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KR102371678B1 - 금속 나노선 전극 및 이의 제조 방법 - Google Patents

금속 나노선 전극 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 예비 기판 위에 복수의 금속 나노선을 형성하는 단계, 상기 복수의 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성하는 단계, 상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계, 타켓 기판에 접착 패턴을 형성하는 단계, 그리고 분리된 상기 금속 나노선층을 타겟 기판에 전사하여 금속 나노선 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

금속 나노선 전극 및 이의 제조 방법{METAL NANOWIRE ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 개시는 금속 나노선 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
평판 액정 표시 장치(flat liquid crystal display), 터치 패널(touch panel), 전자 발광 장치(electroluminescent device), 박막 광전지(thin film photovoltaic cell) 등에서는 투명 전극 및 불투명 전극을 포함한다.
일반적으로 투명 전극으로, ITO(Indium doped Tin Oxide)와 같은 금속 산화물이 사용하고, 불투명 전극으로, 은, 구리, 금 등이나 혼합물로 이루어진 박막을 사용하고 있다.
이러한 투명 전극 및 불투명 전극은 구부림이나 접힘, 늘림에 취약한 특성이 있다. 이에 따라, 휠 수 있는 기기, 접을 수 있는 기기, 또는 인장할 수 있는 기기에 적용하기에 어려움이 있다.
실시예들은 금속 나노선 전극 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 예비 기판 위에 복수의 금속 나노선을 형성하는 단계, 상기 복수의 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성하는 단계, 상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계, 타켓 기판에 접착 패턴을 형성하는 단계, 그리고 분리된 상기 금속 나노선층을 타겟 기판에 전사하여 금속 나노선 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 금속 나노선층을 형성하는 단계에서, 상기 복수의 금속 나노선이 환원되어 서로 인접한 금속 나노선이 연결될 수 있다.
상기 금속 나노선층을 형성하는 단계에서 사용되는 환원제는 하이드라진(Hydrazine), 하이드록실아민(hydroxylamine), 포름알데히드(formaldehyde)를 포함하는 알데히드, 차아인산염(hypophosphites), 황산염(sulfites), 리튬(Li)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 나트륨(Na)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 칼륨(K)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), LiAlH4, 하이드로퀴논(hydroquinone), 알킬(alkyl) 치환된 하이드로퀴논(hydroquinones)을 포함하는 폴리하이드록시벤젠 (polyhydroxybenzenes), 피로갈롤 (pyrogallol), 페닐렌디아민 (phenylenediamines), 아미노페놀(aminophenols), 아스코르브산(ascorbic acid), 아스코르브산 케탈(ascorbic acid ketals), 아스코르브산(ascorbic acid)계 물질, 3-피라졸리돈(3-pyrazolidone), 히드록시테트론산(hydroxytetronic acid), 히드록시테트론아미드(hydroxytetronamide), 비스나프톨(bisnaphthols), 술폰아미도페놀(sulfonamidophenols), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 금속 나노선은 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선은 은을 포함하고, 상기 금속 나노선을 화학적으로 환원시키는 단계에서 사용된 환원제는 하이드라진이고, 상기 환원 시간은 약 1분 내지 약 10분일 수 있다.
상기 금속 나노선은 구리를 포함하고, 상기 금속 나노선을 화학적으로 환원시키는 단계에서 사용된 환원제는 하이드라진이고, 상기 환원 시간은 약 20초 내지 약 60초일 수 있다.
상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계는 상기 금속 나노선층을 물이 침지하여 분리할 수 있다.
상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계 이후, 캐리어 기판을 물에 침지시켜 분리된 상기 금속 나노선층을 상기 캐리어 기판에 옮기는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 캐리어 기판은 표면이 소수성 처리될 수 있다.
상기 캐리어 기판은 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide, PI), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate)) 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선 전극을 형성하는 단계는 상기 접착 패턴이 형성된 타겟 기판에 상기 금속 나노선층이 부착된 상기 캐리어 기판을 압착하는 단계, 그리고 상기 캐리어 기판을 상기 타켓 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속 나노선 전극은 상기 접착 패턴 위에 형성될 수 있다.
상기 접착 패턴은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide, PI), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate), 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 및 폴리도파민(Polydopamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극은 복수의 금속 나노선을 포함하고, 상기 복수의 금속 나노선 중 서로 인접한 금속 나노선이 연결된 네트워크 또는 메쉬 형상이다.
실시예들에 따르면, 구부림이나 접힘 또는 늘림 등에 대한 안정성이 향상된 금속 나노선 전극을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 금속 나노선을 환원시킨 전의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 나노선을 환원시킨 후의 이미지이다.
도 4는 환원 처리 하지 않은 은 나노선의 계면과, 환원 처리한 은 나노선의 계면을 나타낸 것이다.
도 5는 은 나노선의 환원제 처리 시간에 따른 투과율 및 면저항의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 구리 나노선의 환원제 처리 시간에 따른 투과율 및 면저항의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 금속 나노선층을 물에 침지시켜 예비 기판에 부착된 금속 나노선층과 예비 기판을 분리하는 단계를 나타낸 이미지이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 11을 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 기계적 안정성을 확인 하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 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, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 금속 나노선을 형성하는 단계(S10), 금속 나노선을 예비 기판에 부착하는 단계(S15), 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성하는 단계(S20), 금속 나노선층과 예비 기판을 분리하는 단계(S25), 분리된 금속 나노선층을 캐리어 기판에 옮기는 단계(S30), 타겟 기판에 접착 패턴을 형성하는 단계(S35), 그리고 금속 나노선층을 타겟 기판에 전사하여 금속 나노선 전극을 형성하는 단계(S40)를 포함한다. 이에 따라, 금속 나노선으로 금속 나노선 전극을 형성할 수 있다.
그러면, 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 먼저 금속 나노선을 형성한다(S10). 이 때, 형성되는 금속 나노선은 직경이 1㎚ 내지 500㎚, 길이가 1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
여기서, 금속 나노선은 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 금속 나노선은 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속과 비금속을 혼합한 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 금속 나노선은 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진 금속 박막을 식각하여 금속 네트워크 또는 금속 메쉬와 같은 형태를 가질 수도 있다.
이어서, 금속 나노선을 예비 기판에 부착한다(S15). 여기서, 증착 또는 코팅으로 금속 나노선을 예비 기판에 부착할 수 있다.
이어서, 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성한다(S20). 금속 나노선을 화학적으로 환원시키면, 서로 인접하는 금속 나노선이 연결되고, 이에 따라, 금속 나노선층이 형성된다. 이러한 금속 나노선층은 화학적 환원 및 인접한 금속 나노선의 연결에 의해 높은 도전성을 얻을 수 있고, 면저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 금속 나노선층은 광학적 손실 없이, 화학적 안정성을 개선할 수 있다.
일반적으로 금속 나노선으로 전극을 제조하기 위해서는, 개별의 금속 나노선을 열처리, 압착, 다른 물질의 혼합, 코팅 등과 같은 방법을 통해 서로 접촉시키고 공기 중 안정성을 향상시키는 공정이 요구된다.
열처리를 통해 금속 나노선을 서로 연결시키는 경우, 열처리에 의해 기판이 녹을 수 있다. 또한, 압착을 통해 금속 나노선을 서로 연결시키는 경우, 압력에 의해 기판이 손상을 받을 수 있다. 또한, 다른 물질과의 혼합을 통해 금속 나노선을 연결시키는 경우, 혼합된 물질에 의해 전극의 투과도가 감소할 수 있다.
본 실시예의 경우, 금속 나노선을 화학적 환원시켜 서로 인접하는 금속 나노선이 연결되므로, 기판의 손상 및 금속 나노선층의 투과도의 감소를 방지할 수 있다.
금속 나노선의 화학적 환원에 사용되는 환원제는 하이드라진(Hydrazine), 하이드록실아민(hydroxylamine), 포름알데히드(formaldehyde)를 포함하는 알데히드, 차아인산염(hypophosphites), 황산염(sulfites), 리튬(Li)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 나트륨(Na)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 칼륨(K)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), LiAlH4, 하이드로퀴논(hydroquinone), 알킬(alkyl) 치환된 하이드로퀴논(hydroquinones)을 포함하는 폴리하이드록시벤젠 (polyhydroxybenzenes), 피로갈롤 (pyrogallol), 페닐렌디아민 (phenylenediamines), 아미노페놀(aminophenols), 아스코르브산(ascorbic acid), 아스코르브산 케탈(ascorbic acid ketals), 아스코르브산(ascorbic acid)계 물질, 3-피라졸리돈(3-pyrazolidone), 히드록시테트론산(hydroxytetronic acid), 히드록시테트론아미드(hydroxytetronamide), 비스나프톨(bisnaphthols), 술폰아미도페놀(sulfonamidophenols), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
여기서, 리튬(Li)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates)은 LiBH4, 나트륨(Na)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates)은 NaBH4, 칼륨(K)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates)은 KBH4의 화학식으로 표현된다.
본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법에서 화학적 환원은 다양한 상태에서 수행될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법에서, 화학적 환원은 상기 군에서 선택되는 환원제를 기화시킨 상태에서 금속 나노선과 반응시키는 방법으로 수행될 수 있다.
또는, 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법에서, 화학적 환원은 상기 군에서 선택되는 환원제를 용액 상태로 제조한 후, 용액 내에 상기 금속 나노선을 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 실시예에서는 금속 나노선을 제조한 후, 이를 환원제와 반응시켜 서로 연결시키는 구성에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 금속 나노선을 제조 하기 전 금속 나노선 용액에 환원제를 넣어서 미리 환원시키는 방법 또한 가능하다.
본 실시예에서, 금속 나노선으로는 은(Ag)을, 환원제로는 하이드라진(Hydrazine, N2H4)을 사용할 수 있다. 이러한 실시예에 따른 제조 방법에서, 금속 나노선은 하기와 같은 반응식으로 환원된다. 즉, 산화은 나노선이 환원제와 반응하여 은이 되고, 이러한 환원 과정에서 인접하는 나노선이 접합된다.
2Ag2O + N2H4 -> 4Ag + N2 +2H2O
상기 환원에 의하여 인접하는 금속 나노선들이 서로 연결된다. 그러면, 도 2 및 도 3을 참고하여 환원된 금속 나노선에 대해 설명한다.
도 2는 금속 나노선을 환원시킨 전의 이미지이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 나노선을 환원시킨 후의 이미지이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 화학적 환원 이전에는 금속 나노선들이 서로 연결되지 않고 겹쳐져만 있다. 그러나, 본 실시예에 따라 화학적으로 환원시킨 후에는, 도 3에 나타난 바와 같이 금속 나노선이 서로 연결되었음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 금속 나노선이 서로 연결되어 금속 나노선층이 형성되고, 이러한 금속 나노선층을 전극 또는 배선으로 사용할 수 있다.
일반적으로 금속 나노선 사이를 연결하기 위해 산화 방지를 위한 물질을 도포하는 후처리를 실시하는데, 이러한 후처리에 의해 금속 나노선의 투과도가 감소하거나, 금속 나노선의 연결을 위한 열이나 압력에 의해 기판이 손상될 수 있었다.
본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 환원 반응 이후에도 금속 나노선의 투과도가 감소하지 않기 때문에, 높은 전기 광학적 특성을 지니는 금속 나노선층을 형성할 수 있다.
또한, 환원 처리에 의해 금속 나노선이 서로 연결되어 있기 때문에, 이 후, 추가로 공기 중에서 산화가 일어나더라도 저항이 변화하지 않는 이점이 있다.
본 실시예에 따른 화학적 환원 처리에 의해, 금속 나노선의 접합면에서 산화막이 사라지고 인접하는 금속 나노선이 융합된다. 따라서, 금속 나노선의 저항을 현저히 감소시킬 수 있다.
그러면, 도 4를 참고하여 금속 나노선의 저항에 대해 설명한다.
도 4는 환원 처리 하지 않은 은 나노선의 계면과, 환원 처리한 은 나노선의 계면을 나타낸 것이다.
도 4를 참고하면, 환원 처리한 은 나노선의 계면에서는 환원 반응에 의해 산화막이 사라지고, 이에 따라, 계면에서의 저항이 감소함을 확인할 수 있다.
일반적인 금속 나노선 전극의 제조 방법에서, 금속 나노선의 산화를 막기 위하여 산소 또는 수분을 차단할 수 있는 물질을 추가로 도포하는데, 이러한 방법은 금속 나노선 전극의 투과율을 감소시킨다. 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 화학적으로 환원처리 함으로써 투과도의 손실 없이도 산화를 막을 수 있다.
그러면, 도 5 및 도 6을 참고하여, 금속 나노선의 환원제 처리 시간에 따른 투과율 및 면저항에 대해 설명한다.
도 5는 은 나노선의 환원제 처리 시간에 따른 투과율 및 면저항의 변화를 나타낸 것이다.
도 5를 참고하면, 환원제(하이드라진)의 처리 시간이 증가할수록 투과율은 서서히 증가함을 알 수 있다. 면저항은, 감소했다가 다시 증가하지만 그 수치가 10 Ω/sq 미만으로 낮게 나타났다. 따라서, 은 나노선에 대하여 환원제로 하이드라진을 사용한 경우 적절한 처리 시간은 약 1분에서 약 20분 사이임을 알 수 있다.
도 6은 구리 나노선의 환원제 처리 시간에 따른 투과율 및 면저항의 변화를 나타낸 것이다.
도 6을 참고하면, 환원제(하이드라진)의 처리 시간이 증가할수록 투과율은 증가했다가 감소하며, 면저항은 급격한 감소 후, 서서히 증가함을 알 수 있다. 따라서 구리 나노선에 대하여 환원제로 하이드라진을 사용한 경우 적절한 처리시간은 약 20초에서 약 60초 사이임을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법은 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성한(S20) 후, 금속 나노선층 예비 기판으로부터 분리시킨다(S25).
금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 서로 인접한 금속 나노선을 연결시킴으로써, 금속 나노선층을 형성한 후, 금속 나노선층이 부착된 예비 기판을 물에 침지시키는 방법으로 금속 나노선층과 예비 기판을 분리할 수 있다. 금속 나노선층이 부착된 예비 기판을 물에 침지시키면, 금속나노선층이 물위에 뜨게 되어, 예비 기판과 분리될 수 있다. 이에 대해, 도 7을 참고하여 설명한다.
도 7은 금속 나노선층을 물에 침지시켜 예비 기판에 부착된 금속 나노선층과 예비 기판을 분리하는 단계를 나타낸 이미지이다.
도 7을 참고하면, 예비 기판 위에 부착된 금속 나노선층(AgNW)을 물에 침지시키자, 예비 기판과 금속 나노선층(AgNW)이 서로 분리되고, 금속 나노선층(AgNW)이 물위에 뜨는 것을 확인할 수 있다.
이어서, 분리된 금속 나노선층을 캐리어 기판으로 옮긴다(S30). 물에 침지시켜 예비 기판과 금속 나노선층을 분리한 후, 캐리어 기판을 물에 침지시켜 금속 나노선층을 캐리어 기판으로 이동시킨다.
물에 침지된 캐리어 기판을 들어 올림으로써, 물위에 뜬 금속 나노선층을 캐리어 기판으로 옮길 수 있다. 캐리어 기판은 표면이 소수성 처리되어 있을 수 있다. 여기서, 캐리어 기판은 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide, PI), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate)) 중 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 타겟 기판에 접착 패턴을 형성한(S35) 후, 금속 나노선층을 타겟 기판에 전사하여 금속 나노선 전극을 형성한다(S40). 그러면, 도 8 내지 도 10을 참고하여 접착 패턴의 형성 및 금속 나노선 전극의 형성에 대해 설명한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 타겟 기판(300)에 접착 패턴(350)을 형성한다. 접착 패턴(350)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide, PI), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate), 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 및 폴리도파민(Polydopamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 접착 패턴(350)은 레이저 프린터 등을 이용하여 타겟 기판(300)에 프린팅하여 형성할 수 있고, 패턴 모양을 다양하게 형성할 수 있다.
타겟 기판(300)은 플라스틱, 종이 또는 유기물을 포함하는 플렉서블 기판일 수 있다.
도 9 및 도 10를 참고하면, 접착 패턴(350)이 형성된 타겟 기판(300)에 금속 나노선층(100)을 전사하여 접착 패턴(350) 위에 금속 나노선 전극(150)을 형성한다.
구체적으로 설명하면, 접착 패턴(350)이 형성된 타겟 기판(300)에 금속 나노선층(100)이 부착된 캐리어 기판(200)을 압착한다(도 9). 이 때, 롤러를 사용하여 캐리어 기판(200)과 타겟 기판(300)을 압착할 수 있다.
이 후, 캐리어 기판(200)을 타겟 기판(300)으로부터 분리하면, 캐리어 기판(200)에 부착된 금속 나노선층(100)의 일부가 접착 패턴(350)에 접착되어 금속 나노선 전극(150)을 형성한다(도 10). 금속 나노선층(100)이 접착 패턴(350)에 접착되고, 캐리어 기판(200)은 타겟 기판(300)으로부터 분리하면, 접착 패턴(350)에 접착된 금속 나노선층(100)이 캐리어 기판(200)으로부터 분리되어 금속 나노선 전극(150)이 형성된다.
이와 같이, 접착 패턴(350)을 형성한 후, 금속 나노선층(100)을 전사하여 금속 나노선 전극(150)을 형성함에 따라, 전사 후, 후처리 공정 없이, 금속 나노선 전극(150)과 타겟 기판(300) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 이미 환원 처리되어 금속 나노선이 서로 연결되어 있으므로, 전사 후, 후처리 공정이 없기 때문에 종래의 후처리 공정에 의해 타겟 기판(300)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 캐리어 기판(200)에 남아 있는 금속 나노선층(100)을 제거하여 캐리어 기판(200)을 다시 사용할 수 있다. 또한, 제거된 금속 나노선층(100)도 재 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 제조 방법으로 형성된 금속 나노선 전극은 시간이 경과하여 면저항이 증가하면, 다시 화학적 환원 처리를 통해, 재생할 수도 있다.
그러면, 도 11 및 도 12를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극에 대해 설명한다.
도 11을 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 11을 참고하면, 앞서 설명한 금속 나노선 전극의 제조 방법을 통해 형성된 금속 나노선 전극(150)은 복수의 금속 나노선(10)을 포함하고 있다. 각 금속 나노선(10)은 서로 인접한 금속 나노선(10)가 연결되어 있다. 즉, 금속 나노선 전극(150)은 복수의 금속 나노선(10)이 서로 연결된 네트워크 또는 메쉬와 같은 형상을 가질 수 있다.
앞서 설명한 금속 나노선 전극의 제조 방법을 통해 형성된 금속 나노선 전극(150)은 접착 패턴(350)을 통하여 타겟 기판(300)에 접착되어 접착력이 향상되고, 이에 따라 기계적 안정성이 향상된다.
또한, 금속 나노선 전극(150)은 복수의 금속 나노선(10)이 서로 연결된 네트워크 또는 메쉬와 같은 형상을 가지므로, 금속 나노선 전극(150)의 구부림이나 접힘 또는 늘림 등에 대한 안정성이 향상된다. 이에 따라, 금속 나노선 전극(150)을 휠 수 있는 기기, 접을 수 있는 기기, 또는 인장할 수 있는 기기에 적용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노선 전극의 기계적 안정성을 확인 하기 위한 그래프이다.
도 12에서는 비교예 1에 따른 은 전극, 비교예 2에 따는 은 나노선 전극 및 본 실시예에 따른 은 나노선 전극을 접었다가 편 후에 저항을 측정하여 나타내었다.
도 12에서, 비교예 1은 일반적으로 증착하여 형성한 은 전극이고, 비교예 2는 접착 패턴 없이 형성된 은 나노선 전극이다. 실시예 a은 본 발명의 실시예에 따른 은 나노선 전극을 안쪽으로 접었다 편 것을 나타낸 것이고, 실시예 b는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노선 전극을 바깥쪽으로 접었다 편 것을 나타낸 것이다.
또한, 도 12에서, R0은 접기 전의 저항이고, R는 접었다 편 후의 저항이다.
도 12를 참고하면, 비교예 1에 따른 은 전극 및 비교예 2에 따른 은 나노선 전극은 접었다 펴기를 몇 번 한 후에 R/R0 값이 무한대인 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에 따른 은 전극 및 비교예 2에 따른 은 나노선 전극은 접었다 펴기를 몇 번 한 후에 깨어졌음을 알 수 있다.
반면에, 본 실시예에 따른 은 나노선 전극은 안쪽으로 접었다 펴거나(실시예 a) 바깥쪽으로 접었다 편 후에도 R/R0 값이 거의 일정함을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 은 나노선 전극은 접었다 펴기를 반복하여도 깨지지 않고, 기계적 안정성을 유지함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 금속 나노선 100: 금속 나노선층
150: 금속 나노선 전극 200: 캐리어 기판
300: 타겟 기판 350: 접착 패턴

Claims (15)

  1. 예비 기판 위에 복수의 금속 나노선을 형성하는 단계,
    상기 복수의 금속 나노선을 화학적으로 환원시켜 금속 나노선층을 형성하는 단계,
    상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계,
    타켓 기판에 접착 패턴을 형성하는 단계, 그리고
    분리된 상기 금속 나노선층을 타겟 기판에 전사하여 금속 나노선 전극을 형성하는 단계를 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 금속 나노선층을 형성하는 단계에서,
    상기 복수의 금속 나노선이 환원되어 서로 인접한 금속 나노선이 연결되는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 금속 나노선층을 형성하는 단계에서 사용되는 환원제는 하이드라진(Hydrazine), 하이드록실아민(hydroxylamine), 포름알데히드(formaldehyde)를 포함하는 알데히드, 차아인산염(hypophosphites), 황산염(sulfites), 리튬(Li)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 나트륨(Na)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), 칼륨(K)을 포함하는 테트라히드로붕산염(tetrahydroborates), LiAlH4, 하이드로퀴논(hydroquinone), 알킬(alkyl) 치환된 하이드로퀴논(hydroquinones)을 포함하는 폴리하이드록시벤젠 (polyhydroxybenzenes), 피로갈롤 (pyrogallol), 페닐렌디아민 (phenylenediamines), 아미노페놀(aminophenols), 아스코르브산(ascorbic acid), 아스코르브산 케탈(ascorbic acid ketals), 아스코르브산(ascorbic acid)계 물질, 3-피라졸리돈(3-pyrazolidone), 히드록시테트론산(hydroxytetronic acid), 히드록시테트론아미드(hydroxytetronamide), 비스나프톨(bisnaphthols), 술폰아미도페놀(sulfonamidophenols), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 금속 나노선은 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 금속 나노선은 은을 포함하고,
    상기 금속 나노선을 화학적으로 환원시키는 단계에서 사용된 환원제는 하이드라진이고,
    상기 환원 시간은 1분 내지 10분인
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 금속 나노선은 구리를 포함하고,
    상기 금속 나노선을 화학적으로 환원시키는 단계에서 사용된 환원제는 하이드라진이고,
    상기 환원 시간은 20초 내지 60초인
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계는
    상기 금속 나노선층을 물이 침지하여 분리하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 금속 나노선층과 상기 예비 기판을 분리하는 단계 이후,
    캐리어 기판을 물에 침지시켜 분리된 상기 금속 나노선층을 상기 캐리어 기판에 옮기는 단계를 더 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 캐리어 기판은 표면이 소수성 처리된
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 캐리어 기판은 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(Polyimide), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate)) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate)) 중 하나를 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 금속 나노선 전극을 형성하는 단계는
    상기 접착 패턴이 형성된 타겟 기판에 상기 금속 나노선층이 부착된 상기 캐리어 기판을 압착하는 단계, 그리고
    상기 캐리어 기판을 상기 타켓 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 금속 나노선 전극은 상기 접착 패턴 위에 형성되는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 접착 패턴은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(Polyimide), 아크릴 고분자, 폴리에틸린테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate)), 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly(urethane acrylate), 폴리스티렌(Polystyrene) 및 폴리도파민(Polydopamine) 중 적어도 하나를 포함하는
    금속 나노선 전극의 제조 방법.
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