KR20110023650A - 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법 및 그 조성물 - Google Patents

고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법 및 그 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 박막에 간단한 후처리 공정을 적용하여 전도막의 내화학성, 환경안정성을 크게 개선시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 다양한 방법으로 형성된 전도성 박막에 쉽게 적용할 수 있고, 박막의 물성을 효율적으로 향상시킬 수 있기 때문에 보편적으로 알려진 탄소나노튜브를 포함한 전도막 형성 방법과 함께 결합되어 다양한 제품 분야에 탄소나노튜브를 포함한 전도막이 적용될 수 있게 한다.
탄소나노튜브, polyelectrolyte, 후처리, 고분자 조성물

Description

고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법 및 그 조성물{Post treatment processing method and its formulation of polymer solution for electric and thermal conductive thin film }
본 발명은 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 기술 및 그 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 또는 표면 처리된 기판위에 형성된 전기 또는 열 전도성 박막의 물리적, 화학적 특성을 향상시키기 위한 후처리 공정 방법 및 그 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막은 다음과 같은 방법으로 형성한다. 이러한 방법은, 탄소나노튜브에 친수성 작용기를 치환시키거나 또는 수용액계 계면활성제를 이용하여 수분산 용액을 형성하여 기판에 코팅하는 방법, 또는 유기 용매를 이용한 탄소나노튜브 코팅하는 방법을 포함한다.
상술한 기술들은 비교적 간단한 방법으로 우수한 전도성 박막을 얻을 수 있으나 내화학성, 접착성, 환경안정성이 취약하여 각종 제품에 적용되는데 어려움이 따른다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기존 종래 기술로는, 탄소나노튜브에 기능기 를 치환하여 전도성 박막의 물성을 향상시키는 방법, 탄소나노튜브 분산 용액에 접착력 및 내구성을 향상시킬 수 있는 특정 물질을 첨가하는 방법, 기판에 화학 반응 또는 강한 물리적 상호 작용을 유도할 수 있는 물질을 전처리 코팅하는 방법, 탄소나노튜브 필름 형성 후 특정 물질로 탑-코팅(top-coating)하는 방법 등이 있다.
이러한 방법은 그 개개의 방법에 따라 다음과 같은 특징이 있다.
탄소나노튜브에 기능기를 치환하는 방법은 탄소나노튜브를 화학적 방법으로 특정 기능기를 치환함으로써 탄소나노튜브 상호간, 기판과 탄소나노튜브 사이에 화학적 결합을 유도시켜 탄소나노튜브 전도성 박막의 물성을 확보할 수 있다.
그러나 이 방법은 탄소나노튜브에 기능기를 도입하는 과정에서 탄소나노튜브 자체의 전도도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고 탄소나노튜브가 외기에 노출됨으로써 환경 안정성이 여전히 취약한 면이 있다.
탄소나노튜브 분산 용액에 내구성을 향상시킬 수 있는 특정 화학물질을 첨가하는 경우에는 단일 코팅 공정을 통해 내구성 있는 전도막을 효율적으로 형성시킬 수 있다. 하지만 이 방법은 탄소나노튜브 분산 용액의 분산성 유지가 어려울 수 있고, 첨가제 물질의 박막 잔존으로 인해 전도도 감소, 광투과도 저하, 헤이즈 발생의 문제가 따를 수 있다.
기판 표면 처리 및 전처리 코팅 방식은 비교적 우수한 박막 내구성을 나타내면서 고전도 특성을 얻을 수 있지만 탄소나노튜브의 외부 노출로 인해 외부력에 약하고 환경안전성이 취약할 수 있다.
탑-코팅하여 전도막의 물성을 확보하는 방법은 이러한 외부력에 의한 성능저 하, 환경안정성 확보에 유리한 측면이 있으나, 탑-코팅으로 인해 전도막의 전도도 감소가 있을 수 있다.
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안한 본 발명의 목적은, 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막에 고분자전해질(polyelectrolyte)을 이용하여 간단한 후처리 공정을 적용함으로써 전도성 박막 고유의 물성 감소를 최소화 하면서 전도성 박막의 내화학성, 접착성, 환경안정성을 크게 개선시킬 수 있는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법 및 그 조성물을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전도성 박막; 및 상기 전도성 박막 상에 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte) 및 음이온성 고분자전해질의 후처리 공정 용액을 이용하여 용액 공정 방법으로 양이온성 고분자전해질과 음이온성 고분자 전해질의 조합으로 이루어진 고분자 박막을 형성하는 과정을 포함한다.
상기 양이온성 고분자전해질은, poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine) poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene, polyaniline, poly(vinylalcohol) 및 이들의 유도체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 음이온성 고분자전해질은 poly(acrylic acid) 및 그의 염(salt), poly(styrene sulfonic acid)및 그의 염(salt), polyarmic acid 및 그의 염(salt), poly(p-phenylenebenzobisimidazole), poly(styrene-alt-maleic acid) 및 그의 염(salt), poly(methacrylicacid) 및 그의 염(salt), poly(vinylsulfonic acid 및 그의 염(salt), poly(anetholesulfonic acid) 및 그의 염(salt), poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid) 및 그의 염(salt), 그리고 나피온(Nafion) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 박막은 0.1nm 내지 100nm 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 후처리 공정 용액에서 상기 양이온성 고분자전해질 및 상기 음이온성 고분자전해질 각각의 무게 농도는 0.001 wt% 내지 50 wt%의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 용액 공정은, 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 용액 공정은, 적어도 1 종류의 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 용액 공정과, 적어도 1 종류의 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 용액을 이용한 용액 공정을 순서에 무관하게 순차로 각각 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각각 수행하는 용액 공정 후, 물 또는 용매를 이용한 세척을 수행함이 바람직하다.
게다가, 상기 용액 공정은 반복해서 수행할 수 있다.
상기 기판은, 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 박막은, 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판에 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행할 수 있다.
상기 고분자 박막에 대해, 상기 용액 공정을 수행한 후, 400℃ 이하의 열처리를 수행하거나, 상기 용액 공정 수행 중 또는 용액 공정 수행 후 후처리 공정 조성물의 경화제 또는 촉매 물질을 포함한 화학 물질 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법은, 기판을 준비하는 과정과, 상기 기판 상에 전도성 박막을 형성하는 과정과, 상기 전도성 박막 상에 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte) 및 음이온성 고분자전해질의 후처리 공정 용액을 이용하여 용액 공정 방법으로 양이온성 고분자전해질 및 음이온성 고 분자전해질의 조합을 가지는 고분자 박막을 형성하는 과정을 포함한다.
상기 전도성 박막을 형성하는 과정 및 상기 고분자 박막을 형성하는 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명은 기형성된 전도성 박막에 후처리 공정을 적용하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막의 내화학성, 환경 안정성을 크게 개선시키는 방법을 제공한다. 이러한 후처리 공정에서 사용되는 물질은 polyelectrolyte 또는 polyion 물질로써 강한 전기적 인력, 수소 결합력, 산/염기 반응을 통하여 전도성 박막과 후처리 물질간 또는 후처리 물질 상호간에 강한 상호결합력을 형성시킴으로써 전도성 박막의 내화학성, 환경안정성을 크게 개선시켜, 전도성 박막의 물성을 크게 향상시키는 이점이 있다. 특히, 이 방법은 다양한 방법으로 형성된 전도성 박막에 쉽게 적용할 수 있고, 박막의 물성을 효율적으로 향상시킬 수 있기 때문에 보편적으로 알려진 탄소나노튜브를 포함한 전도막 형성 방법과 함께 결합되어 다양한 제품 분야에 탄소나노튜브를 포함한 전도성 박막이 적용될 수 있게 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 후처리 공정이 적용된 전기 열 전도성 박막 에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기, 열 전도성 박막(이하, "전도성 박막"으로 축약)(200)은 기판 상에 형성되며, 그 후처리 공정에 따라, 전도성 박막(200) 상에 고분자 박막(300)이 형성된 상태로 이루어진다. 즉, 도시한 바와 같이, 기판(100), 전도성 박막(200), 및 고분자 박막(300)이 순차로 적층된 구조를 가진다.
전도성 박막(200)은 각종의 탄소나노튜브를 이용하여 형성된 것이며, 이러한 전도성 박막(200) 상에 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)을 이용한 후처리 공정 용액과, 음이온성 고분자전해질을 이용한 후처리 공정 용액을 이용하여 후처리 공정을 수행함으로써, 고분자 박막(300)을 형성한다. 후처리 공정은 후처리 공정 용액을 이용하여 다양한 방법으로 실시 할 수 있으며, 이러한 방법들을 통칭하여 용액 공정이라고 칭한다.
전도성 박막(200)의 후처리 공정에 사용되는 물질은 polyelectrolyte 또는 polyion 물질로써 강한 전기적 인력, 수소 결합력, 산/염기 반응을 유발한다. 이에 따라, 전도성 박막(200)과 후처리 물질(고분자 박막)간 또는 후처리물질 상호(양이온성 고분자전해질 및 음이온성 고분자전해질)간에 강한 상호 결합력을 형성시킴으로써 전도성 박막(200)의 물성을 크게 향상시킨다.
그러면, 보다 상세히 본 발명의 실시 예에 따른 후처리 공정에 대해서 설명하기로 한다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 대해서 설명하기로 한다. 도 2, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 먼저, S201 단계에서 기판(100)을 준비한다. 여기서, 기판(100)은 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
S201 단계에서 기판(100)이 준비되면, 그 기판의 종류에 따라, S203 단계에서 기판(100)에 표면 처리를 수행할 수 있다.
표면 처리는, 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 방법을 이용하여 기판(100)의 표면 처리를 수행하는 것을 전처리라고 하며, 이러한 전처리는 기판(100)의 종류에 따라, 전처리를 수행하거나 전처리를 하지 않고 생략할 수 있다.
도 3b를 참조하면, S205 단계에서 표면 처리를 수행한 기판(100) 또는 수행하지 않은 기판(100) 상에 탄소나노튜브를 이용하여 전도성 박막(200)을 형성한다.
전도성 박막(200)은 수용액계 계면 활성제를 이용하여 형성하거나, 유기 용 매를 이용하여 형성함이 바람직하다.
전도성 박막(200)을 수용액계 계면 활성제를 이용하여 형성하는 경우, SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly(acrylic acid), polyvinyl alcohol 등의 수용액계 계면 활성제를 이용함이 바람직하다. 또한, 전도성 박막(200)을 유기 용매를 이용하여 형성하는 경우, NMP, DMF, DCE, THF 등으로 구성된 유기 용매를 이용함이 바람직하다. 한편, 상술한 수용액계 계면 활성제 또는 유기 용매 외에도 기타 다양한 방법으로 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막(200)을 형성하여도 무방하다.
특히, 이와 같이 형성한 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막(200)에서, 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나의 종류의 탄소나노튜브를 이용할 수 있다.
도 3c를 참조하면, S207 단계에서 상기 전도성 박막(200)에 후처리 공정을 통해 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)과 음이온성 고분자전해질 조합으로 구성된 고분자 박막(300)을 형성한다. 고분자 박막(300)은 0.1nm 내지 100nm의 두께로 형성함이 바람직하다.
고분자 박막(300)을 형성하는 후처리 공정 조성물은 적어도 1 종류의 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)과 적어도 1 종류의 음이온성 고분자전해질을 포함한다.
고분자 박막(300)을 형성하는 후처리 공정은, 후처리 공정 용액을 이용하여, 전도성 박막의 상면을 코팅하는 용액 공정 방법에 따라 이루어진다. 이러한 용액 공정은, 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 바코팅(bar coating), 그라비아 코팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 수행함이 바람직하다.
이러한 코팅을 수행하는 후처리 공정에 따라, 전도성 박막(200) 상에 적어도 2 종류의 서로 다른 극성의 고분자전해질(polyelectrolyte) 조합을 가지는 고분자 박막(300)이 형성된다.
이때, 적어도 1 종류의 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)을 포함하는 후처리 공정 용액과 적어도 1 종류의 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 용액을 이용하여 후처리 공정을 수행한다. 이에 따라, 서로 다른 극성의 고분자전해질이 강한 상호 결합을 형성하면서 고분자전해질 박막(300)을 형성한다.
특히, 양이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액 및 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 용액을 이용한 후처리 공정은, 순서에 무관하게 순차로 진행될 수 있다. 또한, 이러한 후처리 공정은 반복하여 수행할 수 도 있다.
또한, 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)을 포함하는 후처리 공정 용액 및 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 용액을 이용한 순차 또는 반복 코팅 공정 시, 각 코팅 공정 후, 세척 공정을 진행할 수 있다.
후처리 공정 주요 구성 물질인 고분자전해질은 흡착성이 뛰어나며 동시에 양이온성 고분자전해질과 음이온성 고분자전해질이 서로 강한 상호 작용을 형성할 수 있는 고분자 물질이다.
또한, 양이온성 고분자전해질은 후처리 공정 용액에서 양이온성 전하를 띠며, 음이온성 고분자전해질은 후처리 공정 용액에서 음이온성 전하를 띤다.
이때, 각 후처리 공정 용액은 양이온성 고분자전해질 또는 음이온성 고분자전해질이 물, 알코올, 및 유기 용매 중 선택되는 어느 하나의 용매에 녹아 있다. 이러한 각 후처리 공정 용액에서 양이온성 고분자전해질 또는 음이온성 고분자전해질 각각의 무게농도 범위는 0.001 wt% 내지 50 wt%임이 바람직하다.
여기서, 양이온성 고분자전해질은, poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine) poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene, polyaniline, poly(vinylalcohol) 및 이들의 유도체 중 적어도 하나가 선택됨이 바람직하다.
또한, 음이온성 고분자전해질은, poly(acrylic acid) 및 그의 염(salt), poly(styrene sulfonic acid)및 그의 염(salt), polyarmic acid 및 그의 염(salt), poly(p-phenylenebenzobisimidazole), poly(styrene-alt-maleic acid) 및 그의 염(salt), poly(methacrylicacid) 및 그의 염(salt), poly(vinylsulfonic acid 및 그의 염(salt), poly(anetholesulfonic acid) 및 그의 염(salt), poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid) 및 그의 염(salt), 그리고 나피온(Nafion) 중 적어도 하나가 선택됨이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 전도성 박막(200)의 후처리 공정에 사용되는 물질은 polyelectrolyte 또는 polyion 물질로써 강한 전기적 인력, 수소 결합력, 산/염기 반응을 유발한다. 이에 따라, 전도성 박막(200)과 후처리 물질(고분자 박막)간 또는 후처리물질 상호(양이온성 고분자전해질 및 음이온성 고분자전해질)간에 강한 상호 결합력을 형성시킴으로써 전도성 박막(200)의 물성을 크게 향상시킨다.
도 3d를 참조하면, S209 단계에서 고분자 박막(300) 형성 후, 고분자 박막(300)에 열처리를 수행하거나, 경화제 또는 촉매를 포함하는 화학물질 처리를 수행하여 고분자전해질에 화학적 결합을 추가적으로 유도하여 박막 특성을 향상시킨다. 여기서, 열처리는 400℃ 이하의 온도로 수행함이 바람직하다. 한편, 상술한 화학 물질 처리는 S207 단계의 후처리 과정 중 수행할 수 도 있다.
한편, 전도성 박막(200)의 적용 분야에 따라 고도의 내화학성, 접착성, 환경내구성을 요구하는 경우에는 전도성 박막(200)에 상술한 S207 단계의 후처리 공정을 반복적으로 적용하거나, 상술한 S205 및 S207 단계의 전도성 박막(200) 형성과 후처리 공정을 반복적으로 적용하여 전도성 박막(200)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 기술한 바와 같이 본 발명의 내용을 기술했으나 본 발명의 범위를 상기 내용에 한정하는 것만은 아니다. 본 발명은 전처리 방법, 탄소나노튜브 종류, 탄소나노튜브 코팅방법에 따라 다양하게 형성된 전도막에 모두 적용될 수 있으며, 위 기술한 종류의 고분자전해질 이외에도 고분자 주사슬, 곁가지, 말단기에 양이온성 또는 음이온성 기능기를 포함하는 본 발명의 방법으로 고분자 조합체가 형성되어 내구성을 확보할 수 있는 경우에도 본 발명의 범주에 포함된다.
다음으로, 본 발명의 다양한 실시 예에 대해서 설명하고, 이에 따른 본 발명에 따른 효과에 대해서 설명하기로 한다.
제1 실시예
먼저, 소다석회 글라스(sodalime glass) 기판(100)을 마련한다. 그런 다음, 기판(100) 상에 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막(200)을 형성한다.
여기서, 분산 용액은 탄소나노튜브(AST-100F, 한화나노텍社)에 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate) 분산제를 첨가하고 초음파 분산기(Ultrasound Homogenizer)를 이용하여 생성한다. 또한, 전도성 박막(200)은, 분산 용액을 이용하여 스프레이(spray) 코팅 장치로 기판(100) 상면을 코팅함으로써 생성된다.
이어서, 전도성 박막(200) 상에 후처리 공정을 진행하여 고분자 박막(300)을 형성한다. 후처리 공정은, 양이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 코팅 및 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 코팅을 순차로 수행함으로써 이루어진다. 코팅은 딥(dip) 코팅 방법을 이용하며, 각 코팅 과정 후, 세척 공정을 수반한다. 최종 세척 공정 수행 후, 30분간 건조한다.
여기서, 양이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액은, 0.1 wt% polyaniline 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone) 용액이며, 이러한 공정 용액을 이용하여 3분간 dip 코팅을 수행한다. 그런 다음, 도전성 박막을 NMP로 세척한다. 또한, 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액은, 0.1wt% poly(armic aicd) NMP 용액이며, 이러한 공정 용액을 이용하여 3분간 dip 코팅을 수행하고, 증류수로 세척하고, 30분간 건조시킨다.
이와 같이, 전도성 박막 상에 고분자 박막이 형성된 시편의 내화학성 평가를 위해, 시편을 아세톤(acetone), 톨루엔(tolune), 이소프로필알콜(isopropylalcohol), 메탄올(methanol), 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone)에 상온에서 10분 동안 담근다. 그런 다음, 30분간 건조한 후, 전도성 박막(200)의 면저항 변화를 측정하였다.
또한, 환경안정성 평가를 위해서, 상대습도 90도, 온도 60℃에서 240시간동안 시편을 보관하면서 시편의 저항 변화를 측정하였고, 끊는 물에 10분 담군 후의 저항변화를 측정하였다. 또한, "3M magic tape"를 이용하여 90° 박리 강도 테스트(90°peel test)를 진행하였다.
이러한 평가 결과를 다음의 <표 1> 및 <표 2>에 나타내었다.
내화학성 평가 후처리 공정 없음 후처리 공정 진행
초기저항 Test 후 저항 초기저항(Ω) Test후 저항(Ω)
acetone 552 563 558 550
ethanol 561 624 548 558
toluene 656 657 556 547
isopropyl alcohol 647 665 550 555
NMP 656 799 562 578
환경안정성 평가 후처리 공정 없음 후처리 공정 진행
초기저항 Test 후 저항 초기저항(Ω) Test후 저항(Ω)
Heat resistance
( Dipping in 100
℃ water)		 480 660 606 683
Heat/humidity
resistance
(240hr at 60℃) 		608 1040 569 675
90?? Peel test
( 3M magic tape,
Cat. 122A)		 524 1847 588 561
제2 실시예
먼저, PET 기판(100)을 마련한다. 그런 다음, 전처리 과정으로써, PET 기판(100)에 플라즈마 처리를 수행한다.
이어서, 그런 다음, 기판(100) 상에 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막(200)을 형성한다. 여기서, 분산 용액은, 탄소나노튜브(AST-100F, 한화나노텍社)에 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate) 분산제를 첨가하고 초음파 분산기를 이용하여 분산 용액을 생성한다. 또한, 생성한 분산 용액을 이용하여 스프레이(spray) 코팅 장치로 탄소나노튜브 전도성 박막(200)을 형성한다.
이어서, 전도성 박막(200) 상에 후처리 공정을 진행하여 고분자 박막(300)을 형성한다. 후처리 공정은, 양이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 코팅 및 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 코팅을 순차로 수행함으로써 이루어진다. 코팅은 딥(dip) 코팅 방법을 이용하며, 각 코팅 과정 후, 세척 공정을 수반한다. 또한, 최종 세척 공정 수행 후, 30분간 건조한다.
여기서, 양이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액은, 0.1 wt% polyaniline 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone)용액이며, 이러한 공정 용액을 이용하여 3분간 딥(dip) 코팅을 수행한다. 그런 다음, 도전성 박막을 NMP로 세척한다. 또한, 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 공정 용액은, 0.1 wt% poly(armic aicd) NMP 용액이며, 이러한 공정 용액을 이용하여 3분간 dip 코팅을 수행하고, 증류수로 세척하고, 30분간 건조시킨다.
이와 같이, 전도성 박막 상에 고분자 박막이 형성된 시편의 내화학성 평가를 위해, 시편을 아세톤(acetone), 톨루엔(tolune), 이소프로필알콜(isopropylalcohol), 메탄올(methanol), 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone)에 상온에서 10분 동안 담근다. 그런 다음, 30분간 건조한 후, 전도성 박막(200)의 면저항 변화를 측정하였다.
또한, 환경안정성 평가를 위해서, 상대습도 90도, 온도 60℃에서 240시간동안 시편을 보관하면서 시편의 저항 변화를 측정하였고, 끊는 물에 10분 담군 후의 저항변화를 측정하였다. 또한, "3M magic tape"를 이용하여 90°박리 강도 테스트(90°peel test)를 진행하였다.
이러한 평가 결과를 다음의 <표 3> 및 <표 4>에 나타내었다.
내화학성 평가 후처리 공정 없음 후처리 공정 진행
초기저항 Test 후 저항 초기저항(Ω) Test후 저항(Ω)
acetone 623 621 650 662
ethanol 586 586 644 650
toluene 701 700 688 682
isopropyl alcohol 720 732 712 708
NMP 635 775 598 630
환경안정성 평가 후처리 공정 없음 후처리 공정 진행
초기저항 Test 후 저항 초기저항(Ω) Test후 저항(Ω)
Heat resistance
( Dipping in 100
℃ water)		 589 780 634 715
Heat/humidity
resistance
(240hr at 60℃) 		631 1137 623 722
90?? Peel test
( 3M magic tape,
Cat. 122A)		 672 892 654 652
상술한 바와 같은 본 발명의 방법에 의해 형성된 전도막은 물성이 향상된 고품위의 것이며, 우수한 내구성 및 높은 전도성에 의하여 투명전극, 면발열체, 정전기방제 및 흡수제, 전자파차폐 필름, 방열 소재 등 다양한 부분에 적용 될 수 있다.
또한, 본 발명은 간단한 후처리 공정을 통해 기형성된 전도성 박막의 내화학성, 접착력, 환경안정성을 개선시킬 수 있는 방법으로써 고분자전해질(polyelectrolyte)을 이용한 간단한 후처리 공정으로써 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 해당하는 후처리 공정에 사용되는 고분자전해질은 매우 뛰어난 흡착력을 가지면서 동시에 양이온성 고분자전해질과 음이온성 고분자전해질이 서로 강한 상호작용을 형성하기 때문에, 상술한 다양한 종류의 용액 공정을 통해서 전도성 박막 위에 치밀하게 코팅할 수 있어 효율적으로 전도막의 내화학성 및 접착성, 환경안정성을 확보할 수 있는 방법을 제공한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 박막을 설명하기 위한 도면.
도 2, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정을 설명하기 위한 도면.

Claims (15)

  1. 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 형성된 전도성 박막; 및
    상기 전도성 박막 상에 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte) 및 음이온성 고분자전해질의 조합을 가지는 후처리 공정 용액을 이용하여 용액 공정 방법으로 형성한 고분자 박막;을 포함하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 고분자전해질은, poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine), poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene, polyaniline, poly(vinylalcohol) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음이온성 고분자전해질은 poly(acrylic acid) 및 그의 염(salt), poly(styrene sulfonic acid)및 그의 염(salt), polyarmic acid 및 그의 염(salt), poly(p-phenylenebenzobisimidazole), poly(styrene-alt-maleic acid) 및 그의 염(salt), poly(methacrylicacid) 및 그의 염(salt), poly(vinylsulfonic acid 및 그의 염(salt), poly(anetholesulfonic acid) 및 그의 염(salt), poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid) 및 그의 염(salt), 그리고 나피온(Nafion) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 박막은 0.1nm 내지 100nm 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후처리 공정 용액에서 상기 양이온성 고분자전해질 및 상기 음이온성 고분자전해질 각각의 무게 농도는 0.001 wt% 내지 50 wt%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용액 공정은, 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용액 공정은, 적어도 1 종류의 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte)을 포함하는 후처리 공정 용액을 이용한 용액 공정과, 적어도 1 종류의 음이온성 고분자전해질을 포함하는 후처리 용액을 이용한 용액 공정을 순서에 무관하게 순차로 각각 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용하여 형성한 전기, 열 전도성 박막.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각각 수행하는 용액 공정 후, 물 또는 용매를 이용한 세척을 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용액 공정은 반복해서 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은, 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 박막은, 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 기판에 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행하는 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 박막에 대해, 상기 용액 공정을 수행한 후, 400℃ 이하의 열처리를 수행하거나, 상기 용액 공정 수행 중 또는 용액 공정 수행 후 후처리 공정 조성물의 경화제 또는 촉매 물질을 포함한 화학 물질 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정에 따른 조성물.
  14. 고분자 조성물을 이용한 전기, 열 전도성 박막 후처리 공정 방법에 있어서,
    기판을 준비하는 과정과,
    상기 기판 상에 전도성 박막을 형성하는 과정과,
    상기 전도성 박막 상에 양이온성 고분자전해질(polyelectrolyte) 및 음이온성 고분자전해질의 후처리 공정 용액을 이용하여 용액 공정 방법으로 양이온성 고분자전해질 및 음이온성 고분자전해질의 조합을 가지는 고분자 박막을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 박막을 형성하는 과정 및 상기 고분자 박막을 형성하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자 조성물을 이용한 전기 열 전도성 박막 후처리 공정 방법.
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