WO2015167133A1

WO2015167133A1 - 표면개질된 은 나노와이어 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: WO2015167133A1
Application number: PCT/KR2015/003207
Authority: WO
Inventors: 김대형; 현택환; 박진경; 최수지
Original assignee: 서울대학교 산학협력단; 기초과학연구원
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2015-11-05

Abstract

본 발명은 표면개질된 은 나노와이어 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물과, 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.

Description

표면개질된 은 나노와이어 및 이의 제조 방법

은 나노와이어는 열 및 전기 전도율이 높고 1차원 구조이기 때문에, 필름의 제조에 사용하였을 때 은 나노와이어 간에 네트워크를 형성한다. 따라서 은 나노와이어는 유연(flexible) 소자와 신축성(stretchable) 소자에 사용하는 전도성 물질로서 많은 관심을 받고 있다.

현재까지, 은 나노와이어는 대부분 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 리간드로서 사용하는 폴리올 프로세스(polyol process)를 통해 합성되고 있다. 이렇게 합성된 은 나노와이어는 수계에만 분산이 된다.

은 나노와이어를 더 다양한 분야에 응용하기 위해서는 다양한 소수성 고분자에 분산되는 것이 중요하기 때문에, 당업계에서는 유기계 물질에 분산될 수 있는 은 나노와이어에 대한 요구가 지속되고 있다.

본 발명의 발명자들은 PVP로 캐핑(capping)된 은 나노와이어에서 상기 PVP를 알킬 아민 또는 티올 화합물로 치환한 경우에 유기계 물질에 잘 분산된다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 기본적인 목적은 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물과, 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 (i) 디메틸포름아미드에 NOBF₄를 용해시킨 용액에 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; (ii) 상기 분산액에 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는, 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 기본적인 목적은 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물과, 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어를 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 은 나노와이어는 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어에서 상기 폴리비닐피롤리돈의 일부분을 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물로 치환한 것이다. 이렇게 표면개질된 은 나노와이어는 유기계 물질에 잘 분산된다.

본 발명의 은 나노와이어의 표면을 피복하는 상기 C₆-C₁₈알킬 아민은 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 도데실아민 또는 올레일아민일 수 있다.

또한, 본 발명의 은 나노와이어의 표면을 피복하는 상기 C₆-C₁₈ 티올 화합물은 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올 또는 도데칸티올일 수 있다.

본 발명에 따른 은 나노와이어의 직경은 20 nm 내지 200 nm이고, 길이는 5 μm 내지 100μm일 수 있다.

전술한 본 발명의 또 다른 목적은 (i) 디메틸포름아미드에 NOBF₄를 용해시킨 용액에 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; (ii) 상기 분산액에 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는, 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어는 종래에 공지된 폴리올 프로세스에 따라 제조될 수 있다(하기 실시예 1 및 실시예 2 참조).

본 발명의 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법에 사용되는 C₆-C₁₈알킬 아민은 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 도데실아민 또는 올레일아민일 수 있다.

또한, 본 발명의 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법에 사용되는 C₆-C₁₈ 티올 화합물은 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올 또는 도데칸티올일 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조되는 상기 은 나노와이어의 직경은 20 nm 내지 200 nm이고, 길이는 5 μm 내지 100μm일 수 있다.

본 발명에 따른 표면개질된 은 나노와이어는 유기계 물질에 매우 잘 분산되기 때문에, 고무나 기타 고분자 물질을 포함하는 수많은 유기물질과의 혼합물의 제조에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 표면개질된 은 나노와이어의 합성 과정을 보여 준다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 합성한 은 나노와이어에 대한 현미경 사진이다.

도 3은 본 발명의 도 2의 사진에서 얻은 은 나노와이어의 지름과 길이 분포이다.

도 4는 본 발명의 표면개질된 은 나노와이어의 표면의 리간드가 부분적으로 치환되었음을 보여주는 FT-IR 결과이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 리간드 치환을 통해 리간드가 치환되었음을 보여주는 TGA 결과이다.

이하, 다음의 실시예 또는 도면을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 또는 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.

실시예 1. 직경 100 nm 및 길이 30 μm의 은 나노와이어의 합성

100 mL의 에틸린 글리콜을 500 mL 비커에 넣고 160℃로 유지시켰다. 30분 후, 상기 에틸렌글리콜에 30 mL의 0.147 M 폴리비닐피롤리돈(PVP) 용액을 주입하였다. 10분 후, 응집핵(seed) 역할을 하는 CuCl₂ 용액(0.4 mM) 800 μL를 주입하였다. 10분 후에, 30 mL의 은 전구체 용액(AgNO₃ + 에틸렌글리콜, 0.094 M)을 주사기 펌프를 이용하여 주입하였다. 상기 은 전구체 용액의 주입 속도는 20 μL/sec이었다. 1시간 30분 후, 상기 반응 결과물 용액을 아세톤으로 3번 세척하였다.

실시예 2. 직경 50 nm 및 길이 10 μm의 은 나노와이어의 합성

CuCl₂ 용액(0.4 mM) 800 μL를 주입한 후 5분 후에 은 전구체 용액을 주입한 것을 제외하고는, 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 직경 50 nm 및 길이 10 μm의 은 나노와이어를 합성하였다.

실시예 3. 표면개질된 은 나노와이어의 합성

실시예 1 또는 실시예 2에서 합성한 은 나노와이어를, DMF에 녹인 0.01 M NOBF₄ 용액에 5 mg/mL의 농도로 분산시켰다. 이와 동량의 헥산을 첨가하고 교반한 후 상기 헥산의 부피의 1/5에 해당하는 헥사노익산을 첨가하고 흔든 후, 같은 양의 헥실 아민을 넣고 흔들면서 1시간 동안 유지하였다. 반응 결과물을 에탄올을 사용하여 2회 세척한 후 톨루엔에 분산시켰다.

실시예 4. 표면개질된 은 나노와이어의 합성

헥사노익산 대신에 아세트산을 사용한 것을 제외하고, 실시예 3의 방법과 동일한 방법으로 표면개질된 은 나노와이어를 합성하였다.

실시예 5. 표면개질된 은 나노와이어 합성

헥사노익산과 헥실 아민 대신에 옥탄 티올을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 표면개질된 은 나노와이어를 합성하였다.

Claims

C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물과, 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어.
제1항에 있어서, 상기 C₆-C₁₈알킬 아민이 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 도데실아민 및 올레일아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 은 나노와이어.
제1항에 있어서, 상기 C₆-C₁₈ 티올 화합물이 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올 및 도데칸티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 은 나노와이어.
제1항에 있어서, 상기 은 나노와이어의 직경이 20 nm 내지 200 nm이고, 길이가 5 μm 내지 100μm인 것임을 특징으로 하는 은 나노와이어.
(i) 디메틸포름아미드에 NOBF₄를 용해시킨 용액에 폴리비닐피롤리돈으로 피복된 은 나노와이어를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;

(ii) 상기 분산액에 C₆-C₁₈알킬 아민 또는 C₆-C₁₈ 티올 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는,

표면개질된 은 나노와이어 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 C₆-C₁₈알킬 아민이 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 도데실아민 및 올레일아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법.
제5항에 있어서, C₆-C₁₈ 티올 화합물이 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올 및 도데칸티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 은 나노와이어의 직경이 20 nm 내지 200 nm이고, 길이가 5 μm 내지 100μm인 것임을 특징으로 하는 표면개질된 은 나노와이어 제조 방법.