KR102642598B1 - Simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, and a transparent electrode structure manufactured through the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체를 개시한다. 본 발명은 기판을 세정하는 단계; 상기 세정된 기판 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하여 투명 전극 및 광열층을 동시에 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 투명 전극은 상기 기판 상에 적층된 상기 고분자 전해질 패턴 및 상기 금속 박막을 포함하며, 상기 광열층은 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a method for simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured through the same. The present invention includes the steps of cleaning a substrate; Forming a polymer electrolyte pattern on the cleaned substrate using polymer electrolyte ink; And simultaneously forming a transparent electrode and a photothermal layer by depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed, wherein the transparent electrode includes the polymer electrolyte pattern and the metal thin film stacked on the substrate. And, the photothermal layer is characterized in that it includes the metal thin film formed on the substrate.

Description

투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체{SIMULTANEOUS PATTERNING OF A TRANSPARENT ELECTRODE AND A PHOTOTHERMAL LAYER, AND A TRANSPARENT ELECTRODE STRUCTURE MANUFACTURED THROUGH THE SAME}Method for simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured thereby

본 발명은 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명은 시드층으로 사용되는 고분자 전해질 패턴을 형성한 다음, 고분자 전해질의 시드층 상에 금속 박막을 증착하는 공정을 통해 투명 전극과 광열층을 동시에 형성할 수 있는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured through the same. More specifically, the present invention relates to forming a polymer electrolyte pattern used as a seed layer and then forming a seed layer of the polymer electrolyte. It relates to a method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer that can simultaneously form a transparent electrode and a photothermal layer through a process of depositing a metal thin film thereon, and to a transparent electrode structure manufactured through the method.

학습, 판단 등의 복잡한 기능을 담당하는 뇌의 기능은 뇌신경 세포들 간의 상호 작용에 의해 구현된다. 이때 뇌신경 세포에서 전기적 신호가 발생한다. 미세 전극(micro electrode)을 뇌에 삽입하여 뇌신경 세포의 전기적 신호를 탐지하고 기록하여 분석하기 위한 다양한 시도들이 이루어져 왔다. 삽입 가능한 최초의 미세 전극은 1950년대에 사용되었으며, 텅스텐 와이어(tungsten wires) 및 스테인리스강 와이어(stainless steel wires)에 절연 물질을 코팅하고 와이어의 끝 부분만 노출하여 만든 단순한 구조의 단일 미세 전극을 사용하였다.The brain's functions, which are responsible for complex functions such as learning and judgment, are implemented by interactions between brain nerve cells. At this time, electrical signals are generated in brain nerve cells. Various attempts have been made to detect, record, and analyze electrical signals from brain nerve cells by inserting micro electrodes into the brain. The first implantable microelectrodes were used in the 1950s and used a simple single microelectrode made by coating tungsten and stainless steel wires with an insulating material and exposing only the ends of the wires. did.

신경 전극은 생체 내(in vivo) 또는 생체 외(in vitro)의 신경 인터페이스 분야에 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 신경 전극은 신경에 전기 자극을 제공하거나, 신경 신호를 측정하거나 기록하는데 이용될 수 있다.Nerve electrodes can be used in the field of neural interfaces in vivo or in vitro. More specifically, nerve electrodes can be used to provide electrical stimulation to nerves or to measure or record nerve signals.

신경전극 소재는 백금, 금, 텅스텐, 이리듐과 같은 금속 선으로 제작된 제1 세대 전극, 반도체 및 다중 어레이와 같은 제2 세대 전극, 나노 구조체로 표면 개질된 제3 세대 전극 등이 있다. 최근에는 제3 세대 전극에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 신경전극 소재에 대해서는 Muhammed K. Gheith, Adv. Mater. 2005, 17, 2663-2670을 참고할 수 있다.Nerve electrode materials include first-generation electrodes made of metal wires such as platinum, gold, tungsten, and iridium, second-generation electrodes such as semiconductors and multiple arrays, and third-generation electrodes surface-modified with nanostructures. Recently, research and development on third generation electrodes is actively underway. For nerve electrode materials, see Muhammed K. Gheith, Adv. Mater. Please refer to 2005, 17, 2663-2670.

신경 상태의 정확한 파악을 위해, 신경세포 단위로 신경 신호를 기록할 필요가 있다. 이를 구현하기 위해 신경 전극의 크기가 신경세포 크기(약 10㎛) 수준으로 소형화되고 있다. 그러나, 신경 전극이 소형화될수록 임피던스(신경전극의 낮은 잡음 신호를 의미) 및 열 잡음이 커져서 유효한 신경 신호의 측정 감도를 유지하기가 어려워지고 있다.To accurately identify neural conditions, it is necessary to record neural signals on a neuron-by-neuron basis. To implement this, the size of nerve electrodes is being miniaturized to the size of a nerve cell (about 10㎛). However, as nerve electrodes become smaller, impedance (meaning low noise signals from nerve electrodes) and thermal noise increase, making it difficult to maintain measurement sensitivity of effective nerve signals.

따라서, 신경 전극의 경우, 잡음(noise) 신호의 크기를 낮추기 위해 공통적인 특징으로 금속 및 ITO기반 산화물 전극 위에 전도성 고분자 및 다양한 재료의 추가적인 코팅을 진행하여, 금속 및 ITO기반 산화물 전극의 표면적을 증가시켜 전기화학적 임피던스(impedance)를 감소시켰다.Therefore, in the case of neural electrodes, additional coating of conductive polymers and various materials is performed on metal and ITO-based oxide electrodes as a common feature to reduce the size of noise signals, thereby increasing the surface area of metal and ITO-based oxide electrodes. This reduced the electrochemical impedance.

예를 들어, 종래에는 전도성 고분자, 특정 금속 (PtBk), 나노 구조체 등의 소재를 전극 위에 코팅하는 방법, 전기화학적 활성면적을 넓히기 위해 3,4-에틸렌디옥시티오펜과 폴리 (소듐 4-스티렌설폰산)을 증류수에 첨가한 PEDOT/PSS 용액을 전극 표면 위에 도금하여 전기화학적 성능을 개선시키는 기술 또는 산화된 Ir층을 갖는 Ir 나노박막을 전극 위에 증착함으로서 향상된 전하 투입을 통한 전기화학적 성능을 개선하는 기술들이 연구되고 있다.For example, conventional methods include coating materials such as conductive polymers, specific metals (PtBk), and nanostructures on electrodes, and using 3,4-ethylenedioxythiophene and poly(sodium 4-styrenesulphenyl) to expand the electrochemical active area. A technology to improve electrochemical performance by plating a PEDOT/PSS solution added to distilled water on the electrode surface, or a technology to improve electrochemical performance through improved charge injection by depositing an Ir nanothin film with an oxidized Ir layer on the electrode. Technologies are being researched.

그러나, 이러한 기술들은 금속 및 ITO기반 산화물 전극의 표면에 코팅을 진행하기 때문에 기존 전극의 물리적/화학적 특성 변화(예; 투명도 감소; 도포 시간의 증가에 따라 전극의 투명도가 저하되어 전기화학적 성능과 투명도의 상충관계가 존재) 및 수십 μm 크기의 미세 전극 위에만 선택적으로 새로운 재료를 코팅 해야 하는 공정 복잡성을 갖는 문제가 있다.However, since these technologies coat the surface of metal and ITO-based oxide electrodes, the physical/chemical properties of existing electrodes change (e.g., decreased transparency; as the coating time increases, the transparency of the electrode decreases, affecting electrochemical performance and transparency. There is a problem with the process complexity of having to selectively coat new materials only on microelectrodes that are tens of μm in size.

따라서, 기존 신경전극의 물리적/화학적 특성 변화를 감소시키는 동시에 공정을 최소화하여 임피던스(신경전극의 낮은 잡음 신호를 의미) 및 열 잡음을 감소시켜 유효한 신경 신호의 측정 감도를 유지시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a technology that can maintain measurement sensitivity of valid nerve signals by reducing impedance (meaning low noise signal of nerve electrodes) and thermal noise by minimizing the process while reducing changes in physical/chemical properties of existing nerve electrodes. It is becoming.

대한민국 공개특허 제10-2020-0114078호, "생체 신호 측정용 신경전극 및 그 제조방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0114078, “Nerve electrode for measuring biological signals and method of manufacturing the same” 대한민국 공개특허 제10- 2020-0016102호, "뇌 심부 자극 투명 전극 어레이 및 이를 이용한 신경 신호 검출 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0016102, “Deep brain stimulation transparent electrode array and method of detecting nerve signals using the same” 대한민국 공개특허 제10- 2016-0107527호, "신경 전극의 표면 개질 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0107527, “Method for modifying surface of nerve electrode”

본 발명의 실시예는 기판 상에 고분자 전해질 패턴을 형성한 다음, 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하는 공정을 통해 패터닝된 투명 전극과 광열층을 동시에 형성할 수 있는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is a transparent electrode and photothermal device that can simultaneously form a patterned transparent electrode and a photothermal layer through a process of forming a polymer electrolyte pattern on a substrate and then depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed. The object is to provide a method for simultaneous patterning of layers and a transparent electrode structure manufactured through the method.

본 발명의 실시예는 기판 상에 형성되는 고분자 전해질 패턴을 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층이 순차적으로 형성된 다층 고분자 전해질층으로 형성하여 투명 전극의 투명도 및 전기전도도를 향상시킬 수 있는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체를 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, the polymer electrolyte pattern formed on the substrate is formed as a multilayer polymer electrolyte layer in which an anionic polymer electrolyte layer and a cationic polymer electrolyte layer are sequentially formed, thereby improving the transparency and electrical conductivity of the transparent electrode. The aim is to provide a method for simultaneous patterning of an electrode and a photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured through the same.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판을 세정하는 단계; 상기 세정된 기판 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하여 투명 전극 및 광열층을 동시에 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 투명 전극은 상기 기판 상에 적층된 상기 고분자 전해질 패턴 및 상기 금속 박막을 포함하며, 상기 광열층은 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막을 포함한다.A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention includes the steps of cleaning a substrate; Forming a polymer electrolyte pattern on the cleaned substrate using polymer electrolyte ink; And simultaneously forming a transparent electrode and a photothermal layer by depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed, wherein the transparent electrode includes the polymer electrolyte pattern and the metal thin film stacked on the substrate. And, the photothermal layer includes the metal thin film formed on the substrate.

상기 투명 전극에 형성된 상기 금속 박막은 상기 고분자 전해질 패턴에 의해 전도성(conductivity)을 갖고, 상기 광열층에 형성된 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성(non-conductivity)을 가질 수 있다.The metal thin film formed on the transparent electrode may have conductivity due to the polymer electrolyte pattern, and the metal thin film formed on the photothermal layer may be formed in an island shape on the substrate and have non-conductivity. there is.

상기 세정된 기판 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴을 형성하는 단계는, 상기 고분자 전해질 패턴을 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 형성할 수 있다.In the step of forming a polymer electrolyte pattern using a polymer electrolyte ink on the cleaned substrate, the polymer electrolyte pattern may be formed using an inkjet printing method.

상기 고분자 전해질 잉크는 고분자 전해질, 염화나트륨(NaCl) 및 용매를 포함할 수 있다.The polymer electrolyte ink may include a polymer electrolyte, sodium chloride (NaCl), and a solvent.

상기 고분자 전해질 패턴은, 음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 가질 수 있다(n은, 2 내지 20이다).The polymer electrolyte pattern is formed by repeatedly stacking an anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and a cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) to form a (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer) n structure or ( Cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer) may have an n structure (n is 2 to 20).

상기 양이온성 고분자 전해질층은 폴리(알릴아민 수화염화물)(PAH), 폴리에틸렌이민(PEI) 및 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(PolyDADMAC) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The cationic polymer electrolyte layer may include at least one of poly(allylamine hydrated chloride) (PAH), polyethyleneimine (PEI), and poly(diallyldimethylammonium chloride) (PolyDADMAC).

상기 음이온성 고분자 전해질층은 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판-술폰 산)(PolyAMPS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The anionic polymer electrolyte layer may include at least one of polyacrylic acid (PAA), polystyrenesulfonate (PSS), and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propane-sulfonic acid) (PolyAMPS). there is.

상기 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하여 투명 전극 및 광열층을 동시에 형성하는 단계는, 상기 금속 박막을 물질 기상 증착(PVD) 방법으로 형성할 수 있다.In the step of simultaneously forming a transparent electrode and a photothermal layer by depositing a metal thin film on a substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed, the metal thin film may be formed by a material vapor deposition (PVD) method.

상기 금속 박막의 두께는 1nm 내지 6nm일 수 있다.The thickness of the metal thin film may be 1 nm to 6 nm.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 기판 상에 제1항에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법에 의해 형성된 투명 전극 및 광열층을 포함하고, 상기 투명 전극은 상기 기판 상에 적층된 고분자 전해질 패턴 및 금속 박막을 포함하며, 상기 광열층은 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막을 포함할 수 있다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention includes a transparent electrode and a photothermal layer formed by the simultaneous patterning method of the transparent electrode and the photothermal layer according to claim 1 on a substrate, and the transparent electrode is laminated on the substrate. It includes a polymer electrolyte pattern and a metal thin film, and the photothermal layer may include the metal thin film formed on the substrate.

상기 투명 전극에 형성된 상기 금속 박막은 상기 고분자 전해질 패턴에 의해 전도성(conductivity)을 갖고, 상기 광열층에 형성된 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성(non-conductivity)을 가질 수 있다.The metal thin film formed on the transparent electrode may have conductivity due to the polymer electrolyte pattern, and the metal thin film formed on the photothermal layer may be formed in an island shape on the substrate and have non-conductivity. there is.

상기 고분자 전해질 패턴은, 음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 가질 수 있다(n은, 2 내지 20이다).The polymer electrolyte pattern is formed by repeatedly stacking an anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and a cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) to form a (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer) n structure or ( Cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer) may have an n structure (n is 2 to 20).

상기 금속 박막의 두께는 1nm 내지 6nm일 수 있다.The thickness of the metal thin film may be 1 nm to 6 nm.

상기 투명 전극은 상기 기판의 상하부 및 상기 광열층에서 발생하는 열을 측정하는 저항온도센서일 수 있다.The transparent electrode may be a resistance temperature sensor that measures heat generated in the upper and lower portions of the substrate and the photothermal layer.

상기 투명 전극 구조체는 약물방출용 스마트 밴드, 온도 모니터링 디바이스 및 PCR 키트 중 적어도 어느 하나에 포함될 수 있다.The transparent electrode structure may be included in at least one of a smart band for drug release, a temperature monitoring device, and a PCR kit.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 상에 고분자 전해질 패턴을 형성한 다음, 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하는 공정을 통해 패터닝된 투명 전극과 광열층을 동시에 형성할 수 있는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a transparent electrode capable of simultaneously forming a patterned transparent electrode and a photothermal layer through a process of forming a polymer electrolyte pattern on a substrate and then depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed. And a method of simultaneous patterning of the photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured through the same can be provided.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 상에 형성되는 고분자 전해질 패턴을 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층이 순차적으로 형성된 다층 고분자 전해질층으로 형성하여 투명 전극의 투명도 및 전기전도도를 향상시킬 수 있는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법 및 이를 통하여 제조된 투명 전극 구조체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparency and electrical conductivity of the transparent electrode can be improved by forming the polymer electrolyte pattern formed on the substrate as a multilayer polymer electrolyte layer in which an anionic polymer electrolyte layer and a cationic polymer electrolyte layer are sequentially formed. A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer and a transparent electrode structure manufactured through the method can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 약물방출용 스마트밴드 및 온도 모니터링 디바이스를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 간단, 신속 PCR 키트 및 온도 모니터링 디바이스를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 광열층(1) 및 투명 전극(2)의 주사전자현미경(SEM) 측정 결과를 도시한 이미지이다.
도 6은 고분자 전해질 잉크 상에 NaCl의 첨가 유무에 따른 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 투명 전극의 면저항 차이를 도시한 그래프이고, 도 7은 고분자 전해질 패턴의 모양에 따른 투명 전극의 면저항 차이를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 고분자 전해질 패턴의 두께에 따른 투명 전극의 투명도를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 레이저 조사 시간 및 레이저 파워 밀도에 따른 광열층의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 도시한 이미지이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서로의 작동 가능성 분석하기 위한 것으로, 도 10 및 도 11은 저항온도계수(Temperature coefficient of resistance) 값의 선형성과 그 평균값을 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서(RTD)와 IR 카메라로 측정한 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서 기반 광열층의 열퍼짐 측정 분석 결과를 도시한 것으로, 도 15는 직접(Direct), 도 16은 간접(indirect), 도 17은 보다 간접(more indirect) 조건에 따른 광열층 온도 변화를 저항온도센서로 센싱한 결과를 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 이용한 세포이미징 결과를 도시한 이미지이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view showing a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a photothermal effect-based drug release smart band and temperature monitoring device including a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a simple, rapid PCR kit and temperature monitoring device based on the photothermal effect including a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an image showing the results of scanning electron microscopy (SEM) measurement of the photothermal layer (1) and the transparent electrode (2) of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the difference in sheet resistance of the transparent electrode of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention depending on the presence or absence of NaCl added to the polymer electrolyte ink, and Figure 7 is a graph showing the difference in sheet resistance according to the shape of the polymer electrolyte pattern. This is a graph showing the difference in sheet resistance of electrodes.
Figure 8 is a graph showing the transparency of the transparent electrode according to the thickness of the polymer electrolyte pattern of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the temperature change of the photothermal layer according to the laser irradiation time and laser power density of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.
10 and 11 are images showing a transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.
Figures 12 and 13 are for analyzing the operability of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention as a resistance temperature sensor, and Figures 10 and 11 show the linearity of the temperature coefficient of resistance value. This is a graph showing the average value.
Figure 14 is a graph showing the temperature change measured by a resistance temperature sensor (RTD) and an IR camera of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.
Figures 15 to 17 show the results of heat spread measurement analysis of the resistance temperature sensor-based photothermal layer of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention, Figure 15 is direct, Figure 16 is indirect ( indirect), Figure 17 is a graph showing the results of sensing the light thermal layer temperature change according to more indirect conditions with a resistance temperature sensor.
Figure 18 is an image showing the results of cell imaging using the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components or steps.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” etc. should be construed to mean that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It's not like that.

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Additionally, the term 'or' means an inclusive OR 'inclusive or' rather than an exclusive OR 'exclusive or'. That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used in this specification and claims, the singular expressions “a” or “an” generally mean “one or more,” unless otherwise indicated or it is clear from the context that the singular refers to singular forms. It should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be different terms depending on technological developments and/or changes, customs, technicians' preferences, etc. Accordingly, the terms used in the description below should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as illustrative terms for describing embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the detailed meaning will be described in the relevant description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the overall content of the specification, not just the name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terminology used in this specification is a term used to appropriately express the embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the user or operator or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 도시한 단면도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view showing a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110)을 세정하는 단계(S110), 세정된 기판(110) 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴(120)을 형성하는 단계(S120) 및 고분자 전해질 패턴(120)이 형성된 기판(110) 상에 금속 박막(130)을 증착하여 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 동시에 형성하는 단계(S130)를 포함한다.The method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention includes cleaning the substrate 110 (S110), and forming a polymer electrolyte pattern 120 on the cleaned substrate 110 using a polymer electrolyte ink. It includes a forming step (S120) and a step (S130) of simultaneously forming a transparent electrode 141 and a photothermal layer 142 by depositing a metal thin film 130 on the substrate 110 on which the polymer electrolyte pattern 120 is formed. do.

종래의 투명 전극 형성 방법의 경우, 기판 상에 금속 박막을 패터닝한 다음, 별도의 후처리를 진행하여야 하고, 투명 전극과 광열층을 패터닝하기 위해서는 투명 전극을 포토 리소그래피를 이용하여 패터닝하며, 광열층을 패터닝하는 별도의 공정을 진행하여 하기 때문에 공정이 단계적 복잡성을 갖는 문제가 있었다.In the case of the conventional transparent electrode formation method, a metal thin film must be patterned on a substrate and then separate post-processing must be performed. In order to pattern the transparent electrode and the photothermal layer, the transparent electrode is patterned using photolithography, and the photothermal layer is patterned using photolithography. Because a separate process for patterning was performed, there was a problem with the process having step-by-step complexity.

또한, 종래의 투명 전극 형성 방법의 경우, 면저항 개선의 핵심 수행단계가 소결을 통해 진행되기에, 플렉서블 기판 등 소결점이 낮은 기판에 대한 물리적, 화학적 변화를 일으킬 수 있어 기판의 종류가 제한적이다.In addition, in the case of the conventional transparent electrode formation method, the key performance step for improving sheet resistance is sintering, which can cause physical and chemical changes in substrates with low sintering points, such as flexible substrates, and the types of substrates are limited.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110) 상에 잉크젯 공정을 이용하여 고분자 전해질 패턴(120)을 형성한 다음, 고분자 전해질 패턴(120)이 형성된 기판(110) 상에 금속 박막(130)을 증착하는 공정을 통해 간단하고 적은 수의 공정 단계로 투명성 및 전도도가 향상된 투명 전극(141)과 광열층(142)을 동시에 형성할 수 있다.However, the simultaneous patterning method of the transparent electrode and the photothermal layer according to an embodiment of the present invention forms the polymer electrolyte pattern 120 using an inkjet process on the substrate 110, and then forms the polymer electrolyte pattern 120 on the substrate. Through the process of depositing the metal thin film 130 on (110), the transparent electrode 141 and the photothermal layer 142 with improved transparency and conductivity can be formed simultaneously with a simple and small number of process steps.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 종래의 공정보다 훨씬 간단하고 적은 수의 공정 단계로 고성능의 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 동시에 형성할 수 있다.That is, the simultaneous patterning method of the transparent electrode and the photothermal layer according to the embodiment of the present invention is much simpler than the conventional process and can simultaneously form the high-performance transparent electrode 141 and the photothermal layer 142 with a small number of process steps. there is.

또한, 투명 전극(141) 제조에 있어 추가적인 열처리 및 후처리 공정이 필요하지 않기에, 소결점이 낮은 기판(110) 및 화학적 성분에 민감한 기판(110)들에 범용적으로 사용 가능하다.In addition, since additional heat treatment and post-treatment processes are not required in manufacturing the transparent electrode 141, it can be universally used for substrates 110 with a low sintering point and substrates 110 sensitive to chemical components.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110)을 세정하는 단계(S110)를 진행한다.First, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention proceeds with a step (S110) of cleaning the substrate 110.

기판(110)은 실리콘, 유리, 사파이어 또는 투명 폴리머 기판이 사용될 수 있고, 투명 폴리머 기판은, 스틸렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(poly(ethylenenaphthalate) 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에테르술폰(poly(ether sulfone)) 및 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The substrate 110 may be made of silicon, glass, sapphire, or a transparent polymer substrate. The transparent polymer substrate may be made of styrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, or polyethylene terephthalate ( It may contain at least one of polyetheylene terephtalate, poly(ethylenenaphthalate), polyphthalate carbonate, polyurethane, poly(ether sulfone), and polyimide. there is.

또한, 기판(110)은 기계적으로 가요성(Flexibility)을 나타내어 장치에 균열, 분열 또는 다른 손상을 주지 않으면서 대뇌 피질의 표면과 같은 조직에 부합할 수 있다.Additionally, the substrate 110 is mechanically flexible and can conform to tissue, such as the surface of the cerebral cortex, without cracking, splitting, or causing other damage to the device.

또한, 기판(110)은 투명한 생체적합성 유전 재료로 형성될 수 있다. 생체적합성(Biocompatible)이란 재료가 인근 조직의 흉터에 해롭지 않거나 자극을 주지 않거나, 이식 되어야 하는 생체 조직의 특성에서 의도된 기능을 저하시키지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 기판(110)은 전체가 투명하고 생체적합성 재료로 형성될 수 있으나, 필요에 따라 부분적으로 불투명하거나 비생체적합성 재료를 포함할 수 있다.Additionally, substrate 110 may be formed of a transparent, biocompatible dielectric material. Biocompatible means that the material does not harm or irritate scarring of nearby tissues or degrade the intended function of the biological tissue to which it is to be implanted. Additionally, the substrate 110 may be entirely transparent and made of a biocompatible material, but may be partially opaque or include a non-biocompatible material as needed.

생체적합성 유전 재료는 패릴린 (Parylene C), 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산 (PDMS), 폴리에스테르 (PET), 폴리이미드 (PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리에테르이미드 (PEI) 및 이들의 공중합체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Biocompatible dielectric materials include parylene (Parylene C), polyethylene, polydimethylsiloxane (PDMS), polyester (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), polyetherimide (PEI) and their copolymers. It may include at least one of the combinations.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정을 생략할 수 있고, 투명 전극(141)의 전기적 특성을 향상시키기 위한 소결 공정이 생략되거나 잉크젯 프린팅 방법을 통해 낮은 온도에서 공정이 가능하기 때문에 플렉서블 기판 등 소결점이 낮은 기판의 사용이 가능하여, 기판(110)이 제한적이지 않다.The method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention can omit the photolithography process for forming the transparent electrode 141 and the photothermal layer 142, and can improve the electrical properties of the transparent electrode 141. Since the sintering process for improvement is omitted or the process is possible at a low temperature through an inkjet printing method, it is possible to use a substrate with a low sintering point, such as a flexible substrate, and the substrate 110 is not limited.

세정 공정은 기판(110)을 세정하기 위해 세정제, 아세톤 및 이소프로판올(IPA) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 세정한 후, 건조시킴으로써 잔류 용매를 제거할 수 있다.In the cleaning process, the substrate 110 may be cleaned using at least one of a detergent, acetone, and isopropanol (IPA), and then dried to remove residual solvent.

실시예에 따라, 세정 공정은 기판(110)을 아세톤 및 IPA에 각각 침지시킨 상태에서 초음파를 인가한 후 세척하고, 이어서 질소 분위기에서 건조시킬 수 있다.Depending on the embodiment, the cleaning process may be performed by applying ultrasonic waves while immersing the substrate 110 in acetone and IPA, respectively, and then cleaning the substrate 110 in a nitrogen atmosphere.

기판(110)은 세정 공정에 의해 정전기로 인한 표면 먼저가 제거될 뿐만 아니라 기판(110) 표면이 친수화되어 접촉각을 감소시킬 수 있다.Through the cleaning process, not only are the surface scratches of the substrate 110 caused by static electricity removed, but the surface of the substrate 110 becomes hydrophilic, thereby reducing the contact angle.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110)으로 산소 플라즈마(O2 Plasma) 또는 자외선-오존(UV Ozone)을 이용하여 표면 처리할 수 있다.Depending on the embodiment, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention can surface treat the substrate 110 using oxygen plasma (O 2 Plasma) or ultraviolet rays-ozone (UV Ozone). .

표면 처리는 기판(110)을 산소 플라즈마(O2 Plasma) 또는 자외선-오존(UV Ozone)에 의해 기판(110)의 표면이 클리닝 및 친수성기 형성 등의 표면 개질이 진행될 수 있다.Surface treatment may be performed by cleaning the surface of the substrate 110 and forming hydrophilic groups by using oxygen plasma (O 2 Plasma) or ultraviolet ozone (UV Ozone).

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 산소 플라즈마(O2 Plasma) 또는 자외선-오존(UV Ozone)에 의해 표면 처리된 기판(110)을 사용함으로써, 기판(110)과 고분자 전해질 패턴(120) 간의 접합 특성이 향상될 수 있다.The method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention uses a substrate 110 whose surface has been treated with oxygen plasma (O 2 Plasma) or ultraviolet ozone (UV Ozone), Bonding characteristics between the polymer electrolyte patterns 120 may be improved.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110)이 고분자 전해질 패턴(120)과의 접합 특성이 향상됨으로써, 금속 박막(130)과의 접착력 또한 향상될 수 있다.Therefore, the simultaneous patterning method of the transparent electrode and the photothermal layer according to the embodiment of the present invention improves the bonding characteristics of the substrate 110 with the polymer electrolyte pattern 120, so that the adhesion with the metal thin film 130 can also be improved. there is.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110) 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴(120)을 형성하는 단계(S120)를 진행한다.The simultaneous patterning method of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention proceeds with the step (S120) of forming a polymer electrolyte pattern 120 using polymer electrolyte ink on the substrate 110.

고분자 전해질 패턴(230)은 잉크젯(inkjet) 프린팅 방법으로 형성될 수 있다.The polymer electrolyte pattern 230 may be formed using an inkjet printing method.

잉크젯 프린팅 방법은 잉크젯 장비를 이용하여 고분자 전해질 잉크를 기판(110) 상에 분사하여 패턴을 형성하는 기술로, 비용절감과 공정 단순화가 가능하다. 또한, 잉크젯 프린팅 방법의 장점인 저온 공정이 가능하기에, 다양한 유연소자 제작에 적용 가능하다.The inkjet printing method is a technology that forms a pattern by spraying polymer electrolyte ink onto the substrate 110 using inkjet equipment, enabling cost reduction and process simplification. In addition, since low-temperature processing is possible, which is an advantage of the inkjet printing method, it can be applied to the production of various flexible devices.

더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 고분자 전해질 패턴(230)을 형성하기 때문에, 용액공정을 이용하여 고분자 전해질 패턴(120)을 형성할 수 있어, 낮은 단가와 대면적 공정에도 용이하다.Moreover, since the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention forms the polymer electrolyte pattern 230 using an inkjet printing method, the polymer electrolyte pattern 120 can be formed using a solution process. Therefore, it is easy to use for low unit costs and large-area processes.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 간단한 공정 프로세스를 기반으로 저항온도센서로 작용할 수 있는 투명 전극(141)과 광열층(142)을 동시에 형성할 수 있다.Therefore, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention can simultaneously form a transparent electrode 141 and a photothermal layer 142 that can act as a resistance temperature sensor based on a simple process.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 잉크젯 프린팅 방법을 이용하기 때문에 포토마스크 없이 원하는 모양의 고분자 전해질 패턴(120)을 손쉽게 변경하여 제작할 수 있기 때문에 패턴 확장성이 가능하여, 다양한 형상의 고분자 전해질 패턴(120)을 제한없이 제조할 수 있다. 특히, 웨어러블 디바이스용 전극 및 신경 전극을 제작하고자 할 때, 환자 맞춤형 제작에 적합한 공정 기술이며 대면적 공정 역시 쉽게 수행할 수 있다.In addition, since the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention uses an inkjet printing method, the polymer electrolyte pattern 120 of the desired shape can be easily changed and produced without a photomask, so the pattern can be expanded. Possibly, the polymer electrolyte pattern 120 of various shapes can be manufactured without limitation. In particular, when trying to manufacture electrodes and nerve electrodes for wearable devices, it is a process technology suitable for customized manufacturing for patients, and large-area processes can also be easily performed.

고분자 전해질 잉크는 고분자 전해질, 염화나트륨(NaCl) 및 용매를 포함할 수 있다.Polyelectrolyte ink may include a polymer electrolyte, sodium chloride (NaCl), and a solvent.

고분자 전해질은 양이온성 고분자 전해질 및 음이온성 고분자 전해질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 양이온성 고분자 전해질은 폴리(알릴아민 수화염화물)(PAH), 폴리에틸렌이민(PEI) 및 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(PolyDADMAC) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 음이온성 고분자 전해질은 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판-술폰 산)(PolyAMPS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer electrolyte may include at least one of a cationic polymer electrolyte and an anionic polymer electrolyte, and the cationic polymer electrolyte may include poly(allylamine hydrated chloride) (PAH), polyethyleneimine (PEI), and poly(diallyldimethylammonium). chloride) (PolyDADMAC), and the anionic polymer electrolyte is polyacrylic acid (PAA), polystyrene sulfonate (PSS), and poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propane-sulfone). It may contain at least one of acid) (PolyAMPS).

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110)의 표면이 양전하를 띄는 경우, 고분자 전해질 잉크에 음이온성 고분자 전해질을 포함하여, 기판(110)과 고분자 전해질 패턴(120) 간의 결합을 강화시킬 수 있다.According to an embodiment, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention includes an anionic polymer electrolyte in the polymer electrolyte ink when the surface of the substrate 110 is positively charged, and the substrate 110 It is possible to strengthen the bond between and the polymer electrolyte pattern 120.

반면에, 기판(110) 표면이 음전하를 띄는 경우, 고분자 전해질 잉크에 양이온성 고분자 전해질을 포함하여, 기판(110)과 고분자 전해질 패턴(120) 간의 결합을 강화시킬 수 있다.On the other hand, when the surface of the substrate 110 has a negative charge, the bond between the substrate 110 and the polymer electrolyte pattern 120 can be strengthened by including a cationic polymer electrolyte in the polymer electrolyte ink.

용매는 탈이온수(DI Water), 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올 부탄올, 아세톤, 디메틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol), DMF(dimethylformamide), 옥탄올(Octanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 테트라데칸(tetradecane), 펜탄올(pentanol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 아세트산(acetic acid), 디에틸아민(diethylamine) 및 트리에틸아민(triethylamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Solvents include deionized water (DI Water), methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol butanol, acetone, dimethyl ketone, methyl ethyl ketone, 2-methoxyethanol, DMF (dimethylformamide), and octanol. , ethoxy ethanol, tetradecane, pentanol, dipropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol, acetic acid, diethylamine. It may include at least one of (diethylamine) and triethylamine.

바람직하게는, 용매는 고분자 전해질 특성 및 고분자 전해질 잉크의 점도 및 표면장력 조건에 따라 제1 용매 및 제2 용매가 배합된 공용매(Co-solvent)가 사용될 수 있다.Preferably, the solvent may be a co-solvent in which a first solvent and a second solvent are mixed depending on the characteristics of the polymer electrolyte and the viscosity and surface tension conditions of the polymer electrolyte ink.

보다 구체적으로, 제1 용매는 점도가 높은(10cPs 이상) 특성을 갖는 용매이고, 제2 용매는 점도가 낮으며, 제1용매와는 반응도가 낮은 극성을 갖는 용매일 수 있다.More specifically, the first solvent may be a solvent with high viscosity (10 cPs or more), and the second solvent may be a polar solvent with low viscosity and low reactivity with the first solvent.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 제1 용매의 비율이 증가되면 점도가 증가할 수 있고, 제2 용매의 비율이 증가되면 점도가 감소 할 수 있으므로, 제1 용매와 제2 용매의 함량비를 조절하여 노즐로부터 잉크를 사출할 수 있는 적정범위의 점도(예; 6 cPs 내지 20cPs)를 제어할 수 있다.Therefore, in the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, the viscosity may increase when the ratio of the first solvent is increased, and the viscosity may decrease when the ratio of the second solvent is increased. By adjusting the content ratio of the first solvent and the second solvent, the viscosity in an appropriate range for injecting ink from the nozzle (eg, 6 cPs to 20 cPs) can be controlled.

바람직하게는, 제1 용매 및 제2 용매의 함량비는(부피비) 70:30 내지 50:50일 수 있다.Preferably, the content ratio (volume ratio) of the first solvent and the second solvent may be 70:30 to 50:50.

예를 들어, 제1 용매는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)이 바람직하며, 제2 용매는 탈이온수(DI Water) 및 아세톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, the first solvent is preferably ethylene glycol, and the second solvent may include at least one of deionized water (DI Water) and acetone.

고분자 전해질 잉크는 염화나트륨(NaCl)을 포함하여 이온의 응집력이 향상될 수 있다.Polymer electrolyte ink contains sodium chloride (NaCl), which can improve the cohesion of ions.

또한, 염화나트륨은 긴 길이의 구조로 인해 꼬인 구조로 존재할 수 있는 고분자 전해질이 길게 펴지게 하여 고분자 전해질의 코팅 균일성을 향상시킬 수 있다.In addition, sodium chloride can improve the coating uniformity of the polymer electrolyte by stretching the polymer electrolyte, which can exist in a twisted structure, due to its long structure.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 시드층으로 고분자 전해질 패턴(120)을 사용함으로써, 고분자 전해질 패턴(120) 계면의 우수성으로 인해 후속 증착되는 금속 박막(130)이 매우 얇더라도 금속 간의 응집을 방지하여 금속 박막(130)이 고분자 전해질 패턴(120) 상에 균일하게 박막 형태로 형성될 수 있다.The method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention uses the polymer electrolyte pattern 120 as a seed layer, so that the subsequently deposited metal thin film 130 is formed due to the superiority of the interface of the polymer electrolyte pattern 120. Even if it is very thin, the metal thin film 130 can be formed uniformly in the form of a thin film on the polymer electrolyte pattern 120 by preventing cohesion between metals.

실시예에 따라, 고분자 전해질 패턴(120)은 음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 가질 수 있다(n은, 2 내지 20이다).Depending on the embodiment, the polymer electrolyte pattern 120 is formed by repeatedly stacking an anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and a cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer) It may have a layer)n structure or a (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure (n is 2 to 20).

따라서, 고분자 전해질 패턴(120)은 음이온성 고분자 전해질층 단층 구조, 양이온성 고분자 전해질층의 단층 구조, 두 종류 층이 교차하여 반복 적층된 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조 (n은, 1 내지 20이다)를 가질 수 있다.Therefore, the polymer electrolyte pattern 120 has a single-layer structure of an anionic polymer electrolyte layer, a single-layer structure of a cationic polymer electrolyte layer, and a (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer) structure in which two types of layers are alternately stacked repeatedly. Alternatively, it may have a (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure (n is 1 to 20).

(음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 갖는 고분자 전해질 패턴(120)의 적층 횟수(n)은 2 이상의 정수일 수 있고, 적층 횟수(n)가 2 미만이면 코팅의 균일성이 감소되어 고분자 전해질 패턴(120)의 적용 효과가 감소되는 문제가 있다.The number of stacks (n) of the polymer electrolyte pattern 120 having the (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or the (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure may be an integer of 2 or more. In addition, if the number of stacks (n) is less than 2, the uniformity of the coating is reduced, which reduces the effect of applying the polymer electrolyte pattern 120.

바람직하게는, (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 갖는 고분자 전해질 패턴(120)의 적층 횟수(n)은 2 내지 20일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 4 내지 6일 수 있다.Preferably, the number (n) of stacking of the polymer electrolyte pattern 120 having the (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or the (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure is It may be 2 to 20, and more preferably, it may be 4 to 6.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 기판(110) 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴(120)을 형성하는 단계(S120)를 적어도 2회 이상 반복 수행하여 고분자 전해질 패턴(120)이 적층 구조를 가질 수 있다.Therefore, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention repeats the step (S120) of forming a polymer electrolyte pattern 120 using a polymer electrolyte ink on the substrate 110 at least twice or more. By performing this, the polymer electrolyte pattern 120 may have a stacked structure.

또한, 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층이 교차하여 반복 적층된 고분자 전해질 패턴(120)을 사용함으로써, 투명 전극(141)의 투명도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.Additionally, by using a polymer electrolyte pattern 120 in which an anionic polymer electrolyte layer and a cationic polymer electrolyte layer are alternately stacked, transparency and electrical conductivity of the transparent electrode 141 can be improved.

양이온성 고분자 전해질층은 폴리(알릴아민 수화염화물)(PAH), 폴리에틸렌이민(PEI) 및 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(PolyDADMAC) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The cationic polymer electrolyte layer may include at least one of poly(allylamine hydrated chloride) (PAH), polyethyleneimine (PEI), and poly(diallyldimethylammonium chloride) (PolyDADMAC).

음이온성 고분자 전해질층은 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판-술폰 산)(PolyAMPS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The anionic polymer electrolyte layer may include at least one of polyacrylic acid (PAA), polystyrenesulfonate (PSS), and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propane-sulfonic acid) (PolyAMPS). .

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 고분자 전해질 패턴(120)이 형성된 기판(110) 상에 금속 박막(130)을 증착하여 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 동시에 형성하는 단계(S130)를 진행한다.The simultaneous patterning method of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention deposits a metal thin film 130 on the substrate 110 on which the polymer electrolyte pattern 120 is formed to form the transparent electrode 141 and the photothermal layer 142. A step (S130) of simultaneously forming is performed.

고분자 전해질 패턴(120)이 형성된 기판(110) 상에 금속 박막(120)을 증착하여 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 동시에 형성하는 단계는, 금속 박막(130)을 물리 기상 증착(PVD) 방법으로 형성할 수 있다.The step of simultaneously forming the transparent electrode 141 and the photothermal layer 142 by depositing the metal thin film 120 on the substrate 110 on which the polymer electrolyte pattern 120 is formed is a process of forming the metal thin film 130 by physical vapor deposition ( It can be formed using the PVD) method.

물리 기상 증착(PVD) 방법은 증발(Evaporator)나 스퍼터(Sputter)를 포함할 수 있다.Physical vapor deposition (PVD) methods may include evaporator or sputter.

금속 박막(130)의 두께는 1nm 내지 6nm일 수 있고, 금속 박막(130)의 두께가 1nm 미만이면 고분자 전해질 패턴(120) 상에 증착된 금속 박막(120; 일례로, 금 박막)이 전도성을 나타내지 않을 문제가 있고, 두께가 6nm를 초과하면 고분자 전해질 패턴(120)이 인쇄되지 않은 부분의 기판(110) 상에 증착된 금속 박막(120) 역시 전도성을 가져, 고분자 전해질 패턴(120)이 인쇄 된 부분 및 인쇄되지 않은 부분 모두 전도성을 가져 패터닝의 의미가 소실되는 문제가 있다. The thickness of the metal thin film 130 may be 1 nm to 6 nm, and if the thickness of the metal thin film 130 is less than 1 nm, the metal thin film 120 (for example, a gold thin film) deposited on the polymer electrolyte pattern 120 may be conductive. There is a problem that will not be shown, and if the thickness exceeds 6 nm, the metal thin film 120 deposited on the substrate 110 in the area where the polymer electrolyte pattern 120 is not printed is also conductive, and the polymer electrolyte pattern 120 is printed. There is a problem that the meaning of patterning is lost because both the printed and unprinted parts are conductive.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 금속 박막(130)에 따라 금속 박막(130)의 두께가 조절될 수 있다.In addition, in the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, the thickness of the metal thin film 130 can be adjusted depending on the metal thin film 130.

금속 박막(130)은 증착 시 기판(110) 상에서의 시드층 성장 과정이 물질 고유의 특성으로 인해 각 물질마다 전도성이 조절되기 때문에 고분자 전해질 패턴(120) 상에 형성되는 금속 박막(130)의 두께는 조절될 수 있고, 만약, 금속 박막(130)으로 금(Au)을 사용하는 경우, 금속 박막(130)의 두께는 1nm 내지 6nm일 수 있다.Since the conductivity of the seed layer growth process on the substrate 110 during deposition is adjusted for each material due to the inherent characteristics of the metal thin film 130, the thickness of the metal thin film 130 formed on the polymer electrolyte pattern 120 can be adjusted, and if gold (Au) is used as the metal thin film 130, the thickness of the metal thin film 130 may be 1 nm to 6 nm.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 시드층으로 적용된 고분자 전해질 패턴(120) 계면의 우수성으로 인해 얇은 두께의 금을 증착하여도 높은 전도성을 가지는 투명 전극(141)을 형성할 수 있는 동시에, 금을 얇은 두께로 증착하였기 때문에 투명한 특성을 가질 수 있다.Therefore, the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention is a transparent electrode 141 that has high conductivity even by depositing a thin thickness of gold due to the excellence of the interface of the polymer electrolyte pattern 120 applied as a seed layer. ) can be formed, and at the same time, it can have transparent properties because gold is deposited to a thin thickness.

금속 박막(130)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 코발트(Co), 니켈코발트(NiCo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 이리듐(Ir), 스테인레스강(SUS-27), 철(Fe) 및 은-염화은(Ag-AgCl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 금속 박막(130)은 금(Au)을 포함할 수 있고, 금속 박막(130)으로 금(Au)을 사용함으로써, 금/세포 인터페이스 형성이 가능하다.The metal thin film 130 is made of nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), cobalt (Co), nickel cobalt (NiCo), tungsten (W), and titanium (Ti). ), chromium (Cr), molybdenum (Mo), aluminum (Al), iridium (Ir), stainless steel (SUS-27), iron (Fe), and silver-silver chloride (Ag-AgCl). You can. Preferably, the metal thin film 130 may include gold (Au), and by using gold (Au) as the metal thin film 130, it is possible to form a gold/cell interface.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 금속 박막(130) 물질에 따라 투명 전극(141)의 투명도 및 전기적 성능을 조절할 수 있고, 다양한 금속 물질을 이용하여 저항온도센서로 사용함으로써, 기판 상하단부 및 광열층(142)에서 발생하는 열을 실시간으로 적은 오차 범위 이내에서 측정할 수 있다.The method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention can control the transparency and electrical performance of the transparent electrode 141 depending on the material of the metal thin film 130, and can be used as a resistance temperature sensor using various metal materials. By using it, the heat generated at the upper and lower ends of the substrate and the photothermal layer 142 can be measured in real time within a small error range.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 금속 박막(130)의 두께에 따라 전기 화학적 임피던스가 조절될 수 있다.In addition, in the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, the electrochemical impedance can be adjusted depending on the thickness of the metal thin film 130.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법은 금속 박막(130)의 두께가 증가됨에 따라, 투명 전극(141)의 전기 전도도가 증가되고, 전하전송 저항이 감소하여 총 전기 화학적 임피던스는 감소될 수 있다.More specifically, in the method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention, as the thickness of the metal thin film 130 increases, the electrical conductivity of the transparent electrode 141 increases and the charge transfer resistance decreases. Thus, the total electrochemical impedance can be reduced.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 제조할 수 있다.A transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can be manufactured using a simultaneous patterning method of a transparent electrode and a photothermal layer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 기판(110) 상에 형성된 투명 전극(141) 및 광열층(142)을 포함한다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention includes a transparent electrode 141 and a photothermal layer 142 formed on a substrate 110.

투명 전극(141)은 기판(110) 상에 적층된 고분자 전해질 패턴(120) 및 금속 박막(130)을 포함하며, 광열층(142)은 기판(110) 상에 형성된 금속 박막(130)을 포함할 수 있다.The transparent electrode 141 includes a polymer electrolyte pattern 120 and a metal thin film 130 stacked on the substrate 110, and the photothermal layer 142 includes a metal thin film 130 formed on the substrate 110. can do.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 고분자 전해질 계면의 우수성으로 인해 투명 전극(141)의 전기화학적 성능이 향상될 수 있다.Therefore, the electrochemical performance of the transparent electrode 141 can be improved due to the excellent polymer electrolyte interface of the transparent electrode structure according to the embodiment of the present invention.

투명 전극(141)에 형성된 금속 박막(130)은 고분자 전해질 패턴(120)에 의해 전도성(conductivity)을 갖고, 광열층(142)에 형성된 금속 박막(130)은 기판(110) 상에 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성(non-conductivity)을 가질 수 있다.The metal thin film 130 formed on the transparent electrode 141 has conductivity due to the polymer electrolyte pattern 120, and the metal thin film 130 formed on the photothermal layer 142 has an island shape on the substrate 110. It can be formed and have non-conductivity.

보다 구체적으로, 금속 박막(130)은 얇은 두께로 형성 시, 일반적으로 투명한 특성을 가질 수 있으나, 얇은 두께의 금속 박막(130)은 금속 간의 응집에 의해 금속 원자 간의 연결이 충분히 이루어지지 않아 매우 비전도성을 나타낸다(도 2 참조).More specifically, the metal thin film 130 may generally have transparent characteristics when formed to a thin thickness, but the thin metal thin film 130 is very invisible due to insufficient connections between metal atoms due to cohesion between metals. It represents the capital (see Figure 2).

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 고분자 전해질 패턴(120)을 시드층으로 사용시, 고분자 전해질 패턴(120)의 정전기적 인력 및 아민 기 등의 화학적 작용기와 금속 원자와의 결합으로 인해 금속 원자가 시드층 위에 균일하게 분포되려는 특성이 발생한다.However, when the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention uses the polymer electrolyte pattern 120 as a seed layer, due to the electrostatic attraction of the polymer electrolyte pattern 120 and the bond between chemical functional groups such as amine groups and metal atoms. A characteristic occurs in which metal atoms tend to be uniformly distributed over the seed layer.

따라서, 고분자 전해질 패턴(120) 상에 증착된 금속 박막(130)은 금속 박막(130)을 얇은 두께로 형성하여도 금속 박막(130)의 균일 분포로 금속 원자의 연결성이 향상되어 금속 박막(130)의 전기전도도가 향상되며, 플라즈모닉 현상도 감소하여, 얇은 금속 박막(130)의 투명도 역시 향상 될 수 있다.Therefore, the metal thin film 130 deposited on the polymer electrolyte pattern 120 improves the connectivity of metal atoms due to the uniform distribution of the metal thin film 130 even if the metal thin film 130 is formed to a thin thickness. ) The electrical conductivity is improved, and the plasmonic phenomenon is also reduced, so the transparency of the thin metal film 130 can also be improved.

즉, 기판(110) 상에 전체적으로 얇은 두께의 금속 박막(130)을 증착하게 되면, 기판(110) 상에 고분자 전해질 패턴(120)이 형성된 영역은 고분자 전해질 패턴(120)에 의해 금속 박막(130)이 균일하게 형성되어 전도성을 갖고, 고분자 전해질 패턴(120)이 형성되지 않은 영역은 고분자 전해질 패턴(120)이 형성되지 않았기 때문에 너무 얇은 금속 박막(130)으로 인해 기판(120) 상에 균일하게 형성되지 않고, 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성을 가질 수 있다.That is, when the overall thin metal film 130 is deposited on the substrate 110, the area where the polymer electrolyte pattern 120 is formed on the substrate 110 is formed by the metal thin film 130 by the polymer electrolyte pattern 120. ) is formed uniformly and has conductivity, and the area where the polymer electrolyte pattern 120 is not formed is uniformly formed on the substrate 120 due to the metal thin film 130 that is too thin because the polymer electrolyte pattern 120 is not formed. It is not formed, but is formed in an island shape and may have non-conductivity.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 시드층으로 비전도성 고분자 전해질 패턴(120)을 사용하여 금속 박막(130)의 전기 화학적 임피던스를 낮춰 투명 전극(141)의 잡음 신호 크기를 줄일 수 있다.In addition, the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention uses a non-conductive polymer electrolyte pattern 120 as a seed layer to lower the electrochemical impedance of the metal thin film 130, thereby reducing the size of the noise signal of the transparent electrode 141. there is.

투명 전극은 상기 기판의 상하부 및 광열층에서 발생하는 열을 측정하는 저항온도센서일 수 있다.The transparent electrode may be a resistance temperature sensor that measures heat generated in the upper and lower parts of the substrate and the photothermal layer.

투명 전극 구조체는 약물방출용 스마트 밴드, 온도 모니터링 디바이스 및 PCR 키트 중 적어도 어느 하나에 포함될 수 있다.The transparent electrode structure may be included in at least one of a smart band for drug release, a temperature monitoring device, and a PCR kit.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체에 포함되는 고분자 전해질 패턴(120)은 음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 가질 수 있다(n은, 2 내지 20이다).Depending on the embodiment, the polymer electrolyte pattern 120 included in the transparent electrode structure according to the embodiment of the present invention repeats the anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and the cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) crossing each other. It may be stacked to have an (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure (n is 2 to 20).

따라서, 고분자 전해질 패턴(120)은 음이온성 고분자 전해질층 단층 구조, 양이온성 고분자 전해질층의 단층 구조, 두 종류 층이 교차하여 반복 적층된 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조 (n은, 1 내지 20이다)를 가질 수 있다.Therefore, the polymer electrolyte pattern 120 has a single-layer structure of an anionic polymer electrolyte layer, a single-layer structure of a cationic polymer electrolyte layer, and a (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer) structure in which two types of layers are alternately stacked repeatedly. Alternatively, it may have a (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer electrolyte layer)n structure (n is 1 to 20).

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 적용되는 기판(110) 표면의 전하 특성에 따라, (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 선택할 수 있다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention has an (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or (cationic polymer electrolyte layer/anionic polymer) depending on the charge characteristics of the surface of the substrate 110 to which it is applied. Electrolyte layer)n structure can be selected.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층의 적층 횟수(n)에 따라 전기 화학적 임피던스가 조절될 수 있다.The electrochemical impedance of the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can be adjusted depending on the number (n) of stacking of the anionic polymer electrolyte layer and the cationic polymer electrolyte layer.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층의 적층 횟수(n)에 따라 투명도 및 전기전도도가 조절될 수 있다.In addition, the transparency and electrical conductivity of the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can be adjusted depending on the number (n) of stacking the anionic polymer electrolyte layer and the cationic polymer electrolyte layer.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 음이온성 고분자 전해질층 및 양이온성 고분자 전해질층의 적층 횟수(n)가 증가됨에 따라, 고분자 전해질 패턴(120)의 두께가 지나치게 증가하여 투명도가 감소될 수 있고, 불규칙하게 증가한 표면 거칠기로 인해 전기 전도도가 감소 될 수 있다.More specifically, in the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention, as the number (n) of stacking the anionic polymer electrolyte layer and the cationic polymer electrolyte layer increases, the thickness of the polymer electrolyte pattern 120 increases excessively, thereby reducing the transparency. may be reduced, and electrical conductivity may be reduced due to irregularly increased surface roughness.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 고분자 전해질 패턴(120) 상에 보조 고분자 전해질 패턴을 더 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the transparent electrode structure according to the embodiment of the present invention may further include an auxiliary polymer electrolyte pattern on the polymer electrolyte pattern 120.

보조 고분자 전해질 패턴은 양이온성 고분자 전해질층 또는 음이온성 고분자 전해질층일 수 있다.The auxiliary polymer electrolyte pattern may be a cationic polymer electrolyte layer or an anionic polymer electrolyte layer.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 고분자 전해질 패턴(120) 상에 보조 고분자 전해질 패턴을 더 형성함으로써 금속 박막(130)의 종류에 따라 높은 전기전도도를 위해 요구되는 고분자 전해질 패턴(120)의 양극성 표면 혹은 음극성 표면, 혹은 화학적 작용기 등을 손쉽게 조절할 수 있다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention further forms an auxiliary polymer electrolyte pattern on the polymer electrolyte pattern 120, thereby providing the polymer electrolyte pattern 120 required for high electrical conductivity depending on the type of metal thin film 130. The anodic or cathodic surface, or chemical functional group can be easily adjusted.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 금속 박막(130)의 하부에 고분자 전해질 패턴(120)을 형성함으로써, 금속 박막(130) 상에 추가적인 후공정이 없이 간단한 공정 프로세스로 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있고 동시에 높은 투명도를 유지할 수 있다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention forms a polymer electrolyte pattern 120 on the lower part of the metal thin film 130, thereby improving electrochemical performance through a simple process without additional post-processing on the metal thin film 130. and at the same time maintain high transparency.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 금속 박막(130) 상부가 아닌 하부에 고분자 전해질 패턴(120)을 형성함으로써, 투명 전극(141)의 투명성 및 전도성 Cu/세포 인터페이스를 구성할 수 있고, 더욱이, 고분자 전해질 패턴(120)으로 음이온성 고분자 전해질 및 양이온성 고분자 전해질이 반복 적층된 구조를 사용함으로써, 높은 투명도를 유지하는 동시에 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다.That is, the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can form a transparent and conductive Cu/cell interface of the transparent electrode 141 by forming the polymer electrolyte pattern 120 on the bottom rather than the top of the metal thin film 130. Moreover, by using a structure in which an anionic polymer electrolyte and a cationic polymer electrolyte are repeatedly stacked as the polymer electrolyte pattern 120, electrochemical performance can be improved while maintaining high transparency.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 금속 박막(130)의 두께에 따라 전기 화학적 임피던스가 조절될 수 있다.Additionally, the electrochemical impedance of the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can be adjusted depending on the thickness of the metal thin film 130.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 금속 박막(130)의 두께가 증가됨에 따라, 전체 연결 전극의 전기 전도도가 증가되고, 전하전송 저항이 감소하여 총 전기 화학적 임피던스는 감소될 수 있다.More specifically, in the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention, as the thickness of the metal thin film 130 increases, the electrical conductivity of the entire connected electrode increases, the charge transfer resistance decreases, and the total electrochemical impedance decreases. You can.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 약물방출용 스마트밴드 및 온도 모니터링 디바이스를 도시한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a photothermal effect-based drug release smart band and temperature monitoring device including a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 기판(Glass) 상에 고분자 전해질 패턴(PEI) 및 금속 박막(Au)이 적층된 투명 전극이 저항온도센서(RTD Sensor)로 사용되고, 기판(Glass) 상에 형성된 아일랜드 형상의 금속 박막(Au island)이 광열층으로 사용될 수 있다.In the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention, a transparent electrode in which a polymer electrolyte pattern (PEI) and a metal thin film (Au) are stacked on a substrate (Glass) is used as a resistance temperature sensor (RTD sensor), and An island-shaped metal thin film (Au island) formed in can be used as a photothermal layer.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체에 근적외선 레이저(Laser)를 조사하면, 광열층에서 국소적으로 빠르게 발생되는 열이 약물(Drug)이 삽입되어 있는 하이드로젤(Hydrogel)을 녹일 수 있어, 광열효과 기반 약물 방출용 스마트 밴드로 사용될 수 있다.Therefore, when a near-infrared laser is irradiated to the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention, the heat rapidly generated locally in the photothermal layer can melt the hydrogel into which the drug is inserted. , It can be used as a smart band for drug release based on photothermal effect.

동시에, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 동시에 광열층에서 방출되는 열을 저항온도센서(RTD Sensor)로 모니터링 함으로서, 약물 방출에 쓰일 수 있는 적정 온도를 확인할 수 있다.At the same time, the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention can confirm the appropriate temperature that can be used for drug release by simultaneously monitoring the heat emitted from the photothermal layer with a resistance temperature sensor (RTD sensor).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 약물방출용 스마트밴드 및 온도 모니터링 디바이스는 기판(Glass) 상하단부 및 광열층(Au)에서 발생하는 열을 저항온도센서(RTD Sensor)로 딜레이 없이, 적은 오차범위 이내에서 실시간 온도 측정이 가능하다.Therefore, the photothermal effect-based drug release smart band and temperature monitoring device including a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention transmit heat generated from the upper and lower ends of the substrate (Glass) and the photothermal layer (Au) to a resistance temperature sensor (RTD). Sensor) allows real-time temperature measurement without delay and within a small error range.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 간단, 신속 PCR 키트 및 온도 모니터링 디바이스를 도시한 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a simple, rapid PCR kit and temperature monitoring device based on the photothermal effect including a transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체는 투명 전극의 투명한 특성으로 인해 투명 전극 상부에서 세포 배양 후 이미징이 가능하다.The transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention allows imaging after culturing cells on the top of the transparent electrode due to the transparent nature of the transparent electrode.

따라서, 신속 PCR을 해야 할 필요성이 있는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극 구조체에 포함되는 광열층을 이용해 신속한 온도 변화를 유도하고 이를 저항변화온도센서(투명 전극)로 모니터링하며 간단히 PCR을 수행할 수 있는 PCR 키트로 사용될 수 있다.Therefore, if there is a need to perform rapid PCR, a rapid temperature change is induced using the photothermal layer included in the transparent electrode structure according to an embodiment of the present invention, and this is monitored with a resistance change temperature sensor (transparent electrode) and simple PCR is performed. It can be used as a PCR kit to perform.

실험예 1: 투명 전극 구조체의 특성 분석Experimental Example 1: Characteristic analysis of transparent electrode structure

실시예 1Example 1

아세톤/IPA(Acetone/IPA)에 각각 10분씩 유리 기판을 세정(Cleaning)하였다.The glass substrate was cleaned with Acetone/IPA for 10 minutes each.

이 후, 폴리에틸렌아민(Poly ethylenimine; 0.2wt%), 에틸렌 글리콜(EG):탈이온수(DI) = 60:40 v/v (6:4) 및 염화 나트륨(NaCl) 0.5844wt%으로 구성된 전해질 고분자 잉크(PEI ink)를 30㎛, 2-3bit의 조건으로 컨택 패드(contact pad, 500㎛ by 500㎛), 선 길이(line length, 2000㎛)의 고분자전해질 패턴을 프린팅하였다.Afterwards, an electrolyte polymer consisting of polyethylenimine (0.2wt%), ethylene glycol (EG): deionized water (DI) = 60:40 v/v (6:4), and sodium chloride (NaCl) 0.5844wt%. A polymer electrolyte pattern with a contact pad (500㎛ by 500㎛) and a line length (2000㎛) was printed using PEI ink under the conditions of 30㎛ and 2-3 bits.

마지막으로, PVD 방법을 사용하여 6nm의 금(Au) 박막을 증착하였다.Finally, a 6 nm gold (Au) thin film was deposited using the PVD method.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 광열층(1) 및 투명 전극(2)의 주사전자현미경(SEM) 측정 결과를 도시한 이미지이다.Figure 5 is an image showing the results of scanning electron microscopy (SEM) measurement of the photothermal layer (1) and the transparent electrode (2) of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 5를 참조하면, 투명 전극은 고분자 전해질의 계면 우수성으로 인해 얇은 두께의 금을 증착하여도 높은 전도성을 가지고, 광열층은 얇은 두께의 금 박막에 의해 투명한 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 5, it can be seen that the transparent electrode has high conductivity even with a thin gold deposited due to the excellent interface of the polymer electrolyte, and the photothermal layer has transparent characteristics due to the thin gold thin film.

도 6은 고분자 전해질 잉크 상에 NaCl의 첨가 유무에 따른 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 투명 전극의 면저항 차이를 도시한 그래프이고, 도 7은 고분자 전해질 패턴의 모양에 따른 투명 전극의 면저항 차이를 도시한 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the difference in sheet resistance of the transparent electrode of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention depending on the presence or absence of NaCl added to the polymer electrolyte ink, and Figure 7 is a graph showing the difference in sheet resistance according to the shape of the polymer electrolyte pattern. This is a graph showing the difference in sheet resistance of electrodes.

도 6 및 도 7을 참조하면, 고분자 전해질 잉크에 NaCl을 첨가하면 이온의 응집력이 향상되는 것을 알 수 있다.Referring to Figures 6 and 7, it can be seen that adding NaCl to polymer electrolyte ink improves ion cohesion.

따라서, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체는 높은 전기 전도성을 갖는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention has high electrical conductivity.

또한, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체는 고분자 전해질 패턴의 모양이 직선 및 곡선에서 면저항의 차이가 나타나지 않는 것으로 모아, 패턴 제한 없이 다양한 형상의 패턴으로 투명 전극을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention shows no difference in sheet resistance between straight lines and curves in the shape of the polymer electrolyte pattern, making it possible to manufacture transparent electrodes in patterns of various shapes without pattern restrictions. You can see that

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 고분자 전해질 패턴의 두께에 따른 투명 전극의 투명도를 도시한 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the transparency of the transparent electrode according to the thickness of the polymer electrolyte pattern of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체는 높은 투명도를 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention exhibits high transparency.

특히 530nm 파장 주변에서 고분자전해질 프린팅 이후 6nm의 금 박막을 증착시킨 투명 전극의 최고 투명도가 77.5%를 보여, 투명 전극이 매우 투명하다는 것을 확인할 수 있었다. In particular, the highest transparency of the transparent electrode on which a 6nm gold thin film was deposited after polymer electrolyte printing around the 530nm wavelength showed 77.5%, confirming that the transparent electrode was very transparent.

도 9는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 레이저 조사 시간 및 레이저 파워 밀도에 따른 광열층의 온도 변화를 도시한 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the temperature change of the photothermal layer according to the laser irradiation time and laser power density of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 광열층이 광열층의 역할을 잘 수행하는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 9, it can be seen that the photothermal layer of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention performs the role of the photothermal layer well.

특히, 도면 9에서, 21mW/mm2의 레이저 파워를 가했을 때, PEI가 프린팅 되지 않고, 금 박막이 증착된, 전도성이 없는 광열부에서 광열효과로 인해 짧은 시간 내에 큰 온도 변화를 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 충분한 시간이 지나고 광열부의 온도가 상온(20±5℃)에 다시 도달한 후, 동일한 시간과 파워를 가지는 펄스를 가했을 때, 최고 온도 변화 및 온/오프(on/off) 양상이 동일함을 관찰할 수 있었다. especially, In Figure 9, when a laser power of 21mW/mm 2 was applied, it was confirmed that the non-conductive photothermal part where PEI was not printed and the gold thin film was deposited showed a large temperature change in a short period of time due to the photothermal effect. After sufficient time has passed and the temperature of the photothermal part reaches room temperature (20 ± 5℃) again, when a pulse with the same time and power is applied, it is observed that the maximum temperature change and on/off pattern are the same. Could.

또한, 다양한 레이저 파워 조사 조건에서 4.5nm, 5nm 모두 큰 오차 없이 온도 변화에 있어 우수한 선형성을 보여, 특정 온도 변화를 디자인 할 수 있는 광열 자극층으로 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다. In addition, under various laser power irradiation conditions, both 4.5nm and 5nm showed excellent linearity in temperature change without large errors, confirming that it can be used as a photothermal stimulation layer that can design specific temperature changes.

도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 도시한 이미지이다.10 and 11 are images showing a transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체는 잉크젯 공정으로 전해질 고분자 패턴을 형성함으로써, 대면적 공정 및 자유로운 패턴 변화에 유리하고, 투명 전극이 고분자 전해질 패턴 및 금속 박막으로 적층 구조를 가짐으로써, 높은 투명성을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to Figures 10 and 11, the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention is advantageous for large-area processing and free pattern change by forming an electrolyte polymer pattern through an inkjet process, and the transparent electrode is a polymer electrolyte pattern. And by having a layered structure of metal thin films, it can be seen that it has high transparency.

실험예 2: 투명 전극을 저항온도센서로서의 활용 가능성 확인Experimental Example 2: Confirmation of the possibility of using a transparent electrode as a resistance temperature sensor

본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 사용하여 진행되었다.The present invention was carried out using a transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

프로브 스테이션(Probes station)의 4 포인트 프로브 방법(4 point probe method)을 이용해 전극 양 단에 전류를 흘리고, 그 사이 전압 강하를 측정함으로써 온도 변화에 따른 저항값 변화를 관찰하였다. Using the 4 point probe method of the probe station, current was passed through both ends of the electrode and the voltage drop was measured to observe changes in resistance value according to temperature changes.

수득된 저항값 변화로 TCR(temperature coefficient of resistance)을 추출하였다.TCR (temperature coefficient of resistance) was extracted from the obtained change in resistance value.

도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서로의 작동 가능성 분석하기 위한 것으로, 도 10 및 도 11은 저항온도계수(Temperature coefficient of resistance) 값의 선형성과 그 평균값을 도시한 그래프이다.Figures 12 and 13 are for analyzing the operability of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention as a resistance temperature sensor, and Figures 10 and 11 show the linearity of the temperature coefficient of resistance value. This is a graph showing the average value.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체에 포함되는 투명 전극은 저항온도 센서로서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다.Referring to Figures 12 and 13, it can be seen that the transparent electrode included in the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention can be used as a resistance temperature sensor.

보다 구체적으로, 도 12를 참조하면, 프로브 스테이션 척의 온도를 다양하게 변환시켰을 때, 저항이 일정한 간격으로 균일하게 증가하는 것을 통해 온도에 따른 선형성을 확인하였으며, 따라서, 투명 전극은 저항온도센서(RTD)로서의 활용 가능한 것을 알 수 있다.More specifically, referring to FIG. 12, when the temperature of the probe station chuck was varied, linearity according to temperature was confirmed through the resistance increasing uniformly at regular intervals. Therefore, the transparent electrode was used as a resistance temperature sensor (RTD). ), you can see that it can be used as.

또한, 도 13을 참조하면, 다양한 두께 및 금속 증착 속도(rate), 모양에 따른 저항온도계수 비교에 관한 그래프이며, 지수승 차이 없이 오차 범위 이내에서 모든 조건의 저항온도계수 값이 일정하다는 것을 통해 안정적인 저항온도센서(RTD)로 동작할 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 13, it is a graph comparing the temperature coefficient of resistance according to various thicknesses, metal deposition rates, and shapes, and shows that the temperature coefficient of resistance values in all conditions are constant within the error range without any difference in power. It can be seen that it can operate as a stable resistance temperature sensor (RTD).

실험예 3: 기판 상하단부 및 광열층에서 발생하는 열을 투명저항온도센서로 측정Experimental Example 3: Measurement of heat generated from the upper and lower ends of the substrate and the photothermal layer with a transparent resistance temperature sensor

본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 사용하여 진행되었다.The present invention was carried out using a transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

저항온도센서 양쪽 패드에 실버 페이스트를 사용하여 은 전선과 와이어링한다. NI 9226 module을 사용하여 일정한 저항이 측정되는지 확인하였다.Use silver paste on both pads of the resistance temperature sensor and wire them with silver wires. We confirmed that a constant resistance was measured using the NI 9226 module.

소자 하단부에 핫플레이트(hot plate)로 지속적인 열을 가한 후, NI 9226 module의 저항 -> 온도 변화 기능을 활용하여 온도 측정을 수행하였다.After continuously applying heat to the bottom of the device with a hot plate, temperature measurement was performed using the resistance -> temperature change function of the NI 9226 module.

동시에 IR 카메라로 소자 상단부를 모니터링하여, NI 9226 module로 측정되는 온도와 오차가 없는지 모니터링하였다. 광열층에 근적외선(NIR) 레이저를 조사하여 광열효과를 형성하고, 이를 저항온도센서로 측정하였다.At the same time, the upper part of the device was monitored with an IR camera to monitor the temperature measured with the NI 9226 module and whether there were any errors. A near-infrared (NIR) laser was irradiated to the photothermal layer to create a photothermal effect, which was measured using a resistance temperature sensor.

레이저는 저항온도센서에 직접적으로, 간접적으로, 매우 간접적으로 조사되고 그 열퍼짐 현상을 관찰하였다.The laser was irradiated directly, indirectly, and very indirectly to the resistance temperature sensor, and the heat spreading phenomenon was observed.

도 14는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서(RTD)와 IR 카메라로 측정한 온도 변화를 도시한 그래프이다.Figure 14 is a graph showing the temperature change measured by a resistance temperature sensor (RTD) and an IR camera of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서(RTD)와 IR 카메라로 측정한 온도 변화가 일치하는 것으로 보아, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체에 포함되는 투명 전극은 저항온도 센서로서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, it appears that the temperature change measured by the resistance temperature sensor (RTD) of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention and the IR camera matches the temperature change of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention. It can be seen that the transparent electrode included in the transparent electrode structure can be used as a resistance temperature sensor.

즉, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서(RTD)는 온도측정에 있어 큰 오차 없이, 딜레이 없이 IR 카메라로 측정된 실제 온도센서의 온도를 잘 따라간다는 것을 확인할 수 있었다. In other words, it can be confirmed that the resistance temperature sensor (RTD) of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention follows the temperature of the actual temperature sensor measured with an IR camera without a large error or delay in temperature measurement. there was.

도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 저항온도센서 기반 광열층의 열퍼짐 측정 분석 결과를 도시한 것으로, 도 15는 직접(Direct), 도 16은 간접(indirect), 도 17은 보다 간접(more indirect) 조건에 따른 광열층 온도 변화를 저항온도센서로 센싱한 결과를 도시한 그래프이다.Figures 15 to 17 show the results of heat spread measurement analysis of the resistance temperature sensor-based photothermal layer of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention, Figure 15 is direct, Figure 16 is indirect ( indirect), Figure 17 is a graph showing the results of sensing the light thermal layer temperature change according to more indirect conditions with a resistance temperature sensor.

도 15 내지 도 17를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체에 포함되는 투명 전극 및 광열층은 저항온도센서 및 광열층으로 사용되어, 기판 상하단부 및 광열층에서 발생하는 열을 실시간으로 적은 오차 범위 이내에서 측정 가능한 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 15 to 17, the transparent electrode and photothermal layer included in the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention are used as a resistance temperature sensor and a photothermal layer, and It can be seen that heat can be measured in real time and within a small error range.

보다 구체적으로, 직접(Direct)은 저항온도센서 바로 옆에 위치해 있는 광열층에 레이저를 조사한 형태로, 저항온도센서와 레이저가 조사되어 광열효과를 내는 광열층이 매우 인접해 있어, 가장 큰 온도 변화를 보이는 것을 알 수 있다.More specifically, Direct is a type in which a laser is irradiated to the photothermal layer located right next to the resistance temperature sensor. It can be seen that the resistance temperature sensor and the photothermal layer that produces the photothermal effect when irradiated by the laser are very close to each other, showing the greatest temperature change. You can.

간접(indirect)은 직접 조건보다 조금 더 저항온도센서로부터 먼 곳에 위치한 광열층에 레이저를 조사한 것으로, 직접 조건보다 작은 온도변화를 보이는 것을 알 수 있다. 그러나, 온도변화가 적어져도 오차 없이 온도를 측정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.Indirect is when the laser is irradiated to a photothermal layer located slightly further away from the resistance temperature sensor than in the direct condition, and it can be seen that the temperature change is smaller than that in the direct condition. However, it was confirmed that the temperature could be measured without error even when the temperature change was small.

보다 간접(more indirect)은 간접 조건보다 조금 더 저항온도센서로부터 먼 곳에 위치한 광열층에 레이저를 조사한 것으로, 간접 조건에 비해 더욱 작은 온도변화를 보이는 것을 알 수 있다. 그러나, 온도변화가 적어져도 오차 없이 온도를 측정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. More indirect is when the laser is irradiated to the photothermal layer located slightly further away from the resistance temperature sensor than the indirect condition, and it can be seen that the temperature change is smaller than that of the indirect condition. However, it was confirmed that the temperature could be measured without error even when the temperature change was small.

도 18은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 이용한 세포이미징 결과를 도시한 이미지이다.Figure 18 is an image showing the results of cell imaging using the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 18의 세포배양은, 유리(glass) 상에 PEI가 프린팅 되고, 금 박막이 증착된 투명전극(저항온도센서) 및 광열층 전면부에 진행되었으며, 아세톤 및 이소프로필알콜(IPA), 탈이온수(DI water)로 깨끗이 전면부를 씻은 후 세포배양을 진행하였다.The cell culture in Figure 18 was carried out on the front of the photothermal layer and the transparent electrode (resistance temperature sensor) on which PEI was printed on glass and a gold thin film was deposited, and was incubated with acetone, isopropyl alcohol (IPA), and deionized water. After washing the front part thoroughly with (DI water), cell culture was performed.

세포는 임신 14일차의 렛(RAT) 배아의 해마 신경세포이며, 초대 배양(primary culture)을 통해 온도 37℃, CO2농도 5%, 무균의 안정적인 환경에서 배양하였다. The cells were hippocampal neurons from rat embryos on the 14th day of pregnancy, and were cultured in a stable, sterile environment at a temperature of 37°C, a CO 2 concentration of 5%, and a sterile environment through primary culture.

도 18을 참조하면, 세포 배양 후, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 투명성을 확인하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체의 투명 전극 상에 외신경세포 배양 후 13일차에도 높은 투명성을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 18, after cell culture, this is to confirm the transparency of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention, and an external layer is applied to the transparent electrode of the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention. It can be seen that high transparency is observed even on the 13th day after culturing the light cells.

도 19는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체를 포함하는 광열효과 기반 간단, 신속 PCR 키트 및 온도 모니터링 디바이스의 PCR 테스트 결과를 도시한 그래프 및 이미지이다.Figure 19 is a graph and image showing PCR test results of a simple, rapid PCR kit and temperature monitoring device based on the photothermal effect including a transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention.

도 19를 참조하면, 코로나19 이슈와 관련되어 실험실 외 환경에서 신속 PCR을 해야 할 필요성이 있을 때, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명 전극 구조체에 포함되는 광열층을 이용해 신속한 온도 변화를 유도하고 이를 온도센서(투명 전극)로 모니터링하며 간단히 PCR을 수행할 수 있는 키트로 발전시킬 수 있는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 19, when there is a need to perform rapid PCR in a non-laboratory environment related to the COVID-19 issue, a rapid temperature change can be achieved using the photothermal layer included in the transparent electrode structure manufactured according to Example 1 of the present invention. It can be seen that it can be developed into a kit that can easily perform PCR by inducing and monitoring it with a temperature sensor (transparent electrode).

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described using limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents thereof as well as the claims described later.

110: 기판 120: 고분자 전해질 패턴
130: 금속 박막 131: 응집된 금속 박막
141: 투명 전극 142: 광열층
110: substrate 120: polymer electrolyte pattern
130: Metal thin film 131: Agglomerated metal thin film
141: transparent electrode 142: photothermal layer

Claims (15)

기판을 세정하는 단계;
상기 세정된 기판 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하여 투명 전극 및 광열층을 동시에 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 투명 전극은 상기 기판 상에 적층된 상기 고분자 전해질 패턴 및 상기 금속 박막을 포함하며,
상기 광열층은 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
cleaning the substrate;
Forming a polymer electrolyte pattern on the cleaned substrate using polymer electrolyte ink; and
simultaneously forming a transparent electrode and a photothermal layer by depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed;
Including,
The transparent electrode includes the polymer electrolyte pattern and the metal thin film stacked on the substrate,
The photothermal layer is a method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that it includes the metal thin film formed on the substrate.
제1항에 있어서,
상기 투명 전극에 형성된 상기 금속 박막은 상기 고분자 전해질 패턴에 의해 전도성(conductivity)을 갖고,
상기 광열층에 형성된 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성(non-conductivity)을 갖는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
The metal thin film formed on the transparent electrode has conductivity due to the polymer electrolyte pattern,
The metal thin film formed on the photothermal layer is formed in an island shape on the substrate and has non-conductivity. A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer.
제1항에 있어서,
상기 세정된 기판 상에 고분자 전해질 잉크를 이용하여 고분자 전해질 패턴을 형성하는 단계는,
상기 고분자 전해질 패턴을 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
The step of forming a polymer electrolyte pattern using polymer electrolyte ink on the cleaned substrate,
A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that the polymer electrolyte pattern is formed using an inkjet printing method.
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 잉크는 고분자 전해질, 염화나트륨(NaCl) 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
The polymer electrolyte ink is a method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that it contains a polymer electrolyte, sodium chloride (NaCl), and a solvent.
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 패턴은,
음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 갖는 것(n은, 2 내지 20이다)을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
The polymer electrolyte pattern is,
An anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and a cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) are alternately stacked repeatedly to form (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or (cationic polymer electrolyte layer/ Anionic polymer electrolyte layer) A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that it has an n structure (n is 2 to 20).
제5항에 있어서,
상기 양이온성 고분자 전해질층은 폴리(알릴아민 수화염화물)(PAH), 폴리에틸렌이민(PEI) 및 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(PolyDADMAC) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to clause 5,
The cationic polymer electrolyte layer includes at least one of poly(allylamine hydrated chloride) (PAH), polyethyleneimine (PEI), and poly(diallyldimethylammonium chloride) (PolyDADMAC). Method for simultaneous patterning of layers.
제5항에 있어서,
상기 음이온성 고분자 전해질층은 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판-술폰 산)(PolyAMPS) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to clause 5,
The anionic polymer electrolyte layer includes at least one of polyacrylic acid (PAA), polystyrenesulfonate (PSS), and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propane-sulfonic acid) (PolyAMPS). Simultaneous patterning method of transparent electrode and photothermal layer characterized by:
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 패턴이 형성된 기판 상에 금속 박막을 증착하여 투명 전극 및 광열층을 동시에 형성하는 단계는,
상기 금속 박막을 물질 기상 증착(PVD) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
The step of simultaneously forming a transparent electrode and a photothermal layer by depositing a metal thin film on the substrate on which the polymer electrolyte pattern is formed,
A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that the metal thin film is formed by a material vapor deposition (PVD) method.
제1항에 있어서,
상기 금속 박막의 두께는 1nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법.
According to paragraph 1,
A method of simultaneous patterning of a transparent electrode and a photothermal layer, characterized in that the thickness of the metal thin film is 1 nm to 6 nm.
기판 상에 제1항에 따른 투명 전극 및 광열층의 동시 패터닝 방법에 의해 형성된 투명 전극 및 광열층을 포함하고,
상기 투명 전극은 상기 기판 상에 적층된 고분자 전해질 패턴 및 금속 박막을 포함하며,
상기 광열층은 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
It includes a transparent electrode and a photothermal layer formed by the simultaneous patterning method of the transparent electrode and the photothermal layer according to claim 1 on a substrate,
The transparent electrode includes a polymer electrolyte pattern and a metal thin film stacked on the substrate,
The photothermal layer is a transparent electrode structure, characterized in that it includes the metal thin film formed on the substrate.
제10항에 있어서,
상기 투명 전극에 형성된 상기 금속 박막은 상기 고분자 전해질 패턴에 의해 전도성(conductivity)을 갖고,
상기 광열층에 형성된 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 아일랜드 형상으로 형성되어 비전도성(non-conductivity)을 갖는 것을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
According to clause 10,
The metal thin film formed on the transparent electrode has conductivity due to the polymer electrolyte pattern,
The metal thin film formed on the photothermal layer is formed in an island shape on the substrate and has non-conductivity.
제10항에 있어서,
상기 고분자 전해질 패턴은,
음이온성 고분자 전해질층(Negative Polyelectrolyte layer) 및 양이온성 고분자 전해질층(Positive Polyelectrolyte layer)이 교차하여 반복 적층되어 (음이온성 고분자 전해질층/양이온성 고분자 전해질층)n 구조 또는 (양이온성 고분자 전해질층/음이온성 고분자 전해질층)n 구조를 갖는 것(n은, 2 내지 20이다)을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
According to clause 10,
The polymer electrolyte pattern is,
An anionic polymer electrolyte layer (Negative Polyelectrolyte layer) and a cationic polymer electrolyte layer (Positive Polyelectrolyte layer) are alternately stacked repeatedly to form (anionic polymer electrolyte layer/cationic polymer electrolyte layer)n structure or (cationic polymer electrolyte layer/ Anionic polymer electrolyte layer) A transparent electrode structure characterized by having an n structure (n is 2 to 20).
제10항에 있어서,
상기 금속 박막의 두께는 1nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
According to clause 10,
A transparent electrode structure, characterized in that the thickness of the metal thin film is 1 nm to 6 nm.
제10항에 있어서,
상기 투명 전극은 상기 기판의 상하부 및 상기 광열층에서 발생하는 열을 측정하는 저항온도센서인 것을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
According to clause 10,
The transparent electrode is a transparent electrode structure, characterized in that it is a resistance temperature sensor that measures heat generated in the upper and lower parts of the substrate and the photothermal layer.
제14항에 있어서,
상기 투명 전극 구조체는 약물방출용 스마트 밴드, 온도 모니터링 디바이스 및 PCR 키트 중 적어도 어느 하나에 포함되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 구조체.
According to clause 14,
The transparent electrode structure is characterized in that it is included in at least one of a smart band for drug release, a temperature monitoring device, and a PCR kit.
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