KR20220079435A - 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 - Google Patents
희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220079435A KR20220079435A KR1020210151154A KR20210151154A KR20220079435A KR 20220079435 A KR20220079435 A KR 20220079435A KR 1020210151154 A KR1020210151154 A KR 1020210151154A KR 20210151154 A KR20210151154 A KR 20210151154A KR 20220079435 A KR20220079435 A KR 20220079435A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- network
- substrate
- sacrificial layer
- nanowire network
- conductive
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 title 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 145
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 28
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011370 conductive nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 9
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 16
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 16
- 229920000191 poly(N-vinyl pyrrolidone) Polymers 0.000 description 15
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- -1 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 8
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 7
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 7
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 5
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
- D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
- D01D5/0084—Coating by electro-spinning, i.e. the electro-spun fibres are not removed from the collecting device but remain integral with it, e.g. coating of prostheses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
Abstract
본 발명은 전도성 물질을 나노 네트워크 형태로 연결함에 있어서 표면거칠기를 최소화함과 함께 나노선 간의 접촉저항을 배제하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법은 기판 상에 나노선 네트워크를 형성하는 단계; 나노선 네트워크를 포함한 기판 전면 상에 희생층을 적층하는 단계; 나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계; 기판 전면 상에 전도성 물질을 적층하여, 희생층 상에 전도성 물질이 적층됨과 함께 나노선 네트워크가 제거된 부위에 전도성 물질이 채워지는 단계; 및 희생층을 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위에 채워진 전도성 물질로 이루어진 전도성 네트워크를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 물질을 나노 네트워크 형태로 연결함에 있어서 표면거칠기를 최소화함과 함께 나노선 간의 접촉저항을 배제하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법에 관한 것이다.
다양한 디스플레이 모듈의 투명전극으로 약 85%의 투과율과 15 Ω/sq의 면저항 특성을 갖는 ITO(indium tin oxide)가 널리 이용되고 있다. 그러나, ITO를 구성하는 인듐 성분은 매장량과 매장된 장소가 한정되어 있기 때문에 수급이 불안정하고, 가격이 비교적 고가이다. 또한, ITO 증착 공정을 진행하기 위해서는 고가의 부피가 큰 진공장비와 높은 유지비용이 요구되고, 부서지는 산화물의 특성상 유연전극에 적용하기에 적합하지 않다.
최근, 저온공정이 가능하고 유연성을 갖는 금속나노선을 이용한 투명전도막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉, 금속나노선을 이용하여 메쉬 형태로 투명전도막을 제조하고 이를 유연기판 등의 투명전극으로 활용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 대표적으로, 나노선 용액 등을 이용한 습식공정을 통해 금속나노선이 랜덤하게 분포되도록 하여 메쉬 형태의 투명전도막을 제조하는 방법을 이용하고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 금속나노선을 이용한 투명전도막의 경우, 금속나노선이 겹쳐진 형태로 투명전도막을 형성함에 따라 금속나노선 간의 접촉저항이 필연적으로 존재함과 함께 표면거칠기가 큰 단점이 있다. 또한, 금속나노선 간의 접촉저항을 저감시키기 위해 열처리, 레이저처리 등의 후처리가 요구되는데 이는 고분자 유연기판에는 접합치 않은 공정이다. 이와 함께, 종래 기술에 따른 습식공정은 극소수성을 띠는 기판에는 적용하기에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전도성 물질을 나노 네트워크 형태로 연결함에 있어서 표면거칠기를 최소화함과 함께 나노선 간의 접촉저항을 배제하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전도성 네트워크를 제조하는 과정에서 나노선 네트워크의 직경 및 밀도 그리고 희생층의 높이 등을 조절하여 전도성 네트워크의 선폭, 밀도 및 높이를 제어하며 이를 통해 전도성 네트워크의 전기적 특성 및 광학적 특성을 선택적으로 조절할 수 있는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법은 기판 상에 나노선 네트워크를 형성하는 단계; 나노선 네트워크를 포함한 기판 전면 상에 희생층을 적층하는 단계; 나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계; 기판 전면 상에 전도성 물질을 적층하여, 희생층 상에 전도성 물질이 적층됨과 함께 나노선 네트워크가 제거된 부위에 전도성 물질이 채워지는 단계; 및 희생층을 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위에 채워진 전도성 물질로 이루어진 전도성 네트워크를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 나노선 네트워크의 직경 및 밀도 그리고 희생층의 높이는 조절이 가능하며, 나노선 네트워크의 직경 및 높이 그리고 희생층의 높이 조절을 통해 전도성 네트워크의 선폭, 밀도 및 높이의 제어가 가능하다.
나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계;에서, 나노선 네트워크 상에 존재하는 희생층은 나노선 네트워크와 함께 제거되며, 기판 상에 존재하는 희생층은 잔존한다.
나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계;에서, 나노선 네트워크와 희생층은 서로 다른 용해 선택성을 구비하며, 용해액에 의한 나노선 네트워크의 제거시 희생층은 기판 상에 잔존한다.
상기 나노선 네트워크는 전기방사에 의해 형성될 수 있다.
전기방사장치의 공정조건을 통해 나노선 네트워크의 직경을 조절할 수 있으며, 전기방사장치의 니들 직경, 니들에 인가되는 전압 그리고 나노선 네트워크를 형성하는 물질이 포함된 용액의 농도 중 적어도 어느 하나 이상의 조절을 통해 기판 상에 형성되는 나노선 네트워크의 직경을 조절할 수 있다. 또한, 전기방사의 공정시간 조절을 통해 나노선 네트워크의 밀도를 조절할 수 있다. 이와 함께, 전기방사 공정 이후 열처리, 기화 용매 노출 등의 후처리를 이용해 나노선 네트워크의 직경, 높이, 표면거칠기, 기판과의 접착 등을 조절할 수 있다.
상기 기판은 유연기판, 반도체 기판, 절연기판, 신축성기판 중 어느 하나이다. 또한, 상기 전도성 물질은 도전성 금속, 탄소계 도전성 물질, 전도성 고분자, 전도성 나노입자 중 어느 하나 또는 이들의 조합이다.
본 발명에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
전도선 네트워크의 기하학적 형상을 정의하는 나노선 네트워크 그리고 희생층을 이용함에 따라, 전도성 네트워크의 선폭, 밀도 및 높이를 선택적으로 조절할 수 있으며 이를 통해 전도성 네트워크의 전기적 특성 및 광학적 특성의 제어가 가능하다.
또한, 종래의 금속나노선 연결 방식이 배제됨에 따라, 전도성 네트워크의 표면거칠기 및 전기저항 특성이 향상된다.
이와 함께, 전기저항 특성을 개선하기 위한 열처리, 레이저처리 등의 후처리 공정이 요구되지 않음에 따라, 유연기판 사용에 제한이 없으며, 기판의 성질과 무관하게 전도성 네트워크 공정을 적용할 수 있다.
아울러, 화학기상증착, 포토리소그래피, 식각 공정 등의 반도체 공정을 적용하지 않더라도 전도성 네트워크의 형성이 가능함에 따라, 대면적의 투명전극 제조가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 설명하기 위한 모식도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 4a 내지 도 4c 그리고 도 5a 내지 도 5d는 전기방사 공정시간에 따른 나노선 네트워크의 밀도를 나타낸 광학현미경 사진 및 SEM 사진.
도 6은 PVP가 형성된 기판에 대한 광학현미경 사진.
도 7a 내지 도 7c는 PMMA 또는 PVP가 제거된 기판에 대한 SEM 사진.
도 8은 PMMA 또는 PVP가 제거된 기판에 대한 AFM 분석결과.
도 9 및 도 10은 PMMA 또는 PVP가 제거된 부위에 Ag가 채워져 전도성 네트워크를 형성한 기판에 대한 광학현미경 및 SEM 사진.
도 11은 전도성 네트워크가 형성된 기판에 대한 AFM 분석결과.
도 12a 내지 도 12c는 유리기판, PET 기판, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 기판 각각에 전도성 네트워크를 형성한 것에 대한 사진.
도 13은 전도성 네트워크가 형성된 기판의 광투과도 특성을 나타낸 실험결과.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 설명하기 위한 모식도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 4a 내지 도 4c 그리고 도 5a 내지 도 5d는 전기방사 공정시간에 따른 나노선 네트워크의 밀도를 나타낸 광학현미경 사진 및 SEM 사진.
도 6은 PVP가 형성된 기판에 대한 광학현미경 사진.
도 7a 내지 도 7c는 PMMA 또는 PVP가 제거된 기판에 대한 SEM 사진.
도 8은 PMMA 또는 PVP가 제거된 기판에 대한 AFM 분석결과.
도 9 및 도 10은 PMMA 또는 PVP가 제거된 부위에 Ag가 채워져 전도성 네트워크를 형성한 기판에 대한 광학현미경 및 SEM 사진.
도 11은 전도성 네트워크가 형성된 기판에 대한 AFM 분석결과.
도 12a 내지 도 12c는 유리기판, PET 기판, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 기판 각각에 전도성 네트워크를 형성한 것에 대한 사진.
도 13은 전도성 네트워크가 형성된 기판의 광투과도 특성을 나타낸 실험결과.
본 발명은 신규의 공정을 통해 투명 전도성 네트워크를 제조하는 기술을 제시한다.
앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 기존의 ITO 투명전극을 대체하기 위해 금속나노선으로 이루어진 투명전도막이 제시되었으며, 이러한 금속나노선 투명전도막은 대표적으로 나노선 용액을 이용한 습식공정을 통해 제조된다. 나노선 용액을 이용한 습식공정은, 금속나노선이 분포된 용액을 기판 상에 도포하고 용매를 제거함으로써 금속나노선이 서로 연결된 형태의 투명전도막을 형성하는 공정이다. 이와 같은 공정을 통해 금속나노선으로 이루어진 투명전도막을 제조할 수 있으나, 용액 내에 무작위로 분산된 금속나노선이 서로 중첩된 형태로 연결되는 방식임에 따라 최종 제조된 금속나노선 투명전도막의 표면거칠기가 크고 나노선 간의 접촉저항이 필연적으로 존재할 수 밖에 없으며, 금속나노선 투명전도막의 높이 조절이 가능하지 않다.
본 발명은 희생층을 이용하여 투명 전도성 네트워크를 제조하는 방식을 제조하며, 본 발명에 따른 제조방법은 나노선 간의 접촉저항이 배제됨과 함께 최종 제조된 투명 전도성 네트워크의 표면거칠기가 최소화된다. 또한, 본 발명의 제조방법에 따르면 투명 전도성 네트워크의 선폭, 높이 및 밀도를 선택적으로 조절할 수 있으며, 이를 통해 투명 전도성 네트워크의 전기적 특성 및 광학적 특성을 제어하는 것이 가능하다. 여기서, 투명 전도성 네트워크의 선폭 및 밀도는 나노선 네트워크의 공정조건 제어를 통해 조절 가능하며, 투명 전도성 네트워크의 높이는 희생층의 높이 조절을 통해 제어 가능하다.
본 발명에서 '전도성 네트워크'라 함은 전도성 물질이 나노크기의 네트워크를 이루는 것을 의미한다. 본 발명의 '전도성 네트워크'는 종래 기술의 '금속나노선이 메쉬 형태를 이루는 것'에 대응되는 것이나, 본 발명에서 '전도성 네트워크'의 용어를 사용하는 것은 금속나노선을 사용하는 종래 기술과 대별되기 때문이며 종래 기술 대비 차이점을 부각하기 위함이다. 종래 기술의 경우 금속나노선이 미리 분산된 용액을 이용하여 금속나노선 간의 연결을 유도하는 방식임에 반해, 본 발명은 금속나노선의 사용을 배제하고 '전도성 물질이 나노크기의 네트워크를 이루는 것'을 직접 형성시키는 것이기 때문에 본 발명의 '전도성 네트워크'와 종래 기술의 '금속나노선이 메쉬 형태를 이루는 것'은 상이한 기술적 구성이라 할 수 있다.
본 발명은 이러한 전도성 네트워크를 희생층을 이용하여 제조하며, 이하 실시예를 통해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법은 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비하고 기판(110) 상에 나노선 네트워크(120)를 형성한다(S101, 도 2의 (a), 도 3a 참조). 상기 기판(110)은 물질과 종류에 제한되지 않는다. 다양한 물질의 반도체 기판(110)이 사용되거나 유리기판(110)과 같은 절연성 기판(110)이 사용될 수 있으며, 유연성을 갖는 고분자 기판(110) 또는 신축성이 있는 신축성기판이 적용될 수도 있다. 본 발명은 대면적화가 가능함과 함께 유연기판(110)으로의 적용이 가능한 투명전극의 제조가 하나의 목적임에 따라, 이하 실시예 및 실험예는 유연기판(110)을 예로 하여 설명하기로 한다.
기판(110), 예를 들어 유연기판(110)이 준비된 상태에서 기판(110) 상에 나노선 네트워크(120)를 형성하는데, 상기 나노선 네트워크(120)는 전도성 네트워크(150)를 형성함에 있어서 전도성 네트워크(150)의 기하학적 형상을 정의하는 역할을 한다. 나노선 네트워크(120)의 위치 및 기하학적 형상은 전도성 네트워크(150)와 실질적으로 동일하다.
전도성 네트워크(150)와 기하학적 형상이 실질적으로 동일한 나노선 네트워크(120)는 일 실시예로 전기방사를 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 전기방사방법을 이용하는 경우, 나노선 네트워크(120)를 형성하는 물질이 포함된 용액을 기판(110) 상에 전기방사하여 나노선 네트워크(120)를 형성시킬 수 있다. 나노선 네트워크(120)를 형성하는 물질로는 다양한 고분자 물질이 적용될 수 있으며, 일 예로 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 또는 PVP(poly(N-vinylpyrrolidone)를 이용할 수 있다. PVP를 나노선 네트워크(120) 물질로 적용하는 경우에는 나노선 네트워크 용해액으로 물(H2O)을 적용할 수 있어 내산화성이 요구되지 않는 다양한 기판 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethane) 재질의 기판을 사용할 수 있다.
또한, 나노선 네트워크(120)를 형성하는 물질을 적용함에 있어서 희생층(130) 물질과의 용해 선택성이 고려되어야 할 수도 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 참고로, 실제 나노선 네트워크(120)는 무질서한 나노섬유 형태를 이루는데, 도 1은 설명의 편의상 나노선 네트워크(120)를 격자 형태로 도시하였다.
전기방사방법을 이용하여 유연기판(110) 상에 나노선 네트워크(120)를 형성함에 있어서, 전기방사 공정조건을 통해 나노선 네트워크(120)의 직경을 조절할 수 있다. 구체적으로, 전기방사장치는 용액을 방사하는 니들(needle), 니들에 전압을 인가하는 고전압발생기 등으로 구성되는데, 니들의 직경, 니들에 인가되는 전압 그리고 나노선 네트워크(120)를 형성하는 물질이 포함된 용액의 농도 중 적어도 어느 하나 이상의 조절을 통해 기판(110) 상에 형성되는 나노선 네트워크(120)의 직경을 조절할 수 있다. 앞서 나노선 네트워크(120)의 기하학적 형상은 전도성 네트워크(150)와 실질적으로 동일하다고 언급된 바, 나노선 네트워크(120)의 직경 조절은 즉, 전도성 네트워크(150)의 선폭 조절을 의미한다.
따라서, 전기방사장치 니들의 직경, 니들에 인가되는 전압 그리고 나노선 네트워크(120)를 형성하는 물질이 포함된 용액의 농도 중 적어도 어느 하나 이상의 조절을 통해 나노선 네트워크(120)의 직경을 조절할 수 있으며, 이를 통해 전도성 네트워크(150)의 선폭을 제어할 수 있다. 또한, 전기방사의 공정시간 조절을 통해 나노선 네트워크(120)의 밀도를 조절하는 것도 가능하며, 이에 따라 전도성 네트워크(150)의 밀도를 선택적으로 조절할 수 있다. 도 4a 내지 도 4c 그리고 및 도 5a 내지 도 5d는 전기방사 공정시간에 따른 나노선 네트워크의 밀도를 나타낸 광학현미경 사진 및 SEM 사진이다. 여기서, 나노선 네트워크(120)의 밀도 또는 전도성 네트워크(150)의 밀도라 함은 기판의 단위면적당 나노선 네트워크 또는 전도성 네트워크의 밀집도를 의미한다.
전도성 네트워크(150)의 선폭 및 밀도는 전도성 네트워크(150)의 전기적 특성 및 광학적 특성과 직접적인 연관을 갖는 바, 나노선 네트워크(120)의 직경 및 밀도 조절을 통해 궁극적으로 전도성 네트워크(150)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 제어할 수 있다. 한편, 전도성 네트워크(150)의 높이 또한 조절 가능한데, 이는 후술하는 희생층(130)의 높이 조절을 통해 제어할 수 있다.
유연기판(110) 상에 나노선 네트워크(120)가 형성된 상태에서, 나노선 네트워크(120)를 포함한 기판(110) 전면 상에 희생층(130)을 일정 두께로 적층한다(S102, 도 2의 (b), 도 3b 참조). 상기 희생층(130)의 물질 및 적층방법은 제한되지 않으나, 일 실시예로 적층방법으로 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 스핀코팅, 인쇄법 등을 이용할 수 있고, 희생층(130) 물질로는 유기물질 또는 실리콘산화막 등의 절연막 등이 이용될 수 있다. 후술하는 실험예에서는 희생층(130) 물질로 풀러렌(fullerene)을 이용하였다.
나노선 네트워크(120)를 포함한 기판(110) 전면 상에 희생층(130)이 적층된 상태에서, 나노선 네트워크(120)를 선택적으로 제거한다(S103, 도 2의 (c), 도 3c 참조). 나노선 네트워크(120)가 제거됨에 따라 나노선 네트워크(120) 상에 적층된 희생층(130) 역시 제거되며, 이에 따라 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)의 기판(110) 표면이 노출된다.
나노선 네트워크(120)는 용해액을 이용하여 제거할 수 있다. 즉, 용해액을 이용하여 나노선 네트워크(120)만을 선택적으로 제거할 수 있으며, 기판(110)과 맞닿은 상태로 적층되어 있는 희생층(130)은 제거되지 않는다. 희생층(130)은 제거되지 않고 나노선 네트워크(120)만이 선택적으로 제거되도록 하기 위해 희생층(130) 물질과 나노선 네트워크(120) 물질은 서로 다른 용해 선택성을 가져야 한다. 후술하는 실험예에서는 나노선 네트워크(120) 물질로 PMMA와 PVP 각각 적용하고, 희생층(130) 물질로 풀러렌(fullerene)을 적용하였다. PMMA를 적용한 경우 나노선 네트워크의 용해액으로 아세톤을 이용하였고, PVP를 적용한 경우에는 나노선 네트워크의 용해액으로 물(H2O)를 적용하였다.
나노선 네트워크(120)의 선택적 제거에 의해 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)의 기판(110) 표면이 노출된 상태에서, 기판(110) 전면 상에 전도성 물질(140)을 적층한다(S104, 도 2의 (d), 도 3d 참조). 이에 따라, 희생층(130) 상에 전도성 물질(140)이 적층됨과 함께 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)에 전도성 물질(140)이 채워지게 된다. 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)에 채워진 전도성 물질(140)은 실질적으로 전도성 네트워크(150)를 의미한다.
전술한 바에 있어서, 나노선 네트워크(120)의 기하학적 형상이 전도성 네트워크(150)와 실질적으로 동일함을 기재하였는데, 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)에 전도성 물질(140)이 채워져 전도성 네트워크(150)를 형성함에 따라 나노선 네트워크(120)와 전도성 네트워크(150)는 기하학적 형상이 일치한다고 할 수 있다.
나노선 네트워크(120)와 전도성 네트워크(150)의 기하학적 형상은 실질적으로 동일하지만, 전도성 네트워크(150)의 높이는 나노선 네트워크(120)와 다르게 조절할 수 있다. 구체적으로, 희생층(130)의 형성시 희생층(130)의 높이를 나노선 네트워크(120)의 높이보다 크게 하면 전도성 네트워크(150)의 높이를 나노선 네트워크(120)의 높이보다 크게 할 수 있다.
한편, 전도성 네트워크(150)를 이루는 전도성 물질(140)로는 다양한 물질을 적용할 수 있다. 예를 들어, Ag, Au, Al, Cu, Ga 등의 도전성 금속 또는 그래핀, CNT 등의 탄소계 도전성 물질 또는 전도성 고분자, 전도성 나노입자 등을 이용할 수 있으며, 이들 전도성 물질(140)의 조합을 적용할 수도 있다.
희생층(130) 상에 전도성 물질(140)이 적층됨과 함께 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)에 전도성 물질(140)이 채워진 상태에서, 희생층(130)을 제거하면 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층(130)을 이용한 투명 전도성 네트워크(150) 제조방법은 완료된다(S105, 도 2의 (e), 도 3e 참조). 희생층(130)이 제거됨에 따라 희생층(130) 상의 전도성 물질(140)도 함께 제거되며, 나노선 네트워크(120)가 제거된 부위(120a)에 채워진 전도성 물질(140)만이 기판(110) 상에 존재하게 된다. 기판(110) 상에 최종적으로 존재하는 전도성 물질(140)은 나노선 네트워크(120)와 실질적으로 동일한 형상의 네트워크를 이루며, 본 발명에서 이를 전도성 네트워크(150)라 칭한다.
이상의 제조방법을 통해 알 수 있듯이, 종래의 경우 금속나노선의 연결을 유도하는 방식임에 반해 본 발명은 나노선 네트워크가 제거된 부위에 전도성 물질이 채워져 전도성 네트워크가 형성되는 방식임에 따라, 종래의 '금속나노선이 메쉬 형태를 이루는 것'과 본 발명의 '전도성 네트워크'는 상이한 기술적 구성임을 알 수 있다.
또한, 금속나노선 간의 연결이 배제되는 구성임과 함께 나노선 네트워크가 제거된 부위에 전도성 물질이 채워져 전도성 네트워크가 형성되는 방식임에 따라, 종래 기술에 대비하여 전도성 네트워크의 표면거칠기가 최소화되고 전기적 특성 및 광학적 특성이 향상된다. 이와 함께, 상술한 바와 같이 나노선 네트워크의 직경, 밀도 및 희생층의 높이 조절을 통해 전도성 네트워크의 선폭, 밀도 및 높이를 조절할 수 있으며, 이를 근거하여 전도성 네트워크의 전기적 특성 및 광학적 특성을 선택적으로 제어함이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실험예 : 투명 전도성 네트워크 제작 및 특성 분석>
열가소성 폴리우레탄 기판 위에 PMMA(Poly(methyl methacrylate))를 전기방사하였다. 이어, C60 풀러렌을 스퍼터링하여 기판 상에 70∼450nm 두께로 증착하였다. 그런 다음, 아세톤을 이용하여 PMMA를 제거하였다. 이후, 기판 전면 상에 Ag를 20∼100nm 두께로 증착하고, C60 풀러렌을 제거하여 Ag로 이루어진 전도성 네트워크를 완성하였다.
또한, 열가소성 폴리우레탄 기판 상에 PVP(poly(N-vinylpyrrolidone)를 전기방사하였다. 이어, C60 풀러렌을 스퍼터링하여 기판 상에 70∼450nm 두께로 증착하였다. 그런 다음, 물(H2O)을 이용하여 PVP를 제거하였다. 이후, 기판 전면 상에 Ag를 20∼100nm 두께로 증착하고, C60 풀러렌을 제거하여 Ag로 이루어진 전도성 네트워크를 완성하였다.
도 4와 도 6은 각각 PMMA, PVP가 형성된 기판에 대한 광학현미경 사진이고, 도 7a 내지 도 7c은 PMMA 또는 PVP가 제거된 기판에 대한 SEM 사진이다. 도 4 및 도 6을 참조하면 전기방사된 PMMA 및 PVP가 나노크기의 네트워크 형태를 이룸을 확인할 수 있으며, 도 7을 참조하면 PMMA 또는 PVP가 제거되어 노출된 기판 영역이 PMMA 또는 PVP가 존재했던 영역과 일치함을 확인할 수 있으며, 이러한 결과는 도 8에 도시된 AFM(Atomic Force Microscopy) 분석 결과를 통해서도 확인된다.
도 9 및 도 10은 PMMA 또는 PVP가 제거된 부위에 Ag가 채워져 전도성 네트워크를 형성한 기판에 대한 광학현미경 및 SEM 사진을 나타낸 것으로서, 나노선 네트워크와 일치하는 형상으로 전도성 네트워크가 형성됨을 확인할 수 있다. 이러한 결과는, 도 11에 도시된 AFM 분석 결과를 통해서도 확인된다.
도 12a 내지 도 12c는 유리기판, PET 기판, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 기판 각각에 전도성 네트워크(Ag, 액체금속)를 형성한 것에 대한 사진으로, 전도성 네트워크가 투명 상태로 존재함을 알 수 있다. 또한, 유리기판에 Ag 전도성 네트워크가 형성된 것, PET 기판 상에 Ag 전도성 네트워크가 형성된 것 각각에 대해 면저항을 측정한 결과, 100Ω/□, 120Ω/□으로 나타나 우수한 면저항 특성을 갖고 있음을 확인하였다.
한편, 전도성 네트워크가 형성된 기판에 대해 UV-vis를 통해 광투과도를 측정한 결과, 도 13에 도시한 바와 같이 가시광선 파장대(400∼700nm)에서 약 85% 이상의 광투과도를 나타냄을 확인할 수 있다.
110 : 기판 120 : 나노선 네트워크
120a : 나노선 네트워크가 제거된 부위
130 : 희생층 140 : 전도성 물질
150 : 전도성 네트워크
120a : 나노선 네트워크가 제거된 부위
130 : 희생층 140 : 전도성 물질
150 : 전도성 네트워크
Claims (9)
- 기판 상에 나노선 네트워크를 형성하는 단계;
나노선 네트워크를 포함한 기판 전면 상에 희생층을 적층하는 단계;
나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계;
기판 전면 상에 전도성 물질을 적층하여, 희생층 상에 전도성 물질이 적층됨과 함께 나노선 네트워크가 제거된 부위에 전도성 물질이 채워지는 단계; 및
희생층을 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위에 채워진 전도성 물질로 이루어진 전도성 네트워크를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 나노선 네트워크의 직경 및 밀도 그리고 희생층의 높이는 조절이 가능하며,
나노선 네트워크의 직경 및 밀도 그리고 희생층의 높이 조절을 통해 전도성 네트워크의 선폭, 밀도 및 높이의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계;에서,
나노선 네트워크 상에 존재하는 희생층은 나노선 네트워크와 함께 제거되며, 기판 상에 존재하는 희생층은 잔존하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 나노선 네트워크를 제거하여, 나노선 네트워크가 제거된 부위의 기판 표면을 노출시키는 단계;에서,
나노선 네트워크와 희생층은 서로 다른 용해 선택성을 구비하며, 용해액에 의한 나노선 네트워크의 제거시 희생층은 기판 상에 잔존하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 나노선 네트워크는 전기방사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 전기방사장치의 공정조건을 통해 나노선 네트워크의 직경을 조절할 수 있으며,
전기방사장치의 니들 직경, 니들에 인가되는 전압 그리고 나노선 네트워크를 형성하는 물질이 포함된 용액의 농도 중 적어도 어느 하나 이상의 조절을 통해 기판 상에 형성되는 나노선 네트워크의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 전기방사의 공정시간 조절을 통해 나노선 네트워크의 밀도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유연기판, 반도체 기판, 절연기판, 신축성기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 물질은 도전성 금속, 탄소계 도전성 물질, 전도성 고분자, 전도성 나노입자 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/539,660 US20220181047A1 (en) | 2020-12-04 | 2021-12-01 | Fabrication method of conductive nanonetworks through adaptation of sacrificial layer |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20200168463 | 2020-12-04 | ||
| KR1020200168463 | 2020-12-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220079435A true KR20220079435A (ko) | 2022-06-13 |
Family
ID=81984019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210151154A KR20220079435A (ko) | 2020-12-04 | 2021-11-05 | 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220079435A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101011447B1 (ko) | 2009-01-20 | 2011-01-28 | 부산대학교 산학협력단 | 인장방법에 의한 정렬된 금속나노선 필름 제조방법 |
| US10831233B2 (en) | 2012-12-07 | 2020-11-10 | 3M Innovative Properties Company | Method of making transparent conductors on a substrate |
-
2021
- 2021-11-05 KR KR1020210151154A patent/KR20220079435A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101011447B1 (ko) | 2009-01-20 | 2011-01-28 | 부산대학교 산학협력단 | 인장방법에 의한 정렬된 금속나노선 필름 제조방법 |
| US10831233B2 (en) | 2012-12-07 | 2020-11-10 | 3M Innovative Properties Company | Method of making transparent conductors on a substrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11968787B2 (en) | Metal nanowire networks and transparent conductive material | |
| KR102027623B1 (ko) | 금속 나노 구조 네트워크 및 투명 도전성 재료 | |
| KR101386362B1 (ko) | 은 나노와이어 네트워크―그래핀 적층형 투명전극 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 투명전극 | |
| Min et al. | Room-temperature-processable wire-templated nanoelectrodes for flexible and transparent all-wire electronics | |
| US10147839B2 (en) | Method of forming a metal silicide transparent conductive electrode | |
| US9717144B2 (en) | Electroconductive nanowire network, and electroconductive substrate and transparent electrode using same, and method for manufacturing electroconductive nanowire network, electroconductive substrate, and transparent electrode | |
| KR100902561B1 (ko) | 투명 전극 제조방법 | |
| US7811667B2 (en) | Carbon nano-tube film with a transformed substrate structure and a manufacturing method thereof | |
| KR101777016B1 (ko) | 금속 그리드-은 나노와이어 복합 투명전극 및 고분자 나노섬유 마스크를 이용한 금속 그리드 제조방법 | |
| Yang et al. | Advances in constructing silver nanowire-based conductive pathways for flexible and stretchable electronics | |
| KR101677339B1 (ko) | 은나노와이어 투명전극 제조방법 | |
| KR101851641B1 (ko) | 전기방사 나노/마이크로 섬유 네트를 포함하는 나노구조체 필름 제조장치 및 이를 이용한 나노/마이크로 섬유 네트를 포함하는 나노구조체 필름 제조방법 | |
| KR20160095068A (ko) | 그래핀 및 금속 나노와이어를 포함하는 전도성 박막의 제조 | |
| KR20150080373A (ko) | 용액 공정용 그래핀의 합성 방법 | |
| KR20220079435A (ko) | 희생층을 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 | |
| US20220181047A1 (en) | Fabrication method of conductive nanonetworks through adaptation of sacrificial layer | |
| KR20180129763A (ko) | 투명 도전성 필름, 투명 도전성 필름의 제조 방법, 금속 몰드, 및 금속 몰드의 제조 방법 | |
| KR101816341B1 (ko) | 투명 전극 필름의 제조방법 및 투명 전극 필름 | |
| Yun et al. | High performance all-carbon composite transparent electrodes containing uniform carbon nanotube networks | |
| Chen et al. | Metal nanowires | |
| KR20160037918A (ko) | 은의 디웨팅에 의한 게이트 전극의 제조 | |
| KR101468491B1 (ko) | 나노와이어 그리드 구조 및 이의 형성방법 | |
| KR102628299B1 (ko) | 마스터몰드를 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 | |
| KR20220079437A (ko) | 나노마스크를 이용한 투명 전도성 네트워크 제조방법 | |
| KR102147276B1 (ko) | Mems 플랫폼과 전기방사법을 이용한 현수형 나노와이어의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal |