KR20130123269A - 그래핀 투명 전극을 포함하는 전기변색소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전기변색소자의 전극으로서 그래핀 단독, 전도성 폴리머와 그래핀의 복합체 또는 그래핀 나노 와이어 복합체를 사용한 것으로, 종래의 ITO전극이 가지고 있던 부족한 유연성 및 고비용의 문제점을 해결하고, 전극의 전도도를 개선하였으며 균일도를 향상시키고 응답속도를 개선한 전기변색소자를 제공하는 것이다.

Description

그래핀 투명 전극을 포함하는 전기변색소자{Electrochromic device with graphene transparent electrode}

본 발명은 전기변색소자의 전극으로서, 그래핀, 그래핀 나노 복합구조체 또는 전도성 폴리머 복합구조를 사용한 전기변색소자 및 이의 제조방법에 대한 것이다.

전기변색소자란, 전압을 인가할 때 전하의 이동에 따른 산화 환원반응에 의해서 변색이 일어나는 현상을 이용한 것으로, 외부 광원이 필요 없이 반사율이 우수하고, 유연성과 휴대성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 각종 평판 디스플레이에 많은 활용이 예상되고 있다. 일례로, Smart window, smart sunroof, filter, rear-view mirror와 display에 전기변색 원리를 이용한 제품들이 최근에 선보이고 있다.

이러한 전기변색소자의 전극재료로는 지금까지 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되어 왔다. 그러나 ITO 전극은 유리기판에 적합한 공정조건에서 제조되고 플라스틱 기판에 스퍼터링(sputtering)하였을 경우에는 전극층의 유연성이 부족하다는 단점이 있다. 또한 ITO 전극은 제조비용이 많이 들며, ITO를 구성하는 인듐(In)은 중국이 과점하고 있고 공급량도 충분하지 않기 때문에 가격상승요인을 내포하고 있다. 이러한 이유로, 일본은 ITO 투명전극을 대체하기 위한 기술개발을 국가 프로젝트로 시행하고 있는 실정이다.

ITO 투명전극을 대체할 수단으로, 그래핀을 이용한 투명전극이 개발되고 있다. 이에 대하여, 대한민국 공개특허 제10-2010-0091664호는 그래핀을 이용한 전기변색 소자 및 그 제조 방법에 대해 개시하고 있다. 상기특허는 그래핀을 단독으로 전극으로 사용하지 않고, ITO 등으로 이루어진 전극위에 그래핀층을 형성하였다. 이는 여전히 ITO를 사용하기 때문에, 상기 언급한 문제점에서 자유롭지 못하다. 또한 현재 그래핀을 기반으로 하는 전극 소자는, 그래핀의 효율적합 합성이나 전사가 어렵고, 전기전도성이 낮아 실제 생산에 요구되는 품질을 확보하지 못하고 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은, 그래핀을 단독으로 사용, 그래핀을 전도성 폴리머와 함께 사용, 또는 그래핀 나노 복합 구조체를 형성하는 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킴으로서, 그래핀 투명전극을 이용한 전기변색소자를 제공하는 것을 목적으로 하였다.

본 발명은, 기판위에 그래핀 투명전극을 형성하고, 그래핀 투명전극 위에 전기변색물질층을 형성한 전기변색소자를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 그래핀 투명전극을 전도성 폴리머와 함께 사용하여 전극의 전도도를 개선하고 균일도를 향상시켰으며 응답속도를 개선한 전기변색소자를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 그래핀 나노구조 복합체를 사용하여 전극의 전도도를 개선하고 균일도를 향상시켰으며 응답속도를 개선한 전기변색소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기변색 소자는, 제1 기판, 상기 제1 기판 상부에 형성되고, 적어도 1층 이상을 구비하는 그래핀 층, 상기 그래핀 층의 상부에 형성되는 전기변색물질 층, 제2 기판, 상기 제2 기판 상부에 형성되고, 적어도 1층 이상을 구비하는 그래핀 층, 상기 그래핀 층의 상부에 형성되는 니켈 산화물 층 및 상기 전기변색물질 층과 상기 니켈 산화물 층 사이에 게재된 전해질 층을 포함한다.

상기 전기변색물질은 이산화티탄(TiO₂), 산화아연(ZnO) 또는 텅스텐옥사이드(WO₃)를 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 유리 혹은 플라스틱 기판일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판이다.

또한, 상기 전해질 층은 LiPF₆ 또는 LiClO₄를 사용할 수 있다.

다른 하나의 양태로서 본 발명은, 상기 그래핀 층의 적어도 일면에 유기계 도펀트로 도핑된 폴리머층을 포함한다.

이 때, 상기 유기계 도펀트는 하기 화학식 1로 표현되는 이온성 액체이다.

[화학식1]

(상기 식에서, R₁ 및 R₂는 각각 수소 또는 C₁~C₁₆ 알킬이고, X^-는 이온성 액체의 음이온을 나타낸다)

또한, 상기 이온성 액체의 음이온은 Br^-, Cl^-, I^-, BF₄ ^-, PF₆ ^-, ClO₄ ^-, NO₃ ^-, AlCl₄ ^-, AsF₆ ^-, SbF₆ ^-, CH₃COO^-, CF₃COO^-, CH₃SO₃ ^-, C₂H₆SO₃ ^-, CH₃SO₄ ^-, C₂H₅SO₄ ^-, CF₃SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (CF₃SO₂)₃C^-, (CF₃CF₂SO₂)₂N^-, C₄F₉SO₃ ^-, C₃F₇C00^- 및 (CF₃SO₂)(CF₃CO)N^-로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 폴리머층의 폴리머는 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 이의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

다른 하나의 양태로서 본 발명은, 상기 그래핀 층의 상부 또는 하부에 금속 나노와이어가 위치하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 금속 나노 와이어는 금속, 금속 합금, 도금된 금속 또는 금속 산화물일 수 있다.

또한, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노와이어, 금 나노와이어, 구리 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 도금된 은 나노와이어, 백금 나노와이어 및 팔라듐 나노와이어로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전기변색소자의 그래핀 전극은, 그래핀 전극을 단독 사용하거나, 전도성 폴리머와 함께 사용 또는 나노 와이어와 함께 그래핀 나노 구조 복합체로 사용하여, 기존 그래핀 전극이 가지고 있던 낮은 전기전도도 문제를 해결하였고, 균일성을 확보하며 내화학성을 증가시킨다.

도 1은 기판, 그래핀층, 전기변색물질층, 전해질층으로 이루어진 전기변색소자의 단면도이다.
도 2는, 도핑된 폴리머 층이 (a) 기판과 그래핀층 사이에 형성, (b) 그래핀 층 상부에 형성, (c) 기판 및 그래핀층 사이와 그래핀 상부 모두에 형성된 전기변색 소자의 단면도이다.
도 3은, 금속 나노 와이어가 (a) 그래핀 층 상부에 형성, (b) 기판과 그래핀층 사이에 형성, (c) 기판 및 그래핀층 사이와 그래핀 상부 모두에 형성된 전기변색 소자의 단면도이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 일 구현예에 따른 전기변색 소자에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기변색 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제1 기판(1)은 투명성, 유연성, 연신가능성 또는 이들의 조합 특성을 가질 수 있으며 플라스틱, 유리 등으로 만들어 질 수 있다. 기판(1)은 올레핀기, 에스터기, 에테르기, 아크릴레이트기, 카보네이트기, 셀룰로오즈기, 스티렌기, 아마이드기, 이미드기 및 술폰기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 고분자로 제조될 수 있다. 상기 고분자는 PMMA(Poly methyl methacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfoen), PC(polycarbonate) 또는 PI(polyimide)일 수 있다.

제1 기판(1) 위에 그래핀 층(2)이 형성되어 있다. 상기 그래핀 층은 투명하며 전극 역할을 하고, 전극은 전기변색소자의 응답속도, 메모리특성과 밀접한 관련이 있다.

그래핀 층(2)은 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 층 또는 시트 형태를 형성한 것이다.

상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 이에 한정되지 않고 5원환, 7원환 등으로 형성되는 것도 가능하다.

이때 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 복수층으로 형성되는 것도 가능하다. 예를 들면, 그래핀 층은 50층 이하로 형성되는 것이 가능하다.

상기 그래핀층을 형성하기 위하여, 우선 제1 기재 상에 그래핀을 성장시켜 그래핀층(2)을 형성시킨다. 상기 제1 기재는 상기 그래핀을 성장시키기 위한 시드층 역할을 수행하는 것으로, 특정 재료로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 기재는 실리콘, Ni, Co, Fe,Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동, 청동,백동, 스테인리스 스틸 및 Ge로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 기재는 상기 그래핀의 성장을 용이하게 하기 위해 촉매층을 포함할 수 있다. 상기 촉매층은 특정 재료로 한정되지 않으며, 상기 제1 기재와 동일 또는 상이한 재료에 의해 형성될 수 있다. 한편, 상기 촉매층의 두께 역시 제한되지 않으며, 박막 또는 후막일 수 있다.

한편, 상기 제1 기재에 상기 그래핀을 성장시키는 방법으로 통상의 화학기상증착법이 이용될 수 있다. 상기 화학기상증착법의 예로는 고온화학기상증착(RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(ICP-CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 상압화학기상증착(APCVD), 금속 유기화학기상증착(MOCVD) 또는 화학기상증착(PECVD)등이 있을 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 기재에 그래핀층(2)을 형성하기 위하여, 상기 제1 기재를 로(furnace)에 넣고, 탄소 소스를 포함하는 반응가스를 공급하고 상압에서 열처리 함(300 내지 2000℃)으로써 그래핀을 성장시킬 수 있다.

상기 탄소 소스의 예로는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등이 있을 수 있다.

그래핀층을 전사시키는 방법은 직접 전사 방법 또는 간접 전사 방법 모두 사용가능하며, 공지의 롤투롤(Roll to Roll) 공정을 이용하는것이 가능하다.

구체적으로, 그래핀층(2)이 형성된 상기 제1 기재를 기판(1)과 함께 서로 마주보는 복수 개의 롤러부를 통과시킴으로써 라미네이팅하고, 다시 별도의 롤러부(예를 들면, 전사롤러)를 통과시켜 상기 제1 기재를 에칭법을 이용하여 제거함과 동시에 그래핀층(2)을 기판(1)에 전사시킬 수 있다. 여기에서 상기 에칭법은 상기 제1 기재를 선택적으로 에칭시킬 수 있는 에칭용액을 사용하는 것을 의미하며, 상기 제1 기재의 종류에 따라 대응하여 선택될 수 있다.

즉, 상기 제1 기재-그래핀층(2)-기판(1)을 전사 롤러에 통과시키되 통과 도중에 상기 제1 기재만을 에칭시키는 에칭 용액을 거치도로 구성함으로써, 상기 제1 기재는 상기 에칭 용액에 의해 제거되고 동시에 그래핀층(2)이 기판(1) 상에 전사되는 것이 가능하다.

상기 각각의 그래핀 층위에 전기변색물질로서 각각 WO₃(3) 및 NiO(6) 박막을 증착한다. 이때 박막을 형성하기 위해 스퍼터링 방식을 사용할 수 있다. 이 때 바람직한 Working pressure는 0.7Pa, 산소분압은 0%~10% 이다. 좀더 바람직하게는, WO₃ 증착시 산소 분압은 2~3%, NiO 증착시 산소분압은 10%이 가장 좋은 변색 효율을 나타낸다.

제1 전극과 제2 전극 사이에는 전해질 층(7)이 게재되어 있다. 상기 전해질 층(7)은 리튬염, 포타슘염, 소듐염, 암모늄염 등의 전해질 염이 수성 용매 혹은 비수성 유기용매에 용해된 용액으로 구성될 수 있다. 이들 염은 하나 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 바람직하게는 상기 염은 리튬염인 것을 특징으로 한다. 상기 비수성 용매로는 카보네이트, 알코올, 에테르 등이 사용될 수 있다. 상기 비수성 용매의 구체적인 예로는 메틸렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, γ-부티로락톤, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 이미다졸륨계 용융염 등의 이온성 유기용매 등이 있다.

본 발명의 다른 하나의 양태로서, 전기전도도를 개선하고, 그래핀 층을 보호하기 위해 도핑 폴리머 층(8)이 포함된 전기변색소자를 제공한다. 도핑 폴리머층은 그래핀층의 적어도 일면에 형성될 수 있으며, 유기계 도펀트를 포함할 수 있다. 이때, 도핑 폴리머 층은 기판과 그래핀층 사이에 형성되거나(도2.a), 그래핀 층이 전사된 기판 상부에 형성되거나(도2.b). 기판 및 그래핀층 사이와 그래핀 상부 모두에 형성될 수 있다.

이때 도핑 폴리머층을 형성시키기 위하여, 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅 등 통상의 코팅 방법을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 이온성 액체 및 고분자를 포함하는 도핑 폴리머를 적절한 유기용매에 용해시킨 다음, 스핀코팅법을 이용하여 기판에 도포하고 건조시킴으로써 도핑 폴리머층을 형성할 수 있다.

도핑 폴리머층의 폴리머는, 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 이의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

도핑 폴리머층의 상기 유기계 도펀트는 이온성 액체이고, 상기 이온성 액체는 상온에서 이온들의 결합으로 구성되었음에도 액체 상태로 존재하는 물성을 지닌 물질을 의미한다. 이러한 상기 이온성 액체는 이온만으로 구성된 액체상태의 염으로 정의되며, 양이온 및 음이온의 조합에 따라 다양한 물리적, 화학적 특성을 갖는다

또한, 상기 이온성 액체는 화학적 및 열적으로 안정하고, 극성 및 이온전도도가 높은 특징이 있으며 그래핀과의 상호작용을 통하여 그래핀의 전자상태를 조절할 수 있는 도펀트로 기능할 수 있다.

상기 이온성 액체는 하기 화학식 1을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

.

상기 화학식 1의 R₁ 및 R₂는 각각 수소 또는 C_{1 -16} 알킬이고, X^-는 이온성 액체의 음이온을 나타낸다.

상기 이온성 액체의 음이온은, Br^-, Cl^-, I^-, BF₄ ^-, PF₆ ^-, ClO₄ ^-, NO₃ ^-, AlCl₄ ^-, AsF₆ ^-, SbF₆ ^-, CH₃COO^-, CF₃COO^-, CH₃SO₃ ^-, C₂H₆SO₃ ^-, CH₃SO₄ ^-, C₂H₅SO₄ ^-, CF₃SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (CF₃SO₂)₃C^-, (CF₃CF₂SO₂)₂N^-, C₄F₉SO₃ ^-, C₃F₇C00^- 및 (CF₃SO₂)(CF₃CO)N^-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 양태로서, 금속나노와이어와 그래핀이 결합된 그래핀 나노 복합 구조체를 제공한다. 이때 나노 와이어(9)는 그래핀 층 상부에 형성되거나(도3.a), 기판과 그래핀층 사이에 형성되거나(도3.b), 기판 및 그래핀층 사이와 그래핀 상부 모두에 형성(도3.c)될 수 있다.

상기 금속 나노 와이어는 금속 합금, 도금된 금속 또는 금속 산화물로 이루어 질 수 있으며, 은 나노와이어, 금 나노와이어, 구리 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 도금된 은 나노와이어, 백금 나노와이어 및 팔라듐 나노와이어로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 나노와이어를 형성하기 위하여, 금속 나노와이어는 잉크 조성물로 형성될 수 있다. 상기 잉크 조성물은 우레탄 수분산액, 분산안정제, 초순수 및 알코올을 혼합하여 교반한 후, 후, 울트라 초음파 분산기로 초음파 분산시켜 제조할 수 있다.

잉크 조성물은 나노와이어의 바람직한 농도에 기반하여 조성될 수 있으며, 코팅방법은 스핀 코팅, 그라비아 코팅, 슬릿 코팅, 바 코팅, 분무코팅, 감압여과식 코팅, 전기영동 증착, 캐스팅, 잉크젯 프린팅, 또는 오프셋 프린팅 방법이 이용될 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1. PET / 그래핀 / WO ₃ 로 이루어진 전기변색소자

1. PET 기판 준비

폴리에틸렌테레프탈레이트 기판을 준비하였다.

2. 그래핀 필름 형성

Cu의 롤 형태의 호일을 석영 튜브 내에 장착하고, 이후 상압 하에서 1,000℃로 가열하였다. 탄소 소스를 포함하는 가스 혼합물(CH4 : H2 : He = 50 : 15 : 1000 sccm)을 공급하여 그래핀을 상기 Cu 호일 상에 성장시킨 후, 단시간에 He를 흘려 주어 ~10℃/s의 속도로 실온으로 냉각하여, 상기 Cu 호일 상에 성장된 그래핀 필름을 수득하였다

3. PET 기판위에 그래핀 전사

이후, 상기 Cu 호일 상에 형성된 그래핀 필름상에 접착 롤러를 통하여 열박리성 테이프(thermal release tape)를 접착시켰다. 다음, 상기 Cu 호일-그래핀 필름-열박리성 테이프 적층체를 0.5 M FeCl₃ 에칭 수용액에 함침시켜 전기화학적 반응에 의하여 Cu 호일을 에칭하여 제거하였다. 이후, 전사 롤러를 통하여 PET기판 상에 상기 그래핀 필름을 접촉시키고 롤링하면서 열을 가하여 상기 열 박리성 테이프로부터 상기 그래핀 필름을 탈착시킴으로써 상기 그래핀 필름을 PET기판 상에 전사시키는 공정을 완성하였다.

4.WO3 박막 증착

상기 PET/그래핀 필름 복합체위에 스퍼터링방법으로 전기변색물질인 WO₃를 증착하였다. 이때 스퍼터링 조건은 RF Power 250W, O₂분압 2%, pressure 0.7Pa이었다. 이 과정을 통해 PET/그래핀 필름/WO₃ 복합체(제1 기판)가 얻어졌다.

5. NiO 박막증착

상기 3단계까지 공정이 끝난 다른 PET/그래핀 필름 복합체 위에 스퍼터링방법으로 NiO를 증착하였다. 이때 스퍼터링 조건은 RF Power 150W, O2분압 10%, pressure 0.7Pa 이었다. 이 과정을 통해 PET/그래핀 필름/WO₃ 복합체(제2 기판)가 얻어졌다.

6. 전해액 담지

제1 기판과 제2 기판을 배치한 후, 조립하였다. 기판 사이에 전해질(LiPF₆)을 주입한 후, 봉합하여 전기변색 소자를 제조하였다.

제조예 2. PET / 그래핀 / 도핑폴리머 / WO ₃ 로 이루어진 전기변색소자

제조예 1의 3단계까지 동일하게 진행하여, PET/그래핀 복합체를 제조하였다

1. 도핑 폴리머 용액의 제조

유기용매인 엔-메틸-2-피롤리디논(N-methyl-2-pyrrolidinone; NMP)에 리튬염(LiBF4) 0.3~0.01mol을 완전히 용해시켰다. 이 용액에 PMMA를 약 1~10 wt% (PMMA질량/NMP질량 백분율)정도씩 1.5시간에 걸쳐 소량 첨가하면서 용해시킨 후 3시간 동안 교반하여 용액을 얻었다. 이 용액을 거름막을 이용하여 걸러 용해되지 않은 고분자 입자를 제거하였다. 그 후 이 용액을 7일 이상 그대로 방치하였다.

2. 도핑 폴리머층의 증착

상기 제조된 PET/그래핀 복합체위에, 단계 1에서 제조된 도핑된 폴리머용액을 스핀코팅법으로 코팅하였다. 이때, 코팅조건은 1000rpm으로 30분동안 코팅하였으며, 150℃에서 1.5시간동안 건조하였다.

이후, WO₃, NiO증착 및 전해액 담지 과정은 제조예 1과 동일하게 진행하여 PET/그래핀/도핑폴리머/WO₃로 이루어진 전기변색소자를 제조하였다.

제조예 3. PET / 그래핀 / 나노와이어층 / WO ₃ 로 이루어진 전기변색소자

제조예 1의 3단계까지 동일하게 진행하여, PET/그래핀 복합체를 제조하였다.

1. 나노 와이어 제조

에틸렌 글리콜(ethylene glycol, 대정화금(주) 제품) 30.926g에 EMIM EtOSO₃(1-Ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate, 바스프 제품) 2g을 용해시켜 용액을 만들었다. 에틸렌 글리콜 10g에 질산은(AgNO₃, 대정화금(주)제품) 0.79g을 용해시켜 용액을 만들었다. 상기 두 용액을 250 ml 3구 플라스크에 혼합한 후 25℃에서 10 분간 교반하였다. 다시 상기 혼합 용액을 160℃에서 3 시간 동안 마그네틱 바를 통한 교반을 통해 회색빛을 띤 나노와이어을 얻었다. 반응이 끝난 후 실내온도에 맞추어 냉각시켰고, 반응 후 물질을 맴브레인 필터(1~3㎛, 어드밴택)로 여과하였다. 여과된 물질은 100℃ 진공오븐에서 하루동안 건조하여 무게를 측정하였다. 필터에 걸린 물질은 아세톤과 에탄올로 약 10배로 희석한 후 원심분리기(Continent R, 한일과학(주) 제품)를 사용하여 2000 rpm에서 약 10분간 원심분리를 실시하여 와이어 형상의 입자를 회수하고 침전된 결과물을 다시 약 40℃ 진공오븐에서 하루 동안 건조한 후 시료의 무게를 측정하였다. 생성된 실버 나노 와이어는 직경 70 nm, 길이는 12 ㎛이고 나노와이어 생성율은 82 wt%이었다.

2. 나노 와이어층의 증착

상기 은 나노와이어를 우레탄 수분산액(NeoRez R986, 디에스엠), 분산안정제(Dynol 604, 에어프로덕트), 초순수, 알콜을 넣은 후 호모 디스퍼져(T.K. HOMODISPER, 티케이)로 약 10분간 교반한 후 울트라 초음파 분산기(VCX-750, 소닉스)를 사용하여 5 MJ로 5분간 초음파 분산을 통해 잉크 조성물을 제조하였다. 상기 PET/그래핀 복합체위에 상기 잉크조성물을 스핀코팅 방법으로 증착하였다. 이때 코팅조건은, 60초 동안 500 rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 50 ℃에서 90초 그리고 180℃에서 90초 건조하였다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 제1 전극 2: 그래핀층
3: 전기변색물질층
4: 제2 전극 5: 그래핀층
6: 니켈 산화물 층
7: 전해질 층
8: 도핑된 폴리머 층
9: 나노 와이어 층

Claims (11)

1. 제1 기판;
   상기 제1 기판 상부에 형성되고, 적어도 1층 이상을 구비하는 그래핀 층;
   상기 그래핀 층의 상부에 형성되는 전기변색물질 층;
   제2 기판;
   상기 제2 기판 상부에 형성되고, 적어도 1층 이상을 구비하는 그래핀 층;
   상기 그래핀 층의 상부에 형성되는 니켈 산화물 층; 및
   상기 전기변색물질 층과 상기 니켈 산화물 층 사이에 게재된 전해질 층을 포함하는,
   전기변색소자.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전기변색물질은 이산화티탄(TiO₂), 산화아연(ZnO) 또는 텅스텐옥사이드인(WO₃)인 전기변색소자.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 유리 혹은 플라스틱 기판인 전기변색소자.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그래핀 층의 적어도 일면에 형성되고, 유기계 도펀트로 도핑된 폴리머층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 유기계 도펀트는 하기 화학식 1로 표현되는 이온성 액체인 전기변색소자:
   [화학식1]
   

   

   
   (상기 식에서, R₁ 및 R₂는 각각 수소 또는 C₁~C₁₆ 알킬이고, X^-는 이온성 액체의 음이온을 나타낸다).
   
6. 제5항에 있어서, 상기 이온성 액체의 음이온은 Br^-, Cl^-, I^-, BF₄ ^-, PF₆ ^-, ClO₄ ^-, NO₃ ^-, AlCl₄ ^-, AsF₆ ^-, SbF₆ ^-, CH₃COO^-, CF₃COO^-, CH₃SO₃ ^-, C₂H₆SO₃ ^-, CH₃SO₄ ^-, C₂H₅SO₄ ^-, CF₃SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (CF₃SO₂)₃C^-, (CF₃CF₂SO₂)₂N^-, C₄F₉SO₃ ^-, C₃F₇C00^- 및 (CF₃SO₂)(CF₃CO)N^-로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 전기변색소자.
   
7. 제4항에 있어서, 상기 폴리머층의 폴리머는 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 이의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 전기변색소자.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 층의 상부 또는 하부에 금속 나노와이어가 위치하는 전기변색소자.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 금속, 금속 합금, 도금된 금속 또는 금속 산화물로 제조된 전기변색소자.
   
10. 제8항 또는 제9항 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노와이어, 금 나노와이어, 구리 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 도금된 은 나노와이어, 백금 나노와이어 및 팔라듐 나노와이어로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 전기변색소자.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 전해질 층은 LiPF₆ 또는 LiClO₄인 전기변색소자.
    
    

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