KR20050121665A

KR20050121665A - 전도막이 돌출되어 있는 전도체

Info

Publication number: KR20050121665A
Application number: KR1020057014111A
Authority: KR
Inventors: 폴 제이. 글라트코스키; 조셉 더블류. 피체; 마사토 사카이; 히데미 이토
Original assignee: 에이코스 인코포레이티드; 타키론 가부시기가이샤
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-12-27
Also published as: EP1588170A2; AU2004208992A1; CN1745301A; JP2004230690A; AU2004208993A1; CN1745302A; JP2006519712A; US20070065651A1; JP2006517485A; EP1588169A4; JP3903159B2; KR20050115230A; WO2004069736A3; EP1588170A4; EP1588169A2; WO2004069736A2; WO2004069737A2; WO2004069737A3

Abstract

전도체는 기질과, 이 기질의 표면에 형성되고 내부에 미세 전도성 섬유가 분산되어 있는 전도층을 포함하고 있다. 섬유의 일단은 기질에 고정되어 있고, 타단은 전도층의 상부 표면으로부터 돌출되어 있다. 상기 섬유의 중간부는 상부 표면으로부터 돌출되거나 기질에 고정될 수도 있다. 상기 섬유를 이들 섬유의 응집을 회피하는 데 충분하도록 잘 분산시킨다고 하더라도, 그 섬유 부분들은 전기적인 접촉을 제공하는 데 충분하도록 서로 근접하여 위치한다.

Description

전도막이 돌출되어 있는 전도체{ARTICLES WITH PROTRUDING CONDUCTIVE COATINGS}

본 발명은 전도층이 기질 표면 위에 분산되고, 특히 탄소 나노튜브인 극미세 전도 섬유로 형성되는 전도체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 전도체를 형성하는 방법에 관한 것이다.

정전기(靜電氣)를 방출할 수 있고 먼지의 부착을 회피할 수 있는 정전(靜電) 방지 수지판은 청정실 파티션용 뿐만 아니라 청정실에 사용되는 기구통 및 창문용으로 사용되어 왔다. 그러한 한 가지 예가 일본 공개 특허 공보 제2001-62952호에 기재되어 있다. 본 발명의 상기 수지 재료는 전도체의 성형시에 신장되어 양호한 전도율을 제공하게 되는 헝클어진 섬유질을 포함한다.

기판 표면에 ITO (Indium Tin Oxide; 산화인듐주석) 및 안티몬이 도프된 ATO (Antimony Tin Oxide; 산화안티몬주석)가 위치하는 기질막이 표면 저항이 10⁰ 내지 10⁵ Ω/□인 투명 전도막으로 알려져 왔다 (일본 공개 특허 공보 제2003-151358호).

종래의 정전 방지 투명 수지판 (일본 공개 특허 공보 제2001-62952호)에 있어서는, 만곡되고 서로 얽힌 탄소 섬유들이 정전 방지층에 매립되어 있다. 따라서, 탄소 섬유가 양호하게 분산되지 않는다.

10⁵ 내지 10⁸ Ω/□의 적절한 표면 저항을 얻으려면 정전 방지층 중의 탄소 섬유의 양을 증가시켜야 한다. 전술한 정전 방지 투명 수지판은, 정전 방지층 중의 탄소 섬유의 양이 더 증가되고 표면 저항이 10⁴ Ω/□로 감소되는 경우에, 전자기 차폐성을 얻을 수 있다. 그러나, 탄소 섬유의 양이 증가되면, 정전 방지층의 투명도는 나빠진다. 그러므로, 양호한 투명도와 전자기 차폐성을 모두 갖추고 있는 실용적인 정전 방지 투명 수지판을 얻는 것이 곤란하다.

일본 공개 특허 공보 제2003-151358호에서 기재되어 있는 투명 전도막은 살포법(撒布法) 등의 회분법(回分法)을 통하여 형성된다. 그러므로, 생산성이 불량하고 생산비가 높다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하는 것에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 탄소 섬유 등의 극미세 전도 섬유의 양을 감소시키더라도 전도성이 양호한 전도층을 갖춘 전도체를 형성하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 탄소 섬유 등의 극미세 전도 섬유의 양이 종래 기술의 전도 섬유의 양과 동일하고, 전도율이 양호한 전도층을 갖춘 전도체를 형성하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 저렴한 생산비로 생산될 수 있는 투명 전도층 갖춘 전도체를 형성하는 것에 관한 것이다.

[발명의 요약]

본 발명에 구현되어 있고 광범위하게 기재되어 있는 바와 같이, 본 발명은 기질 표면에 전도층이 갖추어진 전도체에 관한 것이다.

본 발명의 한 가지 실시 상태는 기질 및 기질 표면에 형성된 전도층을 포함하고 상기 전도층 중에 분산된 미세 전도성 섬유를 포함하며, 상기 섬유 섬유의 일부는 기질에 고정되고, 상기 섬유의 다른 일부는 전도층의 상부 표면으로부터 돌출하며, 상기 섬유가 전기적으로 상호 접촉되도록 배열되어 있는 전도체에 관한 것이다. 좋기로는, 이들 섬유는 상부 표면으로부터 돌출한 위치 또는 기질에 고정된 위치에서 전기적으로 서로 접촉된다.

상기 기질은 기질 구체 및 표면층으로 구성되어 있으며, 기질에 고정된 섬유 부분은 표면층에 고정되거나, 기질에 고정된 섬유 부분은 섬유의 말단부 또는 중간부이다. 더 구체적으로는, 섬유는 다른 섬유들로부터 분리되고, 서로 분리되어 있는 복수 개의 섬유속(纖維束)을 형성하는 것이 좋다. 양호한 섬유로서는 탄소 섬유가 있으나 이에 한정되지 않으며, 양호한 탄소 섬유로서는 탄소 나노튜브가 있다. 전도층은 두께가 5 내지 500 nm이 것이 좋다. 표면층은 열가소성 수지로 형성된 표면층과 같이 경화성 수지로 형성된 표면층인 것이 좋다. 전도체는 표면 저항이 약 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□인 것이 좋다. 상기 전도체는 550 nm 광투과율이 적어도 50%이고, 표면 저항이 10⁰ 내지 10⁵ Ω/□인 것이 좋다.

본 발명의 기타의 실시 상태 및 장점은 이하의 본 발명의 상세한 설명 중에 일부 기재되어 있고, 일부는 이 상세한 설명으로부터 자명하게 되거나 또는 본 발명의 실시로부터 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 전도체의 실시 상태의 단면도이다.

도 2는 도 1의 전도체의 부분 확대 단면도이다.

도 3은 극미세 전도 섬유의 분산을 나타내는 도 1의 전도층의 평면도이다.

도 4는 결합제로 고정된 극미세 전도 섬유를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 전도체의 또 한 가지 실시 상태의 부분 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1의 전도성 피막으로 된 전도체의 전도층의 단면으로부터 본 극미세 전도 섬유의 돌출을 보여주는 투과 전자 현미경 사진이다.

도 7은 본 발명의 실시예 2의 전도성 피막으로 된 전도체의 전도층의 단면으로부터 본 극미세 전도 섬유의 구조를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.

도 8은 비교예 1의 전도층의 단면으로부터 본, 극미세 전도 섬유가 돌출하지 않은 것을 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.

본 발명에 구현되어 있고 광범위하게 설명되어 있는 바와 같이, 본 발명은 필요에 따라 투명한 전도층일 수 있는 전도체와, 이러한 전도체의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 상태는 잘 분산된 극미세 탄소 섬유로 만들어진 전도층으로 구성된 전도체에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 섬유의 일부가 기질에 고정되어 있고, 다른 일부는 기질로 부터 돌출되어 있다는 것이다. 여기서 섬유는 서로 접촉되어 있다. 상기 "돌출"이라는 용어는 섬유의 불완전한 돌출을 의미한다. 다시 말해서, 극미세 전도 섬유가 기질 표면에서 노출되는 것을 말하며, 또한 "전도"라는 용어는 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□의 넓은 범위의 표면 저항을 의미하는 것으로 사용되었다.

본 발명의 전도체 내에서 기질에 고정된 극미세 전도 섬유의 일부분 및 기질로부터 돌출된 상기 섬유의 일부분은 서로 접촉되어 있다. 기질은 또한 기질 구체 및 표면층으로 구성될 수 있다. 극미세 전도 섬유의 일부분은 또한 표면층에 고정되어 있다. 극미세 전도 섬유 또는 상기 섬유의 섬유속은 서로 접촉되어 있고, 이미 분산되어있어 각각의 섬유는 다른 섬유 또는 섬유 섬유속과 분리되어 있는 것이 선호된다. 상기 섬유의 복수가 섬유속을 형성하는 경우에는 다른 섬유속들과 분리되어 있다. 극미세 섬유는 탄소 섬유, 특히 탄소 나노튜브인 것이 선호 된다. 또한 전도층의 두께는 5 내지 500 nm이고 표면층은 경화성 수지 또는 열가소성 수지인 것이 선호된다. 또한, 상기 전도체은 투명하고, 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□의 표면 저항을 가지며, 전도층의 550 nm 파장에 대한 광투과율이 50% 초과이고, 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□의 전도층 표면 저항을 가지게 된다.

구부러지고 서로 극도로 얽힌 탄소 섬유가 종래 정전 방지 특성 수지판의 경우와 같이 열가소성 수지로 만들어진 정전 방지층 내에 포함되어 있다면 탄소 섬유의 분산성이 나빠지며, 상기 섬유간의 접촉 빈도가 낮아진다. 더욱이, 탄소 섬유가 절연성을 가진 열가소성 수지를 함유하는 경우, 열가소성 수지가 전류 흐름을 방해하고, 표면 저항을 증가시킨다. 그러므로, 이는 서로 얽혀있는 탄소 섬유 만으로 이루어진 층의 표면저항에 비해 매우 큰 값을 가진다.

본 발명의 전도체는 상기 섬유로 만들어진 전도층으로 구성된다. 여기서 극미세 전도 섬유의 일부는 기질에 고정되어 있고, 다른 일부는 기질로부터 돌출되어 있다. 상기 섬유들은 서로 접촉되어 있다. 전도층의 극미세 전도 섬유가 다른 극미세 전도 섬유보다 돌출되어 있는 지점에서 전류의 흐름은 어느 것에 의해서도 방해받지 않는다. 그러므로, 본 발명의 전도체는 극히 높은 전도율을 갖게 된다. 이는 종래의 기술에서와 같은 양의 극미세 전도 섬유가 함유되는 경우에도 그보다 나은 전도율을 가진다는 것을 보여준다. 또한, 더 적은 극미세 전도 섬유를 함유하고도 향상된 전도율을 얻을 수 있다. 극미세 전도 섬유가 서로 흩어져 있고, 이미 분산되어있어 각각의 섬유는 다른 섬유 또는 섬유 섬유속과 분리되어 있으며, 상기 섬유의 복수가 섬유속을 형성하는 경우에는 다른 섬유속들과 분리되어 있는 경우에는 상기 섬유가 서로 접촉하는 빈도가 증가하기 때문에 전도율은 더욱 향상될 수 있다. 함유된 극미세 전도 섬유의 양이 감소하는 경우 투명도 또한 향상되며, 기질의 투명도 또한 향상된다.

본 발명의 전도체는 분산된 극미세 전도 섬유로 구성되어 있다. 여기서 극미세 전도 섬유의 일부분은 기질에 고정되어 있다. 그러므로 상기 섬유의 분리로 인한 기질에서의 전도층 박피는 일어나지 않고, 장시간 사용 후에도 전도율의 열화를 막는다.

본 발명의 전도체는 생산성이 향상되어 효율적이고도 계속적으로 생산될 수 있다. 환언하면, 진공 증발 및 살포법과 같은 회분 방식에 의한 ITO막 또는 ATO막을 형성하는 것에 비하여 생산비가 절감된다는 것이다.

본 발명의 대표적인 실시 태양은 도면을 통하여 설명될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 전도체의 실시 상태의 단면도이다. 도 2는 상기 전도체의 부분 확대 단면도이다. 도 3은 전도층에서의 극미세 전도 섬유의 분산를 나타내는 도해도이다.

전도체 10은 기질 1의 표면에 분산된 극미세 탄소 섬유로 구성된 투명층 2를 포함한다. 전도층 2는 기질 1의 상부 및 하부 표면에 형성될 수 있다.

기질 1은 열가소성 수지, 열, 자외선, 전자빔 또는 방사선 등을 가하는 경우 경화되는 경화성 수지, 유리, 세라믹 또는 무기질로 제조된다. 투명 전도체 10을 얻기 위해서는 투명 열가소성 수지, 경화성 수지, 유리 등으로 제조된 기질 1이 바람직하다.

상기 투명 열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 고리형 폴리올레핀 등의 올레핀 수지, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리스티렌 등의 비닐 수지, 니트로셀룰로오스 및 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리디메틸시클로헥센테레프탈레이트 및 방향족 폴리에스테르 등의 에스테르 수지, ABS 수지, 공중합체 및 이들 수지의 혼합물을 들 수 있다. 투명한 경화성 수지에는 에폭시 수지 및 폴리이미드 수지가 있다.

상기 언급한 투명 수지 중에서도 광투과율이 75%를 넘고(80% 초과을 선호), 기질 1의 두께가 3 mm일 경우 5% 미만의 혼탁도를 가진 투명 수지가 특히 바람직하다. 유리는 95%를 상회하는 높은 광투과율를 가지므로 투명 전도체 10을 제조하기 위해서 유리가 빈번히 사용된다.

기질 1이 열가소성 수지 또는 경화수지로 제조된 경우, 성형성, 열적 안정성 및 내후성을 증진시키기 위해서는 가소제, 안정제 및 자외선 흡수제가 첨가되어야 한다. 기질 1은 염료 또는 안료를 첨가함으로써 불투명 또는 반투명으로 제조된다. 이 경우에 불투명 또는 반투명 전도체 10을 얻는다. 전도층 2는 투명하기 때문에 염료 또는 안료의 색은 그대로 유지될 수 있다.

기질 1의 형태는 도 1에서 보이는 것처럼 판상으로 제한되지 않는다. 기질 1 의 두께는 용법에 따라 결정되나 기질이 판상일 경우 그 두께는 일반적으로 0.03 내지 10 mm가 된다.

기질 1의 표면에 형성된 전도층 2는 도 2에서 나타낸 분산된 극미세 전도 섬유 2a로 구성된 층이다. 극미세 전도 섬유 2a의 일부분이 기질 1에 고정되어 있고, 다른 일부분은 기질로 부터 돌출되어 있다. 그러나 극미세 전도 섬유 2a는 상호 접촉되어 있다.

도 3은 도 1의 전도체의 돌출된 섬유 말단을 개략적으로 보여준다.

그러나, 모든 극미세 전도 섬유 2a가 기질 1에 고정되어 있거나 기질 1으로 부터 돌출되어 있는 것은 아니다. 다시 말해, 극미세 전도 섬유 2a의 일부가 기질 1에 매립되어 있을 수도 있고, 모든 극미세 전도 섬유 2a가 기질 1로부터 돌출되어 있을 수도 있다. 그러나 또한 극미세 전도 섬유가 도 2의 기질 1의 표면으로부터 노출되어 있는 것도 허용된다. 더 나은 전도율을 얻기 위해서 상기 섬유가 상기 표면으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.

상기 전도체 11의 극미세 전도 섬유 2a의 일부분은 도 4에서 도시한 결합층 2b에 의해 기질 1의 표면에 결합 되어있다. 상기 결합 위치는 극미세 전도 섬유 2a의 중심부 또는 가장자리가 될 수 있다.

투명 열가소성 수지 (폴리염화비닐, 염화비닐 및 아세트산비닐의 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 니트로셀룰로오스, 염화 폴리에틸렌, 염화 폴리프로필렌 및 플루오로비닐리딘) 및 열, 자외선, 전자빔 또는 방사선 등을 가하는 경우 경화되는 투명 경화성 수지(아크릴산 멜라민, 아크릴산 우레탄, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 및 아크릴 변형 실리케이트 등의 실리콘 수지)가 결합제로서 사용된다. 또한, 콜로이드 상의 실리카와 같은 무기 물질이 결합을 위한 물질에 첨가될 수 있다. 기질 1이 투명 열가소성 수지로 제조되는 경우, 동일한 수지 또는 서로 다르나 상호 용해도가 같은 열가소성 수지를 결합제로 사용되는 것이 선호된다. 이들이 극미세 전도 섬유 2a의 결합력을 증가시키기 때문이다.

극미세 전도 섬유 2a의 결합 방법은 상기 언급한 결합 용례로 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이 상기 섬유 2a의 일부분이 기질 1에 직접 매립되어있을 수 있다.

전도층 2를 형성하는 극미세 전도 섬유 2a는 기질 1의 표면에 균일하게 분산된다. 상기 섬유 또는 복수의 섬유가 섬유속을 형성하는 상기 섬유 섬유속은 서로 접촉되어 있거나 다른 섬유 또는 섬유속로부터 분리되어 있다. 다시 말해, 극미세 전도 섬유 2a는 다른 섬유와 접촉되어 있으나 이미 분산되어, 각각의 섬유 또는 섬유속은 다른 섬유 또는 섬유속과 분리되어 있다. 상기 섬유는 고밀도로 응축되어있거나 집중적으로 서로 얽혀있지 않다. 상기 섬유는 단순히 서로 교차 되어있어 교차 지점에서 접촉을 형성하며 표면에 균일하게 분산된다. 그러므로, 극미세 전도 섬유가 다른 섬유와 접촉할 빈도가 매우 높아 좋은 전도율을 달성한다. 극미세 전도 섬유 2a가 다른 섬유와 접촉하는 지점은 상기 돌출 부분, 고정 부분 또는 양자 모두일 수 있다.

탄소 나노튜브, 탄소 나노혼, 탄소 나노와이어, 탄소 나노 섬유 및 흑연 미섬유와 같은 극미세 전도 섬유, 백금, 금, 은, 니켈 및 실리콘으로 만든 금속 나노튜브 및 금속 나노와이어 극미세 금속섬유 및 산화아연으로 만든 산화 금속 나노튜브 또는 산화 금속 나노와이어와 같은 극미세 산화금속 섬유가 극미세 전도 섬유 2a에 사용된다. 직경이 0.3 내지 100 nm 이고 길이가 0.1 내지 20 ㎛, 특히 0.1 내지 10 ㎛의 섬유가 선호된다. 탄소 나노튜브는 0.3 내지 80 의 작은 직경과 극미세 전도 섬유 중에서 큰 가로세로비를 가진다. 따라서, 광투과율을 저하시킬 요인이 매우 적으며 전도층의 투명도가 향상된다. 더욱이, 표면저항도 작아지게 된다.

상기 탄소 나노튜브에는 다층 탄소 나노튜브 및 단일층 탄소 나노튜브가 포함된다. 다층 탄소 나노튜브 내의 공유 중심축 주위를 둘러싸는 서로 다른 직경의 탄소 벽으로 구성된 복수의 튜브가 있으며 여기서 탄소 벽은 6방 적층 구조로 이루어져 있다. 일부 다층 탄소 나노튜브는 다수의 층으로 형성된 나선 탄소벽을 가진다. 다층 탄소 나노튜브는 2 내지 30 탄소벽층, 더 좋기로는 2 내지 15 탄소벽층을 가지는 것이 바람직스럽다. 상기 기술한 다층 탄소 나노튜브는 우수한 광투과율을 가지는 전도층 2를 형성할 수 있다. 일반적으로, 다층 탄소 나노튜브에는 각 탄소 나노튜브 조각들이 서로 분리되어 분산한다. 그러나, 어떤 경우에는, 2 내지 3개 층의 탄소 나노튜브가 상기 기술된 섬유속을 형성한다.

단일층 탄소 나노튜브 중심축 주위를 둘러싼 단일 탄소벽을 가진다. 상기 탄소벽은 6방 적층 구조로 구성되어 있다. 단일층 탄소 나노튜브는 쉽게 조각 조각 분산되지 않는다. 2 초과의 튜브가 섬유속을 형성하고, 이러한 섬유속들이 서로 얽혀있다. 그러나, 상기 섬유속은 고밀도로 응축되어있거나 집중적으로 서로 얽혀있지는 않다. 상기 섬유는 단순히 서로 교차되어있어 교차 지점에서 접촉을 형성하며 표면에 균일하게 분산된다. 단일층 탄소 나노튜브의 섬유속은 10 내지 50개의 튜브가 선호된다. 그러나, 본 발명은 서로 분리되어 조각 조각 분산된 단일층 탄소 나노튜브를 배제하는 것은 아니다.

극미세 전도 섬유 2a는 상기 기술된 기질 1의 표면상에 분산된다. 상기 섬유의 일부분은 기질 1의 표면에 고정되어 있고, 다른 일부분은 기질로부터 돌출되어 있다. 극미세 전도 섬유 2a가 이러한 방식으로 형성되는 경우, 극미세 전도 섬유 2a의 접촉 빈도는 매우 높아진다. 더욱이, 다른 극미세 전도 섬유보다 기질 1으로부터 돌출된 지점에서의 극미세 전도 섬유 2a는 전류의 흐름을 방해하는 요인이 전혀 없기 때문에 우수한 전도율을 갖게 된다. 그러므로, 극미세 전도 섬유 2a의 평가량을 조절하여 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□의 넓은 범위의 표면 저항을 가진 전도층 2를 얻을 수 있다.

예를 들어, 탄소 나노튜브와 같은 극미세 전도 섬유로 극미세 전도 섬유 2a를 제조할 경우, 10⁰ 내지 10¹¹ Ω/□의 표면 저항을 가진 상기 전도층 2를 형성하기 위해서는 상기 섬유의 평가량을 1.0 내지 450 mg/m²으로 조정하면 된다. 전도층 2는 상기 언급된 평가량을 가질 때 적어도 50%의 광투과율를 가진다. 상기 평가량은 미만에 기술될 공정에 의하여 산출할 수 있다. 우선, 전도층 2를 전자 현미경으로 관찰하여 계획 면적 내에서 극미세 전도 섬유가 점유하는 면적을 측정한다. 그 뒤, 전도층의 두께를 관찰하여 측정한다. 그리고, 전자 현미경 관찰 및 극미세 전도 섬유의 비중(값 2.2, 극미세 전도 섬유를 탄소 나노튜브로 제조할 경우, 비중의 평균이 2.1 내지 2.3으로 알려진 흑연이 사용된다.)으로 부터 얻어낸 상기 섬유 면적과 전도층의 두께를 곱한다. 또한, 광투과율는 분광기로 측정된 550 nm의 파장을 가진 빛의 광투과율 값이다.

투명 열가소성 수지 내의 상기 언급한 평가량의 극미세 전도 섬유를 가진 종래의 전도층은 상기 섬유에 의한 접촉 빈도가 낮으며, 열가소성 수지가 전류의 흐름을 방해하는 작용을 한다. 그러므로, 상기 언급된 극미세 전도 섬유가 분산된 본 발명의 전도층 2에 비하여 종래의 전도층은 표면 저항이 매우 크다.

분산된 극미세 전도 섬유 2a로 이루어진 전도층 2는 10⁰내지 10¹¹Ω/□ 의 표면저항을 가진다. 우수한 전도율 및 정전 방지 특성을 가지기 때문에, 전도층 2의 투명도를 향상시키기 위하여 극미세 전도 섬유 2a의 평가량을 감소시키는 경우에도 종래의 전도층과 동등하거나 더 나은 전도율 및 정전 방지 특성을 얻을 수 있다. 상기 섬유 2a가 기질 1에 고정되어 있기 때문에, 기질 1로부터 전도층 2상기 섬유 2a의 분리에 기인한 상기 전도층 2의 박피가 발생하지 않으며, 장기간의 사용후에도 전도율의 열화를 막는다.

전술한 전도층은 이하의 방법으로 형성된다. 제1의 방법은, 극미세 전도 섬유의 고정을 위한 결합제를 휘발성 용매에 용해시킨다. 극미세 전도 섬유 2a는 용액 내에서 균일하게 분산되어 기질 1에 도포 될 피복 용액을 만든다. 전도층 2를 기질 1 상의 피복 용액을 건조시켜 얻어 전도체 10을 형성한다. 피복 용액을 도포한 후 건조시키기 때문에, 피복 용액의 부피는 감소한다. 그러므로, 결합제의 양이 극미세 전도 섬유의 양보다 적어지는 경우, 결합제는 표면으로부터 돌출한 극미세 전도 섬유와 함께 경화되어 바람직한 전도층 2를 형성한다.

제2의 방법은, 극미세 전도 섬유의 고정을 위한 결합제가 휘발성 용매에 용해되는 것이다. 극미세 전도 섬유 2a는 용액 내에서 균일하게 분산되어 기질 1에 도포 될 피복 용액을 만든다. 상기 용액이 건조된 뒤에 결합제를 연화시켜 필요에 의해 이를 약간 신장시키기 위해서 열을 가한다. 전도층 2를 획득하여 전도체 10을 형성한다. 건조과정에서 수축한 극미세 전도 섬유는 열을 가하여 결합제가 연화될 때, 자발적인 복원력에 의하여 결합제로부터 돌출된다. 이러한 방법으로 바람직한 전도층 2를 얻게 된다. 결합제를 신장시키는 것이 극미세 전도 섬유를 돌출하도록 하는데 도움을 준다.

제3의 방법은, 극미세 전도 섬유 2a가 휘발성 용매 내에서 균일하게 분산되어 피복 용액을 형성한다. 그리고, 상기 피복 용액을 폴리에틸렌테레프탈레이트로 만들어진 박피막에 도포한 뒤 건조시켜 전도층 2를 형성한다. 그 뒤에 전도층 2 상에 접착층을 형성하여 3층의 전이막을 형성한다. 상기 전이막은 기질 1의 표면에 압착되어 접착층 및 전도층 2를 이전시킨다. 이로써 상기 전도체를 얻게 된다. 이 방법에는 용액에 결합제가 포함되지 않는다. 따라서, 극미세 전도 섬유 2a의 층만이 전도체 10의 표면에 형성되어 바람직한 전도층 2를 얻게 된다. 여기에 적은 양의 결합제를 첨가하는 것도 가능하다.

제4의 방법은, 극미세 전도 섬유 2a가 휘발성 용매 내에서 균일하게 분산되어 피복 용액을 형성한다. 그리고, 상기 피복 용액을 기질에 도포한 뒤 건조시켜 전도층 2를 제조한다. 그리고, 결합제를 함유한 용액을 전도층 2에 도포하여 전도체 10을 얻는다. 이 방법에서는 결합제를 함유한 용액이 전도층 2를 침투하여 기질 1에 이르기 때문에, 전도층 2는 결합제로 덮히지 않고도 바람직한 전도층 2를 얻는다.

전술한 방법에서 롤링 도포기에 의하여 수지막으로 만들어진 기질 1은 계속적으로 공급되고, 피복 용액도 기질 1의 표면에 계속적으로 도포된다. 종래의 회분 방식에 비하여, 이들은 생산성이 향상되고, 생산비도 절감되게 된다.

제5의 방법은, 상기 극미세 전도 섬유 2a가 분무 되고, 상기 섬유 2a의 일부분이 롤러를 이용한 압착에 의해 기질 1의 표면에 묻히게 된다. 여기서 기질 1은 신장, 압착, 주조 형성에 의하여 형성될 때 연화되었다. 이로써 전도체를 얻게 된다. 이 방법에서는 압력을 가해줌으로써 상기 섬유 2a의 일부분 만이 묻히게 되지만 나머지 부분은 여전히 묻히지 않고 남아 있게 되므로 바람직한 전도층 2를 얻게 된다.

제6의 방법에서는, 사출 성형을 위한 금속 주형에 극미세 전도 섬유 2a가 분무 된 후에 수지가 사출 성형에 의해 성형 된다. 사출 성형을 통하여 형성된 기질 1이 표면에 고정된 전도체를 얻게 된다. 이 방법에서 모든 섬유가 기질 1 내에 묻혀있는 것은 아니어서, 상기 표면의 일부 섬유는 유리되어 있다. 따라서 바람직한 전도층 2를 얻는다.

극미세 전도 섬유 2a가 연화된 기질 또는 사출 성형용 금속 주형에 분무 되는 상기 언급한 이러한 방법들은 매우 간단한 것이다. 이러한 방법은 이미 널리 알려진 방법과 많이 다르지 않다. 연속 생산을 위해 손쉽게 이러한 방법을 적용할 수 있다.

도 5는 도 5는 본 발명의 전도체에 대한 상기 실시 상태의 부분 단면도이다.

기질 1은 전도체 12 내에서 기질 구체 1 및 기질 구체의 표면상에 얇은 판상으로 형성된 표면층 1b를 포함한다. 분산된 극미세 전도 섬유 2a로 이루어진 전도층 2가 표면층 1b의 표면상에 형성된다. 전도층 2의 극미세 전도 섬유 2a의 일부분(섬유의 양 말단부 또는 중앙부)은 결합제층 2b와 함께 표면층 1b상에 고정되어 있으며, 다른 부분은 극미세 전도 섬유 2a가 서로 간에 접촉을 하며 표면층 1b로부터 돌출되어 있다. 표면층 1b 및 전도층 2는 기질 구체 1a의 표면상에 형성될 수 있다.

기질 구체 1a은 기질 1과 같은 물질로 만들어져 있다. 기질 구체 1a으로서는 동일한 수지 또는 서로 다르나 상호 용해도가 같은 수지가 표면층 1b로 사용되었다. 표면층 1b는 기질 구체 1a의 풍화에 대한 내구성 향상을 위한 자외선 흡수제를 함유한 내후성층, 광확산체를 형성하기 위한 광확산 물질을 함유하는 광확산층, 또는 물질에 접촉 내구성을 향상시키기 위해 실리카를 함유한 접촉 내구성을 가진 층 등이 될 수 있다. 다시 말해, 표면층 1b는 기질 구체 1a의 물성을 향상시키기 위해서 형성된다. 표면층 1b의 적합한 두께는 20 내지 300 ㎛ 이다. 극미세 전도 섬유 2a는 결합제층 2b를 생략한 채 표면층 1b에 직접 고정될 수 있다.

상기 기술된 전도체 12는 미만의 방법에 의하여 효율적으로 생산될 수 있다. 다시 말해, 결합제가 휘발성 용매에 용해된다. 극미세 전도 섬유 2a는 용액 내에서 균일하게 분산되어 기질 1에 도포 될 피복 용액을 만든다. 피복 용액은 동일한 열가소성 수지막 또는 서로 다르나 상호 용해도가 같은 열가소성 수지막으로 만들어진 기질 구체 1a의 표면에 도포 된다. 그 후에 피복 용액은 건조되어 전도층 2를 가진 전도성 막을 형성한다. 전도성 막은 기질 구체 1a 상에 놓이고 열압착 또는 롤압착에 의하여 압착되어 전도체 12를 형성한다. 열압착이 가해지는 경우, 극미세 전도 섬유는 자발적인 복원력에 의해 결합제로부터 돌출된다. 이 방법에 의해 바람직한 전도층 2를 얻게 된다.

기질 구체 1a 상에 얇은 판상으로 형성된 표면층 1b를 가진 물체는 동시에 압출 성형, 압착 또는 피막을 통하여 형성된다. 전도체 12는 물체의 표면층 1b에 피복 용액이 도포 되고 건조된 뒤 열을 가하고 다시 건조시키고, 물체의 표면층 1b 상에서 상기 전이가 일어나거나 또는 결합제 용액이 물체의 표면층 1b에 도포 되는 경우 얻을 수 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명의 실시 상태를 설명한다. 그러나, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 아니 된다.

실시예 1

피복 용액은 이하의 절차에 의하여 조제된다. 용매로 사용된 시클로헥사논 100 중량부에 열가소성 수지인 분말형 염화비닐 수지 7 중량부, 다층 탄소 나노튜브 0.5 중량부(Tsinghua-Nafine Nano-Powder Commercialization Engineering Center 제품, 평균 외경이 10 nm) 및 분산제인 산 고분자의 암모늄산알킬 용액 0.2 중량부를 첨가한다.

이 피복 용액을 타키론사(Takiron Co. Ltd)의 제품인 폴리카보네이트 수지판(두께 3 mm, 광투과율 90.0% 및 혼탁도 1.0%의 혼탁도)의 표면에 도포한다. 상기 피복 용액이 건조되어 경화된 후에, 상기 판을 220℃의 온도에서 30 ㎏/㎠의 압력으로 압착시킨다. 전도층의 두께가 190 nm인 투명한 전도성 폴리카보네이트 수지판을 얻게 된다.

상기 수지판의 전도층을 투과 전자 현미경(Nihon Denshi Kogyo Corp.,JEM-2010)에 의한 관찰을 통하여 평가량을 얻었다. 평가량은 14 mg/㎡이다.

전도층의 표면 저항은 미쯔비시 카가쿠(Mitsubishi Kagaku)가 생산한 힐에스터에 의하여, 그리고 광투과율은 시마즈 세이사쿠쇼(Shimazu Seisakusho)의 UV-3100P 분광계에 의하여 측정한다. 표면 저항은 7.7 × 10⁷ Ω/□이고, 광투과율은 92.8%이다.

상기 투명한 전도성 폴리카보네이트 수지판의 광투과율 및 혼탁도는 HGM-2DP 컴퓨터의 혼탁도를 직접 읽어 측정한다. 광투과율은 83.0% 및 혼탁도는 2.0%이다.

더욱이, 상기 투명한 전도성 폴리카보네이트 수지판의 전도층은 투과 전자 현미경에 의하여 관찰한다. 탄소 나노튜브는 매우 양호하게 분산되어 있다. 탄소 나노튜브가 다소 만곡되어 있으나, 각 탄소 나노튜브는 서로 집중적으로 얽혀 있지 않으며, 다른 나노튜브와 분리되어 있다. 상기 나노튜브는 균등하게 분산되어 있으며, 상호 접촉하면서 단순히 교차하고 있다.

상기 투명한 전도성 폴리카보네이트 수지판의 전도층을 수직으로 절단하고, 이 절단부를 투과 전자 현미경에 의하여 관찰한다. 탄소 나노튜브는, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 전도층으로부터 돌출한 나노튜브 부분을 가진 채 분산되어 있다. 탄소 나노튜브의 일부가 전도층 내에 매립되어 있는 것도 관찰된다.

실시예 2

피복 용액은 이하의 절차에 의하여 제조된다. (Chemical Physics Letters, 323 (2000) P 580 내지 585에 기술된 바에 의하여 합성된, 직경이 1.3 내지 1.8 nm의)단일층 탄소 나노튜브 및 분산제로서 폴리 옥시에틸렌과 폴리 옥시프로필렌의 공중합체가 용매로서 이소 프로필렌 알콜 및 물(3:1 배율)의 혼합물에 첨가되었다.상기 탄소 나노튜브의 함량은 0.003 중량%, 및 분산제의 함량은 0.05 중량%이었다.

이러한 피복 용액은 폴리에틸렌테레프탈레이트막의 표면에 (94.5%의 광투과율 및 1.5%의 혼탁도를 가지도록) 100 ㎛의 두께로 도포 되었다.

상기 용액이 건조된 뒤에, 상기 막에 메틸 이소부틸 케톤으로 1 내지 600배로 희석된 우레탄 아크릴레이트 용액이 도포 되고나서 건조된다. 이에 의하여 47 nm의 두께의 전도층을 가진 상기 투명 전도 폴리에틸렌테레프탈레이트막을 얻을 수 있다.

상기 막의 전도층을 주사 전자 현미경(HitachiSeisakusho, S-800)에 의한 관찰을 통하여 평가량을 산출하였다. 평가량은 72.7 mg/㎡ 이다.

전도층의 표면 저항 및 광투과율은 실시예 1과 같은 방법에 의해 측정하였다. 표면 저항은 5.4 X 10² Ω/□ 이며 광투과율은 90.5% 이었다.

상기 투명 전도 폴리에틸렌테레프탈레이트막의 광투과율 및 혼탁도 또한 실시예 1과 같은 방법으로 측정되었다. 광투과율은 85.8% 및 혼탁도는 1.8% 이었다.

더욱이, 상기 투명 전도 폴리에틸렌테레프탈레이트막의 전도층은 주사 전자 현미경에 의해 관찰되었다. 도 7에서 볼 수 있는 것과 같이 탄소 나노튜브는 매우 잘 분산되었다. 다수의 탄소 나노튜브가 다른 튜브와 서로 분리되어 있는 채로 분산되어 있으며 여전히 상기 튜브는 단순히 서로 교차하면서 접촉되어 있다. 상기 투명 전도 폴리에틸렌테레프탈레이트막의 전도층의 단면이 주사 전자 현미경에 의하여 관찰되었다.

전도층으로 부터 돌출된 상기 탄소 나노튜브가 관찰되었다.

비교예 1

실시예 1에서 사용된 상기 피복 용액을 실시예 1에서 사용된 폴리카보네이트 수지판에 도포하였다. 300 nm 두께의 전도층을 가진 상기 투명 전도 폴리카보네이트 수지판을 얻을 수 있었다.

상기 투명 전도 폴리카보네이트 수지판의 전도층의 표면 저항 및 광투과율은 실시예 1과 같은 방법에 의해 측정하였다. 표면 저항은 2.4 X 10¹¹ Ω/□ 이며 광투과율은 84.5% 이었다. 상기 투명 전도 폴리카보네이트 수지판의 광투과율 및 혼탁도 또한 실시예 1과 같은 방법으로 측정되었다. 광투과율은 6.3% 및 혼탁도는 2.0% 이었다.

더욱이, 상기 투명 전도 폴리카보네이트 수지판의 전도층은 투과 전자 현미경에 의해 관찰되었다. 탄소 나노튜브는 매우 잘 분산되었다. 탄소 나노튜브가 다소 구부러져 있기는 했으나, 각각의 탄소 나노튜브는 서로 집중적으로 얽혀있지 않고 다른 튜브와 분리되어 있다. 상기 튜브는 균일하게 분산되어 있고 서로 접촉을 형성하며 단순히 교차하고 있다.

상기 투명 전도 폴리카보네이트 수지판의 전도층은 수직으로 절단되고, 이 절단부를 투과 전자 현미경으로 관찰하였다. 탄소 나노튜브는 도 8에서 보이는 바와 같이 탄소 나노튜브 전체는 전도층에 묻혀있었다. 상기 나노튜브는 전도층의 표면에서 돌출되거나 노출되지 않았다.

전도층 내의 상기 탄소 나노튜브의 평가량은 실시예 1에서 14 mg/㎡ 이었고 비교예 1에서는 22 mg/㎡이었다. 실시예 1의 평가량이 더 적음에도, 실시예 1의 표면 저항은 7.7 X 10⁷Ω/□ 이었고, 이는 표면 저항은 2.4 X 10¹¹ 인 비교예에 비하여 4자리수나 감소된 것이었다. 전도층에 열압착을 가하는 경우, 탄소 나노튜브는 상기 전도층 내에서 연화된 결합제를 밀어내려는 복원력에 의해 상기 표면으로부터 돌출한다. 실시예 1에서는 탄소 나노튜브 사이의 전기 절연재가 소멸되어 낮은 전기 전도율을 나타낸다. 이는 또한 사진(도6 및 도 8)관찰을 통하여도 이해할 수 있었다. 여기서 실시예 1에서는 탄소 나노튜브가 기질로부터 돌출한 데 반하여 비교예 1에서는 탄소 나노튜브가 기질 내에 묻혀있다는 사실을 관찰할 수 있었다. 광투과율은 탄소 나노튜브의 평가량이 감소할수록 개선되었다. 실시예 1과 비교예 1 사이에서 혼탁도에는 큰 차이가 없었으며 양자 모두에서 우수한 투명 전도체를 얻을 수 있었다.

본 발명의 다른 실시상태 및 이용은 공개된 본 발명의 명세서 및 실시예를 통하여 당업자에게 자명한 것이 될 것이다. 미국 및 제 외국의 발명과 특허 출원 등의 모든 간행물을 포함하는 본 명세서에서 인용한 모든 참조 문헌은 부분적으로 또는 전체적으로 본 발명에서 일체화되었다. 명세서 및 실시예들은 본 발명의 진정한 보호범위 및 이하의 청구 범위에서 적시 하는 발명의 사상에 대한 하나의 예시에 지나지 않는 것으로 이해하여야 한다.

Claims

기질과, 이 기질의 표면에 형성되고 내부에 분산된 미세 전도성 섬유로 이루어진 전도층을 포함하고, 상기 섬유의 적어도 일부는 기질에 고정되고, 상기 섬유의 다른 일부는 적어도 상기 전도층의 상부 표면으로부터 돌출되며, 상기 섬유는 전기적으로 상호 접촉되도록 배열된 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 상부 표면으로부터 돌출한 위치 또는 기질에 고정된 위치에서 전기적으로 상호 접촉된 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 기질은 기질 구체와 표면층을 포함하고, 상기 기질에 고정된 섬유 부분은 상기 표면층에 고정된 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 기질에 고정된 섬유 부분은 섬유의 말단부 또는 중간부인 것인 전도체.
제1항에 있어서, 섬유는 각각 다른 섬유들로부터 분리되고, 이들 섬유들이 복수 개의 섬유속을 형성할 때, 각 섬유속은 다른 섬유속과 분리되어있는 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 탄소 섬유인 것인 전도체.
제6항에 있어서, 상기 탄소 섬유는 탄소 나노튜브인 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 전도층의 두께는 5 내지 500 nm인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 표면층은 경화성 수지로 형성된 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 표면층은 열가소성 수지인 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 전도체는 표면 저항이 10⁰ 내지 10¹¹Ω/□인 것인 전도체.
제1항에 있어서, 상기 전도층은 550 nm 광투과율이 적어도 50%이고, 표면 저항이 10⁰ 내지 10⁵ Ω/□인 것인 전도체.
내부에 분산된 미세 전도성 섬유로 이루어진 전도층을 기질의 표면에 형성하는 공정을 포함하고, 상기 섬유의 적어도 일부는 기질에 고정되고, 상기 섬유의 다른 일부는 적어도 상기 전도층의 상부 표면으로부터 돌출되며, 상기 섬유는 전기적으로 상호 접촉되도록 배열되는 것인 전도체의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 섬유는 상부 표면으로 부터 돌출한 부분 또는 기질에 고정된 부분에서 전기적으로 상호 접촉되는 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 기질은 기질 구체 및 표면층을 포함하고, 기질에 고정된 섬유 부분은 표면층에 고정되는 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 기질에 고정된 섬유 부분은 섬유의 말단부 또는 중간부인 방법.
제13항에 있어서, 섬유는 각각 다른 섬유로부터 분리되고, 이들 섬유가 복수 개의 섬유속을 형성할 때, 각 섬유속은 다른 섬유속과 분리되는 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 섬유는 탄소 섬유인 것인 방법.
제18항에 있어서, 상기 탄소 섬유는 탄소 나노튜브인 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 전도층의 두께는 5 내지 500 nm인 방법.
제13항에 있어서, 상기 표면층은 경화성 수지로 형성된 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 표면층은 열가소성 수지로 형성된 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 전도체는 표면 저항이 10⁰ 내지 10¹¹Ω/□인 것인 방법.
제13항에 있어서, 상기 전도층은 550 nm 광투과율이 적어도 50%이고, 표면 저항이 10⁰ 내지 10⁵ Ω/□인 것인 방법.