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KR20070113763A - 탄소나노튜브 패턴 형성방법 및 그에 의해 수득된탄소나노튜브 패턴 - Google Patents

탄소나노튜브 패턴 형성방법 및 그에 의해 수득된탄소나노튜브 패턴 Download PDF

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KR20070113763A
KR20070113763A KR1020060047465A KR20060047465A KR20070113763A KR 20070113763 A KR20070113763 A KR 20070113763A KR 1020060047465 A KR1020060047465 A KR 1020060047465A KR 20060047465 A KR20060047465 A KR 20060047465A KR 20070113763 A KR20070113763 A KR 20070113763A
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KR
South Korea
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carbon nanotubes
carbon nanotube
pattern
transparent electrode
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Ceased
Application number
KR1020060047465A
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English (en)
Inventor
최성재
설광수
최재영
이동기
윤선미
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US11/615,360 priority patent/US7662732B2/en
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Abstract

본 발명은 다공성 템플릿을 이용하여 탄소나노튜브를 채널 내에 형성시키고 이를 일정한 패턴으로 정렬시킨 후 템플릿을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법 및 그에 의해 형성된 탄소나노튜브 패턴에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 저가의 단순 연속 공정에 의해 탄소나노튜브 패턴을 형성할 수 있고, 탄소나노튜브를 규칙적으로 배열시켜 투과도를 향상시킬 수 있기 때문에, 본 발명의 탄소나노튜브 패턴은 평판 디스플레이 또는 광전변환소자 등의 투명 전극으로 응용될 수 있다.
다공성 템플릿, 탄소나노튜브, 정렬, 직조, 템플릿 제거, 투명 전극, 플렉서블

Description

탄소나노튜브 패턴 형성방법 및 그에 의해 수득된 탄소나노튜브 패턴{METHOD FOR PREPARING A PATTERNED CARBON NANOTUBE ARRAY AND PATTERNED CARBON NANOTUBE ARRAY PREPARAED BY THE SAME}
도 1은 종래 기술에 의한 탄소나노튜브를 이용한 투명 전극의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소나노튜브 패턴 형성 방법을 나타낸 공정모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 탄소나노튜브 패턴 형성 방법을 나타낸 공정모식도이다.
도 4는 VLS(vapor-liquid-solid)법에 의한 탄소나노튜브 형성 공정을 설명하는 모식도이다.
도 5a-b는 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 패턴의 예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 패턴의 모식도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 기판 20 : 탄소나노튜브
본 발명은 탄소나노튜브 패턴 형성방법 및 그에 의해 수득된 탄소나노튜브 패턴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 템플릿을 이용하여 탄소나노튜브가 균일하게 배열된 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 방법 및 그에 의해 수득된 탄소나노튜브 패턴에 의한 광투과도가 향상된 투명전극에 관한 것이다.
정보통신 기술의 급속한 발달과 다양화되는 정보의 시각화 요구에 따라 전자 디스플레이의 수요는 더욱 증가하고 있으며, 이에 따라서 대형화, 저가격화, 고성능화, 고정세화, 박형화, 경량화 등의 특성을 구비하는 디스플레이가 요구되고 있다. 특히 언제 어디서나 정보를 접할 수 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 시대에 대응하여 언제 어디서나 정보를 전달할 수 있는 매체로서 휴대가 간편하고, 경량, 박형이면서 임의의 형태로 패널의 구현이 가능하고, 종이처럼 접거나 두루마리의 형태까지도 가능한 플렉서블 평판 디스플레이 개발의 필요성이 증대되고 있다.
이러한 평판 디스플레이는 투명 전극을 포함하고, 이러한 투명 전극은 투명 도전성 필름의 미세 패턴화를 필요로 한다. 플렉서블 디스플레이를 구현하려면 광투과도와 전기전도도가 우수하고 유연한 전극재료가 필수적이다.
플라즈마 표시소자(plasma display panel: PDP), 전계방출표시소자(field emission device: FED), 형광표시관(vaccum fluorescent display: VFD) 등과 같은 평판표시소자 또는 태양전지의 투명 전극은 통상적으로 산화인듐(indium oxide), ITO, 산화주석(tin oxide), ATO, 산화알루미늄아연(aluminium zinc oxide) 등과 같은 도전성 금속산화물을 코팅함으로써 제조된다. 그러나, 도전성 금속 산화물의 코팅에 사용되는 스퍼터링법이나 스프레이 열분해(spray pyrolysis)법은 제조원가 비싸고 대량생산에 적합하지 않은 한계가 있다. 더욱이 플렉서블 디스플레이는 기존의 유리기판을 투명하고 유연한 플라스틱 기판으로 대체해야 하는데, 플라스틱 기판 위에 인듐-주석 산화물(ITO)과 같은 투명 전극을 사용할 경우 기판과의 열팽창 계수의 차이에 의한 변형이 일어나서 접착력 또는 전기전도도의 안정성이 손상되는 문제점이 야기된다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 ITO 등의 금속산화물 전극을 대신하는 투명 전극을 개발하기 위한 노력이 계속되어 왔다. 예를 들어, 고분자 결합제에 ITO 입자를 현탁시키는 기술이 제안되었으나, ITO가 채워진 시스템은 연속적인 ITO 필름의 전기 전도성에 미치지 못한다. 또한 전도성을 부여하기 위하여 도펀트를 이용하는 투명 전도성 고분자 물질이 현재 개발 중에 있으나, 이러한 도펀트의 존재는 전도성을 조절하는 데에 불리한 효과를 미칠 우려가 있고, 소자 소형화(miniaturization)에 적합하지 않을 수도 있다.
탄소나노튜브(CNT) 네트웍(network)이 270 ㎠/Vs의 전자이동도 및 104 정도의 트랜지스터 온-오프 비를 갖는 등 흥미로운 전자 특성을 갖는 것으로 밝혀짐에 따라서, 본래 플렉서블한 탄소나노튜브를 플렉서블한 고분자 기판에 결합시켜 패턴화하는 기술에 관심이 모아지고 있다. 현재 사용되는 탄소나노튜브 패턴은 주로 단순한 인쇄 공정을 통한 방법이나 감광성 페이스트 조성물 상태로 제조하여 포토리소그래피에 의해서 원하는 패턴을 형성하도록 하는 방법이 이용되어 왔다.
일례로 국내특허공개 제 2005-35191호는 탄소나노튜브 용액을 기판 위에 도포하여 고체상 필름을 형성한 후 탄소나노튜브 필름에 결합제를 선택적으로 침윤시킨 후, 결합제가 침윤되지 않은 부분을 제거함으로써 탄소나노튜브 코팅을 패턴화하는 방법을 개시하고 있다.
한편, 국내 특허 공개 제 2005-108122호는 감광성 탄소나노튜브 페이스트를 후면 노광을 통해 패터닝하고, 유기용매로 노광되지 않은 부분을 제거하는 미세 탄소나노튜브 패턴 형성 방법을 개시하고 있다.
그러나 포토리소그래피 방법에 의해서 패턴을 형성하는 경우에는 공정이 복잡해지고 비용이 상승하는 문제점이 있다. 일반적인 인쇄 공정에 의해서 패턴을 형성하는 경우에는 패턴 정밀도의 한계가 있기 때문에 미세 패턴을 형성하기 어렵고, 도 1에 도시한 바와 같이, 탄소나노튜브가 규칙적으로 형성되는 것이 아니고 랜덤하게 배열되기 때문에 두께의 균일성 및 투과도가 저하되어 디스플레이의 투명 전극으로 응용하거나 광전변환소자의 투명 전극으로 용도 전개시 디스플레이 장치의 화질을 저하시키거나 광전변환소자의 광전변환효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 균일한 패턴을 형성할 수 있고 복잡한 포토레지스트 공정을 거치지 않고도 연속 공정에 의해 탄소나노튜브 패턴을 수득할 수 있는 탄소나노튜브 패턴 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브 배열의 균일성 및 투과도가 향상된 탄소나노튜브 패턴을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 탄소나노튜브 패턴을 포함하는 제조가 용이하고 투과도가 우수한 투명 전극 및 이를 포함하는 각종 전자소자를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
다수의 중공 채널을 포함하는 다공성 템플릿을 이용하여 각 채널 내에 탄소나노튜브를 형성하는 단계;
전단계에서 수득된, 탄소나노튜브를 포함하는 템플릿을 기판 위에 일정한 패턴을 형성하도록 정렬시키는 단계; 및
상기 템플릿을 선택적으로 제거하여 상기 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노튜브가 형성된 템플릿 정렬 단계는 템플릿을 상기 기판 위에 일정한 간격으로 정렬시키는 단계이거나 상기 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 직조하는 단계일 수 있다.
본 발명의 방법에서는 템플릿의 제거 과정 이후에 또 다른 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 노출된 탄소나노튜브 위에 일정한 패턴으로 정렬시키는 단계; 및 상기 템플릿을 선택적으로 제거하여 하나 이상의 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 한 번 이상 반복하여 탄소나노튜브 패턴을 다층으로 형성할 수 있다. 이러한 실시예의 경우 패턴 균일성이 우수한 탄소나노튜브 배열을 수득하는 것이 가능하기 때문에 투과도를 많이 떨어뜨리지 않으면서 전도도 및 집적도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 템플릿은 화학적 에칭, 습식 에칭 또는 열분해에 의해 제거할 수 있고, 화학적 에칭에 의해서 제거하는 경우에는 산 또는 염기에 의해 템플릿을 선택적으로 제거할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 투명 기판 위에 탄소나노튜브가 규칙적으로 정렬되어 있거나 직조되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 탄소나노튜브 패턴을 포함하는 투명 전극에 관한 것이다. 바람직하게 본 발명의 투명 전극은 플렉서블 투명 전극일 수 있다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 탄소나노튜브 패턴 형성방법은 다수의 중공 채널을 포함하는 다공성 템플릿의 각각의 채널 내에 탄소나노튜브를 채워 넣거나 상기 채널 내에서 탄소 나노튜브를 성장시킨 후, 이러한 템플릿을 고분자 막 등의 기판 위에 정렬시킨 후 템플릿만을 선택적으로 제거하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브 패턴의 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명에 의해서 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 경우에는 다수의 중공 채널을 포함하는 다공성 템플릿을 이용하여 각 채널 내에 탄소나노튜브를 형성한다. 이어서 전 단계에서 수득된 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 기판 위에 일정한 패턴을 형성하도록 정렬시키고나서, 템플릿만을 선택적으로 제거하여 상기 탄소나노튜브를 노출시킨다.
상기 탄소나노튜브의 제조 단계는 다공성 템플릿의 중공 채널 내에 금속 나노입자를 형성한 후 VLS(vapor-liquid-solid) 방법에 의해 탄소나노튜브로 성장시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 파이버 형태의 다공성 템플릿을 이용해서 직물과 같이 직조하여 패턴을 형성한 후 템플릿을 선택적으로 제거할 수도 있다.
이하에서 본 발명의 탄소나노튜브 패턴 형성방법의 각 단계에 대해서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
a) 탄소나노튜브 형성 단계
탄소나노튜브가 형성된 다공성 템플릿은, 탄소나노튜브가 분산된 용액을 모세관 현상을 이용하여 탄소나노튜브가 채널 내부로 스며들어가도록 하거나 채널내 부에서 탄소나노튜브를 직접 성장시켜 얻을 수 있다. 다공성 템플릿을 이용하여 탄소나노튜브를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고 여러 가지를 이용할 수 있다.
탄소나노튜브가 분산된 용액을 모세관 현상을 이용하여 탄소나노튜브에 형성시키는 경우에는 비등점이 낮은 용매에 분산된 카본나노튜브를 모세관 현상을 이용하여 상기 템플릿 채널 내부로 유입시킨다.
다공성 템플릿을 이용하여 탄소나노튜브를 제조하는 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 채널 형태의 긴 다수의 중공 채널을 포함하는 다공성 템플릿을 준비하고, 이러한 템플릿 기공내에 미리 준비된 촉매 입자을 이용하여 VLS(vapor-liquid-solid) 방법에 의해 탄소나노튜브를 형성한다.
본 발명에서는 다공성 템플릿의 크기, 길이 및 중공 채널들 사이의 간격을 필요한 사양으로 만들어 줌으로써 최종적으로 수득되는 탄소나노튜브 패턴의 모양, 및 규칙성 등을 용이하게 제어할 수 있다. 본 발명에서 상기 템플릿은 유리, 실리카 및 TiO2, ZnO, SnO2, WO3 등의 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성될 수 있다.
템플릿의 제작은 기본적으로 템플릿 모재를 만드는 공정과 모재로부터 템플릿 형태를 추출하는 공정으로 나누어진다. 중공 채널의 형성은 추출하는 과정의 추출 속도, 냉각조건 등에 따라 결정이 되며, 특히 모재에 원하는 중공 채널의 형태를 미리 가공해 줌으로써 추출 과정을 통하여 원래 형태가 나노 크기로 축소된 구조를 얻는 것도 가능하다.
VLS 방법에 의해 탄소나노튜브를 형성하는 경우에는 다공성 템플릿 채널내부를 금속 촉매로 코팅한다. 다공성 템플릿 채널내부를 금속촉매로 코팅하는 방법은 금속입자용액을 모세관현상을 이용하여 채널내부로 스며들도록 하거나 템플릿 채널내부를 금속 전구체로 채운 후, 열분해 또는 환원시켜 가능하다. 이때, 코팅되는 금속 촉매는 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있는 금속 촉매이면 모두 사용할 수 있다. 구체적으로 Au, Ni, Fe, Ag, Pd, Pd/Ni을 예로 들 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 금속 촉매는 나노 입자, 또는 박막 형태로 채널내부에 코팅될 수 있다.
VLS(vapor-liquid-solid) 공정은, 도 4에 도시된 바와 같이, 고온의 반응로(furnace) 내부에서 운송되는 증기상 탄소 함유 종이 금, 코발트, 니켈 등의 용융 촉매의 표면상에서 탄소를 응축시켜 결정화함으로써 탄소나노튜브로 성장시키는 방법이다.
구체적으로, 상기 VLS(vapor-liquid-solid) 공정은 다공성 템플릿을 반응로에 넣고 기체 및 탄소나노튜브 소스를 주입 하면서 가열하여 탄소나노튜브를 형성시킴으로써 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 VLS(vapor-liquid-solid) 공정에 사용되는 기체로는 Ar, N2, He, H2로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 VLS(vapor-liquid-solid) 공정에서 압력은 760 토르 이하에서 실시될 수 있고, 온도는 370~600도에서 수행될 수 있다.
b) 템플릿 정렬 단계
다공성 템플릿의 중공 채널 내에 탄소나노튜브가 형성되면 수득된 템플릿을 기판 위에 일정한 패턴으로 정렬시킨다. 이때 각 탄소나노튜브들 사이의 간격 등은 탄소나노튜브 형성 단계에서 사용하는 템플릿의 직경 등을 조절함으로써 조절할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 채널 내에 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 정렬시킨 후, 템플릿만을 선택적으로 제거해서 한 방향으로의 탄소나노튜브 패턴을 형성한 후, 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 노출된 탄소나노튜브 위에 일정한 패턴으로 정렬시키는 단계와 상기 템플릿을 선택적으로 제거하여 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 반복함으로써 격자상 패턴을 형성할 수 있다.
탄소나노튜브 패턴의 형상은 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어, 최초의 템플릿의 정렬과 선택적 제거에 의해 탄소나노튜브 패턴을 형성한 후, 그 위에 또 한 층의 패턴을 형성하는 경우 템플릿을 수직으로 정렬시켜 도 5a에 도시된 바와 같은 패턴을 형성할 수 있고, 대안으로 두 번째 층의 패턴 형성시 템플릿을 일정한 각도로 기울여서 정렬시키면 최종적으로 수득되는 탄소나노튜브 패턴은 도 5b에 도시된 바와 같은 패턴을 갖게 된다.
템플릿을 정렬시키는 다른 방법으로는 각 채널 안에 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 실처럼 이용해서 직조하는 것이다. 이러한 실시예의 공정을 도 3에 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 템플릿의 크기는 기존의 유리 섬유 와 비슷하거나 더 가늘기 때문에 유리 섬유의 직조 방법과 같은 방법을 이용해서 직물처럼 직조할 수 있다. 직조 시에는 탄소나노튜브 패턴의 용도에 따라서 촘촘하게 직조하거나 촘촘하지 않게 직조할 수 있다. 이 경우 패턴의 간격 등은 직조하는데 사용하는 템플릿의 직경 등을 이용해서 조절할 수 있다.
c) 템플릿 제거 단계
다공성 템플릿을 일정한 패턴으로 정렬시킨 이후에는 습식 에칭, 건식 에칭 또는 열분해 등의 방법에 의해서 템플릿만을 선택적으로 제거한다. 이렇게 하면 템플릿을 정렬시킨 패턴과 동일하게 기판 위에 탄소나노튜브 패턴이 형성된다. 템플릿을 선택적으로 제거하기 위한 방법은 화학적 에칭 이외에 광에칭 등에 의해서 템플릿을 선택적으로 제거할 수도 있다.
습식 에칭방법은 초산수용액, 불화수소산, 인산수용액 등의 템플릿만을 선택적으로 제거하는 산 또는 염기인 에천트를 사용하여 에칭하는 방법이고, 건식 에칭방법은 기체(gas), 플라즈마(plasma), 이온빔(ion beam) 등을 이용하여 에칭하는 방법이다. 건식 에칭으로는 플라즈마 상태에서 반응성 가스를 활성화시켜 에칭시키고자 하는 물질과 화학반응을 일으켜 휘발성물질로 만들어 에칭하는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE ) 또는 유도 결합 플라즈마 (Inductive Coupled Plasma:I CP)를 활성원으로 하는 반응성 이온 에칭 방법(ICP-RIE)을 사용 할 수 있다. 고분자 기판 위에 탄소나노튜브를 배열하고자 하는 경우에는 습식에칭방법이 바람직하다.
본 발명에서 패턴을 다층으로 형성하는 경우에는 각층의 패턴의 정렬 후 템플릿 제거 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2층의 탄소나노튜브로 구성된 격자상 패턴을 형성하는 경우에는 템플릿을 종방향으로 정렬시킨 후 템플릿을 선택적으로 제거해서 탄소나노튜브를 노출시킨 후, 그 위에 횡방향으로 템플릿을 정렬시키고 템플릿을 선택적으로 제거하여 격자상 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 템플릿을 2층으로 정렬시킨 후, 템플릿을 한 번에 제거하는 공정도 가능하나, 탄소나노튜브 패턴의 성능을 감안하면 상술한 바와 같이 템플릿 제거 공정을 각 층의 탄소나노튜브 패턴에 대해서 실시하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같은, 각 중공 채널 내에 탄소나노튜브가 형성된 다공성 템플릿을 직조하는 실시예에서는 다공성 템플릿의 직조가 완료된 후 다공성 템플릿을 위에서 설명한 바와 같은 방법으로 제거할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해서 형성되는 탄소나노튜브 패턴의 일례를 도 6에 개략적으로 도시하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브 패턴은 기판(10) 위에 탄소나노튜브(20)가 일정한 패턴으로 정렬된다. 이때 탄소나노튜브는 다공성 템플릿에 의해 형성되기 때문에 단일가닥이거나 복수의 가닥으로 구성될 수 있고, 탄소나노튜브 패턴은 탄소나노튜브 가닥들이 교차되도록 다층으로 형성될 수도 있다.
상기 기판의 재료는 특별히 제한되는 것은 아니고, 유리 기판, 실리콘 웨이퍼, 또는 폴리머 기판 등 투명 전극의 기판으로 사용가능한 것이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 플렉서블 디스플레이와 같이 전극을 플렉서블 투명 전극으로 형성하는 경우에는 기판 자체를 플렉서블한 고분자로 제작하여야 한다. 본 발명의 탄소나노튜브 패턴은 탄소나노튜브가 무질서하게 형성되지 않고 균일한 두께 및 균일한 패턴으로 형성되고 적은 양의 탄소나노튜브가 사용되기 때문에, 종래의 탄소나노튜브 패턴에 비해 투과도가 향상된 이점을 가진다. 본 발명의 탄소나노튜브 패턴을 이용하여 제조되는 투명 전극은 80% 이상의 높은 광투과율과 100 옴 미만의 낮은 전기저항(즉, 높은 전기전도도)을 가진다.
본 발명의 탄소나노튜브 패턴은 투명 전극의 제조에 이용될 수 있고, 이러한 투명 전극은 각종 전자소자의 투명 전극으로 채용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 투명 전극은 EMI 실딩(shielding), 전기 발광 램프, 터치 스크린, 광전변환소자(photovoltaic devices) 및 평판 디스플레이(flat panel displays)용 회로 및 투명 전극으로서 사용될 수 있다. 특히 플라즈마 표시소자(plasma display panel: PDP), 액정 표시소자, 전계방출표시소자(field emission device: FED), 형광표시관(vaccum fluorescent display: VFD) 등과 같은 평판표시소자의 투명 전극으로 사용되는 경우에는 탄소나노튜브 패턴의 균일성이 확보되고 투명 전극의 투과도가 향상되어 평판표시소자의 화질을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
다공성 템플릿 채널의 부피와 동일한 양의 카본나노튜브가 분산된 클로로포름 용액을 모세관 현상을 이용하여 다공성 채널 내부에 형성시킨다. 모세관 현상을 이용하여 필요한 카본나노튜브의 농도에 따라 적어도 한번 이상 채널 내부를 채운 후, 용매를 건조하는 과정을 반복한다. 이때 건조는 150도 오븐에서 6시간 이상 실행한다. 20wt% 카본나노튜브/클로로포름 용액을 1cc/g의 부피를 갖는 실리카 다공성 템플릿 채널 내부로 형성시킨다. 형성과 건조 과정을 2번 반복한 후 카본나노튜브가 형성된 다공성 템플릿을 폴리카보네이트 기판 위에 배열시킨다. 고분자 기판 위에 배열된 카본나노튜브/템플릿을 5wt% 불산 용액을 이용하여 실리카 템플릿만을 선택적으로 제거한다. 카본나노튜브가 배열된 고분자 기판 위에 다시 카본나노튜브/템플릿의 배열, 선택제거 과정을 반복한다.
이상에서 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
본 발명에 의하면 공정이 복잡하고 비용이 높은 포토리소스래피 공정 없이도 투과도가 높고 더욱 정밀한 탄소나노튜브 패턴을 수득할 수 있어, 공정 비용을 낮 추고 수율을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 탄소나노튜브 패턴은 균일성이 우수하고 적은 양의 탄소나노튜브를 사용하여 패턴화하므로 투과도가 향상된다. 더욱이 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 투명 전극은 폴리머 기판과의 물질-처리 불친화성(material-processing incompatibility)이 문제가 되지 않기 때문에, 본 발명의 방법은 플렉서블 디스플레이용 투명 전극을 제조하는데 핵심적인 기술로 이용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 다수의 중공 채널을 포함하는 다공성 템플릿을 이용하여 각 채널 내에 탄소나노튜브를 형성하는 단계;
    전단계에서 수득된 탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 기판 위에 일정한 패턴을 형성하도록 정렬시키는 단계;
    상기 템플릿을 선택적으로 제거하여 상기 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 형성 단계가 용매에 분산된 카본나노튜브를 모세관 현상을 이용하여 상기 템플릿 채널 내부를 채우고 용매 만을 제거하는 단계임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 형성 단계가 채널 내에 금속촉매가 형성된 템플릿을 반응로에 넣고 기체 및 탄소나노튜브 소스를 주입하면서 가열하여 탄소나노튜브를 채널 내에서 직접 성장시키는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브가 형성된 템플릿 정렬 단계가 템플릿을 상기 기판 위에 일정한 간격으로 정렬시키는 단계임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 방법이 템플릿의 제거후
    탄소나노튜브가 형성된 템플릿을 노출된 탄소나노튜브 위에 일정한 간격으로 정렬시키는 단계; 및
    상기 템플릿을 선택적으로 제거하여 탄소나노튜브를 노출시키는 단계를 한 번 이상 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 방법이 최초의 탄소나노튜브 위에 놓이는 탄소나노튜브의 각도를 조절하기 위해 템플릿을 일정한 각도로 기울여서 정결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브가 형성된 템플릿 정렬 단계가 템플릿을 직조하는 단계임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 템플릿이 유리, 실리카 및 TiO2, ZnO, SnO2, 및 WO3와 같은 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 형성된 것임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 템플릿의 직경이 1nm 내지 1mm 이고, 높이가 50nm 내지 1mm 인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 템플릿의 중공 채널의 직경이 1 내지 100nm이고, 중공 채널 간의 간격이 2nm 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 기판이 유리, 실리카 또는 플렉서블 고분자인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 템플릿의 제거 단계가 습식 에칭, 건식 에칭 또는 열분해에 의해 템플릿을 선택적으로 제거하는 단계임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 습식 에칭이 산 또는 염기에 의해 템플릿을 선택적으로 제거하는 단계임을 특징으로 하는 탄소나노튜브 패턴 형성방법.
  14. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 하나의 항에 의해 제조되는 탄소나노튜브 패턴.
  15. 제 14항의 탄소나노튜브 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 투명 전극이 광전변환소자 또는 평판 디스플레이의 전극임을 특징으로 하는 투명 전극.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 투명 전극의 기판이 투명 고분자인 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 하나의 항의 투명 전극을 포함하는 전자소자.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 전자소자가 플라즈마 표시소자, 액정표시소자, 전계방출표시소자, 형광표시관 또는 광전변환소자인 것을 특징으로 하는 전자소자.
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