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WO2010123265A2 - 탄소나노튜브 도전막 및 그 제조 방법 - Google Patents

탄소나노튜브 도전막 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2010123265A2
WO2010123265A2 PCT/KR2010/002480 KR2010002480W WO2010123265A2 WO 2010123265 A2 WO2010123265 A2 WO 2010123265A2 KR 2010002480 W KR2010002480 W KR 2010002480W WO 2010123265 A2 WO2010123265 A2 WO 2010123265A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon nanotube
conductive film
coating
protective layer
electrode layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2010/002480
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English (en)
French (fr)
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WO2010123265A3 (ko
Inventor
김충한
정다정
방윤영
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOP NANOSYS Inc
Original Assignee
TOP NANOSYS Inc
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.)
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Publication date
Priority claimed from KR1020090035631A external-priority patent/KR101128291B1/ko
Priority claimed from KR1020090035629A external-priority patent/KR101097417B1/ko
Application filed by TOP NANOSYS Inc filed Critical TOP NANOSYS Inc
Priority to CN2010800180254A priority Critical patent/CN102414761A/zh
Priority to JP2012507147A priority patent/JP2012524966A/ja
Priority to US13/265,629 priority patent/US20120145431A1/en
Publication of WO2010123265A2 publication Critical patent/WO2010123265A2/ko
Publication of WO2010123265A3 publication Critical patent/WO2010123265A3/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon

Definitions

  • the present invention relates to a carbon nanotube conductive film and a manufacturing method thereof, and can be applied to various display fields, antistatic products, touch panel fields, and various fields including a transparent heating element.
  • transparent conductive films have high conductivity (for example, sheet resistance of 1 ⁇ 10 3 ⁇ / sq or less) and high transmittance (80% or more) in the visible region.
  • the transparent conductive film may include a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD) device, a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), and an organic light emitting diode (OLED).
  • PDP plasma display panel
  • LCD liquid crystal display
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • the carbon nanotube is evaluated as an ideal material that can realize conductivity while maintaining optical properties because the theoretical percolation concentration is only 0.04%, and light is transmitted in the visible region when a thin film is coated on a specific base layer in nanometer units. It can be used as a transparent electrode because it shows transparency and maintains electrical property, which is a unique characteristic of carbon nanotubes.
  • the conductive film using carbon nanotubes as an electrode is formed by coating a carbon nanotube dispersion on a base layer.
  • a coating method a filtering transition method, a spray coating method, and a coating method using a binder mixture are most commonly used. Among them, spray coating method is applicable to large area. There is an advantage that the mixing of the binder and CNT is unnecessary, so it is used more and more.
  • the spray coating method has a disadvantage in scratches and environmental durability in the manufacturing process because the carbon nanotubes are exposed to the outside.
  • an object of the present invention is to provide a carbon nanotube conductive film having excellent surface strength, high temperature and high humidity stability, chemical resistance and durability, and having excellent conductivity.
  • the carbon nanotube conductive film according to the preferred embodiment of the present invention includes a base layer, a carbon nanotube electrode layer, and a protective layer.
  • a carbon nanotube electrode layer is formed on the base layer.
  • the protective layer is formed on the carbon nanotube electrode layer and includes a ceramic binder having a polar reactor bonded to another side chain of the basic skeleton having a hydrophobic reactor as a side chain.
  • the carbon nanotube conductive film according to another embodiment of the present invention includes a base layer, a carbon nanotube electrode layer, and a protective layer.
  • the carbon nanotube electrode layer is formed on the base layer.
  • the protective layer is formed on the carbon nanotube electrode layer and comprises a ceramic binder.
  • the polar reactor of the protective layer is disposed in contact with the surface of the carbon nanotube electrode layer, the hydrophobic reactor of the protective layer is preferably disposed to face the outside.
  • the ceramic binder may have an oxygen atom and form a hydrogen bond with a polar solvent.
  • the ceramic binder constituting the protective layer is a structure having a skeleton of the form [-Si (R1R2) -O-] n in which two alkyl groups are substituted on silicon, and the two alkyl substituted [-Si (R1R2)- It is preferable that the O-] portion and the two bonding portions of silicon and oxygen have the [-O-SiR1R2-O-] structurally opposite directions.
  • a method of manufacturing a carbon nanotube conductive film includes preparing a base layer, coating a carbon nanotube on the base layer to form a carbon nanotube electrode layer, and on the carbon nanotube electrode layer. Coating a coating solution comprising a ceramic binder having a hydrophobic reactor in a side chain and a polar solvent.
  • a method of manufacturing a carbon nanotube conductive film includes preparing a base layer, forming a carbon nanotube electrode layer by coating carbon nanotubes on the base layer, and forming the carbon nanotube electrode layer. Coating a ceramic having an alkyl group as a side chain thereon to form a protective layer.
  • coating the coating solution may include preparing a solvent that is hydrogen-bonded with oxygen of the ceramic binder, and preparing a coating solution by mixing a ceramic binder made of a silicon binder having an oxygen atom with the solvent. And coating the coating solution on the carbon nanotube electrode layer.
  • a method of manufacturing a carbon nanotube conductive film comprising: preparing a base layer, coating a carbon nanotube on the base layer to form a carbon nanotube electrode layer, and the carbon nanotube electrode layer On the surface, coating a carbon nanotube and a ceramic mixed coating liquid to form a protective layer.
  • the present invention by coating a ceramic binder on the carbon nanotube layer, it is possible to obtain a carbon nanotube conductive film having high durability against high conductivity, high temperature, high humidity, and chemical stability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one end surface of a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a modification of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another modification of FIG.
  • 5 is a diagram illustrating the basic molecular arrangement of the protective layer.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a modification of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating another modified example of FIG. 6.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
  • the carbon nanotube conductive film 1 includes a base layer 10, a carbon nanotube electrode layer 20, and a protective layer 30.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 is formed on the base layer 10.
  • the base layer 10 may be made of a transparent material. Accordingly, the base layer 10 may be made of glass, transparent polymer such as PET, or frit glass. In this case, the base layer 10 is preferably made of a highly transparent inorganic substrate or a transparent polymer substrate to have flexibility.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 includes carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes (CNT) form a tube in which one carbon is combined with other carbon atoms in a hexagonal honeycomb pattern to form a tube.
  • the carbon nanotubes are formed in a thin conductive film on a plastic or glass substrate, they can be used as transparent electrodes because they exhibit high transmittance and conductivity in the visible light region.
  • the protective layer 30 is formed on the carbon nanotube electrode layer and includes a ceramic binder 31.
  • the protective layer 30 functions to protect the carbon nanotube electrode layer 20 from the outside, and in this case, the transparency and the electrical conductivity of the conductive film should not be reduced.
  • the protective layer 30 may be formed of a binder 31 material of ceramic material.
  • the ceramic binder 31 is capable of producing a coating film having a high light transmittance, and has excellent adhesive strength, which is advantageous for reinforcing microcracking, having excellent heat and fire resistance, and coating application.
  • the ceramic binder 31 may be tin oxide (SnO 2 ) of a conductive material, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) having a high water repellency, magnesium oxide (MgO) used as an electronic filter, and silicon oxide used as an adhesive, depending on its use. (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO) of the sunscreen, silicon and the like can be selected.
  • the silicone binder exhibits various physical properties according to functional groups substituted with silicon elements. These functional groups may be converted to other functional groups by various chemical reactions, and in addition to the methyl group, organic groups such as phenyl group, vinyl group, propyl trifluoride group, alkyl group, etc. are substituted and are widely used commercially.
  • the silicon binder is present in the same material in which the organic groups bonded to the inorganic main chain are simultaneously present.
  • silicon molecules have a structure having a main chain in the form of polysiloxane [Si (RR ')-O-] n.
  • Silicone polymer has a low surface tension and shows strong hydrophobicity, and because of this property, it can be easily used as a water repellent material without any modification process.
  • the silicon binder according to the embodiment of the present invention is preferably a structure having a skeleton of [Si (R1R2) -O-] n type in which two alkyl groups are substituted on silicon.
  • the alkyl group exhibits hydrophobic properties so that when coated on the surface of the carbon nanotube electrode layer, the alkyl group is arranged outwardly opposite to the surface of the carbon nanotube electrode layer, thereby improving durability of the electrode at high temperature and high humidity.
  • the solvent that can be used for coating may be selected from alcohols, amines, distilled water and a general organic solvent, the silicone binder may have a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in the solvent.
  • the solvent has a boiling point of 120 ° C. or less so that the protective layer is easily removed after coating the carbon nanotube electrode layer.
  • the protective layer made of the silicone polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent gas permeability.
  • the organic group of the ceramic constituting the protective layer 30 is easily mixed with carbon nanotubes and maintains stability. Accordingly, the protective layer 30 has contact stability with the carbon nanotube electrode layer and the surface.
  • the protective layer 30 preferably has a thickness of several to several hundred nanometers. This is to maintain the conductivity of the carbon nanotube electrode layer.
  • the binder material is not highly conductive. Silicon binder also has a problem that does not have a sheet resistance of less than 1k ⁇ / sq required by the transparent electrode.
  • a thin ceramic coating film of nano units is formed on the carbon nanotubes so as not to degrade the electrode characteristics of the carbon nanotube electrode layer on the lower layer as much as possible.
  • the protective layer thickness / carbon nanotube electrode thickness ratio should be adjusted in a range of 2 or less.
  • the flexibility of the carbon nanotube conductive film can be maintained.
  • the coating property of the ceramic binder may be maintained in the flexible coating surface.
  • the carbon number of the side chain alkyl group is preferably between 5 and 15.
  • concentration of a ceramic binder is 20 wt% or less of solid content.
  • the protective layer 30 may be made of a mixture of the ceramic binder 31 and the carbon nanotubes 33. That is, by forming a coating solution in which the ceramic binder 31 and the carbon nanotubes 33 are mixed at a constant ratio, and coating the carbon nanotube electrode layer, the disadvantage of the increase in sheet resistance due to the coating of the protective layer is overcome and Electrode characteristics can be maintained.
  • the present invention may include the polar binder 32 in the protective layer while the ceramic binder 31 has a hydrophobic reactor as a side chain. This is because when the silicon binder is coated on the carbon nanotube electrode layer together with the polar solvent, the conductivity of the carbon nanotube electrode layer is maintained, the hydrophobic property is maintained after the thin film coating, and the adhesion stability is maintained in addition to the properties of the general binder.
  • the silicon binder according to the embodiment of the present invention has a structure having a skeleton of [-Si (R1R2) -O-] n type in which two alkyl groups are substituted on silicon, and the solvent is water-based. Can be.
  • the alkyl group exhibits hydrophobic properties so that when coated on the surface of the carbon nanotube electrode layer, the alkyl group is arranged outwardly opposite to the surface of the carbon nanotube electrode layer, thereby improving durability of the electrode at high temperature and high humidity.
  • alkyl-substituted [-Si (R1R2) -O-] moieties and two bonding moieties of silicon and oxygen in the structure of silicon are oriented in the opposite direction [-O-SiR1R2-O-] structurally. It is desirable to ensure that only alkyl can effectively be directed to the outer surface.
  • the top surface layer of the electrode is coated with a hydrophobic reactor (alkyl group) after coating by using a specific solvent that can utilize the structural properties of the silicon, and the polymer side chain of the silicon is bonded to the carbon nanotube layer to bond stability to the electrode. To maximize this.
  • the solvent for forming the protective layer is preferably a polar solvent 32 capable of hydrogen bonding with oxygen in the polymer skeleton of silicon.
  • the polar solvent may be oriented in the opposite direction of the solvent molecule, and the polar solvent may direct the binder side chain downward, that is, toward the carbon nanotube electrode layer through oxygen and hydrogen bonding of silicon.
  • the alkyl groups are arranged in a direction opposite to the surface where the solvent is wetted so that hydrophobic alkyl groups can be disposed on the outer surface of the protective layer.
  • the solvent that can be used for coating may be selected a polar solvent capable of hydrogen bonding such as alcohols, amines, distilled water, the silicone binder may have a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in the solvent.
  • a polar solvent capable of hydrogen bonding such as alcohols, amines, distilled water
  • the silicone binder may have a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in the solvent.
  • the polar solvent 32 In addition, the boiling point is preferably 120 ° C. or less so that the protective layer 30 is easily removed after coating the carbon nanotube electrode layer 20.
  • the protective layer 30 made of the ceramic polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent gas permeability.
  • the organic group of the ceramic is easily mixed with the carbon nanotubes and maintains stability. Accordingly, the protective layer has contact stability with the carbon nanotube electrode layer and the surface.
  • the flexibility of the carbon nanotube conductive film can be maintained.
  • the coating property of the ceramic binder may be maintained in the flexible coating surface.
  • the carbon number of the side chain alkyl group is preferably between 5 and 15.
  • concentration of a ceramic binder is 20 wt% or less of solid content.
  • the protective layer 30 may further include carbon nanotubes 33 to maintain the conductivity of the carbon nanotube electrode layer 20. That is, by forming a coating solution in which the ceramic binder 31, the carbon nanotubes 33, and the polar solvent 32 are mixed at a predetermined ratio, and coating the carbon nanotube electrode layer 20, the sheet resistance is increased due to the coating of the protective layer. It can overcome the shortcomings and maintain the electrode characteristics of carbon nanotubes.
  • the protective layer of the carbon nanotube conductive film of the present invention is partially cut and photographed with a SEM photograph, it can be seen that the carbon nanotube electrode layer 20 is protected by the protective layer 30.
  • FIG. 6 is a block diagram showing each step of the carbon nanotube conductive film manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention.
  • a base layer is prepared (S10).
  • the base layer may be glass as described above or a flexible polymer polymer.
  • the carbon nanotubes are coated on the base layer to form a carbon nanotube electrode layer (S20).
  • the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
  • the carbon nanotube coating method may be spray coating, filtering transition method of the dispersion, coating method using a binder mixture solution, and the like.
  • a step of forming a protective layer by coating a ceramic binder having an alkyl group as a side chain on the carbon nanotube electrode layer (S30).
  • the step first dilutes the ceramic binder.
  • the diluent is diluted to 10 wt% or less with respect to the weight of the coating liquid for the protective layer by using a solvent of water and alcohol system.
  • the dilution coating solution is coated on the carbon nanotube electrode layer.
  • the thickness of the coating is adjusted to maintain the stability and conductivity of the surface of the carbon nanotube electrode layer after coating.
  • the coating is preferably performed in a range in which the sheet resistance does not change to 50% or less of the initial sheet resistance of carbon nanotubes.
  • Coating method of the dilution coating liquid for the protective layer may be a spray, using a common coating method such as gravure, spin coating, roll coating.
  • the ceramic binder in the forming of the protective layer, may be formed by mixing a polar solvent.
  • the ceramic binder used may be a binder having a basic skeleton structure of silicon.
  • the silicone binder has two identical alkyl groups for hydrophobicity as side chains, and the alkyl group preferably has 5 to 15 carbon atoms.
  • the silicone binder preferably has a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in a polar solvent.
  • the solvent may be selected a polar solvent capable of hydrogen bonding with the silicone binder.
  • examples of the solvent may be alcohol, amine, distilled water, which is used alone or as a mixed solvent.
  • the solvent is preferably a boiling point of 120 degrees or less for easy removal of the solvent after coating.
  • the thickness of the coating is adjusted to maintain the stability and conductivity of the surface of the carbon nanotube electrode layer after coating.
  • the coating is preferably performed in a range in which the sheet resistance does not change to 50% or less of the initial sheet resistance of carbon nanotubes.
  • the coating method of the dilution coating solution for the protective layer may be a spray, using a common coating method such as gravure, spin coating, roll coating.
  • the pretreatment temperature before curing has a preheating time of about 1 hour at 40 to 60 ° C., and then may be cured for 60 minutes at 100 ° C. to 150 ° C., more preferably 125 ° C. to 135 ° C., for complete curing.
  • the heat treatment temperature and heat treatment time may be adjusted according to the type of substrate and the properties of the binder.
  • the protective layer may comprise carbon nanotubes. That is, in the step (S32) of coating the protective layer on the carbon nanotube electrode layer, the protective layer may include a ceramic binder and a carbon nanotube mixture. To this end, a ceramic binder may be mixed with the carbon nanotube dispersion to prepare a coating liquid, and the coating liquid may be coated on the carbon nanotube electrode layer.
  • a ceramic binder may be mixed with the carbon nanotube dispersion to prepare a coating liquid, and the coating liquid may be coated on the carbon nanotube electrode layer.
  • the coating method may be a general coating method such as spray coating, gravure coating, spin coating, roll coating.
  • the thickness of the coating is preferably 10 ⁇ 500nm, if the thickness of the coating is 500nm or more, the light transmittance is lowered, if it is 10nm or less, the durability characteristics are lowered.
  • the use of a coating solution in which the carbon nanotube dispersion and the silicon binder are mixed causes the bundle of the carbon nanotubes of the protective layer and the bundle of the existing carbon nanotube thin film to be entangled, thereby further improving the adhesion of the coating agent.
  • This improvement in adhesion shows the characteristics of the conductive film which further improves the stability of the thin film after coating than in a coating method in which conductive particles such as gold and silver are distributed in the conductive adhesive generally used.
  • Example 1 a silicon binder was coated with a protective layer on a base layer coated with a carbon nanotube electrode layer, and distilled water was used as a polar solvent.
  • Example 2 was coated with a silicon binder and a carbon nanotube mixed solution as a protective layer on the base layer coated with the carbon nanotube electrode layer.
  • Comparative Example 1 the carbon nanotube electrode layer was coated on the base layer, and a separate protective layer was not coated.
  • the high temperature and high humidity test was conducted to confirm the durability characteristics of the transparent electrode thus manufactured.
  • the experimental conditions were a constant temperature and humidity chamber at 65 °C, 95%, 240 hours.
  • the sheet resistance with an initial sheet resistance (Ro) of 600 ⁇ / sq is 65 ° C., 95%
  • the sheet resistance is initially high compared with the case where the protective layer is not used.
  • the sheet resistance is kept constant and stable.
  • Comparative Example 1 without a protective layer it can be seen that after the test, the sheet resistance rapidly became unstable.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막은, 기저층과, 탄소나노튜브 전극층과, 보호층을 포함한다. 기저층 상에 탄소나노튜브 전극층이 형성된다. 보호층은 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 기본 골격의 다른 측쇄에 극성 반응기가 결합된 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 의하면, 도전막의 전도성을 떨어뜨리지 않고 내구성이 향상된 탄소나노튜브 투명도전막을 제조할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 도전막 및 그 제조 방법
본 발명은 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 각종 디스플레이 분야나, 정전방지제품이나, 터치패널분야나, 투명 발열체를 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
일반적으로 투명전도성 필름은 높은 전도성 (예를 들면, 1x103Ω/sq 이하의 면저항)과 가시영역에서 높은 투과율(80%이상)을 가진다. 이에 따라서 상기 투명전도성 필름은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 액정 디스플레이(Liquid crystal Display, LCD)소자, 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기전계발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 터치패널 또는 태양전지 등에서 각종 수광소자와 발광소자의 전극으로 이용되는 것 이외에 자동차 창유리나 건축물의 창유리 등에 쓰이는 대전 방지막, 전자파 차폐막 등의 투명전자파 차폐제 및 열선 반사막, 냉동 쇼케이스 등의 투명 발열체로 사용되고 있다.
최근에는 기저층 상에 코팅되는 전극을 탄소나노튜브로 하는 것에 대한 연구가 진행되고 있다.
상기 탄소나노튜브는 이론적 퍼콜레이션 농도가 0.04%에 불과하여 광학적 성질을 유지시키면서 전도성을 구현할 수 있는 이상적인 재료로 평가되고 있으며 나노미터 단위로 특정 기저층위에 박막으로 코팅하게 되면 가시광선 영역에서 빛이 투과되어 투명성을 나타내며 탄소나노튜브가 가지고 있는 고유한 특성인 전기적 성질을 유지하게 되어 투명전극으로 사용할 수 있다.
탄소나노튜브를 전극으로 하는 도전막은 기저층 상에, 탄소나노튜브 분산액을 코팅함으로써 이루어지며, 그 코팅방법으로서는 분산액의 필터링 전이방식, 스프레이 코팅방식, 바인더 혼합액을 이용한 코팅 방식이 가장 많이 활용된다. 그 중 스프레이 코팅방식은 대면적에 적용 가능하고. 바인더와 CNT의 혼합이 불필요하다는 장점이 있어서 보다 많이 사용되고 있다.
그런데, 스프레이 코팅 방법은 탄소나노튜브가 외부에 노출되어 있어 제조 과정에서의 스크래치나 환경적인 내구성에서 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 우수한 표면강도, 고온고습 안정성, 내약품성 및 내구성을 가지는 동시에 우수한 도전성을 가지는 탄소나노튜브 도전막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막은, 기저층과, 탄소나노튜브 전극층과, 보호층을 포함한다. 기저층 상에 탄소나노튜브 전극층이 형성된다. 보호층은 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 기본 골격의 다른 측쇄에 극성 반응기가 결합된 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막은 기저층과, 탄소나노튜브 전극층과, 보호층을 포함한다. 탄소나노튜브 전극층은 기저층 상에 형성된다. 보호층은 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다.
이 경우, 상기 보호층의 극성 반응기는 탄소나노튜브 전극층 표면과 접하도록 배치되고, 상기 보호층의 소수성 반응기는 외부로 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹 바인더는, 산소원자를 가지고 극성 용매와 수소결합을 이룰 수 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 보호층을 이루는 세라믹 바인더는 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [- Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조로서, 상기 두개의 알킬 치환 [- Si(R1R2)-O-]부분과 규소와 산소의 두개 결합부분이 [-O-SiR1R2-O-] 구조적으로 반대 방향을 가지는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 다른 측면에서의 탄소나노튜브 도전막의 제조 방법은, 기저층을 준비하는 단계와, 상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계와, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 세라믹 바인더 및 극성 용매를 포함하는 코팅 용액을 코팅하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에서 탄소나노튜브 도전막의 제조 방법은, 기저층을 준비하는 단계와, 상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계와, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 코팅용액을 코팅하는 단계는, 상기 세라믹 바인더의 산소와 수소결합되는 용매를 준비하는 단계와, 산소원자를 가지는 실리콘 바인더로 이루어진 세라믹 바인더를 상기 용매에 혼합하여 코팅 용액을 제조하는 단계와, 상기 코팅 용액을 상기 탄소나노튜브 전극층에 코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 더 다른 측면에서의 탄소나노튜브 도전막의 제조방법은, 기저층을 준비하는 단계와, 상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계와, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에, 탄소나노튜브 및 세라믹 혼합코팅액을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 층 상에 세라믹 바인더를 코팅함으로써, 고 전도성, 고온고습 및 화학안정성에 대한 고 내구성을 가지는 탄소나노튜브 도전막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 일단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 도1의 A부를 확대도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 보호층의 기본 분자 배열 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 제조방법을 도시한 블록도다.
도 7은 도 6의 변형예를 도시한 블록도이다.
도 8는 도 6의 다른 변형예를 도시한 블록도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막(1)은 기저층(10)과, 탄소나노튜브 전극층(20)과, 보호층(30)을 구비한다.
기저층(10) 상에는 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된다. 상기 기저층(10)은 투명재질일 수 있으며, 이에 따라서 유리, PET 등의 투명 폴리머, 또는 프릿 글래스(flit glass) 등으로 이루어진다. 이 경우, 상기 기저층(10)은 고투명 무기물 기판 또는 투명 폴리머 기판으로 이루어져서 유연성을 가지는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브 전극층(20)은 탄소나노튜브를 포함한다. 탄소나노튜브(Carbon Nanotube:CNT)는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있고, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 특유의 전기 화학적 특성을 나타낸다. 이러한 탄소나노튜브를 플라스틱이나 유리 기판에 얇은 도전막으로 형성시키면 가시광선 영역에서 높은 투과도와 전도성을 나타내므로 투명전극으로 사용이 가능하다.
보호층(30)은 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 세라믹 바인더(31)를 포함하여 이루어진다. 상기 보호층(30)은 탄소나노튜브 전극층(20)을 외부로부터 보호하는 기능을 하며, 이 경우 도전막의 투명성 및 전기 전도성를 저하시키지 않아야 한다.
상기 보호층(30)은 세라믹 소재의 바인더(31) 소재로 이루어질 수 있다. 일반적으로 세라믹 바인더(31)는 광투과도가 높은 코팅막의 제조가 가능하고, 접착력이 우수하여 미세균열보강에 유리하고, 내열, 내화특성이 우수하며, 코팅 적용이 유용하다.
상기 세라믹 바인더(31)는 그 용도에 따라 전도성 물질의 산화주석(SnO2), 발수성이 강한 산화이트륨(Y2O3), 전자필터로 사용되는 산화마그네슘(MgO), 접착제로 사용되는 산화규소(SiO2), 자외선 차단제의 산화아연(ZnO), 실리콘 등을 선택할 수 있다.
그 중 세라믹 바인더(31)의 하나의 예로서 실리콘(silicone) 바인더는 규소 원소에 치환된 관능기에 따라 다양한 물성을 나타낸다. 이들 관능기는 다양한 화학반응으로 다른 관능기로 변환될 수 있으며, 메틸기 이외에도 페닐기, 비닐기, 삼불화프로필기, 알킬기 등과 같은 유기기가 치환되어서 상업적으로 많이 사용된다.
상기 실리콘 바인더는 무기 주쇄에 결합된 유기기가 동시적으로 한 물질 내에 존재한다. 예를 들어, 대부분의 실리콘 분자는 폴리실록산(polysiloxane) [ Si(RR')-O-]n 형태의 주쇄를 가진 구조로 되어 있다. 실리콘 고분자는 낮은 표면장력을 가지고 있어 강한 소수성을 나타내며, 이러한 성질로 인하여 발수성 재료로 별다른 개질 과정 없이 쉽게 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실리콘 바인더는 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [ Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조인 것이 바람직하다. 이 경우, 알킬기는 소수성의 특성을 나타내어 탄소나노튜브 전극층의 표면에 코팅될 때 탄소나노튜브 전극층 표면이 아닌 반대 바깥쪽으로 위치하게 배열되어 전극의 고온고습에 대한 내구성을 향상할 수 있게 한다.
이를 위해서는 실리콘의 구조에서 두개의 알킬 치환 [ -Si(R1R2)-O-]부분과 규소와 산소의 두개 결합부분이 [-O-SiR1R2-O-] 구조적으로 반대 방향을 향하고 있어 코팅 후 소수성 알킬만이 효과적으로 바깥 표면으로 향할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때 R1, R2 알킬기는 동일한 구조를(R1=R2) 가지고 있고 Si 주골격에서 바깥으로 대칭적으로 뻗어나간 형태를 가지는 것이 바람직하다.
이에 코팅용으로 사용될 수 있는 용매는 알코올류, 아민류, 증류수 및 일반적인 유기 용매를 선정할 수 있고, 상기 실리콘 바인더는 상기 용매에 분산을 위해 말단에 수용성을 위한 폴리에틸렌 옥사이드기를 가질 수 있다.
상기 용매는, 보호층이 상기 탄소나노튜브 전극층에 코팅 후 제거가 용이하도록, 끓는점이 120℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기 실리콘 고분자로 이루어진 보호층은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 가스투과성이 우수하다.
보호층(30)을 이루는 세라믹의 유기기는 탄소나노튜브와 혼합이 용이하고 안정성을 유지된다. 이에 따라서 상기 보호층(30)이 탄소나노튜브 전극층과 표면과 접촉 안정성을 가진다.
이 경우, 상기 보호층(30)은 수 내지 수백 나노미터 단위의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기 탄소나노튜브 전극층의 전도성을 유지시키기 위해서이다. 일반적으로 바인더 물질은 높은 전도성이 있지 않다. 실리콘 바인더 역시 투명전극에서 요구하는 1kΩ/sq이하의 면저항을 가지지는 못하는 문제점을 가진다. 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 탄소나노튜브 위에 나노 단위의 얇은 세라믹 코팅막을 형성하여 아래층에 있는 탄소나노튜브 전극층의 전극적인 특성을 최대한 저하시키지 않도록 하는 것이다. 바람직하게는 보호층두께/탄소나노튜브전극두께 비가 2 이하인 범위에서 조절하여야 한다.
또한, 상기 세라믹의 결합된 반응기의 종류를 적절하게 설정한다면, 탄소나노튜브 도전막의 유연성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 실리콘에 결합된 반응기의 종류인 알킬기 하나 이상을 측쇄로 선정함으로써 플렉서블한 코팅면에서 세라믹 바인더가 가지는 코팅성을 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 측쇄 알킬기의 탄소 수는 5개에서 15개 사이인 것이 바람직하다.
세라믹 바인더의 농도는 고형분 20wt%이하인 것이 바람직하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서, 상기 보호층(30)이 세라믹 바인더(31) 및 탄소나노튜브(33)의 혼합물로 이루어질 수 있다. 즉, 세라믹 바인더(31)와 탄소나노튜브(33)를 일정한 비율로 섞은 코팅용액을 만들어서, 상기 탄소나노튜브 전극층에 코팅함으로써, 보호층의 코팅으로 인한 면저항 증가의 단점을 극복하고 탄소나노튜브의 전극 특징을 유지할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 세라믹 바인더(31)가 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 동시에, 보호층에서 극성 용매(32)를 포함할 수 있다. 이는 상기 극성 용매와 함께 실리콘 바인더가 탄소나노튜브 전극층 위에 코팅되는 경우에는, 일반적인 바인더의 성질 이외 상기 탄소나노튜브 전극층의 전도성 유지, 박막 코팅 후 소수성의 특성 유지, 접착안정성 유지가 이루어지기 때문이다.
도 5는 본 발명에 포함된 보호층의 구조의 일예를 도시한 그림이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 바인더는 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [- Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조이이고, 용매가 물 계열 일 수 있다. 이 경우, 알킬기는 소수성의 특성을 나타내어 탄소나노튜브 전극층의 표면에 코팅될 때 탄소나노튜브 전극층 표면이 아닌 반대 바깥쪽으로 위치하게 배열되어 전극의 고온고습에 대한 내구성을 향상할 수 있게 한다.
이를 위해서는 - 실리콘의 구조에서 두개의 알킬 치환 [- Si(R1R2)-O-]부분과 규소와 산소의 두개 결합부분이 [-O-SiR1R2-O-] 구조적으로 반대 방향을 향하고 있어 코팅 후 소수성 알킬만이 효과적으로 바깥 표면으로 향할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때 R1, R2 알킬기는 동일한 구조를(R1=R2) 가지고 있고 Si 주골격에서 바깥으로 대칭적으로 뻗어나간 형태를 가지는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 실리콘의 구조적인 특성을 이용할 수 있는 특정 용매를 사용하여 코팅 후 전극의 최상 표면층이 소수성 반응기(알킬기)로 도포되고 실리콘의 고분자 측쇄는 탄소나노튜브 층과 결합하여 전극에 대한 접착안정성을 최대화하도록 유도해야 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 보호층을 형성시키기 위한 용매로서, 실리콘의 고분자 골격에 있는 산소와 수소결합이 가능한 극성용매(32)인 것이 바람직하다. 일반적으로 알킬기는 비극성을 가지므로 극성인 용매에서 용매 분자의 반대 방향으로 향하게 되고 극성용매는 실리콘의 산소와 수소결합을 통해서 바인더 측쇄를 아래쪽 즉 탄소나노튜브 전극층 방향으로 향하게 할 수 있다. 특히 탄소나노튜브 전극층 위에 나노 단위로 다중층이 형성될 때 그 용매가 적셔지는 표면과 반대 방향으로 알킬기가 배열되도록 함으로써 그 보호층의 외면에 소수성인 알킬기가 배치할 수 있도록 한다.
이에 코팅용으로 사용될 수 있는 용매는 알코올류, 아민류, 증류수등 수소결합이 가능한 극성용매를 선정할 수 있고, 상기 실리콘 바인더는 상기 용매에 분산을 위해 말단에 수용성을 위한 폴리에틸렌 옥사이드기를 가질 수 있다.
상기 극성 용매(32) 또한, 보호층(30)이 상기 탄소나노튜브 전극층(20)에 코팅 후 제거가 용이하도록, 끓는점이 120℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기 세라믹 고분자로 이루어진 보호층(30)은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 가스투과성이 우수하다.
또한, 세라믹의 유기기는 탄소나노튜브와 혼합이 용이하고 안정성을 유지된다. 이에 따라서 상기 보호층이 탄소나노튜브 전극층과 표면과 접촉 안정성을 가진다.
또한, 상기 세라믹의 결합된 반응기의 종류를 적절하게 설정한다면, 탄소나노튜브 도전막의 유연성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 실리콘에 결합된 반응기의 종류인 알킬기 하나 이상을 측쇄로 선정함으로써 플렉서블한 코팅면에서 세라믹 바인더가 가지는 코팅성을 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 측쇄 알킬기의 탄소 수는 5개에서 15개 사이인 것이 바람직하다.
세라믹 바인더의 농도는 고형분 20wt%이하인 것이 바람직하다.
이 경우에도, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서, 상기 보호층(30)이 탄소나노튜브(33)를 더 포함할 수 있다. 즉, 세라믹 바인더(31)와 탄소나노튜브(33) 및 극성 용매(32)를 일정한 비율로 섞은 코팅용액을 만들어서, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)에 코팅함으로써, 보호층의 코팅으로 인한 면저항 증가의 단점을 극복하고 탄소나노튜브의 전극 특징을 유지할 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브 도전막의 보호층을 일부 절개하여 SEM 사진으로 촬영하면, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)이 보호층(30)에 의하여 보호되고 있음을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막 제조 방법의 각 단계를 도시한 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막을 제조시키기 위하여, 먼저 기저층을 준비하는 단계(S10)를 거친다. 상기 기저층은 상기한 바와 같이 유리나, 유연성 있는 고분자 폴리머일 수 있다.
그 후에, 상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계(S20)를 거친다. 이 경우, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조의 탄소나노튜브이거나 다중벽 구조의 탄소나노튜브일 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 코팅 방법은 스프레이 코팅, 분산액의 필터링 전이방식, 바인더 혼합액을 이용한 코팅 방식 등을 이용할 수 있다.
그 후에, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹 바인더를 코팅하여 보호층을 형성하는 단계(S30)를 거친다. 상기 단계는 먼저 세라믹 바인더를 희석한다. 이 경우, 상기 희석액은 물, 알코올 계통의 용매를 사용하여 세라믹 바인더의 양을 보호층용 코팅액 무게 대비10 wt% 이하로 희석시킨다. 상기 희석 코팅액을 상기 탄소나노튜브 전극층 위에 코팅한다. 이 경우, 상기 코팅의 두께는 코팅 후 탄소나노튜브 전극층 표면의 안정화와 전도성을 유지할 수 있도록 조절한다. 바람직하게는 탄소나노튜브 초기 면저항 대비 50%이하로 면저항이 변화하지 않는 범위에서 코팅하는 것이 바람직하다. 보호층용 희석 코팅액의 코팅방법은 스프레이를 이용, 그라비아, 스핀코팅, 롤 코팅등 일반적인 코팅방법을 이용할 수 있다.
이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 보호층을 형성시키는 단계에서, 세라믹 바인더는 극성용매를 혼합하여서 이루어질 수 있다.(S31)
이 경우, 사용되는 세라믹 바인더는 실리콘을 기본 골격구조로 하는 바인더일 수 있다. 이 경우 상기 실리콘 바인더는 소수성을 위한 두개의 동일한 알킬기를 측쇄로 가지는데, 상기 알킬기의 탄소 수는 5개에서 15개 사이인 것이 바람직하다. 상기 실리콘 바인더는 극성 용매에 분산을 위해 말단에 수용성을 위한 폴리에틸렌 옥사이드기를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 용매는 실리콘 바인더와 수소결합이 가능한 극성용매를 선정할 수 있다. 이 경우, 상기 용매의 예로서는 알코올, 아민, 증류수 일 수 있으며, 이를 단독으로 혹은 혼합용매로 사용한다. 상기 용매는 코팅 후 용매의 제거 용이를 위하여 끓는점이 120도 이하인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 코팅의 두께는 코팅 후 탄소나노튜브 전극층 표면의 안정화와 전도성을 유지할 수 있도록 조절한다. 바람직하게는 탄소나노튜브 초기 면저항 대비 50%이하로 면저항이 변화하지 않는 범위에서 코팅하는 것이 바람직하다. 보호층용 희석 코팅 용액의 코팅방법은 스프레이를 이용, 그라비아, 스핀코팅, 롤 코팅등 일반적인 코팅방법을 이용할 수 있다.
보호층용 코팅 용액을 코팅한 후에, 상기 코팅 용액을 경화시키는 단계(S40)를 거친다. 이를 위하여 경화 전 전처리 온도를 40~60℃에서 1시간 정도 예열 시간을 가지고, 그 후에 완전한 경화를 위하여 100℃~150℃, 보다 바람직하게는125℃~135℃에서 60분으로 경화할 수 있다. 상기 열처리 온도와 열처리 시간은 기판의 종류와 바인더의 특성에 따라 조절될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 보호층은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 즉, 상기 보호층을 탄소나노튜브 전극층 상에 코팅시키는 단계(S32)에서, 상기 보호층이 세라믹 바인더 및 탄소나노튜브 혼합물을 포함할 수 있다. 이를 위하여 탄소나노튜브 분산액에 세라믹 바인더를 혼합하여 코팅용 혼합액을 제조하고, 상기 코팅용 혼합액을 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 코팅할 수 있다. 상기 탄소나노튜브 분산액의 농도가 진하면 투명 전극의 투과도가 급격히 저하되고 농도가 묽으면 탑 코팅 후 도막의 전도성이 떨어진다.
상기 코팅방법은 스프레이를 코팅, 그라비아 코팅, 스핀코팅, 롤 코팅 등 일반적인 코팅방법이 이용될 수 있다.
상기 코팅의 두께는 10~500nm인 것이 바람직한데, 상기 코팅의 두께가 500nm 이상이면 광 투과도가 저하되며, 10nm 이하이면 내구성 특성이 저하된다.
탄소나노튜브 분산액과 실리콘 바인더를 혼합한 코팅액을 사용하게 되면 보호층의 탄소나노튜브의 번들과 기존 탄소나노튜브 박막의 번들이 엉키면서 코팅제의 접착성이 더 향상된다. 이러한 접착성 향상은 일반적으로 사용되는 도전성 접착제의 내부에 금, 은과 같은 도전성 입자가 분포되는 코팅 방법에서 보다 코팅 후 박막의 안정성을 더 향상시킨 도전성 필름의 특징을 나타낸다.
<실시예>
실시예 1은 탄소나노튜브 전극층이 코팅된 기저층 상에 보호층으로 실리콘 바인더를 코팅하였고, 극성 용매로는 증류수를 사용하였다.
실시예 2는 탄소나노튜브 전극층이 코팅된 기저층 상에 보호층으로 실리콘 바인더 및 탄소나노튜브 혼합액을 코팅하였다.
비교예 1은 기저층 상에 탄소나노튜브 전극층을 코팅하였으며, 별도의 보호층이 코팅하지 않았다.
비교예 2는 기저층 상에 탄소나노튜브 전극층을 코팅하였으며, 용매로는 헥산을 사용하였다.
이렇게 제조된 투명전극의 내구성 특성을 확인하기 위해 고온고습 테스트를 실시하였다. 이 경우, 실험조건은 65℃, 95%, 240시간으로 항온항습기를 이용하였다.
테스트 전후의 면저항값을 변화를 측정하여 내구성을 확인한 결과, 실시예 1의 경우, 초기 면저항(Ro)이 600Ω/sq인 면저항 값이 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)이 620Ω/sq으로 변화하여 변화율 R/Ro = 1.03으로 안정함을 알 수 있었다.
실시예 2의 경우, 초기 면저항(Ro)이 550 Ω/sq인 면저항 값이 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)이 550Ω/sq으로 변화하여 변화율 R/Ro = 1.0으로 안정함을 알 수 있다.
비교예 1의 경우, 초기 면저항(Ro)이 500 Ω/sq으로 전도성이 우수하였으나, 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)이 1000Ω/sq으로 변화하여 변화율 R/Ro = 2.0으로 불안정함을 알 수 있다.
즉, 보호층으로 실리콘 바인더를 사용하는 경우 보호층을 사용하지 않은 경우와 비교시, 초기에는 면저항이 높다라는 단점이 있으나, 고온고습 테스트 후에는 상기 면저항이 일정하게 유지되어서 안정함을 알 수 있고, 이와 달리 보호층을 가지지 않은 비교예 1의 경우에는 테스트 후에 면저항이 급격히 커져서 불안정하다라는 것을 알 수 있다.
비교예 2의 경우, 초기 면저항(Ro)이 600Ω/sq인 면저항 값이 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)이 850Ω/sq으로 변화하여 변화율 R/Ro = 1.4으로 불안정함을 알 수 있었다. 즉, 일반적인 투명전극 요구특성인 변화율 (R/Ro) 1.2%이상으로 나타나 고온 고습의 특성에 안정화하지 못함을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 기저층;
    상기 기저층 상에 형성된 탄소나노튜브 전극층; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진 보호층;
    을 구비하는 탄소나노튜브 도전막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은, 적어도 하나의 알킬기를 측쇄로 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  3. 기저층;
    상기 기저층 상에 형성된 탄소나노튜브 전극층; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 기본 골격의 다른 측쇄에 극성 반응기가 결합된 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진 보호층;
    을 구비하는 탄소나노튜브 도전막.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호층의 극성 반응기는 탄소나노튜브 전극층 표면과 접하도록 배치되고, 상기 보호층의 소수성 반응기는 외부로 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹 바인더는, 산소원자를 가지고,
    상기 세라믹 바인더의 기본 골격의 다른 측쇄에 결합된 극성 반응기는, 상기 세라믹 바인더의 산소와 극성 용매가 수소결합 되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 보호층을 이루는 세라믹 바인더는 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [- Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조로서,
    상기 두개의 알킬 치환 [- Si(R1R2)-O-]부분 및 규소와 산소의 두개 결합부분이 [-O-SiR1R2-O-] 구조적으로 반대 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹 바인더에 포함된 알킬기의 탄소 수는 5 내지 15 개인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 보호층을 이루는 세라믹은, 산화주석, 산화 이트륨, 산화마그네슘, 산화규소, 산화아연, 및 실리콘 중에서 선택된 하나를 기본 골격 구조로 가지는 것으로, 상기 보호층의 농도는 고형분 20wt% 이하인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 10-500nm인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    보호층두께/탄소나노튜브전극두께 비가 2이하인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 도전막은 초기 면저항 값을 기준으로 65℃, 95%, 240시간 고온고습 테스트 후의 면저항 값의 비가 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막.
  12. 기저층을 준비하는 단계;
    상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 소수성 반응기를 측쇄로 가지는 세라믹 바인더 및 극성 용매를 포함하는 코팅 용액을 코팅하는 단계;
    를 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  13. 기저층을 준비하는 단계;
    상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 세라믹은 하나 이상의 알킬기를 측쇄로 가지고, 알킬기의 탄소 수가 5 내지 15개인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 코팅용액을 코팅하는 단계는;
    상기 세라믹 바인더의 산소와 수소결합되는 용매를 준비하는 단계;
    산소원자를 가지는 실리콘 바인더로 이루어진 세라믹 바인더를 상기 용매에 혼합하여 코팅 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 코팅 용액을 상기 탄소나노튜브 전극층에 코팅하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 실리콘 바인더는 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [- Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조를 가지고, 상기 코팅 용액은 상기 두개의 알킬 치환 [- Si(R1R2)-O-]부분과 규소와 산소의 두개 결합부분이 [-O-SiR1R2-O-] 구조적으로 반대 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 보호층을 형성시키는 단계는, 물, 알코올 계통의 극성용매를 가진 코팅액에 상기 세라믹이 상기 코팅액의 무게대비 10wt% 이하로 희석된 상태에서 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 코팅되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 세라믹 바인더는 탄소나노튜브와 혼합된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 코팅 용액을 코팅하는 단계 이후에,
    적어도 상기 코팅용액이 코팅된 탄소난노튜브 전극층을 40-60℃의 온도로 예열하는 경화 전처리하는 단계; 및
    상기 경화 전처리된 코팅 요액을 100-160℃의 온도로 경화시키는 단계;
    를 더 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  20. 기저층을 준비하는 단계;
    상기 기저층 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에, 탄소나노튜브 및 세라믹 혼합코팅액을 코팅하여 보호층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 및 세라믹 혼합용액을 코팅하는 단계는:
    탄소나노튜브 농도가 0.01 내지 0.1 wt%인 탄소나노튜브 분산용액을 제조하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 분산용액에 세라믹을 무게비로 1-20 wt%로 첨가하여 혼합하여 혼합코팅액을 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 보호층을 형성시키는 단계는, 물, 알코올 계통의 용매를 가진 코팅액에 상기 세라믹이 상기 코팅액의 무게 대비 10wt% 이하로 희석된 상태에서 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 코팅되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 보호층을 형성시키는 단계 이후에,
    상기 보호층을 40-60℃의 온도로 예열하는 경화 전처리하는 단계; 및
    상기 경화 전처리 된 보호층을 100-160℃의 온도로 경화시키는 단계;
    를 더 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
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