KR20110102834A - 금속 나노벨트의 제조 방법 - Google Patents

금속 나노벨트의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110102834A
KR20110102834A KR1020110021413A KR20110021413A KR20110102834A KR 20110102834 A KR20110102834 A KR 20110102834A KR 1020110021413 A KR1020110021413 A KR 1020110021413A KR 20110021413 A KR20110021413 A KR 20110021413A KR 20110102834 A KR20110102834 A KR 20110102834A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
nanobelt
conductive
silver
conductive polymer
Prior art date
Application number
KR1020110021413A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101353575B1 (ko
Inventor
권원종
윤성호
이경훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20110102834A publication Critical patent/KR20110102834A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101353575B1 publication Critical patent/KR101353575B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/0547—Nanofibres or nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/89—Deposition of materials, e.g. coating, cvd, or ald

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 나노벨트의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 제조 방법에 따르면, 우수한 도전성을 갖는 도전막 또는 도전성 패턴 등을 보다 쉽게 형성할 수 있게 하는 등의 다양한 적용성을 갖는 금속 나노벨트를 단순한 공정으로 상온 및 상압에서 용이하게 제조할 수 있다. 상기 금속 나노벨트의 제조 방법은 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함한다.

Description

금속 나노벨트의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF METAL NANOBELT}
본 발명은 금속 나노벨트의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 다양한 적용성을 갖는 금속 나노벨트를 단순한 공정으로 상온 및 상압에서 용이하게 제조할 수 있는 금속 나노벨트의 제조 방법에 관한 것이다.
각종 반도체 소자, PDP 또는 LCD 등의 표시 장치, 태양 전지 또는 센서 등에는, 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름과 같은 도전성을 띄는 다양한 요소들이 포함된다. 이러한 도전성 요소들의 형성을 위해, 가장 많이 사용되는 방법 중의 하나는 도전성을 띄는 미세 입자, 예를 들어, 도전성 나노 입자와 용매 등을 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후 이를 열처리(예를 들어, 소성 및 건조)하여, 다양한 도전성 요소들을 이루는 각종 도전성 패턴 또는 도전막을 기판 상에 형성하는 방법이다.
그런데, 현재까지 개발된 도전성 나노 입자를 이용해 도전막 또는 도전성 패턴을 형성하기 위해서는, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후에, 고온으로 소성하여 상기 도전성 잉크 조성물에 포함된 유기물(예를 들어, 유기 용매 등)을 제거하면서 도전성 나노 입자를 환원시키거나 용융 연결시키는 공정이 요구되었다. 이는 도전성 잉크 조성물에 포함된 도전성 나노 입자를 환원시키거나 도전성 나노 입자끼리 용융 연결시켜 최종 형성된 도전성 패턴 또는 도전막이 균일하면서도 우수한 도전성을 띄도록 하기 위함이었다.
그러나, 이러한 고온 소성 공정의 필요성으로 인해 도전막 또는 도전성 패턴을 형성할 수 있는 기판의 종류에 한계가 있는 등의 한계가 존재하였다. 이 때문에, 보다 낮은 온도의 소성 공정 기타 열처리 공정을 적용하더라도, 우수한 도전성을 가진 도전성 패턴 등을 형성할 수 있게 하는 도전성 나노 입자 또는 도전성 잉크 조성물이 계속적으로 요구되어 왔다.
이에 다양한 저온 소성용 도전성 나노 입자 또는 도전성 잉크 조성물이 제안된 바 있으나, 아직까지 소성 온도를 충분히 낮출 수 없거나 충분한 도전성을 얻을 수 없는 등의 한계가 있는 것이 사실이다.
본 발명은 저온 소성이 요구되는 환경 하에서도 우수한 도전성을 나타내는 도전성 패턴 또는 도전막 등의 형성을 가능케 하는 등의 다양한 적용성을 갖는 금속 나노벨트를 단순한 공정으로 상온 및 상압에서 용이하게 제조할 수 있는 금속 나노벨트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이에 본 발명은 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함하는 금속 나노벨트의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법에서, 상기 반응 단계는 1 내지 70℃의 온도 및 1 내지 2 기압의 압력에서, 0.1 시간 내지 14일 동안 진행할 수 있다.
이러한 제조 방법에 따르면, 상기 반응 단계에서, 전도성 고분자 상에 금속이 환원 및 배열되어 금속 나노벨트가 형성될 수 있다.
또, 상기 반응 단계에서 형성된 금속 나노벨트는 500 nm 이상의 길이를 가지며, 길이/폭의 비가 10 이상이고, 폭/두께의 비가 3 이상인 것으로 될 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 금속 나노벨트는 1 ㎛ ~ 2000 ㎛의 길이를 가질 수 있고, 30 nm ~ 100 ㎛의 폭을 가질 수 있으며, 10 ~ 500 nm의 두께를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제조 방법에서, 상기 반응 단계는 환원제의 존재 하에 진행될 수도 있다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 금속 나노벨트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름 등에 대해 설명하기로 한다.
명시적인 다른 기재가 없는 한, 본 명세서 전체에서 사용되는 몇 가지 용어는 다음과 같이 정의된다.
본 명세서 전체에서, ＂금속 나노벨트＂는 금속 및 전도성 고분자를 포함하면서, 평면상으로 보아, 어느 한쪽 방향으로 벨트와 같이 길게 연결된 형상을 띄고 있는 나노구조체를 지칭한다. 상기 벨트 형상으로 길게 연결된 방향으로 상기 ＂금속 나노벨트＂의 한쪽 끝에서 반대 쪽 끝까지의 최장 직선 거리를 ＂길이＂로 정의할 수 있고, 평면 상에서, ＂길이＂ 방향과 수직하는 방향으로 상기 ＂금속 나노벨트＂의 한쪽 끝에서 반대 쪽 끝까지의 최장 직선 거리를 ＂폭＂으로 정의할 수 있다. 또한, 상기 ＂길이＂ 방향과 ＂폭＂ 방향이 이루는 평면과 수직하는 방향으로, 벨트 형상을 띄고 있는 금속 나노벨트의 상면과 하면 사이의 최장 직선 거리를 ＂두께＂로 정의할 수 있다. 이러한 금속 나노벨트는 길이, 폭 또는 두께의 하나 이상, 적어도, 두께가 나노 스케일의 크기를 가지며, 길이가 폭에 비해 수 배 이상 큰 값을 가지고, 폭이 두께에 비해 수 배 이상 큰 값을 가짐에 따라, 얇은 두께의 직사각형 또는 이와 유사한 다각형 등의 도형이 띠와 같이 길게 연결된 벨트 형상을 띄는 것이다.
또한, 상기 금속 나노벨트가 ＂실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는다＂고 함은 상기 금속 나노벨트에 포함된 ＂금속＂이 산화되지 않은 상태로 존재하여 금속 나노벨트가 금속 산화물을 전혀 포함하지 않거나, 그 제조 과정 또는 사용 과정 중에 불가피하게 미량의 금속, 예를 들어, 금속 나노벨트의 중량에 대해 1 중량% 미만, 혹은 0.1 중량% 미만의 금속만이 산화되어 금속 나노벨트가 이에 대응하는 미량의 금속 산화물만을 포함하는 경우를 지칭한다.
그리고, ＂도전성 잉크 조성물＂은 비교적 점도가 높은 ＂페이스트＂ 상태인지 혹은 물과 유사하게 점도가 낮은 상태인지에 관계없이, 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질(substrate) 상에 인쇄 또는 도포되어 도전성을 띄는 막, 필름 또는 패턴을 형성할 수 있는 임의의 조성물을 지칭한다.
또한, ＂전도성 필름＂이라 함은 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질(substrate) 상에 형성되어 열 또는 전기에 도전성을 띄는 임의의 막, 필름 또는 패턴을 지칭한다.
그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 ＂포함＂, ＂함유＂ 또는 ＂가진다＂고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소의 추가를 제한하지 않고 임의의 다른 구성요소가 더 추가될 수 있는 것을 의미한다.
한편, 발명의 일 구현예에 따라, 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함하는 금속 나노벨트의 제조 방법이 제공된다.
본 발명자들의 실험 결과, 상기 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 반응 공정을 통해 소정의 금속 나노벨트가 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 즉, 상기 반응 공정을 거치게 되면, 전도성 고분자 상에서 상대적으로 높은 환원 전위를 갖는 금속이 금속염으로부터 환원되어, 전도성 고분자 상에 배열 및 결합되면서 상기 금속 나노벨트가 제조될 수 있다. 즉, 상기 전도성 고분자를 매개로 금속이 환원되면서 그 결과 형성된 미세 금속 입자들이 전도성 고분자 상에 넓은 폭을 갖는 벨트 형상으로 길게 연결되어 상기 금속 나노벨트가 제조될 수 있다.
이러한 금속 나노벨트가 형성되는 비제한적 원리를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 반응 공정에서는, 금속염으로부터 금속이 환원된 후에 이의 금속 나노 결정의 특정 결정면에 전도성 고분자가 결합하면서 상기 금속 나노 결정의 높은 표면 에너지를 안정화시키게 된다. 이러한 안정화 에너지를 캡핑 에너지(capping energy)라고 하는데, 이러한 캡핑 에너지는 금속 나노벨트에 포함되는 전도성 고분자나 금속의 종류, 그 금속 나노 결정 또는 결정면의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 이러한 캡핑 에너지의 절대값이 클수록 전도성 고분자가 금속 나노 결정의 결정면에 결합하여 그 표면 에너지를 보다 안정화시킬 수 있으므로, 상기 전도성 고분자는 상기 금속 나노 결정의 결정면들 중에서도, 전도성 고분자와의 캡핑 에너지의 절대값이 가장 큰 특정 결정면에 결합하게 된다.
이러한 원리로 상기 금속 나노 결정의 특정 결정면이 주로 전도성 고분자와 결합하면서 다른 결정면(예를 들어, 전도성 고분자와의 캡핑 에너지의 절대값이 작은 결정면)의 방향으로 금속이 전도성 고분자 상에 배열될 수 있고, 그 결과, 상기 금속 나노벨트가 상기 금속의 배열 방향을 길이 방향으로 성장 및 형성될 수 있다.
특히, 이러한 반응 공정에서는 고온 및 고압의 반응 조건이 요구되지 않고, 예를 들어, 상온 및 상압의 분산액 상태에서 반응물이 단일 단계로 반응하므로, 상기 금속 나노벨트가 단순한 과정을 통해 제조될 수 있고, 더 나아가, 후술하는 바와 같이, 상온, 상압 혹은 이에 준하는 낮은 온도 및 압력에서 쉽게 제조될 수 있다.
한편, 이러한 제조 방법에서, 상기 반응 단계는 약 1 내지 70℃의 온도 및 약 1 내지 2 기압의 압력에서, 약 0.1 시간 내지 14일 동안 진행될 수 있으며, 바람직하게는 약 1 내지 65℃의 온도 및 대략 상압에서, 약 10 시간 내지 7일 동안 진행될 수 있다. 이와 같이, 상기 반응 단계를 상온 및 상압 하에서 진행하거나, 이에 준하는 비교적 낮은 온도 및 압력에서 진행함에 따라, 상기 전도성 고분자 상에서 금속이 서서히 균일하게 환원 및 배열되면서 금속 나노벨트가 적절히 제조될 수 있다. 이와 달리, 반응 온도 또는 압력을 너무 낮게 하는 경우 등에는, 금속 나노벨트가 제대로 형성되지 못할 수 있다. 또한, 반응 온도 또는 압력을 지나치게 높게 하는 경우 등에는, 전도성 고분자와 금속염의 반응 속도가 지나치게 빨라짐에 따라, 전도성 고분자 상에 금속이 균일하게 배열 및 결합되기 어렵게 되며 표면 에너지 안정화에 따른 전도성 고분자의 결정면에 대한 캡핑(capping) 효과가 감소된다. 이 때문에, 금속 또는 전도성 고분자가 서로 뭉치게 되어, 벨트 형상의 금속 나노벨트보다 다른 형상의 금속 나노구조체, 예를 들어, 구형의 금속 나노입자들이 보다 많이 형성될 수 있으므로, 금속 나노벨트의 수율이 낮아질 수 있다.
한편, 상술한 제조 방법에 의해 제조된 금속 나노벨트는 이하에 구체적으로 설명하는 형상, 스케일 및 특성을 가질 수 있다.
상기 제조 방법에 의해 제조된 금속 나노벨트는 약 500 nm 이상의 길이를 가지며, 길이/폭의 비가 약 10 이상이고, 폭/두께의 비가 약 3 이상인 것으로 될 수 있다. 보다 구체적인 일 실시예에 따르면, 이러한 금속 나노벨트는 약 1 ㎛ ~ 2000 ㎛의 길이, 바람직하게는, 약 2 ㎛ ~ 1000 ㎛의 길이, 더욱 바람직하게는, 약 2 ㎛ ~ 100 ㎛의 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 금속 나노벨트는 약 30 nm ~ 100 ㎛의 폭, 바람직하게는 약 100 nm ~ 10 ㎛의 폭, 더욱 바람직하게는, 약 100 nm ~ 2 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 그리고, 상기 금속 나노벨트는 약 10 ~ 500 nm의 두께를 가질 수 있고, 바람직하게는 약 10 ~ 300 nm의 두께, 더욱 바람직하게는, 약 20 ~ 250 nm의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 금속 나노벨트는 길이/폭의 비가 약 10 내지 20000으로 될 수 있고, 바람직하게는 약 10 내지 1000, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 200으로 될 수 있다. 또한, 상기 금속 나노벨트의 폭/두께의 비는 약 3 내지 6000으로 될 수 있고, 바람직하게는 약 3 내지 500, 더욱 바람직하게는 약 3 내지 50으로 될 수 있다.
즉, 본 발명자들의 연구 결과, 전도성 고분자 및 금속염을 적절한 속도로 반응시키는 방법에 의해, 도전성 나노 구조체로서 적절한 나노 스케일의 두께를 가지면서, 비교적 넓은 폭을 가지며 최소 약 500 nm에서 100 ㎛ 이상, 최대 약 2000 ㎛에 이르는 길이를 갖는 벨트 형상의 나노 구조체, 즉, 상기 금속 나노벨트가 얻어질 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 금속 나노벨트는 이전에 알려진 도전성 나노구조체 또는 도전성 나노 입자에 비해, 긴 길이로 연결된 것이며, 어느 정도의 넓은 폭을 가짐에 따라 벨트 형상을 띠고 있는 것이다. 또한, 상기 금속 나노벨트는 상온 및 상압 하에서의 위 반응 공정으로 제조될 수 있어, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는 것으로 될 수 있다.
다시 말해서, 상술한 제조 방법으로 제조된 금속 나노벨트는 적어도 나노 스케일의 두께를 갖는 미세한 금속 입자가 넓은 폭 및 충분히 긴 길이로 연결된 상태로 얻어질 수 있고, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 금속 나노벨트를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄하면, 도전성 나노 입자 등을 환원시키거나 용융 연결시키기 위해 적용되던 고온 소성 공정을 별도 진행하지 않더라도, 이로부터 형성된 전도성 필름, 예를 들어, 도전막 또는 도전성 패턴이 충분히 우수한 도전성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 금속 나노벨트는 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 단일 금속 성분만을 포함하도록 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 금속 나노벨트가 보다 낮은 저항을 나타내는 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등의 단일 금속 성분만을 포함하도록 형성하여, 이로부터 형성된 전도성 필름이 보다 우수한 도전성을 나타내게 할 수 있다.
그러므로, 상기 금속 나노벨트는 특히 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 각종 반도체 소자, 표시 장치 또는 태양 전지 등의 도전성 패턴 또는 도전막 등을 형성하기 위한 도전성 잉크 조성물에 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
부가하여, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru) 등의 귀금속을 사용해 상술한 방법으로 금속 나노벨트를 제조하는 경우, 이러한 금속 나노벨트를 다양한 촉매로서 바람직하게 사용할 수 있다. 즉, 이전에 알려진 귀금속 촉매의 경우, 주로 입자 형태를 띠고 있어서 넓은 표면적을 구현하는데 한계가 있었던 것에 비해, 상기 귀금속으로 형성된 금속 나노벨트를 사용하는 경우, 귀금속의 사용량을 작게 하고도 벨트 형상에 기인한 넓은 표면적을 구현할 수 있다. 또한, 금속 나노벨트 표면에 드러나는 귀금속의 특정 결정면의 넓이를 극대화할 수 있으므로, 상기 귀금속으로 제조된 금속 나노벨트를 촉매로서 사용하게 되면, 보다 작은 양의 귀금속을 사용하고도 반응물과 촉매의 접촉 면적을 늘려 촉매의 활성을 보다 향상시키고 효율적이고 경제적인 촉매를 제공하는데 크게 기여할 수 있다.
이와 같이, 상기 금속 나노벨트는 저온 열처리 환경 하에서도 우수한 도전성을 나타내는 도전성 패턴 또는 도전막을 형성하게 하거나, 뛰어난 활성을 갖는 촉매를 형성하게 하는 등의 다양한 적용성을 가질 수 있다. 발명의 일 구현예에 따르면, 이러한 다양한 적용성을 갖는 금속 나노벨트를 전도성 고분자와 금속염을 반응시키는 단순한 공정으로, 비교적 낮은 온도 및 압력에서 쉽게 제조할 수 있게 된다.
한편, 상기 금속 나노벨트는 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 이때, ＂실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는다＂ 함이 의미하는 바는 이미 설명한 바와 같다. 이미 상술한 바와 같이, 상기 금속 나노벨트는 상온, 상압 혹은 이에 준하는 낮은 온도 및 압력 하에서 금속염 및 전도성 고분자의 반응에 의해 형성될 수 있으므로, 이전에 도전성 나노 입자의 제조를 위한 고온 반응 공정 등에 의해 야기되던 금속 성분의 산화를 최소화하여 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 종래에 도전성 잉크 조성물을 인쇄한 후에 이에 포함된 도전성 나노 입자 등을 환원시키기 위해 진행하던 고온 소성 공정을 별도 진행하지 않더라도 이로부터 형성된 전도성 필름이 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 금속 나노벨트는 우수한 도전성을 나타내거나 촉매로서 사용 가능한 임의의 도전성 금속, 귀금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu,), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 루테늄(Ru)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이로서, 상기 금속 나노벨트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물로부터 형성된 각종 도전성 패턴 또는 도전막이 보다 우수한 도전성을 나타내거나, 상기 금속 나노벨트가 촉매 등으로서 보다 적합하게 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 나노벨트는 이를 이루는 금속 성분을 여러 가지로 조절하여, 전도성 필름의 형성을 위한 도전성 잉크 조성물 또는 촉매 등 다양한 분야에 적합하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 금속 나노벨트는 전도성 고분자 상에 금속이 환원 및 배열되면서 벨트 형상을 띨 수 있으므로, 단일 금속 성분, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)의 어느 1종의 금속만을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 전도성 고분자 상에 금속이 배열되면서 벨트 형상의 금속 나노벨트가 형성되기 때문에, 2종 이상의 금속 성분이 포함되어 이중 1종 이상의 금속 성분이 벨트 형상의 골격 또는 기본적 주형 등을 이룰 필요가 없으며, 상기 금속 나노벨트가 단일 금속 성분만을 포함할 수 있다. 이 때문에, 각 적용 분야에 적합한 금속 성분으로만 이루어진 금속 나노벨트를 용이하게 얻을 수 있고, 이러한 금속 나노벨트를 전도성 필름 또는 촉매 등의 다양한 분야에 보다 적합하게 적용될 수 있다.
상술한 금속 나노벨트는 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질 또는 기판 상에 인쇄한 후, 고온 소성 공정이 적용되지 않더라도 우수한 도전성을 나타내는 각종 도전성 패턴 또는 도전막 등의 전도성 필름을 형성할 수 있게 한다. 특히, 이러한 금속 나노벨트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물은 고온 소성 공정의 필요성이 없어 어떠한 재질로 된 기판에도 적용되어 다양한 도전성 패턴 또는 도전막을 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 금속 나노벨트는 PDP 또는 LCD 등의 각종 표시 장치, 반도체 소자 또는 태양전지 등에 포함되는 다양한 전도성 필름, 예를 들어, 각종 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름 등의 다양한 도전막 또는 도전성 패턴을 형성하기 위한 잉크 조성물에 매우 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노벨트는 투명 기판 상에 인쇄되어 터치 패널에 포함되는 투명 도전막 등의 투명 전도성 필름을 형성하기 위해 적용되거나, 반도체 기판의 각종 배선 패턴 또는 전극을 형성하기 위해 적용되거나, 각종 표시 장치의 각종 배선 패턴, 전극 또는 전자파 차폐 필터 등을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 또한, 상기 금속 나노벨트는 다양한 열에 대해서도 우수한 전도성을 나타낼 수 있으므로, 여러 가지 열전도성 필름을 형성하기 위해 적용될 수도 있다. 특히, 상기 금속 나노벨트는 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 더욱 바람직하게 적용될 수 있다.
부가하여, 상기 금속 나노벨트를 귀금속으로 제조할 경우, 이러한 금속 나노벨트를 각종 반응의 촉매로서 매우 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 이러한 귀금속 나노벨트는 전도성 고분자 상에 귀금속 성분이 배열되어 벨트 형상을 띄고 있으므로, 귀금속의 함유량이 비교적 낮은 상태에서도 벨트 형상에 기인하여 귀금속 성분의 넓은 표면적을 구현할 수 있다. 또한, 이러한 나노벨트 표면에서 귀금속의 배열 또는 결합 상태를 조절함에 따라, 나노벨트 표면으로 드러나는 귀금속의 특정 결정면의 넓이를 극대화할 수 있다. 따라서, 상기 귀금속 나노벨트를 촉매로서 사용하게 되면, 보다 작은 양의 귀금속을 함유하고도 반응물과 촉매 성분(즉, 귀금속 성분)의 접촉 면적이 늘어나 촉매의 활성 및 효율성이 향상될 수 있다.
한편, 상술한 금속 나노벨트의 제조를 위한 일 구현예의 제조 방법에서는, 전도성 고분자와 금속염이 혼합된 분산액을 형성한 후, 이러한 분산액을 일정 온도 및 압력 하에서 유지함으로서 상기 전도성 고분자와 금속염의 반응 단계를 진행할 수 있다. 이러한 반응 단계 진행 후, 형성된 금속 나노벨트를 분리하여 최종적으로 금속 나노벨트를 얻을 수 있다. 이때, 상기 반응 단계가 상온 및 상압이나 이에 준하는 낮은 온도 및 압력에서 진행될 수 있음은 이미 상술한 바와 같이,
이러한 제조 방법에서, 상기 전도성 고분자로는 이전부터 알려진 임의의 전도성 고분자, 예를 들어, 폴리피롤, 폴리아닐린 또는 폴리티오펜이나 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속염으로는 도전성을 나타내는 금속 또는 귀금속 등의 임의의 염으로서, 종래부터 금속 나노 입자를 형성하기 위한 전구체로서 사용되던 통상적인 금속염을 별다른 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속염으로는 도전성 금속 또는 귀금속의 질산염, 황산염, 아세트산염, 할로겐화염, 탄산염, 락트산염, 시안화염, 시안산염 또는 술폰산염 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 금속 성분으로 우수한 도전성을 갖는 은(Ag)을 포함한 금속 나노벨트를 제조하고자 하는 경우, 상기 금속염으로는 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4), 아세트산은(Ag(CH3COO))이나, 불화은(AgF), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr) 또는 요오드화은(AgI)의 할로겐화은, 시안화은(AgCN), 시안산은(AgOCN), 락트산은(Ag(CH3CHOHCOO)), 탄산은(Ag2CO3), 과염소산은(AgClO4), 삼불화아세트산은(Ag(CF3COO)) 또는 삼불화메틸술폰산은(Ag(CF3SO3)) 등을 사용할 수 있다.
그리고, 위에서 예시된 전도성 고분자 또는 금속염 이외에도 임의의 전도성 고분자 또는 도전성 금속 또는 귀금속의 다양한 염을 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 금속 나노벨트의 제조를 위해, 금속염 및 전도성 고분자만을 반응시킬 수도 있지만, 상기 금속염의 금속 성분, 즉, 금속 나노벨트에 함유될 금속 성분의 환원 전위가 비교적 낮은 경우, 환원제의 존재 하에 상기 금속염 및 전도성 고분자의 반응 단계를 진행하면, 전도성 고분자 상에서 금속염으로부터 금속 성분을 보다 효과적으로 환원시켜 반응이 빨라지고 수율이 보다 높아질 수 있다. 이에 따라, 금속 나노벨트를 보다 용이하게 높은 수율로 얻을 수 있다.
이때 사용 가능한 환원제의 종류는 상기 금속염의 금속 성분의 종류에 따라 달라질 수 있고, 해당 금속염을 환원시킬 수 있도록 이러한 금속염 또는 이에 대응하는 금속 이온보다 표준 환원 전위가 낮은 것을 선택해 사용할 수 있다. 이러한 환원제로서는 각 금속 성분의 종류에 따라 통상적으로 알려진 환원제를 별다른 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 히드라진, 아스코르브산, 하이드로퀴논, 레소시놀 또는 카토콜 등의 다가페놀계 화합물; 트리에틸아민과 같은 아민계 화합물; 디메틸아미노피리딘과 같은 피리딘계 화합물; 또는 에틸렌글리콜 등의 다가알코올계 화합물이나 이들 중에 선택된 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 금속염 및 전도성 고분자의 반응은 물, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 에틸렌글리콜, 포름아미드 (HCOOH), 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸술폭사이드 (DMSO) 및 N-메틸피롤리돈 (NMP)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 용매 또는 하나 이상의 혼합 용매 내에서 진행될 수 있다.
예를 들어, 폴리아닐린과 같은 수용성 전도성 고분자의 경우, 이를 물에 분산시키고 이 분산액에 금속염을 첨가하여 상기 반응 단계를 진행할 수 있다. 또한, 각 전도성 고분자와 금속염의 종류에 따라, 위에서 나열되거나 이전에 알려진 다양한 용매를 사용해 전도성 고분자 및 금속염의 분산액을 얻고 상기 전도성 고분자와 금속염의 반응 단계를 진행할 수 있다.
이때, 상기 금속염은 고체 상태로 가할 수도 있고 용액 상태로 만든 후 첨가할 수도 있다. 이렇게 만들어진 혼합 분산액을 상술한 온도 및 압력 조건 하에 일정 시간 이상 유지하면, 상기 분산액 내에서 금속 나노벨트가 형성된다. 이러한 반응 공정에서 각 반응물의 첨가 순서나 분산액의 형성 방법 및 혼합 순서 등은 통상적인 범위 안에서 당업자에게 자명하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상술한 방법으로 제조된 금속 나노벨트는 용매와 혼합되어 인쇄 가능한 도전성 잉크 조성물로 제공되거나, 각종 반응의 촉매 등으로 제공될 수 있다.
이중, 상기 도전성 잉크 조성물은 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않으면서 저저항 금속 성분으로 이루어질 수 있고, 나노 스케일의 크기(두께)를 갖는 미세한 금속 입자가 넓은 폭으로 길게 연결된 벨트 형태의 금속 나노벨트를 포함한다. 따라서, 이러한 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후, 이전에 도전성 나노 입자를 환원 또는 용융 연결시키기 위해 진행되던 고온 소성 공정을 적용하지 않더라도 우수한 도전성을 나타내는 각종 도전막 또는 도전성 패턴 등의 전도성 필름의 형성이 가능해 진다.
즉, 이러한 도전성 잉크 조성물의 경우, 이를 기판 상에 인쇄 또는 코팅한 후 상기 용매 등을 제거하기 위해 저온에서 건조 또는 열처리만을 행하더라도, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않고 나노 스케일의 두께를 갖는 금속막이 넓은 폭으로 길게 연결된 형태의 다수의 나노 벨트가 포함된 전도성 필름, 예를 들어, 각종 도전막 또는 도전성 패턴이 형성될 수 있으므로, 이러한 도전막 또는 도전성 패턴이 매우 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
따라서, 이러한 도전성 잉크 조성물은 PDP 또는 LCD 등의 각종 표시 장치, 반도체 소자 또는 태양전지에 포함되는 각종 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름 등의 다양한 도전막 또는 도전성 패턴이나, 열전도성 필름과 같은 다양한 전도성 필름을 형성하기 위하여 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 잉크 조성물은 투명 기판 상에 인쇄되어 터치 패널에 포함되는 투명 도전막을 형성하기 위해 적용되거나, 반도체 기판의 각종 배선 패턴 또는 전극을 형성하기 위해 적용되거나, 각종 표시 장치의 각종 배선 패턴, 전극 또는 전자파 차폐 필터 등을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 특히, 상기 도전성 잉크 조성물은 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 더욱 바람직하게 적용될 수 있으며, 고온 소성이 요구되지 않음에 따라 적용 가능한 기판 종류의 한계 등을 극복할 수 있게 한다.
또, 상기 금속 나노벨트는 각종 반응에서 촉매로서 제공될 수도 있으며, 각 반응에 따라 적합한 귀금속 성분을 포함할 수 있다. 이러한 촉매는 일반적인 귀금속 미세 입자(귀금속 나노 입자) 대신 귀금속 성분을 함유한 금속 나노벨트를 포함함에 따라, 촉매 활성을 갖는 귀금속 성분과 반응물의 접촉 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 낮은 함량의 귀금속 성분을 포함하는 경우에도 상대적으로 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 금속 나노벨트를 포함하는 도전성 잉크 조성물 또는 촉매 등은 통상의 금속 나노 입자 또는 기타 다른 형태의 금속 나노 구조체 대신 금속 나노벨트를 포함하는 것을 제외하고는, 당업자에게 일반적으로 알려진 도전성 잉크 조성물 또는 귀금속 촉매의 구성을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고온 소성 공정의 적용 없이도 우수한 도전성을 나타내는 각종 도전성 패턴 또는 도전막의 형성을 가능케 하거나, 낮은 귀금속 함량으로도 우수한 활성을 갖는 촉매의 제공을 가능케 하는 등의 다양한 적용성을 갖는 금속 나노벨트의 제조 방법이 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 상기 금속 나노벨트를 매우 단순한 공정을 통해 낮은 온도 및 압력에서 쉽게 제조하여 다양한 분야에 적용할 수 있게 된다.
도 1 은 합성예 2에서 얻어진 전도성 고분자의 solid state 탄소 NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 2 및 3은 실시예 1에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 이미지이다.
도 4는 실시예 1에서 얻어진 은 나노벨트의 TEM 이미지이다.
도 5는 실시예 2에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 3에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 이미지이다.
도 7은 실시예 4에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 이미지이다.
도 8은 실시예 5에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 이미지이다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
A. 시약의 준비
후술하는 은 나노벨트의 제조에 사용된 시약들은 다음과 같으며 특별한 정제 없이 구입한 상태로 사용하였다:
aniline hydrochloride (Aldrich, 97%), 2-aminobenzoic acid (Aldrich, 99%), 2-aminophenol (Aldrich, 97%), 1,3-phenylenediamine (Aldrich, 99+%), 1,3-propane sultone(Aldrich, 97%), pyrrole 1,3-phenylenediamine (Acros, 99%), ammonium persulfate (Acros, 98%), HCl (덕산), HNO3 (덕산), AgNO3 (Acros, 99%)
B. 전도성 고분자의 합성
합성예 1. N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate의 합성
1 L 플라스크에 m-phenylenediamine 54.07 g (0.500 mol)과 1,3-propane sultone 61.07 g (0.500 mol)을 THF 500 ml에 녹이고 24시간 동안 환류 및 교반하였다. 실온으로 식히고 글라스 필터로 거른 후, THF:n-Hex 1:1 (v/v) 혼합 용매 1000 ml로 씻고 진공 건조하여 회청색의 분말 108.52 g (0.472 mol, 94.3% yield)을 얻었다. 이렇게 얻은 N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate 는 하기 반응식 a)의 반응결과물과 같은 화학 구조를 가지고 있었다.
반응식 a): N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate
Figure pat00001

합성예 2. P[anthranilic acid]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 의 합성
Anthranilic acid 3.43 g 과 N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate 5.75 g 을 0.2 M HCl 용액 300 ml과 EtOH 100 ml의 혼합 용액에 녹이고, ammonium persulfate 14.21 g 이 용해된 0.2 M HCl 용액 200 ml을 10분에 걸쳐 첨가한 후 24시간 동안 교반하였다. 이 용액을 아세톤 3.6 L 에 가하여 폴리아닐린 고분자 침전을 얻고 4000 rpm 및 1시간 조건으로 원심 분리하여 침전을 분리하였다. 이후 아세톤/0.2 M HCl 혼합용액 (6:1 v/v) 으로 3회 세척하고 건조하여 6.12 g 의 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 을 얻었다. (66.4% yield) 이렇게 얻은 폴리아닐린의 두 반복 단위의 조성비는 52:48 인 것으로 확인되었고 (solid state NMR로 분석), 중량 평균 분자량은 2830 정도 (GPC 분석)로 확인되었다. 이러한 전도성 고분자의 solid state 탄소 NMR 스펙트럼을 도 1에 도시하였다. 또, 이러한 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5의 전도성 고분자는 하기 반응식 b)의 반응결과물과 같은 화학 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
반응식 b): P[anthranilic acid]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5
Figure pat00002

합성예 3. P[ANi]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 의 합성
Anthranilic acid 3.43 g 을 사용하는 대신, Aniline hydrochloride 3.24 g을 사용한 것 외에는 합성예 2와 동일한 방법으로 합성하여 P[ANi]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 4.72 g을 얻었다. 이렇게 얻은 P[ANi]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5는 하기 화학식 c)의 화학 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
c) P[ANi]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5
Figure pat00003

합성예 4. P[pyrrole]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 의 합성
Anthranilic acid 3.43 g 을 사용하는 대신, pyrrole 1.68 g을 사용한 것 외에는 합성예 2와 동일한 방법으로 합성하여 P[pyrrole]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 4.72 g을 얻었다. 이렇게 얻은 P[ANi]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5는 하기 화학식 d)의 화학 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
d) P[pyrrole]0.5-[N-(1’,3’- phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5
Figure pat00004

C. 은(Ag) 나노벨트의 합성
실시예 1. 은(Ag) 나노벨트의 합성
합성예 2에서 만들어진 전도성 고분자 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 25 mg 과 AgNO3 100 mg 을 증류수 50 ml에 분산시키고 25℃에서 5일간 방치하였다. 바닥에 가라앉은 은 나노벨트 덩어리를 종이 필터를 이용하여 거르고 증류수 50 ml 로 씻은 후 잘 말려서 정제된 은 나노벨트 16 mg을 얻었다.
도 2 및 도 3 에 실시예 1에서 얻어진 은 나노벨트의 SEM 사진을 표시하였으며, 도 4에는 TEM 사진을 도시하였다. 이렇게 얻어진 은 나노벨트의 크기를 SEM 을 이용하여 측정한 결과, 폭 약 40 ~ 60 nm, 두께 약 10~ 20 nm, 길이 약 1 um 이상의 스케일(단, 폭/두께의 비 = 3 이상)을 가지는 벨트 형상을 띄고 있음을 확인하였다.
실시예 2. 은(Ag) 나노벨트의 합성
반응 온도를 40℃로 하고 반응 시간을 42시간으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 은 나노벨트 6 mg을 얻었다. 이렇게 얻은 은 나노벨트의 SEM 이미지는 도 5에 도시하였다. 이러한 은 나노벨트는 실시예 1과 동일한 스케일을 가짐을 SEM 이미지로 확인하였다.
실시예 3. 은(Ag) 나노벨트의 합성
반응 온도를 60℃로 하고 반응 시간을 10시간으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 은 나노벨트 3 mg을 얻었다. 이렇게 얻은 은 나노벨트의 SEM 이미지는 도 6에 도시하였다. 이러한 은 나노벨트는 실시예 1과 동일한 스케일을 가짐을 SEM 이미지로 확인하였다.
실시예 4. 은(Ag) 나노벨트의 합성
합성예 3에서 만들어진 P[Ani]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 은 나노벨트 15 mg을 얻었다. 이렇게 얻은 은 나노벨트의 SEM 이미지는 도 7 에 도시하였다. 이러한 은 나노벨트는 실시예 1과 거의 동일한 스케일을 가짐을 SEM 이미지로 확인하였다.
실시예 5. 은(Ag) 나노벨트의 합성
합성예 4에서 만들어진 P[pyrrole]0.5-[N-(1’,3’-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 은 나노벨트 7 mg을 얻었다. 이렇게 얻은 은 나노벨트의 SEM 이미지는 도 8 에 도시하였다. 이러한 은 나노벨트는 실시예 1과 거의 동일한 스케일을 가짐을 SEM 이미지로 확인하였다.
D. 투명 도전막의 제조 및 도전성 평가
실시예 6. 도전성 잉크 조성물 및 투명 도전막의 제조
실시예 1에서 얻은 은 나노벨트 혼합물 10 mg 을 에탄올 30 ml 와 DMF 20 ml에 혼합하고 초음파 처리를 통하여 은 나노벨트와 MWNT의 혼합 분산액, 즉, 도전성 잉크 조성물을 얻었다. 이 도전성 잉크 조성물을 10 cm x 10 cm PET 기판위에 바 코팅하고, 120 ℃에서 건조해 용매를 제거함으로서 투명 도전막을 제조하였다.
이렇게 얻은 투명 도전막의 투과도는 UV/Vis spectrophotometer 를 사용하여 측정하였고 도전성은 4-probe 방법을 사용하여 측정하였다. 측정 결과 85 % 투과도에 360 ohm/square 의 면저항을 나타내었다. 이 예에서 은 나노벨트로부터 투명 도전막을 형성하는 경우, 그 형성 과정 중의 고온 소성의 진행 없이도 우수한 도전성 및 투명도를 나타내는 도전막이 형성될 수 있음이 확인된다.

Claims (12)

  1. 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함하는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계는 1 내지 70℃의 온도 및 1 내지 2 기압의 압력에서, 0.1 시간 내지 14일 동안 진행하는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계에서, 전도성 고분자 상에 금속이 환원 및 배열되어 금속 나노벨트가 형성되는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계에서, 500 nm 이상의 길이를 가지며, 길이/폭의 비가 10 이상이고, 폭/두께의 비가 3 이상인 금속 나노벨트가 형성되는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 나노벨트는 1 ㎛ ~ 2000 ㎛의 길이, 30 nm ~ 100 ㎛의 폭 및 10 ~ 500 nm의 두께를 갖는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 나노벨트는 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 나노벨트는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu,), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 루테늄(Ru)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속염은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu,), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 루테늄(Ru)으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 염인 금속 나노벨트의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 이들의 공중합체로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 고분자를 포함하는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계는 환원제의 존재 하에 진행되는 금속 나노벨트의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 환원제는 다가페놀계 화합물, 아민계 화합물, 피리딘계 화합물 및 다가알코올계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 금속 나노벨트의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계는 물, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 에틸렌글리콜, 포름아미드 (HCOOH), 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸술폭사이드 (DMSO), N-메틸피롤리돈 (NMP)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 용매 또는 하나 이상의 혼합 용매 내에서 진행되는 금속 나노벨트의 제조 방법.
KR1020110021413A 2010-03-11 2011-03-10 금속 나노벨트의 제조 방법 KR101353575B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100021854 2010-03-11
KR1020100021854 2010-03-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110102834A true KR20110102834A (ko) 2011-09-19
KR101353575B1 KR101353575B1 (ko) 2014-01-24

Family

ID=44564014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110021413A KR101353575B1 (ko) 2010-03-11 2011-03-10 금속 나노벨트의 제조 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8962731B2 (ko)
EP (1) EP2546191B1 (ko)
JP (1) JP5629787B2 (ko)
KR (1) KR101353575B1 (ko)
CN (1) CN102781817B (ko)
TW (1) TWI503357B (ko)
WO (1) WO2011112021A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014200288A1 (ko) * 2013-06-14 2014-12-18 주식회사 엘지화학 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10069021B2 (en) * 2012-10-12 2018-09-04 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Electro-conductive pastes with salts with an anion consisting of halogen and oxygen in solar cell applications
US20160001370A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Carestream Health, Inc. Reducing agents for silver morphology control
KR102052533B1 (ko) * 2015-03-10 2019-12-05 성균관대학교산학협력단 금속 표면의 산화물 또는 수산화물 나노구조체 및 이의 합성 방법
JP6843079B2 (ja) * 2015-06-29 2021-03-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 抗菌性物品及びその使用方法
CN113042744B (zh) * 2021-03-11 2022-06-07 北京大学 一种高熵合金纳米带及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3056522B2 (ja) * 1990-11-30 2000-06-26 三菱レイヨン株式会社 金属―導電性高分子複合微粒子及びその製造方法
US6706402B2 (en) 2001-07-25 2004-03-16 Nantero, Inc. Nanotube films and articles
JP3893457B2 (ja) 2002-11-14 2007-03-14 独立行政法人物質・材料研究機構 酸化亜鉛ナノベルトの製造方法
JP3893459B2 (ja) * 2002-12-02 2007-03-14 独立行政法人物質・材料研究機構 酸化マグネシウムナノベルトとその複合体ならびにそれらの製造方法
US7595528B2 (en) 2004-03-10 2009-09-29 Nanosys, Inc. Nano-enabled memory devices and anisotropic charge carrying arrays
CN101010780B (zh) * 2004-04-30 2012-07-25 纳米系统公司 纳米线生长和获取的体系和方法
US7101961B2 (en) 2004-06-15 2006-09-05 Changchun Institute Of Applied Chemistry Chinese Academy Of Sciences Method for preparation of poly(o-phenylenediamine) Nano-belt
CN100543066C (zh) 2004-10-26 2009-09-23 中国科学院长春应用化学研究所 聚邻苯胺纳米带的制备方法
US8252385B2 (en) * 2005-03-25 2012-08-28 E I Du Pont De Nemours And Company Spin-printing of electronic and display components
KR100844861B1 (ko) * 2006-08-03 2008-07-09 (주) 파루 전자잉크 제조용 조성물 및 그 제조방법
JP2008156745A (ja) * 2006-11-28 2008-07-10 Institute Of Physical & Chemical Research 構造体およびその製造方法
JP2009037752A (ja) 2007-07-31 2009-02-19 Konica Minolta Holdings Inc 透明導電材料及びそれを用いた透明導電素子
KR100964182B1 (ko) 2007-12-17 2010-06-17 한국전자통신연구원 염료감응 태양전지 및 그의 제조 방법
KR20090113990A (ko) 2008-04-29 2009-11-03 한양대학교 산학협력단 전도성 폴리아닐린 나노입자의 제조방법 및 이에 의하여제조된 전도성 폴리아닐린 나노입자
CN101288849A (zh) * 2008-05-09 2008-10-22 南京大学 碳氮纳米纤维负载铂钌纳米粒子电极催化剂及制备方法
CN101656712B (zh) * 2008-08-18 2014-04-02 华为技术有限公司 一种恢复ip会话的方法、网络系统和网络边缘设备
CN101353477B (zh) 2008-09-10 2010-10-13 中南大学 一种聚苯胺/银纳米复合材料的制备方法
KR101085160B1 (ko) * 2008-09-12 2011-11-18 주식회사 엘지화학 금속 나노벨트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014200288A1 (ko) * 2013-06-14 2014-12-18 주식회사 엘지화학 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름
US9944813B2 (en) 2013-06-14 2018-04-17 Lg Chem, Ltd. Metal nanoplate, a method for preparing the same, a conductive ink composition, and a conductive film comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
EP2546191A2 (en) 2013-01-16
JP2013528698A (ja) 2013-07-11
WO2011112021A3 (ko) 2012-02-23
TWI503357B (zh) 2015-10-11
EP2546191B1 (en) 2018-01-17
JP5629787B2 (ja) 2014-11-26
US20130059984A1 (en) 2013-03-07
EP2546191A4 (en) 2016-06-08
US8962731B2 (en) 2015-02-24
WO2011112021A9 (ko) 2012-01-12
TW201211131A (en) 2012-03-16
CN102781817A (zh) 2012-11-14
WO2011112021A2 (ko) 2011-09-15
CN102781817B (zh) 2015-10-14
KR101353575B1 (ko) 2014-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6298884B2 (ja) 金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物および伝導性フィルム
US8865251B2 (en) Metal nanobelt and method of manufacturing the same, and conductive ink composition and conductive film comprising the same
KR101353575B1 (ko) 금속 나노벨트의 제조 방법
JP5599906B2 (ja) ベルト状の金属ナノ構造体及びその製造方法
TWI613255B (zh) 金屬奈米粒子保護聚合物、金屬膠體溶液及它們的製造方法
JP4568820B2 (ja) π共役系分子化合物−金属ナノクラスターの製造方法
KR20160059685A (ko) 금속 나노 구조체 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
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

Payment date: 20161227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190107

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 7