KR20080109197A

KR20080109197A - 아민 화합물을 포함하는 탄소 나노튜브(ｃｎｔ) 박막 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20080109197A
Application number: KR1020070057236A
Authority: KR
Inventors: 신현진; 윤선미; 최재영; 최성재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-17
Also published as: JP2008311642A; US20080311424A1; KR100913700B1

Abstract

아민 화합물을 포함하는 탄소 나노튜브(CNT) 박막 및 그 제조방법이 개시된다. 구체적으로 CNT 박막은, 플라스틱 기판상에 도포되는 CNT 조성물을 포함하는 것으로서, 이러한 CNT 조성물은 CNT, 및 분산 용매로 사용되며 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하고, 또한 CNT 조성물은 플라스틱 기판상에 도포시에는 아민 화합물을 분산용매로서 포함하되, 아민 화합물은 CNT 조성물이 플라스틱 기판상에 도포된 후에 열처리로 제거되는 것을 특징으로 하는 구성을 갖는다. 또한, CNT 박막의 제조 방법은, 분산 용매로 사용되며 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 CNT와 혼합하여 CNT 조성물을 준비하는 단계, CNT 조성물을 플라스틱 기판상에 도포하여 CNT 박막을 형성하는 단계, 및 CNT 박막을 열처리함으로써 CNT박막으로부터 아민 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성을 갖는다. 이와 같은 구성에 따른 CNT 박막 및 그 제조방법에 따르면, 전극의 저항을 감소시켜서 전극의 전기 전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 이러한 기술은 분산제 없이 CNT만을 사용해야만 하는 다양한 전자 소자에도 적용 가능하다.

CNT, 아민 화합물, 부틸아민, 피리딘, NMP, 분산제, UV스펙트럼

Description

아민 화합물을 포함하는 탄소 나노튜브(ＣＮＴ) 박막 및 그 제조방법 {Carbon nano-tube(CNT) thin film comprising an amine compound, and a manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 분산용매로 사용된 아민 화합물을 열처리를 통해 제거하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 2는 끓는점이 150℃ 미만인 아민 화합물들의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘(pyridine)과 부틸아민(butylamine)에 각각 분산되어 있는 탄소 나노튜브(CNT) 분산액의 사진을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘, 부틸아민, 및 엔-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone)에 각각 분산시킨 CNT 분산액의 UV 스펙트럼에 관한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 아민 화합물의 종류를 달리하여 CNT 분산을 이용한 플렉서블 투명 전극을 제조하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘, 부틸아민, 및 NMP에 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리 한 후의 저항 감소를 나타 낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 끓는점이 다른 선형 알킬 사슬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 끓는점이 다른 고리형 알킬 사슬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타낸 도면이다.

본 발명은 탄소 나노튜브(Carbon Nano-Tube, 이하 'CNT'라고 함) 박막 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNT 분산을 이용하여 제조되는 플렉서블 투명 전극을 구현함에 있어서 전도도를 높일 수 있는 CNT 재료 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

디스플레이 소자에서는 투명하면서 전기가 통할 수 있는 투명 전극이 필요하게 되며 현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 'ITO'라고 함)이다. ITO는 현재 가장 많이 쓰이고 있는 재료이기는 하지만, 인듐의 소비량이 많아짐에 따라 가격이 높아진다는 문제점을 가지고 있으며, 특히 ITO 전극을 굽힐 경우 생성되는 크랙(crack)으로 말미암아 저항이 증가하는 문제점을 가지고 있으므로, 향후 플렉서블 소자에는 적용하기 어렵다.

따라서, 플렉서블 소자에 적용할 수 있는 투명 전극의 개발이 필요하며, 최근 가장 각광받고 있는 재료 중 하나가 CNT이다. 이러한 CNT는 전기 전도성과 강도가 우수하며 쉽게 휘어질 수 있는 성질을 가지고 있으므로 CNT를 이용한 플렉서블 투명 전극은 기존의 LCD, OLED 및 페이퍼 유사 디스플레이(paper like display)와 같은 디스플레이 소자뿐만 아니라 태양 전지(solar cell) 및 2차 전지와 같은 에너지 소자에도 전극 물질로서 폭넓게 응용이 가능하다.

CNT 투명전극에 있어서 가장 중요한 특성은 전도도, 투명도, 및 유연성이라고 할 수 있다. 　일반적으로 CNT 투명전극은 CNT 분말을 분산제를 포함한 용액에 분산하여 CNT 잉크를 제조한 다음 이를 플라스틱 기판에 도포함으로써 제조된다. CNT 투명전극의 전도도 향상을 위해서 중요한 것은 캐리어가 CNT 자체를 이동할 뿐만 아니라 CNT와 CNT 사이를 자유롭게 이동할 수 있어야 한다는 것이다.

최근의 연구 결과에 의하면 이러한 CNT 망상 구조(network)로 이루어진 투명 전극에 있어서 CNT가 서로 충분히 접촉을 할 정도로 CNT의 양이 많을 경우, 즉 투수 임계점(percolation threshold) 이상인 상태에서는 CNT 자체의 저항이 CNT 망상 구조 막에 미치는 영향은 거의 없는 반면, CNT와 CNT 사이의 접촉 저항(contact resistance)이 CNT 망상 구조 막의 저항에 주된 영향을 미친다고 알려져 있다.

따라서 CNT의 망상구조 형성과 CNT와 CNT 사이의 접촉 저항의 감소는 CNT 투명 전극의 전도성 향상을 위하여 매우 중요하다. 그러나 처음 합성된 CNT들은 무수히 많은 다발들이 반데르발스 힘에 의해 모여있는 분말 형태이므로 CNT 망상 구조를 구현하기 위해서는 CNT들을 하나하나 분산시켜 도포하는 것이 중요하다.

CNT를 분산시키기 위해서 지금까지 여러 가지 형태의 분산제가 개발되어 망상 구조의 형성이 용이해졌으나 분산제 자체의 저항으로 인해 CNT와 CNT 사이의 접촉저항은 오히려 증가시키는 요인이 되었다. 분산제로 인한 접촉저항의 증가 문제를 해결하기 위해 전도성 분산제를 이용하려는 노력을 기울여 왔다(일본 공개 특허출원 제2005-097499호 및 일본 공개 특허출원 제 2005-089738호).

하지만 여전히 잔존하는 분산제는 투명전극 전체의 저항을 증가시키는 요인으로 남아있으며 CNT에 흡착되어 있지 않고 플라스틱 기판 위에 존재하는 과량의 분산제를 제거하는 방법도 쉽지 않은 것이 사실이다. 또한, 대부분의 전도성 폴리머 분산제의 경우, 사슬이 비편재화(conjugation)되어 있어 가시광 영역에서 빛을 흡수하므로 투과도를 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 폴리머 또는 긴 알킬 사슬을 가지는 분산제를 사용하지 않고, 끓는점이 낮은 짧은 사슬의 아민 화합물을 분산제 겸 용매로 사용하여 CNT를 분산시킨 후 플라스틱 기판에 도포하여 CNT 박막을 제조하고 플라스틱 기판이 변성되지 않는 온도범위 내에서 열처리를 통해 분산용매로 사용한 짧은 사슬의 아민을 제거함으로써, CNT박막을 포함하는 전극의 전도성을 향상시키는 데에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 CNT 박막 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CNT 분산을 이용하여 제조되는 플렉서블 투명 전극 을 구현함에 있어서 전도도를 높일 수 있는 CNT 재료 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명에 따른 CNT 박막은, 플라스틱 기판; 및 상기 플라스틱 기판상에 도포되는 CNT 조성물을 포함하는 CNT 박막으로서, 상기 CNT 조성물은, CNT; 및 분산 용매로 사용되는 것으로서 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 CNT 조성물은 상기 플라스틱 기판상에 도포시에는 아민 화합물을 분산용매로서 포함하되, 상기 아민 화합물은 상기 CNT 조성물이 상기 플라스틱 기판상에 도포된 후에 열처리로 제거되는 것을 특징으로 하는 구성을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 CNT 박막의 제조 방법은, 분산 용매로 사용되는 것으로서 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 CNT와 혼합하여 CNT 조성물을 준비하는 단계; 상기 CNT 조성물을 플라스틱 기판상에 도포하여 CNT 박막을 형성하는 단계; 및 상기 CNT 박막을 열처리함으로써, 상기 CNT 박막으로부터 상기 아민 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성을 갖는다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 CNT 박막을 포함하는 CNT 전극을 구현할 수 있으며, 이러한 CNT 박막을 이용하여 전극 및 채널물질을 구성하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 'TFT'라고 함)를 구현할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 분산용매로 사용된 아민 화합물을 열처리를 통해 제거하는 과정을 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 분말 형태의 CNT를 분산시켜 CNT 망상 구조를 구현하기 위해서는 분산제가 필요하게 되는데, 이러한 분산제는 그 자체의 저항으로 인해 투명 전극의 저항을 증가시키고 이에 따라 전기 전도성을 감소시키는 요인이 되므로, 열처리 과정에 의해 쉽게 제거될 수 있는 짧은 알킬 사슬을 가진 아민 화합물을 분산제로 사용한다.

도 1에 도시된 바와 같이, CNT를 짧은 알킬 사슬을 가진 아민 화합물 용매에 분산하여 CNT 분산액을 만들게 되면, CNT의 저항에 분산제인 아민 화합물의 저항이 추가로 더해지게 됨에 따라, 전체적으로 저항이 증가하게 된다. 그러나, 투명 전극의 제조 후에 CNT 분산액에서 분산 용매로 사용된 짧은 알킬 사슬을 가진 아민 화합물을 열처리 과정을 통해 제거함으로써 이러한 분산제가 차지하는 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 투명 전극의 전체 저항은 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

도 2는 끓는점이 150℃ 미만이고, 짧은 알킬 사슬을 가진 대표적인 아민 화합물들의 화학 구조식을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 화학 구조식으로부터, 끓는점이 115℃인 피리딘(pyridine)은 고리형 아민 화합물이고, 끓는점이 82℃인 부틸아민(butylamine)은 선형 아민 화합물이며, 끓는점이 각각 89℃ 및 121℃인 트리에틸아민(triethylamine) 및 테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine)은 가지형 아민 화합물임을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 위와 같이 끓는점이 150℃ 미만이고 짧은 알킬 사슬을 가진 고리형, 사슬형, 또는 가지형 아민 화합물이 CNT 분산액의 분산제 또는 용매로서 사용된다. 여기서, 끓는점이 150℃ 미만인 아민 화합물을 사용하는 것이 끓는점이 150℃보다 높은 아민 화합물을 사용하는 경우에 비해 투명 전극의 저항 감소율이 더 높게 나타나게 되는데, 이와 관련되는 실험 결과에 대해서는 후술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘과 부틸아민에 각각 분산되어 있는 CNT 분산액의 사진을 나타낸 도면이다. 도 3의 사진으로부터, 원심분리 후에도 침전 없이 CNT가 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘, 부틸아민, 및 엔-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone, 이하 'NMP'라고 함)에 각각 분산시킨 CNT 분산액의 UV 스펙트럼에 관한 도면이다. 도 4의 그래프에서, 피크의 위치와 모양이 거의 유사하게 나타나는 것으로 보아 피리딘, 부틸아민, 및 NMP 각각에 있어서 분산성의 차이가 크게 없음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 아민 화합물의 종류를 달리하여 CNT 분산을 이용한 플렉서블 투명 전극을 제조하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 5는 간략한 실험 방법으로서, 아민 화합물의 종류만 달리했을 뿐, 사용한 CNT의 종류, 아민 화합물의 부피, 처리 시간 및 조건은 모두 동일하다.

이하, 도 5에 따른 실험 과정의 각 단계에 대해 순차적으로 설명하도록 한다.

고순도(single-wall) CNT(southwest) 1mg을 20mL 유리병에 넣고 각각의 아민 화합물 10mL를 넣는다. 초음파 배스(ultrasonic bath)에 넣고 10시간 음파처리(sonification)한다. CNT-아민 화합물 용액을 50mL 원뿔형 튜브에 넣고 10000rpm에서 10분간 원심 분리한다. 원심분리 후, 침전되지 않은 CNT 분산액만 취하여 CNT 분산액을 제조한다.

다음으로, CNT-아민 화합물 분산 용액 2mL를 알루미나 막(anodisc, 200㎚)에 진공 여과 장치를 이용해 필터링하여 CNT박막을 제조한다.

그 후, 핫 플레이트(hot plate) 위에 제작한 CNT 박막을 올려놓고 온도를 조절하면서 열처리한다. 이때, CNT 박막 표면의 보호를 위해 열처리 온도는 150℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

위 실험 과정의 각 단계를 거쳐서 투명 전극을 제조한 후에, 면 저항 측정기를 이용하여 면 저항을 측정한다. 초기 상태와 열처리 온도에 대하여 각각 저항을 측정한다. 이때, 끓는점이 낮은 아민 화합물로 분산시킨 CNT를 이용한 경우, 열처리 후 저항 감소의 폭이 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이러한 열처리 과정을 통해 아민 화합물을 제거함으로써 투명전극의 저항이 감소한다는 것을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNT 분산을 이용한 플렉서블 투명 전극을 제조하는 과정을 요약하면 다음과 같다.

CNT를 끓는점이 낮은 아민 화합물을 분산용매로 이용하여 분산액을 제조한 후, CNT 박막을 제조한다. 제조된 CNT 박막을 플라스틱 기판이 열 변성하지 않을 정도의 온도(보통 150℃ 이하)로 열처리하여 CNT 박막 속에 분산제로 남아 있는 아 민 화합물을 분산 용매를 제거하며, 열처리 후 저항 감소의 폭이 큰 것을 확인한다.

이하, 전술한 도 5의 실험과 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예와 실험예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.

[실험 1]

본 실험 1에서는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2로서 각각 끓는점이 150℃ 미만인 부틸아민 및 피리딘을 사용하여 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리 한 후의 저항 감소를 나타내도록 한다.

또한, 이에 대한 비교예 1로서 끓는점이 150℃ 보다 큰 NMP를 사용하여 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리 한 후의 저항 감소를 나타내도록 한다.

전술한 바와 같이, 각각의 실시예 1에서는 끓는점이 150℃ 미만인 것으로서, 선형 알킬 아민 화합물인 부틸아민을 사용하였고, 실시예 2에서는 끓는점이 150℃ 미만인 것으로서, 고리형 아민 화합물인 피리딘을 사용하였으며, 비교예 1로서는 끓는점이 150℃보다 큰 NMP를 사용하였다. 본 실험 1에서 사용된 각각의 아민 화 합물의 저항 특성 다음과 같다. (단위: kΩ/sq)

실시예 1

부틸아민(끓는점: 82℃) / 초기저항: 29.4 / 진공에서의 저항: 24.4 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 4.99 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 3.26

실시예 2

피리딘(끓는점: 115℃) / 초기저항: 4.3 / 진공일 때의 저항: 4.6 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 2.05 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 1.95

비교예 1

NMP(끓는점: 200℃) / 초기저항: 5.86 / 진공일 때의 저항: 5.31 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 4.74 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 4.63

위 실험 1에 따른 저항 감소율 측정 실험 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

위 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 선형 알킬 아민 화합물인 부틸아민의 경우, 150℃에서 30분 열처리만으로 초기대비 88.9%의 저항감소를 보였으며, 실시예 2의 고리형 아민 화합물인 피리딘의 경우, 150℃에서 열처리 30분 시켰을 때 초기대비 54.7%의 저항 감소를 나타냈다.

이와 같은 실험 결과에 비추어 볼 때, 실시예 2의 고리형 아민 화합물인 피리딘에 비해 실시예 1의 선형 알킬 아민 화합물인 부틸아민이 열처리 과정에서 보다 용이하게 제거될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 끓는점이 150℃보다 큰 비교예 1의 NMP의 초기대비 저항 감소비율이 끓는점이 150℃ 이하인 실시예 1 및 실시예 2의 아민 화합물에 비해 현저히 떨어지는 것으로 비추어 볼 때, CNT를 분산시키는 데에 사용되는 분산 용매는 끓는점이 150℃이하인 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.

[실험 2]

본 실험 2에서는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 끓는점이 상이한 선형 알킬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타내도록 한다.

각각의 실시예 및 비교예에서 선형 알킬 아민 화합물이 가지는 알킬 사슬의 길이를 상이하게 하였다. 즉, 실시예 3에서는 짧은 알킬 사슬을 가지는 선형 알킬 아민 화합물인 부틸아민을 사용하였고, 비교예 2및 비교예 3에서는 선형 알킬 아민 화합물로서 헥실아민 및 옥틸아민을 각각 사용하였다.

본 실험 2에서 사용된 각각의 아민 화합물의 저항 특성 다음과 같다. (단위: kΩ/sq)

실시예 3

비교예 2

헥실아민(끓는점: 131-132℃) / 초기저항: 15.4 / 진공일 때의 저항: 13.2 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 9.7 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 8.9

비교예 3

옥틸아민(끓는점: 175-177℃) / 초기저항: 13.9 / 진공일 때의 저항: 12.8 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 11 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 9.51

위 실험 2에 따른 저항 감소율 측정 실험 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.

위 표 2에 나타난 바와 같이, 150℃에서 30분 열처리시켰을 때, 실시예 3의 부틸아민의 경우 초기대비 88.9%의 저항감소를 보였고, 비교예 2의 헥실아민의 경우 초기대비 42.2%의 저항감소를 보였으며, 비교예 3의 옥틸아민의 경우 초기대비 31.6%의 저항감소를 보였다.

이와 같은 실험 결과에 따라, 실시예 3의 부틸아민의 저항 감소 비율이 상대적으로 알킬 사슬의 길이가 긴 비교예 2의 헥실아민 및 비교예 3의 옥틸아민의 저항 감소 비율에 비해 큰 것, 즉, 알킬 사슬의 길이가 짧을수록 초기대비 저항 감소 비율이 큰 것으로 비추어 볼 때, 알킬 사슬의 길이가 짧은 아민 화합물일수록 열처리 과정에서 보다 용이하게 제거될 수 있음을 알 수 있다.

[실험 3]

본 실험 3에서는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 끓는점이 상이한 고리형 알킬 사슬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타내도록 한다.

실시예 4에서는 끓는점이 150℃ 미만인 것으로서, 고리형 아민 화합물인 피리딘을 사용하였고, 비교예 4 및 비교예 5에서는 피라진 및 피롤을 각각 사용하였으며, 비교예 6 및 비교예 7에서는 알킬기를 가지는 고리형 아민 화합물로서, 메틸피리딘 및 에틸피리딘을 각각 사용하였다.

본 실험 3에서 사용된 각각의 아민 화합물의 저항 특성 다음과 같다. (단위: kΩ/sq)

실시예 4

피리딘(끓는점: 115℃) / 초기저항: 4.3 / 진공에서의 저항: 4.6 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 2.05 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 1.95

비교예 4

피라진(끓는점: 115-116℃) / 초기저항: 5.9 / 진공일 때의 저항: 5.2 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 3.7 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 3.5

비교예 5

피롤(끓는점: 131℃) / 초기저항: 6.1 / 진공일 때의 저항: 5.8 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 4.9 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 4.22

비교예 6

메틸피리딘(끓는점: 145℃) / 초기저항: 5.1 / 진공일 때의 저항: 4.8 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 4.31 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 3.6

비교예 7

에틸피리딘(끓는점: 168℃) / 초기저항: 5.4 / 진공일 때의 저항: 5.5 / 120℃로 열처리한 후의 저항: 4.4 / 150℃로 열처리한 후의 저항: 4.1

위 실험 3에 따른 저항 감소율 측정 실험 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.

위 표 3에 나타난 바와 같이, 150℃에서 30분 열처리시켰을 때, 실시예4의 피리딘의 경우 초기대비 54.7%의 저항감소를 보였고, 비교예 4의 피라진의 경우 초기대비 40.7%의 저항감소를 보였으며, 비교예 5의 피롤의 경우 초기대비 30.8%의 저항감소를 보였다. 또한, 비교예 6의 메틸피리딘의 경우 초기대비 29.4%의 저항감소를 보였고, 비교예 7의 에틸피리딘의 경우 초기대비 24.1%의 저항감소를 보였다.

이와 같은 실험 결과에 따라, 실시예 4의 피리딘과 같이 알킬기를 갖지 않는 고리형 아민 화합물의 경우에, 비교예 6 및 비교예 7의 메틸피리딘 및 에틸피리딘과 같이 알킬기를 갖는 고리형 아민 화합물에 비해 열처리 과정에서 보다 용이하게 제거될 수 있음을 알 수 있다.

위와 같은 방법으로 수행된 실험의 결과는 또한 이하에 설명되는 그래프들에서도 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 피리딘, 부틸아민, 및 NMP에 CNT를 분산시키고 CNT박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리 한 후의 저항 감소를 나타낸 그래프이다. 도 6의 막대 그래프 변화로부터, 실험 1에서 전술한 바와 같이, 실시예 1의 부틸아민과 같은 짧은 선형 알킬 아민 화합물에서 초기대비 저항 감소 비율이 가장 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 끓는점이 150℃보다 큰 비교예 1의 NMP에서는 저항 변화가 거의 나타나지 않는다는 것도 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 끓는점이 상이한 선형 알킬 사슬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7의 막대 그래프 변화로부터, 실험 2에서 전술한 바와 같이, 알킬 사슬의 길이가 가장 짧은 실시예 3의 부틸아민의 경우에 초기대비 저항 감소 비율이 가장 크다는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 끓는점이 상이한 고리형 알킬 사슬 아민 화합물로 CNT를 분산시키고 CNT 박막을 제조한 후 150℃에서 30분간 열처리한 후의 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8의 막대 그래프 변화로부터, 실험 3에서 전술한 바와 같이, 실시예 4의 피리딘과 같이 알킬기를 갖지 않는 고리형 아민 화합물의 경우에 비교예 6의 메틸피리딘 및 비교예 7의 에틸피리딘과 같이 알킬기를 갖는 고리형 아민 화합물에 비해 초기대비 저항 감소 비율이 더 크다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 각 실시예들에 대해 전술한 바를 종합적으로 기술해 보면 다음과 같다.

분산 용매로 사용한 짧은 사슬의 아민 화합물을 이용하여 CNT를 분산시켜 CNT분산액을 제조하였다. 원심분리 후 침전이 거의 없이 CNT가 분산이 잘 되어 있는 것을 확인하였고 UV 스펙트럼을 통해서도 분산성의 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. CNT-아민 분산액으로 투명 전극을 제작한 후, 열처리 과정을 통해 아민 화합물을 제거하여 투명전극의 저항이 감소하는 것을 확인하였다. 부틸아민의 경우, 150℃에서 30분 열처리만으로 초기대비 약 89%의 저항감소를 보였다. 고리형 아민 화합물인 피리딘 또한 150℃에서 열처리 30분 시킨 후, 약 55%의 저항 감소를 나타냈다.

전술한 바와 같은 구성에 따라, 짧은 사슬의 아민 화합물을 분산 용매로 사용하여 CNT를 분산시키고, 이를 플라스틱 기판 위에 도포하여 CNT 박막을 제조함으로써 전극을 제작한 후, 열처리하여 분산 용매를 제거하게 되면, 분산제로 인한 CNT 사이의 접촉 저항을 감소시켜서 전극의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 CNT 박막은 플렉서블 투명 전극을 제작하는 데에 활용될 수 있으며, 이러한 CNT 박막은 TFT에서도 그 채널 물질 또는 전극으로서 사용될 수 있다.

또한, 이러한 기술은 최종적으로 분산제 없이 CNT만을 사용해야만 하는 다양한 전자 소자에도 적용 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다 할 것이다.

Claims

탄소 나노튜브(CNT); 및

분산 용매로 사용되는 것으로서 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제1항에 있어서,

상기 아민 화합물은 열처리로 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제1항에 있어서,

상기 아민 화합물은 선형, 가지형 및 고리형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제3항에 있어서,

상기 선형 아민 화합물은 부틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제3항에 있어서,

상기 가지형 아민 화합물은 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제3항에 있어서,

상기 고리형 아민 화합물은 피리딘인 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제1항에 있어서,

상기 아민 화합물은 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민, 피리딘, 피라진, 피롤, 메틸피리딘, 에틸 피리딘 및 엔-메틸피롤리돈으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
제2항에 있어서,

상기 열처리 온도는 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 CNT 조성물.
플라스틱 기판; 및

상기 플라스틱 기판상에 도포되는 CNT 조성물을 포함하는 CNT 박막으로서,

상기 CNT 조성물은,

CNT; 및

분산 용매로 사용되는 것으로서 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며,

상기 CNT 조성물은 상기 플라스틱 기판상에 도포시에는 아민 화합물을 분산용매로서 포함하되, 상기 아민 화합물은 상기 CNT 조성물이 상기 플라스틱 기판상에 도포된 후에 열처리로 제거되는 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제9항에 있어서,

상기 플라스틱 기판은 플렉서블 투명 기판인 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제9항에 있어서,

상기 아민 화합물은 선형, 가지형 및 고리형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제11항에 있어서,

상기 선형 아민 화합물은 부틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제11항에 있어서,

상기 가지형 아민 화합물은 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제11항에 있어서,

상기 고리형 아민 화합물은 피리딘인 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제9항에 있어서,

상기 아민 화합물은 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민, 피리딘, 피라진, 피롤, 메틸피리딘, 에틸 피리딘 및 엔-메틸피롤리돈으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열처리 온도는 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 CNT 박막.
분산 용매로 사용되는 것으로서 150℃ 미만의 끊는점을 갖는 아민 화합물을 CNT와 혼합하여 CNT 조성물을 준비하는 단계;

상기 CNT 조성물을 플라스틱 기판상에 도포하여 CNT 박막을 형성하는 단계; 및

상기 CNT 박막을 열처리함으로써, 상기 CNT 박막으로부터 상기 아민 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제17항에 있어서,

상기 CNT 박막을 형성하는 단계에서, 상기 플라스틱 기판은 플렉서블 투명 기판인 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제17항에 있어서,

상기 CNT 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 아민 화합물은 선형, 가지형 및 고리형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 CNT 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 선형 아민 화합물은 부틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 CNT 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 가지형 아민 화합물은 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 CNT 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 고리형 아민 화합물은 피리딘인 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제17항에 있어서,

상기 CNT 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 아민 화합물은 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민, 피리딘, 피라진, 피롤, 메틸피리딘, 에틸 피리딘 및 엔-메틸피롤리돈으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제17항 내지 제23항에 중 어느 한 항에 있어서,

상기 아민 화합물을 제거하는 단계에서, 상기 열처리 온도는 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 CNT 박막의 제조 방법.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항의 CNT 박막을 포함하는 CNT 전극.
제25항에 있어서,

상기 열처리 온도는 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 CNT 전극.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항의 CNT 박막을 포함하는 박막 트랜지스터.
제27항에 있어서,

상기 열처리 온도는 150℃ 이하인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.