KR20230041571A - Conductive nanowire coating solution containing buffer, electrode having a three-dimensional structure, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전도성 나노와이어를 포함하는 3차원 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 나노와이어가 포함된 전극을 3차원으로 성형 과정에서 발생되는 연신(신장)에 따른 저항 증가를 억제할 수 있는 완충제를 포함하는 전도성 나노와이어 코팅액, 그를 이용한 3차원 구조의 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional electrode including conductive nanowires and a method for manufacturing the same, and more particularly, to suppress an increase in resistance due to elongation (elongation) occurring in the process of forming an electrode including conductive nanowires into a three-dimensional shape. It relates to a conductive nanowire coating solution containing a buffer that can be used, a three-dimensional structured electrode using the same, and a manufacturing method thereof.
전도성 나노와이어 코팅액은 전도성 나노와이어를 포함하며, 베이스 기판에 코팅되어 전극을 형성할 수 있다. 전도성 나노와이어 코팅액이 베이스 기판에 코팅되었을 때, 전도성 나노와이어는 네트워크 구조로 서로 접촉되면서 전기적으로 연결되어 전도성 전극을 형성한다. 이러한 전도성 전극은 터치스크린, 면발열체, 전자파차폐 필름, 투명 단열 필름 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.The conductive nanowire coating solution includes conductive nanowires and may be coated on a base substrate to form an electrode. When the conductive nanowire coating liquid is coated on the base substrate, the conductive nanowires are electrically connected while contacting each other in a network structure to form a conductive electrode. These conductive electrodes can be applied to various fields such as touch screens, surface heating elements, electromagnetic wave shielding films, and transparent insulating films.
전도성 전극은 전도성 나노와이어가 네트워크 구조로 서로 연결되어 전기적으로 연결되기 때문에, 유연한 전극으로 이용될 수 있다. 기존의 연구에 의하면, 전도성 전극은 굽힘, 휨 등의 유연성이 우수한데 반해서, 연신에 따라 길이가 늘어나면 저항 안정성이 다소 취약한 특성을 보이고 있다. The conductive electrode can be used as a flexible electrode because conductive nanowires are electrically connected to each other in a network structure. According to previous studies, the conductive electrode has excellent flexibility such as bending and warping, but when the length is increased by elongation, the resistance stability is somewhat weak.
더욱이 3차원 구조의 전도성 전극(이하 '3차원 구조의 전극'이라 함)을 형성하기 위해서, 베이스 기판에 형성된 2차원 구조의 전도성 전극(이하 '2차원 구조의 전극'이라 함)에 3차원 열성형 공정을 적용할 경우, 2차원 구조의 전극은 3차원 열성형 과정에서 필연적으로 연신(신장)이 수반되고, 이로 인해 제조된 3차원 구조의 전극은 저항이 크게 증가하면서 저항 균일성이 떨어지는 문제가 발생한다.Furthermore, in order to form a three-dimensional conductive electrode (hereinafter referred to as 'three-dimensional electrode'), a three-dimensional heat is applied to the two-dimensional conductive electrode (hereinafter referred to as 'two-dimensional electrode') formed on the base substrate. When the molding process is applied, the two-dimensional electrode is inevitably stretched (elongated) during the three-dimensional thermoforming process, and the resulting three-dimensional structure electrode has a large resistance increase and resistance uniformity is poor. occurs.
따라서 본 발명의 목적은 3차원 열성형 공정을 적용하여 3차원 구조의 전극으로 제조하더라도 저항 안정성을 제공할 수 있는 완충제를 포함하는 전도성 나노와이어 코팅액, 3차원 구조의 전극 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a conductive nanowire coating solution containing a buffer capable of providing resistance stability even if it is manufactured as a three-dimensional electrode by applying a three-dimensional thermoforming process, a three-dimensional electrode and a manufacturing method thereof there is
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3차원 구조의 베이스 기판 위에 형성되며, 완충제와 전도성 나노와이어를 포함하는 3차원 구조의 전극을 제공한다. 상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode having a three-dimensional structure formed on a base substrate having a three-dimensional structure and including a buffer and conductive nanowires. The buffering agent contains a hydroxy group or an ether group, and includes at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules, and polymers that melt at 100 to 190° C. to form a fluid phase.
상기 3차원 구조의 전극은, 상기 완충제와 상기 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 상기 베이스 기판 위에 코팅하여 형성할 수 있다.The electrode having the three-dimensional structure may be formed by coating a conductive nanowire coating solution containing the buffer and the conductive nanowires on the base substrate.
상기 3차원 구조의 전극은, 상기 3차원 구조의 베이스 기판 위에 형성되며, 상기 완충제를 함유하는 3차원 구조의 언더 코팅층; 및 상기 3차원 구조의 언더 코팅층 위에 형성되며, 상기 전도성 와이어를 함유하는 3차원 구조의 전극층;을 포함할 수 있다.The electrode of the three-dimensional structure is formed on the base substrate of the three-dimensional structure, the under-coating layer of the three-dimensional structure containing the buffer; and an electrode layer having a 3-dimensional structure formed on the under-coating layer of the 3-dimensional structure and containing the conductive wire.
상기 3차원 구조의 전극은, 상기 3차원 구조의 베이스 기판 위에 형성되며, 상기 전도성 와이어를 함유하는 3차원 구조의 전극층; 및 상기 3차원 구조의 전극층 위에 형성되며, 상기 완충제를 함유하는 3차원 구조의 오버 코팅층;을 포함할 수 있다.The electrode of the three-dimensional structure is formed on the base substrate of the three-dimensional structure, the electrode layer of the three-dimensional structure containing the conductive wire; and an overcoating layer having a three-dimensional structure formed on the electrode layer having a three-dimensional structure and containing the buffer.
상기 완충제는 하이드록시프로필 셀룰로우스, 설탕, 올리고당, 글루코우스, 프룩토오스, 말토스, 락토우스, 솔비톨 및 에리트리톨 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.The buffering agent may include at least one of hydroxypropyl cellulose, sucrose, oligosaccharide, glucose, fructose, maltose, lactose, sorbitol and erythritol.
상기 베이스 기판의 소재는 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타크릴레이트, PETG, 변성 PET, 폴리스타이렌(PS), 폴리비닐클로라이드 및 ABS 수지 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.The material of the base substrate includes at least one of polycarbonate, polyacrylate, polyurethane, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, PETG, modified PET, polystyrene (PS), polyvinyl chloride, and ABS resin. can do.
상기 전도성 나노와이어는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트 및 이종금속이 코팅된 금속나노와이어 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.The conductive nanowires may include at least one of silver nanowires, copper nanowires, gold nanowires, carbon nanotubes, carbon nanoplates, and metal nanowires coated with a different type of metal.
본 발명은 또한, 상기 완충제, 전도성 나노와이어 및 용매를 포함하는 전도성 나노와이어 코팅액을 제공한다.The present invention also provides a conductive nanowire coating solution including the buffer, conductive nanowires and a solvent.
본 발명은 또한, 2차원 구조의 베이스 기판 위에 상기 완충제와 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 전극이 형성된 코팅 기판을 제조하는 단계; 및 상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법을 제공한다.The present invention also includes the steps of coating a conductive nanowire coating solution containing the buffer and conductive nanowires on a base substrate of a two-dimensional structure to prepare a coated substrate on which an electrode of a two-dimensional structure is formed; It provides a method for manufacturing an electrode having a three-dimensional structure including; and forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate.
상기 코팅 기판을 제조하는 단계에서, 상기 코팅 기판은 상기 전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 상기 완충제의 함량에 따라서 전기전도성을 조절할 수 있다.In the step of preparing the coated substrate, electrical conductivity of the coated substrate may be adjusted according to the content of the buffer included in the conductive nanowire coating solution.
상기 코팅 기판을 제조하는 단계에서, 상기 코팅 기판은 면저항이 10 kΩ/sq 이상일 수 있다.In the step of manufacturing the coated substrate, the coated substrate may have a sheet resistance of 10 kΩ/sq or more.
본 발명은 또한, 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 전극층을 형성하고, 상기 2차원 구조의 전극층 위에 상기 완충제를 함유하는 오버 코팅액을 코팅하여 형성하는 2차원 구조의 오버 코팅층을 포함하는 2차원 구조의 전극이 형성된 코팅 기판을 제조하는 단계; 및 상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법을 제공한다.In the present invention, a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires is coated on a base substrate having a two-dimensional structure to form an electrode layer having a two-dimensional structure, and an overcoating solution containing the buffer is coated on the electrode layer having a two-dimensional structure. Preparing a coated substrate on which an electrode of a two-dimensional structure including an over-coating layer of a two-dimensional structure is formed; It provides a method for manufacturing an electrode having a three-dimensional structure including; and forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate.
상기 코팅 기판을 제조하는 단계는, 상기 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 전도성 나노와이어 코팅층을 형성하는 단계; 상기 전도성 나노와이어 코팅층을 패터닝하여 상기 2차원 구조의 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 2차원 구조의 전극층 위에 완충제를 함유하는 오버 코팅액을 코팅하여 상기 2차원 구조의 오버 코팅층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The manufacturing of the coated substrate may include forming a conductive nanowire coating layer by coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on the two-dimensional base substrate; patterning the conductive nanowire coating layer to form the electrode layer having the two-dimensional structure; and forming an overcoating layer of the two-dimensional structure by coating an over-coating solution containing a buffer on the electrode layer of the two-dimensional structure.
그리고 본 발명은, 2차원 구조의 베이스 기판 위에 상기 완충제를 함유하는 언더 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 언더 코팅층을 형성하고, 상기 2차원 구조의 언더 코팅층 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 형성하는 2차원 구조의 전극층을 포함하는 2차원 구조의 전극이 형성된 코팅 기판을 제조하는 단계; 및 상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법을 제공한다.And, in the present invention, the under coating solution containing the buffer is coated on a base substrate having a two-dimensional structure to form an under-coating layer having a two-dimensional structure, and a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on the under-coating layer having a two-dimensional structure. Preparing a coated substrate having a two-dimensional electrode structure including an electrode layer of a two-dimensional structure formed by coating a; It provides a method for manufacturing an electrode having a three-dimensional structure including; and forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate.
본 발명에 따른 3차원 구조의 전극 제조 방법은, 상기 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계 이후에 수행되는, 상기 3차원 구조의 전극을 세척하여 상기 3차원 구조의 전극에 포함된 완충제를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing a three-dimensional electrode according to the present invention is performed after the step of forming the three-dimensional electrode by washing the electrode with the three-dimensional structure to remove the buffer included in the electrode with the three-dimensional structure. Step; may further include.
본 발명에 따르면, 베이스 기판에 3차원 구조의 전극을 형성할 때 완충제를 사용함으로써, 3차원 열성형 과정에서 수반되는 연신에 대해서도 비교적 안정된 저항 특성을 확보할 수 있다. 즉 완충제는 3차원 열성형 온도 부근에서 용융되어 유체화되기 때문에, 3차원 열성형 과정에서 유체화된 완충제는 베이스 기판/전도성 나노와이어와, 전도성 나노와이어 간에 마찰을 억제하여 전도성 나노와이어가 손상되는 것을 억제한다. 이로 인해 완충제가 2차원 구조의 전극에서 3차원 구조의 전극으로 열성형될 때 전도성 나노와이어의 연신에 따른 전도성 손실을 억제함으로써, 3차원 구조의 전극은 비교적 안정된 저항 특성을 나타낸다.According to the present invention, by using a buffer when forming an electrode having a three-dimensional structure on a base substrate, it is possible to secure relatively stable resistance characteristics even with respect to elongation accompanying the 3-dimensional thermoforming process. That is, since the buffer is melted and fluidized near the 3D thermoforming temperature, the fluidized buffer in the 3D thermoforming process suppresses the friction between the base substrate/conductive nanowire and the conductive nanowire, thereby damaging the conductive nanowire. suppress it As a result, when the buffer is thermoformed from a two-dimensional electrode to a three-dimensional electrode, the conductivity loss due to stretching of the conductive nanowire is suppressed, so that the three-dimensional electrode exhibits relatively stable resistance characteristics.
이와 같은 본 발명에 따른 완충제를 포함하는 3차원 구조의 전극은 투명 또는 불투명 전극으로 형성될 수 있으며, 모바일기기, 자동차, 건축물 등 다양한 입체 구조물에 적용되어 터치스크린, 면발열체, 전자파차폐 필름, 투명 단열 필름 등 다양하게 활용될 수 있다.The electrode of the three-dimensional structure including the buffer according to the present invention may be formed as a transparent or opaque electrode, and is applied to various three-dimensional structures such as mobile devices, automobiles, and buildings, such as touch screens, surface heating elements, electromagnetic wave shielding films, and transparent It can be used in a variety of ways, such as an insulating film.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 2차원 구조의 전극에 20%의 연신이 적용된 상태를 보여주는 SEM 사진이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 2차원 구조의 전극에 20%의 연신이 적용된 상태를 보여주는 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극을 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 6의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극을 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 8의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing an electrode having a three-dimensional structure according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart according to the manufacturing method of the electrode of the three-dimensional structure of Figure 1.
3 is a view showing each step according to the manufacturing method of FIG. 2 .
4 is a SEM photograph showing a state in which 20% elongation is applied to an electrode having a two-dimensional structure according to a comparative example.
5 is a SEM photograph showing a state in which 20% elongation is applied to the electrode having a two-dimensional structure according to the first embodiment.
6 is a cross-sectional view showing an electrode having a three-dimensional structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flow chart according to a method of manufacturing an electrode having a three-dimensional structure in FIG. 6 .
8 is a cross-sectional view showing an electrode having a three-dimensional structure according to a third embodiment of the present invention.
9 is a flow chart according to the manufacturing method of the electrode having a three-dimensional structure of FIG. 8 .
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without departing from the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in this specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriately used the concept of terms to describe their inventions in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined in the following way. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an electrode having a three-dimensional structure according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 전도성 기판(100)은 3차원 구조의 베이스 기판(10)과, 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 형성된 3차원 구조의 전극(50)을 포함한다. 3차원 구조의 전극(50)은 완충제와 전도성 나노와이어를 포함한다. 완충제는 열성형 시 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함한다. 즉 완충제는 하이드록시기, 에테르기 등을 포함하며 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 소재가 사용된다. 예컨대 완충제는 하이드록시프로필 셀룰로우스, 설탕, 올리고당, 글루코우스, 프룩토오스, 말토스, 락토우스, 솔비톨 및 에리트리톨 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
여기서 베이스 기판으로는 연신을 포함하여 3차원 열성형이 가능하고 유연한 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 예컨대 예컨대 베이스 기판의 소재로는 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타크릴레이트, PETG, 변성 PET, 폴리스타이렌(PS), 폴리비닐클로라이드 및 ABS 수지 중에 적어도 하나를 포함하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.Here, as the base substrate, a flexible plastic substrate capable of three-dimensional thermoforming including stretching may be used. For example, as the material of the base substrate, at least one of polycarbonate, polyacrylate, polyurethane, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, PETG, modified PET, polystyrene (PS), polyvinyl chloride, and ABS resin. Including, but not limited to this.
이러한 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 안정적으로 3차원 구조의 전극(50)을 형성할 수 있도록, 베이스 기판은 선택적으로 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행할 수 있다.To stably form the
제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(50)은 완충제와 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 2차원 구조의 베이스 기판 위에 코팅하여 2차원 구조의 전극을 형성한 후, 2차원 구조의 전극을 2차원 구조의 베이스 기판과 함께 3차원 열성형하여 형성할 수 있다.In the
3차원 구조의 전극(50)에 포함된 완충제는 2차원 구조의 베이스 기판 위에 코팅된 2차원 구조의 전극을 3차원 열성형할 때, 전도성 나노와이어의 전도성 손실을 억제하며, 저항 균일도를 향상시키는 역할을 한다. 즉 완충제는 제조되는 3차원 구조의 전극(50)에 저항 안정성을 제공한다.The buffer included in the three-
이와 같이 제1 실시예에 따른 전도성 나노와이어 코팅액은 전도성 나노와이어와 완충제를 함유한다.As such, the conductive nanowire coating solution according to the first embodiment contains the conductive nanowires and a buffer.
전도성 나노와이어 코팅액은 전도성 나노와이어 0.01 내지 0.5 wt%를 포함할 수 있다. 전도성 나노와이어의 농도가 0.01 wt% 미만이 되면, 전도성 나노와이어 함량이 낮아져 일반적인 상용 코팅법으로는 전극을 형성하기 어렵다. 반대로 전도성 나노와이어의 농도가 0.5 wt%를 초과하게 되면, 3차원 구조의 전극의 헤이즈가 높고, 광투과율이 낮아지는 단점이 있다.The conductive nanowire coating solution may include 0.01 to 0.5 wt% of the conductive nanowires. When the concentration of the conductive nanowires is less than 0.01 wt%, the content of the conductive nanowires is low, making it difficult to form an electrode using a common commercial coating method. Conversely, when the concentration of the conductive nanowires exceeds 0.5 wt%, the haze of the three-dimensional electrode is high and the light transmittance is low.
이러한 전도성 나노와이어로는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트 및 이종금속이 코팅된 금속나노와이어 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다. 전도성 나노와이어는 종횡비가 10 이상인 막대, 리본, 튜브, 판상 모양의 직경 5nm 내지 20㎛의 전도성 입자를 의미한다. 전도성 나노와이어의 직경이 5nm 보다 작은 경우에는 기계적인 안정성이 매우 약해 잘 끊어질 수 있어, 안정적인 네트워크 형상을 유지하기 힘들 수 있다. At least one of silver nanowires, copper nanowires, gold nanowires, carbon nanotubes, carbon nanoplates, and metal nanowires coated with a different type of metal may be used as the conductive nanowires. Conductive nanowires refer to conductive particles with a diameter of 5 nm to 20 μm in the shape of rods, ribbons, tubes, or plates having an aspect ratio of 10 or more. When the diameter of the conductive nanowire is smaller than 5 nm, mechanical stability is very weak and can be easily broken, making it difficult to maintain a stable network shape.
전도성 나노와이어 코팅액은 완충제 0.2 내지 30 wt%를 포함할 수 있다. 완충제가 0.2 wt% 미만인 경우, 완충제로서의 효과가 거의 발생하지 않기 때문에, 제조되는 3차원 구조의 전극은 저항이 균일하지 못하고, 대부분 영역에서 면저항이 500 Ω/sq 이상 높게 나타날 수 있다. 반대로 완충제가 30 wt%를 초과하는 경우, 3차원 열성형 단계 이후에 진행되는 세척 단계에서 완충제와 함께 전도성 나노와이어가 이탈하여 저항 균일도가 나빠질 수 있다. 바람직하게는 전도성 나노와이어 코팅액은 완충제 0.2 내지 10 wt%를 포함할 수 있다.The conductive nanowire coating solution may include 0.2 to 30 wt% of a buffer. When the buffer is less than 0.2 wt%, since the effect as a buffer hardly occurs, the electrode having a three-dimensional structure is not uniform in resistance, and the sheet resistance may be higher than 500 Ω / sq in most areas. Conversely, when the buffer exceeds 30 wt%, the conductive nanowires may be separated along with the buffer in the washing step performed after the 3D thermoforming step, resulting in poor resistance uniformity. Preferably, the conductive nanowire coating solution may include 0.2 to 10 wt% of the buffer.
전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 완충제는 3차원 열성형 후 물, 알콜, 유기용매, 산 용액, 염기 용액 등으로 세척하여 제거할 수 있다. 세척 공정을 통하여 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 완충제 중 적어도 일부를 제거함으로써, 3차원 구조의 전극(50)의 전기전도도를 향상시킬 수 있다.The buffer included in the conductive nanowire coating solution may be removed by washing with water, alcohol, organic solvent, acid solution, base solution, etc. after 3D thermoforming. Electrical conductivity of the three-
전도성 나노와이어 코팅액은 용매를 포함한다. 용매로는 물, 에탄올, 메탄올, 부탄올, 이소프로필알콜, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 아세톤, 다이메틸포름아미드, NMP, 테트라하이드로퓨란 등 수계, 알콜계, 유기계 용매가 단독 또는 혼합하여 적용될 수 있다.The conductive nanowire coating solution includes a solvent. As the solvent, water, alcohol, or organic solvents such as water, ethanol, methanol, butanol, isopropyl alcohol, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, acetone, dimethylformamide, NMP, tetrahydrofuran, etc. may be applied alone or in combination. can
그리고 전도성 나노와어어 코팅액은 첨가제를 0.001 내지 0.5 wt% 더 포함할 수 있다. 첨가제는 주로 전도성, 균일도, 환경안정성, 접착성 등을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 예컨대 첨가제로는 점도조절제, 점도증진제, 탄소입자, 금속입자, 무기물입자, 전도성 고분자, 부식방지제, 레벨링제 등이 사용될 수 있다.The conductive nanowire coating solution may further include 0.001 to 0.5 wt % of additives. Additives can mainly serve to improve conductivity, uniformity, environmental stability, adhesion, and the like. For example, additives may include viscosity modifiers, viscosity enhancers, carbon particles, metal particles, inorganic particles, conductive polymers, corrosion inhibitors, leveling agents, and the like.
점도조절제는 전도성 나노와이어 코팅액의 코팅 시에 베이스 기판에 대한 코팅성을 향상시키고, 전도성 나노와이어 코팅액의 점도를 증가시켜 분산성 및 분산 안정성을 향상시킨다. 예컨대 점도조절제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxy propyl methyl cellulose), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스(2-hydroxy ethyl cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오스(carboxy methyl cellulose), 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol; PVA) 및 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone; PVP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The viscosity modifier improves coating properties on the base substrate during coating of the conductive nanowire coating solution, and improves dispersibility and dispersion stability by increasing the viscosity of the conductive nanowire coating solution. For example, viscosity modifiers include hydroxy propyl methyl cellulose, 2-hydroxy ethyl cellulose, carboxy methyl cellulose, polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl alcohol. It may include at least one of vinylpyrrolidone (Polyvinylpyrrolidone; PVP), but is not limited thereto.
탄소입자는 탄소나노튜브, 그래핀, 카본나노플레이트 및 카본블랙 중에 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The carbon particles may include at least one of carbon nanotubes, graphene, carbon nanoplates, and carbon black, but is not limited thereto.
금속입자는 은, 금, 니켈, 구리 입자 등이 포함될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.Metal particles may include silver, gold, nickel, copper particles, etc., but are not limited thereto.
무기물입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 입자 등이 포함될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The inorganic particles may include, but are not limited to, silica, alumina, titania, and zirconia particles.
그리고 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 3차원 구조의 전극(50)을 형성하기 위해서, 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 전극을 형성한 다음 3차원 열성형으로 형성한다. 3차원 열성형은 몰드, 에어 블로우, 진공 흡입, 연신 등의 방법을 이용한다. 예컨대 3차원 열성형은 몰드, 기판 가열 및 에어 블로우, 기판 가열 및 진공 흡입, 기판 가열 및 연신 또는 인몰드 성형이 사용될 수 있다.In addition, in order to form the
3차원 열성형 온도는 베이스 기판의 소재에 따라 결정되며, 일반적으로 140 내지 200℃에서 수행될 수 있다. 3차원 열성형 온도가 140℃ 미만인 경우, 베이스 기판을 변형시키기 어렵다. 반대로 3차원 열성형 온도가 200℃를 초과하는 경우 베이스 기판이 손상되거나 코팅된 전극의 손상이 발생할 수 있다. 하지만 베이스 기판의 소재로 PETG 및 변성 PET 등 성형 온도가 낮은 소재를 사용하는 경우, 3차원 열성형은 100 내지 140℃에서 수행될 수 있다.The 3D thermoforming temperature is determined according to the material of the base substrate, and may be generally performed at 140 to 200°C. When the three-dimensional thermoforming temperature is less than 140° C., it is difficult to deform the base substrate. Conversely, when the 3D thermoforming temperature exceeds 200° C., the base substrate may be damaged or the coated electrode may be damaged. However, when a material having a low molding temperature, such as PETG and modified PET, is used as a material for the base substrate, 3D thermoforming may be performed at 100 to 140 °C.
전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 완충제는 3차원 열성형 온도를 고려하여 100 내지 190℃에서 용융되는 소재를 사용할 수 있다. 즉 3차원 열성형 과정에서 완충제는 용융되어 유체적 특성을 갖기 때문에, 베이스 기판/전도성 나노와이어와, 전도성 나노와이어 간에 마찰을 억제하여 전도성 나노와이어가 손상되는 것을 억제한다.The buffer included in the conductive nanowire coating solution may be a material that melts at 100 to 190° C. in consideration of the three-dimensional thermoforming temperature. That is, since the buffer melts and has fluid properties during the 3D thermoforming process, friction between the base substrate/conductive nanowires and the conductive nanowires is suppressed to prevent damage to the conductive nanowires.
이와 같은 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(50)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 3은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면이다.A method of manufacturing the
먼저 도 3(a)에 도시된 바와 같이, S10단계에서 2차원 구조의 베이스 기판(15)을 준비한다.First, as shown in FIG. 3(a), a
다음으로 도 3(b)에 도시된 바와 같이, S20단계에서 제1 실시예에 따른 전도성 나노와이어 코팅액을 2차원 구조의 베이스 기판(15) 위에 코팅하여 2차원 구조의 전극(20)을 형성한 코팅 기판(30)을 제조한다. 이때 제조된 코팅 기판(30)은 완충제의 양에 따라 전기전도성을 띄거나, 면저항 10 kΩ/sq 이상으로 전기전도성을 거의 띄지 않을 수 있다. 즉 제조된 코팅 기판(30)은 전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 완충제의 함량에 따라서 전기전도성을 조절할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3 (b), in step S20, the conductive nanowire coating solution according to the first embodiment is coated on the
전도성 나노와이어 코팅액의 코팅 방법으로는 분사 코팅(spray coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 마이크로그라비아 코팅(micro-gravure coating), 바코팅(bar-coating), 나이프 코팅(knife coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 롤 코팅(roll coating), 캘린더 코팅(calender coating), 커튼 코팅(curtain coating), 압출 코팅(extrustion coating), 캐스트 코팅(cast coating), 침지 코팅(dip coating), 에어-나이프 코팅(air-knife coating), 거품 코팅(foam coating) 및 슬릿 코팅(slit coating) 중 적어도 하나의 방법이 사용될 수 있다.Coating methods of the conductive nanowire coating solution include spray coating, gravure coating, micro-gravure coating, bar-coating, knife coating, reverse roll Reverse roll coating, roll coating, calender coating, curtain coating, extrustion coating, cast coating, dip coating, air - At least one method of air-knife coating, foam coating, and slit coating may be used.
다음으로 도 3(c)에 도시된 바와 같이, S30단계에서 코팅 기판(30)을 3차원 열성형하여 2차원 구조의 전극(도 3(b)의 20)을 3차원 구조의 전극(도 3(d)의 50)으로 형성한다.Next, as shown in FIG. 3 (c), in step S30, the
여기서 도 3(c)에서는 몰드(40)를 이용한 압축 성형으로 3차원 구조의 전극(50)을 형성하였다. 3차원 열성형 시, 코팅 기판(30)을 몰드(40)에 삽입된 후 압축에 의해 3차원 형상으로 성형한다. 즉 2차원 구조의 베이스 기판(15)과 2차원 구조의 전극(20)이 함께 3차원 구조로 열성형되어 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 3차원 구조의 전극(50)이 형성된다.Here, in FIG. 3(c), the
3차원 열성형 조건은 베이스 기판의 소재에 따라서 결정될 수 있다. 예컨대 베이스 기판으로 폴리카보네이트 필름을 사용하는 경우, 폴리카보네이트 필름의 성형 온도가 160 내지 180℃이기 때문에, 2차원 구조의 전극(20)에 포함된 완충제로는 150 내지 190℃에서 용융되어 유체화되는 소재가 사용된다. 예컨대 완충제는 하이드록시기, 에테르기 등을 포함하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 완충제로는 하이드록시프로필 셀룰로우스, 설탕, 올리고당, 글루코우스, 프룩토오스, 말토스, 락토우스, 솔비톨 및 에리트리톨 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.3D thermoforming conditions may be determined according to the material of the base substrate. For example, when using a polycarbonate film as a base substrate, since the molding temperature of the polycarbonate film is 160 to 180 ° C, the buffer included in the two-
통상적인 전도성 나노와이어 코팅액, 즉 제1 실시예에 따른 완충제를 함유하지 않는 전도성 나노와이어 코팅액은 코팅 공정에서 2차원 구조의 전극을 형성하고, 2차원 구조의 전극에 포함된 전도성 나노와이어가 전도성 네트워크를 형성한다. 그런데 3차원 열성형 공정에서 작용하는 열과 연신에 의해, 제조되는 3차원 구조의 전극에 포함된 전도성 네트워크가 손상되면서 3차원 구조의 전극의 저항이 크게 증가한다. 즉 2차원 구조의 전극은 3차원 열성형 과정에서 필연적으로 수반되는 연신에 의해 전도성 네트워크가 손상되어 저항이 크게 증가하고, 늘어나는 연신율에 따라 저항이 크게 달라져 저항 균일도를 확보하기 어렵다.A conventional conductive nanowire coating solution, that is, a conductive nanowire coating solution not containing a buffer according to the first embodiment forms a two-dimensional electrode in a coating process, and the conductive nanowires included in the two-dimensional electrode form a conductive network. form However, as the conductive network included in the manufactured 3D structured electrode is damaged by heat and stretching acting in the 3D thermoforming process, the resistance of the 3D structured electrode greatly increases. That is, in the electrode having a two-dimensional structure, the resistance greatly increases because the conductive network is damaged by the elongation that is inevitably accompanied during the three-dimensional thermoforming process.
하지만 제1 실시예에 따른 전도성 나노와이어 코팅액은, 통상적인 전도성 나노와이어 코팅액과 비교하여, 완충제를 더 포함한다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 전도성 나노와이어 코팅액으로 형성된 2차원 구조의 전극(20)을 3차원 열성형 과정에서 완충제는 용융되어 유체적 특성을 갖기 때문에, 베이스 기판/전도성 나노와이어와, 전도성 나노와이어 간에 마찰을 억제하여 전도성 나노와이어가 손상되는 것을 억제한다.However, compared to the conventional conductive nanowire coating liquid, the conductive nanowire coating liquid according to the first embodiment further includes a buffer. As a result, in the process of 3-dimensional thermoforming the
이와 같이 2차원 구조의 전극(20)을 3차원 열성형할 때, 완충제가 전도성 나노와이어의 연신에 따른 전도성 손실을 억제함으로써, 3차원 구조의 전극(30)은 비교적 안정된 저항 특성을 갖는다.When the
한편 완충제는 전도성 나노와이어 코팅액에 포함되기 때문에, 전도성 나노와이어가 전도성 네트워크를 형성하는 것을 방해할 수 있다. 따라서 S30단계에 따른 3차원 열성형 공정 이후에 진행되는 S40단계에 따른 세척 공정을 통해서, 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 완충제를 적어도 일부를 제거함으로써, 안정적으로 전도성 나노와이어가 전도성 네트워크를 형성하도록 할 수 있다. 이로 인해 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 전도성 나노와이어가 접촉되어 안정적인 전도성 네트워크를 형성하기 때문에, 낮은 저항(높은 전기전도성)과 높은 저항 균일도와 같은 저항 안정성을 갖는 3차원 구조의 전극(50)을 제공할 수 있다.Meanwhile, since the buffer is included in the conductive nanowire coating solution, it may prevent the conductive nanowires from forming a conductive network. Therefore, by removing at least a part of the buffer included in the three-
이와 같이 S30단계에 3차원 열성형 이후에, 도 3(d)에 도시된 바와 같이, S40단계에 따른 세척을 수행할 수 있다. S40단계에서 열성형된 3차원 구조의 전극(50)을 물 또는 에탄올 세척하여 전도성을 개선한 3차원 구조의 전극(50)을 제조할 수 있다. 즉 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(50)을 갖는 전도성 기판(100)으로 제조할 수 있다.As such, after the three-dimensional thermoforming in step S30, as shown in FIG. 3(d), washing according to step S40 may be performed. The three-
S40단계에 따른 세척 단계는 3차원 열성형된 전도성 기판(100)을 물 또는 에탄올에 담구거나 흐르는 물, 알콜, 유기용매, 산 용액, 염기 용액 등을 이용해서 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 완충제를 제거한다. 열성형된 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 완충제가 제거되면서, 3차원 구조의 전극(50)에 포함된 전도성 나노와이어가 접촉되어 전도성 네트워크를 형성하여 전기전도성과 저항 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.In the cleaning step in step S40, the three-dimensional thermoformed
S40단계에 따른 세척 단계를 거친 3차원 구조의 전극(50)의 면저항은 전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 전도성 나노와이어의 함량과 코팅 두께에 따라서 일부 차이가 발생할 수 있지만, 기존의 3차원 구조의 전극의 면저항 보다는 낮은 면저항 값을 갖는다.Although the sheet resistance of the three-dimensional
한편 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극 제조 방법에 있어서, S40단계는 생략될 수 있다.Meanwhile, in the method of manufacturing the electrode having a three-dimensional structure according to the first embodiment, step S40 may be omitted.
제1 실시예에 따른 전도성 나노와이어 코팅액은 완충제를 함유하더라도, 기존의 코팅 방법을 그대로 활용할 수 있다.Even if the conductive nanowire coating solution according to the first embodiment contains a buffer, the existing coating method can be used as it is.
제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극 제조 방법은 기존과 동일하게 코팅 단계 및 3차원 열성형 단계를 수행함으로써, 저항 안정성을 갖는 3차원 구조의 전극(50)을 제공할 수 있다.The method of manufacturing the electrode with a three-dimensional structure according to the first embodiment can provide the
그리고 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(50)은 모바일기기, 자동차, 건축물 등 다양한 입체 구조물에 적용되어 터치스위치, 면상발열체, 3차원 구조 디스플레이, 3차원 구조의 전자파 차폐 필름 등에 활용 가능하며, 활용 범위가 이것에 한정되는 것은 아니다.In addition, the three-
이와 같은 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 전극에 대한 물리적인 특성을 확인하기 위해서, 비교예 및 제1 실시예에 따른 연신된 2차원 구조의 전극을 제조하였다.In order to confirm the physical properties of the three-dimensional structured electrode according to the first embodiment, the electrodes with the stretched two-dimensional structure according to the comparative example and the first embodiment were prepared.
비교예 및 제1 실시예에 따른 기본 전도성 나노와이어 코팅액으로는 은나노와이어 코팅액을 사용하였다. 기본 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt%를 함유하는 에탄올 용액이다.A silver nanowire coating solution was used as the basic conductive nanowire coating solution according to the comparative example and the first embodiment. The basic silver nanowire coating solution is an ethanol solution containing 0.15 wt% of silver nanowires.
비교예에서는 전도성 나노와이어 코팅액으로 기본 은나노와이어 코팅액을 사용하였다. 비교예에 따른 기본 은나노와이어 코팅액은 후술될 대조예1에 따른 은나노와이어 코팅액이다.In Comparative Example, a basic silver nanowire coating solution was used as the conductive nanowire coating solution. The basic silver nanowire coating solution according to Comparative Example is the silver nanowire coating solution according to Comparative Example 1 to be described later.
제1 실시예에 따른 은나노와이어 코팅액으로는 기본 은나노와이어 코팅액에 완충제 0.25 wt%를 추가하였다. 완충제로는 하이드록시프로필 셀룰로우스를 사용하였다. 제1 실시예에 따른 은나노와이어 코팅액은 후술될 실험예1-1에 따른 은나노와이어 코팅액이다.As the silver nanowire coating solution according to the first embodiment, 0.25 wt% of a buffer was added to the basic silver nanowire coating solution. Hydroxypropyl cellulose was used as a buffer. The silver nanowire coating solution according to the first embodiment is a silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-1 to be described later.
비교예 및 제1 실시예에 따른 은나노와이어 코팅액을 이용하여 제1 실시예에 따른 제조 방법을 이용하여 20% 연신된 2차원 구조의 전극을 제조하였다. 즉 S30단계에서 코팅 기판을 175℃에서 20% 연신하여 비교예 및 제1 실시예에 따른 2차원 구조의 전극은 제조하였다.An electrode having a two-dimensional structure elongated by 20% was manufactured by using the silver nanowire coating solution according to the comparative example and the first example and the manufacturing method according to the first example. That is, in step S30, the coated substrate was stretched by 20% at 175° C. to prepare the two-dimensional electrodes according to Comparative Example and Example 1.
20% 연신된 비교예 및 제1 실시예에 따른 2차원 구조의 전극은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, SEM 사진을 통하여 2차원 구조의 전극에 포함된 은나노와이어 및 네트워크 상태를 확인하였다. 여기서 도 4는 비교예에 따른 20%의 연신이 적용된 2차원 구조의 전극을 보여주는 SEM 사진이다. 그리고 도 5는 제1 실시예에 따른 20%의 연신이 적용된 2차원 구조의 전극을 보여주는 SEM 사진이다.As shown in FIGS. 4 and 5, the electrodes of the two-dimensional structure according to the comparative example and the first embodiment stretched by 20% confirmed the silver nanowires and network states included in the two-dimensional electrodes through SEM images. did Here, FIG. 4 is a SEM picture showing an electrode having a two-dimensional structure to which 20% elongation is applied according to a comparative example. And FIG. 5 is a SEM picture showing the two-dimensional structure of the electrode to which 20% of elongation is applied according to the first embodiment.
도 4를 참조하면, 비교예에 따른 2차원 구조의 전극은 은나노와이어의 네트워크가 손상된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the network of silver nanowires in the electrode having a two-dimensional structure according to the comparative example is damaged.
반면에 도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 2차원 구조의 전극은 20% 연신에도 불구하고 은나노와이어의 네트워크가 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 5 , it can be confirmed that the network of silver nanowires is stably maintained in the electrode having a two-dimensional structure according to the first embodiment despite 20% elongation.
이와 같이 제1 실시예에 따른 20% 연신된 2차원 구조의 전극은 완충제를 포함하기 때문에, 2차원 구조의 전극으로 제조한 이후에 작용하는 연신에 대해서 안정적인 은나노와이어 간의 네트워크를 유지하는 것으로 판단된다.As described above, since the 20% stretched two-dimensional structure electrode according to the first embodiment includes a buffer, it is judged that the network between the silver nanowires is maintained stable against the elongation acting after being manufactured as a two-dimensional structure electrode. .
한편 제1 실시예에서는 완충제가 적용된 3차원 구조의 전극을 예시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 완충제가 적용된 2차원 구조의 전극을 제조한 이후에, 전술된 바와 같이 2차원 방향 또는 3차원 방향으로의 연신을 위한 열성형으로 형성되는 연신된 전극의 제조에도 완충제가 적용될 수 있다.Meanwhile, in the first embodiment, an electrode having a three-dimensional structure to which a buffer is applied was exemplified, but is not limited thereto. For example, after manufacturing an electrode having a two-dimensional structure to which a buffer is applied, the buffer may also be applied to manufacture of a stretched electrode formed by thermoforming for stretching in a two-dimensional direction or a three-dimensional direction as described above.
이와 같이 본 발명에 있어서, 3차원 열성형은 형상적인 3차원 구조를 형성하기 위한 열성형 뿐만 아니라 2차원 방향 또는 3차원 방향으로의 연신을 위한 열성형을 포함한다.Thus, in the present invention, the three-dimensional thermoforming includes not only thermoforming to form a three-dimensional structure, but also thermoforming for stretching in a two-dimensional direction or a three-dimensional direction.
[실험예1 및 대조예1][Experimental Example 1 and Control Example 1]
이와 같은 제1 실시예에 따른 2차원 구조의 전극의 연신율에 따른 저항변화를 실험예1 및 대조예1을 통하여 비교하여 다음과 같다.The resistance change according to the elongation of the two-dimensional electrode according to the first embodiment is compared through Experimental Example 1 and Control Example 1 as follows.
실험예1Experimental example 1
완충제로 하이드로프로필 셀룰로오스, 설탕 및 올리고당을 사용한다. 각 완충제를 물에 녹인 이후에, 각각의 완충제 용액에 은나노와이어를 혼합하여 실험예1에 따른 은나노와이어 코팅액을 제조하였다. 실험예1에 따른 각각의 은나노와이어 코팅액에서의 은나노와이어 농도는 0.15 wt%이며, 각 완충제(하이드로프로필 셀룰로오스, 설탕, 올리고당)의 농도를 변화시키면서 연신에 따른 저항변화를 실험하였다.Hydropropyl cellulose, sugars and oligosaccharides are used as buffering agents. After dissolving each buffer in water, silver nanowires were mixed with each buffer solution to prepare a silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1. The silver nanowire concentration in each of the silver nanowire coating solutions according to Experimental Example 1 was 0.15 wt%, and the resistance change according to stretching was tested while changing the concentration of each buffer (hydropropyl cellulose, sugar, oligosaccharide).
베이스 기판으로 폴리카보네이트 기판을 사용하고, 실험예1에 따른 은나노와이어 코팅액을 바 코팅 방법으로 코팅한 후 120℃에서 5분간 건조하여 2차원 구조의 전극을 포함하는 코팅 기판을 제조하였다. 건조된 코팅 기판을 175℃에서 연신을 진행했으며, 연신율에 따라 연신전과 비교하여 2차원 구조의 전극의 저항변화를 측정하였다. 연신된 2차원 구조의 전극을 물 또는 에탄올에 세척하여 저항을 다시 측정하였다.A polycarbonate substrate was used as a base substrate, and the silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1 was coated by a bar coating method, and then dried at 120° C. for 5 minutes to prepare a coated substrate including a two-dimensional electrode. The dried coated substrate was stretched at 175° C., and the change in resistance of the two-dimensional electrode was measured according to the elongation rate compared to before stretching. The stretched two-dimensional structure of the electrode was washed with water or ethanol to measure the resistance again.
대조예1Control Example 1
대조예1로 폴리카본네이트 기판에 완충제가 포함되지 않은 은나노와이어 코팅액(은나노와이어 0.15 wt% 에탄올 용액)을 바 코팅 방법으로 코팅하고 120℃에서 5분간 건조하여 2차원 구조의 전극을 포함하는 코팅 기판을 제조하였다. 건조된 코팅 기판을 175℃에서 연신을 진행했으며, 연신율에 따라 연신전과 비교하여 2차원 구조의 전극의 저항변화를 측정하였다. 연신된 2차원 구조의 전극을 물 또는 에탄올에 세척하여 저항을 다시 측정하였다.In Comparative Example 1, a silver nanowire coating solution (silver nanowire 0.15 wt% ethanol solution) not containing a buffer was coated on a polycarbonate substrate by a bar coating method, and dried at 120 ° C for 5 minutes to obtain a coated substrate including a two-dimensional electrode. was manufactured. The dried coated substrate was stretched at 175° C., and the change in resistance of the two-dimensional electrode was measured according to the elongation rate compared to before stretching. The stretched two-dimensional structure of the electrode was washed with water or ethanol to measure the resistance again.
실험예1 및 대조예1에 따른 코팅 기판의 연신에 따른 저항변화를 측정한 결과는 표 1과 같다. 여기서 실험예1 및 대조예1에 따른 은나노와이어 코팅액은 다음과 같다.Table 1 shows the results of measuring resistance changes according to stretching of the coated substrates according to Experimental Example 1 and Control Example 1. Here, the silver nanowire coating solutions according to Experimental Example 1 and Control Example 1 are as follows.
대조예1에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt%를 포함하는 에탄올 용액이다.The silver nanowire coating solution according to Comparative Example 1 is an ethanol solution containing 0.15 wt% of the silver nanowires.
실험예1-1에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 하이드로프로필 셀룰로오스 0.25 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-1 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 0.25 wt% of hydropropyl cellulose.
실험예1-2에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 하이드로프로필 셀룰로오스 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-2 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 10 wt% of hydropropyl cellulose.
실험예1-3에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 설탕 0.6 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-3 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 0.6 wt% of sugar.
실험예1-4에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 설탕 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-4 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 10 wt% of sugar.
실험예1-5에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 올리고당 0.6 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-5 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 0.6 wt% of oligosaccharide.
실험예1-6에 따른 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.15 wt% 및 올리고당 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The silver nanowire coating solution according to Experimental Example 1-6 is an aqueous solution containing 0.15 wt% of silver nanowires and 10 wt% of oligosaccharide.
표 1에서, '전도성 없음'은 면저항이 10 kΩ/sq 이상으로 전기전도성을 거의 띄지 않아 저항변화율의 측정이 어려운 경우이다.In Table 1, 'no conductivity' is a case where it is difficult to measure the resistance change rate because the sheet resistance is 10 kΩ/sq or more and the electrical conductivity is hardly observed.
표 1을 참조하면, 완충제가 포함된 은나노와이어 코팅액을 사용한 실험예1이 대조예1과 비교하여 저항변화가 크게 줄어든 것을 확인하였다. 완충제가 없는 대조예1의 경우에는 10% 연신에 421% 이상 저항이 증가했으나, 완충제가 포함된 실험예1의 경우에는 저항변화가 최대 18% 이내로 국한되었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the resistance change of Experimental Example 1 using the silver nanowire coating solution containing the buffer was greatly reduced compared to Control Example 1. In the case of Control Example 1 without a buffer, the resistance increased by 421% or more at 10% elongation, but in the case of Experimental Example 1 with a buffer, the resistance change was limited to a maximum of 18%.
실험예1의 경우, 세척 전과 비교하여 세척 후에 저항변화율이 감소한 것을 확인할 수 있다. 이것은 세척에 의한 2차원 구조의 전극에 포함된 완충제가 제거되면서, 2차원 구조의 전극의 전기전도성 향상에 기여한 것으로 판단된다.In the case of Experimental Example 1, it can be seen that the resistance change rate is reduced after washing compared to before washing. It is believed that this contributed to the improvement of the electrical conductivity of the two-dimensional structure electrode as the buffer included in the two-dimensional structure electrode was removed by washing.
[제2 실시예][Second Embodiment]
한편 제1 실시예에서는 완충제를 전도성 나노와이어 코팅액에 포함시켜 3차원 구조의 전극을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 완충제를 베이스 기판 위에 오버 코팅으로 형성할 수 있다.Meanwhile, in the first embodiment, an example of forming a three-dimensional electrode by including a buffer in the conductive nanowire coating solution was disclosed, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 6 , the buffer may be formed as an overcoat on the base substrate.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(150)을 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 전도성 기판(200)은 3차원 구조의 베이스 기판(10)과, 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 형성된 3차원 구조의 전극(150)을 포함한다. 3차원 구조의 전극(150)은 완충제와 전도성 나노와이어를 포함하며, 3차원 구조의 베이스 기판(10)의 형상에 대응되게 형성된다.Referring to FIG. 6 , the
제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(150)은 3차원 구조의 전극층(153)과 3차원 구조의 오버 코팅층(151)을 포함하다. 3차원 구조의 전극층(153)은 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 형성되며, 전도성 나노와이어를 함유하다. 그리고 3차원 구조의 오버 코팅층(151)은 3차원 구조의 전극층(153) 위에 형성되며, 완충제를 함유한다.The
이와 같이 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(150)은 완충제가 베이스 기판 위에 오버 코팅층으로 형성된다.In this way, in the
이와 같은 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(150)의 제조 방법에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 도 6의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다.A method of manufacturing the
먼저 S10단계에서 2차원 구조의 베이스 기판을 준비한다.First, in step S10, a base substrate having a two-dimensional structure is prepared.
다음으로 S21단계에서 2차원 구조의 베이스 기판 위에 2차원 구조의 전극을 형성한 코팅 기판을 제조한다. 즉 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 전극층을 형성하다. 이어서 2차원 구조의 전극층 위에 완충제를 함유하는 오버 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 오버 코팅층을 형성함으로써, 2차원 구조의 전극이 형성된 코팅 기판을 제조한다.Next, in step S21, a coated substrate having a two-dimensional structure electrode formed on the two-dimensional base substrate is prepared. That is, a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires is coated on a base substrate having a two-dimensional structure to form an electrode layer having a two-dimensional structure. Then, the overcoating solution containing the buffer is coated on the electrode layer of the two-dimensional structure to form the over-coating layer of the two-dimensional structure, thereby manufacturing the coated substrate on which the electrode of the two-dimensional structure is formed.
이때 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 형성된 전도성 나노와이어 코팅층을 2차원 구조의 전극층으로 바로 사용하는 경우, 2차원 구조의 전극층 즉 전도성 나노와이어 코팅층 위에 오버 코팅층을 형성하는 공정을 진행한다.At this time, when the conductive nanowire coating layer formed by coating the conductive nanowire coating solution on the base substrate of the two-dimensional structure is directly used as the electrode layer of the two-dimensional structure, the process of forming an overcoating layer on the electrode layer of the two-dimensional structure, that is, the conductive nanowire coating layer proceed
하지만 전도성 나노와이어 코팅층을 패터닝하여 2차원 구조의 전극층을 형성하는 경우, 패터닝 공정으로 형성된 2차원 구조의 전극층 위에 오버 코팅층을 형성하는 공정을 진행하는 것이 바람직하다. 즉 S21단계에 따른 코팅 기판을 제조하는 단계는, 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 전도성 나노와이어 코팅층을 형성하는 단계, 전도성 나노와이어 코팅층을 패터닝하여 2차원 구조의 전극층을 형성하는 단계, 및 2차원 구조의 전극층 위에 완충제를 함유하는 오버 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 오버 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.However, when patterning the conductive nanowire coating layer to form the electrode layer of the two-dimensional structure, it is preferable to proceed with a process of forming an overcoating layer on the electrode layer of the two-dimensional structure formed by the patterning process. That is, the step of preparing the coated substrate according to step S21 is the step of forming a conductive nanowire coating layer by coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on a base substrate having a two-dimensional structure, patterning the conductive nanowire coating layer 2 Forming an electrode layer having a 2D structure, and forming an overcoating layer having a 2D structure by coating an overcoating solution containing a buffer on the electrode layer having a 2D structure.
한편 패터닝이 필요한 전도성 나노와이어 코팅층에 대해서, 패터닝 전에 전도성 나노와이어 코팅층 위에 오버 코팅층을 형성한 다음, 전도성 나노와이어 코팅층과 오버 코팅층을 함께 패터닝하여 2차원 구조의 전극층과 오버 코팅층을 형성할 수 있다. 하지만 이 경우, 패터닝 과정에서 사용되는 세척액에 의해 오버 코팅층에 포함된 완충제가 제거된다. 완충제가 제거될 경우, 이후에 진행되는 3차원 열성형 과정에서 완충제로 인한 효과가 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.Meanwhile, for the conductive nanowire coating layer requiring patterning, an overcoating layer is formed on the conductive nanowire coating layer before patterning, and then the conductive nanowire coating layer and the overcoating layer are patterned together to form an electrode layer and an overcoating layer having a two-dimensional structure. However, in this case, the buffer included in the overcoating layer is removed by the washing solution used in the patterning process. When the buffer is removed, a problem in which the effect of the buffer is reduced may occur in a subsequent 3D thermoforming process.
따라서 전도성 나노와이어 코팅층에 대한 패터닝으로 2차원 구조의 전극층을 형성하는 경우, 오버 코팅층을 형성하는 전에 패터닝을 먼저 진행하여 2차원 구조의 전극층을 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, in the case of forming an electrode layer with a two-dimensional structure by patterning the conductive nanowire coating layer, it is preferable to first form the electrode layer with a two-dimensional structure by patterning before forming the overcoating layer.
그리고 S21단계 이후에 진행되는 S30단계 및 S40단계를 통하여, 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(150)을 제조한다. 여기서 S21단계 이후에 진행되는 공정은 제1 실시예에 따른 S30단계 및 S40단계와 동일하게 수행되기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.Then, through steps S30 and S40 performed after step S21, the
[실험예2][Experimental Example 2]
이와 같은 제2 실시예에 따른 2차원 구조의 전극의 연신율에 따른 저항변화를 실험예2 및 대조예1을 통하여 비교하여 다음과 같다.The change in resistance according to the elongation of the electrode having a two-dimensional structure according to the second embodiment is compared through Experimental Example 2 and Control Example 1 as follows.
실험예2Experimental Example 2
폴리카본네이트 기판에 완충제가 포함되지 않은 은나노와이어 코팅액(은나노와이어 0.15 wt% 에탄올 용액)을 바 코팅 방법으로 코팅하고 120℃에서 5분간 건조한다. 완충제를 물 또는 에탄올에 5~20 wt% 녹이고 건조된 은나노와이어 코팅 기판에 오버 코팅하여 완충제를 적용한다. 완충제가 오버 코팅 후 120℃로 5분 가열하여 건조한다. 건조된 코팅 기판은 175℃에서 연신을 진행했으며, 연신율에 따라 연신전과 비교하여 2차원 구조의 전극의 저항변화를 측정하였다. 연신된 2차원 구조의 전극을 물 또는 에탄올에 세척하여 저항을 다시 측정하였다.A silver nanowire coating solution (silver nanowire 0.15 wt% ethanol solution) not containing a buffer is coated on the polycarbonate substrate by a bar coating method and dried at 120° C. for 5 minutes. The buffer is applied by dissolving 5 to 20 wt% of the buffer in water or ethanol and overcoating the dried silver nanowire coated substrate. After the buffer is overcoated, it is dried by heating at 120°C for 5 minutes. The dried coated substrate was stretched at 175° C., and the resistance change of the two-dimensional electrode was measured according to the elongation rate compared to before stretching. The stretched two-dimensional structure of the electrode was washed with water or ethanol to measure the resistance again.
실험예2에서는 은나노와이어 코팅액으로 은나노와이어 0.15 wt% 에탄올 용액을 사용하였고, 오버 코팅액에서 완충제(하이드로프로필 셀룰로오스, 설탕, 올리고당)의 농도를 각각 변화시키면서 연신에 따른 저항변화를 실험하였다.In Experimental Example 2, a silver nanowire 0.15 wt% ethanol solution was used as the silver nanowire coating solution, and the resistance change according to stretching was tested while changing the concentration of the buffer (hydropropyl cellulose, sugar, oligosaccharide) in the overcoating solution.
실험예2 및 대조예1에 따른 코팅 기판의 연신에 따른 저항변화를 측정한 결과는 표 2와 같다. 여기서 실험예2에 따른 오버 코팅액은 다음과 같다.Table 2 shows the results of measuring resistance changes according to stretching of the coated substrates according to Experimental Example 2 and Control Example 1. Here, the overcoating solution according to Experimental Example 2 is as follows.
실험예2-1에 따른 오버 코팅액은 하이드로프로필 셀룰로오스 0.25 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-1 is an aqueous solution containing 0.25 wt% of hydropropyl cellulose.
실험예2-2에 따른 오버 코팅액은 하이드로프로필 셀룰로오스 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-2 is an aqueous solution containing 10 wt% of hydropropyl cellulose.
실험예2-3에 따른 오버 코팅액은 설탕 0.6 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-3 is an aqueous solution containing 0.6 wt% of sugar.
실험예2-4에 따른 오버 코팅액은 설탕 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-4 is an aqueous solution containing 10 wt% of sugar.
실험예2-5에 따른 오버 코팅액은 올리고당 0.6 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-5 is an aqueous solution containing 0.6 wt% of oligosaccharide.
실험예2-6에 따른 오버 코팅액은 올리고당 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The overcoating solution according to Experimental Example 2-6 is an aqueous solution containing 10 wt% of oligosaccharide.
표 2를 참조하면, 완충제가 오버 코팅으로 적용된 실험예2가 대조예1과 비교하여 저항변화가 크게 줄어든 것을 확인하였다. 완충제가 없는 대조예1의 경우에는 10% 연신에 421% 이상 저항이 증가했으나, 완충제가 오버 코팅으로 적용된 실험예2의 경우에는 저항변화가 최대 37% 이내로 국한되었다.Referring to Table 2, it was confirmed that the resistance change of Experimental Example 2 to which the buffer was applied as an overcoat was greatly reduced compared to Control Example 1. In the case of Control Example 1 without a buffer, the resistance increased by 421% or more at 10% elongation, but in the case of Experimental Example 2 where the buffer was applied as an overcoat, the resistance change was limited to a maximum of 37%.
그리고 실험예2의 경우에도, 세척 전과 비교하여 세척 후에 저항변화율이 감소한 것을 확인할 수 있다. 이것은 세척에 의한 2차원 구조의 전극에 포함된 완충제가 제거되면서, 2차원 구조의 전극의 전기전도성 향상에 기여한 것으로 판단된다.And even in the case of Experimental Example 2, it can be seen that the resistance change rate is reduced after washing compared to before washing. It is believed that this contributed to the improvement of the electrical conductivity of the two-dimensional structure electrode as the buffer included in the two-dimensional structure electrode was removed by washing.
[제3 실시예][Third Embodiment]
한편 제1 실시예에서는 완충제를 전도성 나노와이어 코팅액에 포함시켜 3차원 구조의 전극을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 완충제를 베이스 기판 위에 언더 코팅으로 형성할 수 있다.Meanwhile, in the first embodiment, an example of forming a three-dimensional electrode by including a buffer in the conductive nanowire coating solution was disclosed, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 8 , the buffer may be formed as an undercoat on the base substrate.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(250)을 보여주는 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing an
도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 전도성 기판(300)은 3차원 구조의 베이스 기판(10)과, 3차원 구조의 베이스 기판(10) 위에 형성된 3차원 구조의 전극(250)을 포함한다. 3차원 구조의 전극(250)은 완충제와 전도성 나노와이어를 포함하며, 3차원 구조의 베이스 기판(10)의 형상에 대응되게 형성된다.Referring to FIG. 8 , the
제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(250)은 3차원 구조의 언더 코팅층(251)과 3차원 구조의 전극층(253)을 포함하다. 3차원 구조의 언더 코팅층(251)은 3차원 구조의 베이스 기판(251) 위에 형성되며, 완충제를 포함하다. 그리고 3차원 구조의 전극층(253)은 3차원 구조의 언더 코팅층(251) 위에 형성되며, 전도성 나노와이어를 함유한다.The
이와 같이 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(250)은 완충제가 베이스 기판 위에 언더 코팅층으로 형성된다.In this way, in the
이와 같은 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(250)의 제조 방법에 대해서 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 9는 도 8의 3차원 구조의 전극의 제조 방법에 따른 흐름도이다.A method of manufacturing the
먼저 S10단계에서 2차원 구조의 베이스 기판을 준비한다.First, in step S10, a base substrate having a two-dimensional structure is prepared.
다음으로 S23단계에서 2차원 구조의 베이스 기판 위에 2차원 구조의 전극을 형성한 코팅 기판을 제조한다. 즉 2차원 구조의 베이스 기판 위에 완충제를 함유하는 언더 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 언더 코팅층을 형성하다. 이어서 2차원 구조의 언더 코팅층 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 2차원 구조의 전극층을 형성함으로써, 2차원 구조의 전극이 형성된 코팅 기판을 제조할 수 있다.Next, in step S23, a coated substrate having a two-dimensional structure electrode formed on the two-dimensional base substrate is prepared. That is, an under coating solution containing a buffer is coated on a base substrate having a two-dimensional structure to form an under-coating layer having a two-dimensional structure. Subsequently, a coating substrate having a two-dimensional structure electrode may be prepared by coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on the two-dimensional undercoating layer to form an electrode layer having a two-dimensional structure.
그리고 S23단계 이후에 진행되는 S30단계 및 S40단계를 통하여, 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극(250)을 제조한다. 여기서 S23단계 이후에 진행되는 공정은 제1 실시예에 따른 S30단계 및 S40단계와 동일하게 수행되기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.Then, through steps S30 and S40 performed after step S23, the
[실험예3][Experimental Example 3]
이와 같은 제3 실시예에 따른 2차원 구조의 전극의 연신율에 따른 저항변화를 실험예3 및 대조예1을 통하여 비교하여 다음과 같다.The resistance change according to the elongation rate of the two-dimensional structure electrode according to the third embodiment is compared through Experimental Example 3 and Control Example 1 as follows.
실험예3Experimental Example 3
폴리카본네이트 기판에 완충제를 오버 코팅하고 120℃에서 5분간 건조한다. 오버 코팅층 위에 완충제가 포함되지 않은 은나노와이어 코팅액(은나노와이어 0.15 wt% 에탄올 용액)을 바 코팅 방법으로 코팅하고 120℃에서 5분간 건조한다. 건조된 코팅 기판은 175℃에서 연신을 진행했으며, 연신율에 따라 연신전과 비교하여 2차원 구조의 전극의 저항변화를 측정하였다. 연신된 2차원 구조의 전극을 물 또는 에탄올에 세척하여 저항을 다시 측정하였다.The polycarbonate substrate was overcoated with a buffer and dried at 120° C. for 5 minutes. A silver nanowire coating solution (silver nanowire 0.15 wt% ethanol solution) not containing a buffer was coated on the overcoating layer by a bar coating method and dried at 120° C. for 5 minutes. The dried coated substrate was stretched at 175° C., and the resistance change of the two-dimensional electrode was measured according to the elongation rate compared to before stretching. The stretched two-dimensional structure of the electrode was washed with water or ethanol to measure the resistance again.
실험예3에서는 은나노와이어 코팅액으로 은나노와이어 0.15 wt% 메틸에틸케톤 용액을 사용하였고, 언더 코팅액에서 완충제(하이드로프로필 셀룰로오스, 설탕)의 농도를 각각 변화시키면서 연신에 따른 저항변화를 실험하였다.In Experimental Example 3, a silver nanowire 0.15 wt% methyl ethyl ketone solution was used as the silver nanowire coating solution, and the resistance change according to stretching was tested while changing the concentration of the buffer (hydropropyl cellulose, sugar) in the undercoating solution.
실험예3 및 대조예1에 따른 코팅 기판의 연신에 따른 저항변화를 측정한 결과는 표 3과 같다. 여기서 실험예3에 따른 언더 코팅액은 다음과 같다.Table 3 shows the results of measuring resistance changes according to stretching of the coated substrates according to Experimental Example 3 and Control Example 1. Here, the under coating liquid according to Experimental Example 3 is as follows.
실험예3-1에 따른 언더 코팅액은 하이드로프로필 셀룰로오스 7 wt%를 포함하는 수용액이다.The under coating solution according to Experimental Example 3-1 is an aqueous solution containing 7 wt% of hydropropyl cellulose.
실험예3-2에 따른 언더 코팅액은 설탕 10 wt%를 포함하는 수용액이다.The under coating liquid according to Experimental Example 3-2 is an aqueous solution containing 10 wt% of sugar.
표 3을 참조하면, 완충제가 언더 코팅으로 적용된 실험예3이 대조예1과 비교하여 저항변화가 크게 줄어든 것을 확인하였다. 완충제가 없는 대조예1의 경우에는 10% 연신에 421% 이상 저항이 증가했으나, 완충제가 언더 코팅으로 적용된 실험예3의 경우에는 저항변화가 최대 46% 이내로 국한되었다.Referring to Table 3, it was confirmed that the resistance change of Experimental Example 3 to which the buffer was applied as an undercoat was greatly reduced compared to Control Example 1. In the case of Control Example 1 without a buffer, the resistance increased by 421% or more at 10% elongation, but in the case of Experimental Example 3 where the buffer was applied as an undercoat, the resistance change was limited to a maximum of 46%.
그리고 실험예3의 경우에도, 세척 전과 비교하여 세척 후에 저항변화율이 감소한 것을 확인할 수 있다. 이것은 세척에 의한 2차원 구조의 전극에 포함된 완충제가 제거되면서, 2차원 구조의 전극의 전기전도성 향상에 기여한 것으로 판단된다.And even in the case of Experimental Example 3, it can be seen that the resistance change rate is reduced after washing compared to before washing. It is believed that this contributed to the improvement of the electrical conductivity of the two-dimensional structure electrode as the buffer included in the two-dimensional structure electrode was removed by washing.
한편 제2 및 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 전극은 전극층의 일면에 완충제를 함유하는 코팅층을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 전극층의 양면에 완충제를 함유하는 언더 코팅층과 오버 코팅층을 함께 형성할 수도 있다.On the other hand, the electrode having a three-dimensional structure according to the second and third embodiments disclosed an example of forming a coating layer containing a buffer on one surface of the electrode layer, but is not limited thereto. An undercoating layer and an overcoating layer containing a buffer may be formed together on both sides of the electrode layer.
그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.And the embodiments disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented.
10 : 2차원 구조의 베이스 기판
15 : 3차원 구조의 베이스 기판
20 : 2차원 구조의 전극
30 : 코팅 기판
40 : 몰드
50, 150, 250 : 3차원 구조의 전극
100, 200, 300 : 전도성 기판
151 : 3차원 구조의 언더 코팅층
153 : 3차원 구조의 전극층
251 : 3차원 구조의 오버 코팅층
253 : 3차원 구조의 전극층10: two-dimensional structure base substrate
15: three-dimensional structure base substrate
20: two-dimensional electrode
30: coating substrate
40: mold
50, 150, 250: three-dimensional structure electrode
100, 200, 300: conductive substrate
151: three-dimensional structure undercoating layer
153: electrode layer of three-dimensional structure
251: over-coating layer with a three-dimensional structure
253: electrode layer of three-dimensional structure
Claims (16)
상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함하는 3차원 구조의 전극.It is formed on a base substrate having a three-dimensional structure and includes a buffer and conductive nanowires,
The buffer contains a hydroxyl group or an ether group, and is melted at 100 to 190 ° C. to form a fluid phase. An electrode having a three-dimensional structure including at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules, and polymers. .
상기 완충제와 상기 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 상기 베이스 기판 위에 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.The method of claim 1, wherein the electrode of the three-dimensional structure,
An electrode having a three-dimensional structure, characterized in that formed by coating a conductive nanowire coating solution containing the buffer and the conductive nanowires on the base substrate.
상기 3차원 구조의 베이스 기판 위에 형성되며, 상기 완충제를 함유하는 3차원 구조의 언더 코팅층; 및
상기 3차원 구조의 언더 코팅층 위에 형성되며, 상기 전도성 와이어를 함유하는 3차원 구조의 전극층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.The method of claim 1, wherein the electrode of the three-dimensional structure,
an under-coating layer having a three-dimensional structure formed on the base substrate having a three-dimensional structure and containing the buffer; and
an electrode layer having a three-dimensional structure formed on the under-coating layer of the three-dimensional structure and containing the conductive wire;
An electrode of a three-dimensional structure, characterized in that it comprises a.
상기 3차원 구조의 베이스 기판 위에 형성되며, 상기 전도성 와이어를 함유하는 3차원 구조의 전극층; 및
상기 3차원 구조의 전극층 위에 형성되며, 상기 완충제를 함유하는 3차원 구조의 오버 코팅층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.The method of claim 1, wherein the electrode of the three-dimensional structure,
an electrode layer having a three-dimensional structure formed on the base substrate of the three-dimensional structure and containing the conductive wire; and
a three-dimensional structure overcoating layer formed on the three-dimensional electrode layer and containing the buffer;
An electrode of a three-dimensional structure, characterized in that it comprises a.
상기 완충제는 하이드록시프로필 셀룰로우스, 설탕, 올리고당, 글루코우스, 프룩토오스, 말토스, 락토우스, 솔비톨 및 에리트리톨 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.According to claim 1,
The electrode of the three-dimensional structure, characterized in that the buffer comprises at least one of hydroxypropyl cellulose, sugar, oligosaccharide, glucose, fructose, maltose, lactose, sorbitol and erythritol.
상기 베이스 기판의 소재는 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타크릴레이트, PETG, 변성 PET, 폴리스타이렌(PS), 폴리비닐클로라이드 및 ABS 수지 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.According to claim 1,
The material of the base substrate includes at least one of polycarbonate, polyacrylate, polyurethane, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, PETG, modified PET, polystyrene (PS), polyvinyl chloride, and ABS resin. An electrode of a three-dimensional structure, characterized in that.
상기 전도성 나노와이어는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트 및 이종금속이 코팅된 금속나노와이어 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극.According to claim 1,
The conductive nanowires include at least one of silver nanowires, copper nanowires, gold nanowires, carbon nanotubes, carbon nanoplates, and metal nanowires coated with a different metal.
상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함하는 전도성 나노와이어 코팅액.Including a buffer, conductive nanowires and a solvent,
The buffer contains a hydroxyl group or an ether group, and is melted at 100 to 190 ° C. to form a fluid phase. A conductive nanowire coating solution containing at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules and polymers.
상기 완충제는 하이드록시프로필 셀룰로우스, 설탕, 올리고당, 글루코우스, 프룩토오스, 말토스, 락토우스, 솔비톨 및 에리트리톨 중에 적어도 하나를 포함하고,
상기 전도성 나노와이어는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트 및 이종금속이 코팅된 금속나노와이어 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 나노와이어 코팅액.According to claim 8,
the buffer comprises at least one of hydroxypropyl cellulose, sugar, oligosaccharide, glucose, fructose, maltose, lactose, sorbitol and erythritol;
The conductive nanowires include at least one of silver nanowires, copper nanowires, gold nanowires, carbon nanotubes, carbon nanoplates, and metal nanowires coated with a different type of metal.
상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.Coating a conductive nanowire coating solution containing a buffer and conductive nanowires on a base substrate of a two-dimensional structure to prepare a coated substrate on which an electrode of a two-dimensional structure is formed; and
Forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate; Including,
The buffer contains a hydroxyl group or an ether group, and is melted at 100 to 190 ° C. to form a fluid phase. An electrode having a three-dimensional structure including at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules, and polymers. manufacturing method.
상기 코팅 기판은 상기 전도성 나노와이어 코팅액에 포함된 상기 완충제의 함량에 따라서 전기전도성을 조절하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.The method of claim 10, wherein in the step of preparing the coated substrate,
The method of manufacturing an electrode having a three-dimensional structure, characterized in that the coated substrate adjusts the electrical conductivity according to the content of the buffer included in the conductive nanowire coating solution.
상기 코팅 기판은 면저항이 10 kΩ/sq 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.The method of claim 10, wherein in the step of preparing the coated substrate,
The coating substrate is a method for manufacturing an electrode of a three-dimensional structure, characterized in that the sheet resistance is 10 kΩ / sq or more.
상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.A two-dimensional structure formed by coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on a base substrate having a two-dimensional structure to form an electrode layer of a two-dimensional structure, and coating an overcoating solution containing a buffer on the electrode layer of the two-dimensional structure. Preparing a coated substrate on which an electrode having a two-dimensional structure including an over-coating layer is formed; and
Forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate; Including,
The buffer contains a hydroxyl group or an ether group, and is melted at 100 to 190 ° C. to form a fluid phase. An electrode having a three-dimensional structure including at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules, and polymers. manufacturing method.
상기 2차원 구조의 베이스 기판 위에 전도성 나노와이어를 함유하는 전도성 나노와이어 코팅액을 코팅하여 전도성 나노와이어 코팅층을 형성하는 단계;
상기 전도성 나노와이어 코팅층을 패터닝하여 상기 2차원 구조의 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 2차원 구조의 전극층 위에 완충제를 함유하는 오버 코팅액을 코팅하여 상기 2차원 구조의 오버 코팅층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.The method of claim 13, wherein the step of preparing the coated substrate,
forming a conductive nanowire coating layer by coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on the two-dimensional base substrate;
patterning the conductive nanowire coating layer to form the electrode layer having the two-dimensional structure; and
forming an overcoating layer of the two-dimensional structure by coating an over-coating solution containing a buffer on the electrode layer of the two-dimensional structure;
Method for manufacturing an electrode with a three-dimensional structure, characterized in that it comprises a.
상기 코팅 기판을 3차원 열성형하여 상기 2차원 구조의 전극을 3차원 구조의 전극으로 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 완충제는 하이드록시기 또는 에테르기를 포함하며, 100 내지 190℃에서 용융되어 유체 상을 형성하는 단당류, 다당류, 대체당류, 폴리올, 올리고모, 저분자 및 고분자 중에 적어도 하나를 포함하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.Forming a two-dimensional under-coating layer by coating an under-coating solution containing a buffer on a base substrate having a two-dimensional structure, and coating a conductive nanowire coating solution containing conductive nanowires on the under-coating layer of the two-dimensional structure to form 2 Preparing a coated substrate on which an electrode having a two-dimensional structure including an electrode layer having a two-dimensional structure is formed; and
Forming the electrode of the two-dimensional structure into an electrode of the three-dimensional structure by three-dimensional thermoforming the coated substrate; Including,
The buffer contains a hydroxyl group or an ether group, and is melted at 100 to 190 ° C. to form a fluid phase. An electrode having a three-dimensional structure including at least one of monosaccharides, polysaccharides, alternative saccharides, polyols, oligomers, low molecules, and polymers. manufacturing method.
상기 3차원 구조의 전극을 세척하여 상기 3차원 구조의 전극에 포함된 완충제를 제거하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전극 제조 방법.The method of any one of claims 10 to 15, which is performed after the step of forming the three-dimensional structure of the electrode,
washing the three-dimensional structured electrode to remove the buffer included in the three-dimensional structured electrode;
Method for manufacturing an electrode with a three-dimensional structure, characterized in that it further comprises.
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| KR20190102859A (en) | 2018-02-27 | 2019-09-04 | 전자부품연구원 | Transparent electrode coated substrate including silver nano wire and method of manufacturing the same |
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