KR20160142271A - Method for manufacturing of transparent conductor containing copper nanowire and the transparent conductor containing copper nanowire thereby - Google Patents

Method for manufacturing of transparent conductor containing copper nanowire and the transparent conductor containing copper nanowire thereby Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a transparent electrode containing a copper nanowire and to a transparent electrode containing a copper nanowire manufactured thereby. More specifically, the method for manufacturing a transparent electrode containing a copper nanowire comprises the following steps of: coating a composition containing a copper nanowire on a substrate; and laser-scanning the copper nanowire coated on the substrate at a scanning velocity of 10-1000 mm/s. According to the method for manufacturing a transparent electrode in accordance with the present invention, the copper nanowire coated on the substrate is laser-scanned in a short period of time to increase adhesion between copper nanowires to reduce contact resistance. Copper nanowires outside an adhesion portion are oxidized to prevent an increase in resistance by oxidization to manufacture a copper nanowire transparent electrode with improved electrical performance even at a room temperature and in air. Accordingly, inexpensive copper is used, and a process condition is simplified to provide a transparent electrode at relatively low costs.

Description

구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극{Method for manufacturing of transparent conductor containing copper nanowire and the transparent conductor containing copper nanowire thereby} [0001] The present invention relates to a transparent electrode including a copper nanowire and a transparent electrode including a copper nanowire produced thereby,

본 발명은 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극에 관한 것이다. 상세하게는 상온 및 공기 중에서도 산화저항의 증가가 적은 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a transparent electrode comprising copper nanowires and a transparent electrode comprising copper nanowires produced thereby. And more particularly, to a method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires having a small increase in oxidation resistance at room temperature and in air, and a transparent electrode including copper nanowires produced thereby.

다양한 전자장치에 활용되고 있는 투명전극은 차후에도 대면적 에너지 저장장치, 휘어지는 디스플레이 등 그 수요가 늘어날 것으로 예상되어 다양한 연구가 수행되고 있다. 현재까지는 ITO(Indium Tin Oxide)가 많이 사용되고 있다. The transparent electrodes used in various electronic devices are expected to increase in the future, such as large-area energy storage devices and bending displays, and various studies are being conducted. ITO (Indium Tin Oxide) is widely used up to now.

ITO는 가시광선 영역에서 높은 투과성 대비 낮은 면저항이 장점이지만 기본적으로 세라믹 기반 물질이기 때문에 인장력에 매우 약하고 인듐의 희귀성으로 인한 가격상승이 우려되는 한계가 있다.ITO has the advantages of high transparency and low sheet resistance in the visible light region, but it is basically a ceramic based material, so it is very weak in tensile strength and there is a limitation that the price rise due to the rareness of indium is concerned.

이에, ITO를 대체하기 위한 다양한 투명전극 제작 연구들이 수행되고 있다. 대표적으로 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube), 그래핀(Graphene), 금속 그리드(Metal grid), 금속 나노와이어(Ag, Au) 등이 많이 연구되나 이들 중 상용화될 가능성이 높은 것은 금속 나노와이어 기반의 그물망 구조를 갖는 투명전극이다.Accordingly, various transparent electrode manufacturing studies for replacing ITO have been conducted. Many researchers have studied carbon nanotubes (CNTs), graphene, metal grids, and metal nanowires (Ag, Au). Among them, metal nanowires Of the transparent electrode.

그러나 일반적으로 사용되는 은, 금 등 귀금속의 높은 가격 단가와 합성과정의 복잡성으로 단순히 ITO의 성능 개선만을 목표로 하고 있으며, 가격적인 경쟁력은 고려하지 않은 연구들이 진행되고 있다. However, the general price of silver, gold, and other precious metals, and the complexity of the synthesis process, are merely aimed at improving the performance of ITO, and studies that do not consider price competitiveness are underway.

구리(Cu)의 경우 풍부한 매장량과 낮은 원자재 가격에도 불구하고 산화라는 문제점을 지니고 있어, 여러 학계나 산업체에서 연구가 상대적으로 활발히 진행되고 있지 않은데, 이는 산화 문제를 극복하기 위해서는 별도의 장비가 필요하고 공정의 시간이 길어진다는 단점을 가지기 때문이다. 현재까지는 구리를 공기 중에서 가공(열처리)하는 것은 거의 불가능한 일이라고 받아들여지고 있다. Copper (Cu) has the problem of oxidation despite its abundant reserves and low raw material prices, and research is not being actively conducted in various academic or industrial fields. To overcome the oxidation problem, separate equipment is needed This is because the processing time is long. Until now it has been accepted that machining (heat-treating) copper in air is almost impossible.

나노 와이어를 이용한 투명전극의 제조방법과 관련된 종래의 기술로써, 대한민국 등록특허 제10-1305710호에서는 나노 와이어 조성물 및 투명전극 제조 방법에 관하여 개시하고 있다. 구체적으로는, 나노 와이어 조성물을 준비하는 단계; 상기 나노 와이어 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 나노 와이어 조성물을 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 나노 와이어 조성물은, 금속 나노 와이어; 유기 바인더; 계면활성제; 및 용매를 포함하고, 상기 금속 나노 와이어는 직경이 30㎚ 내지 50㎚, 길이가 15㎛ 내지 40㎛이며, 상기 금속 나노 와이어의 중량 백분율은 0.01% 내지 0.4%이고, 상기 유기 바인더의 중량 백분율은 0.01% 내지 0.5% 인 투명 전극 제조 방법을 제공하고 있다. Korean Patent No. 10-1305710 discloses a nanowire composition and a method of manufacturing a transparent electrode as a conventional technique related to a method of manufacturing a transparent electrode using nanowires. Specifically, there is provided a method comprising: preparing a nanowire composition; Coating the nanowire composition on a substrate; And heat treating the nanowire composition, wherein the nanowire composition comprises: a metal nanowire; Organic binders; Surfactants; And a solvent, wherein the metal nanowires have a diameter of 30 to 50 nm and a length of 15 to 40 탆, a weight percentage of the metal nanowires is 0.01 to 0.4%, a weight percentage of the organic binder is 0.01% to 0.5% by weight of the transparent electrode.

그러나, 상기 방법은 나노 와이어를 전체적으로 열처리하고 있기 때문에, 구리 나노와이어를 사용하는 경우에는 구리의 산화문제로 인해 제조된 전자소자의 저항이 증가하는 문제점이 있다. However, since the nanowire is thermally treated as a whole, when the copper nanowire is used, there is a problem that the resistance of the electronic device produced due to the oxidation problem of copper increases.

이에, 본 발명자들은 상온, 공기 중에서도 구리 나노와이어를 사용한 투명전극을 제조하기 위하여, 코팅된 구리 나노와이어를 빠른 속도로 레이저 주사함으로써, 구리 나노와이어간 접합성이 향상되면서도 산화에 의한 저항증가를 막을 수 있음을 확인하고 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present invention have found that by rapidly laser-coating coated copper nanowires to fabricate transparent electrodes using copper nanowires at room temperature and air, it is possible to prevent the increase in resistance due to oxidation while improving the bonding property between copper nano- And completed the manufacturing method of the transparent electrode including the copper nanowire.

WO2013/095971WO2013 / 095971

본 발명의 목적은, SUMMARY OF THE INVENTION [0006]

구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법을 제공하는 데 있다. And a method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires.

본 발명의 다른 목적은, Another object of the present invention is to provide

상기 제조방법에 따라 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제공하는 데 있다. And a transparent electrode including copper nanowires manufactured according to the above-described method.

본 발명의 또 다른 목적은, A further object of the present invention is to provide

상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 터치 스크린패널을 제공하는 데 있다. And a transparent electrode including the copper nanowire.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

구리 나노와이어를 포함하는 조성물을 기판 상에 코팅하는 단계; 및Coating a composition comprising a copper nanowire on a substrate; And

상기 기판 상에 코팅된 구리 나노와이어를 10 내지 1000 mm/s의 스캐닝 속도로 레이저 주사하는 단계;를 포함하는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법을 제공한다. And laser scanning the copper nanowires coated on the substrate at a scanning rate of 10 to 1000 mm / s. The present invention also provides a method of manufacturing a transparent electrode comprising copper nanowires.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

상기 제조방법에 따라 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제공한다. A transparent electrode including copper nanowires manufactured according to the above-described method is provided.

나아가, 본 발명은, Further,

상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 터치 스크린패널을 제공한다. And a transparent electrode including the copper nanowire.

본 발명에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법에 따르면, 기판에 코팅된 구리 나노와이어를 단시간에 레이저 주사함으로써, 구리 나노와이어 간의 접합성을 높여 접촉 저항은 감소시키는 반면, 접합 부분 외의 구리 나노와이어가 산화되어 산화에 의한 저항이 증가되는 것을 막을 수 있어, 상온 및 공기 중에서도 전기적 성능이 향상된 구리 나노와이어 투명 전극을 제조할 수 있다. 이에 따라, 저렴한 구리를 사용하고, 공정조건을 간단히 함으로써 보다 저렴한 가격에 투명전극을 제공할 수 있는 효과가 있다. According to the method of manufacturing a transparent electrode including the copper nanowire according to the present invention, the copper nanowire coated on the substrate is laser-scanned in a short time to increase the bonding property between the copper nanowires to reduce the contact resistance, It is possible to prevent the oxidation due to oxidation of the nanowire from being increased, and thus, a copper nanowire transparent electrode having improved electrical performance at room temperature and in the air can be manufactured. This makes it possible to provide transparent electrodes at a lower cost by using inexpensive copper and simplifying the process conditions.

도 1(a)는 본 발명에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극 제조방법의 모식도, (b)는 종래의 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극 제조방법의 모식도이고;
도 2는 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 육안으로 관찰한 사진이고;
도 3은 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 X-선 회절 분석기로 관찰한 그래프이고;
도 4는 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 투과전자현미경 및 전자회절패턴으로 관찰한 사진이고;
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 전도도를 나타낸 사진이고;
도 6은 실시예 1 내지 8에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 투과도 및 저항을 나타낸 그래프이고;
도 7은 실시예 1, 9 내지 13에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 육안으로 관찰한 사진이고;
도 8은 실시예 14에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 터치스크린 패널 구동을 육안으로 관찰한 사진이고;
도 9는 파장에 따른 구리 나노와이어 주변의 전기장 강도를 나타낸 시뮬레이션 결과 및 그래프이다.
FIG. 1 (a) is a schematic view of a method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires according to the present invention, and FIG. 1 (b) is a schematic view of a conventional method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires.
FIG. 2 is a photograph of a transparent electrode including copper nanowires prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;
FIG. 3 is a graph of a transparent electrode including copper nanowires prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 with an X-ray diffractometer; FIG.
FIG. 4 is a photograph of a transparent electrode including copper nanowires prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, observed with a transmission electron microscope and an electron diffraction pattern; FIG.
5 is a photograph showing a conductivity of a transparent electrode including copper nanowires prepared in Example 1 and Comparative Example 1;
6 is a graph showing the transmittance and the resistance of the transparent electrode including copper nanowires prepared in Examples 1 to 8;
7 is a visual observation of a transparent electrode including copper nanowires prepared in Examples 1, 9 to 13;
FIG. 8 is a photograph of a touch screen panel drive including a transparent electrode including the copper nanowires manufactured in Example 14, and FIG.
FIG. 9 is a graph and simulation result showing the electric field intensity around the copper nanowire according to the wavelength.

본 발명은, According to the present invention,

구리 나노와이어를 포함하는 조성물을 기판 상에 코팅하는 단계; 및Coating a composition comprising a copper nanowire on a substrate; And

상기 기판 상에 코팅된 구리 나노와이어를 10 내지 1000 mm/s의 스캐닝 속도로 레이저 주사하는 단계;를 포함하는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법을 제공한다. And laser scanning the copper nanowires coated on the substrate at a scanning rate of 10 to 1000 mm / s. The present invention also provides a method of manufacturing a transparent electrode comprising copper nanowires.

본 발명에 따른 구리 나노와이어 제조방법의 모식도를 도 1에 도시하였으며, 이하, 본 발명에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다. FIG. 1 is a schematic view of a method of manufacturing copper nanowires according to the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법에 있어서 단계 1은 구리 나노와이어를 포함하는 조성물을 기판 상에 코팅하는 단계이다. In the method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires according to the present invention, step 1 is a step of coating a composition comprising copper nanowires on a substrate.

상기 단계에서는 원하는 기판에 구리 나노와이어를 포함하는 조성물을 코팅함으로써, 투명 전극이 형성된 투명 도전성 기재를 제조할 수 있다. In this step, a transparent conductive substrate having a transparent electrode formed thereon can be prepared by coating a desired substrate with a composition containing copper nanowires.

상기 단계 1은 구리 나노와이어를 진공 여과기 방식을 이용하여 그물망 형태로 올리는 것으로 수행할 수 있으나, 상기 코팅방법이 이에 제한되는 것은 아니며, 기판 상에 구리 나노와이어를 형성할 수 있는 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. The step 1 may be performed by raising a copper nanowire in a mesh form using a vacuum filter method. However, the coating method is not limited thereto, and a method of forming a copper nanowire on a substrate may be appropriately selected Can be used.

이때, 상기 단계 1의 기판은 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PDMS(polydimethylsiloxane), Platinum-cure silicone rubber, PI(Polyimide) 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 기판의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 플렉서블한 기판을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. At this time, at least one substrate selected from the group consisting of PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PDMS (polydimethylsiloxane), platinum-cure silicone rubber, PI (polyimide) , The type of the substrate is not limited thereto, and a flexible substrate can be appropriately selected and used.

상기와 같은 기판을 사용함으로써, 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 휘어지는 전자장치를 제조할 수 있다. By using such a substrate, a curled electronic device including a transparent electrode including copper nanowires can be manufactured.

본 발명에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 기판 상에 코팅된 구리 나노와이어를 10 내지 1000 mm/s의 스캐닝 속도로 레이저 주사하는 단계이다. In the method of manufacturing a transparent electrode including copper nanowires according to the present invention, step 2 is a step of laser-scanning the copper nanowires coated on the substrate at a scanning rate of 10 to 1000 mm / s.

구리의 경우, 풍부한 매장량과 낮은 원자재 가격으로 ITO 및 금, 은 나노와이어와 같은 투명 전극 재료를 대체할 수 있는 물질로 연구되고 있다. 그러나, 산화가 잘 일어나는 문제 때문에 별도의 진공장비가 필요하고, 공정 시간이 길어지며, 공정 조건이 복잡해 진다는 단점을 가지고 있다. 현재까지 구리를 공기 중에서 가공(열처리)하는 것은 거의 불가능한 일이라고 받아들여지고 있다.Copper is being studied as a substitute for transparent electrode materials such as ITO and gold and silver nanowires with abundant reserves and low raw material prices. However, because of the problem of oxidation, separate vacuum equipment is required, the process time is lengthened, and the process conditions are complicated. It is accepted that it is almost impossible to process (heat-treat) copper in the air until now.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 기판에 코팅된 구리 나노와이어를 단시간에 레이저 주사함으로써, 별도의 진공장비 없이 상온에서도 접합 부분 외의 구리 나노와이어 부분이 산화되어 저항이 증가하는 것을 막을 수 있다. 또한, 접합 부분의 접합성을 증가시켜 접촉저항이 감소되어 전기적 특성이 향상된다. In order to solve the above problem, in the present invention, the copper nanowires coated on the substrate can be laser-scanned in a short period of time to prevent the resistance of the copper nanowires other than the bonding portion from being oxidized due to oxidation at room temperature without additional vacuum equipment. In addition, the bonding property of the bonding portion is increased, so that the contact resistance is reduced and the electrical characteristics are improved.

더욱 구체적으로, 무질서하게 기판 위에 있는 나노와이어들에 레이저를 조사하게 되면, 나노와이어의 접합 부분에서 플라즈모닉(Plasmonic) 현상에 의해 필드 상승(field enhancement)이 발생한다는 것을 먼저 FDTD 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 레이저에 의한 광열 반응은 결국 접합부에서의 전기장(electric field)의 세기에 비례하므로, 접합부에서 발생하는 플라즈모닉 효과에 의해 기판 및 접합부를 제외한 나노와이어의 다른 부분들에 불필요한 가열이 일어나지 않아 열적인 손상을 최소화할 수 있다. More specifically, it was first verified through FDTD simulations that field enhancement occurs by plasmonic phenomenon at the junction of nanowires when the nanowires on the substrate are randomly irradiated with a laser . Since the photothermal reaction by the laser is proportional to the intensity of the electric field at the junction, unnecessary heating is not generated in other parts of the nanowire excluding the substrate and the junction due to the plasmonic effect generated at the junction, Can be minimized.

한편, 접합 부분에서 광열 반응이 선택적으로 일어나면 일반 열처리와 마찬가지로 나노와이어간 접합 증대에 의한 접촉저항 감소와 산화에 의한 저항 증가가 동시에 일어날 수 있다. On the other hand, if the photothermal reaction occurs selectively at the junction, the contact resistance can be decreased by the increase of the nano-wire bond and the resistance due to oxidation can be increased simultaneously.

그러나, 본 발명에서는 레이저 광을 빠르게 주사함으로써 가열 시간을 최소화하여, 산화가 일어날 시간적 여유를 주지 않음으로 저항 감소 효과가 지배적으로 나타나도록 하였다. 이러한 현상을 이용하여 공기 중, 상온에서도 구리 나노와이어를 이용한 투명전극을 만들 수 있는 공정을 개발하였다.However, in the present invention, since the laser light is rapidly scanned, the heating time is minimized, and the resistance reduction effect becomes dominant due to no time margin for oxidation. Using this phenomenon, we have developed a process to make transparent electrodes using copper nanowires in air or at room temperature.

이때, 상기 단계 2의 레이저 스캐닝 속도는 10 내지 1000 mm/s이다.At this time, the laser scanning speed in step 2 is 10 to 1000 mm / s.

만약, 상기 단계 2의 레이저 스캐닝 속도가 10 mm/s 미만인 경우에는 장시간의 레이저 조사로 인해 구리 나노와이어에 산화막이 형성되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 단계 2의 레이저 스캐닝 속도가 1000 mm/s 초과인 경우에는, 빠른 속도로 인해 요구되는 레이저의 파워가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. If the laser scanning speed of the step 2 is less than 10 mm / s, an oxide film may be formed on the copper nanowire due to the laser irradiation for a long time. If the laser scanning speed of the step 2 exceeds 1000 mm / s There is a problem that the laser power required due to the high speed is increased.

상기 단계 2의 레이저의 파장은 400 내지 1000 nm일 수 있다. The wavelength of the laser in step 2 may be 400 to 1000 nm.

만약, 상기 단계 2의 레이저 파장이 400 nm 미만이거나 1000 nm 초과인 경우에는 접합부에서의 전기장 상승효과가 충분하지 못하여, 400 내지 1000 nm 범위 내의 파장을 사용하는 경우보다 효율적이지 못한 문제점이 발생할 수 있다. If the laser wavelength of the step 2 is less than 400 nm or more than 1000 nm, the effect of increasing the electric field at the junction is insufficient, which is more inefficient than using a wavelength within the range of 400 to 1000 nm .

상기 단계 2의 레이저 주사는 2D 갈바노 미러(galvanomirror)를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 갈바노 미러를 사용하여 레이저 광의 빠른 주사를 가능하게 할 수 있으나, 빠른 레이저 주사를 위한 장비가 이에 제한되는 것은 아니다. The laser scanning in the step 2 can be performed using a 2D galvanomirror. The galvanometer mirror can be used to enable fast scanning of laser light, but the equipment for fast laser scanning is not limited thereto.

또한, CAD를 통해 원하는 모양 및 선택적인 부분만을 열처리할 수 있도록 레이저의 주사 경로를 설정할 수 있으나, 주사 경로 설정을 위한 장비가 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the scan path of the laser can be set so that only desired shapes and optional portions can be heat-processed through the CAD, but the equipment for setting the scan path is not limited thereto.

상기 단계 2의 레이저 주사는 상온 및 공기 중에서 수행될 수 있다.The laser scanning of step 2 may be performed at room temperature and air.

종래에는, 구리 나노와이어를 공기 중에서 열처리하는 경우 산화저항이 증가하기 때문에 진공분위기를 조성해야하므로 공정상 비용이 증가하는 문제점이 있었다. Conventionally, when the copper nanowire is heat-treated in air, the oxidation resistance is increased, and therefore, a vacuum atmosphere must be provided, which increases the cost of the process.

그러나, 본 발명에서는 단시간 내에 레이저를 스캐닝함으로써, 구리 나노와이어의 접합성은 증가하면서도 산화저항의 증가를 막을 수 있다. 따라서, 상온 및 공기 중에서 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제조하더라도 구리의 산화를 막을 수 있는 효과가 있다. However, in the present invention, by scanning the laser in a short time, the bonding property of the copper nanowires can be increased, and the increase of the oxidation resistance can be prevented. Therefore, even when a transparent electrode including copper nanowires is formed at room temperature and in air, oxidation of copper can be prevented.

상기 단계 2의 레이저는 50 내지 200 mW의 강도를 가질 수 있다. The laser of step 2 may have an intensity of 50 to 200 mW.

만약, 상기 단계 2의 레이저가 50 mW 미만의 강도를 갖는 경우에는 구리 나노와이어의 접합이 충분히 수행되지 못하여 접촉저항이 감소되지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 단계 2의 레이저가 200 mW 초과의 강도를 갖는 경우에는 과도한 에너지 조사로 인해 온도가 과도하게 상승되므로, 오히려 나노와이어 자체가 어블레이션(ablation) 되어 전기적 접촉이 사라져 버리는 문제점이 있다. If the laser of step 2 has a strength of less than 50 mW, the contact of the copper nanowires can not be sufficiently performed and the contact resistance may not be reduced. If the laser of step 2 has a strength of more than 200 mW The temperature is excessively increased due to the excessive energy irradiation, so that the nanowire itself is ablated and the electrical contact is lost.

본 발명은, According to the present invention,

상기 제조방법에 따라 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제공한다. A transparent electrode including copper nanowires manufactured according to the above-described method is provided.

본 발명의 제조방법에 따르면, 구리 나노와이어를 단시간 내에 레이저 주사함으로써, 산화저항의 증가 없이 접촉 저항을 줄일 수 있어, 상온 및 공기 중에서도 높은 전기적 특성을 갖는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제공할 수 있다. According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a transparent electrode including a copper nanowire having a high electrical characteristic at room temperature and in air, because the contact resistance can be reduced without increasing the oxidation resistance by laser scanning of the copper nanowire in a short time .

상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극은 낮은 접촉 저항을 가지고, 산화저항이 적기 때문에, 높은 전기적 특성을 갖는다. 또한, 상온에서 제조되기 때문에 플렉서블 기판에 응용가능하므로 유연 장치에 응용될 수 있다. 나아가, 진공 장치와 같은 별도의 공정을 요구하지 않고 구리를 사용하기 때문에 저렴한 가격에 제공될 수 있는 효과가 있다. The transparent electrode including the copper nanowire has a low contact resistance and a low oxidation resistance, and thus has a high electrical characteristic. Further, since it is manufactured at room temperature, it can be applied to a flexible substrate and thus can be applied to a flexible device. Further, since copper is used without requiring a separate process such as a vacuum device, it can be provided at an inexpensive price.

이때, 상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극은 1 내지 20 Ω/sq의 낮은 면저항을 가질 수 있다. 또한, 상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극은 95 내지 99 %의 높은 투과율을 가질 수 있다. At this time, the transparent electrode including the copper nanowire may have a low sheet resistance of 1 to 20? / Sq. In addition, the transparent electrode including the copper nanowire may have a high transmittance of 95 to 99%.

본 발명은,According to the present invention,

상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 터치 스크린패널을 제공한다. And a transparent electrode including the copper nanowire.

상기 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극은, 단시간의 레이저 주사를 통해 상온 및 공기 중에서 제조될 수 있기 때문에, 플렉서블 기판에 제조될 수 있으며, 이를 이용하면 휘어지는 전자 장치의 터치 스크린 패널을 제공할 수 있다. Since the transparent electrode including the copper nanowire can be manufactured in a flexible substrate because it can be manufactured at room temperature and air through a short-time laser scanning, it can provide a touch screen panel of a curled electronic device .

그러나, 상기 구리 나노와이어 투명 전극을 포함하는 장치가 이에 제한되는 것은 아니며, LCD 전면 전극, OLED 전극 등의 디스플레이, 태양전지, 광전자 소자 등의 전자분야에 광범위하게 사용될 수 있다. However, the device including the copper nanowire transparent electrode is not limited thereto, and can be widely used in electronic fields such as LCD front electrode, display such as OLED electrode, solar cell, and photoelectric device.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

단계 1: 20ml 이소프로판올에 10% 무게 비율로 구리 나노와이어가 포함되어 있는 용액에서 25㎕를 사용하여 진공 여과기 방법으로 구리 나노와이어를 유리 기판 상에 그물망 형태로 코팅하였다.Step 1: Copper nanowires were coated in a mesh form on a glass substrate using a vacuum filter method using 25 占 퐇 in a solution containing copper nanowires in a weight ratio of 10% to 20 ml of isopropanol.

단계 2: 상기 기판 상에 그물망 형태로 형성된 구리 나노와이어의 40 mm × 40 mm 부분에 대하여, CAD를 이용하여 원하는 모양 및 선택적인 부분만을 레이저 주사할 수 있도록 설정한 뒤, 2D 갈바노 미러를 사용하여 532 nm의 파장을 갖는 레이저를 100 mW의 파워 및 100 mm/s의 스캐닝 속도로 60 초간 주사하여 구리 나노와이어를 포함하는 투명 전극을 제조하였다. Step 2: For a 40 mm x 40 mm portion of a copper nanowire formed in the form of a mesh on the substrate, a 2D galvano mirror A laser having a wavelength of 532 nm was scanned at a power of 100 mW and a scanning speed of 100 mm / s for 60 seconds to prepare a transparent electrode including copper nanowires.

이때, 상기 공정은 상온 및 공기 중에서 수행되었다. At this time, the process was performed at room temperature and air.

<실시예 2 내지 8>&Lt; Examples 2 to 8 &

상기 실시예 1의 단계 1의 구리 나노와이어가 포함된 조성물의 양이 각각 50 ㎕, 75 ㎕, 100 ㎕, 125 ㎕, 150 ㎕, 175 ㎕, 200 ㎕인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같이 수행하여 구리 나노와이어를 포함하는 투명 전극을 제조하였다. Except that the amount of the copper nanowire-containing composition in step 1 of Example 1 was 50 μl, 75 μl, 100 μl, 125 μl, 150 μl, 175 μl and 200 μl, respectively To prepare a transparent electrode containing copper nanowires.

<실시예 9 내지 13>&Lt; Examples 9 to 13 &

상기 실시예 6의 단계 1의 기판이 각각 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PDMS(polydimethylsiloxane), Platinum-cure silicone rubber(제품명: Eco-flex), PI(Polyimide)인 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 같이 수행하여 구리 나노와이어 투명 전극을 제조하였다. Except that the substrates of step 1 of Example 6 were polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polydimethylsiloxane (PDMS), platinum-cure silicone rubber (Eco-flex) A copper nanowire transparent electrode was prepared in the same manner as in Example 6.

<실시예 14>&Lt; Example 14 >

상기 실시예 4에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 구성으로 포함하는 터치스크린패널을 제조하였다. The touch screen panel including the transparent electrode including the copper nanowire manufactured in Example 4 was manufactured.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실시예 3의 단계 1만 수행하여 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제조하였다. Only the step 1 of Example 3 was performed to fabricate a transparent electrode including copper nanowires.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

상기 실시예 3의 단계 2에서 레이저 조사 대신, 구리 나노와이어가 형성된 기판 전체를 200~250℃의 온도에서 3~5분간 열처리 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 수행하여 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제조하였다. The copper nanowires were formed in the same manner as in Example 3, except that the entire substrate on which the copper nanowires were formed was heat-treated at a temperature of 200 to 250 ° C for 3 to 5 minutes instead of the laser irradiation in the step 2 of Example 3 Was prepared.

상기 실시예 1 내지 14 및 비교예 1, 2의 제조방법에 있어서, 레이저 조사 여부, 전체적 열처리 여부, 조성물의 양, 기판의 종류를 정리하여 이하의 표 1에 정리하였다. In the production methods of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 and 2, the laser irradiation condition, the total heat treatment condition, the amount of the composition, and the types of the substrates are summarized in Table 1 below.

레이저 조사Laser irradiation 전체 열처리Whole heat treatment 조성물의 양Amount of composition 기판의 종류Type of substrate 실시예 1Example 1 ×× 25㎕25 μl 유리Glass 실시예 2Example 2 ×× 50㎕50 μl 유리Glass 실시예 3Example 3 ×× 75㎕75 쨉 l 유리Glass 실시예 4Example 4 ×× 100㎕100 μl 유리Glass 실시예 5Example 5 ×× 125㎕125 쨉 l 유리Glass 실시예 6Example 6 ×× 150㎕150 μl 유리Glass 실시예 7Example 7 ×× 175㎕175 μl 유리Glass 실시예 8Example 8 ×× 200㎕200 쨉 l 유리Glass 실시예 9Example 9 ×× 150㎕150 μl PETPET 실시예 10Example 10 ×× 150㎕150 μl PENPEN 실시예 11Example 11 ×× 150㎕150 μl PDMSPDMS 실시예 12Example 12 ×× 150㎕150 μl Eco-flexEco-flex 실시예 13Example 13 ×× 150㎕150 μl PIPI 실시예 14Example 14 ×× 75㎕75 쨉 l 유리Glass 비교예 1Comparative Example 1 ×× ×× 75㎕75 쨉 l 유리Glass 비교예 2Comparative Example 2 ×× 75㎕75 쨉 l 유리Glass

<분석> 레이저 파장에 따른 구리 나노와이어상의 전기장 강도<Analysis> Strength of electric field on copper nanowire with laser wavelength

레이저광에 의한 광열반응은 그 주변에서의 전기장의 크기에 비례하는데, 나노 와이어 접합 같은 아주 작은 금속 나노구조 근처에서는 전기장의 크기가 강해지는 현상이 알려져 있다. 또한, 플라즈모닉 효과에 의한 전기장 크기의 증가는, 사용하는 파장 및 나노구조물의 생김새 및 크기에 의해 결정되며, 각 파장대의 레이저마다 나노와이어의 접합에서 일어나는 플라즈모닉 반응이 다른 것으로 알려져 있다. The photothermal reaction by laser light is proportional to the magnitude of the electric field at its periphery. It is known that the magnitude of the electric field becomes strong near a very small metal nano structure such as a nanowire junction. In addition, the increase of the electric field size due to the plasmonic effect is determined by the wavelength and the shape and size of the nanostructure used, and it is known that the plasmonic reaction occurring at the junction of the nanowires for each laser of each wavelength is different.

한편, 레이저 파장에 따라 100 nm의 직경을 갖는 구리 나노와이어상의 전기장 강도가 어떻게 변화하는가를 관찰하기 위해, 100 nm의 직경을 갖는 구리 나노와이어에 대해, 355 nm, 532 nm, 1064 nm 파장을 갖는 레이저를 각각 조사한 후, 접합부 근처에서의 전기장 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 도 9에 도시하였다. On the other hand, in order to observe how the electric field strength on the copper nanowire having a diameter of 100 nm according to the laser wavelength changes, the copper nanowire having a diameter of 100 nm has a wavelength of 355 nm, 532 nm and 1064 nm After laser irradiation, electric field simulations were performed near the junction, and the results are shown in Fig.

도 9에 도시한 바와 같이, 355 nm, 1064 nm 파장의 경우 10 내지 40의 강도를 나타내는 어느 정도 수준의 전기장 상승 효과가 나타나지만, 532 nm의 파장의 경우, 80 내지 100 수준의 전기장 상승 효과가 나타나 다른 파장의 경우보다 2 배 증가된 상승폭을 보이는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 9, the electric field synergy effect at a wavelength of 355 nm and 1064 nm was 10 to 40, but the electric field enhancement effect at the wavelength of 532 nm was 80 to 100 It can be seen that the increase is twice as much as that of the other wavelengths.

이를 통해, 100 nm의 직경을 갖는 구리 나노와이어의 경우, 532 nm의 파장을 갖는 레이저를 조사하는 것이 광열반응에 있어 가장 높은 효율을 가짐을 알 수 있다. As a result, it can be seen that, in the case of copper nanowires having a diameter of 100 nm, irradiation with a laser having a wavelength of 532 nm has the highest efficiency in photothermal reaction.

<실험예 1> 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 산화 여부 관찰EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Observation of oxidation of transparent electrodes including copper nanowires

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 산화 여부를 관찰하기 위해, 육안으로 관찰한 후 그 결과를 도 2에 도시하였고, X-선 회절분석(XRD) 후 그 결과를 도 3에 도시하였으며, 투과전자현미경(TEM) 및 전자회절패턴(SAED)으로 조성을 관찰한 후 그 결과를 도 4에 도시하였다. In order to observe the oxidation of the transparent electrodes including the copper nanowires prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the results were observed with naked eyes and the results are shown in Fig. 2. X-ray diffraction analysis (XRD ). The results are shown in FIG. 3, and the composition was observed with a transmission electron microscope (TEM) and an electron diffraction pattern (SAED), and the results are shown in FIG.

도 2에 나타낸 바와 같이, 레이저 조사나 열처리를 수행하지 않은 비교예 1의 경우 구리 고유의 붉은색이 나타난 것을 확인할 수 있다. 구리 나노와이어의 접합부분에만 국부적으로 레이저 조사를 수행한 실시예 1의 경우에도 역시 붉은색이 나타나는 것을 확인할 수 있으나, 구리 나노와이어에 전체적으로 열처리를 수행한 비교예 2의 경우에는 검은색으로 변화한 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 2, it can be seen that the red color inherent to copper was observed in Comparative Example 1 in which laser irradiation or heat treatment was not performed. In the case of Example 1 in which the laser irradiation was performed locally only at the junction portion of the copper nanowires, the red color also appeared. However, in Comparative Example 2 in which the copper nanowires were subjected to the heat treatment as a whole, .

도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 경우 구리만이 관찰됨을 확인할 수 있고, 레이저 조사한 실시예 1은 약한 산화구리(CuO) 피크가 나타나 산화가 거의 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 전체 열처리 실시한 비교예 2는 CuO 및 CuO2의 피크가 강하게 나타나는 반면, Cu 피크가 나타나지 않으므로 대부분의 구리가 산화된 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 3, it was confirmed that only copper was observed in Comparative Example 1, and a weak copper oxide (CuO) peak appeared in the laser irradiated Example 1, indicating that oxidation hardly occurred. In Comparative Example 2 in which the entire heat treatment was performed, the peaks of CuO and CuO 2 were strongly observed, but Cu peaks were not observed, so that most copper was oxidized.

실시예 1의 경우, 도 4와 같은 격자구조를 나타내고, d(111)이 2.1 Å인 것을 통해 관찰된 재료가 구리임을 알 수 있으며, 구리 나노와이어 주변에 산화막이 형성되지 않았음을 알 수 있다. In the case of Example 1, it can be seen that the material observed through the lattice structure shown in Fig. 4 and having d (111) of 2.1 Å is copper, and an oxide film is not formed around the copper nanowire .

이를 통해, 상온 및 공기 중에서 구리 나노와이어의 접합부에만 레이저를 조사하면, 구리 나노와이어의 전체적인 산화 없이 투명 전극을 제조할 수 있음을 알 수 있다. As a result, it can be seen that when the laser is irradiated only to the junction portion of the copper nanowires at room temperature and air, the transparent electrode can be manufactured without oxidizing the copper nanowires as a whole.

<실험예 2> 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 전기적 특성 및 투과도 관찰<Experimental Example 2> Observation of electrical characteristics and transmittance of a transparent electrode including copper nanowires

상기 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극이되, 레이저 주사시간이 60초 이후(모든 면적이 소결된 후)인 경우 및 비교예 1에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 전도성을 (MS Tech, M4P 302-System)측정기기로 측정한 후, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 또한, 상기 실시예 1 내지 8에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 투과도를 자외선-가시선 분광분석기(UV-Visible Spectrophotometer, EVOLUTION 220)로 관찰하고, 면저항을 M4P 302-system(MS TECH)로 관찰한 후, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The transparent electrode including the copper nanowire fabricated according to Example 1 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the laser scanning time was 60 seconds or less (after all areas were sintered) and the transparent electrode including the copper nanowires prepared in Comparative Example 1 The conductivity of the electrode was measured with a measuring device (MS Tech, M4P 302-System), and the result is shown in FIG. The transparency of the transparent electrode including the copper nanowires prepared in Examples 1 to 8 was observed with a UV-Visible spectrophotometer (EVOLUTION 220), and the sheet resistance was measured with M4P 302-system (MS TECH) , And the results are shown in Fig.

도 5에 나타낸 바와 같이, 레이저를 조사하지 않은 비교예 1의 경우, 구리 나노와이어의 접합 저항으로 인해 전도성이 나타나지 않으나, 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극에 있어서, 레이저 주사시간이 10초, 30초, 60초인 경우에는 각각 7.19 MΩ/sq, 1.279 KΩ/sq, 47.2 Ω/sq의 수치를 나타내며 전도성을 띄는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상온 및 공기 중에서 실제로 레이저 주사공정이 진행됨을 알 수 있다. As shown in Fig. 5, in the case of Comparative Example 1 in which the laser was not irradiated, the conductivity was not shown due to the bonding resistance of the copper nanowires. However, in the transparent electrode including the copper nanowires prepared in Example 1, When the scanning time is 10 seconds, 30 seconds, and 60 seconds, the values are 7.19 MΩ / sq, 1.279 KΩ / sq and 47.2 Ω / sq, respectively. Also, it can be seen that the laser scanning process actually proceeds at room temperature and in the air.

도 6에 나타낸 바와 같이, 20 ㎕의 조성물을 사용하여 제조된 실시예 1의 경우, 약 95 %의 높은 투과도를 나타내었고, 200 ㎕의 조성물을 사용하여 제조된 실시예 8의 경우, 18 Ω/sq의 낮은 저항을 나타냄을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, Example 1, which was prepared using 20 microliters of composition, exhibited a high transmittance of about 95%, and in Example 8, which was prepared using 200 microliters of the composition, 18 &lt; sq. &lt; / RTI &gt;

또한, 조성물의 양이 증가할수록 투과도는 70 %까지 낮아지는 경향을 나타내며, 조성물의 양이 감소할수록 저항은 5000 Ω/sq 이상으로 증가함을 알 수 있다. Also, as the amount of the composition increases, the permeability tends to decrease to 70%, and as the amount of the composition decreases, the resistance increases to 5000 Ω / sq or more.

이를 통해, 본 발명의 구리 나노와이어 제조방법을 통해, 상온 및 공기 중에서도 높은 전도도 및 투과도, 낮은 저항을 갖는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제조할 수 있음을 알 수 있다. It can be seen from this that through the copper nanowire manufacturing method of the present invention, a transparent electrode including a copper nanowire having high conductivity, transparency and low resistance even at room temperature and air can be manufactured.

<실험예 3> 기판의 종류에 따른 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조&Lt; Experimental Example 3 > Production of transparent electrode including copper nanowire according to the type of substrate

상기 실시예 1, 9 내지 13에 따라 각각 기판의 종류가 달리 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 육안으로 관찰하고 그 결과를 도 7에 도시하였다. The transparent electrodes including the copper nanowires, each of which was manufactured in a different manner according to Examples 1, 9 to 13, were visually observed, and the results are shown in FIG.

도 7에 도시한 바와 같이, 유리 기판뿐만 아니라 PET, PEN, PDMS, Eco-flex, PI와 같은 유연 기판에도 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 제조할 수 있음을 알 수 있고, 이에 따라 휘어지는 전자장치에 응용할 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, it can be seen that transparent electrodes including copper nanowires can be formed on flexible substrates such as PET, PEN, PDMS, Eco-flex and PI as well as on glass substrates, It can be seen that it can be applied to a device.

<실험예 4> 구리 나노와이어의 응용<Experimental Example 4> Application of copper nanowires

상기 실시예 14에서 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극을 포함하는 터치스크린 패널을 제조하고, 상기 장치를 구동한 사진을 도 8에 나타내었다. A touch screen panel including a transparent electrode including the copper nanowires manufactured in Example 14 was manufactured and a picture of driving the device was shown in FIG.

도 8에 나타낸 바와 같이, 터치 스크린패널이 정상적으로 구동되는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 본 발명에 따라 상온 및 공기 중에서 저렴한 비용으로 제조된 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극이 스마트 전자장치에 실제로 적용될 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 8, it can be confirmed that the touch screen panel is normally driven, and according to the present invention, a transparent electrode including copper nanowires manufactured at low cost in room temperature and air can be practically applied to a smart electronic device .

Claims (2)

20ml 이소프로판올에 10% 무게 비율로 구리 나노와이어가 포함되어 있는 용액에서 25㎕를 사용하여 구리 나노와이어를 기판 상에 코팅하는 단계; 및
상기 기판 상에 코팅된 구리 나노와이어에 532 nm의 파장을 갖는 레이저를 100 mW의 파워 및 100 mm/s의 스캐닝 속도로 60 초 동안 2D 갈바노 미러(galvanomirror)를 사용하여 상온 및 공기 중에서 레이저 주사하여 95 %의 투과도 및 47.2 Ω/sq의 면저항을 갖는 투명전극을 제조하는 단계;를 포함하는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법.
Coating copper nanowires on the substrate with 25 占 퐇 in a solution containing copper nanowires in a weight ratio of 10% to 20 ml of isopropanol; And
A laser having a wavelength of 532 nm was applied to the copper nanowire coated on the substrate using a 2D galvanomirror for 60 seconds at a power of 100 mW and a scanning speed of 100 mm / To produce a transparent electrode having a transmittance of 95% and a sheet resistance of 47.2? / Sq.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 기판은 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PDMS(polydimethylsiloxane), Platinum-cure silicone rubber, PI(Polyimide) 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 구리 나노와이어를 포함하는 투명전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate of step 1 is at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polydimethylsiloxane (PDMS), platinum-cure silicone rubber, polyimide A method of manufacturing a transparent electrode comprising a wire.
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