KR20200004947A - 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용한 전도성 패턴 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 패턴 조성물 - Google Patents

탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용한 전도성 패턴 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 패턴 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용하여 전도성 패턴을 제조하는 방법 및 이를 이용한 전도성 패턴 조성물에 관한 것으로, 유기 전구체 잉크 내에 탄소나노튜브(또는 다중벽 탄소나노튜브, Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)를 첨가한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용함으로써, 입자를 균일하게 성장시키고, 외부 변형에 따른 안정성을 향상시키며, 유연 소자에 응용될 수 있는 전도성 패턴을 제공한다.

Description

탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용한 전도성 패턴 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 패턴 조성물{CONDUCTIVE PATTERN PREPARATION METHOD USING MULTI-WALLED CARBON NANOTUBE FILLER-BLENDED METAL-ORGANIC DECOMPOSITION INK AND CONDUCTIVE PATTERN COMPOSITION COMPRISING THE SAME}
본 발명은 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용한 전도성 패턴 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 패턴 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 첨가하여 기판 상에 코팅 후, 열처리를 통하여 전도성 패턴을 형성하는 기술에 관한 것이다.
전자 소자의 작동을 위해, 개별 소자들을 전기적으로 연결하는 금속 배선들이 사용되고 있다. 나아가, 미래에는 유연 소자의 사용이 점차 증가할 것으로 기대되며, 유연 소자에 사용되는 전극을 위해서는 플라스틱과 같은 열에 불안정한 물질의 표면에 전도성 패턴을 형성시킬 수 있어야 한다. 하지만 현재 사용되고 있는 포토리소그래피 공정 방법 및 진공 증착 방법은 가격이 매우 비싸고, 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 따라서, 이러한 공정들을 잉크젯 공정으로 대체하려는 시도가 점차 증가하고 있다.
현재 상용화된 전도성 잉크들은 은 나노입자가 고르게 용매에 분산되어 있는 형태로 사용되고 있다. 다만, 입자로 구성된 잉크는 나노입자를 합성하고, 세척하는 등의 공정이 추가적으로 필요하므로 대량생산에 큰 영향을 미친다. 또한, 완전한 금속 나노입자의 분산을 위해서는 높은 저항을 나타내는 분산안정제가 잉크에 함유되어야 하며, 높은 전도도를 나타내기 위해서 이를 제거하기 위한 높은 온도의 공정이 필요하다.
전술한 바와 같은 나노입자 잉크의 문제점을 해결하기 위해서, 금속 입자가 존재하지 않은 구리 유기 전구체형 잉크가 제안되었다.
구리 전구체로 사용되는 구리 포르메이트는 140℃ 아래에서 분해되어 구리 금속으로 환원된다. 이 때, 구리 포르메이트의 불안정한 환원 반응을 해결하기 위해서 여러 종류의 알카노 아민들을 혼합하여 문제를 해결한 것이 대한민국 등록특허 10-1425855호에 개시되어 있다.
다만, 대한민국 등록특허 10-1425855호에 개시된 바와 같이 140℃의 낮은 온도에서 구리 유기 전구체 잉크를 환원시키는 경우, 열원에서부터 잉크가 코팅된 기판으로의 충분한 열이 균일하게 전달되기 어렵기 때문에 전체적으로 균일한 환원 반응이 일어나지 않는다. 또한, 이는 낮은 온도에서 반응되기 때문에 구리 유기 전구체 잉크가 환원된 후 형성되는 구리 입자들끼리의 소결이 제대로 이루어지지 않고, 독립적인 입자의 형태로 전극을 구성하기 때문에 견고한 구리 전극을 제작하기 힘든 문제점이 존재한다.
상기 언급된 문제점을 극복하기 위해, 구리 유기 전구체 잉크에 적합한 다른 종류의 알킬 아민들을 혼합하는 방법이 제안되었다. 구체적으로, 짧은 탄소 체인은 구리 전구체의 빠른 핵화를 유도하여 낮은 온도에서도 효과적으로 잉크가 환원될 수 있도록 도와주며, 긴 탄소 체인은 형성되는 구리 나노입자의 크기를 제어할 수 있다. 이로 인해, 두 가지의 알킬 아민을 적절하게 혼합하여 높은 전도도를 지니는 구리 필름을 제작한다.
또 다른 방법으로서, 구리 유기 전구체 잉크에 금속 필러를 첨가하는 방법이 제안되었다. 구리 유기 전구체 잉크에 금속 필러를 첨가하게 되면, 구리 전구체가 금속 필러 상에서 비균질 핵화 반응을 통해 환원되어 금속 필러들을 연결해주는 나노입자로 형성된다. 이를 이용하여 낮은 온도에서도 효과적으로 잉크가 환원되어 균일하고 높은 전도도를 갖는 구리 필름을 제작한다.
다만, 전술한 바와 같은 기존의 방법들은 구리 유기 전구체 잉크를 이용하여 낮은 온도에서 내구성이 높은 전도성 패턴을 제작하는 데에는 한계가 존재하였다.
대한민국 등록특허 10-1425855호, "금속 유기 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 금속배선 형성방법"
본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 첨가하여 내구성이 향상된 전도성 패턴을 제작하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 첨가한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용하여 구리 나노입자들의 크기를 균일하게 형성시키고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 향상된 내구성을 지니는 전도성 패턴을 제작할 수 있는 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 통해 내구성이 향상된 전도성 패턴을 유연한 전자 소자에 적용하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용하여 전도성 패턴을 제조하는 방법에 있어서, 패턴이 형성된 스크린 마스크 상에 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)와 유기 전구체 잉크를 합성한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계, 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 안정화 후, 상기 스크린 마스크를 제거하여 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 단계 및 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴에 열을 가하여 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크가 환원된 전도성 패턴을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계는 상기 탄소나노튜브를 상기 유기 전구체 잉크에 분산시켜 제조된 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 기판 상의 상기 스크린 마스크에 코팅할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 질산(HNO3)및 황산(H2SO4)에 의해 산처리된(Pickling) 것일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계는 상기 유기 전구체 잉크를 환원시켜 나노입자의 크기를 균일하게 형성하는 상기 산처리된 탄소나노튜브를 첨가한 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용할 수 있다.
상기 기판은 유리 및 열에 민감한 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 단계는 상기 스크린 마스크 상에 코팅된 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 용매를 제거한 후, 상기 스크린 마스크를 제거하여 상기 스크린 마스크에 형성된 패턴 형상의 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성할 수 있다.
상기 전도성 패턴을 제조하는 단계는 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 패턴을 제조하는 단계는 상기 가열하는 단계를 통해 기판 상의 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 환원시키며, 잉크의 환원으로 상기 전도성 패턴을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 조성물은 산으로 전처리된 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)가 첨가된 유기 전구체 잉크를 합성한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 인해 제조되는 조성물로서, 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴에 가해지는 열에 의해 환원되는 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 통해 제조된다.
상기 전처리는 탄소나노튜브 1g에 질산(HNO3)및 황산(H2SO4)을 1:3으로 혼합한 용액을 첨가 및 환류시킨 후, 필터링함으로써 수행될 수 있다.
상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴은 120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열될 수 있다.
상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴은 패턴이 형성되 스크린 마스크 상에 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 코팅 후, 스크린 마스크의 제거를 통해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기 전구체 잉크 내에 탄소나노튜브(또는 다중벽 탄소나노튜브, Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)를 첨가함으로써, 구리 잉크의 환원 시, 비균질 핵화의 기판으로 작용하는 탄소나노튜브에 의해 구리 입자를 균일하게 성장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 첨가한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용함으로써, 외부 변형에도 안정성을 향상시키며, 유연 소자에 응용될 수 있는 전도성 패턴을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴을 제조하는 과정을 모식도로 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴 및 전도성 패턴의 이미지를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 구리 유기 전구체 잉크의 TGA 및 DSC 그래프를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 필름 표면의 이미지 및 SEM 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브의 농도 별 이미지와 그에 따른 비저항 값의 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트의 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트 전후의 SEM 결과를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용하여 전도성 패턴을 제조하는 방법은 단계 110에서, 패턴이 형성된 스크린 마스크 상에 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)와 유기 전구체 잉크를 합성한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅한다.
단계 110은 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 분산시켜 제조된 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 기판 상의 스크린 마스크에 코팅하는 단계일 수 있다.
이 때, 상기 탄소나노튜브는 질산(HNO3)및 황산(H2SO4)에 의해 산처리된(Pickling) 것일 수 있으며, 상기 유기 전구체 잉크는 구리(Cu) 유기 전구체 잉크 또는 은(Ag) 유기 전구체 잉크일 수 있다. 또한, 기판은 유리 및 열에 민감한 플라스틱 기판일 수 있다.
단계 110은 산처리된 탄소나노튜브를 유기 전구체 잉크에 첨가하여 혼합한 후, 소니케이션 공정을 통해서 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 제작할 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 단순한 소니케이션 공정을 통해 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크(또는 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크)의 대량 생산 및 경제적인 효과를 제공할 수 있다.
단계 110은 유기 전구체 잉크를 환원시켜 나노입자의 크기를 균일하게 형성시키는 산처리된 탄소나노튜브를 첨가한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용할 수 있다. 실시예에 따르면, 본 발명의 전도성 패턴 제조 방법은 구리(Cu) 유기 전구체 잉크 내에 산처리된 탄소나노튜브(MWCNT)를 혼합함으로써, 구리 유기 전구체 잉크가 환원될 때 탄소나노튜브가 비균질 핵화의 기판으로 작용하여 구리 입자를 균일하게 성장시킬 수 있다.
이하에서는 탄소나노튜브와 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 제조 방법을 보다 세부적으로 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 구리 유기 전구체 잉크를 사용하며, 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크 및 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 과정을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 우선, 탄소나노튜브 1g을 둥근바닥플라스크에 넣고, 질산과 황산을 1:3으로 섞은 용액 30mL을 둥근바닥플라스크에 첨가하여 혼합한 후, 2시간 동안 환류시켜 필터를 통해 용매에 분산성이 향상된 탄소나노튜브를 수확한다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 구리 유기 전구체 잉크를 제작하기 위해서, 500mL의 둥근바닥플라스크에 10mmol의 2-아미노-2-메틸프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol) 및 10mmol의 옥틸아민(n-octylamine)을 5mL의 메탄올(methanol)과 섞은 후, 10분 동안 교반한다.
이 후에, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 상기 혼합물에 10mmol의 구리 포름산염 사수화물(Copper (Ⅱ) formate tetrahydrate)을 전구체로써 주입하며, 구리 대비 1wt%의 탄소나노튜브인 6.4mg을 같이 혼합한 후, 30분 동안 초음파처리하여 완전히 용해시킨다.
그런 후에, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 회전증발기(Rotary evaporator)를 이용하여 용해된 혼합물을 60℃의 감압 처리함으로써, 용해된 혼합물의 메탄올(Methanol)과 구리 유기 전구체 잉크 내의 물을 완전히 제거한다. 이로 인해, 물이 제거되어 짙은 청색의 끈적한 구리 잉크가 생성되며, 구리 잉크에 1.5g의 이소프로필 알코올(2-propanol)을 녹여 주입하여 낮은 점성의 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크(또는 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크)를 제작한다.
단계 110은 전술한 바와 같은 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 기판 상의 패턴이 형성된 스크린 마스크 상에 올린 후, 프린팅 즉, 코팅하는 단계일 수 있다.
실시예에 따라서, 코팅하는 방법은 기존의 다양한 코팅법들이 사용될 수 있으며, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 미세 접속 프린팅(micro-contact printing), 임프린팅(imprinting), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소 프린팅(flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중 적어도 어느 하나 이상의 경제적인 코팅 방법들에 의해서 수행될 수 있다.
이 때, 상기 스크린 마스크는 본 발명이 적용되는 실시예에 적합한 다양한 형태의 패턴(pattern)을 포함하며, 패턴의 종류, 형태, 위치 및 개수는 한정하지 않는다.
단계 120에서, 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 안정화 후, 스크린 마스크를 제거하여 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성한다.
단계 120은 스크린 마스크 상에 코팅된 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 용매를 제거한 후, 스크린 마스크를 제거하여 스크린 마스크에 형성된 패턴 형상의 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 단계일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 패턴이 형성된 스크린 마스크를 이용한 스크린 프린팅을 이용하여 패턴을 제조함으로써, 복잡한 패턴을 무리 없이 간단하고 저렴한 공정으로 제작 가능하다.
단계 130에서, 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴에 열을 가하여 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크가 환원된 전도성 패턴을 제조한다.
단계 130은 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 단계 130은 질소 분위기의 유리 초자에 위치하는 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열함으로써, 기판 상의 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 환원시키며, 잉크의 환원으로 전도성 패턴을 제조하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용함으로써, 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 잉크보다 전극을 구성하는 입자들이 균일하게 형성되어 전체적으로 평평한 필름을 제작할 수 있다. 또한, 형성된 전극은 탄소나노튜브가 잘 분산되어 있기 때문에, 내구성이 뛰어나며 외부 변형에도 전도도가 크게 변하지 않는 특정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴을 제조하는 과정을 모식도로 도시한 것이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴 및 전도성 패턴의 이미지를 도시한 것이다.
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 구리(Cu) 유기 전구체 잉크를 사용하는 것으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 기판(210) 상의 패턴(230)이 형성된 스크린 마스크(220) 위로 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크(240)를 코팅한다.
이 때, 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크(240)는 산처리된 탄소나노튜브와 구리(Cu) 유기 전구체 잉크를 혼합하여 생성한 것으로, 구리 나노입자의 크기를 균일하게 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 잉크의 용매를 제거하는 안정화 단계(a) 이후, 스크린 마스크(220)를 제거하여 도 3a에 도시된 바와 같은 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴(250)을 형성한다. 도 3a를 참조하면, 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴(250)은 환원 전 상태를 나타낸다.
다시 도 2에서, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 가열 단계(b)를 통해 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴(250)을 140도의 열로 30분 동안 가열함으로써, 잉크가 환원된 구리 패턴(250)을 형성한다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 패턴 제조 방법은 잉크를 환원시키는 단계(b)를 통해 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴(250)을 환원시켜 도 3b에 도시된 바와 같은 구리/탄소나노튜브 전극 즉, 전도성 패턴(260)을 제조한다. 도 3b를 참조하면, 구리/탄소나노튜브 전극 즉, 전도성 패턴(260)은 패턴된 유기 전구체가 환원된 상태를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 구리 유기 전구체 잉크의 TGA 및 DSC 그래프를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 4a는 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크에 대한 TGA(열중량분석기, Thermogravimetric Analyzer) 및 DSC(시차주사열량계, Differential Scanning Calorimeter) 그래프를 도시한 것이고, 도 4b는 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크에 대한 TGA 및 DSC 그래프를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a에 도시된 탄소나노튜브를 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 경우, 첫 번째 DSC 피크(peak)가 도 4b에 도시된 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크보다 더 낮은 온도에서 샤프(sharp)하게 나타난 것을 확인할 수 있다.
이는 탄소나노튜브가, 구리 잉크가 쉽게 환원되도록 비균질 핵화를 제공하기 때문이다.
도 4a의 TGA 그래프를 참조하면, 탄소나노튜브를 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크는 100℃에서 분해되기 시작하며, 140℃ 이하에서 반응이 끝나는 것을 알 수 있다.
또한, 열처리된 잉크의 질량은 도 4a의 탄소나노튜브를 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 경우, 19.47%이고, 도 4b의 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크의 경우, 18.74%로 감소한 것을 확인할 수 있으며, 이는 유기 복합 요소(organic complexing elements)의 분해로 인한 이론적인 중량 손실과 일치한 것을 알 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 필름 표면의 이미지 및 SEM 결과를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 5는 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크로 형성된 구리 필름의 이미지 및 SEM(주사전자현미경, Scanning Electron Microscope) 결과를 도시한 것이고, 도 6은 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 형성된 구리/탄소나노튜브 필름의 이미지 및 SEM 결과를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크로 형성된 구리 필름(500)는 표면이 매끄럽지 않고 전체적으로 불균일한 두께를 갖는 것을 알 수 있다. 또한, SEM 결과(510, 520, 530)를 살펴보면, 구리 필름(500)은 입자가 뭉쳐있는 두꺼운 영역에서 잘 형성된 반면, 입자가 비어있는 얇은 영역에서 기판이 드러나는 결과를 확인할 수 있다. 즉, 구리 필름(500)은 균일하게 형성되지 않은 것을 알 수 있다.
반면에 도 6을 참조하면, 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 형성된 구리/탄소나노튜브 필름(600)은 전체적으로 균일한 두께는 갖는 것을 알 수 있다. 또한, SEM 결과(610, 620, 630)를 살펴보면, 구리/탄소나노튜브 필름(600)은 입자의 평탄화로 인해 균일하고 평평하게 형성되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6를 통해 탄소나노튜브가 어떠한 형태로 존재하는지 관찰한 결과, 도 6의 세 번째 SEM 결과(630)를 통해 구리 나노입자들이 탄소나노튜브에 결합되어 성장했음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브의 농도 별 이미지와 그에 따른 비저항 값의 그래프를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 7은 구리 유기 전구체 잉크에 첨가되는 탄소나노튜브의 농도 별(MWCNT content) 이미지와 그에 따른 비저항 값(Resistivity)을 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 탄소나노튜브의 농도가 2.0wt%까지 증가하여도 구리 필름이 잘 형성되는 것을 알 수 있다. 다만, 1.0wt% 이상의 탄소나노튜브가 있어야 전체적으로 균일한 필름이 형성되며, 0wt% 및 0.5wt%의 탄소나노튜브의 농도에서는 비교적 균일하지 않은 필름이 형성되는 것을 알 수 있다.
형성된 구리 필름의 비저항 값은 탄소나노튜브의 농도가 0wt%일 때 24.33
Figure pat00001
이고, 0.5wt%일 때 24.63
Figure pat00002
이며, 1.0wt%일 때 25.31
Figure pat00003
이다. 또한, 탄소나노튜브의 농도가 1.5wt%일 때 비저항 값은 47.06
Figure pat00004
이고, 2.0wt%일 때 80.26
Figure pat00005
이다.
도 8은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트의 결과 그래프를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트 전후의 SEM 결과를 도시한 것이며, 도 10은 본 발명의 탄소나노튜브 유무에 따른 내구성 테스트의 예를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 8은 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크로 형성된 구리 필름(810)과 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 형성된 구리/탄소나노튜브 필름(820) 각각의 내구성 테스트를 수행하여 측정한 저항 값 그래프를 도시한 것이다.
또한, 도 9는 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크로 형성된 구리 필름(910)과 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 형성된 구리/탄소나노튜브 필름(920) 각각의 내구성을 테스트한 전후의 비교 SEM(주사전자현미경, Scanning Electron Microscope) 결과를 도시한 것이다.
또한, 도 10은 탄소나노튜브를 혼합하지 않은 구리 유기 전구체 잉크로 형성된 구리 필름(1010)과 탄소나노튜브를 구리 유기 전구체 잉크에 혼합한 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 형성된 구리/탄소나노튜브 필름(1020) 각각에 가해지는 외부 변형(Bending)에 대한 예 및 내구성 테스트 결과를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 구리 필름(810)과 구리/탄소나노튜브 필름(820)의 내구성 테스트를 진행한 결과 그래프를 나타내며, 굽힘 반지름은 2.6mm로 총 150,000회 실시한 결과이다.
도 8에 도시된 실험 결과를 살펴보면, 구리/탄소나노튜브 필름(820)은 1.66배 증가된 저항(R/R0)을 나타내었으며, 이는 4.75배 증가한 구리 필름(810)보다 나은 성능을 보였다.
도 9 및 도 10을 살펴보면, 구리 필름(910, 1010)과 구리/탄소나노튜브 필름(920, 1020)에 구부리는 외부 변형을 가한 경우, 구리 필름(910, 1010)은 구리 입자의 약점(Weak Point)에서 구리 입자들이 분리되어 구리 전극에 금(Crack)이 형성된 것을 알 수 있다. 반면에, 구리/탄소나노튜브 필름(920, 1020)은 구리 입자들이 탄소나노튜브로 인해 잘 부착된 것을 알 수 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리/탄소나노튜브 필름(820, 920, 1020)은 탄소나노튜브로 인해 내구성이 뛰어나고, 외부 변형(Bending)에도 큰 저항 값의 증가를 나타내지 않는 즉, 전도도가 크게 변하지 않는 효과를 제공한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
210: 기판
220: 스크린 마스크
230: 패턴
240: 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 잉크
250: 구리/탄소나노튜브 유기 전구체 패턴
260: 전도성 패턴
500, 810, 910, 1010: 구리 필름
600, 820, 920, 1020: 구리/탄소나노튜브 필름

Claims (12)

  1. 탄소나노튜브가 첨가된 유기 전구체 잉크를 이용하여 전도성 패턴을 제조하는 방법에 있어서,
    패턴이 형성된 스크린 마스크 상에 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)와 유기 전구체 잉크를 합성한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 안정화 후, 상기 스크린 마스크를 제거하여 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴에 열을 가하여 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크가 환원된 전도성 패턴을 제조하는 단계
    를 포함하는 전도성 패턴 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계는
    상기 탄소나노튜브를 상기 유기 전구체 잉크에 분산시켜 제조된 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 기판 상의 상기 스크린 마스크에 코팅하는 전도성 패턴 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는
    질산(HNO3)및 황산(H2SO4)에 의해 산처리된(Pickling) 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 코팅하는 단계는
    상기 유기 전구체 잉크를 환원시켜 나노입자의 크기를 균일하게 형성하는 상기 산처리된 탄소나노튜브를 첨가한 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 이용하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판은
    유리 및 열에 민감한 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 단계는
    상기 스크린 마스크 상에 코팅된 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 용매를 제거한 후, 상기 스크린 마스크를 제거하여 상기 스크린 마스크에 형성된 패턴 형상의 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 형성하는 전도성 패턴 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 패턴을 제조하는 단계는
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴을 120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열하는 단계를 더 포함하는 전도성 패턴 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도성 패턴을 제조하는 단계는
    상기 가열하는 단계를 통해 기판 상의 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 환원시키며, 잉크의 환원으로 상기 전도성 패턴을 제조하는 전도성 패턴 제조 방법.
  9. 산으로 전처리된 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nano Tube; MWCNT)가 첨가된 유기 전구체 잉크를 합성한 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크로 인해 제조되는 조성물로서, 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴에 가해지는 열에 의해 환원되는 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전처리는
    탄소나노튜브 1g에 질산(HNO3)및 황산(H2SO4)을 1:3으로 혼합한 용액을 첨가 및 환류시킨 후, 필터링함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴은
    120℃ 내지 180℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 조성물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 유기 전구체 패턴은
    패턴이 형성되 스크린 마스크 상에 상기 탄소나노튜브 유기 전구체 잉크의 코팅 후, 스크린 마스크의 제거를 통해 형성되는 전도성 패턴 조성물.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110115691A (ko) * 2010-04-16 2011-10-24 (주)바이오니아 탄소나노튜브―금속 복합체의 제조방법 및 이를 이용한 전도성 페이스트의 제조방법
KR101421696B1 (ko) * 2013-04-01 2014-07-22 (주)피이솔브 투명전극의 제조방법
KR101425855B1 (ko) 2013-02-21 2014-08-14 서울대학교산학협력단 금속 유기 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 금속배선 형성방법
KR20160119550A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 한양대학교 산학협력단 전도성 구리 잉크 및 광소결을 이용한 다층인쇄 회로기판의 제조방법 및 이로부터 제조된 다층인쇄 회로기판

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110115691A (ko) * 2010-04-16 2011-10-24 (주)바이오니아 탄소나노튜브―금속 복합체의 제조방법 및 이를 이용한 전도성 페이스트의 제조방법
KR101425855B1 (ko) 2013-02-21 2014-08-14 서울대학교산학협력단 금속 유기 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 금속배선 형성방법
KR101421696B1 (ko) * 2013-04-01 2014-07-22 (주)피이솔브 투명전극의 제조방법
KR20160119550A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 한양대학교 산학협력단 전도성 구리 잉크 및 광소결을 이용한 다층인쇄 회로기판의 제조방법 및 이로부터 제조된 다층인쇄 회로기판

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