KR20180097544A - 나노구조체의 정제 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노구조체를 정제하는 방법에 관한 것이다. 상기 나노구조체는 은 나노와이어일 수 있다.

Description

나노구조체의 정제 방법.

본 발명은 나노구조체의 정제 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 은 나노와이어의 정제 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해 정제된, 나노구조체 및 나노와이어에 관한 것이다.

투명 전도체는 고투과율 표면 또는 기판에 코팅된 얇은 전도성 필름을 지칭한다. 투명 전도체는 합리적인 광학 투명도를 유지하면서 표면 전도도를 갖도록 제조될 수 있다. 표면 전도성 투명 전도체는 평면 액정 디스플레이, 터치 패널, 전자발광 디바이스 및 박막 광전지 내의 투명 전극으로서; 정전기 방지층으로서 및 전자파 차폐층으로서 널리 사용된다.

ITO(인듐 주석 산화물)와 같은 진공 증착 금속 산화물은 유리 및 폴리머 필름과 같은 유전체 표면에 광학 투명도 및 전기 전도도를 제공하기 위해 종종 사용된다. 예를 들어, 평면 액정 디스플레이상의 ITO는 통상적으로 90% 초과의 투과값과 약 10Ω/□의 시트 저항을 제공한다. 금속 산화물 필름은 깨지기 쉽고 굽히는 중에 손상되기 쉽다. 또한 높은 전도도 수준을 얻기 위해 비교적 높은 증착 온도 및/또는 높은 어닐링 온도가 필요하다. 기판이 물을 흡수할 때, 예를 들어 폴리카보네이트, 금속 산화물 필름은 접착력을 잃을 수 있다. 그러므로, 금속 산화물 필름은 유연 기판 상에서 특히 잘 기능하지 못한다. 또한, 진공 증착은 상대적으로 비용이 많이 들고 전문 장비가 요구된다.

산업계가 웨어러블 기술, 인쇄 조명, 태양 전지, 유기 발광 다이오드 및 기타 다양한 광전자 디바이스를 포함하는 응용을 위해 더 유연하고 굽힐 수 있는 기판 소재를 찾고 있기 때문에, 은 나노와이어와 같은 금속 나노구조체는 ITO에 대안적인 투명 전도체로서 역할을 한다. 또한, 은 나노와이어와 같은 금속 나노구조체는 현재 ITO 필름 대신 평면 패널 디스플레이에 사용된다.

투명 전도체로 사용되는 은 나노와이어는 종종 나노와이어의 강하게 전도하는 네트워크 형성을 허용하기 위해 다양한 길이의 나노와이어를 포함한다.

은 나노와이어는 Y. Sun, B. Gates, B. Mayers 및 Y. Xia, “Crystalline silver nanowires by soft solution processing”, Nanoletters, 2002, 2(2) 165-168에 기재된 “폴리올법”을 사용하여 폴리(비닐피롤리딘)(PVP)의 존재 하에 용해된 질산은의 환원에 의해 합성될 수 있다. 상기 폴리올법은 PVP의 존재 하에 폴리올(예:에틸렌글리콜)에 의한 금속 나노구조체의 전구체(예: 금속염)의 환원을 포함한다. 통상적으로, 상기 환원은 200℃ 이하에서 수행된다. 에틸렌글리콜은 용매 및 환원제로서의 이중 기능을 수행한다. 통상적으로, 형성되는 나노구조체의 형상 및 크기는 PVP와 금속 염의 상대적 양, 반응 시간 및 반응 온도를 포함하는 파라미터에 의해 영향 받는다. 이 반응에 의해 형성된 은 나노와이어는 하기의 반응을 통해 형성된다고 믿어진다.

폴리올법에 의해 나노구조체(예를 들어, 은 나노와이어)를 형성하는 알려진 방법은 나노 와이어를 정제하기 위해 침전 및/또는 “데드-엔드(dead-end)” 여과를 사용하며, 약 1 리터 배치 이상으로는 확장할 수 없다. 침전 및/또는 “데드-엔드(dead-end)” 여과는 상대적으로 작은 규모에서만 작동하며, 바람직한 길이 및/또는 바람직한 길이 범위의 특히 순수한 나노와이어를 생성하지 않는다.

나노구조체(예:은 나노와이어)를 정제 및 형성시키는 규모가 큰 방법의 필요성이 있다.

본 발명의 첫 번째 측면에 따라, 나노구조체의 정제 방법이 제공되고, 상기 방법은

용액 내에 복수개의 나노구조체를 제공하는 것; 및

용액 내의 나노구조체를 크로스-플로우 여과에 의해 여과하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 여기서 상기 나노구조체는 나노와이어이다.

더 바람직하게는, 여기서 상기 나노와이어는 금속성 또는 반전도성이다.

유리하게, 여기서 상기 나노와이어는 금속성이고, Ag, Au, Pt, Cu, Co, Fe 및/또는 Ni를 포함한다.

바람직하게는, 여기서 상기 나노와이어는 은 나노와이어이다.

더 바람직하게는, 여기서 상기 나노와이어는 30μm 내지 90μm의 길이(가장 긴 치수)를 갖는다.

유리하게, 여기서 상기 나노와이어는 80nm 내지 150nm의 폭(가장 짧은 치수)을 갖는다.

바람직하게는, 여기서 상기 나노와이어는 200 내지 900의 종횡비(길이를 폭으로 나눈 것)를 갖는다.

더 바람직하게는, 여기서 용액 내에 복수개의 나노구조체를 제공하는 단계는 나노구조체를 형성시키는 것을 포함한다.

유리하게, 상기 나노구조체 형성은 상기 폴리올법에 의한 나노구조체 형성을 포함한다.

바람직하게는, 여기서 상기 나노구조체는 은 나노와이어이고, 상기 폴리올법은 하기의 반응에 의해 진행된다:

더 바람직하게, 여기서 나노구조체를 형성시키는 단계는 1리터 배치(batches)보다 큰 규모로 발생한다.

유리하게, 여기서 용액 내의 나노구조체를 크로스-플로우 여과에 의해 여과하는 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 여기서 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계는, 상기 용액을 20 내지 40μm의 평균 메쉬 크기를 갖는 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 것을 포함한다.

더 바람직하게는, 여기서 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계는 상기 용액을 30μm ± 10%의 평균 메쉬 크기를 갖는 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 것을 포함한다.

유리하게, 여기서 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 상기 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 400ml/분 내지 2L/분의 속도로 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는. 여기서 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 500ml/분 내지 1L/분의 속도로 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함한다.

더 바람직하게는, 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 단계는 메쉬를 진동시키기 위한 진동 시스템을 포함하는 크로스-플로우 필터를 통해 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 통과시키고 멤브레인의 막힘을 완화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 투명 전도체의 형성 방법이 제공되고, 상기 방법은

앞서 제시된 상기 방법에 의해 나노구조체를 정제하는 것; 및

나노구조체를 통합시켜 투명 전도체를 제작하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 앞서 제시된 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 나노구조체가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 앞서 제시된 상기 방법에 의해 얻어진 나노구조체가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 앞서 제시된 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 투명 전도체가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 앞서 제시된 상기 방법에 의해 얻어진 투명 전도체가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 나노구조체를 포함하는 용액을 여과하기 위한 크로스-플로우 필터의 용도가 제공된다.

바람직하게는, 여기서 상기 크로스-플로우 필터는 20 내지 40 μm의 평균 메쉬 크기를 갖는다.

더 바람직하게는, 여기서 상기 크로스-플로우 필터는 30 μm ± 10%의 평균 메쉬 크기를 갖는다.

유리하게, 여기서, 상기 방법은 1리터 배치(batches)보다 큰 규모로 발생하는 방법이다.

바람직하게는, 여기서 상기 나노구조체는 은 나노와이어이다.

더 바람직하게는, 여기서 상기 나노구조체를 형성시키는 것은 폴리올법에 의해 나노구조체를 형성시키는 것을 포함한다.

유리하게, 여기서 상기 나노구조체는 은 나노와이어이고, 상기 폴리올법은 하기의 반응에 의해 진행된다:

본 발명의 구체예는 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 일면의 개략도이다.
도 2는 여과 전에 폴리올법으로부터 형성된 은 나노와이어의 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일면에 따른 여과 단계 후에 은 나노와이어의 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일면에 따른 하나 이상의 여과 단계 후에 은 나노와이어의 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일면에 따른 여과 단계 후에 수집된 폐기물의 현미경 사진이다.
도 6은 도 4에 나타난 은 나노와이어의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 여과 단계 전, 즉, 도 2에 그림으로 나타낸 것과 같은, 나노와이어의 길이 분포를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 여과 단계 후, 즉, 도 4에 그림으로 나타낸 것과 같은, 나노와이어의 길이 분포를 나타낸다.

본 발명에서 설명하는데 사용된 용어들 중 일부는 하기에 제시된다.

“크로스-플로우 여과”는 필터가 공급물 주입구, 농축물 배출구 및 침투물을 통과시키는 필터를 갖는 여과를 의미한다. 통상적으로, 공급물은 주입구로 도입되고, 상기 공급물은 상기 필터를 통해 통과하고, 상기 공급물의 특정 성분은 침투물로서 필터를 통해 떠나고 나머지는 농축물로서 남는다. “데드-엔드” 여과와 반대되는 크로스-플로우 여과에서, 필터 케이크는 여과법 중에 상당히 씻겨나가고 필터를 차단하지 않는다; 이는 여과가 일어날 수 있는 시간을 증가시키고, 지속적인 크로스-플로우 여과를 가능하게 한다.

“나노구조체”는 적어도 한 가지 치수에서 1 내지 90 μm, 선택적으로 20nm 내지 300nm, 선택적으로 1nm 내지 100nm의 크기인 구조체이다. 나노구조체의 실시예는 나노와이어(예를 들어 은 나노와이어), 나노튜브(예를 들어 탄소 나노튜브), 버크민스터퓰러렌, 나노입자, 나노분말, 나노벨트 및 나노결정을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 더 큰 규모의 재료들과 비교할 때, 나노구조체는 부피 대비 높은 비율의 표면적을 갖는다; 이는 큰 규모의 재료에 비해 다른 특성을 갖는 나노 구조체를 초래한다.

“나노와이어”는 길이(가장 긴 치수)가 20nm 내지 300μm, 선택적으로 20nm 내지 90μm, 선택적으로 1μm 내지 15μm, 또는 30μm 내지 90μm, 또는 20μm 내지 80μm이고, 폭(가장 짧은 치수)이 1nm 내지 300nm, 선택적으로 1nm 내지 150nm, 100nm, 50nm 또는 10nm, 선택적으로 80nm 내지 150nm 이고, 종횡비(길이를 폭으로 나눈 것)가 20 내지 300,000, 선택적으로 20 내지 90,000, 선택적으로 200 내지 900, 또는 20 내지 50, 선택적으로 40 또는 30을 갖는 나노구조체이다. 바람직한 나노와이어는 일반적으로 원통형이지만, 상이한 기하학적 모양, 예를 들어 직사각형을 가질 수 있다. 나노와이어가 원통형이 아니라면, 상기 종횡비는 길이를 나노와이어의 횡 단면을 가로지르는 최대 치수로 나눈 것으로 계산된다.

나노와이어는 금속성(예를 들어 Ag, Au, Pt, Cu, Co, Fe 및 Ni) 또는 반전도성(예를 들어 Si, SnO₂, WO₃, ZnO, TiO₂, InP, CuO, Cu₂O, NiO, MnO₂, V₂O₅ 및 GaN)일 수 있으나, 절연성은 될 수 없다.

“나노입자”는 적어도 한 가지 치수에서 1nm 내지 100nm, 선택적으로 1 nm 내지 10nm, 종횡비(길이를 폭으로 나눈 것)가 1 내지 4, 바람직하게는 1 내지 2를 갖는 입자이다. 나노입자는 금속성(예를 들어 Au, Pt, Ag, Fe, Pd, Rh, ZnS 및 CdSe) 또는 반전도성(예를 들어 Si, SnO₂, WO₃, ZnO, TiO₂, InP, CuO, Cu₂O, NiO, MnO₂, V₂O₅ 및 GaN)일 수 있으나, 절연성은 될 수 없다.

은 나노와이어 제조

금속 나노와이어는 폴리올 및 PVP의 존재 하에 금속 염의 용액-상 환원에 의해 제조될 수 있다. 이 반응은 “폴리올법”이라 지칭된다. 은 나노와이어를 형성하기 위한 상기 폴리올법의 일 실시예는 에틸렌글리콜 및 PVP의 존재 하에 질산은의 상기 용액-상 환원이다.

은 나노와이어의 합성은 하기의 일반 단계에 의해 설명될 수 있다.

1. 질산은 용액(예를 들어 영국의 시그마 알드리치™에서 판매하는 것으로 ≥99.0%), 에틸렌글리콜(예를 들어 영국의 시그마 알드리치™에서 판매하는 것으로 무수, ≥99.8%) 및 PVP(예를 들어 영국의 시그마 알드리치™에서 판매하는 것으로 분말; 선택적으로 55,000의 평균 분자량을 갖는 것)를 깨끗한 반응 용기에 도입한다. 일 실시예에서, 에틸렌글리콜 내에 PVP에 대한 질산은의 상대적 몰 양은 1:1.25 ± 10% 이다. 이러한 상대 몰비 내에서, 에틸렌글리콜 내의 PVP의 양은 0.0015M ± 10% 이다.

2. 선택적으로, 할라이드 이온 공급원, 예를 들어 NaCl, 및/또는 Cu, Fe 및 Pt 중 하나 이상과 같은 금속 이온 공급원을 포함시킨다. 몇몇 실시예에서, 상기 금속 이온은 Cu, Fe 및/또는 Pt 염화물 또는 질산염으로부터 용액 내에 제공된다. 이러한 성분들은 선택적으로 용액에 도펀트로서 첨가된다.

3. 반응 혼합물을 120-140℃, 바람직하게는 130℃에서, 40 내지 60분 동안, 바람직하게는 50분 동안 교반한다. 상기 용액은 은 나노와이어 형성 시 회색에서 투명한 황색으로 변한다.

상기 일반 프로토콜을 따르는 것은 나노와이어를 포함하는 반응 생성 혼합물의 형성을 가져온다. 상기 은 나노와이어는 원치 않는 작은 나노구조체를 포함하는 원치 않는 반응 생성물과 함께, 폴리올 및 PVP를 포함하는 용액 내에 존재한다.

상기 은 나노와이어를 세척하는 종래의 방법은 IPA(이소프로판올; 예를 들어 영국의 시그마 알드리치™에서 판매하는 것으로 70% 수용액)으로 반응 생성 혼합물을 희석하는 것을 포함했다. 이 방법은 더 짧은 와이어에 비해 더 긴 와이어가 더 많이 침전되는 것에 의해 나노와이어의 침전을 가능하게 했다. 더 짧거나 더 작은 와이어가 더 길거나 더 무거운 와이어에 비해 떠올랐고, IPA가 추가된 새로운 배치(batch)와 함께 따라진다. 이와 같은 방법은 종종 IPA 내에서 상대적으로 깨끗한 나노와이어를 얻기 위해 7번 이상 수행된다. 각 침전 단계마다 시간이 걸리기 때문에 이러한 침전법은 시간(완료까지 약 1 주)이 걸린다.

나노와이어가 길수록 나노와이어에 의해 형성된 박막 전도성 필름의 품질이 더 좋아진다. ITO에 대한 대안적인 투명 전도체로 사용되는 은 나노와이어의 분야에서, 사용되는 은 나노와이어의 길이는 20μm 이상이고, 200μm를 포함한다. 20μm보다 짧은 은 나노와이어는 일반적으로 유용한 박막 전도성 필름을 형성하지 않는다. 200μm보다 긴 은 나노와이어를 일관되게 형성시키는 것은 어렵다.

상기 은 나노와이어를 세척하거나 여과하는 종래의 방법은 대안으로 “데드-엔드(dead-end)” 여과에 의한 여과를 포함했다. “데드-엔드” 여과에서는 원하는 은 나노와이어의 상당 부분이 필터 케이크 내에 포획되고 여과된 은 나노와이어의 길이에 대한 제어가 거의 없거나 전혀 없다.

나노 구조체, 특히 은 나노와이어의 생산 규모를 늘리는 방안을 찾고자 할 때, 약 1리터 배치 이상에서는 침전 공정 및/또는 “데드-엔드” 여과는 실현 가능하지 않다.

본 발명에 따르면, 은 나노와이어를 포함하는 상기 반응 생성 혼합물은 크로스-플로우 여과법을 사용하여 여과된다. 이러한 방법을 수행하기 위한 장치는 도 1에 개략적으로 제시된다.

상기 반응 생성 혼합물을 IPA(이소프로판올: 예를 들어 영국의 시그마 알드리치™에서 판매하는 것으로 70% 수용액)로 희석하여 점도를 낮추고, 여과 시스템 1을 통한 흐름을 가능하게 한다. 상기 희석된 반응 생성 혼합물은 도 1에서 반응 생성 혼합물 10이다. 몇몇 구체예에서 상기 희석된 반응 생성물은, 상기 희석된 반응 생성물의 밀도가 순수한 IPA의 밀도의 10% 이내(즉, 786kg/m³의 10% 이내)인 것과 같이, 충분한 IPA로 희석된다.

상기 희석된 반응 생성 혼합물 10은 공급물 탱크(feed tank) 20으로 도입된다. 분당 7-9 리터로 작동하는 연동 펌프 40은 프리필터(prefilter) 30을 통한 희석된 반응 생성 혼합물 10의 이동을 강제한다. 상기 프리필터 30은 약 120μm 기공의 와이어 메쉬 필터를 갖는다. 상기 프리필터 30은 임의의 큰 미립자 물질을 제거하는 역할을 한다.

연동 펌프 40 뒤에, 2개의 밸브 2,3이 있다. 하나의 밸브 2는 선택적으로 혼합물을 공급물 탱크 20으로 복귀시키는 것을 허용한다; 다른 밸브 3은 혼합물이 크로스-플로우 필터 70으로 흐르는 것을 허용한다. 통상의 인-라인 법에서, 상기 밸브 2는 닫히고 상기 밸브 3은 개방되어, 혼합물이 크로스-플로우 필터 70으로 흐르는 것을 허용한다.

렁 탱크(lung tank) 50은 실질적으로 압력 밸브이며, 여과 시스템 1 내에 압력의 방출을 허용한다. 압력 센서 60은 압력 판독 값을 제공하여 여과 시스템 1 내의 압력이 관찰될 수 있게 한다.

크로스 플로우 필터 70은 멤브레인을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 필터의 메쉬는 메쉬 간격이 30μm인 금속 메쉬, 선택적으로 스테인리스 스틸이다. 다른 실시예에서, 나노와이어의 상이한 길이 또는 나노구조체의 상이한 치수가 선호되는 경우, 메쉬 간격은 이에 따라 변한다. 이 실시예에서 크로스-플로우 필터 70 내로의 공급물 흐름은 750ml/분이다. 다른 구체예에서, 상기 크로스-플로우 필터 내로의 공급물 흐름은 400ml/분 내지 2L/분일 수 있다. 몇 가지 구체예에서, 크로스-플로우 필터 70은 메쉬를 진동시키고 멤브레인의 막힘을 방지하는 진동 시스템(나타나지 않음)을 포함한다.

상대적으로 작은 입자는 유량계 80 앞의 밸브 4를 통해 크로스-플로우 필터 70의 메쉬를 통과하고 투과 탱크 90 내로 흐른다. 밸브 4는 투과 탱크 90으로의 흐름을 폐쇄하는 옵션을 제공하기 위해 포함된다. 유량계 80은 투과 탱크 90 내로의 유속에 대한 정보를 제공하기 위해 포함된다.

상대적으로 큰 나노와이어는 크로스-플로우 필터 70을 통해 흐르고 농축물로서 빠져나간다. 압력 센서 100은 압력 판독 값을 제공하여 여과 시스템 1 내의 압력이 관찰될 수 있게 한다. 그 다음 상기 농축물은 밸브5 및 유량계 110을 통하여 흐른다. 밸브 5는 농축물의 흐름을 폐쇄하는 옵션을 제공하기 위해 포함된다. 유량계 110은 농축물의 유속의 정보를 제공하기 위해 포함된다.

그 후 농축물은 선택적으로 공급물 탱크 20으로 되돌려져 크로스-플로우 여과법의 출발점으로 되돌려진다. 상기 농축물은 일반적으로 크로스-플로우 필터로부터 침투물로서 제거되는 불순물과 함께 깨끗한 은 나노와이어를 포함한다. 크로스-플로우 여과 단계는 이 방법 중 한번 수행될 수 있거나, 또는 크로스-플로우 여과 단계는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10번 또는 그 이상을 포함하여, 수차례 수행될 수 있다. 세정된/여과된 용액의 부분 표본은 120에서 농축물로부터 얻을 수 있다. 부분 표본은 은 나노와이어의 순도를 시험할 수 있다.

어떤 구체예에서, 추가의 희석된 반응 생성 혼합물 10은 필요에 따라, 예를 들어 실질적으로 깨끗한 은 나노와이어가 시스템에서 제거될 때 여과 시스템 1 내로 도입된다. 몇몇 구체예에서, 추가의 희석된 반응 생성 혼합물 10은 투과 탱크 90으로의 침투물의 지속적인 손실 때문에 연속적으로 여과 시스템 1 내로 도입된다.

상기 실시예에 기재된 방법을 수행하는 것은 통상적으로 30 μm 내지 90 μm의 길이, 80nm 내지 150nm의 폭 및 200 내지 900의 종횡비를 가지는 은 나노와이어를 형성시켰고, 수율은 40% 이상이었다. 상기 생성된 은 나노와이어는 투명 전도성 필름 또는 기판; 이로운 헤이즈 값(3% 미만) 및 전달 판독 값(85% 초과) 및 이로운 시트 저항 판독 값을 갖는 전도성 필름 또는 기판을 생성하는 것이 확인되었다.

은 나노와이어의 형성 후, 상기 은 나노와이어는 산화를 방지하기 위해 진공 하에서 건조 및 포장된다. 대안적으로, 은 나노와이어는 고도로 정제된 알콜 용액에 분산된다.

예시적 실시예에서:

1. 에틸렌글리콜 500ml 내에 용해된 PVP 46g을 에틸렌클리콜 내의 0.1M CuCl₂ 1.0ml 및 에틸렌글리콜 내의 0.2M CuNO₃ 1.75ml와 함께 반응기에서 교반했다.

2. 상기 반응기를 1시간 동안 150℃에서 가열하였다.

3. 1시간 후, 에틸렌글리콜 내의 2M AgNO₃ 2.95ml를 반응 혼합물에 첨가하고 30분 동안 교반하였다.

4. 에틸렌글리콜 내의 2M AgNO₃ 추가 35ml를 반응 혼합물에 첨가하고 40분 동안 교반하였다.

5. 상기 반응 혼합물의 샘플을 취하고, 형성된 은 나노와이어의 길이를 현미경으로 확인하였다.

6. 반응이 완결되었을 때, 용액을 실온(20℃)으로 냉각시켰다,

7. 희석된 반응 생성물의 밀도가 순수한 IPA의 밀도의 10% 이내가 되도록 용액을 충분한 IPA로 희석하였다.

8. 그 후 상기 희석된 반응 생성물을 여과 시스템 1을 통해 3회 순환시켜 일반적으로 순수한 은 나노와이어의 용액을 제조하였다. 상기 은 나노와이어의 수율은 40% 였다.

도 2는 예시적인 구체예의 단계 7로부터 희석된 반응 생성물, 즉, 본 발명에 따른 여과 단계 이전의 은 나노와이어의 현미경 사진이다. 은 나노와이어는 다양한 길이로 되어있고 일반적으로 무질서하다. 도 2의 이미지는 50X 배율의 광학 현미경을 사용하여 얻어졌다. 이미지를 얻는데 사용된 현미경은 올림푸스 BX60M이었고 카메라는 올림푸스 SC30이었다.

도 3은 예시적인 구체예의 단계 8에 따른 단 1회의 여과 단계 이후의 은 나노와이어(예를 들어 도 1의 농축물로부터)의 현미경 사진이다. 은 나노와이어는 도 2에 나타난 은 나노와이어, 즉 세정 전보다 더 균일하고 더 순수하다. 도 3의 이미지는 50X 배율의 광학 현미경을 사용하여 얻어졌다. 이미지를 얻는데 사용된 현미경은 올림푸스 BX60M이었고 카메라는 올림푸스 SC30이었다.

도 4는 예시적인 구체예의 단계 8에 따른 3회의 여과 단계 이후의 은 나노와이어(예를 들어 도 1의 농축물로부터)의 현미경 사진이다. 은 나노와이어는 모두 유사한 길이를 가지며 도 3에 나타난 은 나노와이어보다 더 순수하다. 도 4의 이미지는 50X 배율의 광학 현미경을 사용하여 얻어졌다. 이미지를 얻는데 사용된 현미경은 올림푸스 BX60M이었고 카메라는 올림푸스 SC30이었다.

도 5는 예시적인 구체예의 단계 8에 따른 3회의 여과 단계 동안 수집된 폐기물(예를 들어 도 1의 형성된 침투물로부터)의 현미경 사진이다. 상기 폐기물은 일반적으로 짧은 나노와이어, 작은 나노구조체 및 그 외에 은 나노와이어를 오염시키는 폐기 반응물이다. 도 5의 이미지는 50X 배율의 광학 현미경을 사용하여 얻어졌다. 이미지를 얻는데 사용된 현미경은 올림푸스 BX60M이었고 카메라는 올림푸스 SC30이었다.

도 6은 도 4에 나타난 은 나노와이어의 주사전자현미경 사진이다. 이 사진은 상기 나노와이어가 일반적으로 균일하고 적은 양의 불순물도 없다는 것을 보여준다. 도 6의 이미지는 50K 배율의 SEM을 사용하여 얻어졌다. 상기 사용된 SEM은 Zeiss Ultra Plus FESEM이었다.

도 7은 본 발명에 따른 여과 단계 전의, 즉, 도 2에 나타난 것과 같은 나노와이어의 길이 분포를 나타낸다. 광범위한 나노와이어 길이의 분포가 있었다. 상기 나노와이어의 길이는 눈금자와 함께 50X 배율의 광학 현미경을 사용하여 측정되었다.

도 8은 본 발명에 따른 여과 단계 후의, 즉, 도 4에 나타난 것과 같은 나노와이어의 길이 분포를 나타낸다. 본 발명의 방법은 상대적으로 더 긴 나노와이어를 제거하고 남은 대부분의 나노와이어는 20 내지 80㎛ 길이 범위 내에 있었다. 나노와이어의 수율은 40% 이상이었다.

상기 논의는 은 나노와이어의 제조의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명은 다른 금속, 금속 합금 및 반도체의 상대적으로 순수한 나노구조체의 제조에도 동일하게 적용가능하다,

상기 결과로부터 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 나노구조체를 정제하고 형성하는 방법은 이로운 결과를 제공한다.

본 명세서 및 청구항에서 사용되는 경우, “포함하는” 및 “포함한다”라는 용어 및 이들의 변형은 명시된 특징, 단계 또는 정수가 포함됨을 의미한다. 이 용어들은 다른 특징들, 단계들 또는 구성 요소들의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안된다.

특정 형상 또는 개시된 기능을 수행하기 위한 수단에 관하여 표현된, 전술한 설명 또는 하기의 청구항 또는 첨부된 도면에 개시된 특징들, 또는 개시된 결과를 얻기 위한 방법 또는 프로세스는, 적절하도록, 개별적으로 또는 그러한 특징들의 임의의 조합으로, 본 발명을 다양한 형상으로 실현하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (32)

1. 용액 내에 복수개의 나노구조체를 제공하는 것; 및 용액 내의 나노구조체를 크로스-플로우 여과에 의해 여과하는 것을 포함하는 나노구조체를 정제하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노구조체는 나노와이어인 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 나노와이어는 금속성 또는 반전도성인 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 나노와이어는 금속성이고, Ag, Au, Pt, Cu, Co, Fe 및/또는 Ni을 포함하는 것인 방법.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노와이어는 은 나노와이어인 방법.
6. 제 2 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노와이어는 길이(가장 긴 치수)가 30μm 내지 90μm인 방법.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노와이어는 폭(가장 짧은 치수)이 80nm 내지 150 nm인 방법.
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노와이어는 종횡비(길이를 폭으로 나눈 것)가 200 내지 900인 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용액 내에 복수개의 나노구조체를 제공하는 단계는 나노구조체를 형성시키는 것을 포함하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 나노구조체를 형성시키는 것은 폴리올법에 의해 나노구조체를 형성시키는 것을 포함하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 나노구조체는 은 나노와이어이고, 상기 폴리올법은 하기의 반응에 의해 진행되는 것인 방법:
    

    
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 나노구조체를 형성시키는 단계는 1리터 배치보다 큰 규모로 발생하는 것인 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 용액 내의 나노구조체를 크로스-플로우 여과에 의해 여과하는 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계는 상기 용액을 20 내지 40의 평균 메쉬 크기를 갖는 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 것을 포함하는 것인 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계는 상기 용액을 30 μm ± 10%의 평균 메쉬 크기를 갖는 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 것을 포함하는 것인 방법.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 400ml/분 내지 2L/분의 속도로 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 단계는 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 500ml/분 내지 1L/분의 속도로 크로스-플로우 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 크로스-플로우 여과에 의해 용액 내의 나노구조체를 여과하는 단계는 메쉬를 진동시키기 위한 진동 시스템을 포함하는 크로스-플로우 필터를 통해 나노구조체를 포함하는 상기 용액을 통과시키고 멤브레인의 막힘을 완화하는 단계를 포함하는 것인 방법.
19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항의 방법에 따라 나노구조체를 정제하는 것; 및 나노구조체를 통합시켜 투명 전도체를 제작하는 것을 포함하는, 투명 전도체를 형성시키는 방법.
20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻을 수 있는 나노구조체.
21. 제 1항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻어진 나노구조체.
22. 제 19 항의 방법에 의해 얻을 수 있는 투명 전도체.
23. 제 19 항의 방법에 의해 얻어진 투명 전도체.
24. 나노구조체를 포함하는 용액을 여과하기 위한 크로스-플로우 필터의 용도.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 크로스-플로우 필터는 20 내지 40 μm의 평균 메쉬 크기를 갖는 것인 용도.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 크로스-플로우 필터는 30 μm ± 10% 메쉬 크기를 갖는 것인 용도.
27. 나노구조체를 형성시키는 방법으로서, 상기 방법은 1리터 배치보다 큰 규모로 발생하는 것인 방법.
28. 제 27항에 있어서, 상기 나노구조체는 은 나노와이어인 방법.
29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 나노구조체를 형성시키는 것은 폴리올법에 의해 나노구조체를 형성시키는 것을 포함하는 것인 방법.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 나노구조체는 은 나노와이어이고, 상기 폴리올법은 하기의 반응에 의해 진행되는 것인 방법:
    

    
31. 도 1을 참조한, 전술한 것과 같은 방법.
32. 본원에 개시된 임의의 신규한 특징 또는 특징들의 조합.
    
    
    
    

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