KR20220076621A - Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method - Google Patents

Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method Download PDF

Info

Publication number
KR20220076621A
KR20220076621A KR1020200165303A KR20200165303A KR20220076621A KR 20220076621 A KR20220076621 A KR 20220076621A KR 1020200165303 A KR1020200165303 A KR 1020200165303A KR 20200165303 A KR20200165303 A KR 20200165303A KR 20220076621 A KR20220076621 A KR 20220076621A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotube
catalyst
transition metal
ink
producing
Prior art date
Application number
KR1020200165303A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102488985B1 (en
Inventor
이상원
이경석
김산나
박규순
Original Assignee
재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 한국탄소산업진흥원 filed Critical 재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority to KR1020200165303A priority Critical patent/KR102488985B1/en
Publication of KR20220076621A publication Critical patent/KR20220076621A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102488985B1 publication Critical patent/KR102488985B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/02Printing inks
    • C09D11/03Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C09D11/037Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder characterised by the pigment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/30Tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/745Iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/75Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • C01B32/174Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/04Heating means manufactured by using nanotechnology
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Abstract

본 발명은 균일한 탄소나노튜브를 제조할 수 있는 촉매 구조체와 이를 이용한 탄소나노튜브를 제조하고, 이를 이용한 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법, 이에 따라 제조된 발열잉크 및 이를 포함하는 면상 발열체에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst structure capable of producing a uniform carbon nanotube, a method for manufacturing a carbon nanotube using the same, and a method for producing a carbon nanotube heat generating ink using the same, a heat generating ink prepared according to the method, and a planar heating element including the same will be.

Description

탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법 및 이에 따라 제조된 발열잉크{Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method}Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

본 발명은 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법 및 이에 따라 제조된 발열잉크에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube heating ink and to the heating ink produced thereby.

탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 화학적 안정성이 뛰어나고, 기계적 특성이 우수하고, 열전도도가 높아 많은 분야에서 사용되고 있다. 상기 탄소나노튜브는 합성조건에 따라 흑연구조 한 층을 말아 끝을 연결한 구조인 단층벽 탄소나노튜브, 단층 탄소나노튜브의 두 층이 동심축을 이룬 형태인 이중벽 탄소나노튜브, 단층벽이 여러 개로 구성된 다층벽 탄소나노튜브로 구성된다.Carbon nanotube (CNT) is used in many fields because of its excellent chemical stability, excellent mechanical properties, and high thermal conductivity. The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube having a structure in which one layer of graphite structure is rolled up and connected to the ends depending on the synthesis conditions; It is composed of multi-walled carbon nanotubes.

이러한 탄소나노튜브를 합성하는 방법으로는 전기 방전법, 레이저 어블레이션법(laser ablation), 고압기상법, 열화학기상법 등이 있다.Methods for synthesizing such carbon nanotubes include an electric discharge method, a laser ablation method, a high-pressure vaporization method, a thermochemical vaporization method, and the like.

한편, 상기와 같은 일반적인 방법으로 제조되는 탄소나노튜브는 균일한 직경을 가지지 못하고 넓은 직경 분포도를 가지게 된다. 도 1(a) 및 (b)는 종래의 통상적인 탄소나노튜브 제조방법으로 제조된 탄소나노튜브의 직경분포도를 나타낸 그래프이다. 도 1(a)를 참조하면, 탄소나노튜브의 직경이 1 내지 4 nm 범위로 분포되는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 도 1(b)를 참조하면, 탄소나노튜브의 직경이 1.5 nm 내지 7 nm 범위로 넓게 분포되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, the carbon nanotubes manufactured by the general method as described above do not have a uniform diameter and have a wide diameter distribution. 1 (a) and (b) are graphs showing the diameter distribution of carbon nanotubes prepared by a conventional conventional carbon nanotube manufacturing method. Referring to FIG. 1( a ), it can be seen that the diameter of the carbon nanotubes is distributed in the range of 1 to 4 nm. In addition, referring to FIG. 1(b), it can be seen that the diameter of the carbon nanotubes is widely distributed in the range of 1.5 nm to 7 nm.

상술한 바와 같이 통상적인 방법으로 탄소나노튜브를 제조하는 경우에는, 탄소나노튜브가 균일한 직경을 갖지 못하기 때문에 균일한 물성 또한 갖지 못하게 된다. 한편, 이렇게 물성이 균일하지 않은 탄소나노튜브로 분산 용액을 제조하는 경우, 제품의 물성 역시 균일하지 못한 문제가 있다. 종래의 탄소나노튜브가 함유된 용액을 이용하여 전도성 코팅액에 대한 많은 시도들이 제안되어왔다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1155071호 "전도성 코팅액 조성물 및 이의 제조 방법" 이 있다.As described above, when carbon nanotubes are manufactured by a conventional method, the carbon nanotubes do not have uniform physical properties because they do not have a uniform diameter. On the other hand, when a dispersion solution is prepared using carbon nanotubes having non-uniform physical properties, there is a problem that the physical properties of the product are also non-uniform. Many attempts have been made on conductive coating solutions using conventional solutions containing carbon nanotubes. For example, there is Republic of Korea Patent No. 10-1155071 "Conductive coating liquid composition and manufacturing method thereof".

그러나, 탄소나노튜브는 특정 용매에 대한 안정성이 다양하여 선택적으로 사용이 가능하며, 코팅액으로의 활용도가 제한적이다. 또한 시간이 경과할수록 그 고유의 특성이 저하되는 문제가 생길 수 있으며, 강한 반데르발스 힘에 의해 응집되는 현상이 발생할 수 있다. 그로 인해 가닥들이 서로 겹쳐져 전류의 이동에 큰 영향을 미칠 수 있다.However, carbon nanotubes have various stability to specific solvents, so they can be selectively used, and their application as a coating solution is limited. In addition, as time elapses, there may be a problem in that its intrinsic properties deteriorate, and agglomeration may occur due to a strong van der Waals force. This can cause the strands to overlap each other, greatly affecting the movement of current.

대한민국 등록특허 제10-1155071호Republic of Korea Patent No. 10-1155071 대한민국 등록특허 제10-0574030호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0574030 대한민국 공개특허 제10-2014-0028449호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0028449 대한민국 등록특허 제10-1151281호Republic of Korea Patent No. 10-1151281

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 균일한 탄소나노튜브를 제조할 수 있는 촉매 구조체와 이를 이용한 탄소나노튜브를 제조하고, 이를 이용한 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법, 이에 따라 제조된 발열잉크를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, a catalyst structure capable of producing a uniform carbon nanotube and a carbon nanotube using the same, and a method for producing a carbon nanotube heating ink using the same, and the heat produced according to the same We want to provide ink.

상기 목적을 달성하기 위하여, 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법은 전이금속칼코겐화합물(TMDC, transition metal dichalcogenide)의 층간에 균일한 촉매 입자를 도입시켜 촉매 구조체를 형성하는 단계(S10); 화학기상증착법으로 촉매 구조체와 탄소원을 반응시켜 평균입경 4 내지 6 nm 범위 의 탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20); 및 탄소나노튜브, 바인더 및 분산용매를 혼합하여 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계(S30)를 포함한다. 이때, 상기 탄소나노튜브는, 입경 분포가 4 nm 내지 6 nm 범위를 갖는다.In order to achieve the above object, there is provided a method for producing a carbon nanotube heating ink. In one example, the method for producing a carbon nanotube heating ink according to the present invention comprises the steps of introducing uniform catalyst particles between layers of a transition metal chalcogenide (TMDC) to form a catalyst structure (S10); preparing carbon nanotubes having an average particle diameter of 4 to 6 nm by reacting the catalyst structure with a carbon source by chemical vapor deposition (S20); and mixing carbon nanotubes, a binder, and a dispersion solvent to prepare an exothermic ink composition (S30). In this case, the carbon nanotubes have a particle size distribution in the range of 4 nm to 6 nm.

상기 전이금속칼코겐화합물은, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴 (MoSe2), 몰리브덴 텔루르화물(MoTe2), 이황화텅스텐(WS2) 및 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 아울러, 촉매 입자는, 철(Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 코발트(Co)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The transition metal chalcogen compound is molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), molybdenum telluride (MoTe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ) and tungsten diselenide (WSe 2 ) The group consisting of It may be one or more selected from. In addition, the catalyst particles may be at least one selected from the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni), platinum (Pt), tungsten (W), and cobalt (Co).

하나의 예에서, 촉매 구조체를 형성하는 단계(S10)는, 알칼리 금속이온 함유 화합물을 이용하여 알칼리 금속을 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입시키는 과정(S11); 알칼리 금속이 층간에 삽입된 전이금속칼코겐화합물과 촉매 입자 염화물을 유기용매에 혼합한 후 열처리하여 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정(S12); 촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 유기용매에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조하고, 상기 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩한 후 열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)을 포함한다.In one example, the step of forming the catalyst structure (S10), the process of inserting an alkali metal between the layers of the transition metal chalcogen compound using an alkali metal ion-containing compound (S11); A process of replacing the alkali metal intercalated between the layers of the transition metal chalcogenide compound with catalyst particles by heat treatment after mixing the transition metal chalcogen compound and the catalyst particle chloride in which the alkali metal is intercalated in an organic solvent (S12); A catalyst precursor solution is prepared by dispersing the transition metal chalcogen compound introduced with the catalyst particles in an organic solvent, and the catalyst precursor solution is loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and then heat treated to obtain a catalyst structure It includes a manufacturing process (S13).

구체적인 예에서, 열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)은, 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩하고, 아르곤, 메탄 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체 분위기에서 열처리하되, 아르곤 기체 분위기에서 700 내지 1100 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정; 수소 및 메탄 기체 분위기에서 800 내지 1200 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정; 및 아르곤 및 수소 기체 분위기에서 상온으로 냉각하는 과정을 포함한다.In a specific example, in the process (S13) of preparing a catalyst structure by heat treatment, a catalyst precursor solution is loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and one selected from the group consisting of argon, methane and hydrogen The process of heat treatment in a gas atmosphere above, but in an argon gas atmosphere in a temperature range of 700 to 1100 ℃; The process of heat treatment in a temperature range of 800 to 1200 ℃ in hydrogen and methane gas atmosphere; and cooling to room temperature in an argon and hydrogen gas atmosphere.

아울러, 상기 탄소나노튜브를 제조하는 단계는(S20), 화학기상증착법으로 촉매 구조체의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 과정(S21) 및 탄소나노튜브가 성장된 촉매 구조체를 산처리하여 상기 촉매 구조체를 제거하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing of the carbon nanotubes (S20), the process of growing carbon nanotubes on the surface of the catalyst structure by chemical vapor deposition (S21) and acid treatment of the catalyst structure in which the carbon nanotubes are grown, the catalyst structure It may include the process of removing

나아가, 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계는(S30), 4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브 1 내지 10 중량부, 바인더 2 내지 10 중량부 및 분산용매 85 내지 95 중량부를 혼합하는 과정을 포함할 수 있다.Furthermore, preparing the exothermic ink composition (S30) may include mixing 1 to 10 parts by weight of carbon nanotubes in the range of 4 to 6 nm, 2 to 10 parts by weight of a binder, and 85 to 95 parts by weight of a dispersion solvent. have.

이때, 바인더는, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스터, 멜라민, 염화비닐, 폴리이미드, 폴리올레핀, 페놀, PVA, 에폭시, 실리콘, 및 불소 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 분산용매는, 테르피네올, 도데실술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐부티랄, 폴리바이닐 알코올, 트리톤x-100 및 폴리아크릴릭애씨드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.In this case, the binder may include at least one selected from the group consisting of polyurethane, acrylic, polyester, melamine, vinyl chloride, polyimide, polyolefin, phenol, PVA, epoxy, silicone, and a fluororesin, and dispersed therein. The solvent may be at least one selected from the group consisting of terpineol, sodium dodecylsulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate, polyvinylpyrrolidone, polyvinylbutyral, polyvinyl alcohol, Triton x-100, and polyacrylic acid. .

아울러, 본 발명은 앞서 설명한 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법에 따라 제조된 발열잉크를 제공한다. 구체적인 예에서, 상기 발열잉크는 평균 25 ℃ 온도에서 1,000 내지 50,000 cP 범위의 점도일 수 있다.In addition, the present invention provides a heating ink manufactured according to the method for producing the carbon nanotube heating ink described above. In a specific example, the heating ink may have a viscosity in the range of 1,000 to 50,000 cP at an average temperature of 25 °C.

본 발명의 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법에 따르면, 균일한 입자 크기를 갖는 탄소나노튜브에 의해서 물리화학적 특성을 극대화할 수 있는 전도성 용액을 제조할 수 있다.According to the method for producing a carbon nanotube heating ink of the present invention, a conductive solution capable of maximizing physicochemical properties can be prepared by using carbon nanotubes having a uniform particle size.

도 1은 종래의 통상적인 탄소나노튜브 제조방법과 본 발명으로 제조된 탄소나노튜브의 직경분포도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 탄소나노튜브 발열 잉크 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 촉매 구조체의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 하나의 예에서, MoS2 의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 예에서, 리튬 이온이 MoS2 층간에 삽입된 LixMoS2의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 예에서, 리튬 이온이 Co 입자로 치환되어, Co 입자가 삽입된 Co-MoS2 의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 예에서, 촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 CVD 챔버 에서 열처리하여 촉매 구조체로 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나의 예에서, 촉매 전구체 용액을 열처리하는 과정에서 시간에 따른 온도 및 가스 분위기를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 하나의 예에서, MoS2 에서 황(S) 성분이 휘발되어 제거되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 하나의 예에서, 제조된 Mo-Co 합금 촉매를 나타낸 도면이다.
도 11은 합성예에서 합성된 MoS2을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 12는 Li 이온이 MoS2 층간에 삽입된 LixMoS2을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 13은 합성된 Co-MoS2을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 14는 제조된 다중벽탄소나노튜브를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 15는 실시예 1에서 제조된 발열잉크 흐름성 및 점도를 촬영한 사진이다.
도 16은 실시예 2에서 제조된 면상 발열체에 전압 인가시, 발열된 IR화상 이미지 이다.
도 17은 실시예 2와 비교예 2에서 제조된 면상발열체의 전압인가별 시간에 따른 온도상승을 나타낸 그래프 이다.
1 is a graph showing a conventional conventional carbon nanotube manufacturing method and a diameter distribution diagram of the carbon nanotube manufactured according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for producing a carbon nanotube heating ink of the present invention.
3 is a view schematically illustrating a process of manufacturing a catalyst structure according to the present invention.
4 is a schematic diagram showing the structure of MoS 2 in one example of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a structure of LixMoS 2 in which lithium ions are intercalated between MoS 2 layers in an example of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a state of Co-MoS 2 in which lithium ions are substituted with Co particles in an example of the present invention, and Co particles are inserted.
7 is a diagram schematically illustrating a process of preparing a catalyst structure by heat-treating a transition metal chalcogen compound into which catalyst particles are introduced in a CVD chamber in one example of the present invention.
8 is a graph showing temperature and gas atmosphere according to time in a process of heat-treating a catalyst precursor solution in an example of the present invention.
9 is a view schematically showing a state in which sulfur (S) component is volatilized and removed from MoS 2 in one example of the present invention.
10 is a view showing a Mo-Co alloy catalyst prepared in one example of the present invention.
11 is a photograph taken with a transmission electron microscope of MoS 2 synthesized in Synthesis Example.
12 is a picture taken with a transmission electron microscope of LixMoS 2 in which Li ions are intercalated between MoS 2 layers.
13 is a picture taken with a transmission electron microscope of the synthesized Co-MoS 2 .
14 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the manufactured multi-wall carbon nanotube.
15 is a photograph of the flowability and viscosity of the exothermic ink prepared in Example 1.
16 is an IR image image that is heated when a voltage is applied to the planar heating element manufactured in Example 2.
17 is a graph showing the temperature rise according to time for each voltage application of the planar heating element manufactured in Example 2 and Comparative Example 2.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법 및 이에 따라 제조된 발열잉크를 제공한다.The present invention provides a method for producing a carbon nanotube heating ink, and the heating ink prepared accordingly.

종래의 탄소나노튜브를 제조하는 경우에는 탄소나노튜브가 균일한 직경을 갖지 못하기 때문에 균일한 물성 또한 갖지 못하는 문제가 있었다. 특히, 균일한 물성을 갖지 못하는 탄소나노튜브로 분산 용액 또는 발열잉크 등을 제조하는 경우 탄소나노튜브의 강한 반데르발스 힘에 의해 응집되는 현상이 발생하고, 이러 인해 탄소나노튜브의 가닥들이 서로 겹쳐져 전류 이동에 영향을 미치는 문제가 있었다.In the case of manufacturing the conventional carbon nanotubes, there is a problem in that the carbon nanotubes do not have uniform physical properties because they do not have a uniform diameter. In particular, when a dispersion solution or exothermic ink is prepared with carbon nanotubes that do not have uniform physical properties, aggregation occurs due to the strong van der Waals force of the carbon nanotubes, and thus the strands of the carbon nanotubes overlap each other. There was a problem affecting the current transfer.

이에, 본 발명은 촉매 제조 과정부터 균일한 탄소나노튜브가 합성될 수 있는 방법을 제공하고 이를 이용하여, 탄소나노튜브 가닥들의 응집을 최소화할 뿐만 아니라 물리화학적 특성을 극대화하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method by which carbon nanotubes can be synthesized uniformly from the catalyst preparation process, and by using the method, carbon nanotube exothermic ink that minimizes aggregation of carbon nanotube strands as well as maximizes physicochemical properties. A manufacturing method is provided.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법Manufacturing method of carbon nanotube heating ink

도 2는 본 발명의 탄소나노튜브 발열 잉크 제조방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for producing a carbon nanotube heating ink of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명은 일 실시예에서,Referring to Figure 2, the present invention in one embodiment,

전이금속칼코겐화합물(TMDC, transition metal dichalcogenide)의 층간에 촉매 입자를 도입시켜 촉매 구조체를 형성하는 단계(S10);Forming a catalyst structure by introducing catalyst particles between the layers of a transition metal chalcogenide (TMDC, transition metal dichalcogenide) (S10);

물리기상증착법으로 촉매 구조체와 탄소원을 반응시켜 평균입경 4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20); 및preparing carbon nanotubes having an average particle diameter of 4 to 6 nm by reacting the catalyst structure with a carbon source by physical vapor deposition (S20); and

탄소나노튜브, 바인더 및 분산용매를 혼합하여 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계(S30)를 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a carbon nanotube heating ink comprising the step (S30) of preparing a heating ink composition by mixing carbon nanotubes, a binder, and a dispersion solvent.

본 발명에 따른 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법은 균일한 간격을 가지고 적층되어 있는 다층 전이금속칼코겐화합물(TMDC) 층간에 균일한 직경을 가진 촉매 구조체를 형성하고, 상기 촉매 구조체를 전구체로 하여 화학기상증착방법으로 균일한 직경을 갖는 탄소나노튜브를 제조한다. 특히, 상기 탄소나노튜브는 균일한 특성을 가지게 되어, 이를 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 물성 또한 균일한 이점이 있다.The method for producing a carbon nanotube exothermic ink according to the present invention forms a catalyst structure having a uniform diameter between multilayer transition metal chalcogenide (TMDC) layers stacked at uniform intervals, and using the catalyst structure as a precursor A carbon nanotube having a uniform diameter is manufactured by a chemical vapor deposition method. In particular, since the carbon nanotube has uniform properties, there is an advantage in that the physical properties of the carbon nanotube heating ink including the same are also uniform.

본 발명에서 "전이금속칼코겐화합물(TMDC, transition metal dichalcogenide)" 이라 함은 그래핀과 유사한 2차원 층상구조 물질로서, 한 가지 이상의 칼코젠 음이온과 다른 양이온이 결합하여 만들어진 화합물질을 의미한다. 보다 구체적으로, 전이금속칼코겐화합물은 MX2(M은 전이금속, X는 칼코젠 원소)의 구조식을 지니고 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 전이금속칼코겐화합물 층간에 촉매 물질을 형성할 수 있다. 이는, 상기 전이금속칼코겐화합물이 자연적으로 균일한 간격을 가지고 적층되어 있는 다층의 TMDC를 기틀로 사용함으로써 촉매물질이 균일한 직경의 나노입자로 성장될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 균일한 직경을 갖는 촉매 구조체를 제조할 수 있으며, 상기 촉매 구조체를 전구체로 이용하여 균일한 직경을 갖는 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 나아가, 균일한 직경의 탄소나노튜브는 발열 잉크로 제조되어 우수한 발열 효과 등을 발휘할 수 있다.In the present invention, "transition metal chalcogenide (TMDC, transition metal dichalcogenide)" is a two-dimensional layered material similar to graphene, and refers to a compound made by combining one or more chalcogen anions and other cations. More specifically, the transition metal chalcogen compound has a structural formula of MX 2 (M is a transition metal, X is a chalcogen element). In particular, in the present invention, it is possible to form a catalyst material between the transition metal chalcogen compound layer. This is, by using the multi-layered TMDC in which the transition metal chalcogenide compound is naturally stacked with uniform spacing as a framework, the catalyst material can be grown into nanoparticles of uniform diameter. Accordingly, in the present invention, a catalyst structure having a uniform diameter can be manufactured, and carbon nanotubes having a uniform diameter can be manufactured by using the catalyst structure as a precursor. Furthermore, carbon nanotubes having a uniform diameter can exhibit excellent heating effect and the like by being made of a heating ink.

촉매 구조체를 형성하는 단계(S10)Forming a catalyst structure (S10)

도 3은 본 발명에 따른 촉매 구조체의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically illustrating a process of manufacturing a catalyst structure according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명은 일 실시예에서, 상기 촉매 구조체를 형성하는 단계(S10)는 알칼리 금속이온 함유 화합물을 이용하여 알칼리 금속을 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입시키는 과정(S11);3, in the present invention, in one embodiment, the step of forming the catalyst structure (S10) is a process of inserting an alkali metal between the layers of a transition metal chalcogen compound using an alkali metal ion-containing compound (S11) ;

알칼리 금속이 층간에 삽입된 전이금속칼코겐화합물과 촉매 입자 염화물을 유기용매에 혼합한 후 열처리하여 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정(S12);A process of replacing the alkali metal intercalated between the layers of the transition metal chalcogenide compound with catalyst particles by heat treatment after mixing the transition metal chalcogen compound and the catalyst particle chloride in which the alkali metal is intercalated in an organic solvent (S12);

촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 유기용매에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조하고, 상기 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩한 후 열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)을 포함한다.A catalyst precursor solution is prepared by dispersing the transition metal chalcogen compound introduced with the catalyst particles in an organic solvent, and the catalyst precursor solution is loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and then heat treated to obtain a catalyst structure It includes a manufacturing process (S13).

하나의 예에서, 상기 전이금속칼코게나이드화합물(TMDC)은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 어느 하나의 전이금속 원자와 셀레늄(Se), 황(S), 인(P) 및 텔루륨(Te) 중 적어도 하나의 칼코겐 원자가 결합된 화합물일 수 있다. 상기 전이금속칼코게나이드화합물은 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴 (MoSe2), 몰리브덴 텔루르화물(MoTe2), 이황화텅스텐(WS2) 및 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 전이금속 칼코게나이드화합물은 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2) 및 이셀레늄화텅스텐(WSe2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속칼코게나이드화합물은 이황화몰리브덴(MoS2) 일 수 있다.In one example, the transition metal chalcogenide compound (TMDC) is molybdenum (Mo), tungsten (W), tin (Sn), cadmium (Cd), vanadium (V), niobium (Nb), nickel (Ni) , a transition metal atom of any one of iron (Fe), copper (Cu), and zinc (Zn) and at least one chalcogen valence of selenium (Se), sulfur (S), phosphorus (P), and tellurium (Te) It may be a bound compound. The transition metal chalcogenide compound is molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), molybdenum telluride (MoTe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ) and tungsten diselenide (WSe 2 ) The group consisting of It may be one or more selected from. Specifically, the transition metal chalcogenide compound may be one or more selected from the group consisting of molybdenum disulfide (MoS 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), and tungsten diselenide (WSe 2 ). For example, the transition metal chalcogenide compound may be molybdenum disulfide (MoS 2 ).

도 4는 본 발명의 하나의 예에서, MoS2 의 구조를 보여주는 모식도이다. 도 4를 참조하면, 전이금속칼코게나이드 화합물인 MoS2 은 2H phase를 갖는다. MoS2 은 2~3 층을 가지며, 측 방향으로 약 100 nm 의 길이를 갖을 수 있다. 나아가, 상기 각 층간 간격은 판데르발스 힘에 의해 1nm 내외로 유지될 수 있다.4 is a schematic diagram showing the structure of MoS 2 in one example of the present invention. Referring to Figure 4, the transition metal chalcogenide compound MoS 2 has a 2H phase. MoS 2 Silver has 2-3 layers and may have a length of about 100 nm in the lateral direction. Furthermore, the interlayer spacing may be maintained at about 1 nm by the van der Waals force.

아울러, 상기 전이금속칼코게나이드화합물(TMDC)의 층간에 도입되는 촉매 입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 코발트(Co)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들며, 상기 촉매 입자는 코발트(Co)일 수 있다.In addition, the catalyst particles introduced between the layers of the transition metal chalcogenide compound (TMDC) are selected from the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni), platinum (Pt), tungsten (W) and cobalt (Co). There may be more than one. For example, the catalyst particles may be cobalt (Co).

알칼리 금속이온 함유 화합물을 이용하여 알칼리 금속을 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입시키는 과정(S11)The process of inserting an alkali metal between the layers of a transition metal chalcogen compound using an alkali metal ion-containing compound (S11)

먼저, 알칼리 금속을 전이금속칼코겐화합물의 층간 삽입을 위하여, 종래에 알려진 방식, 예를 들면 이온 교환법, 산-염기 반응, 수소 결합, 레독스(redox) 반 응, 전기화학 반응(예를 들면, electrochemical lithiation: 애노드로서 Li 포일, 그리고 MoS2-함유 캐소드를 사용함) 등과 같은 직접 층간 삽입 방법, 몰타르 및 페슬(pestle)를 이용하여 반응 혼합물을 그라인딩함으로써 고-고(solid-solid) 및 고-액(solid-liquid) 계면을 통하여 기계적으로 층간 삽입하는 방법 등을 사용할 수 있으나, 구체적인 예에서는 알칼리 금속 화합물(예를 들면, 리튬, 나트륨, 칼륨 등), 구체적으로 알칼리 금속 이온을 함유하는 화합물을 사용한 층간 삽입 방식을 적용할 수 있다. First, for intercalation of an alkali metal into an interlayer of a transition metal chalcogen compound, a conventionally known method, for example, an ion exchange method, an acid-base reaction, hydrogen bonding, a redox reaction, an electrochemical reaction (for example, , electrochemical lithiation: using a Li foil as anode, and a MoS2-containing cathode), etc., by grinding the reaction mixture using mortar and pestle, direct intercalation methods, etc. to obtain solid-solid and solid-liquid A method of mechanically intercalating through a (solid-liquid) interface may be used, but in a specific example, an alkali metal compound (eg, lithium, sodium, potassium, etc.), specifically a compound containing an alkali metal ion, may be used. An interlayer insertion method can be applied.

보다 구체적으로, 층간 삽입을 위하여 리튬 이온을 함유하는 화합물을 사용할 수 있다. 이러한 리튬 이온-함유 화합물의 예로서 n-부틸리튬(n-butyllithium), KOH, NaOH, NaCl, KCl. 또는 이의 조합을 들 수 있다. 상술한 리튬 층간 삽입은 유기 용매, 구체적으로 헥산, THF, 벤젠, 톨루엔 및 이의 조합으로부터 선택되는 유기 용매 내에서 수행될 수 있다. 이때, 리튬 이온-함유 화합물: 벌크 상의 MoS2의 몰 비는, 예를 들면 약 1 내지 10 : 1, 구체적으로 약 2 내지 7 : 1, 보다 구체적으로 약 3 내지 5 : 1 범위일 수 있으며, 또한 유기 용매 도입된(또는 용해된) 리튬 이온-함유 화합물의 농도는, 예를 들면 약 0.5 내지 3 M, 구체적으로 약 0.7 내지 2 M, 보다 구체적으로 약 1 내지 1.5 M 범위일 수 있다. More specifically, a compound containing lithium ions may be used for intercalation. Examples of such lithium ion-containing compounds include n-butyllithium, KOH, NaOH, NaCl, KCl. or a combination thereof. The lithium intercalation described above may be performed in an organic solvent, specifically, an organic solvent selected from hexane, THF, benzene, toluene, and combinations thereof. In this case, the molar ratio of the lithium ion-containing compound: MoS 2 in the bulk phase may be in the range of, for example, about 1 to 10: 1, specifically about 2 to 7: 1, more specifically about 3 to 5: 1, Also, the concentration of the organic solvent introduced (or dissolved) lithium ion-containing compound may range, for example, from about 0.5 to 3 M, specifically from about 0.7 to 2 M, more specifically from about 1 to 1.5 M.

구체적인 예에서, 전술한 층간 삽입 반응은 불활성 분위기, 예를 들면 질소, 아르곤, 네온 등의 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 또한 층간 삽입 반응은, 예를 들면 약 20 내지 60 ℃, 구체적으로 약 25 내지 40 ℃, 보다 구체적으로는 약 25 ℃ 에서, 예를 들면 적어도 약 24 시간(구체적으로 적어도 약 40 시간, 보다 구체적으 로 적어도 약 48 시간) 동안 수행될 수 있다. 이러한 반응 조건은 예시적인 것으로서, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In a specific example, the above-described intercalation reaction may be performed under an inert atmosphere, for example, nitrogen, argon, neon, or the like, and the intercalation reaction is, for example, about 20 to 60 ° C., specifically about 25 to about 25 ° C. 40° C., more specifically about 25° C., for example, for at least about 24 hours (specifically at least about 40 hours, more specifically at least about 48 hours). These reaction conditions are exemplary, and the present invention is not necessarily limited thereto.

전술한 바와 같이, 층간 삽입 과정에 의하여 알칼리 금속은 층상의 MoS2 화합물의 층 사이를 침투하면서 삽입된 결과, 예를 들면 LixMoS2(알칼리 금속이 리튬인 경우)를 형성할 수 있다.As described above, by the intercalation process, the alkali metal is inserted while penetrating between the layers of the layered MoS2 compound, for example, LixMoS 2 (when the alkali metal is lithium) may be formed.

도 5는 본 발명의 하나의 예에서, 리튬 이온이 MoS2 층간에 삽입된 LixMoS2의 구조를 보여주는 모식도이다. 도 5를 참조하면, 전기음속도의 변화 때문에 MoS2 의 phase 가 1T' 로 변할 수 있다. 5 is a schematic diagram showing a structure of LixMoS 2 in which lithium ions are intercalated between MoS 2 layers in an example of the present invention. Referring to FIG. 5 , the phase of MoS 2 may be changed to 1T' due to the change in the electron velocity.

전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정(S12)The process of replacing the alkali metal inserted between the layers of the transition metal chalcogen compound with catalyst particles (S12)

하나의 예에서, 본 발명은 상기 알칼리 금속이 층간에 삽입된 전이금속칼코겐화합물과 촉매 입자 염화물을 유기용매에 혼합한 후 열처리하여 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정을 포함한다.In one example, the present invention mixes the transition metal chalcogen compound and the catalyst particle chloride in which the alkali metal is intercalated in an organic solvent and then heat-treats the alkali metal intercalated between the layers of the transition metal chalcogen compound as catalyst particles It involves the process of substituting.

상기 촉매 입자 염화물은 (Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 코발트(Co)로부터 선택되는 하나 이상의 촉매성분일 수 있으며, 구체적으로, (Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 코발트(Co)로부터 선택되는 하나 이상의 염, 산화물 또는 화합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 촉매 입자 염화물은 Fe(NO3)2·6H2O, Fe(NO3)2·9H2O, Fe(NO3)3, Fe(OAc)2, Ni(NO3)2·6H2O, Co(NO3)2·6H2O, Co2(CO)8, [Co2(CO)6(t-BuC=CH)] 및 Co(OAc)2 로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매 입자 염화물은 Co(NO3)2·6H2O 일 수 있다.The catalyst particle chloride may be one or more catalyst components selected from (Fe), nickel (Ni), platinum (Pt), tungsten (W) and cobalt (Co), specifically, (Fe), nickel (Ni) , platinum (Pt), tungsten (W) and cobalt (Co) may be one or more salts, oxides or compounds. More specifically, the catalyst particle chloride is Fe(NO 3 ) 2 ·6H 2 O, Fe(NO 3 ) 2 ·9H 2 O, Fe(NO 3 ) 3 , Fe(OAc) 2 , Ni(NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, Co 2 (CO) 8 , [Co 2 (CO)6(t-BuC=CH)] and Co(OAc) 2 may be selected from the group consisting of have. For example, the catalyst particle chloride may be Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O.

구체적인 예에서, 상기 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정은 리튬 이온이 삽입된 MoS2를 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 코발트 염화물과 함께 60 내지 120 ℃ 온도에서 48 시간동안 반응시킬 수 있다.In a specific example, the process of replacing the alkali metal inserted between the layers of the transition metal chalcogen compound with catalyst particles is the lithium ion intercalated MoS 2 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), cobalt chloride 60 to The reaction can be carried out at a temperature of 120 °C for 48 hours.

도 6은 본 발명의 하나의 예에서, 리튬 이온이 Co 입자로 치환되어, Co 입자가 삽입된 Co-MoS2 의 모습을 나타낸 모식도이다.6 is a schematic diagram showing a state of Co-MoS 2 in which lithium ions are substituted with Co particles in an example of the present invention, and Co particles are inserted.

도 6을 참조하면, MoS2 phase 는 2H로 되돌아온다. 이때, Co 입자의 직경은 판데르발스힘에 의한 MoS2 의 제한된 층간 간격 때문에 약 3 내지 5 nm 로 일정할 수 있다.Referring to Figure 6, MoS 2 phase returns to 2H. At this time, the diameter of the Co particles may be constant to about 3 to 5 nm due to the limited interlayer spacing of MoS 2 due to the van der Waals force.

열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)Process of manufacturing a catalyst structure by heat treatment (S13)

하나의 예에서, 본 발명은 상기 촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 유기용매에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조하고, 상기 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여있는 SiO2/Si 기판 상에 로딩한 후 열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)을 포함한다.In one example, the present invention prepares a catalyst precursor solution by dispersing the transition metal chalcogen compound into which the catalyst particles are introduced in an organic solvent, and the catalyst precursor solution is placed in a chemical vapor deposition chamber on a SiO 2 /Si substrate It includes a process (S13) of preparing a catalyst structure by heat-treating after loading.

도 7은 본 발명의 하나의 예에서, 촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 CVD 챔버 에서 열처리하여 촉매 구조체로 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다.7 is a diagram schematically illustrating a process of preparing a catalyst structure by heat-treating a transition metal chalcogen compound into which catalyst particles are introduced in a CVD chamber in one example of the present invention.

먼저, 상기 촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 유기용매에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조한다. 예를 들어, Co-MoS2 에탄올에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조할 수 있다.First, a catalyst precursor solution is prepared by dispersing the transition metal chalcogen compound into which the catalyst particles are introduced in an organic solvent. For example, Co-MoS 2 A catalyst precursor solution may be prepared by dispersing in ethanol.

그리고, 상기 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 드롭 드라이(drop-dry) 방법으로 로딩할 수 있다. 구체적으로, 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩하고, 아르곤, 메탄 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체 분위기에서 열처리하는 과정을 포함한다.In addition, the catalyst precursor solution may be loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber by a drop-dry method. Specifically, the catalyst precursor solution is loaded onto a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and heat treatment is performed in one or more gas atmospheres selected from the group consisting of argon, methane and hydrogen.

도 8은 본 발명의 하나의 예에서, 촉매 전구체 용액을 열처리하는 과정에서 시간에 따른 온도 및 가스 분위기를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing temperature and gas atmosphere according to time in a process of heat-treating a catalyst precursor solution in an example of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 촉매 전구체 용액을 열처리하는 과정은 아르곤 기체 분위기에서 700 내지 1100 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정; 수소 및 메탄 기체 분위기에서 800 내지 1200 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정; 및 아르곤 및 수소 기체 분위기에서 상온으로 냉각하는 과정을 포함한다.Referring to FIG. 8 , the heat treatment of the catalyst precursor solution includes heat treatment at a temperature ranging from 700 to 1100° C. in an argon gas atmosphere; The process of heat treatment in a temperature range of 800 to 1200 ℃ in hydrogen and methane gas atmosphere; and cooling to room temperature in an argon and hydrogen gas atmosphere.

구체적인 예에서, 촉매 전구체 용액을 SiO2/Si 기판 위에 드롭-드라이(Drop & Dry) 방법으로 로딩할 수 있다. 약 10분간 CVD 챔버에서 공기를 빼내어, 약 100 mTorr의 진공도를 만들 수 있다. 예를 들어, 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 1시간 동안 900 ℃ 로 온도를 높인다. 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 2시간 동안 900 ℃를 유지시키고, 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 30분 동안 950 ℃로 온도를 높인다. 이러한 하소(Calcination) 과정에서, 황(S)성분이 휘발되어 제거된다. 그리고, 50 sccm의 H2, 300 sccm의 CH4 흐름 하에서 30분 동안 950℃를 유지 시킨다. 다음으로, 1000 sccm의 Ar, 50 sccm의 H2의 흐름 하에서 상온으로 냉각시킨다. 그러면, Mo-Co 합금촉매를 제조할 수 있다.In a specific example, the catalyst precursor solution may be loaded on a SiO 2 /Si substrate by a drop-dry method. A vacuum of about 100 mTorr can be created by evacuating the CVD chamber for about 10 minutes. For example, the temperature is raised to 900° C. for 1 hour under an Ar flow of 1000 sccm. 900 °C was maintained for 2 hours under an Ar flow of 1000 sccm, and the temperature was raised to 950 °C for 30 minutes under an Ar flow of 1000 sccm. In this calcination process, the sulfur (S) component is volatilized and removed. And, 50 sccm of H 2 , 300 sccm of CH 4 is maintained at 950° C. for 30 minutes under a flow. Next, 1000 sccm of Ar, 50 sccm of H 2 It is cooled to room temperature under the flow. Then, a Mo-Co alloy catalyst can be prepared.

도 9는 본 발명의 하나의 예에서, MoS2 에서 황(S) 성분이 휘발되어 제거되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 하나의 예에서, 제조된 Mo-Co 합금 촉매를 나타낸 도면이다.9 is a view schematically showing a state in which sulfur (S) component is volatilized and removed from MoS 2 in an example of the present invention, and FIG. 10 is a Mo-Co alloy prepared in one example of the present invention It is a drawing showing a catalyst.

도 9 내지 도 10을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 하소(Calcination) 과정에서 황 성분이 휘발되어 제거되고, 균일한 직경(D)을 가진 촉매구조체를 제조할 수 있다. 예를 들어, Mo-Co 합금촉매를 제조할 수 있다.9 to 10 , as described above, the sulfur component is volatilized and removed during the calcination process, and a catalyst structure having a uniform diameter (D) can be prepared. For example, a Mo-Co alloy catalyst can be prepared.

탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20)Manufacturing carbon nanotubes (S20)

본 발명은 일 실시예에서, 물리기상증착법으로 촉매 구조체와 탄소원을 반응시켜 평균입경 4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20)를 포함한다.In one embodiment, the present invention includes a step (S20) of preparing carbon nanotubes having an average particle diameter of 4 to 6 nm by reacting a catalyst structure with a carbon source by a physical vapor deposition method.

하나의 예에서, 상기 탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20)는 화학기상증착법으로 촉매 구조체의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 과정(S21) 및 탄소나노튜브가 성장된 촉매 구조체를 산처리하여 상기 촉매 구조체를 제거하는 과정을 포함한다.In one example, the manufacturing of the carbon nanotubes (S20) includes the process of growing carbon nanotubes on the surface of the catalyst structure by chemical vapor deposition (S21) and acid treatment of the catalyst structure on which the carbon nanotubes are grown. and removing the catalyst structure.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 전이금속칼코겐화합물이 자연적으로 균일한 간격을 가지고 적층되어 있는 다층의 TMDC를 기틀로 사용함으로써 촉매물질이 균일한 직경의 나노입자로 성장될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 균일한 직경을 갖는 촉매 구조체를 제조할 수 있으며, 상기 촉매 구조체를 전구체로 이용하여 균일한 직경을 갖는 탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 평균 직경은 4 내지 6 nm 일 수 있다. 한편, 메탄 또는 아세틸렌 등의 탄화수도는 800 ℃ 이상의 온도에서 분해되어, 촉매에서 연속적으로 합성될 수 있다.As described above, the catalytic material can be grown into nanoparticles having a uniform diameter by using the multi-layered TMDC in which the transition metal chalcogen compound is naturally stacked at uniform intervals as a framework. Accordingly, in the present invention, a catalyst structure having a uniform diameter can be manufactured, and carbon nanotubes having a uniform diameter can be manufactured by using the catalyst structure as a precursor. For example, the average diameter of the carbon nanotubes may be 4 to 6 nm. On the other hand, hydrocarbons such as methane or acetylene are decomposed at a temperature of 800 °C or higher, and can be continuously synthesized in the catalyst.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 입경 분포가 4nm 내지 6nm 범위를 갖을 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 균일한 입경을 갖는 탄소나노튜브를 제조할 수 있다.In particular, according to the present invention, the carbon nanotubes may have a particle size distribution in the range of 4 nm to 6 nm. That is, according to the present invention, carbon nanotubes having a uniform particle size can be manufactured.

발열 잉크 조성물을 제조하는 단계(S30)Preparing the exothermic ink composition (S30)

본 발명은 일 실시예에서, 탄소나노튜브, 바인더 및 분산용매를 혼합하여 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계(S30)를 포함한다.In one embodiment, the present invention includes a step (S30) of preparing a heating ink composition by mixing carbon nanotubes, a binder, and a dispersion solvent.

구체적인 예에서, 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계는(S30), 4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브 1 내지 10 중량부, 바인더 2 내지 10 중량부 및 분산용매 85 내지 95 중량부를 혼합하는 과정을 포함한다.In a specific example, preparing the exothermic ink composition (S30) includes mixing 1 to 10 parts by weight of carbon nanotubes in the range of 4 to 6 nm, 2 to 10 parts by weight of a binder, and 85 to 95 parts by weight of a dispersion solvent do.

발열 잉크 조성물에서 탄소나노 발열 잉크 조성물을 튜브는 1 내지 10 중량부, 2 내지 8 중량부, 3 내지 6 중량부를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 평균 3 중량부를 포함할 수 있다. 만일, 상기 탄소나노튜브가 1 중량부 미만인 경우, 탄소나노튜브의 함량이 너무 적어서 원하는 발열 효율이 제공되지 않을 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우에는 탄소나토튜브의 함량이 너무 많아서 상기 탄소나노튜브가 서로 엉키는 문제가 발생할 수 있다.In the exothermic ink composition, the tube of the carbon nano exothermic ink composition may contain 1 to 10 parts by weight, 2 to 8 parts by weight, and 3 to 6 parts by weight, for example, it may include an average of 3 parts by weight. If the amount of the carbon nanotube is less than 1 part by weight, the desired heating efficiency may not be provided because the content of the carbon nanotube is too small. may cause problems with entanglement with each other.

아울러, 바인더는 2 내지 10 중량부, 3 내지 9 중량부, 4 내지 8 중량부, 5 내지 7 중량부를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 평균 5 중량부를 포함할 수 있다. 만일 바인더의 함량이 2 중량부 미만인 경우, 상기 탄소나노튜브가 분산용매 내에서 용이하게 분산되지 않을 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우, 발열 효율이 좋지 않을 수 있다.In addition, the binder may include 2 to 10 parts by weight, 3 to 9 parts by weight, 4 to 8 parts by weight, and 5 to 7 parts by weight, for example, may include an average of 5 parts by weight. If the content of the binder is less than 2 parts by weight, the carbon nanotubes may not be easily dispersed in the dispersion solvent, and if it exceeds 10 parts by weight, the exothermic efficiency may be poor.

나아가, 상기 분산용매는 85 내지 95 중량부를 포함할 수 있으며, 구체적으로 87 내지 94 중량부, 89 내지 93 중량부, 또는 91 내지 92 중량부를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 평균 92 중량부를 포함할 수 있다.Further, the dispersion solvent may contain 85 to 95 parts by weight, specifically 87 to 94 parts by weight, 89 to 93 parts by weight, or 91 to 92 parts by weight, for example, including an average of 92 parts by weight can do.

하나의 예에서, 상기 바인더는, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스터, 멜라민, 염화비닐, 폴리이미드, 폴리올레핀, 페놀, PVA, 에폭시, 실리콘, 및 불소 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 분산용매는, 도데실술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐부티랄, 폴리바이닐 알코올, 트리톤x-100 및 폴리아크릴릭애씨드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one example, the binder may include at least one selected from the group consisting of polyurethane, acrylic, polyester, melamine, vinyl chloride, polyimide, polyolefin, phenol, PVA, epoxy, silicone, and fluororesin. can In addition, the dispersion solvent includes at least one selected from the group consisting of sodium dodecylsulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate, polyvinylpyrrolidone, polyvinylbutyral, polyvinyl alcohol, Triton x-100, and polyacrylic acid. can do.

예를 들어, 바인더는 에틸셀룰로오스일 수 있으며, 분산용매는 테르피네올일 수 있다.For example, the binder may be ethyl cellulose, and the dispersion solvent may be terpineol.

한편, 상기 발열 잉크 조성물은 추가의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가제는 소포제, 계면활성제, 동결방지제, 수계 증점제, 방부제, 가소제 및 pH 완충제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.Meanwhile, the exothermic ink composition may further include an additional additive, and the additive may be at least one selected from the group consisting of an antifoaming agent, a surfactant, an anti-freezing agent, an aqueous thickener, a preservative, a plasticizer, and a pH buffer.

발열잉크heat ink

본 발명은 앞서 설명한 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법에 따라 제조된 발열잉크를 제공한다. 본 발명에 따른 발열잉크는 균일한 입경을 갖는 탄소나노튜브를 포함하여 탄소나노튜브 가닥들의 응집을 최소화할 뿐만 아니라, 물리화학적 특성을 극대화할 수 있다. 한편, 본 발명에 따라 제조되는 발열잉크는 평균 25 ℃ 온도에서 1,000 내지 50,000 cP 범위의 점도를 갖을 수 있다.The present invention provides a heating ink prepared according to the method for producing the carbon nanotube heating ink described above. The exothermic ink according to the present invention can minimize the aggregation of carbon nanotube strands, including carbon nanotubes having a uniform particle size, as well as maximize physicochemical properties. On the other hand, the heating ink prepared according to the present invention may have a viscosity in the range of 1,000 to 50,000 cP at an average temperature of 25 ℃.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

합성예Synthesis example

1. One. MoSMoS 22 합성 synthesis

몰리브덴헥사카르보닐(Mo(CO)6)과 1-도대칸티올(1-dodecanethiol (CH3(CH2)10CH2SH))을 소량의 트리옥필포스핀(trioctylphosphine)이 첨가된 올레산(oleic acid) 용매에 넣고, 300 ℃ 에서 6시간 반응시켜 MoS2를 합성하였다.Molybdenum hexacarbonyl (Mo(CO) 6 ) and 1-dodecanethiol (CH 3 (CH 2 ) 10 CH 2 SH)) with a small amount of trioctylphosphine added with oleic acid (oleic acid) acid), and reacted at 300 °C for 6 hours to synthesize MoS 2 .

도 11은 합성예에서 합성된 MoS2 을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다. 도 11에서 흰색 점선 안에 옥색으로 보이는 MoS2 이 관찰되었다.11 is a photograph taken with a transmission electron microscope of MoS 2 synthesized in Synthesis Example. In FIG. 11 , MoS 2 shown in the turquoise color was observed in the white dotted line.

2. 2. MoSMoS 22 층간에 between floors LiLi 이온 삽입 ion insertion

합성된 MoS2 층간에 Co 나노 파티클을 합성하기 위해서, 먼저 Li 이온을 삽입하는 과정을 거친다. 보다 구체적으로, 1.2 M 농도의 n-부틸리튬용액에 합성예에서 합성한 MoS2 를 함침시킨 후 Ar 내지 N2 분위기에서 48시간 동안 반응시켜, 상기 MoS2 층간에 Li 이온을 삽입시켜 LixMoS2 를 제조하였다.In order to synthesize Co nanoparticles between the synthesized MoS 2 layers, Li ions are first inserted. More specifically, MoS 2 synthesized in Synthesis Example in a 1.2 M n-butyllithium solution After being impregnated with Ar to N 2 and reacted in an atmosphere for 48 hours, Li ions were inserted between the MoS 2 layers to prepare LixMoS 2 .

도 12는 Li 이온이 MoS2 층간에 삽입된 LixMoS2 을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다. 도 12의 흰색 점선원안에 옥색으로 보이는 것이 LixMoS2이다.12 is a picture taken with a transmission electron microscope of LixMoS 2 in which Li ions are intercalated between MoS 2 layers. LixMoS 2 is shown in turquoise in the white dotted circle in FIG. 12 .

3. 3. MoSMoS 22 층간에 Co 나노입자 합성 Interlayer Co Nanoparticle Synthesis

Li 이온을 Co 나노 파티클로 치환하기 위하여, Li 이온이 삽입 되어진 MoS2를 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), Co 전구체와 함께 80 ℃의 온도에서 48시간 동안 반응시켜 Co-MoS2 를 제조하였다.In order to replace Li ions with Co nanoparticles, MoS 2 into which Li ions are inserted was reacted with NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone) and Co precursors at 80 ° C. for 48 hours to prepare Co-MoS 2 did

도 13은 합성된 Co-MoS2 을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다. 도 13에서, 색 점선원안에 파란색으로 나타낸 것은 Co-MoS2이다.13 is a picture taken with a transmission electron microscope of the synthesized Co-MoS 2 . In FIG. 13 , the color indicated in blue in the colored dotted circle is Co-MoS 2 .

촉매 catalyst 제조예production example

1. One. MoMo -Co 합금 촉매의 제조Preparation of -Co alloy catalyst

합성예에서 합성된 Co-MoS2 을 에탄올에 분산시켜 CNT 촉매 전구체 용액을 준비하였다.Co-MoS 2 synthesized in Synthesis Example was dispersed in ethanol to prepare a CNT catalyst precursor solution.

상기 CVD 챔버 내에 놓여있는 SiO2/Si 기판 위에, 상기 CNT 촉매 전구체 용액을 드롭-드라이(Drop-dry) 방법으로 로딩(loading) 한다. 그리고, 약 10분 동안 CVD 챔버에서 공기를 제거하여, 약 100 mTorr 의 진공도를 만든다.On the SiO 2 /Si substrate placed in the CVD chamber, the CNT catalyst precursor solution is loaded by a drop-dry method. Then, air is removed from the CVD chamber for about 10 minutes to create a vacuum degree of about 100 mTorr.

그리고, 진공 상태의 CVD 챔버를 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 1시간 동안 900 ℃로 온도를 높여 주었다. 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 2시간 동안 900 ℃를 유지 시키고, 1000 sccm의 Ar 흐름 하에서 30분 동안 950 ℃로 온도를 높인다. Then, the temperature of the CVD chamber in a vacuum state was increased to 900° C. for 1 hour under an Ar flow of 1000 sccm. It was maintained at 900 °C for 2 hours under an Ar flow of 1000 sccm, and the temperature was raised to 950 °C for 30 minutes under an Ar flow of 1000 sccm.

이러한 하소(Calcination) 과정에서, 황(S)성분이 휘발되어 제거된다. 그리고, 50 sccm의 H2, 300 sccm의 CH4 흐름 하에서 30분 동안 950 ℃를 유지 시킨 후, 1000 sccm의 Ar, 50 sccm의 H2의 흐름 하에서 상온으로 냉각시켰다.In this calcination process, the sulfur (S) component is volatilized and removed. And, after maintaining 950 °C for 30 minutes under a flow of 50 sccm H 2 and 300 sccm CH 4 , it was cooled to room temperature under a flow of 1000 sccm Ar and 50 sccm H 2 .

이에 따라, 평균 직경이 균일한 Mo-Co 합금 촉매를 제조하였다.Accordingly, a Mo-Co alloy catalyst having a uniform average diameter was prepared.

2. 2. MoMo -Co 합금 촉매를 이용한 탄소나노튜브 제조-Manufacturing of carbon nanotubes using Co alloy catalyst

상기 Mo-Co 합금 촉매를 포함하는 CVD 챔버 내에서 CVD 공정을 진행하여 탄소나노튜브를 제조하였다. 구체적으로, CVD공정은 CVD 챔버내에 Ar/H2/CH4 가스를 흘려보내면서 진행하였다.Carbon nanotubes were manufactured by performing a CVD process in a CVD chamber containing the Mo-Co alloy catalyst. Specifically, the CVD process was performed while flowing Ar/H 2 /CH 4 gas into the CVD chamber.

균일한 직경을 가진 Mo-Co 합금촉매의 표면에, 탄소성분이 증착되고 성장하면서, 균일한 직경을 가진 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 제조되었다. 한편, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)에 포함된 Mo-Co 합금촉매는 산처리하여 제거하였다.Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with uniform diameters were manufactured while carbon components were deposited and grown on the surface of the Mo-Co alloy catalyst having a uniform diameter. On the other hand, the Mo-Co alloy catalyst contained in the multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) was removed by acid treatment.

도 14는 제조된 다중벽탄소나노튜브를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.14 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the manufactured multi-wall carbon nanotube.

도 14를 참조하면, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)의 직경이 4~6nm로 거의 균일한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14 , it can be seen that the diameter of the multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) is almost uniform, ranging from 4 to 6 nm.

실시예Example 1. 발열잉크 제조 1. Manufacture of heating ink

제조예에서 제조된 다중벽 탄소나노튜브 다발 3.0g, 에틸 셀룰로오스(ETHOCEL, standard 45, Dow Chemical Corp, USA) 5.0g을 테르피네올(Terpineol) 분산 용매 92.0g에 첨가하여 혼합 및 180분 동안 60 ℃의 온도에서 교반 후 상온에서 3-Roll Mill 장비로 60분 동안 밀링하여 발열잉크를 제조하였다.3.0 g of the multi-walled carbon nanotube bundle prepared in Preparation Example, 5.0 g of ethyl cellulose (ETHOCEL, standard 45, Dow Chemical Corp, USA) was added to 92.0 g of a terpineol dispersion solvent, mixed and 60 for 180 minutes After stirring at a temperature of ℃, the exothermic ink was prepared by milling at room temperature for 60 minutes with a 3-Roll Mill equipment.

도 15는 실시예 1에서 제조된 발열잉크 흐름성 및 점도를 촬영한 사진이다. 도 15를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 발열잉크의 흐름성은 우수하였으며, 점도는 약 18,000 cP 였다.15 is a photograph of the flowability and viscosity of the exothermic ink prepared in Example 1. Referring to FIG. 15 , the flowability of the exothermic ink prepared in Example 1 was excellent, and the viscosity was about 18,000 cP.

비교예comparative example 1. 발열잉크 제조 1. Manufacture of heating ink

상업용 다중벽 탄소나노튜브(한화나노텍, 제품명 CM-95)를 사용한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 발열잉크를 제조하였다. 한편, 상업용 다중벽 탄소나노튜브는 직경이 균일하지 않았으며, 평균 직경은 12.5 ㎚였다. 아울러, 평균 길이가 15.0 ㎛이었다.A heating ink was prepared in the same manner as in Example 1, except that commercial multi-walled carbon nanotubes (Hanwha Nanotech, product name: CM-95) were used. On the other hand, commercial multi-walled carbon nanotubes were not uniform in diameter, and the average diameter was 12.5 nm. In addition, the average length was 15.0 µm.

실시예Example 2. 면상 발열체 제조 2. Manufacture of planar heating element

실시예 1에서 제조한 발열잉크를 이용하여 면상 발열체를 제조하였다. 구체적으로, 폴리이미드(Polyimide) 필름위에 실시예 1에서 제조된 탄소나노튜브 발열 잉크를 스크린 인쇄 장비를 이용하여 도포 후 도전성 페이스트인 은(Ag) 페이스트를 패턴 인쇄하여 전극을 형성하여, 300℃ 온도에서 건조 열처리 하였으며 전압인가를 목적으로 전선을 은 페이스트 전극 부위에 접착하여 탄소나노튜브 발열 면상체를 제조하였다.A planar heating element was prepared using the heating ink prepared in Example 1. Specifically, the carbon nanotube heating ink prepared in Example 1 is applied on a polyimide film using screen printing equipment, and then a conductive paste, silver (Ag) paste, is pattern-printed to form an electrode, and the temperature is 300°C. Dry heat treatment was carried out in a carbon nanotube heating planar body by attaching an electric wire to the silver paste electrode part for the purpose of applying a voltage.

비교예comparative example 2. 면상 발열체 제조 2. Manufacture of planar heating element

상기 비교예 1의 면상발열체 페이스트를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하였다.It was carried out in the same manner as in Example 2, except that the planar heating element paste of Comparative Example 1 was used.

실험예Experimental example 1. 발열 특성 및 발열 이미지 분석 1. Thermal Characteristics and Thermal Image Analysis

실시예 2와 비교예 2에서 제조된 면상 발열체의 표면을 IR 화상 카메라로 관찰하여 그 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 탄소나노튜브 면상 발열체는 기존의 탄소나노튜브 면상 발열체보다 표면이 고르게 형성됨을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 2 및 비교예 2의 면상발열체에 직류전원 공급장치로 500 mA 의 전류를 공급한 후 온도가 더 이상 변하지 않는 상태에서 열화상카메라를 이용하여 온도를 측정하였다.The surface of the planar heating element prepared in Example 2 and Comparative Example 2 was observed with an IR imaging camera, and the results are shown in FIG. 16 . As shown in FIG. 16, it can be seen that the surface of the carbon nanotube planar heating element according to the present invention is formed more evenly than that of the conventional carbon nanotube planar heating element. Specifically, after supplying a current of 500 mA to the planar heating element of Example 2 and Comparative Example 2 as a DC power supply device, the temperature was measured using a thermal imaging camera in a state where the temperature no longer changes.

실험예Experimental example 2. 발열성 분석 2. Exothermic analysis

실시예 2과 비교예 2에서 제조된 탄소발열페이스트가 도포된 필름에 전원 공급 장치(DC 2.5 V ~ 10 V)를 연결하여 발열 성능을 측정하여 그 결과를 도 17에 그래프로 표현하였다. 전압은 총 60분동안 전달해주었고 그에 대한 온도변화값을 연속적으로 측정하였다.A power supply (DC 2.5 V ~ 10 V) was connected to the film coated with the carbon heating paste prepared in Example 2 and Comparative Example 2 to measure the heating performance, and the results are graphically represented in FIG. 17 . Voltage was delivered for a total of 60 minutes, and the temperature change value was continuously measured.

그리고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.And, the results are shown in Table 1 below.

Applied voltage
(60 min)
applied voltage
(60 min)
Sat. TemperatureSat. Temperature Max. TemperatureMax. Temperature
비교예2
(℃)
Comparative Example 2
(℃)
실시예2
(℃)
Example 2
(℃)
비교예2
(℃)
Comparative Example 2
(℃)
실시예2
(℃)
Example 2
(℃)

(실시예2
-비교예2)

(Example 2
-Comparative Example 2)
2.5 V2.5 V 25 ~ 2725 to 27 25 ~ 2725 to 27 28.428.4 28.328.3 -0.1-0.1 5 V5 V 32 ~ 3432 to 34 42 ~ 4542 to 45 37.137.1 49.849.8 12.712.7 7.5 V 7.5 V 53 ~ 5553 to 55 70 ~ 7270 to 72 58.758.7 77.377.3 18.618.6 10 V10 V 85 ~ 8785 to 87 98 ~ 10098 to 100 91.191.1 103.0103.0 11.911.9

표1과 도17을 참조하면, 비교예 대비 실시예에서의 발열 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 17, it can be seen that the heat generation performance of the Example compared to the Comparative Example is excellent.

Claims (11)

전이금속칼코겐화합물(TMDC, transition metal dichalcogenide)의 층간에 촉매 입자를 도입시켜 촉매 구조체를 형성하는 단계(S10);
물리기상증착법으로 촉매 구조체와 탄소원을 반응시켜 평균입경 4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브를 제조하는 단계(S20); 및
탄소나노튜브, 바인더 및 분산용매를 혼합하여 발열 잉크 조성물을 제조하는 단계(S30)를 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
Forming a catalyst structure by introducing catalyst particles between the layers of a transition metal chalcogenide (TMDC, transition metal dichalcogenide) (S10);
preparing carbon nanotubes having an average particle diameter of 4 to 6 nm by reacting the catalyst structure with a carbon source by physical vapor deposition (S20); and
A method for producing a carbon nanotube heating ink comprising the step (S30) of preparing a heating ink composition by mixing carbon nanotubes, a binder, and a dispersion solvent.
제 1 항에 있어서,
탄소나노튜브는, 입경 분포가 4nm 내지 6nm 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon nanotube, a method for producing a carbon nanotube heating ink, characterized in that having a particle size distribution in the range of 4nm to 6nm.
제 1 항에 있어서,
전이금속칼코겐화합물은, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴 (MoSe2), 몰리브덴 텔루르화물(MoTe2), 이황화텅스텐(WS2) 및 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
Transition metal chalcogen compounds are from the group consisting of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), molybdenum telluride (MoTe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ) and tungsten diselenide (WSe 2 ) A method for producing one or more selected carbon nanotube heating inks.
제 1 항에 있어서,
촉매 입자는, 철(Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 코발트(Co)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst particles are at least one selected from the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni), platinum (Pt), tungsten (W) and cobalt (Co).
제 1 항에 있어서,
촉매 구조체를 형성하는 단계(S10)는,
알칼리 금속이온 함유 화합물을 이용하여 알칼리 금속을 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입시키는 과정(S11);
알칼리 금속이 층간에 삽입된 전이금속칼코겐화합물과 촉매 입자 염화물을 유기용매에 혼합한 후 열처리하여 전이금속칼코겐화합물의 층간에 삽입된 알칼리 금속을 촉매 입자로 치환시키는 과정(S12);
촉매 입자가 도입된 전이금속칼코겐화합물을 유기용매에 분산시켜 촉매 전구체 용액을 제조하고, 상기 촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩한 후 열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)을 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
Forming the catalyst structure (S10),
The process of inserting an alkali metal between the layers of a transition metal chalcogen compound using an alkali metal ion-containing compound (S11);
A process of replacing the alkali metal intercalated between the layers of the transition metal chalcogenide compound with catalyst particles by heat treatment after mixing the transition metal chalcogen compound and the catalyst particle chloride in which the alkali metal is intercalated in an organic solvent (S12);
A catalyst precursor solution is prepared by dispersing the transition metal chalcogen compound introduced with the catalyst particles in an organic solvent, and the catalyst precursor solution is loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and then heat treated to obtain a catalyst structure A method of manufacturing a carbon nanotube heating ink comprising a manufacturing process (S13).
제 5 항에 있어서,
열처리하여 촉매 구조체를 제조하는 과정(S13)은,
촉매 전구체 용액을 화학기상증착 챔버 내에 놓여잇는 SiO2/Si 기판 상에 로딩하고, 아르곤, 메탄 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체 분위기에서 열처리하되,
아르곤 기체 분위기에서 700 내지 1100 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정;
수소 및 메탄 기체 분위기에서 800 내지 1200 ℃ 온도 범위로 열처리하는 과정; 및
아르곤 및 수소 기체 분위기에서 상온으로 냉각하는 과정을 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The process of preparing a catalyst structure by heat treatment (S13) is,
A catalyst precursor solution is loaded on a SiO 2 /Si substrate placed in a chemical vapor deposition chamber, and heat-treated in one or more gas atmospheres selected from the group consisting of argon, methane and hydrogen,
The process of heat treatment at a temperature range of 700 to 1100 °C in an argon gas atmosphere;
The process of heat treatment in a temperature range of 800 to 1200 ℃ in hydrogen and methane gas atmosphere; and
A method for producing a carbon nanotube exothermic ink comprising the process of cooling to room temperature in an argon and hydrogen gas atmosphere.
제 1 항에 있어서,
탄소나노튜브를 제조하는 단계는(S20),
화학기상증착법으로 촉매 구조체의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 과정(S21) 및
탄소나노튜브가 성장된 촉매 구조체를 산처리하여 상기 촉매 구조체를 제거하는 과정을 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of manufacturing the carbon nanotube (S20),
The process of growing carbon nanotubes on the surface of the catalyst structure by chemical vapor deposition (S21) and
A method for producing a carbon nanotube exothermic ink comprising the step of removing the catalyst structure by acid-treating the catalyst structure in which the carbon nanotubes are grown.
제 1 항에 있어서,
발열 잉크 조성물을 제조하는 단계는(S30),
4 내지 6 nm 범위의 탄소나노튜브 1 내지 10 중량부, 바인더 2 내지 10 중량부 및 분산용매 85 내지 95 중량부를 혼합하는 과정을 포함하는 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the exothermic ink composition (S30),
1 to 10 parts by weight of carbon nanotubes in the range of 4 to 6 nm, 2 to 10 parts by weight of a binder, and 85 to 95 parts by weight of a dispersion solvent A method for producing a carbon nanotube exothermic ink.
제 8 항에 있어서,
바인더는, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스터, 멜라민, 염화비닐, 폴리이미드, 폴리올레핀, 페놀, PVA, 에폭시, 실리콘, 및 불소 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The binder, polyurethane, acryl, polyester, melamine, vinyl chloride, polyimide, polyolefin, phenol, PVA, epoxy, silicone, and carbon nanotube heat generating that includes at least one selected from the group comprising a fluororesin A method for producing ink.
제 8 항에 있어서,
분산용매는, 테르피네올, 도데실술폰산나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐부티랄, 폴리바이닐 알코올, 트리톤x-100 및 폴리아크릴릭애씨드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The dispersion solvent is at least one carbon selected from the group consisting of terpineol, sodium dodecylsulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate, polyvinylpyrrolidone, polyvinylbutyral, polyvinyl alcohol, triton x-100 and polyacrylic acid. Method for manufacturing nanotube heating ink.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 탄소나노튜브 발열잉크의 제조방법에 따라 제조되며, 평균 25 ℃ 온도에서 1,000 내지 50,000 cP 범위의 점도를 갖는 발열잉크.[Claim 11] A heating ink produced according to the method for producing a carbon nanotube heating ink according to any one of claims 1 to 10, and having a viscosity in the range of 1,000 to 50,000 cP at an average temperature of 25 °C.
KR1020200165303A 2020-12-01 2020-12-01 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method KR102488985B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200165303A KR102488985B1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200165303A KR102488985B1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220076621A true KR20220076621A (en) 2022-06-08
KR102488985B1 KR102488985B1 (en) 2023-01-13

Family

ID=81980897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200165303A KR102488985B1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102488985B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100574030B1 (en) 2003-12-04 2006-04-26 한남대학교 산학협력단 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method
KR101151281B1 (en) 2009-06-02 2012-06-08 (주) 파카알지비 Exothermic breathable film having heat generation function and exothermic fabric using the same
KR101155071B1 (en) 2009-09-17 2012-06-11 주식회사 나노솔루션 Electroconductive coating composition and preparing method thereof
KR101294596B1 (en) * 2012-02-09 2013-08-09 한화케미칼 주식회사 Composition and method of carbon nanotube paste for flat heating element device
KR20140028449A (en) 2012-08-29 2014-03-10 서강대학교산학협력단 Globular carbon particle, and preparing method of the same
WO2018013055A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 National University Of Singapore Composite materials and processes of manufacturing the same for use as high performance catalysts for water splitting

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100574030B1 (en) 2003-12-04 2006-04-26 한남대학교 산학협력단 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method
KR101151281B1 (en) 2009-06-02 2012-06-08 (주) 파카알지비 Exothermic breathable film having heat generation function and exothermic fabric using the same
KR101155071B1 (en) 2009-09-17 2012-06-11 주식회사 나노솔루션 Electroconductive coating composition and preparing method thereof
KR101294596B1 (en) * 2012-02-09 2013-08-09 한화케미칼 주식회사 Composition and method of carbon nanotube paste for flat heating element device
KR20140028449A (en) 2012-08-29 2014-03-10 서강대학교산학협력단 Globular carbon particle, and preparing method of the same
WO2018013055A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 National University Of Singapore Composite materials and processes of manufacturing the same for use as high performance catalysts for water splitting

Also Published As

Publication number Publication date
KR102488985B1 (en) 2023-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9755225B2 (en) Process for silicon nanowire-graphene hybrid mat
JP6939931B2 (en) Graphene powder manufacturing method
Li et al. Self-reducible copper inks composed of copper–amino complexes and preset submicron copper seeds for thick conductive patterns on a flexible substrate
KR101920092B1 (en) Electrochemical process for synthesis of graphene
WO2014021257A1 (en) Method for producing composite film comprising graphene and carbon nanotubes
US20200243844A1 (en) Process for producing metal nanowires and nanowire-graphene hybrid particulates
US11616224B2 (en) Process for producing semiconductor nanowires and nanowire-graphene hybrid particulates
WO2011016616A2 (en) Carbonaceous nanocomposite having novel structure and fabrication method thereof
KR101294223B1 (en) Fabricating method of large-area two dimensional graphene film
KR20120098810A (en) Method for applying carbon/tin mixtures to metal or alloy layers
Lee et al. Stable high-capacity lithium ion battery anodes produced by supersonic spray deposition of hematite nanoparticles and self-healing reduced graphene oxide
KR20110084627A (en) A carbon-based nano composite of novel structure and the method of preparing the same
US20100136225A1 (en) Group iva small particle compositions and related methods
KR101425376B1 (en) Large-area carbon nanomesh from polymer and method of preparing the same
CN113905976A (en) Carbon-carbon nanotube hybrid material and method for producing same
KR101573241B1 (en) Three-dimensional Grapheene Structure and Manufacturing method of Thereof and Elctrode using thereof
KR102488985B1 (en) Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method
KR20190123777A (en) Nickel Powder And Nickel Paste
Anichini et al. Synthesis and characterization of ultralong copper sulfide nanowires and their electrical properties
KR20160088172A (en) Preparation Methods of Metallic Films or Patterns Using Low Temperature Sintering of Carbon-Coated Copper Nanoparticle
US20210366707A1 (en) Transition metal chalcogenide for preparing metal nanostructures, metal nanostructures obtained thereby, electronic instrument including the same, and method for manufacturing the same
CN109473676A (en) Electrode slurry containing halogenated graphene nanometer sheet and its production and purposes
JP4984131B2 (en) Nanocarbon paste and method for producing nanocarbon emitter
Wang A 3D graphene-supported MoS 2 nanosphere and nanosheet heterostructure as a highly efficient free-standing hydrogen evolution electrode
US20220002877A1 (en) Method for aluminum electroless deposition

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant