KR102289961B1 - Method of manufacturing transparent electrode film having improved conductivity through alkaline solution spraying process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성이 향상된 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 수용액과 같은 염기성 용액을 전극 표면에 분사하여 은 나노와이어 합성시 사용된 캡핑제 또는 계면활성제를 분해시킴으로써 전도성이 향상된 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a transparent conductive electrode film with improved conductivity, and more particularly, a capping agent or surfactant used in synthesizing silver nanowires by spraying a basic solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide aqueous solution on the electrode surface. It relates to a method for producing a transparent conductive electrode film having improved conductivity by decomposing it.

Description

염기성 용액 분사 공정을 통해 전도성이 향상된 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING TRANSPARENT ELECTRODE FILM HAVING IMPROVED CONDUCTIVITY THROUGH ALKALINE SOLUTION SPRAYING PROCESS}Manufacturing method of transparent conductive electrode film with improved conductivity through basic solution spraying process

본 발명은 전도성이 향상된 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 수용액과 같은 염기성 용액을 전극 표면에 분사하여 은 나노와이어 합성시 사용된 캡핑제 또는 계면활성제를 분해시킴으로써 전도성이 향상된 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a transparent conductive electrode film with improved conductivity, and more particularly, a capping agent or surfactant used in synthesizing silver nanowires by spraying a basic solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide aqueous solution on the electrode surface. It relates to a method for producing a transparent conductive electrode film having improved conductivity by decomposing it.

나노와이어 입자를 투명 고분자 필름에 도포하여 전기전도성을 띤 투명 전극은 디스플레이, 전자 제품, 상업 유리 등에 많이 사용되며 은(Ag)뿐만 아니라, 인듐주석산화물, 탄소나노튜브, 그래핀 등 전기전도도가 우수한 물질들을 박막의 형태로 코팅해 사용한다. 그중에서도 은(Ag)은 금속 중 전기 및 열전전도도 특성이 가장 우수하며 높은 안정성과 나노입자로 제어할 경우 뛰어난 투명성을 지니고 있기에 유용하게 사용되고 있는 금속이다. 하지만 이러한 종류의 전극들은 도포된 금속 물질 입자가 가지고 있는 고유의 전기전도도의 한계 및 첨가되는 계면활성제, 캡핑제(Capping agent) 등의 영향 때문에 특성 향상에 많은 어려움이 있어 제품 개발 및 성능 진보에 한계가 있었다. Transparent electrodes with electrical conductivity by applying nanowire particles to a transparent polymer film are widely used in displays, electronic products, and commercial glass. The materials are coated in the form of a thin film and used. Among them, silver (Ag) has the best electrical and thermal conductivity properties among metals, and is useful because it has high stability and excellent transparency when controlled with nanoparticles. However, these types of electrodes have many difficulties in improving properties due to the limitations of the inherent electrical conductivity of the coated metal particles and the effects of added surfactants and capping agents, limiting product development and performance advancement. there was

이러한 문제를 해결하기 위하여, 나노와이어 증착시 분산성을 향상시키기 위해 특정 용매를 이용하는 기술이 제안되기도 하였으나 전기전도성 향상에 한계가 있었으며, 강한 유기물 분해 특성을 가지는 용매를 이용할 경우에는 전도도가 다소 증가할 수는 있지만 나노와이어 전극이 형성되는 고분자 기판에 손상을 주게 되어 바람직하지 않다는 문제가 있었다. In order to solve this problem, a technique using a specific solvent to improve dispersibility during nanowire deposition has been proposed, but there is a limit to improving electrical conductivity. Although possible, there was a problem that it is not preferable because it damages the polymer substrate on which the nanowire electrode is formed.

또한, 종래기술에 있어 대부분 합성에 필요한 재료를 직접적인 구매를 통한 공정을 진행하기에 자원 환경적, 그리고 경제적인 문제가 잇따르는 것으로 보고되어있다. In addition, in the prior art, it is reported that most of the materials required for synthesis are directly purchased, so resource, environmental, and economic problems follow one after another.

국제특허공개 WO2015/130965 A1International Patent Publication WO2015/130965 A1 일본공개특허 P2001-316736AJapanese Laid-Open Patent P2001-316736A

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 은 나노와이어로 이루어진 투명 전도성 전극 표면에 염기성 용액을 분사하여 화학적 반응을 통해 은 나노와이어 합성시 형상 제어 목적으로 사용되었던 캡핑제 또는 계면활성제를 분해함으로써 투명 전극의 전기전도도를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to spray a basic solution on the surface of a transparent conductive electrode made of silver nanowires to decompose the capping agent or surfactant used for the purpose of shape control when synthesizing silver nanowires through a chemical reaction. It is to provide a method to improve the conductivity.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 폐 스크랩으로부터 은을 회수하여 은 나노와이어를 합성하고, 이를 전극으로 제조하는 과정을 통해 친환경적이고, 공정비용이 절감된 투명 전극의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another technical object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transparent electrode that is environmentally friendly and has reduced process cost through the process of recovering silver from waste scrap, synthesizing silver nanowires, and manufacturing the same as an electrode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 a) 캡핑제를 포함하는 환원 용매를 이용하여 폴리올 공정으로 질산은(AgNO3)을 환원시켜 은 나노와이어를 제조하는 단계; b) 상기 은 나노와이어를 용매에 분산시켜 필름에 증착시키는 단계; c) 상기 은 나노와이어가 증착된 필름을 건조시켜 용매를 제거하는 단계; 및 d) 상기 필름 표면에 염기성 용액을 분사하여 표면을 개질하는 단계를 포함하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of: a) reducing silver nitrate (AgNO 3 ) in a polyol process using a reducing solvent containing a capping agent to prepare a silver nanowire; b) dispersing the silver nanowires in a solvent and depositing them on a film; c) removing the solvent by drying the film on which the silver nanowires are deposited; And d) provides a method for producing a transparent conductive electrode film comprising the step of modifying the surface by spraying a basic solution on the film surface.

또한 본 발명은 폐 스크랩으로부터 회수된 은을 이용하여 은 나노와이어를 합성하고, 이와 같이 얻어진 은 나노와이어를 사용하여 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of synthesizing silver nanowires using silver recovered from waste scrap, and manufacturing a transparent conductive electrode film using the silver nanowires obtained in this way.

본 발명은 여러 가지의 금속이 포함된 폐 스크랩(Wasted Scrap)을 이용하여 습식 회수 공정을 통한 은 회수를 통해 폴리올 공정을 이용한 은 나노와이어를 합성한다. 합성 재료를 산업현장에서 직접 버려진 폐 스크랩으로부터 회수하므로 친환경적이며 특히 현세대에 다가오고 있는 자원고갈문제에 있어 가장 현실적으로 실현가능한 해결방법이라고 할 수 있다. 또한, 합성에 필요한 재료와 시약을 직접 구매를 하지 않아도 되기에 총 공정비용의 절감 효과가 있다. The present invention synthesizes silver nanowires using a polyol process through silver recovery through a wet recovery process using waste scrap containing various metals. Since synthetic materials are directly recovered from waste scraps discarded at industrial sites, it is eco-friendly and, in particular, is the most realistically feasible solution to the resource depletion problem approaching the present generation. In addition, since there is no need to directly purchase materials and reagents required for synthesis, there is an effect of reducing the total process cost.

또한 본 발명은 입자의 제조 및 크기 제어 공정을 통해 은 나노와이어를 폴리머 기판에 박막 형태로 도포하여 전도성을 띠는 투명 전극 필름을 제조하고, 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 수용액을 전극 표면에 분사시켜 화학적 반응을 통해 은 나노와이어 합성 시 형상 제어의 목적으로 사용되었던 계면활성제를 분해하는 반응을 유도함으로써 전도성을 향상시켰다. In addition, the present invention prepares a conductive transparent electrode film by applying silver nanowires to a polymer substrate in the form of a thin film through a particle production and size control process, and chemical reaction by spraying an aqueous solution of potassium hydroxide or sodium hydroxide on the electrode surface Conductivity was improved by inducing a reaction that decomposes the surfactant used for the purpose of shape control when synthesizing silver nanowires.

본 발명은 현재 진행되고 있는 투명전극 및 재료공정에 있어 코팅되는 기판의 한 가지 재료 종류에 국한되어 있지 않고 유리, 세라믹, 카본 등 여러 기판종류에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 고온에 취약한 고분자 계열 기판을 사용할 시 고온의 반응을 하지 않더라도 전극 전도도 향상에 매우 효과적이므로 공정비용 단가 절감의 효과를 기대할 수 있다. 본 발명에서는 은 나노와이어를 이용하였지만 이 또한 한 가지 금속에 국한되어 있지 않고 여러 종류의 금속과 형태에서도 응용할 수 있다.The present invention is not limited to one material type of a substrate to be coated in the transparent electrode and material process currently in progress, but has the advantage that it can be applied to various types of substrates such as glass, ceramic, and carbon. In addition, when using a polymer-based substrate vulnerable to high temperature, it is very effective in improving electrode conductivity even if it does not react at a high temperature, so an effect of reducing process cost can be expected. Although silver nanowires are used in the present invention, they are also not limited to one metal and can be applied to various types of metals and shapes.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐 스크랩의 XRD 분석 결과(좌) 및 침출된 AgCl 입자의 XRD 분석 결과(우)를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 은 나노와이어 합성 중간단계에서 촬영한 SEM 분석 이미지(좌)과 나노와이어 합성 후 촬영한 SEM 분석 이미지(우)이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 PET 필름 표면에 증착된 은 나노와이어 SEM 분석 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 수산화칼륨 수용액 도포 후의 전극 표면 SEM 분석 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수산화나트륨 수용액 도포 후 전극 표면 SEM 분석 이미지이다.
1 shows an XRD analysis result of waste scrap (left) and an XRD analysis result of leached AgCl particles (right) according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM analysis image (left) taken in the intermediate stage of silver nanowire synthesis according to an embodiment of the present invention, and an SEM analysis image (right) taken after nanowire synthesis.
3 is a SEM analysis image of silver nanowires deposited on the surface of a PET film prepared according to an embodiment of the present invention.
4 is an SEM analysis image of the electrode surface after application of an aqueous potassium hydroxide solution according to an embodiment of the present invention.
5 is an SEM analysis image of the electrode surface after application of an aqueous sodium hydroxide solution according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and drawings.

본 발명은 은 나노와이어로 이루어진 투명 전도성 전극 표면에 염기성 용액을 분사하여 화학적 반응을 통해 은 나노와이어 합성시 형상 제어 목적으로 사용되었던 캡핑제 또는 계면활성제를 분해함으로써 투명 전극의 전기전도도를 향상시키는 방법에 관한 것이며, 특히 폐 스크랩에서 은을 회수하여 은 나노와이어를 합성하고, 이를 전극으로 제조하는 과정을 통해 친환경적이고, 공정 비용이 절감된 투명 전극의 제조 방법을 제공한다. The present invention is a method of improving the electrical conductivity of a transparent electrode by spraying a basic solution on the surface of a transparent conductive electrode made of silver nanowires and decomposing a capping agent or surfactant used for shape control purposes when synthesizing silver nanowires through a chemical reaction In particular, it provides a method of manufacturing a transparent electrode that is environmentally friendly and has reduced process cost through the process of recovering silver from waste scrap, synthesizing silver nanowires, and manufacturing it as an electrode.

본 발명에서는 먼저 폐 스크랩으로부터 은 입자를 회수하였다. 스크랩에는 Cu, Ag, Si, Al의 금속이 함유되어 있었으며 이를 질산에 침출 시켜 알루미늄을 제외한 모든 금속을 용해시켰다. 그 후 염산을 투입해 이중치환 반응을 유도해 염화은(Silver Chloride: AgCl)의 낮은 용해도를 이용해 침출시켰다. 그 이후 얻어진 AgCl 입자를 Ag 입자로 환원한 후, 다시 질산에 침출시켜 질산은(AgNO3)을 얻었다. 그 후, 상향식 방법으로 AgNO3을 전구체로 사용하여 은 나노와이어를 합성하였다. 이와 같이 얻어진 나노와이어를 PET 필름 위에 스프레이 코팅 기법을 이용해 코팅하였으며 제조된 전극의 전도도를 측정하였다. 그 후 도포된 박막 형태의 은 나노와이어의 전기전도도를 향상하게 시키기 위해 나노와이어 표면에 존재하는 PVP 캡핑제를 분해 및 벗겨냄으로써 은 나노와이어 입자 간 접촉 면적을 늘려 전류이동을 좀 더 활발하게 유도해주는 원리를 적용하였다. 이에 따라 본 발명에서는 도포된 은 나노와이어의 박막 표면에 0.03%의 염기성 혼합 수용액을 표면 위에 직접 분사한 후, 화학적 반응을 유도해 표면에 존재하고 있는 PVP 계면활성제를 제거함으로써 Ag 나노 와이어간의 접촉 면적을 늘려 결과적으로 표면 저항성을 낮추고 전류가 더욱더 원활하고 신속하게 전달할 수 있는 개선된 전극을 제조할 수 있었다. In the present invention, silver particles were first recovered from waste scrap. The scrap contained Cu, Ag, Si, and Al metals, and all metals except aluminum were dissolved by leaching them in nitric acid. After that, hydrochloric acid was added to induce a double substitution reaction and leached using the low solubility of silver chloride (AgCl). After that, the AgCl particles obtained were reduced to Ag particles, and then leached in nitric acid to obtain silver nitrate (AgNO 3 ) . Then, silver nanowires were synthesized using AgNO 3 as a precursor by a bottom-up method. The nanowire thus obtained was coated on a PET film using a spray coating technique, and the conductivity of the prepared electrode was measured. After that, in order to improve the electrical conductivity of the applied thin-film silver nanowires, the PVP capping agent present on the surface of the nanowires is decomposed and peeled off to increase the contact area between the silver nanowire particles, thereby inducing more active current movement. The principle was applied. Accordingly, in the present invention, a 0.03% basic mixed aqueous solution is directly sprayed on the surface of the applied silver nanowire thin film on the surface, and then a chemical reaction is induced to remove the PVP surfactant present on the surface, thereby the contact area between the Ag nanowires. As a result, it was possible to manufacture an improved electrode that lowered the surface resistivity and can transmit current more smoothly and quickly.

본 발명에 따른 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법은 단계적으로 살펴보면, a) 캡핑제를 포함하는 환원 용매를 이용하여 폴리올 공정으로 질산은(AgNO3)을 환원시켜 은 나노와이어를 제조하는 단계; b) 상기 은 나노와이어를 용매에 분산시켜 필름에 증착시키는 단계; c) 상기 은 나노와이어가 증착된 필름을 건조시켜 용매를 제거하는 단계; 및 d) 상기 필름 표면에 염기성 용액을 분사하여 표면을 개질하는 단계를 포함하는 것이 특징이다. The manufacturing method of the transparent conductive electrode film according to the present invention is viewed step by step, comprising the steps of: a) reducing silver nitrate (AgNO 3 ) by a polyol process using a reducing solvent containing a capping agent to prepare silver nanowires; b) dispersing the silver nanowires in a solvent and depositing them on a film; c) removing the solvent by drying the film on which the silver nanowires are deposited; and d) spraying a basic solution on the surface of the film to modify the surface.

이때, 사용될 수 있는 염기성 용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 이들의 혼합 수용액인 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 캡핑제 또는 계면활성제의 제거가 가능한 염기성 용액은 어느 것이나 사용할 수 있다. 염기성 용액으로 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 이들의 혼합 수용액을 사용할 경우 전극 표면 분사에 적절한 농도는 0.01% w/v 내지 0.05% w/v 범위인 것이 바람직하며, 0.028% w/v 내지 0.03% w/v 범위인 것이 더욱 바람직하다. 이 농도보다 초과된 수용액을 분사할 경우에는 투명 전극의 저항 감소의 효과도 있지만, 강한 염기성으로 인한 특정 기판(PET, Silicon 등)에 손상을 줄 우려가 존재한다.At this time, the basic solution that can be used is preferably sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or a mixed aqueous solution thereof, but is not limited thereto, and any basic solution capable of removing the capping agent or surfactant can be used. can When sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or a mixed aqueous solution thereof is used as the basic solution, the appropriate concentration for spraying the electrode surface is preferably in the range of 0.01% w/v to 0.05% w/v, and 0.028% w/v More preferably, it is in the range of v to 0.03% w/v. When spraying an aqueous solution exceeding this concentration, there is an effect of reducing the resistance of the transparent electrode, but there is a risk of damaging a specific substrate (PET, Silicon, etc.) due to strong basicity.

또한 본 발명에서 은 나노와이어 합성에 사용되는 폴리올 용매는 용매와 환원제 역할을 수행하는데, 사용가능한 환원 용매로는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 1,2-프로필렌글리콜(1,2-propylene glycol), 1,3-프로필렌글리콜(1,3-propylene glycol), 글리세린(glycerin), 글리세롤(glycerol), 글루코오스(glucose), 이소바이드(isosorbide), 폴리프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 이 중에서 에틸렌글리콜은 대체로 저가의 비용과 고온에서 쉽게 글리콜 알데히드로 산화되며 강력한 환원력을 가지게 되는데 이러한 현상으로 Ag 입자의 합성을 유도하는 데 있어 유용하다는 장점이 있어 널리 사용된다. In addition, in the present invention, the polyol solvent used for synthesizing silver nanowires serves as a solvent and a reducing agent, and usable reducing solvents include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, At least one selected from the group consisting of 1,3-propylene glycol, glycerin, glycerol, glucose, isosorbide, and polypropylene glycol, Among them, ethylene glycol is generally oxidized to glycol aldehyde easily at low cost and high temperature and has a strong reducing power.

또한 본 발명의 은 나노와이어 합성에는 캡핑제가 사용되는데, 캡핑제는 나노와이어의 초기 성장단계에서 핵의 유착을 방지해주는 역할을 하므로 나노입자의 형상 및 크기 조절에 매우 유용하다. 사용가능한 캡핑제의 예시로는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴아마이드(PAA) 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 폴리올 공정에 사용되는 일반적인 캡핑제는 모두 사용가능하다. 이중에서 폴리비닐피롤리돈(PVP)는 성장 나노와이어의 측면에 우선으로 결합하여 이방성을 가능하게 하는 결합제의 역할을 하기 때문에 더욱 바람직하다. In addition, a capping agent is used in the synthesis of silver nanowires of the present invention, and since the capping agent serves to prevent the coalescence of nuclei in the initial growth stage of the nanowire, it is very useful for controlling the shape and size of nanoparticles. Examples of usable capping agents include at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAA), etc., but is not particularly limited thereto, All common capping agents used in the polyol process can be used. Among them, polyvinylpyrrolidone (PVP) is more preferable because it serves as a binder that enables anisotropy by preferentially binding to the side surface of the grown nanowire.

한편 은 나노와이어 합성을 위한 폴리올 공정 중에서 첨가제(mediated agent)를 첨가하는 공정법을 mediated agent 공정법, 첨가하지 않는 공정법을 self-seeding 공정법이라고 하며, 본 발명에서는 첨가제를 이용하여 은 나노와이어를 합성하였다. 이때 사용가능한 첨가제는 FeCl3, NaCl, AgCl, CuCl2 등의 할로겐 촉매로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 폴리올 공정에 사용되는 다양한 첨가제가 모두 사용가능하다. Meanwhile, in the polyol process for synthesizing silver nanowires, a process method of adding an additive (mediated agent) is called a mediated agent process method, and a process method without adding an additive is called a self-seeding process method. was synthesized. In this case, the usable additives may be selected from the group consisting of halogen catalysts such as FeCl 3 , NaCl, AgCl, CuCl 2 and the like, but is not limited thereto, and various additives used in the polyol process may be used.

이외에 본 발명은 투명 전도성 전극 필름의 제조에 사용되는 은 나노와이어를 폐 스크랩으로부터 직접 회수한 은을 이용하여 합성한다는 점에서 친환경적이며 경제적이라는 특징을 가지고 있다. 구체적으로 i) 폐 스크랩을 질산에 침출시키는 단계, ii) 상기 침출 후 염산을 투입하여 염화은(AgCl)을 얻는 단계, iii) 상기 염화은(AgCl)을 환원시켜 은(Ag) 입자를 얻는 단계, iv) 은(Ag) 입자를 질산에 침출시켜 질산은(AgNO3)을 얻는 단계에 의해 은 나노와이어 합성에 필요한 질산은(AgNO3)을 제조하게 된다. In addition, the present invention is environmentally friendly and economical in that the silver nanowires used for the production of the transparent conductive electrode film are synthesized using silver directly recovered from waste scrap. Specifically, i) leaching the waste scrap into nitric acid, ii) adding hydrochloric acid after the leaching to obtain silver chloride (AgCl), iii) reducing the silver chloride (AgCl) to obtain silver (Ag) particles, iv ) are is by obtaining a silver nitrate (AgNO 3) by leaching the particles (Ag) nitrate is produced of silver nitrate (AgNO 3) required for nanowire synthesis.

본 발명에서 제조된 은 나노와이어는 PET 필름에 증착하여 전도성을 띠는 투명 전극으로 사용될 수 있다. 이러한 투명 전극의 제조에 있어 나노와이어를 필름에 코팅하는 방법 또한 여러 가지 방법들이 있으며 대표적으로 스핀 코팅(Spin-Coating) 기법, 스프레이(Spray) 코팅 기법, 닥터 블레이딩 기법, 스퍼터링법, 진공증착법 등이 있으며, 각각의 공정법 마다 증착된 특성과 형상의 차이가 존재하는데, 스프레이 코팅 기법은 저렴한 공정단가와 조작 난이도가 쉽고 입자 증착 시 증착 두께 제어에 있어 매우 용이하기 때문에 더욱 바람직하다. The silver nanowire prepared in the present invention can be used as a conductive transparent electrode by depositing it on a PET film. In the manufacture of such a transparent electrode, there are also various methods for coating the nanowires on the film, representatively spin-coating method, spray coating method, doctor blading method, sputtering method, vacuum deposition method, etc. There is a difference in the deposited characteristics and shape for each process method, and the spray coating method is more preferable because it has a low process cost and easy operation, and it is very easy to control the deposition thickness during particle deposition.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제시된 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. However, the following examples are provided by way of illustration to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

실시예Example 1: 폐 스크랩으로부터 1: from waste scrap 은(Ag)를silver (Ag) 회수하는 공정 recovery process

본 실시예에서는 먼저 Ag가 함유된 폐 스크랩으로부터 Ag를 회수하기 위한 공정을 실시하였다. 하기 [표 1]에 각 단계별 화학반응을 보여주는 식이 기재되어 있다. Cu, Al, Si, Ag가 함유된 스크랩을 질산(HNO3, 70%, DAEJUNG)에 침출시켜 Cu, Si, Ag를 용해시킨 후(식 1) 염산(HCl, 35%, DAEJUNG)과 반응시켜 이중치환을 유도해 용해도가 매우 낮은 AgCl을 침출시켰다(식 2). 회수된 AgCl을 암모니아수(NH4OH, 25~28%, DAEJUNG)을 이용해 용해시킨 다음(식 3), 하이드라진(N2H4, DAEJUNG) 환원제를 이용해 Ag 입자로 환원을 시킨 후(식 4) 다시 질산에 90℃의 온도에서 과포화 상태로 침출 및 용해시킨 후 온도를 25℃까지 감소시켜 결정화된 AgNO3를 합성하였다(식 5). 도 1에는 폐 스크랩의 XRD 분석 결과(좌) 및 침출된 AgCl 입자의 XRD 분석 결과(우)가 나타나있다. In this embodiment, a process for recovering Ag from waste scrap containing Ag was first performed. [Table 1] below describes the formulas showing the chemical reactions in each step. Scrap containing Cu, Al, Si, Ag was leached in nitric acid (HNO 3 , 70%, DAEJUNG) to dissolve Cu, Si, and Ag (Equation 1) and then reacted with hydrochloric acid (HCl, 35%, DAEJUNG) By inducing a double substitution, AgCl with very low solubility was leached (Equation 2). After dissolving the recovered AgCl using ammonia water (NH 4 OH, 25-28%, DAEJUNG) (Equation 3), hydrazine (N 2 H 4 , DAEJUNG) was reduced to Ag particles using a reducing agent (Equation 4) After leaching and dissolving in nitric acid in a supersaturated state at a temperature of 90°C, the temperature was reduced to 25°C to synthesize crystallized AgNO 3 (Equation 5). 1 shows the results of XRD analysis of waste scrap (left) and XRD analysis results of leached AgCl particles (right).

1One Ag + HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2OAg + HNO 3 → AgNO 3 + NO 2 + H 2 O 22 AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3 AgNO 3 + HCl → AgCl + HNO 3 33 AgCl + 2 NH4OH → Ag(NH3)2Cl + 2 H2OAgCl + 2 NH 4 OH → Ag(NH 3 ) 2 Cl + 2 H 2 O 44 N2H4 + Ag(NH3)2Cl → AgN 2 H 4 + Ag(NH 3 ) 2 Cl → Ag 55 Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + 2 H2OAg + HNO 3 → AgNO 3 + NO + 2 H 2 O

실시예Example 2: 은 2: silver 나노와이어의of nanowires 합성 synthesis

은 나노와이어는 폴리올(polyol) 공정을 통해 합성하였으며 전구체로는 회수된 질산은(Silver nitrate, AgNO3)을 이용하여 나노와이어 성장을 유도하여 제조하였으며 그 과정은 다음과 같다.Silver nanowires were synthesized through a polyol process. As a precursor, the recovered silver nitrate (Silver nitrate, AgNO 3 ) was used to induce nanowire growth, and the process is as follows.

에틸렌글리콜(ethylene glycol) (99.0%) 100ml에 각각 0.027M의 55K와 360K 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone: PVP, Aldrich)을 주입하여 용해했다. 이때 에틸글리콜은 환원제 및 용매로, PVP는 캡핑제(capping agent) 및 결합제로 사용되었다. PVP의 사용은 은 나노와이어를 합성하는 데 있어 꼭 필요한 단계이며 나노와이어의 초기 성장단계에서 핵의 유착을 방지해주는 역할을 하므로 나노입자의 형상 및 크기를 조절해 주는데 유용하며, PVP는 성장 나노와이어의 측면에 우선으로 결합하여 이방성을 가능하게 하는 결합제의 역할도 하게 된다.In 100 ml of ethylene glycol (99.0%), 55K and 360K polyvinylpyrrolidone (PVP, Aldrich) of 0.027M, respectively, was injected and dissolved. At this time, ethyl glycol was used as a reducing agent and solvent, and PVP was used as a capping agent and binder. The use of PVP is a necessary step in synthesizing silver nanowires, and it is useful for controlling the shape and size of nanoparticles because it prevents the coalescence of nuclei in the initial growth stage of nanowires. It also serves as a binder that enables anisotropy by preferentially binding to the side of the

PVP의 분자량에 따라 체인의 길이가 다른데, 주로 높은 분자량을 가지는 PVP를 와이어 합성에 이용하게 되는데, 고분자량과 저분자량을 적절하게 혼합하여 사용하는 경우, 긴 체인의 PVP 사이로 작은 체인의 PVP가 침투함으로써 빼곡하게 은 나노와이어의 측면과 결합을 유도하고 이는 와이어의 측면성장을 방지할 수 있는 효과를 낼 수 있어, 서로 다른 분자량을 가진 두 가지의 PVP를 첨가하는 것이 바람직하다. The length of the chain varies depending on the molecular weight of PVP. PVP with high molecular weight is mainly used for wire synthesis. By doing so, it is preferable to add two kinds of PVP having different molecular weights, since it induces bonding with the side surface of the silver nanowire and can prevent the side growth of the wire.

PVP가 용해된 에틸글리콜 용액에 전구체인 AgNO3 0.023M와 첨가제(Mediated agent)의 역할로써 FeCl3 (Aldrich, 99%) 40μM을 사용해 은 나노입자의 와이어의 성장을 유도한다. 먼저 FeCl3를 먼저 용액에 용해한 뒤 AgNO3를 용해했다. 그 후 8시간 동안 130℃에서 교반하며 반응하였으며 후에 원심분리기를 이용하여 침전된 은 나노와이어를 회수하였다. 그 후 증류수를 이용하여 다시 원심분리기를 사용해 세척하였으며, 에탄올을 사용해 세척한 후, 에탄올에 분산된 나노와이어를 2 wt%의 중량비율까지 건조시켰다.In an ethyl glycol solution in which PVP is dissolved, AgNO 3 0.023M as a precursor and FeCl 3 (Aldrich, 99%) 40 μM as a mediated agent are used to induce the growth of silver nanoparticles wire. First, FeCl 3 was first dissolved in the solution, and then AgNO 3 was dissolved. Thereafter, the reaction was stirred at 130° C. for 8 hours, and then the precipitated silver nanowires were recovered using a centrifuge. Thereafter, it was washed again using a centrifuge using distilled water, and after washing with ethanol, the nanowires dispersed in ethanol were dried to a weight ratio of 2 wt%.

도 2는 본 실시예의 은 나노와이어 합성 중간단계에서 촬영한 SEM 분석 이미지(좌)와 와이어 합성 후 촬영한 SEM 분석 이미지(우)를 보여준다. 2 shows an SEM analysis image (left) taken in the intermediate stage of synthesizing silver nanowires of this embodiment and an SEM analysis image (right) taken after wire synthesis.

실시예Example 3: 투명 전도성 전극 필름의 제조 3: Preparation of transparent conductive electrode film

상기 실시예 2에서 제조된 은 나노와이어는 PET 필름에 증착하여 전도성을 띠는 투명 전극으로 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 제조된 나노와이어를 에탄올에 2wt% 의 중량비로 희석한 후 스프레이 코팅 기법을 이용해 증착 필름 위에 분사하여 증착한 다음 건조 오븐에서 약 45℃의 온도로 약 15분간 건조를 진행하여 용매를 제거하였다. 증착시킨 나노와이어 필름은 멀티 미터 측정기를 이용해 표면의 저항을 측정해 전기전도성의 여부를 확인하였다. 이때 스프레이 코팅의 특성상 매우 균일한 코팅이 이루어지기 힘들어서 한 필름에 5~10번의 저항성을 멀티미터 측정기를 이용하여 측정하여 평균을 내어 은 나노와이어 필름의 저항성을 확인했다. The silver nanowires prepared in Example 2 may be deposited on a PET film and used as a conductive transparent electrode. In this example, after diluting the prepared nanowires in ethanol at a weight ratio of 2 wt%, spraying and depositing them on the deposition film using a spray coating technique, and then drying in a drying oven at a temperature of about 45° C. for about 15 minutes to remove the solvent. removed. The deposited nanowire film was checked for electrical conductivity by measuring the resistance of the surface using a multimeter measuring device. At this time, it was difficult to achieve a very uniform coating due to the nature of the spray coating, so the resistance of the silver nanowire film was confirmed by measuring the resistance of 5 to 10 times on one film using a multimeter measuring instrument and averaging it.

실시예Example 4: 염기성 용액 분사 실험 및 표면 저항 측정 결과 4: Basic solution spray experiment and surface resistance measurement result

은 나노와이어가 증착된 필름은 투명전극으로써 높은 투명도와 유연성, 그리고 전기전도성의 특성을 가져 이미 많은 산업체에서 사용되고 있으며, 상기 실시예에서 제조된 전극은 평균 4~10 kΩ의 저항성이 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 필름상의 증착된 나노와이어의 SEM 분석 이미지(도 3)를 참조하면, 나노와이어들은 불규칙하고 다방면으로 증착이 되어있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 넓고 많은 단면적과 불규칙한 나노와이어의 결합에서 형상 제어를 위해 투입된 PVP 계면활성제가 나노와이어 표면에 증착이 되어있어, 은 나노와이어 간의 접촉 면적이 매우 낮아지게 되어 결과적으로 전극 표면의 저항성이 높을 것으로 예측되었다. 따라서 와이어 입자를 감싸는 PVP 구조 때문에 실질적으로 와이어들 간의 은(Ag) 접촉 면적이 현저하게 떨어지기 때문에 와이어들 간 전자의 원활한 이동이 어려워지게 될 수밖에 없다. The film on which the silver nanowires are deposited has high transparency, flexibility, and electrical conductivity as a transparent electrode and is already used in many industries. could Referring to the SEM analysis image (FIG. 3) of the deposited nanowires on the film, it can be seen that the nanowires are irregular and deposited in various directions. As such, the PVP surfactant injected for shape control in the combination of such a wide and large cross-sectional area and irregular nanowires is deposited on the surface of the nanowires, so the contact area between the silver nanowires is very low, and as a result, the resistance of the electrode surface is expected to be high. It was predicted. Therefore, since the silver (Ag) contact area between the wires is substantially reduced due to the PVP structure surrounding the wire particles, smooth movement of electrons between the wires is inevitably difficult.

이를 해결하기 위해 다양하게 형성이 되어있는 와이어에 화학적 반응을 유도할 수 있는 용액을 와이어가 증착된 표면으로 직접 분사하여 존재하는 PVP를 제거 및 분해하여 표면 접촉 면적을 늘림으로써 전극의 표면저항을 낮추기 위해 실험을 실시하였다. 다양한 수용액을 전극 표면에 분사하고, 이에 따른 효과를 측정하기 위해 다음 절차에 따라 실험하였다.To solve this problem, a solution capable of inducing a chemical reaction is sprayed directly onto the surface on which the wire is deposited to remove and decompose the existing PVP to increase the surface contact area, thereby lowering the surface resistance of the electrode. An experiment was conducted for Various aqueous solutions were sprayed on the electrode surface, and an experiment was performed according to the following procedure to measure the effect thereof.

1. 코팅된 필름 표면에 여러 가지 스프레이를 이용해 분사한다. 전극 표면 전도도 성능 개선을 위해 분사된 수용액은 하기 [표 2]에 기재되어 있다. 1. Spray on the coated film surface using various sprays. The aqueous solution sprayed to improve the electrode surface conductivity performance is shown in [Table 2] below.

시약 명reagent name 분자식molecular formula 농도density Sodium HydroxideSodium Hydroxide NaOHNaOH 0.028 % (7.144mM)0.028% (7.144mM) Potassium HydroxidePotassium Hydroxide KOHKOH 0.03 % (5.917 mM)0.03% (5.917 mM) Sodium Hydroxide + Potassium HydroxideSodium Hydroxide + Potassium Hydroxide NaOH + KOHNaOH + KOH Mix NaOH and KOH 1:1Mix NaOH and KOH 1:1

2. 각각의 실험단계마다 증류수와 에탄올을 이용한 세척단계를 개별적으로 실시한다. 2. For each experimental step, perform the washing step using distilled water and ethanol separately.

3. Dry oven에 15분간 건조해 분포시킨 용액을 건조한다.3. Dry the distributed solution in a dry oven for 15 minutes.

4. 멀티미터기를 이용한 코팅 필름표면 저항성을 측정하며 비교한다. 4. Measure and compare the coating film surface resistance using a multimeter.

실험 결과 수산화칼륨과 수산화나트륨 수용액을 직접 전극 표면에 직접 분사하면 전극의 표면저항 수치가 효율적으로 감소된다는 것을 확인하였다. [도 4]에는 수산화칼륨 수용액 도포후의 전극 표면 SEM 분석 이미지가 나타나있고, [도 5]에는 수산화나트륨 수용액 도포 후 전극 표면 SEM 분석 이미지가 나타나있다. SEM을 통한 표면 분석결과 용액 도포 전과 후의 나노와이어들의 형상 변화의 차이는 없는 것으로 확인이 되었다. As a result of the experiment, it was confirmed that when an aqueous solution of potassium hydroxide and sodium hydroxide was directly sprayed on the electrode surface, the surface resistance value of the electrode was effectively reduced. [Fig. 4] shows an SEM analysis image of the electrode surface after application of an aqueous solution of potassium hydroxide, and [Fig. 5] shows an image of an SEM analysis of the surface of an electrode after application of an aqueous solution of sodium hydroxide. As a result of surface analysis through SEM, it was confirmed that there was no difference in the shape change of the nanowires before and after solution application.

한편 도포된 전극 표면에 저항성을 멀티미터기를 이용한 분석을 시행해 본 결과 도포되지 않은 전극보다 저항성이 대폭 감소했음을 확인하였으며 수산화나트륨, 수산화칼륨 두 수용액 모두 다 비슷한 저항감소의 효과를 확인하였다. 하기 [표 3]에는 수산화나트륨 수용액 처리 전·후의 표면 측정 저항 값이 나타나있으며, [표 4]에는 수산화칼륨 수용액 처리 전·후의 표면 측정 저항 값이, [표 5]에는 수산화나트륨과 수산화칼륨의 혼합 수용액 처리 전·후의 표면 측정 저항 값이 나타나있다. Meanwhile, as a result of analyzing the resistance of the coated electrode surface using a multimeter, it was confirmed that the resistance was significantly reduced compared to that of the uncoated electrode, and both aqueous solutions of sodium hydroxide and potassium hydroxide showed similar resistance reduction effects. The following [Table 3] shows the surface measured resistance values before and after the sodium hydroxide aqueous solution treatment, [Table 4] shows the surface measured resistance values before and after the potassium hydroxide aqueous solution treatment, and [Table 5] shows the measured resistance values of sodium hydroxide and potassium hydroxide The surface measurement resistance values before and after the mixed aqueous solution treatment are shown.

용액 solution 횟수number 처리 전 before processing 처리 후after processing 결과result Sodium Hydroxide
(7.144mM)
Sodium Hydroxide
(7.144 mM)
1One 4 kΩ4 kΩ 171.6 Ω171.6 Ω 96 % 감소96% reduction
22 4.64 kΩ4.64 kΩ 233.3 Ω233.3 Ω 95 % 감소95% reduction 33 1.62 MΩ1.62 MΩ 245.6 Ω245.6 Ω 99 % 감소99% reduction 44 0.767 MΩ0.767 MΩ 171.5 Ω171.5 Ω 99 % 감소99% reduction 55 1.69 MΩ1.69 MΩ 254.9 Ω254.9 Ω 99 % 감소99% reduction 평균Average AvgAvg 817.128 kΩ817.128 kΩ 215.38 Ω215.38 Ω 99 % 감소99% reduction

용액solution 횟수number 처리 전 before processing 처리 후after processing 결과result Potassium Hydroxide
(5.917mM)
Potassium Hydroxide
(5.917 mM)
1One 1.366 kΩ1.366 kΩ 126 Ω126 Ω 91 % 감소91% reduction
22 3.45 kΩ3.45 kΩ 140 Ω140 Ω 96 % 감소96% reduction 33 0.776 kΩ0.776 kΩ 139 Ω139 Ω 82 % 감소82% reduction 44 3.81 kΩ3.81 kΩ 134.4 Ω134.4 Ω 97 % 감소97% reduction 55 0.84 kΩ0.84 kΩ 66.7 Ω66.7 Ω 92 % 감소92% reduction 평균Average AvgAvg 2.046 kΩ2.046 kΩ 121.22 Ω121.22 Ω 94 % 감소94% reduction

용액solution 횟수number 처리 전 before processing 처리 후after processing 결과result Sodium Hydroxide (7.144mM) + Potassium Hydroxide (5.917mM)Sodium Hydroxide (7.144 mM) + Potassium Hydroxide (5.917 mM) 1One 154 kΩ154 kΩ 6.20 kΩ6.20 kΩ 96 % 감소96% reduction 22 170.5 kΩ170.5 kΩ 9.82 kΩ9.82 kΩ 95 % 감소95% reduction 33 392 kΩ392 kΩ 7.03 kΩ7.03 kΩ 99 % 감소99% reduction 44 6050 kΩ6050 kΩ 17.53 kΩ17.53 kΩ 99 % 감소99% reduction 55 4040 kΩ4040 kΩ 5.87 kΩ5.87 kΩ 99 % 감소99% reduction 평균Average AvgAvg 2200 kΩ2200 kΩ 9.29 kΩ9.29 kΩ 99 % 감소99% reduction

또한, 다른 종류의 용액과의 처리 시에 전극에 전도도 특성 변화 비교를 알아보기 위해 비염기성 용액 및 다른 용액(증류수, 톨루엔)을 분사 후 측정해보았다. 하기 [표 6]은 증류수(Distilled Water) 처리 전·후의 표면 측정 저항 값을 보여주며, 하기 [표 7]은 톨루엔(Toluene) 처리 전·후의 표면 측정 저항 값을 보여준다. In addition, in order to compare the change in conductivity properties on the electrode during treatment with other types of solutions, measurements were made after spraying a non-basic solution and other solutions (distilled water, toluene). The following [Table 6] shows the surface measurement resistance values before and after the distilled water treatment, and the following [Table 7] shows the surface measurement resistance values before and after the toluene treatment.

용액solution 횟수number 처리 전 before processing 처리 후after processing 결과result Distilled WaterDistilled Water 1One 0.55 MΩ0.55 MΩ 7.1 MΩ7.1 MΩ 11.9 배 증가11.9 times increase 22 0.39 MΩ0.39 MΩ 31.27 MΩ31.27 MΩ 79.2 배 증가79.2 times increase 33 3 MΩ3 MΩ 7.85 MΩ7.85 MΩ 1.6 배 증가1.6 times increase 44 1.34 MΩ1.34 MΩ 14.1 MΩ14.1 MΩ 9.5 배 증가9.5 times increase 55 0.81 MΩ0.81 MΩ 26.55 MΩ26.55 MΩ 31.7배 증가31.7 times increase 평균Average AvgAvg 1.218 MΩ1.218 MΩ 17.374 kΩ17.374 kΩ 13.3배 증가13.3 times increase

용액solution 횟수number 처리 전 before processing 처리 후after processing 결과result Toluene
(DAEJUNG, C6H5CH3, 99.5%)
Toluene
(DAEJUNG, C 6 H 5 CH 3 , 99.5%)
1One 61.7 Ω61.7 Ω 43.5 Ω43.5 Ω 29% 감소29% reduction
22 47.5 Ω47.5 Ω 33.3 Ω33.3 Ω 29% 감소29% reduction 33 66.8 Ω66.8 Ω 32.7 Ω32.7 Ω 51% 감소51% reduction 44 57.4 Ω57.4 Ω 44.6 Ω44.6 Ω 22% 감소22% reduction 55 52.7 Ω52.7 Ω 30.2 Ω30.2 Ω 42% 감소42% reduction 평균Average AvgAvg 57.22 Ω57.22 Ω 36.86 Ω36.86 Ω 35% 감소35% reduction

전극 표면저항 측정 시, 각각 단계마다 동일 전극 내에서 10회 측정을 하였으며 결과 값들을 평균 내어 기록하였다. 결과적으로 강알칼리성 수용액을 처리한 전극들이 전보다 평균 97.3%가량 전극 표면저항이 감소하였다. 한편, 증류수의 경우는 저항이 감소하지 않고 처리 전 전극 저항보다 13배가량 평균적으로 증가하였으며, 톨루엔 수용액의 경우는 34% 저항이 감소하였음을 확인하였으나 유기물과 고분자 플라스틱을 분해하는 성질이 강한 톨루엔을 사용할 경우, 고분자 기판에 손상을 줄 우려가 존재할 뿐더러 저항 감소 효과가 다른 용액들에 비해 미미하였다. When measuring the electrode surface resistance, each step was measured 10 times within the same electrode, and the results were averaged and recorded. As a result, the electrode surface resistance of the electrodes treated with the strong alkaline aqueous solution was reduced by an average of 97.3% compared to before. On the other hand, in the case of distilled water, the resistance did not decrease, but increased on average by 13 times compared to the electrode resistance before treatment, and in the case of toluene aqueous solution, it was confirmed that the resistance decreased by 34%. When used, there is a risk of damaging the polymer substrate, and the effect of reducing resistance is insignificant compared to other solutions.

PVP는 물에 의한 용해가 가능한 것으로 알려져 있다. 또한, 물뿐만 아닌 여러 용매(클로로폼, 글리세린, IPA, 메틸렌 등)를 이용해 여러 번의 원심분리기를 이용한 세척 과정을 통한 PVP 고분자층들을 제거하는 공정 법이 존재하지만, 입자 표면에 캡핑(Capping)된 PVP들을 완벽히 제거하기가 어려운 것으로 보고되어있다. 그런데, 본 실시예의 결과에서 보이는 것과 같이, 강염기성 수용액을 분사할 경우에는 잔여 하는 PVP가 일반 물을 사용하는 것보다 효과적으로 분해 및 분리가 되는 것이 확인되었으며 그에 대한 이유는 다음과 같다.PVP is known to be soluble in water. In addition, there is a process method that removes the PVP polymer layers through a washing process using a centrifuge several times using not only water but also various solvents (chloroform, glycerin, IPA, methylene, etc.) It is reported that it is difficult to completely remove PVPs. However, as shown in the results of this example, when a strong basic aqueous solution is sprayed, it was confirmed that the remaining PVP is decomposed and separated more effectively than using general water, and the reason for this is as follows.

(1) 염기성 가수분해(1) Basic hydrolysis

PVP는 Pendant Lactam Group을 가지고 있는 고분자이다. 여기서 락탐은 고리형 아미드를 형성하고 있는 락톤을 의미하며 락톤은 Carboxyl Ester와 Amide 결합이 있는 분자이며 PVP의 Lactam Group은 pendant의 긴 분자의 골격 사슬에 부착된 분자 그룹을 형성하고 있다. 이러한 PVP 결합구조에 강알칼리성 용액이 침투하게 되면 PVP는 내부 결합에서 가수분해가 진행된다. 가수분해가 진행된 PVP는 내부 결합의 C = O의 카보닐 결합을 분해하는 현상을 보이는데 이때 산소 원자와 오비탈 결합에너지로 인해 결합되어 있는 O : Ag+ 결합 또한 분해되어 자연스럽게 잔여 되어있는 PVP가 Ag로부터 분리된다. 하기 [화학식 1]에는 PVP와 Ag의 결합 구조가 나타나있다. PVP is a polymer with Pendant Lactam Group. Here, lactam means lactone that forms a cyclic amide, lactone is a molecule that has a carboxyl ester and amide bond, and Lactam group of PVP forms a molecular group attached to the backbone chain of a long molecule of pendant. When a strong alkaline solution penetrates the PVP bonding structure, the PVP undergoes hydrolysis in the internal bonding. PVP hydrolysis progressed was exhibit symptoms of decomposing a carbonyl bond C = O of the inner coupling wherein O is bonded because of the oxygen atom and the orbital bond energy: Ag + binding also from the PVP, which is the remaining naturally decomposes Ag are separated The bonding structure of PVP and Ag is shown in [Formula 1].

Figure 112019104511141-pat00001
Figure 112019104511141-pat00001

(2) 이온화 경향 차이 및 환원 전위차에 따른 반응(2) Reaction according to difference in ionization tendency and difference in reduction potential

세척 과정 후에도 잔여 하는 PVP의 경우는 내부의 카보닐 그룹에 의해(C=O) 산소와 은 나노와이어 표면에 Ag+ 사이에 오비탈 결합에너지에 의한 약한 결합을 형성하고 있다. 하기 [표 8]에는 Ag, Na, K에 대한 표준 환원 전위표가 나타나있다. In the case of PVP remaining after the washing process, a weak bond is formed by orbital binding energy between oxygen and Ag + on the surface of the silver nanowire by the internal carbonyl group (C=O). [Table 8] shows standard reduction potential tables for Ag, Na, and K.

Half-ReactionHalf-Reaction Standard Potential(v)Standard Potential(v) Ag2 + + e- → Ag+ Ag 2 + + e - → Ag + 1.991.99 Na+ + e- → Na Na + + e - → Na -2.71-2.71 K+ + e- → KK + + e - → K -2.92-2.92

이처럼 은(Silver)은 환원성에 있어서 우세한 경향을 보이며, 이온화 경향 표에 따르면 칼륨(Potassium)과 나트륨(Sodium)은 은(Silver)보다 월등히 높은 이온화 경향성을 가진다. 따라서 수산화칼륨이나 수산화나트륨을 전극 표면에 분사하게 되면 이온화 경향성이 높은 K 나 Na이 전자를 Ag+ 에게 줌으로써 PVP와 결합이 되어있는 Ag+는 전자를 받아 Ag0 으로 환원이 되는데, 이때 이온 상태였던 Ag는 산소 원자와 결합이 분해되고 산소와의 반응성이 우수한 K+ 이온이 결합하게 됨으로써 남아있는 PVP는 은 나노와이어와 분리가 되며 은 나노와이어의 자체적 저항성은 낮아지게 될 수밖에 없다. As such, silver shows a dominant tendency in reducing properties, and according to the ionization tendency table, potassium and sodium have a much higher ionization tendency than silver. Therefore, Ag +, which is a combination and when the injection of potassium hydroxide or sodium hydroxide to the electrode surface by passing the ionization tendency is high K or Na E to Ag + PVP receives the electronic was, wherein ions there is a reduction to Ag 0 Ag is decomposed with an oxygen atom, and K + ions, which are highly reactive with oxygen, are combined, so that the remaining PVP is separated from the silver nanowire, and the resistance of the silver nanowire itself is inevitably lowered.

또한, 수용액을 분사해주는 것뿐만 아니라 증류수와 에탄올을 이용한 추가적인 건조 및 세척 작업을 통한 추가적 PVP 제거 작업을 시행함으로써 전도 효율은 더 높아짐이 확인되었다. 또한 잔여 되어 있는 PVP가 이러한 공정으로 완벽히 제거되지 않을 경우를 고려한다 하더라도, Ag 대신 PVP에 결합이 되어있는 K+ 혹은 Na+ 의 영향으로 이온전도도를 향상하는 특성이 있으므로, PVP 자체의 전기전도도를 높여주는 효과를 기대할 수 있게 되어 결국 전체적인 은 나노와이어 전극에 전도도 향상을 이바지하게 되는 가능성 또한 존재한다. In addition, it was confirmed that the conduction efficiency was higher by performing an additional PVP removal operation through additional drying and washing operations using distilled water and ethanol as well as spraying the aqueous solution. In addition, even considering the case where the remaining PVP is not completely removed by this process, it has the characteristic of improving the ionic conductivity under the influence of K + or Na + bonded to PVP instead of Ag, so the electrical conductivity of PVP itself is reduced. There is also the possibility of contributing to the improvement of the conductivity of the overall silver nanowire electrode as a result of increasing the effect can be expected.

이와 같이, 본 발명에서는 Ag를 폐 스크랩으로부터 친환경적으로 회수해 AgNO3까지 합성하여 이것을 전구체로 사용하여 폴리올 공정을 통해 은 나노와이어를 합성하였다. 이렇게 합성된 나노와이어는 Spray 분사로 PET 필름 위에 분사 후 코팅하여 투명전극을 제조하였으며 세척 과정 후에도 은 나노와이어 표면에 결합하여 소량으로 남아있을 PVP를 강알칼리성 용액 수산화칼륨, 수산화나트륨, 그리고 수산화칼륨과 수산화나트륨의 혼합 수용액을 분사해 PVP 가수분해를 일으킴과 동시에 분사된 용액에 의한 이온화 및 환원 유도를 통한 원소 결합치환 반응을 유도해 잔여하고 있는 PVP를 은 나노와이어로부터 분리해내었다. PVP가 분해된 은 나노와이어는 자체적으로 전류가 이동하는 데 있어 저항(PVP)이 사라졌으므로 자체적으로 전극 전기전도도가 향상됨이 예측하였으며 이는 실험 결과적으로 확인하였다. 또한 본 발명에 사용되는 전극 기판의 종류 및 금속 입자의 형태에 국한되지 않는 장점이 있으며, 다른 공정에 비해 비용이 저렴하다는 장점이 있다.As described above, in the present invention, Ag was recovered from waste scrap in an environmentally friendly manner , synthesized up to AgNO 3 , and using this as a precursor, silver nanowires were synthesized through a polyol process. The nanowires synthesized in this way were sprayed onto the PET film by spray spraying and then coated to make a transparent electrode. After the washing process, the PVP, which remained in a small amount by bonding to the surface of the silver nanowires, was mixed with strong alkaline solutions potassium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. A mixed aqueous solution of sodium hydroxide was sprayed to cause PVP hydrolysis, and at the same time, an elemental bond substitution reaction was induced by inducing ionization and reduction by the sprayed solution to separate the remaining PVP from the silver nanowires. Since the PVP-decomposed silver nanowire itself lost resistance (PVP) in the movement of current itself, it was predicted that the electrode electrical conductivity would be improved, and this was confirmed as a result of the experiment. In addition, there is an advantage that is not limited to the type of the electrode substrate and the shape of the metal particles used in the present invention, there is an advantage that the cost is low compared to other processes.

Claims (9)

a) 캡핑제를 포함하는 환원 용매를 이용하여 폴리올 공정으로 질산은(AgNO3)을 환원시켜 은 나노와이어를 제조하는 단계;
b) 상기 은 나노와이어를 용매에 분산시켜 필름에 증착시키는 단계;
c) 상기 은 나노와이어가 증착된 필름을 건조시켜 용매를 제거하는 단계; 및
d) 상기 필름 표면에 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 이들의 혼합 수용액 중에서 선택되고, 농도가 0.01% w/v 내지 0.05% w/v 범위인 염기성 용액을 분사하여 표면을 개질하는 단계를 포함하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
a) preparing silver nanowires by reducing silver nitrate (AgNO 3 ) by a polyol process using a reducing solvent including a capping agent;
b) dispersing the silver nanowires in a solvent and depositing them on a film;
c) removing the solvent by drying the film on which the silver nanowires are deposited; and
d) The surface of the film is selected from sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or a mixed aqueous solution thereof, and a basic solution having a concentration in the range of 0.01% w / v to 0.05% w / v is sprayed to modify the surface A method of manufacturing a transparent conductive electrode film comprising the steps of.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 a) 단계의 환원 용매는 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 글리세린, 글리세롤, 글루코오스, 이소바이드, 폴리프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The reducing solvent of step a) is ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, glycerin, glycerol, glucose, isobide, characterized in that at least one selected from the group consisting of polypropylene glycol A method for producing a transparent conductive electrode film.
제1항에 있어서,
상기 캡핑제는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴아마이드(PAA)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The capping agent is a method of manufacturing a transparent conductive electrode film, characterized in that at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), and polyacrylamide (PAA).
제1항에 있어서,
상기 a) 단계의 환원 용매는 FeCl3, AgCl, NaCl, CuCl2로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제(mediated agent)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The reduction solvent of step a) FeCl 3 , AgCl, NaCl, CuCl 2 Method of manufacturing a transparent conductive electrode film, characterized in that it further comprises one or more additives (mediated agent) selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 질산은(AgNO3)은 폐 스크랩에서 회수된 은을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The silver nitrate (AgNO 3 ) is a method of manufacturing a transparent conductive electrode film, characterized in that it is prepared using silver recovered from waste scrap.
제7항에 있어서,
상기 질산은(AgNO3)은 i) 폐 스크랩을 질산에 침출시키는 단계, ii) 상기 침출 후 염산을 투입하여 염화은(AgCl)을 얻는 단계, iii) 상기 염화은(AgCl)을 환원시켜 은(Ag) 입자를 얻는 단계, iv) 은(Ag) 입자를 질산에 침출시켜 질산은(AgNO3)을 얻는 단계에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The silver nitrate (AgNO 3 ) is obtained by i) leaching the waste scrap into nitric acid, ii) adding hydrochloric acid after the leaching to obtain silver chloride (AgCl), iii) reducing the silver chloride (AgCl) to obtain silver (Ag) particles Obtaining a, iv) leaching silver (Ag) particles in nitric acid to obtain silver nitrate (AgNO 3 ) Method for producing a transparent conductive electrode film, characterized in that prepared by the step.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 은 나노와이어를 필름에 증착시키는 방법은 스핀 코팅 기법, 스프레이 코팅 기법, 닥터 블레이딩 기법, 스퍼터링법, 진공증착법 중에서 선택된 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 전극 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The method of depositing the silver nanowires on the film in step b) is a method of manufacturing a transparent conductive electrode film, characterized in that it is performed by a method selected from a spin coating method, a spray coating method, a doctor blading method, a sputtering method, and a vacuum deposition method .
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