KR20180020454A - 그물구조 전도체의 제조방법 - Google Patents

그물구조 전도체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 그물구조 전도체를 제조하는 방법, 상기 방법으로 제조된 전도체 및 상기 전도체의 용도에 관한 것이다. 본 출원은 저비용으로 간단하게 그물구조 전도체를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 무정형 그물구조의 전도체 및 상기 전도체의 용도를 제공할 수 있다.

Description

그물구조 전도체의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CONDUCTOR WITH NETWORK STRUCTURE}
본 출원은 그물구조 전도체의 제조방법에 관한 것이다.
그물구조의 전도체는 전기적인 구동 셀의 제조 시 일부 면적에서만의 구동을 위한 전극, 터치 스크린의 전극, 전자파 쉴드 기판, 태양 전지 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다.
특허문헌 1에는 상기 그물구조의 전도체를 포토레지스트 공정을 통해 제조하는 기술이 개시되어 있다. 포토레지스트는 특정 파장의 빛을 받아 현상액에서의 용해도가 변하는 특성을 이용해 후속 현상 처리 과정 중 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분을 선택적으로 제거할 수 있는 물질을 말한다. 그러나, 포토레지스트 공정은 복잡하고 비용이 높다는 단점이 있다.
대한민국 특허 공개 제2015-0095594호
본 출원은 저비용으로 간단하게 그물구조 전도체를 제조하는 방법, 상기 방법으로 제조된 그물구조 전도체 및 상기 전도체의 용도를 제공한다.
본 출원은 그물구조 전도체의 제조방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 그물구조 전도체는 그물구조를 가지는 전도체를 의미한다. 본 명세서에서 그물구조는 여러 코의 구멍이 나게 얽힌 구조를 의미한다. 본 명세서에서 전도체(Conductor)는 전기를 잘 전도하는 물질을 의미한다.
상기 제조방법은 제 1 기재 상에 기포, 전도성 입자 및 용매를 포함하는 기포 조성물을 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제조방법은 기재 상에 상기 기포 조성물을 코팅하는 것에 의하여 저비용으로 간단하게 그물구조 전도체를 제조할 수 있다.
이하, 상기 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서 기포는 액체 속에 기체가 들어가 거품처럼 동그랗게 부풀어 오른 것을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 전도성 입자는 전기를 잘 전도하는 입자를 의미할 수 있다. 상기 기포 조성물에서 상기 전도성 입자는 상기 기포의 표면에 존재할 수 있다. 상기 기포 조성물의 상기 기포는 상기 용매의 표면에 존재할 수 있다.
상기 기포 조성물은 용매, 전도성 입자 및 기포제를 포함하는 전구 조성물을 균질화 처리함으로써 제조될 수 있다. 본 명세서에서 균질화는 불균질한 혼합물의 각 성분을 미세한 입자상 또는 분자상으로까지 분산시켜 전체를 균질하게 하는 것을 의미할 수 있다. 상기 균질화 처리를 통하여 상기 기포를 형성할 수 있다.
상기 전구 조성물은 용매에 전도성 입자 및 기포제를 분산시켜 제조할 수 있다. 이 경우 상기 전도성 입자를 용매에 먼저 분산시킨 후 상기 기포제를 분산시킬 수 있다. 상기 용매에 상기 전도성 입자 및 기포제를 분산시키는 것은 상기 용매에 상기 전도성 입자 및 기포제를 첨가하고 흔들어주는 방식에 의하여 수행될 수 있다.
상기 용매로는 무기 용매 또는 유기 용매를 사용할 수 있다. 상기 무기 용매로는 물 등을 예시할 수 있다. 상기 유기 용매의 예로는 에테르, 아세톤, 알코올, 사이클로헥산, 사염화탄소 또는 벤젠 등을 예시할 수 있다. 상기 용매는 상기 기포의 기체를 포획하는 얇은 막을 이루는 액체 성분일 수 있다.
상기 전구 조성물의 전도성 입자의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절한 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 전구 조성물의 전도성 입자의 함량은 예를 들어, 물100 중량부 대비 0.01 내지 50 중량부의 함량 비율로 포함할 수 있다. 전도성 입자의 함량이 상기 범위 내인 경우 기재의 투과도를 크게 저하시키지 않으면서 적절한 전도성을 나타낼 수 있다는 측면에서 유리하다.
상기 전도성 입자로는 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자, 전도성 카본 및 이들과 복합된 비전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용수 있다. 상기 금속으로는 예를 들어 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt) 등을 예시할 수 있다. 상기 금속 산화물로는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 등을 예시할 수 있다. 상기 전도성 고분자로는 예를 들어 도프된 폴리에틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜 등을 예시할 수 있다. 상기 비전도성 고분자는 상기 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자, 전도성 카본 등의 전도성 물질과 복합되어 복합 물질을 이룰 수 있다. 하나의 예로, 상기 전도성 물질은 상기 비전도성 물질의 내부에 포함되거나, 상기 비전도성 물질의 표면에 결합되거나 또는 일부는 상기 비전도성 고분자의 내부에 포함하고 일부는 상기 비전도성 고분자의 표면에 돌출된 형태로 복합되어 있을 수 있다.
상기 전도성 입자의 형상은 구형, 타원체, 사면체, 육면체, 삼각 기둥, 사각기둥, 원기둥, 타원 기둥, 기타 다각 기둥 또는 무정형일 수 있다. 상기 전도성 입자의 크기는 본 출원의 목적을 고려하여 적절한 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 전도성 입자의 크기는 예를 들어 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기 전구 조성물의 기포제의 함량은 본 출원의 고려하여 적절한 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 전구 조성물은, 예를 들어, 기포제를 물 100 중량부 대비 0.1 내지 50 중량부의 함량 비율로 포함할 수 있다. 기포제의 함량이 상기 범위 내인 경우 기포를 통하여 그물구조 전도체를 형성하기에 적합한 네트워크 굵기를 나타낼 수 있다는 측면에서 유리하다.
상기 기포제로는 계면 활성제를 사용할 수 있다. 상기 계면 활성제는 액체의 표면에 흡착되어 단분자막을 형성함으로써 표면 장력을 감소시키는 기능을 한다. 상기 계면 활성제로는 지방산 나트륨 염, 알킬 황산염, 알킬 설폰산염, 알킬밴젠 설폰산염, 알킬에테르 설파이드, 알킬설퍼 숙시네이트 또는 나프탈렌 설펀산염 포르마린 축합물을 포함하는 음이온 계면 활성제; 알킬 암모늄 염 또는 알킬 피리듐 염을 포함하는 양이온 계면활성제; 베타 이온형, 이미다조린 형 또는 아민산 염을 포함하는 양성 계면 활성제; 및 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아릴 에테르, 폴리옥시 에탈렌 알킬 아민, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 알카놀 아미드, 폴리에틸렌 글리콜 폴리프로필렌 또는 글리콜 공중합체를 포함하는 비이온 계면 활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 계면 활성제로 미리스틴산 나트륨(sodium myristate)를 사용할 수 있다.
상기 전구 조성물의 균질화 처리는 균질기(Homogenizer)를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 균질화 처리 조건은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 상기 균질화 처리는 예를 들어 약 20 ℃ 내지 100℃ 온도에서 약 10초 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 균질화 처리를 상기 온도 및 상기 시간 동안 수행하는 경우 균일하고 작은 기포를 효과적으로 형성할 수 있다. 상기 기포의 크기는 균질화 처리 조건을 조절함으로써 목적하는 바에 따라 적절히 조절할 수 있다. 상기 기포의 크기는 예를 들어 0.01 ㎛ 내지 1 mm일 수 있다. 상기 기포의 크기 및 크기 분포는 균질화 처리 내지 초음파 처리를 통해 기포의 크기를 더 작게 형성할 수 있고, 기포의 크기 분포를 매우 좁게 형성할 수도 있다.
상기 제 1 기재 상에 상기 기포 조성물을 코팅함으로써, 상기 제 1 기재 상에 기포 층이 형성될 수 있다. 상기 전도성 입자는 상기 제 1 기재 상에 존재하는 상기 기포의 형상에 따라 그물 구조를 형성하고 있을 수 있다.
상기 제 1 기재 상에 상기 기포 조성물을 코팅하는 경우, 상기 기포는 한 층으로 코팅되거나 또는 다층으로 코팅될 수 있다. 상기 기포 조성물의 코팅 두께는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 기포 조성물의 코팅 두께는 예를 들어 0.01 ㎛ 내지 1 mm 일 수 있다.
상기 제 1 기재 상에 상기 기포 조성물을 코팅하는 조건은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 상기 기포 조성물의 코팅은 예를 들어 20 ℃ 내지 120 ℃ 온도에서 수행될 수 있다.
상기 제 1 기재 상에 상기 기포 조성물을 코팅하는 방식으로는 바 코팅, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등의 코팅 방식을 적용할 수 있다.
상기 제 1 기재로는 유리 기판, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름 또는 석영 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다. 상기 제 1 기재로는 광학적으로 등방성인 기재 또는 위상차층과 같이 광학적으로 이방성인 기재를 사용할 수 있다.
플라스틱 필름 기재의 구체적인 예로, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기재 필름이 예시될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 제 1 기재에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
상기 제조 방법은 상기 제 1 기재 상에 코팅된 기포 조성물을 건조하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 건조를 통해 코팅된 기포 조성물의 기포가 제거되면서 그물구조 전도체만이 제 1 기재 상에 남을 수 있다.
상기 건조는 상기 코팅된 기포 조성물의 상부에 제2 기재를 덮은 상태에서 수행될 수 있다. 제2 기재를 덮는 경우 기포의 안정성을 확보하여 건조 시 기포가 터지는 문제를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 기포의 코팅 두께를 균일하게 유지할 수 있다는 측면에서 의미가 있다. 상기 제 2 기재로는 상기 제 1 기재의 항목에서 예시한 종류를 사용할 수 있다. 제 1 기재와 제 2 기재의 종류는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
상기 코팅된 기포 조성물의 건조 조건은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 상기 건조는 예를 들어 상온, 예를 들어, 20 ℃ 내지 120 ℃ 온도의 오븐에서 10 초 내지 10 분 동안 수행될 수 있다.
상기 제 2 기재는 상기 건조 후에 제거될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 건조 후에 소결 공정을 추가로 수행하는 경우에는 소결 후에 상기 제 2 기재가 제거될 수 있다.
상기 제조방법은 필요에 따라 상기 건조된 기포 조성물을 소결하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 소결은 전도성 입자 간의 연결을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 소결은 상기 건조된 기포 조성물에 레이저 또는 열을 조사함으로써 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 의하면 상기 소결은 백색광 레이저를 5 kW/cm2 내지 35 kW/cm2의 파워 및 5 J/cm2 내지 45 J/cm2의 에너지로 1 초 내지 2 초 동안 조사하여 수행될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 제조 방법으로 제조된 그물구조 전도체에 관한 것이다. 상기 전도체는 무정형의 그물구조를 가질 수 있다. 본 명세서에서 무정형의 그물구조는 그물코의 형상이나 크기가 일정하지 않은 것, 불규칙 적인 것 또는 고르지 않은 것을 의미할 수 있다. 그물구조의 그물코는 전도성 입자로 구성될 수 있으며, 상기 그물코를 구성하는 부분, 즉 선형 부분의 형상도 직선이 아니고 선굵기가 고르지 않을 수 있다. 이러한 구조를 도 2에 나타내지만 이것으로 한정되지는 않는다.
본 출원은 상기 제조 방법으로 제조된 그물구조 전도체의 용도에 관한 것이다. 상기 전도체는 전기적인 구동 셀(이하, 전기 셀)의 제조 시 일부 면적에서만의 구동을 위한 전극, 터치 스크린의 전극, 전자파 쉴드 기판, 태양 전지 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다.
하나의 예로 본 출원은 상기 전도체를 포함하는 전극을 구비하는 전기셀에 관한 것이다. 상기 전기 셀은 상기 전극에 의해 공급되는 전압으로 광학적 성질과 같은 물리적 성질이 변화하는 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 물질로는 전해질, 유전체 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 저비용으로 간단하게 그물구조 전도체를 제조하는 방법을 제공할 수 있고, 상기 방법으로 제조된 무정형 그물구조의 전도체 및 상기 전도체의 용도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 제조방법의 모식도이다.
도 2는 실시예 1에 대해 측정된 현미경 이미지이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원의 제조 방법을 구체적으로 설명하지만 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1의 공정 순서에 따라 그물구조 전도체(100)를 제조하였다. 20 ml 비커에 용매(30)로서 물 10 g을 넣고, 전도성 입자(10)로서 Ag 입자(크기: 약 50nm) 0.02 g을 첨가 후 흔들어 분산시킨 후, 기포제(20)로서 미리스틴산 나트륨 0.5 g을 추가로 첨가 후 흔들어 분산시켜 전구 조성물을 제조하였다. 다음으로, Homogenizer(장비명: Vibra-cell, 제조사: Sonics&Materials사)를 이용하여 상기 전구 조성물을 상온(약 20 ℃)에서 2 분 동안 균질화 처리함으로써 작고 균일한 기포(40)를 대량 생성하여 기포 조성물을 제조하였다(S1 공정). 다음으로, 제 1 기재(50)로서 PET 기재 위에 상기 기포 조성물을 상온(약 20 ℃)에서 10 ㎛ 두께로 바 코팅 방식으로 코팅하였다(S2 공정). 다음으로, 상기 코팅된 기포 조성물의 상부에 제 2 기재(60)로서 다른 PET 기재를 덮고 80 ℃온도의 오븐에서 10 분 동안 건조하여 물을 증발시켰다. 다음으로, Novacentrix 사의 Pulseforge 1300 장비를 이용하여 백색광을 10 kW/cm2의 파워 및 5 J/cm2의 에너지로 1초 내지 2초 동안 상온(약 20℃)에서 조사하여 소결하였다(S3 공정).
도 2는 실시예 1에 대하여 측정된 현미경 이미지(현미경 이미지 측정 장비명: Eclipse LV100 POL, 제조사: Nikon사 )이다. 도 2(a)는 전구 조성물을 Homogenizer로 처리한 직후의 이미지이며, 도 2(b)는 건조 후의 이미지이고, 도 2(c)는 소결 후의 이미지이다.
10: 전도성 입자
20: 기포제
30: 용매
40: 기포
50: 제 1 기재
60: 제 2 기재
100: 그물구조 전도체

Claims (20)

  1. 제 1 기재 상에 기포, 전도성 입자 및 용매를 포함하는 기포 조성물을 코팅하는 것을 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 상기 기포의 표면에 존재하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포는 상기 용매의 표면에 존재하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 조성물은 용매, 전도성 입자 및 기포제를 포함하는 전구 조성물을 균질화 처리함으로써 제조되는 그물구조 전도체의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전구 조성물은 전도성 입자를 용매 100 중량부 대비 0.01 내지 50 중량부의 함량 비율로 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자, 전도성 카본 및 이들과 복합된 비전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 전도성 입자의 크기는 0.001㎛ 내지 10 ㎛인 그물구조 전도체의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 용매는 물 또는 유기용매를 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 전구 조성물은 기포제를 용매 100 중량부 대비 0.1 내지 50 중량부의 함량 비율로 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 기포제는 지방산 나트륨 염, 알킬 황산염, 알킬 설폰산염, 알킬밴젠 설폰산염, 알킬에테르 설파이드, 알킬설퍼 숙시네이트 또는 나프탈렌 설펀산염 포르마린 축합물을 포함하는 음이온 계면 활성제; 알킬 암모늄 염 또는 알킬 피리듐 염을 포함하는 양이온 계면활성제; 베타 이온형, 이미다조린 형 또는 아민산 염을 포함하는 양성 계면 활성제; 및 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아릴 에테르, 폴리옥시 에탈렌 알킬 아민, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 알카놀 아미드, 폴리에틸렌 글리콜 폴리프로필렌 또는 글리콜 공중합체를 포함하는 비이온 계면 활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 균질화는 균질기(Homogenizer)를 이용하여 20℃ 내지 100℃ 온도에서 10초 내지 10시간 동안 수행되는 그물구조 전도체의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 조성물은 20℃ 내지 100℃ 온도에서 0.01 ㎛ 내지 1 mm 두께로 코팅되는 그물구조 전도체의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기재는 유리 기판 또는 플라스틱 필름을 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    제 1 기재 상에 코팅된 기포 조성물을 건조하는 것을 더 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 건조는 상기 코팅된 기포 조성물의 상부에 제 2 기재를 덮은 상태에서 수행되는 그물구조 전도체의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 건조는 20 ℃ 내지 120 ℃ 온도의 오븐에서 10 초 내지 10 분 동안 수행되는 그물구조 전도체의 제조방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 건조된 기포 조성물을 소결하는 것을 더 포함하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 소결은 상기 건조된 기포 조성물에 레이저 또는 열을 조사함으로써 수행하는 그물구조 전도체의 제조방법.
  19. 제 1 내지 18 항의 방법으로 제조되며 무정형의 그물구조를 가지는 전도체.
  20. 제 19 항의 전도체를 포함하는 전극을 구비하는 전기셀.
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