KR102117783B1 - Preparation method of Ag nano wires by selective dealloying - Google Patents

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silver nanowires
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아르노캐론
장창희
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Abstract

An object of the present invention is to provide a silver nanowire manufacturing method for easily manufacturing a silver nanowire with a simple process. The present invention relates to a silver nanowire manufacturing method using selective corrosion. In order to achieve the above object, the present invention provides the silver nanowire manufacturing method using the selective corrosion, which comprises: a first step of manufacturing a melt by melting Ag alloy; a second step of manufacturing an Ag alloy ribbon by spinning the melt; and a third step of immersing the Ag alloy ribbon in an alkali solution and maintaining the same for a certain period of time.

Description

선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법{Preparation method of Ag nano wires by selective dealloying}Manufacturing method of silver nanowires using selective corrosion {Preparation method of Ag nano wires by selective dealloying}

본 발명은 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 Ag 합금을 알칼리용액에 첨가하는 간단한 방법으로 은 나노와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion, and more particularly, to a method of manufacturing silver nanowires by a simple method of adding an Ag alloy to an alkali solution.

최근 모바일 장치, 태양전지와 같은 친환경 에너지 소자, 디스플레이의 다양화 및 발전에 따라 투명 전극이 많이 적용되고 있으며, 현재 투명 전극 소재로서 높은 빛 투과도 및 우수한 전도성을 갖는 산화인듐주석(ITO)이 주로 이용되고 있다. 그러나 산화인듐주석은 자연적인 세라믹 특성을 가짐으로써 유연전기소자에 적용하기 어려운 문제가 있다. 이에 투명 전극으로서 산화인듐주석을 대체할 수 있는 물질의 개발이 필요하며, 이러한 물질로서 탄소나노튜브, 그래핀, 전도성 고분자, 금속 나노와이어 등의 다양한 대체 물질이 개발되고 있다.Recently, transparent electrodes have been widely applied in accordance with diversification and development of eco-friendly energy devices such as mobile devices and solar cells, and indium tin oxide (ITO) having high light transmittance and excellent conductivity is mainly used as a transparent electrode material. Is becoming. However, indium tin oxide has a problem of being difficult to apply to a flexible electric device because it has natural ceramic properties. Accordingly, there is a need to develop a material that can replace indium tin oxide as a transparent electrode, and various alternative materials such as carbon nanotubes, graphene, conductive polymers, and metal nanowires have been developed.

이 중, 금속 나노와이어는 높은 전도성, 화학적 안정성, 유연성 및 가시광선 영역에서 눈으로 구분하기 어려운 매우 작은 크기를 가져 대면적 터치스크린 패널, 박막 태양 전지, 플렉시블 유기발광다이오드, 투명 디스플레이 등의 다양한 분야에 적용될 수 있는 신소재로 각광 받고 있다. 특히 고투과성을 지니면서도 높은 전도성을 띠는 은(Ag) 나노와이어에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 은 나노와이어는 은(Ag)이 갖는 우수한 전기 및 열전도율과 함께 가시광 영역에서 가장 높은 표면 증강 라만 효율을 나타내는 광학적 특성 및 화학적 안정성에 의해 전기, 자기, 광학, 화학 및 바이오센서 분야, 디스플레이 장치, 태양 전지 및 모바일 장치 등의 다양한 전자 제품에 대한 도전성 물질을 이용한 투명 전극에도 활용 가능하다.Among them, metal nanowires have high conductivity, chemical stability, flexibility, and a very small size that is difficult to discriminate in the visible light region, and thus various fields such as large-area touch screen panels, thin film solar cells, flexible organic light emitting diodes, and transparent displays It is spotlighted as a new material that can be applied to. In particular, research on silver (Ag) nanowires having high permeability and high conductivity has been actively conducted. Silver nanowires are electric, magnetic, optical, chemical and biosensor fields, display devices, and solar due to their excellent electrical and thermal conductivity of silver (Ag) and optical properties and chemical stability that show the highest surface enhancement Raman efficiency in the visible region. It can also be used for transparent electrodes using conductive materials for various electronic products such as batteries and mobile devices.

이러한 은 나노와이어 제조방법으로 종래 다양한 방법들이 제시되어 왔으며, 예를 들어 한국 등록특허 제10-1360688호에 가열된 프로필렌글라이콜(propylene glycol; PG)과 같은 폴리올 용매에 와이어 형성을 유도하는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP) 캡핑제(capping agent)와 촉매로서 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 천일염 또는 정제염을 첨가한 다음 금속 화합물(은 전구체)을 첨가함으로써 상기 용액 내에서 은 나노와이어를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 상기 제조방법의 경우 환원력이 우수한 프로필렌글라이콜 용매를 사용함으로써 반응 온도를 낮추고, 촉매로 천일염 또는 정제염을 사용함으로써 캡핑제의 양을 줄이면서도 와이어 형성을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다. 그러나 상기 제조방법은, 촉매 사용에 의해 캡핑제 함량을 낮추고 있을 뿐, 용매 내의 물질 응집을 방지하여 나노와이어가 형성되도록 하기 위해서는 캡핑제가 필수적으로 포함되어야 할 뿐만 아니라, 용매 및 천일염 또는 정제염을 촉매로 사용함에 따라 수득되는 나노와이어로부터 상기 물질 또는 상기에 의해 형성되는 불순물들을 완전하게 제거할 수 없는 문제점이 존재한다.Various methods have been proposed in the past as a method of manufacturing silver nanowires, for example, poly which induces wire formation in a polyol solvent such as propylene glycol (PG) heated in Korean Patent No. 10-1360688. Preparation of silver nanowires in the solution by adding a salt or purified salt containing sodium chloride (NaCl) as a catalyst and a vinylpyrrolidone (PVP) capping agent and a catalyst, followed by addition of a metal compound (silver precursor) The method is disclosed. In the case of the above manufacturing method, the reaction temperature is lowered by using a propylene glycol solvent having excellent reducing power, and the amount of the capping agent is reduced by using a solar salt or a purified salt as a catalyst, and there is an advantage in that wire formation can be facilitated. However, the manufacturing method, as well as lowering the content of the capping agent by the use of a catalyst, in order to prevent the aggregation of substances in the solvent to form a nanowire, not only the capping agent must be included, but also a solvent and sun salt or purified salt as a catalyst There is a problem in that it is not possible to completely remove the material or impurities formed by the nanowires obtained by use.

한국 공개특허 제10-2015-0077601호에는 첨가제로 란탄늄 계열의 금속염을 사용하여 은 나노와이어의 생성효율을 향상시키고, 수반되는 불순물 및 입자 등의 생성을 억제할 수 있는 나노와이어 제조방법이 개시되어 있다. 그러나 상기 제조방법은 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 천일염 또는 정제염을 대신하여 란탄늄 계열의 금속염을 사용할 뿐 여전히 캡핑제 및 폴리올 용매를 사용하고 있어, 이 역시 수득되는 나노와이어로부터 상기 물질 또는 상기 물질에 의해 형성되는 불순물들을 완전하게 제거할 수 없는 문제점이 존재한다.Korean Patent Publication No. 10-2015-0077601 discloses a nanowire manufacturing method that can improve the production efficiency of silver nanowires by using a lanthanum-based metal salt as an additive and suppress the generation of accompanying impurities and particles. It is. However, the manufacturing method uses only a lanthanum-based metal salt in place of the sun salt or purified salt containing sodium chloride (NaCl), and still uses a capping agent and a polyol solvent, which is also obtained from the obtained nanowire to the material or the material. There is a problem that the impurities formed by cannot be completely removed.

또한, 종래 이러한 은 나노와이어 제조방법들은 합성조건이 까다롭거나 공정이 복잡하여 은 나노와이어를 대량 생산하는데 어려움이 있다. 이에 본 발명자들은 캡핑제, 촉매 등을 사용하지 않아 은 나노와이어 상에 불순물을 형성하지 않으며, 간단한 공정만으로 은 나노와이어를 제조하는 방법을 개발하게 되었다.In addition, conventional silver nanowire manufacturing methods have difficulty in mass production of silver nanowires due to complicated synthesis conditions or complicated processes. Accordingly, the present inventors did not use a capping agent, a catalyst, or the like, and did not form impurities on the silver nanowires, and developed a method of manufacturing the silver nanowires with a simple process.

대한민국 등록특허 제10-1360688호 (발명의 명칭 : 나노 와이어 및 이의 제조 방법, 출원인 : 주식회사 나노픽시스, 엘지이노텍 주식회사, 등록일 : 2014년02월03일)Republic of Korea Registered Patent No. 10-1360688 (Invention name: Nano wire and its manufacturing method, Applicant: Nanopixis Co., Ltd., LG Innotek Co., Ltd., registration date: February 03, 2014) 대한민국 공개특허 제10-2015-0077601호 (발명의 명칭 : 금속의 나노와이어를 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 금속 나노와이어, 출원인 : 삼성에스디아이 주식회사, 공개일 : 2015년07월08일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0077601 (Name of invention: Method for manufacturing metal nanowire and metal nanowire manufactured therefrom, Applicant: Samsung SDI Co., Ltd., Publication date: July 8, 2015) 대한민국 공개특허 제10-2015-0072518호 (발명의 명칭 : 금속 나노와이어를 제조하는 방법, 금속 나노와이어 및 전자 소자, 출원인 : 삼성정밀화학 주식회사, 공개일 : 2015년06월30일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0072518 (Invention name: Method of manufacturing metal nanowires, metal nanowires and electronic devices, Applicant: Samsung Fine Chemicals Co., Ltd., Publication date: June 30, 2015)

본 발명의 목적은 캡핑제, 촉매 등을 사용하지 않으면서도 선택적 부식을 이용하여 간단한 공정만으로 은 나노와이어를 용이하게 제조할 수 있는 은 나노와이어의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing silver nanowires that can easily produce silver nanowires by using a simple process without using a capping agent, a catalyst, etc., using selective corrosion.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법을 통해 제조되어 불순물을 형성하지 않은 은 나노와이어를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a silver nanowire that is manufactured through the above manufacturing method and does not form impurities.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (1단계) Ag 합금을 용융하여 용용물을 제조하는 단계;In order to achieve the above object, the present invention is a step (step 1) of melting an Ag alloy to prepare a melt;

(2단계) 상기 용융물을 스피닝하여 Ag 합금리본을 제조하는 단계; 및(Step 2) producing an Ag alloy ribbon by spinning the melt; And

(3단계) 상기 Ag 합금리본을 알칼리용액에 침지하고 일정 시간 유지하는 단계;를 포함하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.(Step 3) characterized by providing a method for producing silver nanowires using selective corrosion, including; immersing the Ag alloy ribbon in an alkaline solution and maintaining it for a certain period of time.

상기 1단계에서 Ag 합금은 Ag에 Cu가 포함된 Ag-Cu 합금인 것을 특징으로 하며, 상기 Cu는 25~30wt%로 포함되는 것일 수 있다.In the first step, the Ag alloy is characterized in that the Ag-Cu alloy containing Cu in Ag, and the Cu may be included in 25 to 30 wt%.

상기 2단계에서 Ag 합금리본은 층상구조를 갖는 것일 수 있다.In the second step, the Ag alloy ribbon may have a layered structure.

상기 3단계에서 알칼리용액은 수산화나트륨인 것을 특징으로 하며, 상기 수산화나트륨의 농도는 0.1~6M일 수 있다.In step 3, the alkali solution is characterized in that it is sodium hydroxide, and the concentration of the sodium hydroxide may be 0.1 to 6M.

또한, 상기 3단계에서 Ag 합금리본은 알칼리용액에 6~25시간 침지되어 유지되는 것일 수 있다.In addition, the Ag alloy ribbon in step 3 may be maintained by immersion in an alkaline solution for 6 to 25 hours.

본 발명에서 제공하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법을 통해 Ag 합금리본을 알칼리 용액에 침지하는 간단한 방법으로 은 나노와이어를 제조할 수 있다. 이에 은 나노와이어를 용이하게 대량 생산할 수 있어 경제적이다.The silver nanowires can be produced by a simple method of immersing the Ag alloy ribbon in an alkali solution through the method of preparing silver nanowires using selective corrosion provided by the present invention. Therefore, it is economical because silver nanowires can be easily mass-produced.

또한, 본 발명은 상기 제조방법을 통해 불순물을 포함하지 않는 은 나노와이어를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide silver nanowires that do not contain impurities through the manufacturing method.

도 1은 본 발명의 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 Ag/Cu의 상평형 그림이다.
도 3은 본 발명의 Ag 합금리본의 층상구조를 보여주는 주사전사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 NaOH 농도에 따른 은 나노와이어들의 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 은 나노와이어의 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 은 나노와이어의 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM)이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 은 나노와이어의 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM)이미지이다.
1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion of the present invention.
2 is a phase equilibrium diagram of Ag / Cu.
Figure 3 is a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope; SEM) image showing the layered structure of the Ag alloy ribbon of the present invention.
4 is an atomic force microscope (AFM) image of silver nanowires according to NaOH concentration prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is an atomic force microscope (AFM) image of a silver nanowire manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an atomic force microscope (Atomic Force Microscope; AFM) image of the silver nanowires prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an atomic force microscope (Atomic Force Microscope; AFM) image of a silver nanowire prepared according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 구체적 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다. With reference to the accompanying drawings, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 Ag/Cu의 상평형 그림이며, 도 3은 Ag 합금리본의 충상구조를 보여주는 주사전자현미경 이미지이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion of the present invention, FIG. 2 is a phase equilibrium diagram of Ag / Cu, and FIG. 3 is a scanning electron microscope image showing the filling structure of an Ag alloy ribbon. to be.

종래 기술과 다르지 않은 부분으로서 발명의 기술적 사상을 이해하는데 필요하지 않은 사항은 설명에서 제외하나, 본 발명의 기술적 사상과 그 보호범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Details not necessary to understand the technical idea of the invention as a part not different from the prior art are excluded from the description, but the technical idea of the present invention and its protection scope are not limited thereto.

도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법을 자세히 설명한다.A method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

먼저 Ag 합금을 용융하여 용융물을 제조한다(1단계). 이때, 상기 1단계에서 Ag 합금은 Ag에 Cu가 포함된 Ag-Cu 합금인 것을 특징으로 하며, 상기 Ag 합금은 Cu가 25~30wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 Ag 합금은 Ag 72wt% Cu 28wt%의 조성을 갖는 것일 수 있으며, 이는 도 2에 나타낸 바와 같이 Ag-Cu 합금의 공정점 조성으로, 상기 조성을 갖는 경우 Ag 합금 용융물을 냉각하면 두 성분 금속이 동시에 정출되어 Ag 합금이 모두 층상구조(lamellar structure)를 갖게 된다. Ag 합금 내 Cu의 함량이 25~30wt%를 벗어나는 경우 층상구조가 충분히 형성되지 않거나, 아예 형성되지 않아 은 나노와이어 제조에 어려움이 있으므로 바람직하지 않다.First, an Ag alloy is melted to prepare a melt (step 1). At this time, the Ag alloy in the first step is characterized in that the Ag-Cu alloy containing Cu in Ag, and the Ag alloy preferably contains Cu in an amount of 25 to 30 wt%. More preferably, the Ag alloy may have a composition of 72 wt% Ag and 28 wt% Ag, which is a eutectic composition of the Ag-Cu alloy, as shown in FIG. 2, when the Ag alloy melt is cooled, the two-component metal At the same time, it is crystallized so that all of the Ag alloys have a lamellar structure. When the content of Cu in the Ag alloy exceeds 25 to 30 wt%, it is not preferable because the layered structure is not sufficiently formed or not formed at all, which makes it difficult to manufacture silver nanowires.

다음으로 상기 용융물을 스피닝하여 Ag 합금리본을 제조한다(2단계). 상기 2단계에서 Ag 합금리본은 Ag와 Cu가 겹겹이 쌓인 층상구조(lamellar structure)를 갖는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 층간 간격을 줄이기 위해 melt spinning법을 이용하여 제조될 수 있다. 이를 보다 자세히 설명하면, Ag 합금 용융물을 회전하는 고속회선 휠(wheel) 표면에 접촉시켜 급속 냉각시킴으로써 기존의 합금 금속의 층상 구조보다 더 좁은 층간 간격을 갖는 Ag 합금리본을 제조할 수 있다. 이때, 상기 Ag 합금 용융물과 접촉하는 상기 고속회전 휠은 당 분야에 알려진 통상적인 휠을 사용할 수 있으며, 예를 들어 구리 휠 등일 수 있다. 여기서 고속회전 휠의 회전속도는 500~1500rpm일 수 있으며, 휠의 지름은 20~30cm일 수 있다. 상기 전술한 조건을 만족할 경우 휠의 표면과 접촉하는 용융물이 급속 냉각됨과 동시에 두께가 얇고 미세구조를 갖는 합금리본이 형성될 수 있다. 특히 휠의 회전속도가 500rpm 미만일 경우 층간 간격이 넓어져 은 나노와이어 형성에 어려움이 있으며, 1500rpm을 초과하는 경우 빠른 냉각 속도로 인해 합금리본의 잔류 응력이 높아져 은 나노와이어 제조에 어려움이 있어 바람직하지 않다.Next, the molten alloy is spun to prepare an Ag alloy ribbon (step 2). In the second step, the Ag alloy ribbon is characterized in that it has a lamellar structure in which Ag and Cu are layered on top of each other, and may be preferably manufactured using a melt spinning method to reduce the interlayer spacing. In more detail, an Ag alloy ribbon having a narrower interlayer spacing than a layered structure of an existing alloy metal can be manufactured by rapidly cooling the Ag alloy melt by contacting it with a rotating high-speed wheel surface. At this time, the high-speed rotating wheel in contact with the Ag alloy melt may use a conventional wheel known in the art, for example, a copper wheel or the like. Here, the rotational speed of the high-speed rotating wheel may be 500 to 1500 rpm, and the diameter of the wheel may be 20 to 30 cm. When the above-described conditions are satisfied, an alloy ribbon having a thin thickness and a microstructure can be formed while the melt contacting the surface of the wheel is rapidly cooled. Particularly, when the rotational speed of the wheel is less than 500 rpm, the interlayer spacing is wide, making it difficult to form silver nanowires. If it exceeds 1500 rpm, the residual stress of the alloy ribbon increases due to the rapid cooling rate, which makes it difficult to manufacture silver nanowires. not.

마지막으로 상기 Ag 합금리본을 알칼리용액에 침지하고 일정 시간 유지한다(3단계). 상기 3단계에서 알칼리용액은 수산화나트륨(NaOH)인 것을 특징으로 한다. 선택적 부식이란 두 금속의 합금에 전해질을 사용하여, 반응성의 차이로 하나의 금속을 용해시키는 방법으로서, 합금을 용매에 침지하면 반응성이 큰 금속이 용해됨과 동시에 반응성이 적은 금속이 원자 단위로 재배열된다. 즉, Ag 합금리본을 수산화나트륨 용액에 침지하면, 구리가 하기 반응식 1과 같이 반응하여 소실된다.Finally, the Ag alloy ribbon is immersed in an alkaline solution and kept for a certain period of time (step 3). In the above step 3, the alkali solution is characterized in that it is sodium hydroxide (NaOH). Selective corrosion is a method of dissolving a single metal by using an electrolyte in an alloy of two metals with a difference in reactivity. When the alloy is immersed in a solvent, a highly reactive metal is dissolved and a less reactive metal is rearranged atomically. do. That is, when the Ag alloy ribbon is immersed in a sodium hydroxide solution, copper reacts as shown in Reaction Scheme 1 and disappears.

[반응식 1][Scheme 1]

Cu + NaOH → Cu(OH)2(↓) + NaCu + NaOH → Cu (OH) 2 (↓) + Na

이때, 본 발명의 Ag 합금리본은 도 3과 같이 Ag와 Cu가 층층이 쌓여있는 층상구조로 되어 있기에 구리가 상기 반응을 통해 소실됨으로써, 자동적으로 은 나노와이어가 생성될 수 있다.At this time, since the Ag alloy ribbon of the present invention has a layered structure in which Ag and Cu are layered as shown in FIG. 3, copper is lost through the reaction, and thus silver nanowires can be automatically generated.

상기 3단계에서 수산화나트륨의 농도는 0.1~6M인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~6M일 수 있다. 수산화나트륨의 농도가 0.1M 미만일 경우 상기 선택적 부식 반응이 매우 빠르게 진행되어 은 나노와이어 제작에 부적합하며, 6M을 초과하는 경우 밀집된 원자에 의해 원자 이동이 원활하지 못해 선택적 부식을 방해할 수 있으며, 이로 인해 은 나노와이어 제조에 어려움이 있어 바람직하지 않다.The concentration of sodium hydroxide in step 3 is preferably 0.1 to 6M, and more preferably 3 to 6M. When the concentration of sodium hydroxide is less than 0.1M, the selective corrosion reaction proceeds very quickly, making it unsuitable for the production of silver nanowires. If it exceeds 6M, the atomic movement is not smooth due to the dense atoms, which may interfere with selective corrosion. Therefore, it is difficult to manufacture silver nanowires, which is undesirable.

또한, 상기 3단계에서 Ag 합금리본은 알칼리용액에 6~25시간 침지되어 유지되는 것이 바람직하다. 침지 시간이 6시간 미만일 경우 은 나노와이어가 충분히 생성되지 않으며, 25시간을 초과하는 경우 시간에 따른 은 나노와이어 생성 효과가 미미하므로 경제적이지 못해 바람직하지 않다.In addition, the Ag alloy ribbon in step 3 is preferably maintained by immersion in an alkaline solution for 6 to 25 hours. When the immersion time is less than 6 hours, silver nanowires are not sufficiently generated, and when it exceeds 25 hours, the effect of silver nanowires generation over time is negligible, which is not economical and thus undesirable.

또한, 상기 3단계는 15~45℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 수행 온도가 15℃ 미만일 경우 은 나노와이어 생성 반응이 충분히 일어나지 않으며, 45℃를 초과하는 경우 선택적 부식 반응이 매우 빠르게 진행되어 은 나노와이어 제작에 부적합하므로 바람직하지 않다.In addition, the step 3 is preferably performed at 15 ~ 45 ℃. When the operating temperature is less than 15 ° C, the silver nanowire formation reaction does not occur sufficiently, and when it exceeds 45 ° C, the selective corrosion reaction proceeds very quickly, which is undesirable because it is unsuitable for silver nanowire production.

본 발명의 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법을 통해 제조된 은 나노와이어는 60~80nm의 직경 및 3~10㎛의 길이를 갖는 것일 수 있다.The silver nanowires manufactured through the method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion of the present invention may have a diameter of 60 to 80 nm and a length of 3 to 10 μm.

따라서 본 발명은 층상구조의 Ag 합금리본을 알칼리 용액에 침지하는 간단한 방법으로 은 나노와이어를 용이하게 제조할 수 있으며, 이로 인해 별도의 캡핑제, 촉매 등을 필요로 하지 않기에 불순물을 포함하지 않는 은 나노와이어를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다. Therefore, the present invention can easily produce silver nanowires by a simple method of immersing a layered structure Ag alloy ribbon in an alkali solution, and thus does not contain impurities because it does not require a separate capping agent or catalyst. It is characterized by being able to provide silver nanowires.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지도록, 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, it is provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art so that the contents introduced herein are thorough and complete.

은 나노와이어 제조Silver nanowire manufacturing

1. NaOH 농도에 따른 은 나노와이어의 제조1. Preparation of silver nanowires according to NaOH concentration

먼저 Ag에 Cu를 28wt%로 용융시킨 후, 1000rpm의 속도로 회전하는 구리 휠(지름 25cm, 두께 4cm) 표면에 Ag 및 Cu 용융물을 접촉시켜 급속 냉각시킴으로써 층상구조를 갖는 Ag-Cu 합금리본을 제조하였다.First, the Ag-Cu alloy ribbon having a layered structure was prepared by melting Ag into Cu at 28wt% and rapidly cooling it by contacting Ag and Cu melts on the surface of a copper wheel (diameter 25 cm, thickness 4 cm) rotating at a speed of 1000 rpm. Did.

이어서 상기에서 제조된 Ag-Cu 합금리본을 25℃ 온도에서 3M, 5M, 7M 및 10M의 수산화나트륨 용액에 각 24시간 침지시켰다. 이후 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM)에 의해 표면을 관찰하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.Subsequently, the Ag-Cu alloy ribbons prepared above were immersed in 3M, 5M, 7M, and 10M sodium hydroxide solutions at a temperature of 25 ° C for 24 hours each. Then, the surface was observed by an atomic force microscope (Atomic Force Microscope; AFM), and the results are shown in FIG. 4.

도 4를 참고하여, 3M 및 5M의 수산화나트륨 용액에서 은 나노와이어가 관찰되었으며, 특히 5M의 수산화나트륨 용액에서 다량의 균일한 모양의 은 나노와이어가 관찰되었다. 7M 및 10M의 수산화나트륨 용액에서는 은 나노와이어가 관찰되지 않았으며, 이는 용액의 농도가 증가함에 따라 수용액 속의 원자 밀도가 증가하고 이로 인해 Cu의 용해속도와 Ag의 확산속도가 감소하여 와이어 형태가 아닌 구형이 형성되었기 때문인 것으로 확인된다.Referring to FIG. 4, silver nanowires were observed in 3M and 5M sodium hydroxide solutions, and a large amount of uniformly shaped silver nanowires were observed in 5M sodium hydroxide solution. Silver nanowires were not observed in the 7M and 10M sodium hydroxide solution, which increases the atomic density in the aqueous solution as the concentration of the solution increases, which decreases the dissolution rate of Cu and the diffusion rate of Ag. It is confirmed that it is because a spherical shape was formed.

2. 합금 제조 시 냉각속도에 따른 은 나노와이어의 제조2. Manufacturing of silver nanowires according to the cooling rate when manufacturing alloys

합금 제조 시 냉각속도에 따른 은 나노와이어 제조 효과를 비교하기 위해 Ag 72wt% 및 Cu 28wt%를 용융시킨 후, 500, 1000, 1500, 2000, 3000rpm의 속도로 회전하는 구리 휠(지름 25cm, 두께 4cm) 표면에 각각 접촉시켜 급속 냉각시킴으로써 층상구조를 갖는 Ag-Cu 합금리본을 제조하였다.Copper wheels rotating at a rate of 500, 1000, 1500, 2000, 3000 rpm after melting 72 wt% Ag and 28 wt% Ag to compare the silver nanowire manufacturing effect according to the cooling rate during alloy manufacturing (diameter 25 cm, thickness 4 cm ) The Ag-Cu alloy ribbon having a layered structure was prepared by rapidly cooling by contacting each surface.

이어서 상기에서 제조된 Ag-Cu 합금리본을 25℃ 온도에서 각각 5M의 수산화나트륨 용액에 24시간 침지시켰다. 이후 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM)에 의해 표면을 관찰하였다.Subsequently, the Ag-Cu alloy ribbon prepared above was immersed in 5M sodium hydroxide solution for 24 hours at a temperature of 25 ° C. Then, the surface was observed by an atomic force microscope (Atomic Force Microscope; AFM).

그 결과, 500 내지 1500rpm의 냉각속도로 제조된 Ag-Cu 합금으로부터는 은 나노와이어가 관찰되었으나, 냉각속도가 1500rpm의 초과하는 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이 은 나노와이어가 전혀 생성되지 않았다. 이는 너무 빠른 냉각속도로 인해 리본의 잔류 응력이 높아져서인 것으로 확인된다.As a result, silver nanowires were observed from the Ag-Cu alloy prepared at a cooling rate of 500 to 1500 rpm, but when the cooling rate exceeded 1500 rpm, no silver nanowires were generated as shown in FIG. 5. This is confirmed because the residual stress of the ribbon was increased due to the cooling rate being too fast.

추가로, 500rpm의 냉각속도로 제조된 Ag-Cu(Cu 28wt%) 합금을 0.1M 및 0.5M의 수산화나트륨 용액에 24시간 침지시킨 후 원자현미경에 의해 표면을 관찰하였다. 그 결과 은 나노와이어가 생성되었으며, 특히 도 6에 나타낸 바와 같이 0.5M의 수산화나트륨 용액에 침지한 경우 다수의 은 나노와이어가 생성되었음을 확인할 수 있었다.In addition, the Ag-Cu (Cu 28wt%) alloy prepared at a cooling rate of 500 rpm was immersed in 0.1M and 0.5M sodium hydroxide solution for 24 hours, and then the surface was observed by an atomic force microscope. As a result, silver nanowires were generated. In particular, as shown in FIG. 6, it was confirmed that a number of silver nanowires were generated when immersed in a 0.5M sodium hydroxide solution.

3. 온도에 따른 은 나노와이어 제조3. Manufacturing silver nanowires according to temperature

수산화나트륨 용액 침지 시 온도에 따른 은 나노와이어 제조 효과를 비교하기 위해 먼저, Ag에 Cu를 28wt%로 용융시킨 후, 1000rpm의 속도로 회전하는 구리 휠(지름 25cm, 두께 4cm) 표면에 Ag 및 Cu 용융물을 접촉시켜 급속 냉각시킴으로써 층상구조를 갖는 Ag-Cu 합금리본을 제조하고, 이어서 상기에서 제조된 Ag-Cu 합금리본을 40℃ 온도에서 4M의 수산화나트륨 용액에 6시간 침지시켰다. 이후 원자현미경(Atomic Force Microscope; AFM)에 의해 표면을 관찰하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to compare the silver nanowire production effect according to the temperature when immersing the sodium hydroxide solution, first, Ag is dissolved in Cu to 28wt%, and then Ag and Cu are rotated on the surface of a copper wheel (diameter 25cm, thickness 4cm) that rotates at a rate of 1000 rpm. The Ag-Cu alloy ribbon having a layered structure was prepared by rapid cooling by contacting the melt, and then the Ag-Cu alloy ribbon prepared above was immersed in a 4M sodium hydroxide solution at 40 ° C. for 6 hours. Then, the surface was observed by an atomic force microscope (Atomic Force Microscope; AFM), and the results are shown in FIG. 7.

도 7을 참고하여, 40℃ 온도 조건에서 소량의 은 나노와이어가 발견되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7, it was confirmed that a small amount of silver nanowires were found at a temperature of 40 ° C.

Ag:Cu
(wt%)
Ag: Cu
(wt%)
휠 회전속도
(rpm)
Wheel rotation speed
(rpm)
NaOH 농도
(M)
NaOH concentration
(M)
온도
(℃)
Temperature
(℃)
은 나노와이어 생성 여부Whether silver nanowires are produced
72:2872:28 500500 0.10.1 2525 72:2872:28 500500 0.50.5 2525 72:2872:28 500500 55 2525 72:2872:28 10001000 33 2525 72:2872:28 10001000 55 2525 72:2872:28 10001000 77 2525 ×× 72:2872:28 10001000 1010 2525 ×× 72:2872:28 15001500 55 2525 72:2872:28 20002000 55 2525 ×× 72:2872:28 30003000 55 2525 ×× 72:2872:28 10001000 44 4040 ○ : 다수의 은 나노와이어 생성
△ : 소량의 은 나노와이어 생성
× : 은 나노와이어 생성되지 않음
○: Multiple silver nanowires
△: Small amount of silver nanowires
×: No silver nanowires were generated

따라서 층상구조를 갖는 Ag 합금리본을 수산화나트륨 용액에 침지하는 간단한 방법만으로 은 나노와이어를 용이하게 제조할 수 있으며, 이때, 층상구조의 합금리본 제조 시 휠 속도는 500~1500rpm이고, 제조된 합금리본을 수산화나트륨 용액에 침지 시 수산화나트륨의 농도는 0.1~6M이며, 반응 온도는 15~45℃인 것이 바람직하다Therefore, it is possible to easily manufacture silver nanowires by simply immersing an Ag alloy ribbon having a layered structure in a sodium hydroxide solution, wherein the wheel speed is 500 to 1500 rpm when manufacturing the layered alloy ribbon. When immersed in a sodium hydroxide solution, the concentration of sodium hydroxide is 0.1 to 6M, and the reaction temperature is preferably 15 to 45 ° C.

Claims (7)

(1단계) Ag 합금을 용융하여 용융물을 제조하는 단계;
(2단계) 상기 용융물을 스피닝하여 Ag 합금리본을 제조하는 단계; 및
(3단계) 상기 Ag 합금 리본을 알칼리용액에 침지하고 일정 시간 유지하는 단계;를 포함하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
(Step 1) preparing a melt by melting the Ag alloy;
(Step 2) producing an Ag alloy ribbon by spinning the melt; And
(Step 3) immersing the Ag alloy ribbon in an alkali solution and maintaining it for a certain period of time; a method for manufacturing silver nanowires using selective corrosion.
제1항에 있어서,
상기 1단계에서 Ag 합금은 Ag-Cu인 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
According to claim 1,
In the first step, the Ag alloy is Ag-Cu, silver nanowire manufacturing method using selective corrosion.
제2항에 있어서,
상기 Ag 합금은 Cu가 25~30wt%포함되는 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
According to claim 2,
The Ag alloy is a method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion, characterized in that Cu contains 25 ~ 30wt%.
제1항에 있어서,
상기 2단계에서 Ag 합금리본은 층상구조를 갖는 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion, characterized in that the Ag alloy ribbon in the second step has a layered structure.
제1항에 있어서,
상기 3단계에서 알칼리용액은 수산화나트륨(NaOH)인 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion, characterized in that the alkali solution in the third step is sodium hydroxide (NaOH).
제5항에 있어서,
상기 수산화나트륨의 농도는 0.1~6M인 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
The method of claim 5,
The concentration of the sodium hydroxide is 0.1 ~ 6M method of manufacturing silver nanowires using selective corrosion.
제1항에 있어서,
상기 3단계에서 Ag 합금리본은 알칼리용액에 6~25시간 침지되어 유지되는 것을 특징으로 하는 선택적 부식을 이용한 은 나노와이어 제조방법.
According to claim 1,
In step 3, the Ag alloy ribbon is immersed in an alkaline solution for 6 to 25 hours, and is maintained.
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