KR20100133743A - Method of forming metal nano-particles layer on target substrates using air-spray - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 목표 기판 상에 금속 나노 입자층을 형성시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학적 합성법으로 만들어진 금속 나노입자를 휘발성 용매 또는 비휘발성 용매에 혼합 후에 이를 목표 기판 상에 분사시켜 용매는 휘발 또는 증발시키고 금속 나노 입자를 기판에 형성시키는 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for forming a metal nanoparticle layer on a target substrate, and more particularly, the metal nanoparticles made by chemical synthesis are mixed with a volatile solvent or a nonvolatile solvent and then sprayed onto the target substrate so that the solvent is volatilized or And a method for producing the metal nanoparticles on the substrate by evaporation.
금속 나노입자를 목표 기판에 형성하기 위해 사용한 방법으로 열증착(Thermal evaporation) 혹은 열증착 후 어닐링(Annealing)을 하는 방법과 화학적으로 금속 나노입자를 만든 후 스핀 코팅(Spin-coating)을 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.Thermal evaporation or annealing after thermal evaporation, and chemical spin-coating after metal nanoparticles are used to form metal nanoparticles on a target substrate. It is commonly used.
열증착은 금속재료를 증착시키기 위해 고진공에서 전기 필라멘트를 이용해 보트를 가열하여 보트 위에 금속을 녹여 증류시켜 증류된 금속을 목표 기판에 응축 시키는 방법이다. 목표 기판 상에 금속 필름(film)이 형성되기 전부터 증착시키는 양을 조절하여 금속 나노입자를 목표 기판에 형성할 수 있고, 어닐링을 통해 금속 나노입자의 애그리게이션(Aggregation)을 유도해 더 큰 금속 나노입자를 형성할 수 있다. 이 방법은 금속 나노입자의 크기를 키우는데 한계가 있고, 열증착 장비가 필요하며, 매번 고진공 환경을 만들어야 하는 단점이 있다. 반면 열증착시키는 양과 어닐링을 통해 금속 나노입자의 사이즈가 조절 가능하다는 장점이 있다.Thermal deposition is a method of heating a boat using electric filament at high vacuum to deposit a metal material, melting the metal on the boat, distilling it, and condensing the distilled metal onto a target substrate. Metal nanoparticles can be formed on the target substrate by controlling the amount of deposition before the metal film is formed on the target substrate, and annealing induces aggregation of the metal nanoparticles, thereby forming larger metal nanoparticles. Particles can be formed. This method has limitations in increasing the size of metal nanoparticles, requires thermal evaporation equipment, and disadvantages of creating a high vacuum environment every time. On the other hand, there is an advantage that the size of the metal nanoparticles can be adjusted through the amount of thermal evaporation and annealing.
스핀 코팅 방식은 회전하는 판 위의 용액이 원심력에 의해 필름을 형성하는 단속식 공정으로 용액의 점도와 스핀 코터의 회전 속도에 따라 필름의 두께가 결정된다. 화학적으로 만들어져 용매에 분산된 금속 나노입자는 스핀 코터의 회전 속도에 따라 밀도가 결정된다. 이와 같은 스핀 코팅 방식을 적용하기 위해서는 점도가 충분히 있는 용매를 사용해야하고, 기판의 특정 부분만 금속 나노입자를 형성시키기 힘들며, 스핀 코터에 맞는 목표 기판을 사용해야하는 단점으로 인하여 적용되는 기판의 크기에 제한이 있다.The spin coating method is an intermittent process in which a solution on a rotating plate forms a film by centrifugal force. The thickness of the film is determined by the viscosity of the solution and the rotational speed of the spin coater. Chemically made metal nanoparticles dispersed in a solvent have a density determined by the rotational speed of the spin coater. In order to apply such a spin coating method, a solvent having sufficient viscosity must be used, and only a specific portion of the substrate is difficult to form metal nanoparticles, and a target substrate suitable for a spin coater is used to limit the size of the applied substrate. There is this.
본 발명은 목표 기판에 금속 나노입자를 형성하는데 있어서, 온도 또는 진공도 등의 공정 조건을 맞춰야 하는 번거러움을 해결하고자 하며, 또한 복잡한 공정 단계를 거치지 않고 간단한 공정을 통해 목표 기판에 금속 나노입자를 형성시키는 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the hassle of having to match the process conditions such as temperature or vacuum in forming the metal nanoparticles on the target substrate, and also to form the metal nanoparticles on the target substrate through a simple process without a complicated process step To provide a method.
또한 금속 나노입자를 형성하는 기판의 크기가 제한되는 문제점을 해결하고자 한다.In addition, to solve the problem that the size of the substrate forming the metal nanoparticles is limited.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 있어서, 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비하는 나노입자 용액 준비 단계; 목표 기판의 상부에서 상기 콜로이드 용액을 에어스프레이 노즐을 통해 고압의 기체상태로 분사하는 분사 단계; 및 분사된 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착되어 금속 나노입자층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a metal nanoparticle layer on a target substrate, the nanoparticle solution preparation step of preparing a colloidal solution containing metal nanoparticles; Spraying the colloidal solution in a high pressure gas state through an air spray nozzle on an upper portion of a target substrate; And spraying the metal nanoparticles onto the target substrate to form a metal nanoparticle layer.
바람직하게는 상기 콜로이드 용액은, 휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 용액이 될 수 있다.Preferably, the colloidal solution may be a solution in which metal nanoparticles are dispersed in a volatile solvent.
여기서 휘발성 용매로 제조된 콜로이드 용액의 경우에, 상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는, 분사된 콜로이드 용액의 상기 휘발성 용매가 공기중에서 휘발되고 상기 금속 나노입자가 상기 목표 기판 상에 증착될 수 있다.Here, in the case of the colloidal solution prepared with a volatile solvent, the step of forming the metal nanoparticle layer, the volatile solvent of the sprayed colloidal solution may be volatilized in the air and the metal nanoparticles may be deposited on the target substrate.
바람직하게는 상기 콜로이드 용액은, 비휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시킨 용액이 될 수도 있다.Preferably, the colloidal solution may be a solution in which metal nanoparticles are dispersed in a nonvolatile solvent.
여기서 비휘발성 용매로 제조된 콜로이드 용액의 경우에, 상기 금속 나노입자층이 형성되는 단계는, 상기 목표 기판의 하부에 히터를 위치시키고, 상기 히터로 상기 목표 기판을 가열하는 단계 및 상기 히터의 열기로 상기 목표 기판 상에서 상기 비휘발성 용매는 증발되고 상기 금속 나노입자가 증착되는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, in the case of the colloidal solution made of a nonvolatile solvent, the step of forming the metal nanoparticle layer, by placing a heater in the lower portion of the target substrate, heating the target substrate with the heater and the heat of the heater The nonvolatile solvent may be further evaporated on the target substrate and the metal nanoparticles may be deposited.
바람직하게는 상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐을 통한 상기 콜로이드 용액의 분사시간 및 분사압력을 조절을 통해 상기 목표 기판 상에 증착되는 금속 나노입자의 밀도가 조절될 수 있다.Preferably, in the spraying step, the density of the metal nanoparticles deposited on the target substrate may be controlled by controlling the spraying time and the spraying pressure of the colloidal solution through the air spray nozzle.
나아가서 상기 분사 단계는, 상기 에어스프레이 노즐이 상기 목표 기판의 상부에서 좌우 이동하며 상기 콜로이드 용액을 분사할 수 있다.Further, in the spraying step, the air spray nozzle may spray the colloidal solution while moving left and right on the target substrate.
이와 같은 본 발명에 따르면, 간단한 분사장치로 공정온도나 진공도 등의 공정조건에 대한 제한없이 목표기판에 금속 나노입자를 형성시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to form the metal nanoparticles on the target substrate without a limitation on the process conditions such as process temperature or vacuum degree with a simple injection device.
또한 이미 화학적으로 합성한 금속 나노입자를 그대로 목표 기판 상으로 옮길 수 있으므로 열증착과 어닐링에 의한 방법보다 정확히 원하는 사이즈와 모양의 금속 나노입자를 목표 기판에 형성시킬 수 있게 된다.In addition, since the chemically synthesized metal nanoparticles can be directly transferred onto the target substrate, metal nanoparticles having a precisely desired size and shape can be formed on the target substrate, rather than thermal deposition and annealing.
그리고 목표기판 위에서 분사노즐을 좌우 이동시키며 금속 나노입자를 분사하여 목표기판에 금속 나노입자를 증착하므로 기판의 크기에 대한 제한을 제거할 수 있다.In addition, since the metal nanoparticles are deposited on the target substrate by moving the injection nozzles left and right on the target substrate and spraying the metal nanoparticles, the restriction on the size of the substrate may be removed.
나아가서 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 간단한 분사 장비로 간단한 공정을 통해 금속 나노입자를 형성하므로, 생산 단가를 낮추고 제조 시간을 단축시킬 수 있다.Furthermore, the method for forming the metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention forms metal nanoparticles through a simple process with a simple spraying equipment, thereby lowering the production cost and shortening the manufacturing time.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명은 간단한 공정을 통해 목표 기판 상에 균일한 금속 나노입자를 형성시키는 방법으로서, 간단한 분사 장치를 이용하여 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 목표 기판 상부에서 분사시켜 목표 기판 상에 금속 나노입자를 증착시킨다.The present invention is a method for forming uniform metal nanoparticles on a target substrate through a simple process, by using a simple spraying device by spraying a colloidal solution containing metal nanoparticles on the target substrate to the metal nanoparticles on the target substrate Is deposited.
도 1은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 대한 개략적인 흐름도를 나타낸다.1 shows a schematic flowchart of a method of forming a metal nanoparticle layer on a target substrate according to the present invention.
우선 화학적 합성법으로 만들어진 금속 나노입자를 용매에 분산시켜 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 준비(S110)한다.First, a metal nanoparticle made by chemical synthesis is dispersed in a solvent to prepare a colloidal solution containing metal nanoparticles (S110).
여기서 상기 콜로이드 용액은 휘발성 용매에 상기 금속 나노입자를 분산시켜 제조할 수 있고, 또는 비휘발성 용매에 상기 금속 나노입자를 분산시켜 제조할 수도 있다.The colloidal solution may be prepared by dispersing the metal nanoparticles in a volatile solvent, or may be prepared by dispersing the metal nanoparticles in a nonvolatile solvent.
이와 같이 준비된 금속 나노입자를 함유한 콜로이드 용액을 분사 장치에 주입하고 상기 분사장치의 에어스프레이 노즐을 통해 고압으로 목표 기판 상부의 공기 중에 분사(S120)시킨다.The colloidal solution containing the metal nanoparticles prepared as described above is injected into the spraying apparatus and sprayed into the air on the target substrate at high pressure through the air spray nozzle of the spraying apparatus (S120).
본 발명에서 이용되는 분사장치를 개략적으로 살펴보면, 도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 분사장치에 대한 실시예를 나타낸다.Looking at the injection device used in the present invention, Figure 2 shows an embodiment of the injection device that can be used in the present invention.
본 발명에서 이용되는 분사장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 에어스프레이 노즐이 구비된 에어스프레이 건(100)을 갖는 간단한 장치로 구성이 된다. 여기서 에어스프레이 건(100)은 좌우 방향으로 이동이 가능하게 장착된다.
분사장치(200)의 하단에는 금속 나노입자를 형성시키기 위한 목표 기판(110)이 위치되며, 에어스프레이 건(100)이 목표 기판(110)의 상부에서 좌우 이동하면서 에어스프레이 노즐을 통해 콜로이드 용액을 분사공간(250)인 공기 중에 분사시킨다.A
이와 같은 에어스프레이 건(100)을 통해 분사된 콜로이드 용액에서 용매는 공기 중에서 휘발되거나 또는 목표기판(110) 상에서 증발(S130)하게 되며, 금속 나노입자만이 목표기판(110) 상에 증착(S140)되게 된다.In the colloidal solution sprayed through the
공기 중에서 용매는 휘발되고 금속 나노입자만을 목표 기판(110) 상에 도달시켜 금속 나노입자를 증착시키기 위해 상기 용매로 휘발성 용매가 사용될 수 있으며, 또는 목표 기판(110) 상에서 용매를 증발시키기 위하여 목표 기판(110)을 가열시키는 가열장치가 목표기판의 하부에 위치될 수도 있다. In air, the solvent is volatilized and a volatile solvent may be used as the solvent to deposit only the metal nanoparticles on the
에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 콜로이드 용액을 분사시에 콜로이드 용액의 분사시간 및 분사압력을 조절하여 목표 기판(110) 상에 증착되는 금속 나노입자의 밀도를 조절할 수 있으며, 이와 같이 증착된 금속 나노입자들이 금속 나노입자층을 형성(S150)하게 된다.When spraying the colloidal solution through the airspray nozzle of the
이와 같은 본 발명에서는 화학적 합성을 통해 생성된 콜로이드 상태의 금속 나노입자를 손쉽게 목표 기판의 크기에 제한없이 형성시킬 수 있게 된다.In the present invention as described above it is possible to easily form the colloidal metal nanoparticles produced through chemical synthesis without limit to the size of the target substrate.
그럼 이하에서는 본 발명에 따른 콜로이드 용액이 휘발성 용매 또는 비휘발성 용매를 함유하는가에 따라 금속 나노입자를 형성시키는 방법에 대하여 실시예를 통해 보다 자세히 살펴보기로 한다.Then, the method for forming metal nanoparticles according to the colloidal solution according to the present invention contains a volatile solvent or a non-volatile solvent will be described in more detail through examples.
도 3은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.Figure 3 shows an embodiment in the case of applying a volatile solvent in the method for forming a metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention.
휘발성 용매에 금속 나노입자를 분산시켜 제조한 콜로이드 용액을 이용하여 금속 나노입자를 형성시키는 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이 에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 목표 기판(110)의 상부에서 콜로이드 용액이 분사되면 휘발성 용매의 입자(50)는 휘발성 특성으로 인하여 공기 중에서 바로 휘발되므로 결국 금속 나노입자(10)만 목표 기판(110)에 도달하여 증착되게 된다.In the case of forming the metal nanoparticles using a colloidal solution prepared by dispersing the metal nanoparticles in a volatile solvent, as shown in FIG. 3, the
이와 같이 본 발명에서는 용매의 휘발성 특성을 이용하여 간단한 방법으로 금속 나노입자를 목표 기판 상에 형성시킬 수 있다.As described above, in the present invention, metal nanoparticles may be formed on the target substrate by a simple method using the volatile characteristics of the solvent.
본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 이미 화학적으로 합성한 금속 나노입자를 그대로 목표 기판 상으로 옮길 수 있으므로 열증착과 어닐링에 의한 방법보다 정확히 원하는 사이즈와 모양의 금속 나노입자를 목표 기판에 형성시킬 수 있게 된다.The method for forming the metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention can transfer the chemically synthesized metal nanoparticles onto the target substrate as it is, so that the metal nanoparticles of the desired size and shape are more precisely than the method by thermal deposition and annealing. It can form in a target substrate.
도 4는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 서, 비휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.Figure 4 shows an embodiment in the case of applying a non-volatile solvent in the method for forming a metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이 비휘발성 용매를 적용하는 경우에는 목표 기판(110)의 하부에 히터(150)를 위치시키고, 히터(150)에서 발생된 열로 목표 기판(110)을 가열하게 된다.As shown in FIG. 4, when the non-volatile solvent is applied, the
에어스프레이 건(100)의 에어스프레이 노즐을 통해 목표 기판(110)의 상부에서 콜로이드 용액을 분사시키면, 콜로이드 용액의 비휘발성 입자(70)와 금속 나노입자(10) 모두가 목표 기판(110) 상에 도달하게 된다.When the colloidal solution is sprayed from the upper portion of the
이때 히터(150)에서 발생된 열로 목표 기판(110) 상의 비휘발성 입자(70)는 증발시키고 금속 나노입자(10)만 남게 되어, 금속 나노입자(10)가 목표 기판(110)에 증착되게 된다.At this time, the
이와 같이 비휘발성 용매를 적용하는 경우에도 휘발성 용매를 적용하는 경우와 유사하게 용매 입자가 목표 기판과 닿음과 동시에 증발되므로 원하는 금속 나노입자만을 목표 기판 상에 증착시킬 수 있다.As described above, even when the non-volatile solvent is applied, only the desired metal nanoparticles may be deposited on the target substrate since the solvent particles come into contact with the target substrate and evaporate, similarly to the case of applying the volatile solvent.
나아가서 목표 기판 상에 원하는 패턴을 형성한 섀도우 마스크 필름 등의 마스킹을 위치시키고 목표 기판의 상부에서 분사 장치를 통해 콜로이드 용액을 분사시켜서 원하는 패턴 부분에만 금속 나노입자를 증착시킬 수도 있다.Furthermore, a masking film, such as a shadow mask film having a desired pattern formed on the target substrate, may be placed, and metal nanoparticles may be deposited only on the desired pattern portion by spraying a colloidal solution through an injection device on the target substrate.
이와 같은 본 발명에 의하면, 간단한 분사장치로 공정온도나 진공도 등의 공정조건에 대한 제한없이 손쉽게 목표기판에 금속 나노입자를 형성시킬 수 있으며, 또한 목표기판 위에서 분사노즐을 좌우 이동시키며 금속 나노입자를 분사하여 목표 기판에 금속 나노입자를 증착하므로 기판의 크기에 대한 제한을 제거할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily form the metal nanoparticles on the target substrate with no limitation on the process conditions such as process temperature or vacuum degree with a simple spraying device, and also to move the metal nozzles left and right on the target substrate By depositing the metal nanoparticles on the target substrate, the restriction on the size of the substrate can be removed.
나아가서 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법은 간단한 분사 장비로 간단한 공정을 통해 금속 나노입자를 형성하므로, 생산 단가를 낮추고 제조 시간을 단축시킬 수 있다.Furthermore, the method for forming the metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention forms metal nanoparticles through a simple process with a simple spraying equipment, thereby lowering the production cost and shortening the manufacturing time.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain, and the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에 대한 개략적인 흐름도를 나타내며,1 shows a schematic flowchart of a method for forming a metal nanoparticle layer on a target substrate according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법을 적용하기 위한 용액 분사 장치의 사시도를 나타내며,Figure 2 shows a perspective view of a solution injection device for applying the method for forming a metal nanoparticle layer on a target substrate according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타내며,Figure 3 shows an embodiment in the case of applying a volatile solvent in the method for forming a metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 목표 기판에 금속 나노입자층을 형성시키는 방법에서, 비휘발성 용매를 적용하는 경우의 실시예를 나타낸다.Figure 4 shows an embodiment in the case of applying a non-volatile solvent in the method for forming a metal nanoparticle layer on the target substrate according to the present invention.
<도면의 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
10 : 금속 나노입자, 50 : 휘발성 용매입자,10: metal nanoparticles, 50: volatile solvent particles,
70 : 비휘발성 용매입자, 100 : 에어스프레이 건,70: non-volatile solvent particles, 100: air spray gun,
110 : 목표 기판, 150 : 히터,110: target substrate, 150: heater,
200 : 분사장치, 250 : 분사공간.200: injection device, 250: injection space.
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2009
- 2009-06-12 KR KR1020090052441A patent/KR101127121B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Publication date |
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KR101127121B1 (en) | 2012-03-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |