압 차가 7kV인 경우에서 금속 나노 와이어의 직경이 0.88μm 내지 0.93μm로 즉, 평균 800nm (0.8μm) 으로 직경이 작고 균일한 상태로 제조되는 것을 확인할 수 있다 (실시예 1). 이때, 이중 방사 노즐 (20) 에 인가되는 전압 차가 7kV 범위를 벗어나는 경우 (비교예 1 및 비교예 2) 금속 나노 와이어의 직경이 커지는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, in the case where the voltage difference between the voltage applied to the dual spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 is 7 kV, the diameter of the metal nanowire is 0.88 μm to 0.93 μm, that is, at an average of 800 nm (0.8 μm). It can be seen that the diameter is produced in a small and uniform state (Example 1). At this time, when the voltage difference applied to the double spinning nozzle 20 is out of the range of 7 kV (Comparative Example 1 and Comparative Example 2), it can be seen that the diameter of the metal nanowire is increased.

이러한 실험 데이터를 바탕으로, 이중 방사 노즐과 컬렉터 기판에 인가되는 전압과 금속 나노 와이어의 직경의 관계를 확인할 수 있고, 이러한 전압의 수치 범위에서 균일한 직경의 금속 나노 와이어를 제조할 수 있다는 기술적인 의의를 확인할 수 있다.Based on the experimental data, it is possible to confirm the relationship between the diameter of the metal nanowires and the voltage applied to the double-spinning nozzle and the collector substrate. Significance can be confirmed.

상기 기술한 방사 용액의 유량 및 인가 전압의 조건에서, 이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 은 17cm 내지 33cm 거리만큼 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 이중 방사 노즐 (20) 및 컬렉터 기판 (40) 이 17cm 이하로 이격되거나 또는 33cm 이상으로 이격되는 경우 방사물의 직경이 원하는 크기만큼 형성되지 않거나 또는 방사 용액이 기판 (100) 상에 온전히 안착되지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.Under the conditions of the flow rate and the applied voltage of the spinning solution described above, the double spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 are preferably spaced apart by a distance of 17 cm to 33 cm. If the dual spinning nozzle 20 and the collector substrate 40 are spaced 17 cm or less or spaced 33 cm or more, the diameter of the spine may not be formed to the desired size or the spinning solution may not be completely seated on the substrate 100. Problems may arise.

상술한 전기 방사하는 단계 (S200) 에 따르면, 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액이 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액을 둘러싸도록 또는 금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액이 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 둘러싸도록 동축 이중층의 방사 용액 구조체 (200c) 를 형성할 수 있다.According to the electrospinning step (S200) described above, the second spinning solution containing the polymer material surrounds the first spinning solution including the metal nanoparticles, or the first spinning solution including the metal nanoparticles is formed of the polymer material. The spinning solution structure 200c of the coaxial bilayer may be formed to surround the second spinning solution including the coaxial bilayer.

구체적으로 도 4를 참조하면, 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액 (200b) 이 금속 입자를 포함하는 제1 방사 용액 (200a) 을 둘러싸도록 배치된다. 이때, 이중 방사된 방사 용액 구조체 (200c) 는 기판 (100) 상에 안착하여, 서로 겹쳐져 연결되어 형성된 1차원, 2차원 또는 3차원 네트워크 구조체를 구성하도록 배열될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 4, the second spinning solution 200b including the polymer material is disposed to surround the first spinning solution 200a including the metal particles. In this case, the double radiated spinning solution structure 200c may be arranged on the substrate 100 to form a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional network structure formed by being superimposed and connected to each other.

방사 용액 구조체 (200c) 는 복수의 선형 형상의 구조들이 평행하게 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 선형 형상으로 연결된 1차원 네트워크 구조체를 형성할 수도 있고, 복수의 선형 형상의 구조들이 소정의 각도를 가지도록 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 평면 형상으로 연결된 2차원 네트워크 구조체를 형성할 수 있으며, 복수의 선형 형상의 구조들이 소정의 각도를 가지도록 서로 겹쳐져 연결되어 하나의 입체 형상으로 연결된 3차원 네트워크 구조체를 형성할 수 있다. 나아가, 방사 용액 구조체 (200c) 는 소정의 패턴을 가지는 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 그물망(mesh) 형상을 가지거나, 웹(web) 형상을 가지도록 배열될 수도 있다.The spinning solution structure 200c may form a one-dimensional network structure in which a plurality of linearly shaped structures are superimposed in parallel with each other and connected in one linear shape, and the plurality of linearly shaped structures have a predetermined angle to each other. Overlaid and connected to form a two-dimensional network structure connected in one planar shape, a plurality of linear-shaped structures can be overlapped and connected to each other to have a predetermined angle to form a three-dimensional network structure connected in one three-dimensional shape have. In addition, the spinning solution structure 200c may have a shape having a predetermined pattern, and may be arranged to have a mesh shape or a web shape, for example.

이렇게 형성된 방사 용액 구조체 (200c) 는 선택적으로 고분자 물질을 소결하는 공정에 의해 막대 타입의 금속 나노 와이어 또는 중공 타입의 금속 나노 와이어로 형성된다.The spinning solution structure 200c thus formed is formed of a rod type metal nanowire or a hollow type metal nanowire by a process of selectively sintering a polymer material.

본 발명의 금속 나노 와이어의 제조 방법은, 기판 (100) 상에 전기 방사된 방사 용액 구조체 (200c) 를 소결하는 단계를 포함한다 (S300).The manufacturing method of the metal nanowire of the present invention includes the step of sintering the spinning solution structure 200c electrospun on the substrate 100 (S300).

방사 용액 구조체 (200c) 는 겔 (gel) 상태이고, 소결하는 단계를 거침으로써 금속 나노 와이어가 제조되게 된다.The spinning solution structure 200c is in a gel state, and the metal nanowires are produced by going through the step of sintering.

한편, 소결하는 단계 (S300) 이전에, 기판 (100) 에 배열된 방사 용액 구조체 (200c) 의 내부의 변형을 바로잡고 물질들이 균질하게 배치되도록 하기 위하여 어닐링 (annealing) 공정이 선택적으로 수행될 수 있다. 어닐링은 일정 온도 온도까지 가열했다가 서서히 식히는 열 처리 방식으로, 기설정된 온도 범위에서 방사 용액 구조체 (200c) 를 적당히 가열함으로써 수행될 수 있다. 어닐링 공정에 의해 방사 용액 구조체 (200c) 에 포함된 나노 물질 사이의 결합력을 증가시킴으로써, 방사 용액 구조체 (200c) 가 고품질의 금속 나노 와이어로 형성될 수 있다.On the other hand, before the step of sintering (S300), an annealing process may be selectively performed to correct the deformation of the interior of the spinning solution structure 200c arranged on the substrate 100 and to arrange the materials homogeneously. have. Annealing may be carried out by appropriately heating the spinning solution structure 200c in a predetermined temperature range in a heat treatment manner in which it is heated to a constant temperature and then slowly cooled. By increasing the bonding force between the nanomaterials included in the spinning solution structure 200c by the annealing process, the spinning solution structure 200c can be formed of high quality metal nanowires.

도 5를 참조하면, 방사 용액 구조체 (200c) 를 소결 (sintering) 함으로써 선택적으로, 고분자 물질이 포함된 제2 방사 물질 (200b) 가 제거되도록 한다.Referring to FIG. 5, by sintering the spinning solution structure 200c, the second spinning material 200b including the polymer material is selectively removed.

소결 공정에 의하여 제2 방사 물질 (200b) 이 제거되면, 도 5의 (a)와 같은 막대 타입의 금속 나노 와이어 (300), 도 5의 (b)와 같은 중공 타입의 금속 나노 와이어 (300) 가 제조될 수 있다.When the second radiating material 200b is removed by the sintering process, the rod-shaped metal nanowire 300 as shown in FIG. 5A and the hollow metal nanowire 300 as shown in FIG. 5B are removed. Can be prepared.

본 단계 (S300) 에서 소결 방식은 열 소결 방식이 채용될 수 있다. 열 소결은 고분자 물질이 녹는점 이상의 온도 범위로 금속 나노 와이어를 가열함으로써 고분자 물질을 녹여 내는 방식으로 소결하는 것을 의미한다. 이에 대해서는 도 7 내지 도 9에 도시된 그래프 또는 사진을 함께 참조하여 설명하도록 한다.In the step S300, the sintering method may be a thermal sintering method. Thermal sintering means sintering by melting the polymer material by heating the metal nanowires to a temperature range above the melting point. This will be described with reference to the graph or photograph shown in FIGS. 7 to 9.

도 7은 소결하는 단계가 수행되기 전과 후의 방사 용액 및 금속 나노 와이어의 단면을 나타내는 SEM 사진이고, 도 8은 소결하는 단계에서 소결 온도에 따른 방사 용액의 질량 손실의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9는 소결하는 단계에서 소결 온도에 따라 금속 나노 와이어의 부착력이 변화되는 모습을 나타내는 SEM 사진이다.7 is a SEM photograph showing a cross section of the spinning solution and the metal nanowires before and after the sintering step is performed, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the mass loss of the spinning solution according to the sintering temperature in the sintering step, and FIG. Is a SEM photograph showing how the adhesion force of the metal nanowire is changed according to the sintering temperature in the sintering step.

도 7의 (a)는 소결 전 방사 용액 구조체 (200c) 의 단면 상태를 나타내는 것이고, 도 7의 (b)는 소결 후 금속 나노 와이어 (300) 의 단면 상태를 나타내는 것이다. 약 300°C에서 30분 정도 방사 용액 구조체 (200c) 에 열을 가한 결과를 나타내는 것이며, 금속 나노 입자가 서로 녹았다 결합되며 한 덩어리의 금속 나노 와이어 (300) 로 제조된 모습을 확인할 수 있다.FIG. 7A illustrates a cross-sectional state of the spinning solution structure 200c before sintering, and FIG. 7B illustrates a cross-sectional state of the metal nanowire 300 after sintering. It shows the result of applying heat to the spinning solution structure (200c) for about 30 minutes at about 300 ° C, it can be seen that the metal nanoparticles are melted and bonded to each other made of a mass of metal nanowires (300).

또한, 열 소결하여 고분자 물질을 녹여내고 금속 나노 입자들이 서로 네트워킹을 형성하도록 한다. 다만, 녹는 점이 낮은 플라스틱 기판을 사용하는 경우 고온으로 열 소결하는 공정을 이용할 수 없으므로, 열 소결 방식을 채택하는 경우 기판의 선택에 유의할 필요가 있다.It also thermally sinters to melt the polymer material and allow the metal nanoparticles to form networking with each other. However, when a plastic substrate having a low melting point is used, the process of thermal sintering at a high temperature cannot be used, and therefore, it is necessary to pay attention to the selection of the substrate when the thermal sintering method is adopted.

도 8의 그래프 및 도 9의 사진을 살펴보면, 바람직한 열 소결의 온도 범위를 확인할 수 있다. 구체적으로, 소결 온도에 따른 방사 용액의 질량 손실의 관계를 나타내는 TGA 그래프를 살펴보면, 열 소결의 온도가 300°C 이상이 되는 경우, 제1 방사 용액에 포함된 용매 또는 첨가제가 모두 손실되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 부착력에 대한 모습을 보여주는 도 9를 살펴보면 열 소결의 온도가 300°C 이상이 되는 경우, 금속 나노 와이어가 기판의 표면 굴곡에 따라 휘어져 단선되는 현상을 확인할 수 있다.Looking at the graph of Figure 8 and the photograph of Figure 9, it can be seen the temperature range of the preferred thermal sintering. Specifically, looking at the TGA graph showing the relationship between the mass loss of the spinning solution according to the sintering temperature, when the temperature of the thermal sintering is 300 ° C or more, it is confirmed that all the solvent or additive contained in the first spinning solution is lost Can be. In addition, looking at Figure 9 showing the appearance of the adhesive force when the temperature of the thermal sintering is 300 ° C or more, it can be confirmed that the phenomenon that the metal nanowires are bent along the surface curvature of the substrate.

따라서, 금속 나노 입자들이 서로 네트워킹을 형성하도록 하면서도 단선의 문제가 발생하지 않는 열 소결의 온도 범위는 300°C 이하인 것을 확인할 수 있다. 다만, 금속 나노 입자들이 서로 네트워킹을 형성하도록 하는 최소 열 소결 온도는 150°C로서, 본 단계 (S300) 에서 열 소결의 온도 범위는 150°C 이상 300°C 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 온도 범위에서 열처리하는 시간은 20min 내지 1hr 인 것이 바람직하다.Therefore, it can be seen that the temperature range of the thermal sintering that causes the metal nanoparticles to form networking with each other but does not cause disconnection problems is 300 ° C. or less. However, the minimum thermal sintering temperature for the metal nanoparticles to form a networking with each other is 150 ° C, the temperature range of the thermal sintering in this step (S300) is preferably 150 ° C or more and 300 ° C or less. In addition, the time for heat treatment in this temperature range is preferably 20min to 1hr.

한편, 소결하는 단계 (S300) 에서의 소결 방식은 열 소결 방식으로만 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 광 소결 및 화학적 소결 방식이 채용될 수도 있다.On the other hand, the sintering method in the sintering step (S300) is not limited to the thermal sintering method, other optical sintering and chemical sintering method may be employed.

화학적 소결은 고분자 물질이 녹을 수 있는 유기 용매에 방사 용액 구조체 (200c) 를 함침시킴으로써 고분자 물질을 녹여 내는 방식으로 소결하는 것을 의미한다. Chemical sintering means sintering in such a way that the polymer material is melted by impregnating the spinning solution structure 200c in an organic solvent in which the polymer material can be dissolved.

여기서, 유기 용매는 고분자 물질을 용해할 수 있는 모든 종류의 용매를 포함할 수 있다. 유기 용매는 헥산과 같은 알칸족, 톨루엔과 같은 방향족, 디에틸 에테르와 같은 에테르족, 클로로포름과 같은 알킬 할라이드족, 에스테르족, 알데히드족, 케톤족, 아민족, 알코올족, 아미드족, 카르복실산족 및 물 등 다양한 물질을 포함할 수 있다. 유기 용매는, 예를들어 아세톤, 플로로알칸, 펜탄, 헥산, 2,2,4-트리케틸펜탄, 데칸, 시클로헥산, 시클로펜탄, 디이소부틸렌, 1-펜텐, 카본디설파이드, 카본테트라클로라이드, 1-클로로부탄, 1-클로로펜탄, 실렌, 디이소프로필에테르, 1-클로로프로판, 2-클로로프로판, 톨루엔, 틀로로벤젠, 벤젠, 브로모에탄, 디에틸 에테르, 디에틸 설파이드, 클로로포름, 디클로로메탄, 4-메틸-2-프로파논, 테트라하이드로퓨란, 1,2-디클로로에탄, 2-부타논, 1-니트로프로판, 1,4-디옥산, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 1-펜타놀, 디메틸 설폭사이드, 아닐린, 디에틸아민, 니트로메탄, 아세토니트릴, 피리딘, 2-부톡시에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 에탄올, 메탄올, 에틸렌 글리콜 및 아세트 산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the organic solvent may include all kinds of solvents capable of dissolving the polymer material. Organic solvents include alkanes such as hexane, aromatics such as toluene, ethers such as diethyl ether, alkyl halides such as chloroform, esters, aldehydes, ketones, amines, alcohols, amides, carboxylic acids And various materials such as water. The organic solvent is, for example, acetone, fluoroalkane, pentane, hexane, 2,2,4-triketylpentane, decane, cyclohexane, cyclopentane, diisobutylene, 1-pentene, carbon disulfide, carbon tetrachloride , 1-chlorobutane, 1-chloropentane, silylene, diisopropylether, 1-chloropropane, 2-chloropropane, toluene, tallowbenzene, benzene, bromoethane, diethyl ether, diethyl sulfide, chloroform, Dichloromethane, 4-methyl-2-propane, tetrahydrofuran, 1,2-dichloroethane, 2-butanone, 1-nitropropane, 1,4-dioxane, ethyl acetate, methyl acetate, 1-pentanol At least any one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, aniline, diethylamine, nitromethane, acetonitrile, pyridine, 2-butoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethanol, methanol, ethylene glycol and acetic acid It may include one.

광 소결은 제논 램프 등을 이용하여 원하는 파장 영역 (또는 전 영역) 의 빛을 일정 에너지로 1초에서 수초 동안 조사함으로써, 빛을 이용하여 짧은 시간 동안 고분자 물질을 제거하고 나노 물질들의 네트워킹을 형성하는 방식을 의미한다.Light sintering uses a xenon lamp or the like to irradiate light in a desired wavelength region (or all regions) at a constant energy for 1 second to several seconds, thereby removing polymer material for a short time and forming networking of nanomaterials. Means the way.

광 소결 공정에서는 광펄스 (light pulse), 켜짐 시간, 꺼짐 시간, 전압 및 파장영역 등이 중요한 조절 변수로서, 이러한 변수 들의 최적화 과정을 거쳐 광 소결이 이루어지는 것이 바람직하다. In the optical sintering process, light pulse, on time, off time, voltage, and wavelength range are important control variables, and it is preferable that optical sintering is performed through optimization of these parameters.

광 소결은 수초 내에 이루어질 수 있으므로 필요에 따라 여러 번 반복적으로 수행될 수도 있다.Light sintering can be performed within a few seconds, so it may be repeatedly performed as needed.

상술한 금속 나노 와이어의 제조방법에 따르면, 본 발명의 금속 나노 와이어는 360nm 내지 10,000nm 의 직경을 갖도록 제조될 수 있고, 바람직하게는 500nm 내지 10,000nm의 직경을 갖도록 제조될 수 있다.According to the method of manufacturing the metal nanowires described above, the metal nanowires of the present invention may be manufactured to have a diameter of 360 nm to 10,000 nm, and preferably may have a diameter of 500 nm to 10,000 nm.

한편, 금속 나노 와이어의 제조방법은 소결하는 단계 (S300) 이후에, 금속 나노 와이어가 형성된 기판 상에 코팅 또는 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 투명한 기판을 사용하여 전기 방사를 수행하는 경우, 금속 나노 와이어가 제조된 기판의 시인성을 향상시키기 위한 단계로서, 선택적으로 수행될 수 있는 단계이다.Meanwhile, the manufacturing method of the metal nanowire may further include coating or surface treatment on the substrate on which the metal nanowire is formed after the step of sintering (S300). When electrospinning is performed using a transparent substrate, this is a step for improving the visibility of the substrate on which the metal nanowires are manufactured, which may be optionally performed.

코팅 또는 표면 처리의 방식으로는 전도성 코팅액을 분사하여 금속 나노 와이어 상에 코팅층을 형성하는 방식과, 황화은 (Ag2S) 처리를 하는 방식, 플라즈마 처리로 금속 나노 와이어를 흑화 처리하는 방식 등이 채용될 수 있다. As a coating or surface treatment, a method of forming a coating layer on the metal nanowires by spraying a conductive coating solution, a silver sulfide (Ag2S) treatment, or a method of blackening the metal nanowires by plasma treatment may be employed. have.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

1 … 전기 방사 장치
10 … 방사 용액 탱크
11 … 제1 탱크
12 … 제2 탱크
20 … 이중 방사 노즐
21 … 제1 노즐
22 … 제2 노즐
30 … 외부 전원
40 … 컬렉터 기판
100 … 기판
200 … 방사 용액
200a … 제1 방사 용액
200b … 제2 방사 용액
200c … 방사 용액 구조체
300 … 금속 나노 와이어
One … Electrospinning apparatus
10... Spinning solution tank
11. First tank
12... Second tank
20... Double spinning nozzle
21. First nozzle
22. Second nozzle
30. External power
40…. Collector board
100... Board
200... Spinning solution
200a... First spinning solution
200b... Secondary spinning solution
200c... Spinning solution structure
300... Metal nanowires

Claims (21)

금속 나노 입자를 포함하는 제1 방사 용액 및 고분자 물질을 포함하는 제2 방사 용액을 제조하는 단계;
상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액 중 어느 하나를 이중 노즐의 코어 (core) 부에, 다른 하나를 이중 노즐의 쉘 (shell) 부에 배치하고, 상기 이중 노즐로부터 기판 상으로 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 동축 이중 전기 방사 (co-electrospinning) 하는 단계; 및
상기 기판 상에 전기 방사된 상기 제1 방사 용액 및 상기 제2 방사 용액을 소결하는 단계; 를 포함하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
Preparing a first spinning solution including metal nanoparticles and a second spinning solution including a polymer material;
One of the first spinning solution and the second spinning solution is disposed in the core portion of the double nozzle and the other in the shell portion of the double nozzle, and the first spinning solution is disposed on the substrate from the double nozzle. Co-electrospinning the spinning solution and the second spinning solution; And
Sintering the first spinning solution and the second spinning solution electrospun onto the substrate; A method of manufacturing a metal nanowire, including.
제1 항에 있어서,
상기 제1 방사 용액은,
상기 금속 나노 입자에 더하여 용매, 분산제, 부착제 및 안정제를 더 포함하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The first spinning solution,
In addition to the metal nanoparticles, the method further comprises a solvent, a dispersant, an adhesive and a stabilizer.
제1 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는,
그 직경이 30nm 내지 100nm의 범위에 속하는 것인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The metal nanoparticles,
Method of producing a metal nanowire, the diameter of which belongs to the range of 30nm to 100nm.
제1 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는,
은 (Ag) 나노 입자인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The metal nanoparticles,
A method for producing a metal nanowire, which is a silver (Ag) nanoparticle.
제1 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는,
상기 제1 방사 용액의 중량 대비 40wt% 내지 70wt%가 되도록 상기 제1 방사 용액에 포함되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The metal nanoparticles,
It is included in the first spinning solution to be 40wt% to 70wt% relative to the weight of the first spinning solution, the manufacturing method of the metal nanowires.
제2 항에 있어서,
상기 제1 방사 용액은,
점도가 100cPs 내지 1,000cPs 가 되도록, 상기 금속 나노 입자, 상기 용매, 상기 분산제, 상기 부착제 및 상기 안정제가 혼합되어 제조되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
The method of claim 2,
The first spinning solution,
The metal nanowires are prepared by mixing the metal nanoparticles, the solvent, the dispersant, the adhesive and the stabilizer so that the viscosity is 100 cPs to 1,000 cPs.
제1 항에 있어서,
상기 제2 방사 용액은,
상기 고분자 물질에 더하여 용매 및 물을 더 포함하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The second spinning solution,
In addition to the polymer material, the method of manufacturing a metal nanowire further comprises a solvent and water.
제1 항에 있어서,
상기 고분자 물질은,
폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide ; PEO) 인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The polymer material,
Method for producing a metal nanowire, which is polyethylene oxide (PEO).
제1 항에 있어서,
상기 고분자 물질은,
상기 제2 방사 용액의 중량 대비 4wt% 내지 7wt%가 되도록 상기 제2 방사 용액에 포함되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The polymer material,
It is included in the second spinning solution to be 4wt% to 7wt% relative to the weight of the second spinning solution, the manufacturing method of the metal nanowires.
제1 항에 있어서,
상기 전기 방사하는 단계는,
상기 제1 방사 용액을 상기 코어부에, 상기 제2 방사 용액을 상기 쉘부에 배치하여 상기 제1 방사 용액을 상기 제2 방사 용액이 감싸도록 전기 방사하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The electrospinning step,
Disposing the first spinning solution on the core and the second spinning solution on the shell to electrospin the first spinning solution to surround the second spinning solution.
제10 항에 있어서,
상기 코어부에서 상기 제1 방사 용액이 방사되는 유량은 0.02ml/hr 내지 0.5ml/hr 인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
The method of claim 10,
Flow rate at which the first spinning solution is radiated from the core portion is 0.02ml / hr to 0.5ml / hr, the manufacturing method of the metal nanowire.
제10 항에 있어서,
상기 쉘부에서 상기 제2 방사 용액이 방사되는 유량은 1ml/hr 내지 5ml/hr 인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
The method of claim 10,
The flow rate at which the second spinning solution is radiated in the shell portion is 1ml / hr to 5ml / hr.
제1 항에 있어서,
상기 전기 방사하는 단계에서,
상기 이중 노즐 및 상기 기판의 전압 차가 5kV 내지 10kV가 되도록 상기 이중 노즐 및 상기 기판에 전압을 인가하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of electrospinning,
And applying a voltage to the double nozzle and the substrate such that the voltage difference between the double nozzle and the substrate is 5 kV to 10 kV.
제13 항에 있어서,
상기 이중 노즐 및 상기 기판의 전압 차가 7kV가 되도록 상기 이중 노즐 및 상기 기판에 전압을 인가하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
The method of claim 13,
And applying a voltage to the double nozzle and the substrate such that the voltage difference between the double nozzle and the substrate is 7 kV.
제1 항에 있어서,
상기 전기 방사하는 단계에서,
상기 이중 노즐 및 상기 기판은 17cm 내지 33cm 거리만큼 이격되어 배치되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
In the step of electrospinning,
The double nozzle and the substrate are disposed spaced apart by a distance of 17cm to 33cm, metal nanowire manufacturing method.
제1 항에 있어서,
상기 전기 방사하는 단계는,
복수 회 반복하여 수행되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The electrospinning step,
Method of manufacturing a metal nanowire, which is performed by repeating a plurality of times.
제1 항에 있어서,
상기 소결하는 단계는,
기설정된 온도범위로 기설정된 시간동안 가열하는 열처리하는 방식으로 수행되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The sintering step,
Method of manufacturing a metal nanowires, which is performed by a heat treatment for heating for a predetermined time in a predetermined temperature range.
제17 항에 있어서,
상기 기설정된 온도범위는 150°C 내지 300°C 이고,
상기 기설정된 시간은 20min 내지 1hr 인, 금속 나노 와이어의 제조방법.
The method of claim 17,
The preset temperature range is 150 ° C to 300 ° C,
The predetermined time is 20 minutes to 1hr, method of manufacturing a metal nanowire.
제1 항에 있어서,
상기 금속 나노 와이어는,
500nm 내지 10,000nm 의 직경을 갖도록 제조되는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
The metal nanowires,
Method of producing a metal nanowire, which is prepared to have a diameter of 500nm to 10,000nm.
제1 항에 있어서,
상기 소결하는 단계 이후에,
상기 금속 나노 와이어가 형성된 기판 상에 표면 처리하는 단계; 를 더 포함하는, 금속 나노 와이어의 제조방법.
According to claim 1,
After the sintering step,
Surface treatment on the substrate on which the metal nanowires are formed; Further comprising, metal nano wire manufacturing method.
제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항의 금속 나노 와이어의 제조방법에 따라 제조되는, 금속 나노 와이어.The metal nanowire manufactured by the manufacturing method of the metal nanowire of any one of Claims 1-20.
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