KR20240011858A - Substrate for printed electronics and manufacturing method thereof, printed electronics including the same substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

인쇄 전자용 기재 및 이의 제조 방법, 상기 기재를 포함하는 인쇄 전자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 구현예들로, 프라이머 층이 표면에 형성된 기재를 사용하여, 상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄함으로써, 우수한 유연성과 다양한 디자인을 구현하는 기술을 제공한다.It relates to a substrate for printed electronics and a method for manufacturing the same, and a printed electronics material including the substrate and a method for manufacturing the same. Specifically, embodiments of the present invention provide a technology for realizing excellent flexibility and various designs by using a substrate with a primer layer formed on the surface and printing electronic materials on the primer layer.

Description

인쇄 전자용 기재 및 이의 제조 방법, 상기 기재를 포함하는 인쇄 전자 및 이의 제조 방법 {SUBSTRATE FOR PRINTED ELECTRONICS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PRINTED ELECTRONICS INCLUDING THE SAME SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Substrate for printed electronics and method of manufacturing the same, printed electronics including the substrate and method of manufacturing the same

인쇄 전자용 기재 및 이의 제조 방법, 상기 기재를 포함하는 인쇄 전자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a substrate for printed electronics and a method for manufacturing the same, and a printed electronics material including the substrate and a method for manufacturing the same.

최근 에너지 저장 및 변환 기술에 대한 중요성이 높아지면서, 플렉서블(Flexible) 전지, 웨어러블(Wearble) 전지 등 다양한 형태의 전원에 대한 관심이 크게 증대하고 있다. Recently, as the importance of energy storage and conversion technology has increased, interest in various types of power sources, such as flexible batteries and wearable batteries, has increased significantly.

이와 관련하여, 상용 리튬 이차 전지의 구성 요소를 개선하는 방식의 연구가 진행되고 있다, 예를 들어, 전극, 분리막, 전해질 등의 전지 구성 요소를 유연성 있는 재료로 대체하되, 통상의 제작 방식을 이용하는 것이다.In this regard, research is underway on ways to improve the components of commercial lithium secondary batteries. For example, battery components such as electrodes, separators, and electrolytes are replaced with flexible materials, but using conventional manufacturing methods. will be.

그러나, 상용 리튬 이차 전지의 구성 요소를 단순히 유연성 있는 재료로 대체하는 것 만으로는, 그 안정성이 확보되기 어렵고, 나아가 다양한 디자인을 구현하기 어려운 한계가 있다.However, simply replacing the components of commercial lithium secondary batteries with flexible materials has limitations in that it is difficult to ensure stability and, furthermore, it is difficult to implement various designs.

본 발명의 구현예들에서는, 프라이머 층이 표면에 형성된 기재를 사용하여, 상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄함으로써, 우수한 유연성과 다양한 디자인을 구현하는 기술을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a technology that implements excellent flexibility and various designs by using a substrate with a primer layer formed on the surface and printing electronic materials on the primer layer.

본 발명의 일 구현예에서는, 기재; 및 상기 기재의 표면에 위치하고, 고분자 나노매트(Nanomat)로 이루어진 프라이머층(primer layer);을 포함하는 인쇄 전자용 기재를 제공한다. 여기서, 상기 고분자 나노매트는, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, a substrate; and a primer layer located on the surface of the substrate and made of a polymer nanomat. Here, the polymer nanomat is a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers; and pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate.

상기 고분자 나노매트 내 기공은, 직경이 1 ㎚ 내지 10 ㎛일 수 있다.The pores in the polymer nanomat may have a diameter of 1 nm to 10 μm.

또한, 상기 고분자 나노매트 내 기공은, 상기 고분자 나노매트의 총 부피(100 부피%)에 대해, 10 내지 90 부피%로 포함될 수 있다.In addition, pores in the polymer nanomat may be included in an amount of 10 to 90% by volume based on the total volume (100% by volume) of the polymer nanomat.

상기 고분자 나노섬유는, 셀룰로오스 섬유, 식물성 섬유 및 이의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다. 이와 독립적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수도 있다.The polymer nanofiber may be at least one selected from the group including cellulose fiber, vegetable fiber and derivatives thereof, and mixtures thereof. Independently of this, polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, poly A group comprising vinylpyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof. It may be at least one selected from.

상기 고분자 나노섬유는, 직경이 1 nm 내지 1000 nm이고, 길이가 1 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.The polymer nanofiber may have a diameter of 1 nm to 1000 nm and a length of 1 nm to 100 ㎛.

상기 기재는, 종이(paper), 및 직물(textile) 중에서 선택되는 하나인 것일 수 있다.The substrate may be one selected from paper and textile.

상기 프라이머 층은, 인쇄(printing) 공정에 의해, 상기 기재 상에 형성된 것일 수 있다.The primer layer may be formed on the substrate through a printing process.

상기 기재의 두께에 대한 상기 프라이머 층 두께의 비율은, 1/99 내지 99/1인 것인(프라이머 층 두께/ 기재 두께)일 수 있다.The ratio of the primer layer thickness to the thickness of the substrate may be 1/99 to 99/1 (primer layer thickness/substrate thickness).

상기 프라이머 층은, 두께가 0.01 내지 1000 ㎛이고, 중심선 평균 표면 거칠기(Ra, Surface Roughness)가 1.0 ㎛이하(단, 0 ㎛제외)일 수 있다. The primer layer may have a thickness of 0.01 to 1000 ㎛, and a center line average surface roughness (R a , Surface Roughness) of 1.0 ㎛ or less (excluding 0 ㎛).

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 기재의 표면에, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 용매를 포함하는 분산액을 도포하는 단계; 및 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계;를 포함하는, 인쇄 전자용 기재의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, applying a dispersion containing a plurality of polymer nanofibers and a solvent to the surface of a substrate; and drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of a polymer nanomat.

상기 분산액을 도포하는 단계;는, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로 수행되는 것일 수 있다.The step of applying the dispersion may be performed using at least one of inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, roll-to-roll printing, spray printing, and gravure printing.

상기 분산액은, 점도가 5 내지 25 cP인 것일 수 있다.The dispersion may have a viscosity of 5 to 25 cP.

상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계;는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하여, 용매 교환 반응을 유도하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.Drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of polymer nanomat; applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate to perform a solvent exchange reaction inducing step; It may include.

구체적으로, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하여, 용매 교환 반응을 유도하는 단계; 는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하는 단계; 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 내에서, 용매가 상기 이종 용매로 교환되는 단계; 상기 교환된 이종 용매에 의해, 서로 다른 고분자 나노섬유(Nanofiber)들 사이에 균일한 크기의 기공이 형성되는 단계; 및 상기 교환된 이종 용매가 제거되는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. Specifically, applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate to induce a solvent exchange reaction; is, applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate; In the dispersion applied to the surface of the substrate, a solvent is exchanged with the heterogeneous solvent; Forming pores of uniform size between different polymer nanofibers by the exchanged heterogeneous solvent; And it may include a step of removing the exchanged heterogeneous solvent.

상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하는 단계;는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로 상기 이종 용매를 인쇄하는 것일 수 있다.Applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate; inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, roll-to-roll printing, and spraying on the dispersion applied to the surface of the substrate. The heterogeneous solvent may be printed using at least one of printing and gravure printing.

상기 분산액을 도포하는 단계; 이전에, 상기 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 상기 용매의 혼합물을 초음파 처리하여, 상기 분산액을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Applying the dispersion; Previously, the step of preparing the dispersion by sonicating the mixture of the polymer nanofibers and the solvent may be further included.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기재; 상기 기재의 표면에 위치하고, 고분자 나노매트(Nanomat)로 이루어진 프라이머층(primer layer); 및 상기 프라이머 층 상에 위치하는 전자 재료 층;을 포함하는 인쇄 전자를 제공한다. 여기서, 상기 고분자 나노매트는, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하는 것이다.In another embodiment of the present invention, a substrate; A primer layer located on the surface of the substrate and made of polymer nanomat; and an electronic material layer located on the primer layer. Here, the polymer nanomat is a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers; and pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate.

상기 전자 재료 층은, 전도성 물질, 절연성 물질, 및 반도체성 물질을 포함하는 전자 재료 중에서 선택되는 적어도 하나인 전자 재료를 포함하는 것일 수 있다.The electronic material layer may include at least one electronic material selected from electronic materials including a conductive material, an insulating material, and a semiconductor material.

상기 전자 재료는, 상기 프라이머 층 상에 패터닝(patterning)된 것일 수 있다.The electronic material may be patterned on the primer layer.

상기 인쇄 전자는, 리튬 이차 전지, 리튬 설퍼 전지, 리튬 에어 전지, 징크 에어 전지, 마그네슘 이차전지, 또는 수퍼커패시터일 수 있다.The printed electronics may be lithium secondary batteries, lithium sulfur batteries, lithium air batteries, zinc air batteries, magnesium secondary batteries, or supercapacitors.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기재의 표면에, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 용매를 포함하는 분산액을 도포하는 단계; 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계; 및 상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄하여, 전자 재료 층을 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 인쇄 전자의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, applying a dispersion containing a plurality of polymer nanofibers and a solvent to the surface of a substrate; Drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of polymer nanomat; and printing an electronic material on the primer layer to form an electronic material layer.

상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄하여, 전자 재료 층을 형성하는 단계;는, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로, 상기 전자 재료 및 상기 전자 재료를 용해시키는 용매를 포함하는 잉크를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.Printing an electronic material on the primer layer to form an electronic material layer; at least one of inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, roll-to-roll printing, spray printing, and gravure printing. The printing method may be performed using an ink containing the electronic material and a solvent that dissolves the electronic material.

이 단계에서, 상기 잉크의 용매가, 상기 프라이머 층 내 기공에 함침되는 것일 수 있다.At this stage, the solvent of the ink may be impregnated into the pores of the primer layer.

본 발명의 구현예들에 따르면, 인쇄 전자(Printed Electonics)의 구현이 가능하다.According to embodiments of the present invention, it is possible to implement printed electronics.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고분자 나노섬유 잉크의 농도 별 점도의 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에서 기재로 사용한 A4 용지, 고분자 나노섬유 잉크의 인쇄 직후(용매 교환 반응 전), 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층의 표면에 대해, 각각 촬영된 SEM 사진이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용)의 표면 거칠기를 평가한 결과에 대한 것이다.
도 4는, A4 용지 그 자체(a) 및 PET 필름(b) 각각에 대해 표면 거칠기를 평가한 결과에 대한 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용)에 대해 물을 떨어뜨리고, 시간에 따른 접촉각 특성을 평가한 것이다. 또한, A4 용지 그 자체 및 PET 필름에 대해서도 동일 조건에서 접촉각 특성을 평가하고, 도 5에 나타내었다.
도 6은, 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에서 각각 전자 재료 잉크가 인쇄된 표면에 대해, 각각 촬영된 SEM 사진이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2의 단면에 대한 SEM 사진이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 대해, 각각 전기 저항을 측정 결과이다.
Figure 1 shows a graph of the viscosity by concentration of the polymer nanofiber ink prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 2 is an SEM photograph taken of the A4 paper used as a substrate in Example 1 of the present invention, immediately after printing the polymer nanofiber ink (before the solvent exchange reaction), and the surface of the dried primer layer after the solvent exchange reaction. .
Figure 3 shows the results of evaluating the surface roughness of the dried primer layer (using Sample 3 ink) after the solvent exchange reaction in Example 1 of the present invention.
Figure 4 shows the results of evaluating the surface roughness of the A4 paper itself (a) and the PET film (b), respectively.
Figure 5 shows water being dropped on the dried primer layer (using Sample 3 ink) after the solvent exchange reaction in Example 1 of the present invention, and contact angle characteristics over time were evaluated. Additionally, the contact angle characteristics of the A4 paper itself and PET film were evaluated under the same conditions and are shown in Figure 5.
Figure 6 is an SEM photograph taken of the surface on which electronic material ink was printed in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention, respectively.
Figure 7 is an SEM photograph of a cross section of Example 2 of the present invention.
Figure 8 shows the electrical resistance measurement results for Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention, respectively.

이하, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, implementation examples of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Accordingly, in some embodiments, well-known techniques are not specifically described in order to avoid ambiguous interpretation of the invention. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. When a part in the entire specification is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. The singular also includes the plural, unless specifically stated in the phrase.

인쇄 전자용 기재Printed Electronics Materials

본 발명의 일 구현예에서는, 기재; 및 상기 기재의 표면에 위치하고, 고분자 나노매트(Nanomat)로 이루어진 프라이머층(primer layer);을 포함하는 인쇄 전자용 기재를 제공한다. 여기서, 상기 고분자 나노매트는, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, a substrate; and a primer layer located on the surface of the substrate and made of a polymer nanomat. Here, the polymer nanomat is a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers; and pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate.

상기 인쇄 전자용 기재 상에 전자 재료 잉크를 인쇄할 경우, 인쇄된 전자 재료 잉크의 건조 속도가 빠르고, 인쇄된 전자 재료 잉크 내 용매가 상기 인쇄 전자용 기재 내 기공으로 함침될 수 있어, 전자 재료가 상기 인쇄 전자용 기재 상에 앵커링(anchoring)되는 효과를 기대할 수 있다.When printing electronic material ink on the printed electronic substrate, the drying speed of the printed electronic material ink is fast, and the solvent in the printed electronic material ink can be impregnated into the pores in the printed electronic substrate, so that the electronic material An anchoring effect can be expected on the printed electronic substrate.

나아가, 상기 프라이머 층은, 인쇄(printing) 공정에 의해, 상기 기재 상에 형성된 것일 수 있다. 이처럼, 상기 기재의 표면에 상기 프라이머 층을 형성하는 공정, 상기 프라이머 층 상에 전자 재료 잉크를 인쇄하는 과정이 모두 통상의 잉크젯 프린터로 구현될 수 있어, 간편한 공정에 의해 우수한 인쇄 전자를 구현할 있는 이점이 있다.Furthermore, the primer layer may be formed on the substrate through a printing process. In this way, the process of forming the primer layer on the surface of the substrate and the process of printing electronic material ink on the primer layer can all be implemented with a typical inkjet printer, giving the advantage of realizing excellent printed electronics through a simple process. There is.

이하, 상기 인쇄 전자용 기재의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, each configuration of the printed electronic substrate will be described in detail.

**

고분자 내노매트 내 기공Pore within polymer nanomat

상기 고분자 나노매트 내 기공은, 직경이 1 ㎚ 내지 10 ㎛일 수 있다.The pores in the polymer nanomat may have a diameter of 1 nm to 10 μm.

이와 관련하여 후술하겠지만, 상기 프라이머 층(고분자 나노매트)의 형성 과정에서, 용매 교환 반응에 의해 상기 기공의 직경이 상기 프라이머 층 전면에서 균일하게 제어될 수 있다.As will be described later in this regard, in the process of forming the primer layer (polymer nanomat), the pore diameter can be uniformly controlled across the entire primer layer by a solvent exchange reaction.

또한, 상기 고분자 나노매트 내 기공은, 상기 고분자 나노매트의 총 부피(100 부피%)에 대해, 10 내지 90 부피%, 보다 구체적으로 40 내지 70 부피%로 포함될 수 있다.In addition, pores in the polymer nanomat may be included in an amount of 10 to 90% by volume, more specifically 40 to 70% by volume, based on the total volume (100% by volume) of the polymer nanomat.

만약 상기 각 범위의 직경 및 기공도를 초과한다면 용매의 함침에 문제가 있고, 상기 각 범위 미만이라면 전자 재료의 앵커링 효과가 현저하게 감소하는 문제가 있어, 각각의 범위로 제어할 필요가 있다.If the diameter and porosity exceed the above ranges, there is a problem with solvent impregnation, and if it is below the above ranges, the anchoring effect of the electronic material is significantly reduced, so it is necessary to control them within each range.

고분자 나노매트 내 고분자 나노섬유Polymer nanofibers in polymer nanomat

상기 고분자 나노매트 내 고분자 나노섬유는, 셀룰로오스 섬유, 식물성 섬유 및 이의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다. 이와 독립적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수도 있다.The polymer nanofibers in the polymer nanomat may be at least one selected from the group including cellulose fibers, vegetable fibers and derivatives thereof, and mixtures thereof. Independently of this, polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, poly A group comprising vinylpyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof. It may be at least one selected from.

다만, 상기 열거된 물질들은 어디까지나 예시일 뿐, 고분자를 포함하는 나노섬유의 형태의 물질이면 된다.However, the materials listed above are only examples, and any material in the form of nanofibers containing polymers may be used.

상기 고분자 나노섬유는, 직경이 1 nm 내지 1000 nm이고, 길이가 1 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. 이는, 후술되는 인쇄 공정에 의하여 인쇄 가능한 정도의 범위이며, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer nanofiber may have a diameter of 1 nm to 1000 nm and a length of 1 nm to 100 ㎛. This is the range that can be printed by the printing process described later, and is not limited thereto.

기재write

상기 기재는, 종이(paper), 및 직물(textile) 중에서 선택되는 하나인 것일 수 있다. 이처럼 얇고 유연성 있는 기재를 사용하여, 그 표면에 프라이머 층을 형성한 것을 인쇄 전자용 기재로 사용함으로써, 플렉서블, 웨어러블 기기에 적용하기에 적합하다. The substrate may be one selected from paper and textile. By using such a thin and flexible substrate and forming a primer layer on its surface as a substrate for printed electronics, it is suitable for application to flexible and wearable devices.

프라이머 층의 물성Physical properties of primer layer

상기 기재의 두께에 대한 상기 프라이머 층 두께의 비율은, 1/99 내지 99/1인 것인(프라이머 층 두께/ 기재 두께)일 수 있다. 상기 기재가 통상의 종이(paper)인 경우, 상기 프라이머 층 두께/ 기재 두께 범위를 고려할 때, 상기 프라이머 층의 두께는 0.01 내지 1000 ㎛일 수 있다.The ratio of the primer layer thickness to the thickness of the substrate may be 1/99 to 99/1 (primer layer thickness/substrate thickness). When the substrate is ordinary paper, considering the primer layer thickness/substrate thickness range, the thickness of the primer layer may be 0.01 to 1000 ㎛.

한편, 상기 프라이머 층은, 중심선 평균 표면 거칠기(Ra, Surface Roughness)가 1.0 ㎛이하(단, 0 ㎛제외)일 수 있다. 이는 후술되는 실시예 및 이에 따른 평가예로부터 뒷받침되는 것으로, 통상의 종이보다 훨씬 낮은 수준이며, PET 필름과 유사한 수준의 거칠기를 의미한다.Meanwhile, the primer layer may have a center line average surface roughness (R a ) of 1.0 ㎛ or less (excluding 0 ㎛). This is supported by the examples and evaluation examples described later, and means a level of roughness that is much lower than that of ordinary paper and similar to that of PET film.

인쇄 전자용 기재의 제조 방법Method for manufacturing substrates for printed electronics

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 기재의 표면에, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 용매를 포함하는 분산액을 도포하는 단계; 및 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계;를 포함하는, 인쇄 전자용 기재의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, applying a dispersion containing a plurality of polymer nanofibers and a solvent to the surface of a substrate; and drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of a polymer nanomat.

이는, 앞서 설명한 인쇄 전자용 기재를 제조하는 방법이며, 상기 분산액을 도포하는 단계;는, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로 수행되는 것일 수 있다.This is a method of manufacturing the substrate for printed electronics described above, and the step of applying the dispersion includes at least one of inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, roll-to-roll printing, spray printing, and gravure printing. It may be performed with one printing method.

즉, 상기 인쇄 전자용 기재를 제조함에 있어서, 상기 나열된 여러 방법 중 적어도 하나의 인쇄 방법을 이용할 수 있는 것이다.That is, in manufacturing the printed electronic substrate, at least one printing method among the various methods listed above can be used.

이에 따른 이점과, 최종 수득 기재에 대한 설명은 중복되므로, 이하에서는 상기 각 단계에서 사용하는 물질 및 공정 상 특징을 설명한다.Since the description of the benefits and the final obtained substrate overlaps, the materials used in each step and the characteristics of the process will be described below.

분산액의 점도Viscosity of dispersion

상기 분산액의 점도는, 상기 인쇄 방법에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 인쇄 방법에 따라 사용하는 기기에서 허용 가능한 범위의 점도일 수 있다. 예를 들어, 잉크젯 프린팅 방법을 이용하며, 통상의 잉크젯 프린터를 이용할 경우, 상기 분산액의 점도는 5 내지 25 cP로 제어할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The viscosity of the dispersion can be determined according to the printing method. Specifically, the viscosity may be within an acceptable range for the device used according to the printing method. For example, when using an inkjet printing method and a conventional inkjet printer, the viscosity of the dispersion can be controlled to 5 to 25 cP, but is not limited thereto.

용매 교환 반응solvent exchange reaction

상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 자연 건조, 열 건조 등의 방식으로 단순히 건조시키더라도, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하는 고분자 나노매트(프라이머 층)을 형성할 수 있다.Even if the dispersion applied to the surface of the substrate is simply dried by natural drying, heat drying, etc., a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers is formed; And pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate; a polymer nanomat (primer layer) including a can be formed.

다만, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조하는 방식으로 "용매 교환" 반응을 이용할 경우, 상기 기공의 크기를 더욱 균일하게 제어할 수 있다.However, when using a “solvent exchange” reaction to dry the dispersion applied to the surface of the substrate, the size of the pores can be controlled more uniformly.

구체적으로, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계;는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하여, 용매 교환 반응을 유도하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.Specifically, drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of a polymer nanomat; applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate, Inducing an exchange reaction; It may include.

보다 구체적으로, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하여, 용매 교환 반응을 유도하는 단계; 는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하는 단계; 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 내에서, 용매가 상기 이종 용매로 교환되는 단계; 상기 교환된 이종 용매에 의해, 서로 다른 고분자 나노섬유(Nanofiber)들 사이에 균일한 크기의 기공이 형성되는 단계; 및 상기 교환된 이종 용매가 제거되는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. More specifically, applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate to induce a solvent exchange reaction; is, applying a heterogeneous solvent onto the dispersion applied to the surface of the substrate; In the dispersion applied to the surface of the substrate, a solvent is exchanged with the heterogeneous solvent; Forming pores of uniform size between different polymer nanofibers by the exchanged heterogeneous solvent; And it may include a step of removing the exchanged heterogeneous solvent.

상기 이종 용매는, 휘발성 용매라면 특별히 제한하지 않으며, 알코올 예컨대 에탄올, 프로판올 또는 부탄올, 아세톤(acetone) 등의 용매 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이러한 휘발성 용매가 물과 교환되어, 서로 다른 고분자 나노섬유(Nanofiber)들의 간격을 제어하여 기공 크기를 균일하게 한 뒤, 휘발되어 쉽게 제거될 수 있는 것이다.The heterogeneous solvent is not particularly limited as long as it is a volatile solvent, and may include at least one type of solvent such as alcohol such as ethanol, propanol or butanol, or acetone. This volatile solvent is exchanged with water to control the spacing between different polymer nanofibers to make the pore size uniform, and then volatilizes and can be easily removed.

여기서, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에 이종 용매를 도포하는 단계;는, 상기 기재의 표면에 도포된 분산액 상에, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로 상기 이종 용매를 인쇄하는 것일 수 있다. 이처럼, 전 공정에서 인쇄 기법을 이용할 수 있다.Here, the step of applying a heterogeneous solvent on the dispersion applied to the surface of the substrate; inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, and roll-to-roll printing method on the dispersion applied to the surface of the substrate. The heterogeneous solvent may be printed using at least one of the following printing methods: , spray printing, and gravure printing. In this way, printing techniques can be used throughout the entire process.

분산액의 제조 공정Dispersion manufacturing process

상기 분산액을 도포하는 단계; 이전에, 상기 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 상기 용매의 혼합물을 초음파 처리하여, 상기 분산액을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Applying the dispersion; Previously, the step of preparing the dispersion by sonicating the mixture of the polymer nanofibers and the solvent may be further included.

이는, 상기 분산액 내 고분자 나노섬유가 응집되는 것을 방지하여, 인쇄 과정에서도 적정 범위의 점도를 유지하게끔 하기 위함이다.This is to prevent the polymer nanofibers in the dispersion from agglomerating and maintain the viscosity within an appropriate range even during the printing process.

인쇄 전자(Printed Electronics)Printed Electronics

인쇄 전자(Printed Electronics)는, 인쇄 기술을 활용하여 생산된 전자 부품 및 이를 생산하는 기술을 의미한다. 이와 관련하여, 본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 앞서 설명한 인쇄 전자용 기재를 사용하여, 그 프라이머 층 상에 전자 재료 층이 형성된 인쇄 전자를 제공한다. 여기서, 상기 전자 재료 층은 후술되는 방법에 의해 인쇄된 것일 수 있다.Printed Electronics refers to electronic components produced using printing technology and the technology to produce them. In this regard, in another embodiment of the present invention, a printed electronic is provided in which an electronic material layer is formed on a primer layer using the substrate for printed electronic as described above. Here, the electronic material layer may be printed by a method described later.

구체적으로, 본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기재; 상기 기재의 표면에 위치하고, 고분자 나노매트(Nanomat)로 이루어진 프라이머층(primer layer); 및 상기 프라이머 층 상에 위치하는 전자 재료 층;을 포함하는 인쇄 전자를 제공한다. 여기서, 상기 고분자 나노매트는, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하는 것이다.Specifically, in another embodiment of the present invention, a substrate; A primer layer located on the surface of the substrate and made of polymer nanomat; and an electronic material layer located on the primer layer. Here, the polymer nanomat is a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers; and pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate.

상기 전자 재료는, 상기 프라이머 층 상에 패터닝(patterning)된 것일 수 있다. 이와 관련하여 후술하겠지만, 상기 프라이머 층이 형성되지 않은 기재에서는, 기재 특성에 따라 패터닝이 이루어지지 않을 수 있다. 그러나, 상기 프라이머 층 상에서는, 인쇄된 전자 재료 잉크의 건조 속도가 빠르고, 인쇄된 전자 재료 잉크 내 용매가 상기 인쇄 전자용 기재 내 기공으로 함침될 수 있어, 전자 재료가 상기 인쇄 전자용 기재 상에 앵커링(anchoring)되어, 전도성 패턴이 잘 형성될 수 있다.The electronic material may be patterned on the primer layer. As will be described later in this regard, in a substrate on which the primer layer is not formed, patterning may not be performed depending on the characteristics of the substrate. However, on the primer layer, the drying speed of the printed electronic material ink is fast, and the solvent in the printed electronic material ink can be impregnated into the pores in the printed electronic substrate, thereby anchoring the electronic material on the printed electronic substrate. (anchoring), a conductive pattern can be well formed.

한편, 상기 전자 재료 층은, 전도성 물질, 절연성 물질, 및 반도체성 물질을 포함하는 전자 재료 중에서 선택되는 적어도 하나인 전자 재료를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전극, 전해질 등 전지 구성 요소인 전자 재료를 포함할 수 있다.Meanwhile, the electronic material layer may include at least one electronic material selected from electronic materials including a conductive material, an insulating material, and a semiconductor material. For example, it may include electronic materials that are battery components, such as electrodes and electrolytes.

이와 관련하여, 상기 인쇄 전자는, 리튬 이차 전지, 리튬 설퍼 전지, 리튬 에어 전지, 징크 에어 전지, 마그네슘 이차전지, 또는 수퍼커패시터로 활용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.In this regard, the printed electronics may be used as, but are not limited to, lithium secondary batteries, lithium sulfur batteries, lithium air batteries, zinc air batteries, magnesium secondary batteries, or supercapacitors.

인쇄 전자의 제조 방법Manufacturing method of printed electronics

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기재의 표면에, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber) 및 용매를 포함하는 분산액을 도포하는 단계; 상기 기재의 표면에 도포된 분산액을 건조시켜, 고분자 나노매트로 이루어진 프라이머 층(primer layer)를 형성하는 단계; 및 상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄하여, 전자 재료 층을 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 인쇄 전자의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, applying a dispersion containing a plurality of polymer nanofibers and a solvent to the surface of a substrate; Drying the dispersion applied to the surface of the substrate to form a primer layer made of polymer nanomat; and printing an electronic material on the primer layer to form an electronic material layer.

상기 프라이머 층 상에 전자 재료를 인쇄하여, 전자 재료 층을 형성하는 단계;는, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 닥터 블레이드 프린팅, 롤투롤 프린팅법, 스프레이 프린팅, 및 그라비아 프린팅 중 적어도 하나의 인쇄 방법으로, 상기 전자 재료 및 상기 전자 재료를 용해시키는 용매를 포함하는 잉크를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.Printing an electronic material on the primer layer to form an electronic material layer; at least one of inkjet printing, screen printing, reverse offset printing, doctor blade printing, roll-to-roll printing, spray printing, and gravure printing. The printing method may be performed using an ink containing the electronic material and a solvent that dissolves the electronic material.

이 단계에서, 상기 잉크의 용매가, 상기 프라이머 층 내 기공에 함침되는 것일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 프라이머 층 상에서는, 인쇄된 전자 재료 잉크의 건조 속도가 빠르고, 인쇄된 전자 재료 잉크 내 용매가 상기 인쇄 전자용 기재 내 기공으로 함침될 수 있어, 전자 재료가 상기 인쇄 전자용 기재 상에 앵커링(anchoring)되어, 전도성 패턴이 잘 형성될 수 있다.At this stage, the solvent of the ink may be impregnated into the pores of the primer layer. As previously mentioned, on the primer layer, the drying speed of the printed electronic material ink is fast, and the solvent in the printed electronic material ink can be impregnated into the pores in the printed electronic material substrate, so that the electronic material is used for the printed electronic material. By anchoring on the substrate, a conductive pattern can be well formed.

이하 본 발명의 실시예 및 이에 대한 평가예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples of the present invention and evaluation examples thereof will be described. The following example is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following example.

실시예 1 (프라이머층이 표면에 형성된 기재의 제조)Example 1 (Production of a substrate with a primer layer formed on the surface)

(1)(One) 고분자 나노섬유 잉크의 제조Preparation of polymer nanofiber ink

본 발명의 일 구현예에 따라, 프라이머 층이 표면에 형성된 기재를 제조함에 있어서, 고분자 나노섬유 잉크의 적정 점도 및 고분자 나노 섬유 함량을 확인한다.According to one embodiment of the present invention, when manufacturing a substrate on which a primer layer is formed on the surface, the appropriate viscosity and polymer nanofiber content of the polymer nanofiber ink are confirmed.

구체적으로, 사용하는 잉크젯 프린터의 종류에 따라 차이가 있으나, 후술되는 과정에서 사용한 잉크젯 프린터(제조처: HP, 모델명: Deskjet 1010)로 출력 가능한 점도 범위는 5 내지 25 cP이었다.Specifically, there are differences depending on the type of inkjet printer used, but the viscosity range that can be printed with the inkjet printer (manufacturer: HP, model name: Deskjet 1010) used in the process described later was 5 to 25 cP.

고분자 나노섬유로는, 평균 직경이 20 nm인 셀룰로오스 나노 섬유를 사용하였다. 이는 우드 셀룰로오스 분말(wood cellulose powders)을 고압 균일화(high-pressure homogenization) 하는 과정을 반복하여 제조된 것이다.As the polymer nanofiber, cellulose nanofibers with an average diameter of 20 nm were used. It is manufactured by repeating the process of high-pressure homogenization of wood cellulose powders.

상기 셀룰로오스 나노 섬유를 물에 용해시켜, 다음과 같이 다양한 점도 및 농도의 잉크를 각각 제조하였다. The cellulose nanofibers were dissolved in water to prepare inks of various viscosities and concentrations as follows.

(1) 샘플 1: 물 1 mL 당 0.1 mg의 나노섬유 용해, 점도는 7 cP(One) Sample 1: 0.1 mg nanofibers dissolved per mL of water, viscosity 7 cP

(2) 샘플 2: 물 1 mL 당 0.3 mg의 나노섬유 용해, 점도는 19 cP(2) Sample 2: 0.3 mg nanofibers dissolved per mL of water, viscosity 19 cP

(3) 샘플 3: 물 1 mL 당 0.5 mg의 나노섬유 용해, 점도는 60 cP(3) Sample 3: 0.5 mg nanofibers dissolved per mL of water, viscosity 60 cP

(4) 샘플 4: 물 1 mL 당 0.7 mg의 나노섬유 용해, 점도는 140 cP(4) Sample 4: 0.7 mg nanofibers dissolved per mL of water, viscosity 140 cP

(5) 샘플 5: 물 1 mL 당 1.0 mg의 나노섬유 용해, 점도는 420 cP(5) Sample 5: 1.0 mg nanofibers dissolved per mL of water, viscosity 420 cP

상기 각 샘플의 농도 별 점도의 그래프는 도 1에 도시하였다.A graph of the viscosity by concentration of each sample is shown in Figure 1.

(2)(2) 고분자 나노섬유 잉크의 인쇄Printing of polymer nanofiber ink

상기 샘플 3의 잉크를 이용하고, 샘플 3의 잉크를 잉크젯 프린터(제조처: HP, 모델명: Desckjet 1010)에 적용하여, A4 용지(제조처: Xerox) 상에 고분자 나노섬유 잉크를 인쇄(프린팅)하였다.Using the ink of Sample 3, apply the ink of Sample 3 to an inkjet printer (Manufacturer: HP, Model name: Desckjet 1010) to print (print) polymer nanofiber ink on A4 paper (Manufacturer: Xerox) did.

(3)(3) 용매 교환 반응의 유도Derivation of solvent exchange reaction

상기 인쇄된 잉크가 젖어 있는 상태(wet-state)에서, 상기 잉크젯 프린터를 이용하여 이종 용매(ethanol/acetone= 1/1, v/v mixture)를 인쇄하여, 용매 교환 반응을 유도하였다.While the printed ink was in a wet state, a heterogeneous solvent (ethanol/acetone=1/1, v/v mixture) was printed using the inkjet printer to induce a solvent exchange reaction.

이러한 용매 교환 반응 과정에서, 기존에 인쇄된 잉크 내 물이 상기 이종 용매로 교환됨과 동시에, 서로 다른 나노섬유들의 간격이 제어되어 기공 크기가 균일하게 형성되고, 이종 용매는 제거되었다.In this solvent exchange reaction process, the water in the previously printed ink was exchanged with the heterogeneous solvent, and at the same time, the spacing between different nanofibers was controlled to form uniform pore sizes, and the heterogeneous solvent was removed.

이후, 건조된 상태의 프라이머층이 표면에 형성된 기재를 수득하였다.Afterwards, a substrate with a dried primer layer formed on the surface was obtained.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 기재로 사용한 A4 용지 그 자체와, PET 필름(제조처: Finetech)를 각각 비교예로 사용하였다.The A4 paper itself, which was used as a substrate in Example 1, and PET film (manufacturer: Finetech) were used as comparative examples, respectively.

평가예 1Evaluation example 1

(1)(One) 프라이머 층의 구조 관찰Observation of the structure of the primer layer

기재로 사용한 A4 용지, 고분자 나노섬유 잉크의 인쇄 직후(용매 교환 반응 전), 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층의 표면에 대해, 각각 SEM 사진을 촬영하여 도 2에 나타내었다.SEM photographs were taken of the A4 paper used as a substrate, immediately after printing the polymer nanofiber ink (before the solvent exchange reaction), and the surface of the dried primer layer after the solvent exchange reaction, respectively, and are shown in Figure 2.

도 2를 참고하면, A4용지(a)의 표면에, 고분자 나노섬유 잉크가 인쇄된 직후(b), 셀룰로오스 나노섬유가 3차원적으로 집합되어 있지만, 용매인 물이 포함되어 젖은 상태이고, 셀룰로오스 나노섬유 간 간격(즉, 기공의 크기)이 불균일한 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 2, cellulose nanofibers are three-dimensionally assembled on the surface of A4 paper (a) immediately after the polymer nanofiber ink is printed (b), but are in a wet state due to the inclusion of water as a solvent, and cellulose It can be seen that the spacing between nanofibers (i.e., pore size) is non-uniform.

한편, 용매 교환 반응을 유도한 이후에는, 서로 다른 나노섬유들의 간격이 제어되어 기공의 크기가 균일해진 것을 확인할 수 있다. Meanwhile, after inducing the solvent exchange reaction, it was confirmed that the spacing between different nanofibers was controlled and the pore size became uniform.

다시 말해, 고분자 나노섬유 잉크의 인쇄 시, 잉크의 점도를 적정 범위로 제어함으로써 기재의 표면에 고분자 나노섬유를 3차원적으로 집합시킬 수 있지만, 용매 교환 반응을 유도함으로써 기공 크기를 더욱 균일하게 제어할 수 있음을 알 수 있다.In other words, when printing polymer nanofiber ink, the polymer nanofibers can be three-dimensionally aggregated on the surface of the substrate by controlling the viscosity of the ink to an appropriate range, but the pore size can be controlled more uniformly by inducing a solvent exchange reaction. You can see that it can be done.

(2)(2) 표면 거칠기 평가Surface roughness evaluation

도 3은, 실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용)의 표면 거칠기를 평가한 결과에 대한 것이다.Figure 3 shows the results of evaluating the surface roughness of the dried primer layer (using Sample 3 ink) after the solvent exchange reaction in Example 1.

한편, 도 4는, A4 용지 그 자체(a) 및 PET 필름(b) 각각에 대해 표면 거칠기를 평가한 결과에 대한 것이다.Meanwhile, Figure 4 shows the results of evaluating the surface roughness of the A4 paper itself (a) and the PET film (b), respectively.

도 3 및 4를 대비할 때, 프라이머 층이 표면에 형성된 기재는, 0.4 ㎛ 수준의 표면 거칠기(Ra)를 나타내어, 프라이머 층이 형성되지 않은 A4 용지(Ra~4.8 ㎛)에 비해 표면 거칠기가 낮아져, PET 필름((Ra~0.2 ㎛)과 유사한 수준까지 도달했음을 알 수 있다.When comparing Figures 3 and 4, the substrate with the primer layer formed on the surface shows a surface roughness (R a ) of 0.4 ㎛ level, which is higher than that of A4 paper without a primer layer (R a ~4.8 ㎛). It can be seen that it has reached a level similar to PET film ((R a ~0.2 ㎛).

(3)(3) 접촉각 평가Contact angle evaluation

도 5는, 실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용)에 대해 물을 떨어뜨리고, 시간에 따른 접촉각 특성을 평가한 것이다. 또한, A4 용지 그 자체 및 PET 필름에 대해서도 동일 조건에서 접촉각 특성을 평가하고, 도 5에 나타내었다.Figure 5 shows water being dropped on the dried primer layer (using Sample 3 ink) after the solvent exchange reaction in Example 1, and contact angle characteristics over time were evaluated. In addition, the contact angle characteristics of the A4 paper itself and PET film were evaluated under the same conditions and are shown in Figure 5.

도 5를 참고하면, PET 필름에 비하여, 실시예 1의 프라이머 층 상에 떨어뜨린 물이 빨리 건조됨을 확인할 수 있다. 이는, 실시예 1의 프라이머 층 내 나노 크기의 기공들이 포함됨에 따른 효과이며, 그 표면에 커피링(coffee-ring) 효과 없이 균일한 인쇄가 가능함을 시사하는 것이다.Referring to Figure 5, it can be seen that water dropped on the primer layer of Example 1 dries quickly compared to the PET film. This is an effect of the inclusion of nano-sized pores in the primer layer of Example 1, and suggests that uniform printing is possible without a coffee-ring effect on the surface.

실시예 2 (인쇄 전자 제조)Example 2 (Printed Electronics Manufacturing)

실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용)에 대해, 전자 재료를 프린팅하였다.Electronic materials were printed on the dried primer layer (using Sample 3 ink) after the solvent exchange reaction in Example 1.

(1)(One) 전자 재료 잉크의 준비Preparation of electronic material ink

구체적으로, 상기 전자 재료 잉크는 전기화학적 활성 잉크 및 전기 전도성 잉크를 사용하였다.Specifically, the electronic material ink used was an electrochemically active ink and an electrically conductive ink.

보다 구체적으로, 상기 전기화학적 활성 잉크는, 단일벽 카본 나노튜브(single-walled carbon nanotubes, SWNT) 및 활성 카본(activated carbon, AC)이 1:30의 중량비로 혼합된 것을, 물 1 mL 당 1 mg로 용해시킨 뒤, 1 시간 당 10,000 rpm의 회전 속도로 원심 분리하여, 큰 사이즈의 입자를 제거함과 동시에 응집을 방지하고, 1/s의 sheer rate에서 20 cP 수준의 점도를 유지하게끔 한 것이다.More specifically, the electrochemically active ink is a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and activated carbon (AC) at a weight ratio of 1:30, 1 per 1 mL of water. After dissolving in mg, centrifugation was performed at a rotation speed of 10,000 rpm per hour to remove large-sized particles and prevent agglomeration, and maintain a viscosity of 20 cP at a sheer rate of 1/s.

상기 전기 전도성 잉크는, 은 나노와이어(Ag Nanowires, AgNWs)이, 물 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)=1/1, v/v)의 혼합 용매 1 mL 당 5 mg로 용해시킨 것을 사용하였다. 상기 나노와이어로는, 음파 처리 유도(sonication-driven) 절단(scission) 공정을 통해, ~20 내지 ~1 ㎛의 길이로 절단된 나노와이어를 사용하였다. 이는 나노와이어 길이에 따라 잉크젯 프린터의 노즐이 막히는 것을 방지하기 위함이다. 이에 따라, 상기 전기 전도성 잉크의 점도는, 1/s의 sheer rate에서 18 cP 수준을 유지하게 하였다.The electrically conductive ink uses silver nanowires (Ag Nanowires, AgNWs) dissolved at 5 mg per 1 mL of a mixed solvent of water and isopropyl alcohol (IPA) = 1/1, v/v). did. As the nanowire, a nanowire cut to a length of ~20 to ~1 ㎛ was used through a sonication-driven scission process. This is to prevent the nozzle of the inkjet printer from clogging depending on the length of the nanowire. Accordingly, the viscosity of the electrically conductive ink was maintained at a level of 18 cP at a sheer rate of 1/s.

(2)(2) 전자 재료 잉크의 인쇄Printing of electronic materials ink

실시예 1과 동일한 잉크젯 프린터를 사용하여, 실시예 1에서 용매 교환 반응 후 건조된 프라이머층(샘플 3 잉크 사용) 표면에, 상기 전기화학적 활성 잉크를 인쇄하여 생긴 패턴 위에 상기 전기 전도성 잉크를 인쇄하여 전도성 패턴을 제조하였다.Using the same inkjet printer as in Example 1, the electrically conductive ink was printed on the pattern created by printing the electrochemically active ink on the surface of the primer layer (using sample 3 ink) dried after the solvent exchange reaction in Example 1. A conductive pattern was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에서 기재로 사용한 A4 용지 그 자체와, PET 필름(제조처: Finetech)에 대해서도, 각각 실시예 2와 동일 과정에 의해 전자 재료 잉크를 인쇄하였다.Electronic material ink was printed on the A4 paper itself and the PET film (manufacturer: Finetech) used as the substrate in Example 1 by the same process as in Example 2, respectively.

평가예 2Evaluation example 2

(1) 전도성 패턴의 표면 관찰(1) Surface observation of conductive patterns

실시예 2 및 비교예 2에서 각각 전자 재료 잉크가 인쇄된 표면을 SEM 사진을 촬영하여, 도 6에 나타내었다. SEM photographs were taken of the surfaces on which electronic material ink was printed in Example 2 and Comparative Example 2, respectively, and are shown in Figure 6.

도 6을 참고하면, A4 용지의 표면에서는 전자 재료 잉크가 퍼져, 전도성 패턴이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, PET 기판의 표면에서는, 커피링(coffee-ring) 효과에 의해, 전자 재료 입자들이 가장자리로 분포되어, 전도성 패턴이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the electronic material ink spread on the surface of the A4 paper and no conductive pattern was formed. In addition, it can be seen that on the surface of the PET substrate, electronic material particles are distributed to the edges due to the coffee-ring effect, and no conductive pattern is formed.

그에 반면, 실시예 2에서는, 퍼짐 현상이나 커피링(coffee-ring) 현상 없이, 균일한 형태의 전도성 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in Example 2, it was confirmed that a uniformly shaped conductive pattern was formed without any spreading or coffee-ring phenomenon.

(2)(2) 전도성 패턴의 단면 관찰Cross-sectional observation of conductive patterns

*실시예 2의 단면에 대해서도 SEM 사진을 촬영하여, 도 7에 나타내었다.*SEM photos were also taken for the cross section of Example 2 and are shown in Figure 7.

*도 7을 참고하면, 프라이머 층 상에, 두께 방향으로도 전자 재료가 균일하게 분포되어, 균일한 형태의 전도성 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다.* Referring to Figure 7, it can be seen that the electronic material is uniformly distributed in the thickness direction on the primer layer, forming a uniformly shaped conductive pattern.

이는, 전자 재료 잉크가 인쇄되는 과정에서, 그 용매가 프라이머 층 내 기공에 함침되면서, 전자 재료가 프라이머 층 상에 앵커링(anchoring)되는 효과를 뒷받침한다.This supports the effect of the electronic material being anchored on the primer layer as the solvent impregnates the pores in the primer layer during the printing process of the electronic material ink.

(3)(3) 전기 저항 측정electrical resistance measurement

실시예 2 및 비교예 2에 대해, 각각 전기 저항을 측정하여 도 8에 나타내었다.For Example 2 and Comparative Example 2, the electrical resistance was measured and shown in FIG. 8.

도 8을 참고하면, 비교예 2(A4 용지: 7.5 kohm, PET 필름: 2.2 kohm)에 비하여, 실시예 2의 전기 저항은 8 ohm(Ω)으로 상당히 낮은 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 8, it can be seen that compared to Comparative Example 2 (A4 paper: 7.5 kohm, PET film: 2.2 kohm), the electrical resistance of Example 2 is significantly lower at 8 ohm (Ω).

이는, 균일한 전도성 패턴 형성에 성공함에 따라, 우수한 수준의 전자 전도도를 확보한 것으로 볼 수 있다.This can be seen as securing an excellent level of electronic conductivity by successfully forming a uniform conductive pattern.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art will be able to form other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. You will be able to understand that this can be implemented. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (6)

기재; 및
상기 기재의 표면에 위치하고, 고분자 나노매트(Nanomat)로 이루어진 프라이머층(primer layer);을 포함하되,
상기 고분자 나노매트는, 복수의 고분자 나노섬유(Nanofiber)가 3차원적으로 집합된 집합체; 및 상기 집합체 내 서로 다른 고분자 나노섬유들 사이에 형성된 기공;을 포함하고,
상기 기재는 종이(paper), 및 직물(textile) 중에서 선택되는 하나이고,
상기 프라이머 층은, 인쇄(printing) 공정에 의해 형성되며, 상기 프라이머 층이 젖어 있는 상태에서, 이종 용매를 젖어 있는 프라이머 층에 추가 인쇄하여 용매 교환반응을 통해 제조되고,
상기 프라이머 층을 형성하기 위한 잉크의 점도는 인쇄 공정을 위한 소정의 범위로 제어되고,
상기 프라이머 층이 인쇄 공정에 의해 형성될 때, 기재 표면에 커피링 효과 없이 균일하게 인쇄되는 것인, 인쇄 전자용 기재.
write; and
A primer layer located on the surface of the substrate and made of polymer nanomat,
The polymer nanomat is a three-dimensional aggregate of a plurality of polymer nanofibers; And pores formed between different polymer nanofibers in the aggregate;
The substrate is one selected from paper and textile,
The primer layer is formed by a printing process, and is manufactured through a solvent exchange reaction by additionally printing a heterogeneous solvent on the wet primer layer while the primer layer is wet,
The viscosity of the ink for forming the primer layer is controlled to a predetermined range for the printing process,
A substrate for printed electronics, wherein when the primer layer is formed by a printing process, it is uniformly printed without a coffee ring effect on the substrate surface.
제1항에 있어서,
상기 고분자 나노매트 내 기공은,
직경이 1 ㎚ 내지 10 ㎛인 것인,
인쇄 전자용 기재.
According to paragraph 1,
The pores in the polymer nanomat are,
having a diameter of 1 nm to 10 μm,
Substrate for printed electronics.
제1항에 있어서,
상기 고분자 나노매트 내 기공은,
상기 고분자 나노매트의 총 부피(100 부피%)에 대해, 10 내지 90 부피%로 포함된 것인,
인쇄 전자용 기재.
According to paragraph 1,
The pores in the polymer nanomat are,
It is contained in 10 to 90 vol% based on the total volume (100 vol%) of the polymer nanomat,
Substrate for printed electronics.
제1항에 있어서,
상기 고분자 나노섬유는,
셀룰로오스 섬유, 식물성 섬유 및 이의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것인,
인쇄 전자용 기재.
According to paragraph 1,
The polymer nanofibers are,
At least one selected from the group comprising cellulose fibers, vegetable fibers and derivatives thereof, and mixtures thereof,
Substrate for printed electronics.
제1항에 있어서,
상기 고분자 나노섬유는,
폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것인,
인쇄 전자용 기재.
According to paragraph 1,
The polymer nanofibers are,
Polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone , agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof. which is,
Substrate for printed electronics.
제1항에 있어서,
상기 고분자 나노섬유는,
직경이 1 nm 내지 1000 nm인 것인,
인쇄 전자용 기재.

According to paragraph 1,
The polymer nanofibers are,
having a diameter of 1 nm to 1000 nm,
Substrate for printed electronics.

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