KR20190042321A - 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 - Google Patents

섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 Download PDF

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Abstract

섬유기반 접힘 투명 전극 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법은 폴리머로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 코팅하여 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 만드는 단계 및 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계를 포함한다.

Description

섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극{FABRICATION METHOD FOR FOLDABLE AND TRANSPARENT NANOFIBER-BASED ELECTRODE AND FOLDABLE AND TRANSPARENT NANOFIBER-BASED ELECTRODE USING THE SAME}
본 발명은 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극에 관한 것이다.
최근 터치 스크린 (touch screen), 유기 발광 다이오드 (organic light emitting diode, OLED), 태양 전지, e-Skin(electronic skins) 등의 많은 착용형 광전자 장치에서 접힘 투명 전극이 주목 받고 있다.
기본적으로 접힘 투명 전극은 전기적 성능의 현저한 감소없이 광학 투명성, 낮은 전기 저항 및 극도로 높은 굽힘 인성을 가질 것이 요구된다. 일반적으로, 저항률과 광투과율은 반대 경향을 보인다. 따라서, 높은 전도성을 가진 투명 전극을 얻기 위해서는 전기 저항률과 광투과율 사이의 최적의 균형을 이루는 것이 중요하다.
전통적으로, 투명 전도성 광전자 장치에 상업용 인듐 - 주석 산화물 (ITO) 전극이 널리 사용되어왔다. 그러나, ITO 전극은 유연 전자 응용 분야에서 인듐의 부족, 제조 공정의 고비용 및 기계적 취성과 같은 단점이 있어, 이러한 ITO 전극의 단점을 극복하기 위한 아래와 같은 새로운 소재를 이용한 연구가 진행되고 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 지금까지 전도성 고분자, 탄소 나노 튜브 (CNT), 그래핀, 금속 나노 와이어, 금속 나노말굽(nanotrough) 네트워크 및 이들 융합 소재와 같은 유망한 유연투명전극 소재들이 낮은 저항률과 높은 유연성을 갖는 유연투명전극의 제조에 사용되어 왔다.
그러나, 대부분의 투명 필름에 플렉시블 기판으로 사용되는 PET, PEN과 같은 폴리기반의 필름은 곡률 반경이 1mm 이내인 극한 굽힘에 한계가 있다.
대한민국 등록특허 1572194호 (2015.11.20 등록) 대한민국 등록특허 1595895호 (2016.02.15 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상세하게는 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법은 폴리머로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 코팅하여 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 만드는 단계 및 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계를 포함한다.
또한, 폴리머의 굴절률과 상기 나일론 섬유 부직포의 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비는 0.964~0.998:1일 수 있다.
또한, 폴리머는, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 및 폴리 아크릴산을 포함할 수 있다.
또한, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 나노 와이어를 스핀코팅하는 단계는, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 접착층을 형성시키는 단계 및 접착층에 나노 와이어를 스핀코팅하는 단계를 포함할수 있다.
또한, 실버 나노 와이어 용액 중 실버 나노 와이어는 0.025wt% 내지 0.05wt% 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 섬유기반 접힘 투명 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 광투과율과 기계적 성질이 우수한 섬유기반 접힘 투명 전극의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 광투과율과 기계적 성질이 우수한 섬유기반 접힘 투명 전극을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 폴리머로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 아세테이트 순수 필름과 셀룰로오스 아세테이트 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 응력-변형도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 탄성계수, 인장 강도 및 인성을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 전자현미경 이미지(a), 셀룰로오스 아세테이트 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 전자현미경 이미지(b), 실버 나노 와이어로 표면 코팅된 섬유기반 접힘 투명 전극의 전자현미경 이미지(c) 및 셀룰로오스 아세테이트 순수 필름과 전기방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율(d)을 나타내는 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 부직포의 원자간력 현미경 이미지(a), 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 원자간력 현미경 이미지(b) 및 섬유기반 접힘 투명 전극의 원자간력 현미경 이미지(c)를 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실버 나노 와이어의 wt%에 따른 전자현미경 이미지 및 광투과율을 나타내는 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극의 곡률반경 대비 면 저항률의 변화(a) 및 10,000 사이클 반복 굽힘 실험 결과를 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법은 광투과율이 85% 이상인 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 만드는 단계(S100) 및 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계(S200)를 포함한다.
여기서, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계(S200)는 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 접착층을 형성시키는 단계(S210) 및 접착층에 나노 와이어를 스핀코팅하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막은 폴리머로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 코팅하여 제조될 수 있다.
본 실시예에 따르면 용액 상태의 폴리머에 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 침지시키거나 용액 상태의 폴리머를 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포에 분사하여 폴리머를 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포에 코팅 시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포는 나일론-6(Nylon-6) 용액을 전기방사하여 만들어 질 수 있다. 나일론-6(Nylon-6) 섬유 부직포 제조방법에 대해서는 아래의 실시예에서 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따르면 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포에 코팅되는 폴리머의 굴절률과 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비는 0.964~0.998:1 일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 폴리머는 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate)), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)및 폴리아클릴 산Poly(acrylic acid)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률과 폴리머의 굴절률의 비가 0.964~0.998:1일 때, 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율과 비교하여 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율이 현저하게 향상될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 폴리머의 굴절률과 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비와 광투과율과의 관계에 대해 상세하게 설명한다.
폴리머 굴절률
1 나일론-6(Nylon-6) 1.53
2 폴리비닐리덴플루오라이드 (Poly(vinylidene fluoride) 1.42
3 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate)) 1.467
4 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate) 1.475
5 폴리아클릴 산(Poly(acrylic acid) 1.527
6 폴리스티렌(Polystyrene) 1.589
표 1를 참고하면, 나일론-6(Nylon-6) (Nylon-6)의 굴절률은 1.53, 폴리비닐리덴플루오라이드 (Poly(vinylidene fluoride)의 굴절률은 1.42, 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate))의 굴절률은 1.467, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)의 굴절률은 1.475, 폴리아클릴 산Poly(acrylic acid)의 굴절률은 1.527, 폴리스티렌(Polystyrene)의 굴절률은 1.589이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
본 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율은 자외선 가시 분광법(UV-visible spectroscopy)에 의해 측정되었다.
도 3을 참고하면, 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포 제조를 위한 전기방사 시간이 길어질수록 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율이 낮아진다.
상세하게는, 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율은 전기방사 시간이 15분일 때 66%, 30분일 때 50%, 45분일 때 38%, 60분일 때 15% 정도로 전기방사 시간이 길어 질수록 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율이 낮아진다.
이하에서는, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율을 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율과 비교하여 현저하게 향상시키는 폴리머 및 광투과율의 향상과 굴절률의 상관 관계에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참고하면, 나일론-6(Nylon-6)을 15분, 30분, 45분, 60분 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포 각각을 셀룰로오스 아세테이트로 코팅 한 후 광투과율을 측정하였다.
본 실시예에 따르면, 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 86% 이상에서 92% 이하로 측정되어 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율 (도 3 참조) 보다 1.4 배 내지 5.7 배 향상되었다.
상세하게는, 15분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율은 66% (도 3 참조)이고, 15분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 코팅한 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 92% (도 4 참조)로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포와 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율 비는 1: 1.4이다. 따라서, 본 실시예에 따르면 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율 보다 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율이 약 1.4배 향상되었다.
또한, 60분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율이 15% (도 3 참조)이고, 60분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 86% (도 4 참조)로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포와나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율 비는 1: 5.7이다. 따라서, 본 실시예에 따르면 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 광투과율 보다 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율이 약 5.7배 향상되었다.
다시 표 1를 참고하면, 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률과 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)의 굴절률의 비는 1: 0.964이다.
본 실시예에 따르면, 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률과 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)의 굴절률의 비는 1: 0.964일 때, 15분, 30분, 45분, 60분의 전기방사 시간에 관계없이 광투과율이 1.4배 내지 5.7배 향상되었다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율을 나타내는 그래프이다.
본 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율과 같이 85% 이상인 것이 바람직하다.
도 5를 참고하면, 45분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 폴리비닐리덴플루오라이드 (Poly(vinylidene fluoride), 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate)), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 폴리아클릴 산(Poly(acrylic acid), 폴리스티렌(Polystyrene)으로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 각각의 광투과율은 9%, 85%, 89%, 95%, 75%이다.
폴리비닐리덴플루오라이드 (Poly(vinylidene fluoride)로 코팅된 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 9%이고 폴리스티렌(Polystyrene)으로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 75%로 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율(85%) 보다 낮다.
또한, 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate))로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 85%이고, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 89%이며, 폴리아클릴 산(Poly(acrylic acid)으로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율은 95%로 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율(85%)과 같거나 높다.
다시 표1를 참고하면, 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율(85%)보다 낮은 광투과율을 보이는 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 코팅되는 폴리비닐리덴플루오라이드 (Poly(vinylidene fluoride)의 굴절률은 1.42이고 폴리스티렌(Polystyrene)의 굴절률은 1.589이다.
반면, 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율(85%)보다 같거나 높은 광투과율을 보이는 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 코팅되는 폴리비닐 아세테이트(Poly(vinyl acetate))의 굴절률은 1.467이고, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate)의 굴절률은 1.475이며, 폴리아클릴 산(Poly(acrylic acid)의 굴절률은 1.527이다. 여기서, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate) 및 폴리아클릴 산(Poly(acrylic acid)의 굴절률과 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비는 0.964~0.998:1이다.
본 실시예에 따르면 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 코팅되는 폴리머의 굴절률과 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비가 0.964~0.998:1일 때 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 광투과율이 85% 이상일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 실버 나노 와이어 용액 중 실버 나노 와이어는 0. 025wt% 내지 0.05wt%일 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 광투과율이 85%이상이고 탄성계수, 인장강도 및 인성 등의 기계적 성질이 우수한 섬유기반 접힘 투명 전극 제조 방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극을 제공할수 있다.
[실험예]
1. 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막제조
먼저, 6wt%의 Nylon-6로 이루어진 Nylon-6 용액 9~10kV로 15분 내지 60 전기방사하여 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 제조한다. 이렇게 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 10wt%의 셀룰로오스 아세테이트로 이루어진 셀룰로오스 아세테이트 용액으로 코팅한다.
여기서, 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포에 코팅되는 폴리머는 셀룰로오스 아세테이트로 한정되지 않고, 나일론-6(Nylon-6)와의 굴절률과의 비가 0.964~0.998:1인 굴절률을 가지는 다른 폴리머일 수 있다. 예를 들면, 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포에 코팅되는 폴리머는 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 및 폴리 아크릴산을 포함할 수 있다.
2. 섬유기반 접힘 투명 전극 제조
먼저, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막 조각에 0.1wt% 내지 0.05wt%의 실버 나노 와이어로 이루어진 실버 나노 와이어 수용액을 스핀코팅한다.
여기서, 실버 나노 와이어 수용액을 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막 조각에 스핀 코팅 하기 전, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막 조각에 접착층을 형성시키고 실버 나노 와이어 수용액을 스핀코팅 할 수 있다.
또한, 복수층으로 형성된 접착층 각각에 wt%가 다른 복수의 실버 나노와이어 수용액을 스핀 코팅하면 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막 조각위에 실버 나노와이어가 균일하게 펴지고 상호 연결이 잘되게 할 수 있다.
3. 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 기계적 성질
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 아세테이트 필름과 셀룰로오스 아세테이트 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 응력-변형도를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 셀룰로오스 아세테이트 필름의 응력변형은 열가소성 탄성중합체 특유의 선형 탄성 변형을 보인다. 반면, 셀룰로오스 아세테이트 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 응력 변형은 재료들의 기계적 성질들이 잘 반영되어 나노 섬유 방사 시간이 길어질수록(즉, 나노 섬유 함량이 증가할수록) 더 높은 기계적 성질을 보인다. 예를 들어, 전기 방사 시간이 15분, 30분, 45분으로 증가하여 나노 섬유 양이 증가할 수 록 셀룰로오스 아세테이트 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 인장 강도는 29.4MPa, 43MPa, 60MPa로 증가한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 탄성계수, 인장 강도 및 인성을 나타내는 이미지이다.
도 7를 참고하면, 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 탄성계수, 인장 강도 및 인성은 전기 방사 시간에 따른 나노 섬유의 양에 따라 달라 짐을 알 수 있다.
4. 표면 형상과 광투과율 변화
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포의 전자현미경 이미지(a), 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 전자현미경 이미지(b), 실버 나노 와이어로 코팅된 섬유기반 접힘 투명 전극의 전자현미경 이미지(c) 및 셀룰로오스 아세테이트 순수 필름과 전기방사 시간에 따른 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명박막의 광투과율(d)을 나타내는 이미지이다.
도 8(a)을 참고하면, 평균 직경 120±25nm인 나노섬유로 이루어진 나일론-6(Nylon-6) 부직포의 표면은 나노섬유가 무배향으로 무질서하게 배치되어 있는 형상을 보이고 있다.
반면, 도 8(b)를 참고하면, 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 표면은 매끄러운 형상을 보이고 있어 셀룰로오스 아세테이트가 성공적으로 나노 섬유 사이에 침투된 것을 알 수 있다.
도 8(c)를 참고하면, 실버 나노 와이어가 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 표면에 코팅된 것을 알 수 있다.
전기방사로 제조된 나노섬유 부직포는 무질서하게 배치된 나노 섬유들 사이의 공간에서 빛이 산란되므로 빛이 투과되지 않는다.
다만, 도 8(d)를 참고하면, 나노 섬유(예: 나일론-6(Nylon-6) 굴절률 1.53)와 유사한 굴절률을 가진 폴리머(예: 셀룰로오스 아세테이트, 굴절률 1.48)로 나노섬유의 공극을 채우면 광투과율이 90~92%까지 향상된다.
여기서, 나일론-6(Nylon-6)와 유사한 굴절률을 가진 폴리머는 셀룰로오스 아세테이트로 한정되지 않고, 나일론-6(Nylon-6)와의 굴절률과의 비가 0.964~0.998:1인 굴절률을 가지는 다른 폴리머일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론-6(Nylon-6) 부직포의 원자간력 현미경 이미지(a), 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 원자간력 현미경 이미지(b) 및 섬유기반 접힘 투명 전극의 원자간력 현미경 이미지(c)를 나타내는 이미지이다.
도 9를 참고하면, 나일론-6(Nylon-6) 부직포의 원자간력 현미경 이미지(a)에 의하면 표면조도(RRMS)가 약 331nm이고 셀룰로오스 아세테이트로 코팅된 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 원자간력 현미경 이미지(b)에 의하면 표면조도(RRMS)가 약 27nm로 셀룰로오스 아세테이트가 나일론-6(Nylon-6) 부직포의 공극으로 성공적으로 침투한 것을 알 수 있다. 또한, 섬유기반 접힘 투명 전극의 원자간력 현미경 이미지(c)에 의하며 표면조도(RRMS)가 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 표면조도(RRMS)와 크게 변하지 않았음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실버 나노 와이어의 wt%에 따른 전자현미경 이미지 및 광투과율을 나타내는 이미지이다.
도 10(a) 내지 (c)를 참고하면, 실버 나노 와이어가 45분 동안 전기방사하여 제조된 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포로 만들어진 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막의 표면에 견고하게 부착되어 있어 굽힘이나 뒤틀림 등의 물리적 힘으로 표면에서 쉽게 제거하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
도 10(d)를 참고하면, 실버 나노 와이어의 wt%가 증가할 수 록 광투과율이 감소함을 알 수 있다. 예를 들면, 실버 나노와가 0.1wt%일 때 면 저항(sheet resistance)이 9 W sq-1로 감소하고 광투과율이 23 %까지 급격하게 감소한다. 반면, 실버 나노와이어가 0.025wt% 내지 0.05wt%일 때는 면 저항(sheet resistance)이 32 W sq-1 내지 25 W sq-1이고 광투과율이 85% 내지 90%임을 알 수 있다.
반면, 실버 나노와이어가 0.0125wt% 일 때의 광투과율은 90%이지만 면 저항(sheet resistance)이 167 W sq-1로 투명전극으로 사용하기에는 면저항(sheet resistance)이 너무 높은 것으로 측정되었다. 또한, 실버 나노와이어가 0.1wt% 일 때의 면 저항(sheet resistance)은 9 W sq-1이지만 광투과율이 63%로 투명전극으로 사용하기에는 광투과율이 낮은 것으로 측정되었다.
결국, 본 실시예에 따르면 일반적인 투명전극에 요구되는 광투과율(85% 이상)과 면저항(sheet resistance)을 만족시키기 위한 실버 나노와이어의 wt%는 0.025wt% 내지 0.05wt% 이어야 함을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극의 곡률반경 대비 면저항률의 변화(a) 및 10,000 사이클 반복 굽힘 실험 결과를 나타내는 이미지이다.
도 11(a)를 참고하면, 섬유기반 접힘 투명 전극의 곡률반경 대비 면적 저항률의 상대적인 변화는 (R-Ro)/Ro으로 나타낼 수 있다. 여기서, R은 굽힘후의 저항 값이고 Ro은 굽힘전의 저항 값이다. 본 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극은 반경 1mm의 극한 굽힘반경 후에도 우수한 기계적 유연성을 보였으나 종래의 ITO 전극은 5mm의 굽힘반경 후에도 면 저항이 가파르게 올라갔음을 알 수 있다.
도 11(b)를 참고하면, 섬유기반 접힘 투명 전극의 면 저항이 거의 일정하고 10,000 사이클의 반복 굽힘 시험후에 곡률반경 대비 면적 저항률의 상대적인 변화가 ~0.89% 이내임을 알 수 있다. 반면, 종래의 ITO 전극은 점진적으로 면 저항이 증가하고 ~270 사이클의 반복 굽힘 시험 후에 전기 신호가 발생되지 않았음을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극은 1mm 곡률반경의 극한 굽힘에도 성능 유지를 위한 우수한 유연성을 가지고 있음을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (6)

  1. 폴리머로 나일론-6(Nylon-6) 나노 섬유 부직포를 코팅하여 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 만드는 단계; 및
    상기 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막을 실버 나노 와이어 용액으로 스핀 코팅하는 단계; 를 포함하는 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머의 굴절률과 상기 나일론-6(Nylon-6) 나일론 섬유 부직포의 나일론-6(Nylon-6)의 굴절률의 비는 0.964~0.998:1인 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는,
    폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 및 폴리 아크릴산을 포함하는 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 나노 와이어를 스핀코팅하는 단계는,
    상기 나일론-6(Nylon-6) 나노섬유 투명 박막에 접착층을 형성시키는 단계; 및
    상기 접착층에 상기 나노 와이어를 스핀코팅하는 단계를 포함하는 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실버 나노 와이어 용액 중 실버 나노 와이어는 0.025wt% 내지 0.05wt% 내지 인 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 만들어진 섬유기반 접힘 투명 전극.
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