KR20060019907A - Preparation method of micro line of aqueous metal nano sol on surface-modified ito glass for inkjet method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양이온 고분자 전해질 또는 비이온성 계면활성제를 사용한 적층기법(layer-by-layer)에 의하여 소수성 기판을 개질하여 친수화 시킴으로써 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제 처리하여 제조한 100 ㎚ 이하 크기의 고농도 수계 금속나노 졸을 이용하여 직접 잉크젯 기법으로 기판상에 미세라인을 형성할 수 있도록 한 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine line of a high concentration aqueous metal nano sol for inkjet by surface modification of a hydrophobic substrate, and more particularly, to a layer-by-layer using a cationic polymer electrolyte or a nonionic surfactant. Hydrophobic substrates were hydrophilized to form a polymer-metal salt complex by adding a polymer electrolyte to an aqueous metal salt solution, and then using a high concentration aqueous metal nano sol having a size of 100 nm or less, prepared by reducing agent treatment, on a substrate by direct inkjet technique. The present invention relates to a method for forming a fine line of a high concentration aqueous metal nano sol for an ink jet by modifying a surface of a hydrophobic substrate capable of forming a fine line in a.

고분자 전해질, 금속 나노 졸, 표면개질제, 소수성 기판Polymer electrolyte, metal nano sol, surface modifier, hydrophobic substrate

Description

소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법{Preparation method of micro line of aqueous metal nano sol on surface-modified ITO glass for inkjet method} Preparation method of micro line of aqueous metal nano sol on surface-modified ITO glass for inkjet method}             

도 1은 본 발명의 실시예 7에 따라 제조한 은(Ag) 나노 분말(10 중량% 농도)의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.1 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a silver (Ag) nanopowder (10 wt% concentration) prepared according to Example 7 of the present invention.

도 2는 제조예의 은 나노 졸의 유변학적 거동을 나타낸 그림이다.Figure 2 is a diagram showing the rheological behavior of the silver nano sol of the preparation example.

도 3은 유리기판, 순수한 ITO 기판 및 친수처리한 ITO 기판에 대한 증류수와 은 나노 졸의 접촉각을 나타낸 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the contact angle of distilled water and silver nano sol for a glass substrate, a pure ITO substrate and a hydrophilic ITO substrate.

도 4는 ITO 기판에 처리된 폴리에틸렌이민의 농도에 따른 은 나노 졸 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the change of silver nano sol contact angle according to the concentration of polyethyleneimine treated on the ITO substrate.

도 5는 유리기판(a), 순수한 ITO 기판(b) 및 친수처리한 ITO 기판(c)에 잉크젯 기법으로 은 나노 졸을 분사하여 형성한 미세라인의 광학 현미경 이미지이다.FIG. 5 is an optical microscope image of fine lines formed by spraying silver nanosols by an inkjet method on a glass substrate (a), a pure ITO substrate (b), and a hydrophilic ITO substrate (c).

본 발명은 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양이온 고분자 전해질 또는 비이온성 계면활성제를 사용한 적층기법(layer-by-layer)에 의하여 소수성 기판을 개질하여 친수화 시킴으로써 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제 처리하여 제조한 100 ㎚ 이하 크기의 고농도 수계 금속나노 졸을 이용하여 직접 잉크젯 기법으로 기판상에 미세라인을 형성할 수 있도록 한 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine line of a high concentration aqueous metal nano sol for inkjet by surface modification of a hydrophobic substrate, and more particularly, to a layer-by-layer using a cationic polymer electrolyte or a nonionic surfactant. Hydrophobic substrates were hydrophilized to form a polymer-metal salt complex by adding a polymer electrolyte to an aqueous metal salt solution, and then using a high concentration aqueous metal nano sol having a size of 100 nm or less, prepared by reducing agent treatment, on a substrate by direct inkjet technique. The present invention relates to a method for forming a fine line of a high concentration aqueous metal nano sol for an ink jet by modifying a surface of a hydrophobic substrate capable of forming a fine line in a.

일반적으로, 평판디스플레이 PDP(Plasma Display Panel)에서 형광체로부터 생성되는 가시광선을 효과적으로 투과시키기 위해서는 투명전극과 투명전극에 신호를 전달하는 저저항의 버스전극이 필요하다. In general, in order to effectively transmit visible light generated from a phosphor in a flat panel display plasma display panel (PDP), a transparent electrode and a low resistance bus electrode for transmitting a signal to the transparent electrode are required.

상기 전극 중 버스전극의 성형방법으로 실용화되어 있는 대표적인 방법으로는 Ag 전극의 스크린 인쇄법, Ag 전극의 포토리소그라피 패터닝법, 또는 Cr/Cu/Cr 전극의 포토에칭법 등이 있다. 상기 방법중 현재 가장 많이 사용되고 있는 포토리소그라피 방법에 의하여 제조한 감광성 관련 전극 페이스트는 미세패턴 형성시 우수한 해상도를 가지고 있으나, 인쇄, 노광, 건조 및 현상 공정 등으로 인하여 여전히 제조공정에 많은 시간이 소요된다는 단점을 가지고 있다. Representative methods that have been put to practical use as a method for forming bus electrodes among the electrodes include screen printing of Ag electrodes, photolithography patterning of Ag electrodes, or photoetching of Cr / Cu / Cr electrodes. Although the photosensitive electrode paste manufactured by the photolithography method which is currently used most among the above methods has an excellent resolution when forming a fine pattern, it still takes a long time in the manufacturing process due to printing, exposure, drying and developing processes. It has a disadvantage.

이에 상기 포토리소그라피 방법에 비하여 제작 공정 및 비용 등의 측면을 개선한 새로운 기법의 미세패턴 형성 기술이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need for a new pattern formation technology using a new technique, which is improved in terms of manufacturing process and cost, compared to the photolithography method.

현재, 상기한 미세패턴 형성 기술로서는 수십 ㎛ 선폭의 라인을 형성하는 기 술로 주로 이용되어왔던 스크린 프린팅, 작은 선폭의 형성을 가능하게 하는 포토리소그라피 방법 및 미세노즐을 통해 용액이나 현탁액을 수십 pL(pico liter)의 방울로 분사하여 수십 ㎛ 폭의 미세 라인이나 도트(dot)상을 형성시키는 잉크젯 기법 등이 있다. Currently, as the fine pattern forming technology, a solution or a suspension is added to several tens of pL (pico) through screen printing, a photolithography method that enables the formation of a small line width, and a micronozzle. ink jet techniques such as spraying with droplets of liters to form fine lines or dots of several tens of micrometers in width.

상기한 잉크젯 기법을 스크린 프린팅이나 포토리소그라피 방법과 비교하면, 구체적으로 다음과 같은 장점을 들 수 있다. 첫째, 미세라인 형성을 위한 마스크가 필요 없다. 둘째, 인쇄할 기판의 크기에 영향을 받지 않는다. 셋째, 인쇄 시간이 짧으며 공정이 간단하다. 넷째, 폐기물 발생이 거의 없는 친환경 공정이며 재료의 소모가 적다.Comparing the inkjet technique with the screen printing or photolithography method, the following advantages are specifically mentioned. First, no mask for forming fine lines is necessary. Second, it is not affected by the size of the substrate to be printed. Third, the printing time is short and the process is simple. Fourth, it is an eco-friendly process with little waste, and consumes less material.

즉, 상기 잉크젯 기법의 현 위치는 제조단가와 해상도 측면에서 스크린 프린팅이나 포토리소그라피 방법의 사이에 있으며, 나노와 마이크로 분야의 교량 역할을 할 것으로 크게 기대됨과 동시에 부분적으로 이들 두 기술을 대체할 수 있을 것으로 예상된다. In other words, the current position of the inkjet technique lies between screen printing and photolithography methods in terms of manufacturing cost and resolution, and is expected to serve as a bridge between nano and micro fields, and may partially replace these two technologies. It is expected.

따라서, 최근 상기 잉크젯 기법을 PDP 뿐만 아니라 LCD(liquid crystal display), OLED(organic light emitting diode), FED(field emission display) 등과 같은 모든 평판디스플레이 분야의 전극형성을 비롯하여 기타 제조공정에 이용하려는 움직임이 활발히 진행되고 있다. Therefore, the recent movement of the inkjet technique in the production of electrodes in all flat panel display fields, such as liquid crystal displays (LCDs), organic light emitting diodes (OLEDs), field emission displays (FEDs), etc. It is actively underway.

잉크젯 기법이 디스플레이 제조공정에 적용되기 위해서는 잉크젯용 잉크 소재의 다양화와 인쇄할 기판의 젖음성 제어 등이 매우 중요하다. 상기 잉크젯 잉크 소재의 다양화 측면에서 살펴볼 때, 안정적인 잉크젯 분사를 위하여 분산 안 정성과 균일한 크기의 입자를 가지는 금속 나노 졸이 필요할 뿐만 아니라, 미세 라인의 형성 및 소결 후 전극의 연결성과 높은 전도도를 위하여 고농도의 금속 나노 졸이 필요하다. In order to apply the inkjet technique to the display manufacturing process, it is very important to diversify inkjet ink materials and control the wettability of the substrate to be printed. In view of the diversification of the inkjet ink material, not only a metal nanosol having dispersion stability and uniformly sized particles is required for stable inkjet injection, but also the connection and high conductivity of the electrode after formation and sintering of fine lines High concentrations of metal nano sol are required.

현재, 상기한 금속 나노 입자의 제조방법으로는 기상법과 같은 물리적 방법과 액상반응을 이용한 화학적 합성방법이 알려져 있고, 레이저를 사용하여 제조한 금속 나노입자를 잉크화하여 잉크젯용 전극소재로 사용한 해외의 선행기술이 있다. At present, the method for producing the metal nanoparticles is known as a physical method such as a gas phase method and a chemical synthesis method using a liquid phase reaction. There is a prior art.

그러나, 상기 레이저 이용 등과 같은 고가의 장치를 사용하기보다는 환경친화적인 수계의 용액 화학적 방법으로 비교적 간단한 합성장치를 이용하여 고농도의 금속 나노졸의 생산효율을 개선시키는 방법을 채용함이 보다 유용할 것으로 사료된다. However, it would be more useful to employ a method of improving the production efficiency of high concentration of metal nanosol by using a relatively simple synthesis device as an environmentally friendly aqueous solution chemical method, rather than using an expensive device such as using a laser. It is feed.

화학적인 방법으로 금속 나노 입자를 제조하고자 할 때, 입자의 크기 및 입도 분포의 조절이 중요한 요건이 되며, 상기한 나노 입자의 성장을 억제하고 응집을 방지할 목적으로 대부분 적당한 계면 활성제(응집방지제 또는 분산제 등)를 첨가하고 있다. When preparing metal nanoparticles by chemical method, control of particle size and particle size distribution is an important requirement, and most suitable surfactants (anti-agglomerating agent or Dispersing agent).

이러한 계면활성제를 이용한 금속 분말의 제조방법과 관련하여서는 많은 연구가 진행되어 왔고, 최근에도 한국공개특허 제2002-0022168호, 제2001-0070070호, 제2000-0012423호, 및 제2000-0011546호 등 여러 발명이 출원되어 공개된 바 있다.Many researches have been conducted in relation to the preparation method of the metal powder using such a surfactant, and Korea Patent Publication No. 2002-0022168, 2001-0070070, 2000-0012423, 2000-0011546, etc. Several inventions have been filed and published.

그러나 상기와 같이 계면활성제를 이용하여 금속 나노 입자를 제조할 경우 제조하고자 하는 금속 나노 입자의 크기가 작아질수록 입자의 성장 및 응집 방지를 위해 사용하여야 할 계면활성제의 양이 기하급수적으로 증가하게 된다. 따라 서 단순히 계면활성제를 사용하는 방법만으로는 금속 나노입자의 농도를 일정 농도 이상으로 조절할 수 없다는 단점이 있다. However, when the metal nanoparticles are prepared using the surfactant as described above, the smaller the size of the metal nanoparticles to be prepared, the exponentially increasing the amount of the surfactant to be used to prevent the growth and aggregation of the particles. . Therefore, there is a disadvantage that simply by using a surfactant can not control the concentration of the metal nanoparticles above a certain concentration.

상기한 단점을 극복하기 위하여 금속 나노 입자의 화학적인 제조방법을 개선하여 금속염 용액 중의 금속이온을 적당한 환원제로 환원시킨 후 계면활성제를 첨가하여 환원 생성된 금속 입자의 표면에 계면활성제를 흡착시켜 더 이상의 입자 성장이 억제되도록 함으로써 과량의 계면활성제를 사용하지 않고도 미세한 금속입자의 제조가 가능하도록 하였다. In order to overcome the above-mentioned drawbacks, the chemical manufacturing method of the metal nanoparticles was improved to reduce the metal ions in the metal salt solution with a suitable reducing agent, and then a surfactant was added to the surface of the metal particles to be reduced to adsorb the surface. By allowing the growth of particles to be suppressed, it is possible to produce fine metal particles without using an excessive amount of surfactant.

본 발명자는 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속이온 착체를 형성시킨 후 이를 환원제로 처리함으로써 금속입자가 응집 또는 침강하지 않으면서 미세하고 균일한 크기의 고농도 금속 입자를 제조하는 방법[한국특허출원 제2003-0015923호]을 제안하기도 하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventor adds a polymer electrolyte to a metal salt aqueous solution, forms a polymer-metal ion complex, and then processes it with a reducing agent to produce high concentration metal particles of fine and uniform size without aggregation or sedimentation of the metal particles. Application No. 2003-0015923 has been proposed.

상기의 방법으로 제조된 금속 나노 졸은 증류수와 비슷한 접촉각 특성을 나타낸다. 이때, 접촉각은 일반적으로 고체 표면의 젖음성을 나타내는 척도로서 대부분 고착된 물방울에 의해 측정되며, 낮은 접촉각은 높은 젖음성을 나타내고 높은 접촉각은 낮은 젖음성을 나타낸다. 따라서 상기 수계 금속 나노 졸의 유리 기판에 대한 젖음성은 거의 증류수와 같은 특성을 가지고 있다.The metal nano sol prepared by the above method has a contact angle characteristic similar to that of distilled water. In this case, the contact angle is generally a measure of the wettability of the solid surface, and is measured by mostly fixed water droplets, and a low contact angle indicates high wettability and a high contact angle indicates low wettability. Therefore, the wettability of the water-based metal nano sol to the glass substrate has almost the same characteristics as distilled water.

그러나, 순수한 ITO 기판과 같은 소수성 기판에서의 증류수와 금속 나노 졸의 젖음성은 유리 기판에서의 젖음성과는 매우 다르게 나타난다. 예를들어, 증류수와 은 나노 졸의 유리에 대하여 측정한 접촉각은 27.1ㅀ와 21.6ㅀ로 낮은 반면, 순수한 ITO 기판에서는 82.7ㅀ와 66.1ㅀ로 접촉각이 매우 크게 나타난다.However, the wettability of distilled water and metal nano sol on hydrophobic substrates such as pure ITO substrates is very different from the wettability on glass substrates. For example, the contact angles measured for glass of distilled water and silver nano sol are as low as 27.1 ㅀ and 21.6 반면, while the contact angles are very large at 82.7 ㅀ and 66.1 에서는 on pure ITO substrates.

즉, 현재까지 제안된 방법으로 제조한 수계 금속 나노 졸은 친수성이 강하여 소수성이 강한 ITO 기판에 대한 젖음성이 낮아 직접적으로 인쇄가 어려운 상황이며, 또한 평판디스플레이 등의 전극에 사용되는 미세라인의 형성은 전혀 불가능한 상황이다. That is, the aqueous metal nano sol prepared by the proposed method up to now has a high hydrophilicity and is difficult to print directly due to the low wettability of the hydrophobic ITO substrate, and the formation of fine lines used for electrodes such as flat panel displays This is absolutely impossible.

이에 본 발명자들은 PDP 등에 사용 가능한 전극소재로 잉크젯용 금속 나노 졸의 합성 및 미세라인 형성을 위한 전극의 잉크젯 패터닝 기술을 연구하였으며, 그 결과 양이온 고분자 전해질 또는 비이온성 계면활성제를 사용하여 적층기법(layer-by-layer)으로 소수성 기판의 표면을 개질하여 친수화함으로써 100 ㎚ 이하의 미세한 크기로 제조한 고농도 수계 금속 나노 졸을 사용하여 잉크젯 기법으로 직접 기판 상에 균일한 미세라인을 형성할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors studied the inkjet patterning technology of the electrode for the synthesis of the inkjet metal nanosol and the formation of the fine line as the electrode material that can be used for PDP, etc. As a result, the lamination method using a cationic polymer electrolyte or a nonionic surfactant -by-layer) by modifying the surface of the hydrophobic substrate and hydrophilized, it is possible to form uniform fine lines directly on the substrate by inkjet technique using a high concentration aqueous metal nano sol manufactured to a fine size of 100 nm or less. Knowing to complete the present invention.

따라서 본 발명은 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제로 처리하여 미세하고 균일한 크기로 제조한 고농도 수계 금속 나노 졸을 그대로 사용하여 잉크젯 기법으로 미세라인을 형성할 수 있는 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention forms a polymer-metal salt complex by adding a polymer electrolyte to an aqueous metal salt solution, and then forms a micro-line by inkjet technique using a high concentration aqueous metal nano sol prepared in a fine and uniform size by treating it with a reducing agent. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for forming a fine line of a high concentration aqueous metal nano sol for inkjet by surface modification of a hydrophobic substrate.

본 발명은 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제로 처리하여 작고 균일한 고농도 금속나노 졸을 제조하는 과정, 소수성 기판을 아세톤으로 세정하여 상온 ∼ 60 ℃에서 건조시킨 후 표면개질제 10 ∼ 10,000 ppm 수용액에 침지한 다음 80 ∼ 120 ℃에서 건조하여 친수처리하는 과정, 및 상기 친수화된 기판에, 상기 금속 나노 졸을 잉크젯 기법으로 분사하는 과정을 포함하여 이루어지는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법을 특징으로 한다.The present invention forms a polymer-metal salt complex by adding a polymer electrolyte to an aqueous metal salt solution, and then processes it with a reducing agent to prepare a small and uniform high-concentration metal nano sol. The hydrophobic substrate is washed with acetone and dried at room temperature to 60 ° C. After immersing in a 10 to 10,000 ppm aqueous solution of the surface modifier, and then dried at 80 ~ 120 ℃ hydrophilic treatment, and a metal nano sol comprising the step of spraying the metal nano sol to the hydrophilized substrate by an inkjet technique It characterized by the method of forming a fine line.

본 발명은 양이온 고분자 전해질 또는 비이온성 계면활성제를 사용하여 적층기법(layer-by-layer)에 의하여 소수성 기판을 개질하여 친수화 시킴으로써 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제 처리하여 제조한 100 ㎚ 이하 크기의 고농도 수계 금속나노 졸을 이용하여 직접 잉크젯 기법으로 기판 상에 미세라인을 형성할 수 있도록 한 소수성 기판의 표면개질에 의한 잉크젯용 고농도 수계 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법에 관한 것이다.The present invention is to form a polymer-metal salt complex by adding a polymer electrolyte to the aqueous metal salt solution by modifying and hydrophilizing the hydrophobic substrate by a layer-by-layer using a cationic polymer electrolyte or a nonionic surfactant. Fine line of high density water based metal nano sol for inkjet by surface modification of hydrophobic substrate which enables formation of fine lines on substrate by direct inkjet method using high concentration water based metal nano sol of 100 nm or less prepared by reducing agent treatment It relates to a formation method.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에서는 평판디스플레이 등의 전극에 사용되는 미세라인을 형성하기 위하여 기판의 물성을 개선시키고자 함에 그 특징이 있는 것으로서, 상술한 바와 같이, 현재까지 제안된 방법으로 제조한 수계 금속 나노 졸은 친수성이 강하여 소수성이 강한 ITO 기판에 대한 젖음성이 낮아 직접적으로 인쇄가 어려우며, 따라서 평판디스플레이 등의 전극에 사용되는 미세라인 형성이 전혀 불가능했던 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것이다.The present invention is characterized in that it is intended to improve the physical properties of the substrate in order to form fine lines used for electrodes such as flat panel displays. As described above, the water-based metal nano sol manufactured by the method proposed so far is hydrophilic. This strong and hydrophobic ITO substrate has a low wettability is difficult to print directly, and therefore it is proposed to improve the problem that it was impossible to form a fine line used for electrodes such as flat panel display at all.

먼저, 평판디스플레이 등의 전극에 사용되는 미세라인을 형성하기 위하여 기존의 다양한 방법으로 제조한 금속 나노 졸을 사용할 수 있다. 그 중에서도 본 발명자에게 의하여 제안된 방법으로 제조된 금속 나노 졸은 미세하고 균일한 크기를 가지고 있으므로, 본 발명의 미세라인 형성방법에 적용하면 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있을 것이다.First, in order to form fine lines used for electrodes such as flat panel displays, metal nano sol prepared by various conventional methods may be used. Among them, the metal nano sol prepared by the method proposed by the present inventors has a fine and uniform size, and thus, when applied to the method for forming a fine line of the present invention, a more preferable effect may be obtained.

본 발명자는 다음 화학식 1로 표시되는 고분자 전해질을 사용하여 수계 고농도 금속 나노 졸을 제조하였다. 즉, 다음 화학식 1에 나타낸 바와 같이 각 구조단위 각각에 환원시키고자 하는 금속 이온이 치환됨으로써 이온의 환원 과정에서부터 입자 성장이 억제되므로 일반 계면활성제를 사용하는 것에 비하여 더욱 작은 입자를 제조할 수 있으며, 더욱이 고분자 전해질은 하나의 전해질 내에 금속이온이 치환될 수 있는 작용기가 무수히 많이 존재하므로 일반 계면활성제에 비하여 매우 적은 양을 사용하더라도 효과적으로 입자의 응집 및 성장을 제어하는 것이 가능하다.The present inventors prepared an aqueous high concentration metal nano sol using the polymer electrolyte represented by the following Chemical Formula 1. That is, as shown in Chemical Formula 1, since the metal ions to be reduced in each structural unit are substituted, particle growth is suppressed from the reduction process of ions, and thus, smaller particles may be prepared as compared to using a general surfactant. Furthermore, since the polymer electrolyte has a large number of functional groups capable of substituting metal ions in one electrolyte, it is possible to effectively control the aggregation and growth of particles even when using a very small amount compared to the general surfactant.

Figure 112004039114512-PAT00001
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본 발명자에 의하여 제안된 고분자 전해질을 사용하여 금속 나노 졸을 합성 하는 과정은 다음과 같다.The process of synthesizing a metal nano sol using the polymer electrolyte proposed by the inventor is as follows.

먼저, 가용성 금속염을 증류수에 가하여 금속염 수용액을 제조한다. 그리고, 금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 교반시킴으로써 고분자-금속염 착체를 형성한다. 그런 다음, 고분자-금속염 착체 함유 용액에 환원제를 가하여 금속이온을 환원시켜 금속입자 용액을 얻는다.First, a soluble metal salt is added to distilled water to prepare an aqueous metal salt solution. The polymer-metal salt complex is then formed by adding and stirring the polymer electrolyte to the aqueous metal salt solution. Then, a reducing agent is added to the polymer-metal salt complex-containing solution to reduce metal ions to obtain a metal particle solution.

상기한 본 발명의 미세라인을 형성하기 위하여 사용되는 금속 나노 졸의 각 성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at each component of the metal nano sol used to form the fine line of the present invention described above are as follows.

금속염 수용액으로는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택된 금속이온의 질산염, 황산염, 탄산염 또는 염화물 등과 같이 물에 용해되는 가용성 금속염을 물에 녹여서 사용하는 바, 구체적으로는 질산은(AgNO3), 질산구리(Cu(NO3)2) 등을 사용할 수 있다. As an aqueous metal salt solution, soluble metal salts such as nitrates, sulfates, carbonates or chlorides of metal ions selected from silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) and palladium (Pd) are dissolved in water and used. Specifically, silver nitrate (AgNO 3 ), copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 ), or the like can be used.

환원제로는 NaBH4, LiAlBH4, 히드라진, 히드라진 수화물, 포름알데히드 등을 사용할 수 있다. 상기 환원제는 환원시키고자 하는 금속염 1 당량에 대하여 1 ~ 1.2 당량을 사용하는 바, 환원제의 사용량이 1 당량 미만이면 금속염이 100% 환원되지 못하는 문제가 있을 수 있고, 1.2 당량을 초과 사용하면 환원제가 쓸데없이 낭비되기 때문에 바람직하지 못하다.As the reducing agent, NaBH 4 , LiAlBH 4 , hydrazine, hydrazine hydrate, formaldehyde and the like can be used. The reducing agent uses 1 to 1.2 equivalents based on 1 equivalent of the metal salt to be reduced. If the amount of the reducing agent is less than 1 equivalent, there may be a problem that the metal salt cannot be reduced by 100%. It is undesirable because it is wasted.

상기 고분자 전해질로는 고분자 사슬 중에 해리기가 존재하여 물에 녹아 해리되는 특성을 가지는 통상의 고분자 전해질로서, 고분자 사슬 중에 존재하는 해리 기로는 예를 들면 카르복시네이트기(-COO-), 설포네이트기(-SO3 -), 설페이트기(-OSO3 -), 포스페이트기(-OPO3 -) 및 포스포네이트기(-PO 3 -) 등이 포함될 수 있다. 본 발명에 적용될 수 있는 고분자 전해질을 구체적으로 예시하면, 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산, 폴리스타이렌술폰산, 리그닌술폰산 또는 이들의 염이 사용될 수 있다. 또한, 고분자 전해질으로는 상기한 해리기가 결합된 고분자와 해리기를가지고 있지 않은 수용성 고분자 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌글리콜 등과 공중합되어 있는 공중합체가 사용될 수 있다. 그리고 전해질의 해리기와 결합하여 염을 형성하는 카운터 이온은 나트륨 등의 금속 양이온, 암모늄 양이온, 아민 양이온 등이 포함될 수 있다.The polymer electrolyte is a conventional polymer electrolyte having the properties that are dissociated soluble in water by the presence dissociation group in the polymer chain, dissociation groups present in the polymer chain, for example, carboxyl carbonate group (-COO -), sulfonate group ( -SO 3 - can be included, and so on) -), sulfate group (-OSO 3 -), phosphate groups (-OPO 3 -) and a phosphonate group (-PO 3. Specific examples of the polymer electrolyte that can be applied to the present invention may be polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene sulfonic acid, lignin sulfonic acid or salts thereof. In addition, as the polymer electrolyte, a copolymer copolymerized with the above dissociated group and a water-soluble polymer having no dissociation group, such as polyethylene, polyacrylamide, polyethylene glycol, or the like may be used. And the counter ion to combine with the dissociation of the electrolyte to form a salt may include a metal cation such as sodium, ammonium cation, amine cation and the like.

고분자 전해질의 사용량을 고분자의 중합도에 따라 차이가 있을 수 있겠지만, 일반적으로 금속염 1 중량부에 대하여 10 ∼ 150 중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 고분자 전해질의 사용량이 10 중량부 미만이면 금속이온의 고정 효과가 현저히 떨어지게 되어 용액 중에 자유로이 존재하는 금속이온이 존재하게 되어 환원 과정에서 응집이 일어나게 되므로 전해질 첨가 효과가 반감되는 문제가 있고, 150 중량부를 초과하면 용해도의 저하로 용액이 겔화하는 문제가 있다. Although the amount of the polymer electrolyte may vary depending on the degree of polymerization of the polymer, it is generally preferred to add 10 to 150 parts by weight based on 1 part by weight of the metal salt. If the amount of the polymer electrolyte is less than 10 parts by weight, the fixing effect of the metal ions is remarkably decreased, so that the metal ions are freely present in the solution, and the agglomeration occurs in the reduction process. If the portion is exceeded, there is a problem that the solution gels due to a decrease in solubility.

상기한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 따르면, 100 nm 이하의 고농도 금속 나노 졸을 제조할 수 있으며, 금속입자 용액의 농도에 있어서도 저 농도 용액은 물론 10 중량% 이상의 고농도 용액을 제조할 수도 있다. 그리고, 본 발명의 방법 으로 제조한 고농도의 금속입자 용액은 장시간 방치하여도 쉽게 응집하거나 침강하지 않음을 확인하였다.According to the production method of the present invention as described above, it is possible to prepare a high concentration metal nano sol of 100 nm or less, and also in the concentration of the metal particle solution, as well as a high concentration solution of 10% by weight or more can be prepared. In addition, it was confirmed that the metal particles solution of high concentration prepared by the method of the present invention did not easily aggregate or settle even after being left for a long time.

본 발명에서는 상기와 같이 합성한 금속 나노 졸을 사용하여 잉크젯 기법으로 기판상에 미세라인을 형성하고자 하였다. In the present invention, to form a fine line on the substrate by the inkjet method using the metal nano-sol synthesized as described above.

이상과 같은 고분자 전해질을 사용하여 제조한 금속 나노 졸은 매우 친수성이어서 유리 기판과 같은 친수성 표면에 코팅 및 미세패턴에는 매우 적합하다. 그러나, 상기와 같이 제조된 수계 금속 나노 졸은 잉크젯 기법으로 ITO 기판, 고분자 수지 플렉시블 기판 등의 소수성 기판에 미세라인을 형성하고자 할 때는 수계 금속 나노 졸의 젖음성이 상기 소수성 기판과 좋지 않아 직접 인쇄가 불가능하다[도 5의 (b)참고].The metal nano sol prepared by using the polymer electrolyte as described above is very hydrophilic, and is very suitable for coating and micropatterns on hydrophilic surfaces such as glass substrates. However, when the water-based metal nano sol prepared as described above is intended to form a fine line on a hydrophobic substrate such as an ITO substrate or a polymer resin flexible substrate by an inkjet technique, the wettability of the water-based metal nano sol is not as good as that of the hydrophobic substrate. It is not possible (see Fig. 5 (b)).

본 발명의 미세라인 형성방법에서는 상기와 같은 소수성 기판을 친수화처리함으로써, 친수성 금속 나노 졸을 사용하여 직접 인쇄가능하도록 하였다.In the method for forming a fine line of the present invention, by hydrophilizing the hydrophobic substrate as described above, it is possible to print directly using a hydrophilic metal nano sol.

먼저, 소수성 기판으로는 평판 디스플레이 전극용으로 사용할 수 있는 소수성 기판이면 가능하다. 구체적으로, 순수한 ITO 기판, 고분자 수지로 이루어진 플렉시블 기판 등을 예로 들 수 있다.First, as the hydrophobic substrate, any hydrophobic substrate that can be used for flat panel display electrodes can be used. Specifically, examples thereof include a pure ITO substrate, a flexible substrate made of a polymer resin, and the like.

상기 소수성 기판을 아세톤으로 세정한 후 사온 ∼ 60 ℃에서 건조시키고, 이를 표면개질제가 용해된 수용액에 침지시킨다. 상기와 같이 아세톤으로 세정하고 표면개질제 수용액에 침지하는 적층기법에 의하여 소수성 기판의 표면이 친수 성을 띠게 된다.The hydrophobic substrate is washed with acetone and then dried at room temperature to 60 ° C., which is immersed in an aqueous solution in which the surface modifier is dissolved. As described above, the surface of the hydrophobic substrate is hydrophilic by a lamination technique which is washed with acetone and immersed in an aqueous solution of the surface modifier.

본 발명에서 사용하는 표면개질제로서는 이온성 고분자 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제가 있으며, 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌이민, 폴리(소디움 스티렌설포네이트), 폴리(아크릴산), 폴리(N-비닐-2-필롤리돈), 폴리 알릴아민 히드로클로라이드), 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 디아조레진, 폴리머 함유 비피리듐 단위(a polymer containing bipyridinium units), 폴리(4-비닐피리딘) 등의 이온성 고분자 계면활성제 등을 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌 글리콜형 비이온성 계면활성제, 폴리에틸렌 글리콜형 비이온성 계면활성제, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노올레이트, 솔비탄 세스퀴올레이트 및 솔비탄 트리올레이트 중에서 선택된 스판(SPAN) 시리즈, 폴리옥시에텔렌(polyoxyethelene)(20) 솔비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노스테아레이트 및 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노올레이트 중에서 선택된 트윈(TWEEN) 시리즈, 폴리옥시에텔렌(10) 이소옥틸시클로헥실에테르, 폴리옥시에텔렌(40) 이소옥틸시클로헥실에테르, 폴리옥시에텔렌(10) 이소옥틸페닐에테르, 폴리옥시에텔렌(8) 이소옥틸페닐에테르, 및 폴리옥시에텔렌(40) 이소옥틸페닐에테르 선택된 NP 시리즈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된 다가 알콜형 비이온성 계면활성제 중에서 선택된 표면개질제 등의 다가 알콜형 비이온성 계면활성제 등을 선택 사용할 수 있다.The surface modifiers used in the present invention include ionic polymer surfactants or nonionic surfactants, and specific examples thereof include polyethyleneimine, poly (sodium styrenesulfonate), poly (acrylic acid), and poly (N-vinyl-2). Ionicity such as -pyrrolidone), polyallylamine hydrochloride), poly (diallyldimethylammonium chloride), diazoresin, a polymer containing bipyridinium units, poly (4-vinylpyridine) Polymeric surfactants and the like, polyethylene glycol type nonionic surfactants, polyethylene glycol type nonionic surfactants, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbbi SPAN series, polyoxyethelene (20) selected from tan sesquioleates and sorbitan trioleates TWEEN series selected from tan monolaurate, polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate and polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate , Polyoxy ethylene (10) isooctyl cyclohexyl ether, polyoxy ethylene (40) isooctyl cyclohexyl ether, polyoxy ethylene (10) isooctyl phenyl ether, polyoxy ethylene (8) isooctyl phenyl ether And polyhydric alcohol-type nonionic surfactants such as a surface modifier selected from polyhydric-alcohol-type nonionic surfactants selected from one or a mixture of two or more selected from the selected NP series. Can be used.

이러한 표면개질제를 10 ∼ 10,000 ppm 농도로 포함하는 수용액으로 제조하 여 사용하며, 바람직하게는 100 ∼ 1000 ppm 농도로 제조하여 사용한다. 표면개질제의 농도가 10 ppm 미만이면 금속 나노 졸과 기판의 접촉각이 높아서 미세라인이 형성되지 않으며, 10,000 ppm 농도를 초과할 경우에는 표면처리면의 불균일성 등의 문제점이 있다.Such surface modifiers are prepared and used in an aqueous solution containing 10 to 10,000 ppm concentration, preferably 100 to 1000 ppm concentration. If the concentration of the surface modifier is less than 10 ppm, the contact angle between the metal nano sol and the substrate is high, and thus fine lines are not formed. If the concentration of the surface modifier exceeds 10,000 ppm, there is a problem such as unevenness of the surface treated surface.

상기와 같이 제조한 표면개질제 수용액에 친수처리하고자 하는 소수성 기판을 30분 ∼ 3 시간 동안 침지하고, 꺼낸 다음 80 ∼ 120 ℃에서 건조한다. The hydrophobic substrate to be hydrophilized in the aqueous surface modifier solution prepared as described above is immersed for 30 minutes to 3 hours, taken out, and dried at 80 to 120 ° C.

이렇게 친수화 처리된 기판은 소수성 표면이 친수화된 특성을 나타내며, 친수성인 금속 나노 졸과의 접촉각이 낮아져서, 젖음성이 좋아진다. 상기한 방법으로 표면이 친수처리된 기판에 잉크젯 기법으로 금속 나노 졸을 분사하면 균일하게 10 ∼ 100 ㎛의 미세라인이 형성되고, 이를 미세전극에 적용할 수 있다.The hydrophilized substrate thus exhibits hydrophilic property of the hydrophobic surface, lowers the contact angle with the hydrophilic metal nano sol, and improves wettability. When the metal nano-sol is sprayed on the surface of the substrate hydrophilized by the above method by the inkjet method, fine lines of 10 to 100 μm are uniformly formed and applied to the microelectrodes.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시 예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.

제조예 : 은 나노 졸의 제조Preparation Example: Preparation of Silver Nano Sol

먼저, 가용성 금속염으로 질산은 6.5 g을 증류수 40 g에 용해시킨 후, 고분자 전해질(폴리아크릴산 나트륨염의 고분자 전해질, 44S) 8 g을 분산시키고 1시간 동안 교반하여 고분자 전해질 작용기에 은 이온이 치환된 고분자-질산은 착체를 형성하였다. 이와는 별도로 상기 질산은을 환원시키기에 필요한 당량의 NaBH4 0.1 g를 증류수 5 g에 용해시켜 환원제 용액을 준비하였다. 고분자-질산은 착체 함유 용액을 강하게 교반하면서 상기에서 준비한 환원제 용액을 천천히 적가하여 은(Ag) 이온을 환원시켰다. 환원 반응이 끝난 용액은 짙은 흑색으로 보였으며, 이 용액을 희석시키면 밝은 노랑색을 나타내었다. 이와 같이 환원하여 제조한 은 입자가 포함된 금속입자 용액을 입도 분석기와 투과전자현미경(TEM)으로 분석하였으며, 입자형상 및 입도분포를 첨부도면 도 1 에 나타내었다. 제조된 은 나노 졸의 입자 크기가 10 ㎚ 이하이고. 농도는 10 중량%임을 알 수 있다. First, 6.5 g of silver nitrate was dissolved in 40 g of distilled water as a soluble metal salt. Then, 8 g of a polymer electrolyte (polyelectrolyte of sodium polyacrylate, 44S) was dispersed and stirred for 1 hour to replace the silver ions in the polymer electrolyte functional group. Nitric acid formed a complex. Separately, 0.1 g of NaBH 4 , the equivalent of which is required to reduce the silver nitrate, was dissolved in 5 g of distilled water to prepare a reducing agent solution. The silver-Ag ions were reduced by slowly dropwise adding the reducing agent solution prepared above while strongly stirring the solution containing the polymer-silver nitrate. After the reduction reaction, the solution appeared dark black, and when diluted, the solution appeared light yellow. The metal particle solution containing the silver particles prepared as described above was analyzed by particle size analyzer and transmission electron microscope (TEM), and the particle shape and particle size distribution are shown in FIG. 1. The particle size of the prepared silver nano sol is 10 nm or less. It can be seen that the concentration is 10% by weight.

상기 은 나노 졸에는 고분자전해질(polyacrylic ammonium salt)이 은 이온농도에 대해 1 당량 포함되어 있고, 은 나노 입자의 표면하전은 -45 mV 정도로 분산성이 매우 우수한 고농도 졸이라고 판단되었다. The silver nano sol contained 1 equivalent of polyacrylic ammonium salt with respect to the silver ion concentration, and the surface charge of the silver nano particles was determined to be a high concentration sol having excellent dispersibility of about -45 mV.

상기 고농도 은 나노 졸의 유변학적 거동을 도 2에 나타내었는데, 이를 살펴보면 낮은 전단속도에서는 다소 높은 점도를 나타내지만 높은 전단속도에서는 낮은 점도를 나타내는 소위 "요변성 거동(thixotropic behavior)"을 나타내고 있었다. 따라서 상기와 같이 제조된 본 발명의 은 나노 졸은 잉크젯 헤드의 미세구멍을 통하여 분사될 때는 낮은 점도로 분사가 용이하고 분사 후에는 다시 점도가 복원되어 미세 라인의 형성이 용이한 특성을 지니는 것으로 기대된다. The high concentration of the silver nano sol rheological behavior is shown in Figure 2, which shows a so-called "thixotropic behavior" showing a slightly high viscosity at a low shear rate but a low viscosity at a high shear rate. Therefore, the silver nano sol of the present invention prepared as described above is expected to have a characteristic that it is easy to spray at low viscosity when sprayed through the micropores of the inkjet head, and that the viscosity is restored after spraying, so that the formation of fine lines is easy. do.

실시예 1 ~ 13 : 양이온성 고분자 계면활성제를 사용한 소수성 기판의 친수화 처리Examples 1 to 13: Hydrophilicity Treatment of Hydrophobic Substrates Using Cationic Polymer Surfactants

순수한 ITO 기판을 아세톤으로 세정한 다음 상온에서 건조시켜 준비하였다. 표면개질제로서 양이온성 계면활성제인 폴리에틸렌이민(PEI; H(-NHCH2CH2-)n NH2, Aldrich)을 3 차 증류수에 용해시켜 다음 표 1에 나타낸 농도로 제조한 다음 상기 세정한 ITO 기판을 2 시간 동안 담그고 꺼내서 80 ℃ 공기 분위기에서 12 시간 건조하여 친수처리된 ITO 기판을 제조하였다. The pure ITO substrate was prepared by washing with acetone and drying at room temperature. Cationic surfactant polyethyleneimine (PEI; H (-NHCH 2 CH 2- ) n NH 2 , Aldrich) as a surface modifier was dissolved in tertiary distilled water, prepared at the concentration shown in Table 1 below, and then washed After dipping for 2 hours and drying for 12 hours at 80 ℃ air atmosphere to prepare a hydrophilized ITO substrate.

상기 표면개질제의 종류와 농도 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 변경하면서 ITO 기판을 친수화 처리하였다.Type and concentration of the surface modifier The ITO substrate was hydrophilized while changing as shown in Table 1 below.

실험예 1: 접촉각의 측정Experimental Example 1: Measurement of Contact Angle

접촉각은 일반적으로 고체표면의 젖음성(wettability)을 나타내는 척도로서, 대부분 고착된 물방울(sessile drop)에 의해 측정하며, 낮은 접촉각은 높은 젖음성을 나타내고 높은 접촉각은 낮은 젖음성을 나타낸다. 젖음성을 관찰하기 위하여 접촉각 측정기(Phoenix-300, SEO, Korea)를 이용하였으며, 각각의 기판에 대하여 증류수와 은 나노 졸의 접촉각을 측정하였다.Contact angle is generally a measure of the wettability of a solid surface, mostly measured by sessile drop, with low contact angles showing high wettability and high contact angles showing low wettability. In order to observe the wettability, a contact angle measuring device (Phoenix-300, SEO, Korea) was used, and the contact angle of distilled water and silver nano sol was measured for each substrate.

1) 기판의 종류에 따른 증류수와 은 나노 졸 접촉각1) Contact angle of distilled water and silver nano sol according to substrate type

기판은 3종류로 (a)유리 기판, (b) 순수한 ITO 기판, 및 (c) PEI를 100ppm 코팅한 ITO 기판(실시예 2)을 사용하였으며 결과는 첨부도면 도 3에 나타내었다. 첨부도면 도 3에 따르면 증류수와 은 나노 졸에 대해서 측정한 접촉각은 유리 기판에서 27.1ㅀ와 21.6ㅀ로 낮은 반면[(a),(d)], 순수한 ITO 기판에서는 82.7ㅀ와 66.1ㅀ로 접촉각이 크게 나타났다[(b),(e)]. 증류수와 은 나노 졸은 비슷한 접 촉각 특성을 나타내어 수계 은 나노 졸의 기판에 대한 젖음성은 거의 증류수와 같은 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. Substrates were (a) glass substrates, (b) pure ITO substrates, and (c) ITO substrates (Example 2) coated with 100 ppm PEI. The results are shown in FIG. 3. According to FIG. 3, the contact angles measured for distilled water and silver nano-sols are low at 27.1 ㅀ and 21.6 ㅀ in glass substrates ((a), (d)], while the contact angles are 82.7 ㅀ and 66.1 ㅀ in pure ITO substrates. It was large [(b), (e)]. Distilled water and silver nano sol showed similar contact sensation characteristics, so that the wettability of the aqueous silver nano sol to the substrate was almost the same as that of distilled water.

한편, 순수한 ITO 기판에서의 젖음성은 유리 기판에서의 젖음성과는 매우 다름을 시사하고 있다. On the other hand, the wettability in a pure ITO substrate suggests that it is very different from the wettability in a glass substrate.

2) 계면활성제 농도에 따른 접촉각의 측정2) Measurement of contact angle according to surfactant concentration

한편 ITO 기판의 인쇄성 개선을 목적으로 코팅할 PEI의 적정 농도 범위를 알아보기 위하여, ITO 기판에 농도가 다른 PEI를 코팅해서 접촉각을 측정하고 그 결과를 첨부도면 도 4에 나타내었다. 은 나노 졸의 접촉각은 고분자 전해질의 양이 10 ppm까지는 급격히 감소하였지만, 그 이상에서는 서서히 감소하였다. 따라서 ITO 기판에서 은 나노 졸의 인쇄성 개선을 위해는 약 100 ppm 정도의 PEI가 코팅되면 충분하다고 판단되었다[첨부도면 도 3의 (c)와 (f)는 PEI 100 ppm 농도 수용액으로 표면처리한 ITO 기판의 증류수와 은 나노졸에 대한 접촉각을 각각 나타낸다. On the other hand, in order to find the proper concentration range of the PEI to be coated for the purpose of improving the printability of the ITO substrate, the contact angle was measured by coating a PEI having a different concentration on the ITO substrate and the results are shown in the accompanying drawings. The contact angle of the silver nano sol decreased rapidly until the amount of the polymer electrolyte was 10 ppm, but gradually decreased thereafter. Therefore, it was judged that about 100 ppm of PEI was sufficient to improve the printability of the silver nano sol on the ITO substrate. [Attachments (c) and (f) of FIG. The contact angles with respect to distilled water and silver nanosol of an ITO substrate are shown, respectively.

실험예 2: 미세라인 형성Experimental Example 2: Formation of Fine Lines

상기 제조예의 은 나노 졸을 사용하여 PEI로 코팅된 ITO 기판(실시예 2), 그리고 유리 기판을 이용하여 은 나노 졸을 잉크젯 기법으로 인쇄하였다. The silver nano sol of the preparation example was printed with an ITO substrate (Example 2) coated with PEI, and the silver nano sol was printed by an inkjet technique using a glass substrate.

잉크젯 프린터로 미세라인을 형성하였고, 인쇄된 미세라인은 광학현미경(ICS-305A, Sometech, Korea)을 이용하여 300 배로 관찰하였으며, 그 결과는 첨부도면 도 5에 나타내었다.Fine lines were formed with an inkjet printer, and the printed fine lines were observed at 300 times using an optical microscope (ICS-305A, Sometech, Korea), and the results are shown in the accompanying drawings of FIG. 5.

첨부도면 도 5에 따르면 유리 기판에 미세라인을 인쇄해 보면 같이 라인형성이 가능하였고 약 40 ㎛의 다소 두꺼운 선폭을 나타내었다[도 5의 (a)]. 이것은 기판과 은 나노 졸의 양호한 젖음성 때문에 라인의 퍼짐성이 크게 나타났다고 생각된다. 순수한 ITO 기판에 미세라인을 인쇄할 경우에는, 라인이 형성되지 않고 약 50㎛ 크기의 도트만 형성되었다[도 5의 (b)]. 이는 첨부도면 도 3의 (b)와 (e)에 각각 나타낸 바와 같이 증류수와 은 나노 졸은 순수한 ITO 기판에서는 접촉각이 82.7ㅀ와 66.1ㅀ로 높게 관찰되고, 이는 젖음성이 낮기 때문에 미세라인을 형성하지 못한 것으로 판단된다. According to the accompanying drawings, when the fine lines were printed on the glass substrate, the line formation was possible, and the line width of about 40 μm was shown (FIG. 5 (a)). This is thought to be due to the large spreading of the lines due to the good wettability of the substrate and the silver nano sol. In the case of printing fine lines on a pure ITO substrate, no lines were formed, but only dots having a size of about 50 μm were formed (FIG. 5B). As shown in (b) and (e) of FIG. 3, respectively, the contact angles of distilled water and silver nanosol were observed to be high at 82.7 kPa and 66.1 kPa on pure ITO substrates, which do not form fine lines because of their low wettability. I don't think so.

따라서 본 연구에서는 ITO 기판에 금속 나노 졸의 젖음성 향상을 위하여 100 ppm의 양이온성 고분자전해질(PEI)로 표면처리한 ITO 기판(실시예 2)에서의 증류수와 은 나노 졸의 접촉각을 측정한 결과, 도 3의 (c), (f)와 같이 증류수의 접촉각은 53.4ㅀ, 은 나노 졸의 접촉각은 40.3ㅀ 정도로 크게 낮아졌다. 이때, 미세 라인형성은 도 5의 (c)와 같이 약 30 ㎛의 선폭이 균일한 라인이 형성됨을 볼 수 있었다. 이는 ITO 기판이 표면개질제, 즉, 양이온성 고분자 계면활성제(PEI)로 코팅함에 따라 은 나노 졸의 젖음성이 증가되어 라인의 인쇄성이 좋아졌다고 생각된다. Therefore, in this study, the contact angle between distilled water and silver nanosol was measured on an ITO substrate (Example 2) surface-treated with 100 ppm of cationic polyelectrolyte (PEI) to improve the wettability of the metal nanosol on the ITO substrate. As shown in (c) and (f) of FIG. 3, the contact angle of distilled water was 53.4 kPa and the contact angle of silver nano sol was significantly lowered to about 40.3 kPa. In this case, as shown in (c) of FIG. 5, the fine line was formed with a line having a uniform line width of about 30 μm. It is thought that the wettability of the silver nano sol is increased as the ITO substrate is coated with a surface modifier, that is, cationic polymer surfactant (PEI), thereby improving the printability of the line.

구 분division 표면개질제Surface modifier 농도(ppm)Concentration (ppm) 인쇄폭(㎛)Print width (㎛) 미세라인 형성 여부Whether fine lines are formed 비교예Comparative example -- -- 불가능(도트형성)Impossible (dot formation) 실시예 1Example 1 PEIPEI 100100 50~10050-100 가능possible 실시예 2Example 2 PEIPEI 1,0001,000 50~10050-100 가능possible 실시예 3Example 3 PEIPEI 10,00010,000 30~10030-100 가능possible 실시예 4Example 4 SPAN 80SPAN 80 100100 50~10050-100 가능possible 실시예 5Example 5 SPAN 80SPAN 80 1,0001,000 50~10050-100 가능possible 실시예 6Example 6 SPAN 80SPAN 80 10,00010,000 30~10030-100 가능possible 실시예 7Example 7 PSSPSS 100100 50~10050-100 가능possible 실시예 8Example 8 PSSPSS 1,0001,000 50~10050-100 가능possible 실시예 9Example 9 PSSPSS 10,00010,000 30~10030-100 가능possible 실시예 10Example 10 PDDAPDDA 100100 50~10050-100 가능possible 실시예 11Example 11 PDDAPDDA 1,0001,000 50~10050-100 가능possible 실시예 12Example 12 PDDAPDDA 10,00010,000 30~10030-100 가능possible PEI; 폴리에틸렌이민 SPAN 80; sorbitan monooleate PSS; poly(sodium styrenesulfonate) PDDA; poly(diallyldimethylammonium chloride)PEI; Polyethyleneimine SPAN 80; sorbitan monooleate PSS; poly (sodium styrenesulfonate) PDDA; poly (diallyldimethylammonium chloride)

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 금속염이 용해된 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시키고, 이를 환원하여 입자의 성장 및 응집을 제어한 100 nm 이하의 초미세 크기의 균일한 금속입자를 사용하고, 소수성 기판을 아세톤 세정과 표면개질제를 사용하여 적층법(layer-by-layer)으로 친수처리함으로서, 친수성인 금속 나노 졸을 잉크젯 기법으로 분사하여 균일하고 좁은 미세라인을 형성할 수 있다.As described above, in the present invention, the polymer electrolyte is added to the aqueous solution in which the metal salt is dissolved to form a polymer-metal salt complex, which is reduced to control the growth and agglomeration of the particles to control ultra-sized uniform metal particles of 100 nm or less. And hydrophilic treatment of the hydrophobic substrate by layer-by-layer using acetone cleaning and a surface modifier, the hydrophilic metal nano sol can be sprayed by inkjet technique to form uniform narrow narrow lines. .

본 발명에 의하면 소수성 기판을 친수처리 하는 간단한 방법으로 미세라인을 형성할 수 있기 때문에 평판디스플레이 패널용 전극 소재로서 매우 유용할 것으로 기대되며, 이외에서 미세전극을 필요로 하는 각종 소자에 적용 가능할 것으로 기대 된다.According to the present invention, since the microline can be formed by a simple method of hydrophilic treatment of the hydrophobic substrate, it is expected to be very useful as an electrode material for a flat panel display panel. do.

Claims (8)

금속염 수용액에 고분자 전해질을 첨가하여 고분자-금속염 착체를 형성시킨 후 이를 환원제로 처리하여 작고 균일한 고농도 금속나노 졸을 제조하는 과정,Adding a polymer electrolyte to an aqueous metal salt solution to form a polymer-metal salt complex, and then treating it with a reducing agent to produce a small and uniform high concentration metal nano sol, 소수성 기판을 아세톤으로 세정하여 상온 ∼ 60 ℃에서 건조시킨 후 표면개질제 10 ∼ 10,000 ppm 수용액에 침지한 다음 80 ∼ 120 ℃에서 건조하여 친수처리하는 과정, 및 Washing the hydrophobic substrate with acetone, drying at room temperature to 60 ° C., immersing in a 10 to 10,000 ppm aqueous surface modifier, and drying at 80 to 120 ° C. for hydrophilic treatment, and 상기 친수화된 기판에, 상기 금속 나노 졸을 잉크젯 기법으로 분사하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of forming a fine line of a metal nano-sol, characterized in that comprising the step of spraying the metal nano-sol on the hydrophilized substrate by an inkjet technique. 제 1 항에 있어서, 상기 금속염 수용액은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택된 금속이온의 질산염, 황산염, 탄산염 또는 염화물이 용해된 수용액인 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the aqueous metal salt solution is nitrate, sulfate, carbonate or salt of a metal ion selected from silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), cobalt (Co) and palladium (Pd). Method for forming a fine line of metal nano sol, characterized in that the chloride solution is dissolved. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 전해질은 고분자 사슬 중에 해리기(解離基)가 존재하여 물에 녹아 해리되는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the polymer electrolyte has a dissociation group in the polymer chain and is dissolved in water to dissociate. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 전해질은 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산 폴리스타이렌술폰산, 리그닌술폰산 및 이들의 염 중에서 선택된 해리기가 결합된 고분자 물질이거나, 또는 상기한 해리기가 결합된 고분자 물질과 해리기를 가지고 있지 않은 다른 수용성 고분자의 공중합체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The polymer electrolyte of claim 1, wherein the polymer electrolyte is a polymer material having a dissociation group selected from polyacrylic acid, polymethacrylic acid polystyrenesulfonic acid, lignin sulfonic acid, and salts thereof, or a polymer material having no dissociation group bonded thereto. Method for forming a fine line of a metal nano-sol, characterized in that selected from copolymers of other water-soluble polymers. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 전해질은 금속염 1 중량부에 대하여 0.1 ∼ 30 중량부 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the polymer electrolyte is used in an amount of 0.1 to 30 parts by weight based on 1 part by weight of the metal salt. 제 1 항에 있어서, 상기 생성된 금속 나노입자가 100 nm 이하의 초미세 분말인 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the metal nanoparticles produced are ultrafine powders of 100 nm or less. 제 1 항에 있어서, 상기 표면개질제는 양이온 고분자 전해질 또는 비이온성 계면활성제인 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.The method of claim 1, wherein the surface modifier is a cationic polymer electrolyte or a nonionic surfactant. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 표면개질제는 폴리에틸렌이민, 폴리(소디움 스티렌설포네이트), 폴리(아크릴산), 폴리(N-비닐-2-필롤리돈), 폴리 알릴아민 히드로클로라이드), 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 디아조레진, 폴리머 함유 비피리듐 단위(a polymer containing bipyridinium units) 및 폴리(4-비닐피리딘) 중에서 선택된 양이온성 고분자 계면활성제 또는 폴리에틸렌 글리콜형 비이온성 계면활성제, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노팔미테이트, 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노올레이트, 솔비탄 세스퀴올레이트 및 솔비탄 트리올레이트 중에서 선택된 스판(SPAN) 시리즈, 폴리옥시에텔렌(polyoxyethelene)(20) 솔비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노스테아레이트 및 폴리옥시에텔렌(20) 솔비탄 모노올레이트 중에서 선택된 트윈(TWEEN) 시리즈, 폴리옥시에텔렌(10) 이소옥틸시클로헥실에테르, 폴리옥시에텔렌(40) 이소옥틸시클로헥실에테르, 폴리옥시에텔렌(10) 이소옥틸페닐에테르, 폴리옥시에텔렌(8) 이소옥틸페닐에테르, 및 폴리옥시에텔렌(40) 이소옥틸페닐에테르 선택된 NP 시리즈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된 다가 알콜형 비이온성 계면활성제 중에서 선택된 표면개질제가 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 졸의 미세라인 형성방법.8. The surface modifier of claim 1 or 7, wherein the surface modifier is polyethyleneimine, poly (sodium styrenesulfonate), poly (acrylic acid), poly (N-vinyl-2-pyrrolidone), polyallylamine hydrochloride), Cationic polymeric surfactants or polyethylene glycol type nonionic surfactants, selected from poly (diallyldimethylammonium chloride), diazoresins, a polymer containing bipyridinium units and poly (4-vinylpyridine) SPAN series selected from tan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan sesquioleate and sorbitan trioleate, polyoxyethelene ( 20) sorbitan monolaurate, polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate and polyoxyether (20) TWEEN series selected from sorbitan monooleate, polyoxyethylene (10) isooctylcyclohexyl ether, polyoxyethylene (40) isooctylcyclohexyl ether, polyoxyethylene (10) iso Among polyhydric alcohol type nonionic surfactants selected from one or a mixture of two or more selected from octylphenyl ether, polyoxyethylene (8) isooctylphenyl ether, and polyoxyethylene (40) isooctylphenyl ether selected NP series Method for forming a fine line of metal nano sol, characterized in that the selected surface modifier is used.
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