KR102338522B1 - Transparent planar heating device and preparation method thereof - Google Patents

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KR102338522B1 KR1020200009243A KR20200009243A KR102338522B1 KR 102338522 B1 KR102338522 B1 KR 102338522B1 KR 1020200009243 A KR1020200009243 A KR 1020200009243A KR 20200009243 A KR20200009243 A KR 20200009243A KR 102338522 B1 KR102338522 B1 KR 102338522B1
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Abstract

본 명세서에는 은(Ag) 나노 와이어 및 고분자-카본 복합체를 포함하여 열 전도도 및 내구성이 우수한 투명 면상 발열체 및 이의 제조방법이 개시된다.In the present specification, a transparent planar heating element having excellent thermal conductivity and durability, including a silver (Ag) nanowire and a polymer-carbon composite, and a manufacturing method thereof are disclosed.

Description

투명 면상 발열체 및 이의 제조방법{TRANSPARENT PLANAR HEATING DEVICE AND PREPARATION METHOD THEREOF}Transparent planar heating element and manufacturing method thereof

본 명세서는 열 전도도 및 내구성이 우수한 투명 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to a transparent planar heating element having excellent thermal conductivity and durability and a method for manufacturing the same.

은 나노 와이어 (AgNW) 투명 면상 발열체는 높은 투명도와 전도도를 장점으로 건축용, 차량용, 스포츠 웨어 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 특히, 낮은 온도의 환경에 노출되는 경우 높은 열전도도 및 전압 하에서의 높은 신뢰성이 요구된다. Silver nanowire (AgNW) transparent planar heating element is being applied to various fields such as construction, vehicle, sportswear, etc. with its advantages of high transparency and conductivity. In particular, when exposed to a low temperature environment, high thermal conductivity and high reliability under voltage are required.

하지만 발열체가 낮은 온도의 환경에서 발열하기 위해 높은 전압을 인하게 되고, 이로 인해 열이 고르게 분포되지 않는 국부적 발열이 심화된다면, 제품으로서의 내구성이 줄어들어 잦은 교체가 필요하게 된다. However, if the heating element generates a high voltage to generate heat in a low temperature environment, and this causes local heat that is not evenly distributed, the durability of the product is reduced and frequent replacement is required.

특히, 은 나노 와이어 (AgNW) 의 개발 트렌드에 있어 높은 전도도를 구현하기 위해 은 나노 와이어 (AgNW) 의 합성 시 직경을 줄이는 추세이며, 이는 발열체로서의 내구성이 저하되는데 지대한 영향을 미친다. In particular, in the development trend of silver nanowires (AgNW), in order to realize high conductivity, there is a trend to reduce the diameter when synthesizing silver nanowires (AgNW), which greatly affects durability as a heating element.

따라서, 열 분포 균일도가 우수하면서도, AgNW의 직경 감소에 따른 내구성이 개선된 투명 면상 발열체의 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop a transparent planar heating element having excellent heat distribution uniformity and improved durability due to a reduction in the diameter of AgNW.

KR 10-2015-014829 AKR 10-2015-014829 A KR 10-1826149 B1KR 10-1826149 B1

본 명세서에서는 높은 열 전도도를 위하여 충분히 작은 직경을 가지는 은 나노 와이어를 포함하면서도, 내구성이 우수한 투명 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. An object of the present specification is to provide a transparent planar heating element having excellent durability and a method for manufacturing the same, while including silver nanowires having a sufficiently small diameter for high thermal conductivity.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 기재; 상기 기재 상에 위치한 발열층; 및 상기 발열층 상에 위치한 전극; 을 포함하고, 상기 발열층은 은(Ag) 나노 와이어 및 고분자-카본 복합체를 포함하는, 투명 면상 발열체를 제공한다.In exemplary embodiments of the present invention, a substrate; a heating layer located on the substrate; and an electrode positioned on the heating layer; Including, wherein the heating layer provides a transparent planar heating element comprising a silver (Ag) nanowire and a polymer-carbon composite.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 투명 면상 발열체 제조방법으로서, 기재 상에 은(Ag) 나노 와이어를 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계; 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체 상에 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 발열층을 형성하는 단계; 및 상기 발열층 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는, 투명 면상 발열체 제조방법을 제공한다.In another exemplary embodiment of the present invention, as the above-described transparent planar heating element manufacturing method, applying a binder solution containing silver (Ag) nanowires on a substrate to form a silver (Ag) nanowire structure ; forming a heating layer by applying a binder solution containing a polymer and carbon on the silver (Ag) nanowire structure; and forming an electrode on the heating layer; it provides a transparent planar heating element manufacturing method comprising.

본 명세서의 투명 면상 발열체는 높은 열 전도도를 위하여 충분히 작은 직경을 가지는 은 나노 와이어를 포함하면서도, 고분자-카본 복합체를 포함하여 내구성이 우수하다. The transparent planar heating element of the present specification includes silver nanowires having a sufficiently small diameter for high thermal conductivity, and has excellent durability including a polymer-carbon composite.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 모식도이다.
도 2a는 기재 상에 은 나노 와이어만을 포함하는 투명 면상 발열체의 모식도이고, 도 2b는 기재 상에 은 나노 와이어 및 고분자-카본 복합체를 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 모식도이다.
도 3a는 종래의 보호 코팅층(고분자만 포함)을 적용한 투명 면상 발열체에서 열 전도도를 나타낸 모식도이고, 도 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체에서 열 전도도를 나타낸 모식도이다.
도 4a는 종래의 보호 코팅층(고분자만 포함)을 적용한 투명 면상 발열체의 국부적 발열을 나타낸 사진이고, 도 4b는 본 명세서의 실시예 1에서 제조한 투명 면상 발열체의 사진이다.
1 is a schematic diagram of a transparent planar heating element according to an embodiment of the present invention.
2a is a schematic diagram of a transparent planar heating element including only silver nanowires on a substrate, and FIG. 2b is a schematic diagram of a transparent planar heating element according to an embodiment of the present invention including silver nanowires and a polymer-carbon composite on the substrate. .
3a is a schematic diagram showing thermal conductivity in a transparent planar heating element to which a conventional protective coating layer (including only polymers) is applied, and FIG. 3b is a schematic diagram showing thermal conductivity in a transparent planar heating element according to an embodiment of the present invention.
4a is a photograph showing the local heating of a transparent planar heating element to which a conventional protective coating layer (including only polymers) is applied, and FIG. 4b is a photograph of the transparent planar heating element prepared in Example 1 of the present specification.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 "3차원 네트워크" 구조란 그물과 그물이 얽혀 있는 것과 같은 3차원 그물 망 구조를 의미한다.As used herein, the "three-dimensional network" structure refers to a three-dimensional network structure such as a net and a net entangled.

이하, 본 명세서의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary implementations of the present specification are described in detail.

본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 기재(100); 상기 기재 상에 위치한 발열층(200); 및 상기 발열층 상에 위치한 전극(300); 을 포함하고, 상기 발열층은 은(Ag) 나노 와이어(210) 및 고분자-카본 복합체(220)를 포함하는, 투명 면상 발열체를 제공한다.In exemplary implementations herein, the substrate 100; a heating layer 200 positioned on the substrate; and an electrode 300 positioned on the heating layer; Including, the heating layer provides a transparent planar heating element comprising a silver (Ag) nanowire 210 and a polymer-carbon composite 220.

은 나노 와이어(AgNW)를 포함하는 면상 발열체의 경우, 보호 코팅층(Over-Coat층)은 고분자를 적용하여 노출되는 AgNW의 일부영역을 덮어주어 노출부위를 보호하는 목적으로 사용할 수 있다. 그러나 종래의 고분자로만 이루어진 오버코팅층은 전극을 형성하였을 때 전극과 발열체와의 커넥션이 적어 고른 전압의 분재가 어렵고, 나노 와이어가 발열할 때 열이 분산될 수 있도록 도움을 주지 못하기 때문에 나노 와이어에 열이 응집되어 열로 인한 파손의 위험이 있다.In the case of a planar heating element including silver nanowires (AgNW), the protective coating layer (over-coat layer) can be used for the purpose of protecting the exposed portion by applying a polymer to cover a portion of the exposed AgNW. However, since the conventional overcoating layer made of only polymer has little connection between the electrode and the heating element when the electrode is formed, it is difficult to distribute an even voltage, and it does not help to dissipate heat when the nanowire generates heat. Heat is agglomerated and there is a risk of damage due to heat.

이와 달리, 본 명세서에서는 발열층에 그래핀, CNT, 바람직하게는 나노 크기의 카본 등 열전도도가 높은 탄소 소재를 고분자와 함께 코팅층과 같이 적용하여, 전류의 손실이 적고, 균일한 전압의 인가가 가능하므로, 열전도 효율이 높아지게 되어 주변 온도를 높이는 발열체의 특성 향상시킬 수 있다. In contrast, in the present specification, a carbon material with high thermal conductivity such as graphene, CNT, and preferably nano-sized carbon is applied to the heating layer as a coating layer together with a polymer, so that the loss of current is small and the application of a uniform voltage is Since it is possible, the heat conduction efficiency is increased, so that the characteristics of the heating element that increases the ambient temperature can be improved.

또한, 상기 탄소 소재가 은 나노 와이어에 전류가 흐르면서 발생하는 열을 분산시켜주는 역할을 하므로, 은 나노 와이어에 열이 모여 생길 수 있는 불량(얇은두께의 나노 와이어에 열 응축되어 끊어지는 현상)을 예방할 수 있다.In addition, since the carbon material plays a role in dispersing the heat generated by the current flowing through the silver nanowire, it is possible to prevent defects (the phenomenon of heat condensing and breaking in the thin-thick nanowire) that may be caused by heat accumulation in the silver nanowire. It can be prevented.

구체적으로, 도 1 및 2b을 참조하면, 본 명세서에 개시된 투명 면상 발열체는, 발열층(200)에 은(Ag) 나노 와이어(210)를 포함하여 전극을 통해 인가된 전압에 의해 전류가 흐르고, 실질적 열이 발생한다. 또한, 상기 발열층(200)에 고분자-카본 복합체(220)이 상기 은 나노 와이어의 코팅층의 역할을 하면서, 상기 은 나노 와이어의 직경이 나노 단위임에 따라 저하되는 내구성을 개선하고, 열 전달 효율을 향상시킨다. Specifically, referring to FIGS. 1 and 2B , the transparent planar heating element disclosed herein includes a silver (Ag) nanowire 210 in the heating layer 200 and a current flows by a voltage applied through the electrode, Real heat is generated. In addition, while the polymer-carbon composite 220 on the heating layer 200 serves as a coating layer of the silver nanowire, the durability that is deteriorated as the diameter of the silver nanowire is nano-unit is improved, and heat transfer efficiency to improve

또한, 도 3a 및 3b을 참조하면, 기존의 투명 면상 발열체는 카본 소재를 포함하지 않아 발열하는 열의 확산이 어려운 반면(도 3a), 본 명세서에 개시된 투명 면상 발열체의 경우 열전도도 높은 카본 소재를 포함하여(도 3b에서 도 3a와 비교하여 거칠게 표현된 부분), 열의 균일한 확산 및 분포가 가능하다(3b). In addition, referring to FIGS. 3a and 3b, the conventional transparent planar heating element does not contain a carbon material, so it is difficult to spread the heat generated by it ( FIG. 3a ), whereas the transparent planar heating element disclosed herein includes a carbon material with high thermal conductivity As a result (in FIG. 3B, the portion roughened compared to FIG. 3A), uniform diffusion and distribution of heat is possible (3b).

또한, 본 명세서에 개시된 투명 면상 발열체는, 도 1과 같이 전극이 발열층 상단에 위치하여, 은 나노 와이어와 고분자-카본 복합체 내의 카본 사이에 커넥션이 생기게 되고, 절연 소재인 고분자를 뚫고 전압을 인가하는 전극부와 연결이 되는 구조가 형성된다. 이로 인해, 전극부와 연결되는 커넥션이 증가하여, 전압의 균일한 인가가 가능해지는 질 수 있다. 또한, 이로 인해 투명 면상 발열체가 구동될 때 전극을 국소부위에 집중될 수 있는 확률을 낮추어 안정적인 구동을 가능하게 할 수 있다.In addition, in the transparent planar heating element disclosed in the present specification, as shown in FIG. 1, the electrode is positioned on the top of the heating layer, a connection is created between the silver nanowire and the polymer-carbon in the carbon composite, and a voltage is applied through the polymer, which is an insulating material. A structure to be connected to the electrode part is formed. Due to this, the number of connections connected to the electrode part increases, and thus, it is possible to uniformly apply a voltage. In addition, due to this, when the transparent planar heating element is driven, it is possible to reduce the probability that the electrode can be concentrated in a local area to enable stable driving.

예시적인 구현예에서, 상기 은(Ag) 나노 와이어는 3차원 네트워크 구조로 연결될 수 있다. 도 2a 및 2b를 참조하면 상기 은(Ag) 나노 와이어는 마치 전체적으로 연결된 금속 메쉬망 같은 은(Ag) 나노 와이어 구조체로서, 고분자-카본 복합체는 이러한 3차원 네트워크 구조 상에 코팅되거나, 그 틈새를 메꾸어 하나의 발열층(200)을 이룬다. In an exemplary embodiment, the silver (Ag) nanowires may be connected in a three-dimensional network structure. Referring to FIGS. 2A and 2B , the silver (Ag) nanowire is a silver (Ag) nanowire structure like a metal mesh network connected as a whole, and the polymer-carbon composite is coated on the three-dimensional network structure, or the gap is filled. One heating layer 200 is formed.

다시 말해, 후술하는 제조방법을 참조하면, 먼저, 기재 상에 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성한 후, 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여 발열층이 형성되므로, 고분자-카본 복합체에 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체가 침지된 것과 같은 형상일 수 있다. 따라서, 특히, 도 3b에서 도 3a와 비교하여 거칠게 표현된 부분을 참조하면, 결과적으로 카본이 먼저 형성된 은 나노 와이어와 절연체인 고분자 사이에 서로 엉키듯이 형성되어, 발열체 상에 전극을 형성하였을 때 전극과 발열체 사이의 전압인가에 따른 전류의 흐름이 고르게 유지될 수 있다. In other words, referring to the manufacturing method to be described later, first, a silver (Ag) nanowire structure is formed on a substrate, and then a binder solution containing a polymer and carbon is applied to form a heating layer, so that the polymer-carbon composite The silver (Ag) nanowire structure may have the same shape as that in which it is immersed. Therefore, in particular, referring to the rough part compared to FIG. 3A in FIG. 3B , as a result, carbon is formed as if entangled between the silver nanowire, which is formed first, and the polymer, which is an insulator, so that when the electrode is formed on the heating element, the electrode The flow of current according to the voltage application between the heating element and the heating element can be maintained evenly.

예시적인 구현예에서, 상기 은(Ag) 나노 와이어의 일부는 고분자-카본 복합체 내부에 존재하고, 일부는 고분자-카본 복합체 외부에 존재할 수 있다. In an exemplary embodiment, a part of the silver (Ag) nanowire may exist inside the polymer-carbon composite, and a part may exist outside the polymer-carbon composite.

예시적인 구현예에서, 상기 은(Ag) 나노 와이어의 직경은 10 내지 50 nm일 수 있고, 예컨대, 10 nm 이상이고, 40 nm 이하, 30 nm 이하, 또는 25 nm 이하 일 수 있다. 상기 직경이 10 nm 미만인 경우 물리적인 강도가 약해 내구성 또는 신뢰성 문제가 발생할 수 있으며, 상기 직경이 50 nm 초과인 경우 열 전도도가 낮아질 수 있다. In an exemplary embodiment, the silver (Ag) nanowire may have a diameter of 10 to 50 nm, for example, 10 nm or more, 40 nm or less, 30 nm or less, or 25 nm or less. If the diameter is less than 10 nm, the physical strength may be weak, which may cause durability or reliability problems, and if the diameter is more than 50 nm, thermal conductivity may be lowered.

예시적인 구현예에서, 상기 은(Ag) 나노 와이어의 길이는 10 내지 40 μm일 수 있고, 예컨대 15 내지 25 μm 일 수 있다. 상기 길이가 10 μm 미만인 경우 은(Ag) 나노 와이어끼리 잘 연결되지 않아 발열층으로서의 기능이 어려울 수 있고, 상기 길이가 40 μm 초과인 경우, 이론적으로 은 나노 와이어의 길이가 길면 이론적으로 더 많은 커넥션을 형성하여 전극의 물성(면저항감소)이 좋아지는 효과가 있으나, 합성을 하는 과정에서 길이 방향으로만 성장시킬 수 없고, 직경 또한 함께 성장되기 때문에 해당 나노 와이어는 합성하기가 어려운 실정이다.In an exemplary embodiment, the length of the silver (Ag) nanowire may be 10 to 40 μm, for example, 15 to 25 μm. When the length is less than 10 μm, the silver (Ag) nanowires are not well connected to each other and thus function as a heating layer may be difficult. Although it has the effect of improving the physical properties (reduction of sheet resistance) of the electrode by forming a nanowire, it is difficult to synthesize the corresponding nanowire because it cannot be grown only in the longitudinal direction during the synthesis process, and the diameter is also grown together.

예시적인 구현예에서, 상기 고분자-카본 복합체는, 폴리메틸메타크릴레이트, 우레탄 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고분자 및 탄소 섬유(Carbon Fiber), 그래파이트(Graphite), 단일벽 또는 다중벽 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube), 및 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 카본을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the polymer-carbon composite is one or more polymers selected from the group consisting of polymethyl methacrylate, urethane and acrylic, and carbon fiber, graphite, single-walled or multi-walled carbon. It may include at least one carbon selected from the group consisting of nanotubes (Carbon Nano Tube), and graphene (Graphene).

상기 고분자는 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트일 수 있으나, 투명성을 가진 고분자라면 이에 제한되지 않고, 상기 카본은 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다. The polymer may preferably be polymethyl methacrylate, but is not limited thereto as long as it is a polymer having transparency, and the carbon may be a single-walled carbon nanotube.

예시적인 구현예에서, 상기 기재는 실리콘 기재, 유리 기재, 및 고분자 기재로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 전술한 투명 면상 발열체를 구현 가능한 기재라면 이에 제한되지 않는다. In an exemplary embodiment, the substrate may include at least one selected from the group consisting of a silicone substrate, a glass substrate, and a polymer substrate, and is not limited thereto, as long as it is a substrate capable of implementing the above-described transparent planar heating element.

예시적인 구현예에서, 상기 전극은 알루미늄, 은, 금, 철, 백금, 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 단일 금속 또는 합금을 포함할 수 있고, 도전성을 가진 재료라면 이에 제한되지 않는다. In an exemplary embodiment, the electrode may include a single metal or alloy selected from the group consisting of aluminum, silver, gold, iron, platinum, and copper, but is not limited thereto as long as it has conductivity.

예시적인 구현예에서, 상기 투명 면상 발열체는, 창문용, 비닐하우스용, 거울용, 자동차 전장용, 스포츠웨어 히팅 고글용 또는 발열 유리용일 수 있고, 바람직하게는 스포츠웨어 히팅 고글용 또는 투명 발열 유리용일 수 있다.In an exemplary embodiment, the transparent planar heating element may be for a window, for a plastic house, for a mirror, for an automobile electric field, for sportswear heating goggles or for a heating glass, preferably for sportswear heating goggles or a transparent heating glass can be for

본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 투명 면상 발열체 제조방법으로서, 기재 상에 은(Ag) 나노 와이어를 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계; 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체 상에 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 발열층을 형성하는 단계; 및 상기 발열층 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는, 투명 면상 발열체 제조방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present specification, as the above-described transparent planar heating element manufacturing method, applying a binder solution containing silver (Ag) nanowires on a substrate to form a silver (Ag) nanowire structure; forming a heating layer by applying a binder solution containing a polymer and carbon on the silver (Ag) nanowire structure; and forming an electrode on the heating layer; it provides a transparent planar heating element manufacturing method comprising.

구체적으로, 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계는 슬롯다이 코팅, 마이크로 그라비아코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 등에 의하여 수행될 수 있고, 이는 습도막을 형성할 수 있는 도포 기술이면 이에 제한되지 않는다. 이후, 상기 나노 와이어 구조체에 열을 가하여 습도막의 용매를 날리고, 건조시켜 막을 형성하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. Specifically, the step of forming the silver (Ag) nanowire structure may be performed by slot die coating, micro gravure coating, spin coating, spray coating, etc., which is not limited thereto, as long as it is an application technique capable of forming a moisture film . Thereafter, the steps of applying heat to the nanowire structure to blow off the solvent of the moisture film, and drying it to form a film may be additionally performed.

이후, 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체 상에 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 발열층을 형성할 수 있으며, 상기 은 나노 와이어 구조체와 동일한 방법으로 코팅 후, 추가적으로 열처리 및 건조를 통하여 수행될 수 있다. 상기 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액은 각각 고분자를 포함하는 용액 및 카본을 포함하는 용액을 혼합하여 제조될 수 있다. Thereafter, a binder solution containing a polymer and carbon may be applied on the silver (Ag) nanowire structure to form a heating layer, and after coating in the same manner as in the silver nanowire structure, additional heat treatment and drying are performed can be performed. The binder solution containing the polymer and carbon may be prepared by mixing a solution containing a polymer and a solution containing carbon, respectively.

이후, 상기 발열층 상에 도전성 페이스트(실버페이스트 적용)을 인쇄하여 건조(소결)하여 전극을 형성할 수 있으며, 드랍캐스팅, 스핀코팅, 전자빔증착, 열증착, 진공증착, 프린팅, 슬롯다이 코팅, 딥코팅 및 마이크로그라비아코팅 등으로 수행될 수 있다.After that, an electrode can be formed by printing a conductive paste (silver paste applied) on the heating layer and drying (sintering), drop casting, spin coating, electron beam deposition, thermal deposition, vacuum deposition, printing, slot die coating, It may be carried out by dip coating and microgravure coating.

예시적인 구현예에서, 상기 은(Ag) 나노 와이어를 포함하는 바인더 용액은 용매로서 증류수, 이소프로필알코올(IPA), 또는 에탄올(EtOH), 바인더로서 메틸셀룰로오스계 바인더를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the binder solution including the silver (Ag) nanowires may further include distilled water, isopropyl alcohol (IPA), or ethanol (EtOH) as a solvent, and a methylcellulose-based binder as a binder.

예시적인 구현예에서, 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액은 용매로서 이소프로필알코올(IPA), 에탄올(EtOH), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 메틸에틸케톤(MEK), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(PGMEA)를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the binder solution containing the polymer and carbon is isopropyl alcohol (IPA), ethanol (EtOH), methyl isobutyl ketone (MIBK), methyl ethyl ketone (MEK), propylene glycol methyl ether acetate ( PGMEA) may be further included.

이하, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것임이 이해될 것이다.Hereinafter, specific embodiments according to exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following examples, and various types of embodiments can be embodied within the scope of the appended claims, and only the following examples are provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and are common in the art. It will be understood that the intention is to facilitate practice of the invention to those skilled in the art.

실시예Example

투명 면상 발열체의 제조Manufacture of transparent planar heating element

실시예Example

AgNW (C3Nano, SNBA, 직경 25nm 이하, 길이 약 20um)와 메틸셀룰로오스계 바인더가 함유된 수용액을 이용하여 슬롯다이 코팅 후, 열풍 건조하여 은 나노 와이어 층(구조체)를 형성하였다. 이후 상기 은 나노 와이어 층(구초제) 상에, 나노 크기의 단일벽 탄소나노튜브 및 PMMA계 고분자를 포함하는 바인더 용액을 코팅 후 열풍 건조하여 발열층을 형성하였다. 이후, 상기 발열층 상에 도전성 페이스트(실버페이스트 적용)을 인쇄하고, 건조(소결)하여 전극을 형성하였다. After slot die coating using an aqueous solution containing AgNW (C3Nano, SNBA, diameter 25 nm or less, length about 20 μm) and a methylcellulose-based binder, hot air drying was performed to form a silver nanowire layer (structure). After that, a binder solution containing nano-sized single-walled carbon nanotubes and a PMMA-based polymer was coated on the silver nanowire layer (a herbicide) and dried with hot air to form an exothermic layer. Then, a conductive paste (silver paste applied) was printed on the heating layer, and dried (sintered) to form an electrode.

비교예comparative example

상기 실시예에서, 카본 소재(탄소나노튜브)를 포함하지 않은 PMMA계 고분자 바인더 용액을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 투명 면상 발열체를 제조하였다. In the above example, a transparent planar heating element was prepared in the same manner, except that a PMMA-based polymer binder solution not containing a carbon material (carbon nanotube) was used.

실험예Experimental example

발열 여부 평가Fever evaluation

발열체에 12.5V의 전압을 인가하고, 3시간이 경과한 뒤에도 고르게 발열이 되고 있는지 열화상 카메라를 통해 확인하였다.A voltage of 12.5V was applied to the heating element, and it was checked through a thermal imaging camera whether the heat was uniformly generated even after 3 hours had elapsed.

도 4a 및 4b를 참조하면, 비교예 면상 발열체의 발열 영역을 나타낸 도 4a의 경우 국부적으로 발열이 나타나는 반면, 실시예의 투명 면상 발열체의 경우 전체적으로 고르게 발열된 것을 확인할 수 있다.Referring to Figures 4a and 4b, it can be seen that in the case of Figure 4a showing the heating region of the planar heating element of the comparative example, the heating appears locally, whereas in the case of the transparent planar heating element of the embodiment, it can be confirmed that the heat is uniformly overall.

100: 기재
200: 발열층
210: 은(Ag) 나노 와이어
220: 고분자-카본 복합체
300: 전극
100: description
200: heating layer
210: silver (Ag) nanowire
220: polymer-carbon composite
300: electrode

Claims (10)

기재; 상기 기재 상에 위치한 발열층; 및 상기 발열층 상에 위치한 전극;을 포함하고,
상기 발열층은 은(Ag) 나노 와이어 및 고분자-카본 복합체를 포함하며,
상기 고분자-카본 복합체는, 폴리메틸메타크릴레이트 및 단일벽 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하며,
상기 발열층은, 상기 기재 상에 상기 은(Ag) 나노 와이어를 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성한 후, 상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체 상에 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여 생성되며,
상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체는 상기 고분자-카본 복합체에 침지된 것인, 투명 면상 발열체.
write; a heating layer located on the substrate; and an electrode positioned on the heating layer;
The heating layer includes a silver (Ag) nanowire and a polymer-carbon composite,
The polymer-carbon composite includes polymethyl methacrylate and single-walled carbon nanotubes (Carbon Nano Tube),
The heating layer is formed by coating a binder solution containing the silver (Ag) nanowire on the substrate to form a silver (Ag) nanowire structure, and then a polymer and carbon on the silver (Ag) nanowire structure It is created by applying a binder solution containing
The silver (Ag) nanowire structure is immersed in the polymer-carbon composite, a transparent planar heating element.
제1항에 있어서,
상기 은(Ag) 나노 와이어는 3차원 네트워크 구조로 연결된 것인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
The silver (Ag) nanowires are connected in a three-dimensional network structure, a transparent planar heating element.
제1항에 있어서,
상기 은(Ag) 나노 와이어의 일부는 고분자-카본 복합체 내부에 존재하고, 일부는 고분자-카본 복합체 외부에 존재하는 것인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
A portion of the silver (Ag) nanowire is present inside the polymer-carbon composite, and a part is present outside the polymer-carbon composite, a transparent planar heating element.
제1항에 있어서,
상기 은(Ag) 나노 와이어의 직경은 10 내지 50 nm인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
The silver (Ag) nanowire has a diameter of 10 to 50 nm, a transparent planar heating element.
제1항에 있어서,
상기 은(Ag) 나노 와이어의 길이는 10 내지 40 μm인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
The length of the silver (Ag) nanowire is 10 to 40 μm, a transparent planar heating element.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기재는 실리콘 기재, 유리 기재, 및 고분자 기재로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
The substrate is a silicone substrate, a glass substrate, and a transparent planar heating element comprising at least one selected from the group consisting of a polymer substrate.
제1항에 있어서,
상기 전극은 알루미늄, 은, 금, 철, 백금, 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 단일 금속 또는 합금을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
According to claim 1,
The electrode is a transparent planar heating element comprising a single metal or alloy selected from the group consisting of aluminum, silver, gold, iron, platinum, and copper.
제1항에 있어서,
상기 투명 면상 발열체는 창문용, 비닐하우스용, 거울용, 자동차 전장용, 스포츠웨어 히팅 고글용 또는 투명 발열 유리용인, 투명 면상 발열체.
The method of claim 1,
The transparent planar heating element is for a window, for a plastic house, for a mirror, for an automobile electric field, for sportswear heating goggles or for a transparent heating glass, a transparent planar heating element.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 투명 면상 발열체 제조방법으로서,
기재 상에 은(Ag) 나노 와이어를 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 은(Ag) 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계;
상기 은(Ag) 나노 와이어 구조체 상에 고분자 및 카본을 포함하는 바인더 용액을 도포하여, 발열층을 형성하는 단계; 및
상기 발열층 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트이고, 상기 카본은 단일벽 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)인, 투명 면상 발열체 제조방법.
As a method for manufacturing a transparent planar heating element according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 9,
forming a silver (Ag) nanowire structure by applying a binder solution including silver (Ag) nanowires on a substrate;
forming a heating layer by applying a binder solution containing a polymer and carbon on the silver (Ag) nanowire structure; and
Including; forming an electrode on the heating layer;
The polymer is polymethyl methacrylate, and the carbon is a single-walled carbon nano tube (Carbon Nano Tube), a transparent planar heating element manufacturing method.
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