KR102588564B1 - 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막 - Google Patents

2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 접착력, 기계적·화학적 내구성, 및 광투과도가 우수한 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막을 제공한다:
[화학식 1]

Description

2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막{Nano-thin film containing a compound having two benzene rings and an amine group, method for manufacturing the same, and composite nano thin film comprising the same}
본 발명은 나노 박막에 관한 것으로, 보다 자세하게는 접착력, 기계·화학적 내구성, 및 광투과도가 우수한 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막에 관한 것이다.
박막의 사전적 의미는 '기계가공으로는 실현 불가능한 두께가 마이크로미터(μm) 이하인 엷은 막' 이며, 반도체, 디스플레이 등 첨단 산업 분야에 널리 적용되고 있다.
박막을 구성하는 물질에 따라, 박막은 금속 박막, 금속 산화물 박막, 화합물 박막, 고분자 박막, 자기 조립 단분자막(Self-assembled monolayer, SAM) 등으로 분류될 수 있다. 특히 고분자 박막 등 유기물 박막 소재는 금속, 금속 산화물 등의 무기물 박막과 달리 유연성 및 신축성을 가지므로 유연/신축 전자기기 시장의 성장과 함께 그 수요 및 활용도가 증가하고 있다.
일례로, 수분, 산소 등과 같이 산화력이 높은 환경에 취약한 OLED의 유기층 및 음극 금속을 보호하기 위한 배리어 소재는 수분 및 산소의 차단 특성이 높은 구조가 치밀하며 밀도가 높은 무기막 소재가 필요하나, 이러한 무기 박막은 유연성이 떨어진다는 단점을 갖는다. 최근에는 이러한 유연성 문제를 해결하기 위하여 유기/무기 다층 봉지구조도 활용되고 있다.
이와 같이, 유연성 및 신축성을 갖춘 유기박막은 차세대 유연 전자소자 시장의 성장과 함께 그 활용가치가 높아지고 있으나, 종래의 고분자 기반의 유기박막은 마이크로미터(μm) 수준 이하로 박막을 형성하기가 어려우며, 높은 점도로 인하여 공정이 어렵고, 나노소재, 나노카본 등 다양한 기능성 나노 필러 도입이 어렵다는 다는 단점을 갖는다.
이러한 문제점과 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-2172464호는 피리딘(pyridine)계 물질에 기반한 새로운 투명 단분자 박막에 대해 개시하고 있다. 그러나 상기 특허는 박막 소재가 제한적이기 때문에, 이 분야의 다양한 어플리케이션에서 요구되는 물성을 커버하기는 어려운 것으로 보인다.
대한민국 등록특허 제10-2172464호
본 발명은 우수한 접착력, 기계·화학적 내구성, 및 광투과도를 갖는 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 우수한 평탄화도를 갖는 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 단분자 구조의 화합물을 포함하여 제조됨으로써 낮은 원가 및 우수한 상용성을 갖는 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하는 나노 박막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 복합 나노 박막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나노 박막을 제공한다:
[화학식 1]
상기 식에서
는 바이페닐, 디페닐아민 또는 카바졸이고,
R1 및 R2는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소, -NR'R'', 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이며, 여기서 R' 및 R''는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
또한, 본 발명은
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 분산액 또는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 1종 이상의 나노소재를 포함하는 분산액을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 기판을 열처리 하는 단계;를 포함하는, 나노 박막의 제조 방법을 제공한다:
[화학식 1]
상기 식에서
는 바이페닐, 디페닐아민 또는 카바졸이고,
R1 및 R2는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소, -NR'R'', 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이며, 여기서 R' 및 R''는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.
또한, 본 발명은
상기 본 발명의 나노 박막, 및
상기 나노 박막의 상부면 또는 하부면에 형성된 무기 박막을 포함하는 복합 나노 박막을 제공한다.
본 발명의 나노 박막은 우수한 접착력, 기계적·화학적 내구성, 및 광투과도를 제공한다.
본 발명의 나노 박막은 단분자 구조의 화합물을 포함하여 제조되므로 우수한 평탄화도를 제공하며, 원가절감 및 상용성 향상 효과를 제공한다.
본 발명의 나노 박막은 단분자 구조의 화합물 이외에 다른 기능성 나노 소재를 함께 포함하는 경우, 광투과도 및 전기전도도에는 영향을 주지 않으면서 우수한 접착력 및 기계적·화학적 내구성을 제공한다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조된 나노 박막의 광투과도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1의 나노 박막에 대한 박리 테스트 결과(박리에 의한 면저항 변화 결과)를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예 4 내지 6의 나노 박막에 대한 박리 테스트 결과(박리에 의한 면저항 변화 결과)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1 및 실시예 4 내지 6의 나노 박막에 대한 SEM 이미지를 나타낸다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 나노 박막에 관한 것이다:
[화학식 1]
상기 식에서
는 바이페닐, 디페닐아민 또는 카바졸이고,
R1 및 R2는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소, -NR'R'', 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이며, 여기서 R' 및 R''는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기일 수 있다.
상기 R1 및 R2 및 R' 및 R''에서 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기는 치환 또는 비치환된 메틸기, 에틸기, 프로필기, 또는 부틸기일 수 있으며,
상기 R1 및 R2에서 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 또는 부톡시기일 수 있다.
상기 -NR'R''은 아미노기일 수 있다.
상기 R1 및 R2 및 R' 및 R''에 대한 치환기는 각각 독립적으로 히드록시기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 및 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기로부터 선택될 수 있다.
상기 치환기에서 할로겐기는 플루오로기, 클로르기, 브롬기, 아이오딘기일 수 있으며; 탄소수 1 내지 4의 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등 일 수 있으며; 상기 탄소수 1 내지 4의 알콕시기는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등 일 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 구체적으로 다음의 화학식 1-1 내지 1-3의 화합물 중의 어느 하나일 수 있다:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화합물들은 공지의 방법에 의해 용이하게 제조하여 사용할 수 있으며, 시중에서 판매되는 화합물을 구입하여 사용할 수도 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 예를 들어, 용매에 용해시킨 상태로 나노 박막 형성에 사용할 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니며, 물리적, 화학적 증착 방법 등의 사용에 의해 나노 박막을 형성하는 것도 가능하다.
상기 용매로는 이소프로필알코올, 물, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필글리콜, 펜타에리스리톨, 비닐알코올, 폴리비닐알코올, 및 이들의 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매 중에서 이소프로필알코올이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 나노 박막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 상기 불순물의 존재를 고려하지 않는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 100%로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 나노 박막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 1 내지 100 중량% 및 기능성 첨가물 0 내지 99 중량%를 포함할 수 있다. 상기 기능성 첨가물은 나노 박막에 전기전도성, 대전방지성, 발광성 등의 기능을 부여하기 위하여 첨가되는 물질을 의미한다.
본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 나노 박막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 이외에 1종 이상의 나노 소재를 더 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 나노 소재는 1 : 0.001~100의 중량비, 바람직하게는 1 : 0.001~50의 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.01~10의 중량비, 더 더욱 바람직하게는 1 : 0.01~5의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 나노 소재는 나노와이어, 나노입자, 나노튜브, 나노섬유, 나노로드 및 이들의 1종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나노와이어는 지름이 수 나노미터 내지 수백 나노미터 크기인 선형 나노물질을 의미한다. 상기 나노와이어는 레이저나 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서(감지기) 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
상기 나노입자는 입자의 크기가 수 나노미터 내지 수백 나노미터인 초미세 입자를 의미한다. 작은 크기에 기인하여 특이하고, 다양한 성질을 보이므로 바이오칩, 초소형 바이오 센서, 디스플레이 제조 등에 널리 사용된다. 상기 나노입자는 양자점을 포함할 수 있다.
상기 나노튜브는, 지름이 수 나노미터 내지 수백 나노미터 크기의 터널 구조를 가진 통 모양 분자나 분자 집합체를 의미한다.
상기 나노섬유는, 섬유기술에 나노기술을 접목해 기존 섬유소재와는 전혀 다른 특수한 기능을 가진 섬유로서, 굵기가 수십에서 수백 나노미터 크기에 불과한 초극세사를 의미한다.
상기 나노로드는, 크기가 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 직경과 수백 나노미터 내지 수 마이크로미터의 길이를 가지는 막대 모양의 분자나 분자 집합체를 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 Ag, Au, Pt, Al, Cu, Cr, V, Mg, Ti, Sn, Pb, Pd, W, Ni, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 상기 나노 소재는 Ag 를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 은(Ag) 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 은 나노와이어는 금속 중에서 화학적 안정성이 높고, 열전도도 및 전기전도도가 매우 좋은 은의 특징과 나노와이어의 아주 작은 치수로 인해 나타나는 광학적 특성인 투명성까지 더해져 투명 도전막을 제조하기에 적합한 전극 소재이다. 이러한 은 나노와이어는 플라즈마 디스플레이 판넬, 광학필터, 전자차폐제, 유기발광다이오드, 태양전지, LCD, 터치스크린, 휴대폰용 EL 키패드 등 전기, 자기, 광학 소자 및 센서 등에 광범위하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 소재는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 의해 상기 기판 상에 임베딩(embedding)되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 화합물에 의해 상기 나노 소재를 상기 기판 상에 임베딩 함으로써 상기 나노 박막의 산화 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 나노 박막은 상기 화학식 1의 화합물과 상기 나노 소재를 혼합하여 표면을 개질함으로써 상기 나노 소재와 상기 기판간의 접착력 및 기계적·화학적 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 나노 박막은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하더라도, 박막의 광투과도 및 전기전도도에는 영향을 미치지 않는다.
상기 금속 나노와이어는 종횡비가 5 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 종횡비는 5 이상, 10 이상, 100 이상, 300 이상, 500 이상, 700 이상, 또는 720 이상인 것일 수 있고, 구체적으로, 상기 나노와이어의 종횡비는 5 내지 5000, 10 내지 5000, 100 내지 5000, 300 내지 5000, 500 내지 5000, 700 내지 5000, 또는 720 내지 5000인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 분산액 또는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 1종 이상의 나노소재를 포함하는 분산액을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 기판을 열처리 하는 단계;를 포함하는, 나노 박막의 제조 방법에 관한 것이다:
[화학식 1]
상기 식에서
는 바이페닐, 디페닐아민 또는 카바졸이고,
R1 및 R2는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소, -NR'R'', 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기이며, 여기서 R' 및 R''는, 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로, 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 대해서는 위에서 기술된 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 열처리 단계에서 열처리 온도는 20 내지 300℃일 수 있다.
상기 분산액의 제조에 사용되는 용매로는 이소프로필알코올, 물, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필글리콜, 펜타에리스리톨, 비닐알코올, 폴리비닐알코올, 및 이들의 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매 중에서 이소프로필알코올이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 나노 박막은 상기 분산액을 기판상에 코팅하는 단계; 및 열처리하는 단계;를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 코팅 단계에서 코팅은 바코팅, 스핀 코팅, 노즐 프린팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아 프린팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 전기수력학적 젯 프린팅, 전기분무, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 코팅은 바코팅에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 바코팅은 유연 전극을 제조할 때 쓰이는 전자소재들을 잉크화시켜 한 번의 도포를 이용하여 대면적 코팅할 수 있는 방법으로서, 고속으로 균일하게 코팅이 가능한 장점이 있다. 또한, 바코팅은 별도의 장비 없이 간단한 공정으로 코팅할 수 있으며, 기존 공정으로 코팅된 유연 전극에 비해 2 배 내지 10 배의 높은 성능을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열처리 단계에서 열처리는 20℃ 내지 300℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 열처리는 20℃ 내지 300℃, 20℃ 내지 290℃, 20℃ 내지 280℃, 20℃ 내지 270℃, 20℃ 내지 260℃, 20℃ 내지 250℃, 20℃ 내지 240℃, 20℃ 내지 230℃, 20℃ 내지 220℃, 20℃ 내지 210℃, 20℃ 내지 200℃, 20℃ 내지 190℃, 20℃ 내지 180℃, 20℃ 내지 170℃, 20℃ 내지 160℃, 20℃ 내지 150℃, 20℃ 내지 140℃, 20℃ 내지 130℃, 20℃ 내지 120℃, 20℃ 내지 110℃, 30℃ 내지 300℃, 30℃ 내지 290℃, 30℃ 내지 280℃, 30℃ 내지 270℃, 30℃ 내지 260℃, 30℃ 내지 250℃, 30℃ 내지 240℃, 30℃ 내지 230℃, 30℃ 내지 220℃, 30℃ 내지 210℃, 30℃ 내지 200℃, 30℃ 내지 190℃, 30℃ 내지 180℃, 30℃ 내지 170℃, 30℃ 내지 160℃, 30℃ 내지 150℃, 30℃ 내지 140℃, 30℃ 내지 130℃, 30℃ 내지 120℃, 30℃ 내지 110℃, 40℃ 내지 300℃, 40℃ 내지 290℃, 40℃ 내지 280℃, 40℃ 내지 270℃, 40℃ 내지 260℃, 40℃ 내지 250℃, 40℃ 내지 240℃, 40℃ 내지 230℃, 40℃ 내지 220℃, 40℃ 내지 210℃, 40℃ 내지 200℃, 40℃ 내지 190℃, 40℃ 내지 180℃, 40℃ 내지 170℃, 40℃ 내지 160℃, 40℃ 내지 150℃, 40℃ 내지 140℃, 40℃ 내지 130℃, 40℃ 내지 120℃, 40℃ 내지 110℃, 50℃ 내지 300℃, 50℃ 내지 290℃, 50℃ 내지 280℃, 50℃ 내지 270℃, 50℃ 내지 260℃, 50℃ 내지 250℃, 50℃ 내지 240℃, 50℃ 내지 230℃, 50℃ 내지 220℃, 50℃ 내지 210℃, 50℃ 내지 200℃, 50℃ 내지 190℃, 50℃ 내지 180℃, 50℃ 내지 170℃, 50℃ 내지 160℃, 50℃ 내지 150℃, 50℃ 내지 140℃, 50℃ 내지 130℃, 50℃ 내지 120℃, 50℃ 내지 110℃, 60℃ 내지 300℃, 60℃ 내지 290℃, 60℃ 내지 280℃, 60℃ 내지 270℃, 60℃ 내지 260℃, 60℃ 내지 250℃, 60℃ 내지 240℃, 60℃ 내지 230℃, 60℃ 내지 220℃, 60℃ 내지 210℃, 60℃ 내지 200℃, 60℃ 내지 190℃, 60℃ 내지 180℃, 60℃ 내지 170℃, 60℃ 내지 160℃, 60℃ 내지 150℃, 60℃ 내지 140℃, 60℃ 내지 130℃, 60℃ 내지 120℃, 60℃ 내지 110℃, 70℃ 내지 300℃, 70℃ 내지 290℃, 70℃ 내지 280℃, 70℃ 내지 270℃, 70℃ 내지 260℃, 70℃ 내지 250℃, 70℃ 내지 240℃, 70℃ 내지 230℃, 70℃ 내지 220℃, 70℃ 내지 210℃, 70℃ 내지 200℃, 70℃ 내지 190℃, 70℃ 내지 180℃, 70℃ 내지 170℃, 70℃ 내지 160℃, 70℃ 내지 150℃, 70℃ 내지 140℃, 70℃ 내지 130℃, 70℃ 내지 120℃, 70℃ 내지 110℃, 80℃ 내지 300℃, 80℃ 내지 290℃, 80℃ 내지 280℃, 80℃ 내지 270℃, 80℃ 내지 260℃, 80℃ 내지 250℃, 80℃ 내지 240℃, 80℃ 내지 230℃, 80℃ 내지 220℃, 80℃ 내지 210℃, 80℃ 내지 200℃, 80℃ 내지 190℃, 80℃ 내지 180℃, 80℃ 내지 170℃, 80℃ 내지 160℃, 80℃ 내지 150℃, 80℃ 내지 140℃, 80℃ 내지 130℃, 80℃ 내지 120℃, 80℃ 내지 110℃, 90℃ 내지 300℃, 90℃ 내지 290℃, 90℃ 내지 280℃, 90℃ 내지 270℃, 90℃ 내지 260℃, 90℃ 내지 250℃, 90℃ 내지 240℃, 90℃ 내지 230℃, 90℃ 내지 220℃, 90℃ 내지 210℃, 90℃ 내지 200℃, 90℃ 내지 190℃, 90℃ 내지 180℃, 90℃ 내지 170℃, 90℃ 내지 160℃, 90℃ 내지 150℃, 90℃ 내지 140℃, 90℃ 내지 130℃, 90℃ 내지 120℃, 90℃ 내지 110℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기판은 플라스틱 기판, 유리 기판, 실리콘 기판, 실리콘 옥사이드 기판, 테프론 필름 기판, 사파이어 기판, 질화물 기판, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET), 폴리 에테르술폰(PES), 폴리 에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 스티렌(PS), 폴리 이미드(PI), 폴리 에틸린(PE), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 플라스틱 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 나노 박막은 전기소자, 자기소자, 광학소자 및 센서소자 등에 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 나노 박막은 터치스크린, 휴대폰용 EL 키패드, 유기발광다이오드, 태양전지, 이차전지, 디스플레이, 광학필터, 전자차폐소자 등에 사용될 수 있다. 또한, 상기 나노 박막은 수분 및 산소 차단용 봉지막, 투명접착막으로도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 본 발명의 나노 박막, 및
상기 나노 박막의 상부면 또는 하부면에 형성된 무기 박막을 포함하는 복합 나노 박막에 관한 것이다.
상기 무기 박막은 산화물 및 질화물을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 박막은 유기물 층으로 구성된 유기 박막일 수 있으며, 상기 무기 박막은 산화물 및 질화물 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 박막에 대해서는 위에서 기술된 나노 박막에 관한 내용이 그대로 적용될 수 있다.
상기 산화물 또는 질화물로는 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 아연 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 질산화물, 실리콘 탄산화물 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 상기 나노 박막의 용도는 위에서 기술된 것과 동일하다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1 내지 3: 박막 형성용 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 화합물을 이소프로필알코올에 0.1wt%(실시예 1 및 2), 0.5wt%(실시예 3) 농도로 용해시켜서 박막 형성용 조성물을 제조하였다.
상기에서 제조된 박막 형성용 조성물을 PET(Polyethylene terephthalate) 기판 상에 40 mm/sec의 속도로 바코팅 하여 박막을 형성하였다. 상기 바코팅에 사용된 바코터는 길이 400 mm, 두께 6.35 mm였다. 상기 바코팅 이후 형성된 박막을 하기 표 1에 기재된 온도로 10 분간 열처리하여 박막을 형성하였다.
화합물 열처리 온도
실시예 1 Aminobiphenyl[4-] 50℃
실시예 2 Dimethoxy-9H-carbazole[3,6-] 120℃
실시예 3 Dimethoxydiphenylamine[4,4'-] 90℃
실시예 4 내지 6: 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물 포함 은 나노와이어 박막의 제조
폴리올 합성법을 통해 합성된 은 나노와이어(직경: 20 nm, 길이: ~20 μm) 분산액을 준비하였다. 상기 은 나노와이어 분산액에 이소프로필알코올 27 mL를 첨가하여 교반시킨 후, 3000 rpm으로 10 분 동안 원심분리시킨 후 용액을 제거하고, 다시 새로운 이소프로필알코올 10 mL에 분산시켰다. 상기 용매치환을 통해 은 나노와이어 분산액을 수득하였다.
상기 은 나노와이어 분산액 상에 하기 표 2의 화합물을 1wt%(실시예 4 및 5), 0.5wt%(실시예 6) 농도로 첨가하여 혼합하였다. 이어서, 상기 은 나노와이어 분산액을 PET 기판 상에 40 mm/sec의 속도로 바코팅하였다. 바코팅에 사용된 바코터는 길이 400 mm, 두께 6.35 mm였다. 바코팅 이후 형성된 혼합 박막을 하기 표 2에 기재된 온도로 10분간 열처리하여 나노와이어 필름을 제조하였다.
화합물 열처리 온도
실시예 4 Aminobiphenyl[4-] 50℃
실시예 5 Dimethoxy-9H-carbazole[3,6-] 120℃
실시예 6 Dimethoxydiphenylamine[4,4'-] 90℃
비교예 1: 나노와이어 박막의 제조
2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 나노와이어 박막을 제조하였다.
실험예 1: 나노 박막의 광투과도 평가
상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 나노 박막의 열처리 전/후의 UV-vis spectra의 변화를 측정하여 나노 박막의 광투과도를 평가하였다. 상기 광투과도 평가 결과는 하기 도 1 내지 도 3에 나타냈다.
하기 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 나노 박막이 형성된 PET 기판은 박막을 형성하지 않은 PET 기판과 비교하여 열처리 전에는 광투과도가 거의 동일한 수준이거나, 어느 정도 차이가 발생한 것으로 확인되었으나, 열처리 후에는 박막이 형성되지 않은 PET 기판과 거의 동일한 광투과도를 나타낸 것으로 확인되었다.
실험예 2: 나노 박막의 내구성 평가
상기 실시예 4 내지 실시예 6 및 비교예 1에서 제조된 은나노와이어 박막에 대하여 박리 테스트를 실시하였다.
구체적으로, 스카치 테이프를 사용하여 상기 노 박막에 대한 박리를 5회 실시하면서, 나노 박막의 면저항을 측정하여 나노 박막의 내구성을 평가하였다. 실험결과는 도 4 내지 도 7에 나타냈다.
하기 도 4에 나타낸 바와 같이, 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하지 않은 비교예 1의 나노 박막은 박리 횟수가 증가함에 따라 면저항이 비례적으로 증가한 것을 알 수 있다.
반면, 하기 도 5 내지 7에 나타낸 바와 같이, 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함한 실시예 4 내지 6의 나노 박막은 박리 횟수가 증가함에 따라 면저항이 증가하지 않거나 일부 증가하나, 증가 폭이 2개의 벤젠고리 및 아민기를 갖는 화합물을 포함하지 않은 나노와이어에 비하여 현저히 적었다. 이러한 결과는 박리에 의해 나노와이어가 거의 이탈되지 않은 것을 의미한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물; 및
    나노와이어, 나노입자, 나노튜브, 나노섬유, 및 나노로드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 나노 소재;를 포함하는 나노 박막으로서,
    상기 나노 박막은 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물에 의해 표면 개질된 상기 나노 소재가 기판상에 임베딩(embedding)된 구조를 가지며,
    상기 나노 박막은 단량체의 중합에 의해 형성된 중합체를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 박막:
    [화학식 1-1]

    [화학식 1-2]

    [화학식 1-3]
    .
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막은 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물과 1 종 이상의 나노 소재를 1 : 0.001~100의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 박막.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막은 20 내지 300℃의 온도로 열처리된 것을 특징으로 하는 나노 박막.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막은 투명한 박막인 것을 특징으로 하는 나노 박막.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막은 전기소자, 자기소자, 광학소자 및 센서소자 중에서 선택되는 1종 이상의 소자에 사용되는 것을 특징으로 하는 나노 박막.
  11. 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물과, 나노와이어, 나노입자, 나노튜브, 나노섬유, 및 나노로드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 나노 소재를 포함하는 분산액을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 기판을 열처리 하는 단계;를 포함하는 나노 박막의 제조 방법으로서,
    상기 나노 박막은 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3으로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물에 의해 표면 개질된 상기 나노 소재가 기판상에 임베딩(embedding)된 구조를 가지며,
    상기 나노 박막은 단량체의 중합에 의해 형성된 중합체를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 박막의 제조 방법:
    [화학식 1-1]

    [화학식 1-2]

    [화학식 1-3]
    .
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열처리 단계에서 열처리 온도는 20 내지 300℃인 특징으로 하는 나노 박막의 제조 방법.
  13. 제1항의 나노 박막, 및
    상기 나노 박막의 상부면 또는 하부면에 형성된 무기 박막을 포함하는 복합 나노 박막.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무기 박막은 산화물 및 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 나노 박막.
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