KR100675334B1 - Carbon nanotube films and their manufacturing process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브로 구성된 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 그 목적은 탄소나노튜브가 가진 고유의 기계적, 전기적, 화학적 성질 등을 이용할 수 있으면서, 광학적으로 가시광 영역에서 투과성을 가지는 탄소나노튜브 필름을 제공하는데 있다. 본 발명은 특히 화학적으로 표면처리 된 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 번들(bundle)을 랭뮤어-블로제트(Langmuir-Blodgett) 방법을 이용하여 기판 상에 퇴적시켜 균일한 또는 패터닝된 탄소나노튜브 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 탄소나노튜브 필름은 전도성을 가짐과 동시에 투명할 정도로 매우 얇고, 균일하며, 탄소나노튜브가 고밀도로 한방향으로 배향되어 있으므로 전자소자, 센서, 디스플레이 등에 이용할 수 있다. The present invention relates to a film composed of carbon nanotubes and a method for manufacturing the same, and an object thereof is to use the inherent mechanical, electrical, and chemical properties of carbon nanotubes, and optically transmissive carbon nanotubes. To provide the film. In particular, the present invention provides a uniform or patterned carbon nanotube film by depositing chemically surface-treated carbon nanotubes or carbon nanotube bundles on a substrate using a Langmuir-Blodgett method. It relates to a manufacturing method. The carbon nanotube film according to the present invention is extremely thin and uniform enough to have conductivity and transparent, and can be used in electronic devices, sensors, displays, etc. because the carbon nanotubes are oriented in one direction at a high density.
탄소나노튜브, 필름, 투명전극, 전기전도성, 랭뮤어-블로제트, 패터닝, 배향 Carbon Nanotubes, Films, Transparent Electrodes, Electroconductivity, Langmuir-Blogt, Patterning, Orientation
Description
도 1은 랭뮤어-블로제트 (Langmuir-Blodgett, LB) 방법을 이용하여 정렬된 탄소나노튜브의 필름을 제작하는 과정을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the process of producing a film of carbon nanotubes aligned using the Langmuir-Blodgett (LB) method,
도 2a 및 도 2b는 물과 공기의 계면에서 일정한 배향으로 정렬된 탄소나노튜브 랭뮤어필름을 기판에 부착하는 과정을 설명하기 위한 도면,2A and 2B are views for explaining a process of attaching carbon nanotube Langmuir films aligned in a predetermined orientation at an interface between water and air to a substrate;
도 3a는 50mN/m의 표면압력(surface pressure)하에서 탄소나노튜브 LB필름이 실리콘 기판에 부착된 상태를 촬영한 주사전자현미경 사진(SEM), 도 3b는 특정 표면압력하에서 나노튜브 LB필름이 지지하는 기판이 없이 전이된 프리스탠딩(free standing) 상태를 촬영한 주사 전자 현미경 사진,Figure 3a is a scanning electron micrograph (SEM) of the carbon nanotube LB film attached to the silicon substrate at a surface pressure of 50mN / m, Figure 3b is a nanotube LB film is supported under a specific surface pressure A scanning electron micrograph of the free standing state transitioned without a substrate,
도 4a는 패턴닝된 탄소나노튜브 LB필름이 실리콘 기판에 부착된 상태를 촬영한 주사전자현미경 사진, 도 4b는 도 4a의 특정부분을 확대한 주사 전자 현미경 사진.4A is a scanning electron microscope photograph of a patterned carbon nanotube LB film attached to a silicon substrate, and FIG. 4B is an enlarged scanning electron micrograph of a specific portion of FIG. 4A.
도 5a 및 도 5b는 50mN/m의 표면압력하에서 탄소나노튜브 LB막이 미세 구리전극 구조물에 부착된 상태를 촬영한 주사 전자 현미경 사진, 도 5c는 도 5a 및 도 5b에 제시된 LB 막의 전기 전도성 측정 결과를 도시한 그래프, 도 5d는 나노튜브 LB막이 구리 전극에 부착된 상태를 보여주는 개략도. 5A and 5B are scanning electron micrographs of the carbon nanotube LB film attached to the fine copper electrode structure under a surface pressure of 50 mN / m, and FIG. 5C is an electrical conductivity measurement result of the LB film shown in FIGS. 5A and 5B. 5D is a schematic diagram showing a state in which a nanotube LB film is attached to a copper electrode.
도 6a는 기판상에 한층의 탄소나노튜브 필름이 적층된 상태를 나타낸 개략도, 도 6b는 기판상에 다수층의 나노튜브 필름이 기판에 적층되는 것을 예시한 개략도. Figure 6a is a schematic diagram showing a state in which one layer of carbon nanotube film laminated on the substrate, Figure 6b is a schematic diagram illustrating a plurality of layers of nanotube film laminated on the substrate.
본 발명은 막대형상의 나노구조물, 특히 탄소나노튜브(carbon nanotube) 또는 탄소나노튜브 번들(bundle)이 기판(substrate) 상에 또는 기판없이 프리스텐딩 형태로 정렬된 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄소나노튜브가 고밀도로 일축배향되어 있을 뿐만 아니라 패터닝 되어 있어 전자소자, 센서, 디스플레이 등에 이용할 수 있는 탄소나노튜브 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다The present invention relates to a film in which rod-shaped nanostructures, in particular carbon nanotubes or carbon nanotube bundles, are arranged in a pre-standing form on or without a substrate, and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a carbon nanotube film which can be used for electronic devices, sensors, displays, etc. as well as being uniaxially oriented with carbon nanotubes and patterned.
탄소나노튜브 박막은 100nm 이하 수준의 두께를 갖는 나노구조물을 의미한다. 이러한 나노필름 구조물은 광투과성을 가질 수 있고, 전도체로서 전계전자방출디스플레이(Field emitted display)의 전자 빔 장치로도 사용할 수 있으며, 고강도를 지닌 복합재료, 화학 및 바이오 센서, 태양 전지, 에너지 저장물질, 분자전자소자, 고집적회로 제조 등에 활용이 가능하다. 또한 탄소나노튜브를 화학결합을 이용해 전자소자와 접목시키면 차세대 센서, 자기기록매체, 트랜지스터와 같은 장치로 개발할 수 있다. 뿐만 아니라 탄소나노튜브 관련 기술은 화학의 분자 개념을 기 초로 발전한 분자생물학, 소재나 재료공학, 전자공학 등 관련 산업 발전으로 이어질 수 있다. The carbon nanotube thin film refers to a nanostructure having a thickness of 100 nm or less. Such a nanofilm structure can have light transmittance and can be used as an electron beam device of a field emitted display as a conductor, and has high strength composite materials, chemical and biosensors, solar cells, and energy storage materials. , Molecular electronic device, high integrated circuit manufacturing, etc. In addition, by incorporating carbon nanotubes into electronic devices using chemical bonds, they can be developed into devices such as next-generation sensors, magnetic recording media, and transistors. In addition, the technology related to carbon nanotubes can lead to the development of related industries such as molecular biology, materials and materials engineering, and electronic engineering, which are developed based on the molecular concept of chemistry.
나노박막(나노필름)의 주된 응용 분야인 전기 전도성 투명 필름이 당 분야에 공지되어 있다. 보통, 이러한 필름은 일반적으로 전기 절연 물질상에서 건식법 또는 습식법에 의하여 형성된다. Electrically conductive transparent films, the main application of nano thin films (nanofilms), are known in the art. Usually, such films are generally formed by dry or wet methods on electrically insulating materials.
건식법에서는 스퍼터링법, 이온 도금법, 진공 증착법을 포함하는 물리적 증착방법(PVD) 또는 화학적 증착방법(CVD)을 사용하여 금속 산화물 형태, 예컨대, 인듐-주석 혼합 산화물(ITO; tin-indium mixed oxide), 안티몬-주석 혼합 산화물(ATO; antimony-tin mixed oxide), 플루오르-도핑 주석 산화물(FTO; fluorine-doped tin oxide), 알루미늄-도핑 아연산화물(AZO; aluminium-doped zinc oxide)의 박막을 형성시킨다. In the dry method, a physical oxide method (PVD) or chemical vapor deposition method (CVD), including sputtering, ion plating, vacuum deposition, is employed to form metal oxides such as indium-tin mixed oxide (ITO), A thin film of antimony-tin mixed oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and aluminum-doped zinc oxide (AZO) is formed.
습식법에서는 전기 전도성 분말, 예컨대 상기 중 한 개의 혼합 산화물 및 결합제를 이용하여 전도성 코팅 조성물을 형성시킨다. In the wet process, conductive coating compositions are formed using electrically conductive powders such as mixed oxides and binders of any of the above.
건식법은 우수한 투명성 및 우수한 전도성을 모두 갖는 필름을 생산할 수 있다. 그러나, 이는 진공 시스템이 포함된 복잡한 장치를 필요로 하며, 생산성이 불량하다. 건식법의 또 다른 문제점은 사진용 필름과 같은 플렉서블(flexible)하고 연속적이거나 큰 기판에 도포하기가 어렵다는 것이다. The dry process can produce films with both good transparency and good conductivity. However, this requires a complicated device incorporating a vacuum system and poor productivity. Another problem with the dry method is that it is difficult to apply to flexible, continuous or large substrates such as photographic films.
습식법은 상대적으로 단순한 장치를 필요로 하며, 생산성이 높고, 연속적이거나 큰 물질에 도포하는데 용이하다. 습식법으로 사용되는 전기 전도성 분말은 생성 필름의 투명성을 방해하지 않도록 평균 기본 입경이 0.5㎛ 이하인 매우 미세한 분말이다. 투명한 코팅 필름을 얻기 위하여, 전도성 분말은 가시광선을 흡수하지 않고 가시광선의 산란을 억제하도록 가시광선의 최단 파장의 1/2 이하(0.2 ㎛)를 가져야 한다.Wet methods require relatively simple equipment and are highly productive and easy to apply to continuous or large materials. The electrically conductive powder used by the wet method is a very fine powder having an average basic particle diameter of 0.5 mu m or less so as not to disturb the transparency of the resulting film. In order to obtain a transparent coating film, the conductive powder should have less than 1/2 (0.2 μm) of the shortest wavelength of visible light so as not to absorb visible light and to suppress scattering of visible light.
또 다른 투명한 전기 전도성 물질로 전도성 유기 폴리머를 들 수 있다. 전도성 폴리머 및 플라스틱 발달은 1970년대 이래로 진행되어져 왔다. 이러한 노력으로 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 및 폴리아세틸렌과 같은 폴리머류를 기재로 한 전도성 물질을 생산하였다 (참조 'Electrical Conductivity in Conjugated Polymers', Conductive Polymers and Plastics in Industrial Application, Arthur J. Epstein, 'Conductive Polymers: Ease of Processing Spearheads Commercial Success', Technical Insights Inc. Frost amp & Sullivan 및 'From Conductive Polymers to Organic Metals', Chemical Innovation, Bernhard Wessling). Another transparent electrically conductive material includes conductive organic polymers. Conductive polymer and plastic developments have been going on since the 1970s. This effort has produced conductive materials based on polymers such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole and polyacetylene (see 'Electrical Conductivity in Conjugated Polymers', Conductive Polymers and Plastics in Industrial Application, Arthur J. Epstein,' Conductive Polymers: Ease of Processing Spearheads Commercial Success', Technical Insights Inc. Frost amp & Sullivan and 'From Conductive Polymers to Organic Metals', Chemical Innovation, Bernhard Wessling).
고유 전기 전도성이 우수하여 전도성 물질로 사용되고 있는 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브(SWNT), 이중벽 나노튜브(DWNT)와 다중벽 나노튜브(MWNT)로 대별된다. 단일벽 나노튜브는 한층의 원통으로 이루어지고 그 선단은 개구되어있으며, 다중벽 나노튜브는 여러 개의 동심원층으로 이루어지고 그 선단은 닫혀있다. 탄소 나노튜브는 지금 전 세계의 실험실과 생산 업체에서 용이하게 합성되고 있고, 전자소자, 센서, 기능성재료 등의 분야에서 응용되고 있다. 특히 탄소나노튜브를 디스플레이 등 전자소자에 응용하기 위해서는 기판상에 피막으로 퇴적하는 필름화와 이들 필름의 패턴화가 요구된다. 그 방법으로 탄소나노튜브의 수평, 수직성장법 (Appl. Phys. Lett. 79, 3155 (2001); Nature 388, 52 (1997)), 자기조립법 (Adv. Mater. 14, 899 (2002)) 그리고 전기장 유도 자기조립법 (J. Am. Chem. Soc. 126, 10757 (2004)) 등이 개발되어 있다. 그러나 이러한 연구에 있어서 필름화시 고온이 필요 하거나, 얻어진 탄소나노튜브 필름의 배향성과 표면밀도가 낮은 문제점들이 있었다. 따라서 투명도와 전기 전도도의 극대화를 통한 소자의 효율증대를 위해 두께가 100nm 이하이고, 각각의 탄소나노튜브가 고밀도로 일정한 방향으로 배향되어 있는 탄소나노튜브 필름을 상온에서 용이하게 제작하는 방법의 개발이 요구된다. Carbon nanotubes, which are used as conductive materials because of their excellent inherent electrical conductivity, are classified into single-walled nanotubes (SWNT), double-walled nanotubes (DWNT), and multi-walled nanotubes (MWNT). Single-walled nanotubes consist of a single cylinder and their ends are open, and multi-walled nanotubes consist of several concentric layers and their ends are closed. Carbon nanotubes are now easily synthesized in laboratories and producers around the world, and are being applied to electronic devices, sensors, and functional materials. In particular, in order to apply carbon nanotubes to electronic devices such as displays, film forming and film patterning of film deposited on the substrate are required. Horizontal and vertical growth of carbon nanotubes (Appl. Phys. Lett. 79, 3155 (2001); Nature 388, 52 (1997)), self-assembly (Adv. Mater. 14, 899 (2002)) and Electric field induction self-assembly (J. Am. Chem. Soc. 126, 10757 (2004)) has been developed. However, in these studies, high temperatures are required when filming, or the orientation and surface density of the obtained carbon nanotube films are low. Therefore, in order to increase the efficiency of the device by maximizing the transparency and electrical conductivity, the development of a method of easily manufacturing a carbon nanotube film having a thickness of 100 nm or less and each carbon nanotube oriented in a constant direction at a high density is easy. Required.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 감안하여 전기 전도성을 갖는 것이 용이하고, 가시광 영역에서 투명성을 확보하기에도 매우 유리하며, 얇은 두께를 가지는 탄소나노튜브를 포함하는 패터닝되고, 고밀도로 일축배향된 나노 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention is easy to have electrical conductivity in view of the above-described problems of the prior art, is very advantageous to ensure transparency in the visible region, and is patterned, including a high thickness carbon nanotubes, An object of the present invention is to provide a monoaxially oriented nanofilm.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브를 함유하는 필름을 제조하는 방법에 있어서, LB법에 의하여 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브번들을 휘발성 유기용매에 분산시켜 LB 트로프(trough)에 도포하고 용매를 기화시킨 후 도포면을 점진적으로 감소시켜 소정의 표면압력 하에 물과 공기의 계면에서 일정한 배향으로 정렬된 탄소나노튜브의 랭뮤어 단층막을 형성시키는 단계와, 형성된 나노튜브 단층막을 기판에 전이시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전도성 탄소나노튜브 필름 의 제조방법이 제공된다. According to the present invention, in the method for producing a film containing carbon nanotubes, the carbon nanotubes or carbon nanotube bundles are dispersed in a volatile organic solvent by the LB method and applied to an LB trough and the solvent is vaporized. And gradually reducing the coated surface to form a Langmuir monolayer film of carbon nanotubes aligned in a constant orientation at the interface of water and air under a predetermined surface pressure, and transferring the formed nanotube monolayer film to the substrate. Provided is a method for producing a transparent conductive carbon nanotube film.
본 발명의 다른 구현에 의하면, 패턴닝된 기판위에 나노튜브 단층막을 전이시킨 후 나노튜브의 선택적 탈착을 통해 미세 패턴화된 탄소나노튜브 필름의 제조방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fine patterned carbon nanotube film through selective desorption of nanotubes after transferring the nanotube monolayer on the patterned substrate.
본 발명의 또 다른 구현에 의하면, 탄소나노튜브와 폴리머 분자의 혼합물이 휘발성 용매에 분산된 것을 LB 트로프에 도포하여 나노튜브/폴리머 컴파지트 (composite) 필름을 제조하는 방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a method of preparing a nanotube / polymer composite film by applying a mixture of carbon nanotubes and polymer molecules in a volatile solvent to an LB trough is provided.
본 발명의 또 다른 구현에 의하면 상기 기판으로 금속기판, 불투명 무기기판, 유리, ITO 등의 투명 무기기판 그리고 폴리이미드, 폴리카보네이트 등의 투명하고 플렉서블한 플라스틱기판이 사용되는 탄소나노튜브 필름의 제조방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a method for producing a carbon nanotube film using a transparent inorganic substrate such as a metal substrate, an opaque inorganic substrate, glass, ITO, and a transparent and flexible plastic substrate such as polyimide and polycarbonate as the substrate. This is provided.
본 발명의 또 다른 구현에 의하면 상기의 기판없이 프리스텐딩(free standing) 형태로 정렬된 탄소나노튜브 필름의 제조방법이 제공된다. According to still another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a carbon nanotube film aligned in a free standing form without the substrate is provided.
본 발명의 또 다른 구현에 의하면 상기한 방법으로 제조되는 탄소나노튜브필름이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a carbon nanotube film prepared by the above method is provided.
본 발명의 또 다른 구현에 의하면, 상기한 필름을 포함하는 적층필름이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a laminated film including the film is provided.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 있어서, 나노 박막 또는 필름은 탄소나노튜브 함유하는 박막이 기판 상에 전이된 또는 프리스탠딩 상태의 필름형상의 구조물을 의미한다. In the present invention, the nano thin film or film means a film-like structure in which a carbon nanotube-containing thin film is transferred onto a substrate or in a freestanding state.
본 발명에서는 LB 방법에 의하여 물과 공기의 계면에서의 박막형성을 통하여 위에 열거한 가시광 영역의 투과성이나 얇은 탄소나노튜브 막 또는 특정 방향의 정렬 상태 등을 부여할 수 있도록 탄소나노튜브 필름을 제작하는 것을 제공하며, 이러한 본 발명에 의하면 대면적 전도성 필름의 제조가 가능하다. In the present invention, the carbon nanotube film is produced by the LB method to impart the above-mentioned transmittance in the visible light region, a thin carbon nanotube film or an alignment state in a specific direction through thin film formation at the interface between water and air. According to the present invention, it is possible to manufacture a large area conductive film.
본 발명의 바람직한 일 구현에 따르는 탄소나노튜브 필름 제조방법은 LB법에 의하여 탄소나노튜브를 물과 공기의 계면에서 일정한 배향을 가진 박막으로 제작하는 단계와, 이렇게 제조된 나노튜브 필름을 고체 기판 상에 또는 기판이 없는 상태로 전이하는 단계를 포함한다. Carbon nanotube film manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of producing a carbon nanotube thin film having a constant orientation at the interface of water and air by the LB method, and the nanotube film thus prepared on a solid substrate Transitioning to or without the substrate.
LB법으로 탄소나노튜브로 이루어진 박막을 제작하는 경우를 예를 들어 설명하면, 도 1에 도시되는 바와 같이 표면처리된 탄소나노튜브(1)를 휘발성 유기용매에분산시켜 LB 트로프(2)에 담긴 수면 위에 도포하고, 용매가 기화된 후 배리어(barrier: 3)를 밀어서 수면의 면적을 점진적으로 감소시켜 나노튜브가 계면상에서 일정방향으로 정렬된 탄소나노튜브 랭뮤어막(Langmuir film)을 형성시킬 수 있다. In the case of manufacturing a thin film made of carbon nanotubes by the LB method, for example, as shown in Figure 1, the surface-treated carbon nanotubes (1) is dispersed in a volatile organic solvent contained in the LB trough (2) After coating on the surface of the water and the solvent evaporated, the barrier (3) can be pushed to gradually reduce the surface area of the surface to form a carbon nanotube Langmuir film in which the nanotubes are aligned in a constant direction on the interface. have.
이러한 랭뮤어막을 보다 효과적으로 얻기 위해서는 막형성 조건을 적절하게 변화시키거나 또는 탄소나노튜브의 표면을 화학적으로 개질할 필요가 있다. In order to obtain such a Langmuir film more effectively, it is necessary to appropriately change the film forming conditions or chemically modify the surface of the carbon nanotubes.
예를 들어 탄소나노튜브의 일단에 친수성기를 부여하고 타단에 소수성기를 부여하여 나노튜브가 양친매성을 갖도록 할 수도 있고, 또한 전기장 혹은 자기장을 이용하여 나노튜브가 랭뮤어막에서 일정 방향으로 정렬되도록 유도할 수도 있다. 일반적으로 막대형상의 나노물질에 전기장을 걸어주면 나노물질의 양단에 전하가 발생하거나 이미 전하를 가지고 있는 경우에 걸려있는 전기장 혹은 자기장의 극성 방향으로 정렬되게 된다. 이때 이러한 전기장에 끌려올 정도보다 약한 전기장을 걸거나 계속적으로 교류전기장으로 극성을 바꿔주면 나노물질이 일정방향으로 정렬되게 된다. For example, a hydrophilic group may be provided at one end of the carbon nanotube and a hydrophobic group may be provided at the other end to make the nanotubes amphiphilic. Also, the nanotubes may be aligned in a direction in the Langmuir membrane using an electric or magnetic field. You may. In general, when an electric field is applied to a rod-shaped nanomaterial, electric charges are generated at both ends of the nanomaterial or when the electric field is already charged, the electric field or magnetic field is aligned in the polar direction. At this time, if you apply an electric field weaker than this electric field or continuously change the polarity to an alternating electric field, the nanomaterials are aligned in a certain direction.
다음, 도 2a에 도시되는 바와 같이 물과 공기의 계면에서 정렬된 나노튜브 랭뮤어막(5)을 기판(4)과 접촉시켜 전이시키거나, 또는 도 2b에 도시되는 바와 같이 LB 트로프의 수면을 통해 기판을 삽입한 후 들어올려 수면위의 랭뮤어막을 기판에 전이시켜 탄소나노튜브 LB필름을 기판상에 제조할 수 있게 된다. Next, the
이때, 나노튜브 랭뮤어막과 접촉하는 기판의 표면이 연속적인 경우 기판상에 나노튜브 단분자막이 전이된 구조물을 얻을 수 있고, 나노튜브 랭뮤어막과 접촉하는 기판의 표면이 불연속적인 경우(예를 들어 표면에 요철을 형성된 경우) 기판에 접촉하지 않은 부분의 탄소나노튜브 단층막은 프리스탠딩 상태로 얻어지게 된다. 예를 들어, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 투과전자현미경(TEM) 그리드(grid)와 같이 부분적으로 비어있는 기판에 전이하면 프리스탠딩 상태의 탄소나노튜브 필름을 얻을 수 있게 된다.In this case, when the surface of the substrate in contact with the nanotube Langmuir film is continuous, it is possible to obtain a structure in which the nanotube monomolecular film is transferred on the substrate, and the surface of the substrate in contact with the nanotube Langmuir film is discontinuous (for example, For example, in the case where irregularities are formed on the surface), the carbon nanotube monolayer film of the portion not in contact with the substrate is obtained in a freestanding state. For example, as shown in FIG. 3B, the transition to a partially empty substrate, such as a transmission electron microscope (TEM) grid, yields a free-standing carbon nanotube film.
LB트로프에 형성된 탄소나노튜브 랭뮤어막이 기판에 용이하게 전이되도록 하기 위해서는 탄소나노튜브의 표면에 기능기를 도입시키고, 탄소나노튜브 필름이 전이 될 기판의 표면에 상기 기능기와 화학적으로 결합 가능한 기능기를 부여하는 방법을 이용할 수 있다. 기판에 기능기를 도입하는 방법의 한 예는 탄소나노튜브의 기능기와 화학적으로 결합 가능한 기능기를 갖는 분자로 이루어진 자기조립단분자막(Self-assembled monolayer)을 기판의 표면상에 부여하는 것이다. In order for the carbon nanotube Langmuir film formed on the LB trough to be easily transferred to the substrate, a functional group is introduced on the surface of the carbon nanotube, and a functional group capable of chemically bonding with the functional group is provided on the surface of the substrate on which the carbon nanotube film is to be transferred. Can be used. One example of a method of introducing a functional group to a substrate is to impart a self-assembled monolayer composed of molecules having functional groups chemically bondable to functional groups of carbon nanotubes on the surface of the substrate.
LB막은 상온과 같은 상대적으로 낮은 온도에서 제작이 가능하고, 300 mm사이즈 보다 더 넓은 영역의 크기도 제조 가능하며 동일한 조건에서 대량으로 나노 박막을 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존의 다른 공정 방법들과는 달리 제작하고자 하는 소재에 대한 제한이 매우 적어 유기분자, 생화학적 물질, 금속 나노입자 등 다양한 소재를 활용할 수 있다는 장점이 있어서 바이오전자(Bio-electronics), 분자전자(Molecular electronics) 등을 포함한 광범위한 분야에 필요한 장치나 패턴을 만드는데 적용이 가능하다.The LB film can be manufactured at a relatively low temperature such as room temperature, a wider area than the 300 mm size can be manufactured, and nano films can be manufactured in large quantities under the same conditions. In addition, unlike other existing process methods, there are very few restrictions on the material to be manufactured, which makes it possible to use various materials such as organic molecules, biochemical materials, and metal nanoparticles, thereby providing bio-electronics and molecular electrons. It can be applied to make devices or patterns necessary for a wide range of fields including electronics.
탄소나노튜브가 전도성 및 투명성을 부여하는데 특히 우수한 소재라는 것이 발견된 바 있다. 탄소나노튜브는 구리만큼 우수한 전기 전도성, 다이아몬드 만큼 우수한 열전도성, 1/6 중량으로 강철보다 100배 우수한 강도 및 파괴에 대한 높은 스트레인을 나타낼 수 있다.It has been found that carbon nanotubes are particularly good materials for imparting conductivity and transparency. Carbon nanotubes can exhibit electrical conductivity as good as copper, thermal conductivity as good as diamond, and strength at 100 times better than steel at 1/6 weight and high strain against fracture.
탄소나노튜브의 제반 특성 및 장점은 공지되어 있고 일반적인 의미를 갖는다. (R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, ‘Physical Properties of Carbon Nanotubes' Imperial College Press, London U.K. 1998).Various properties and advantages of carbon nanotubes are known and have a general meaning. (R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, `` Physical Properties of Carbon Nanotubes '' Imperial College Press, London U.K. 1998).
본 발명에 있어서, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 함유 물질을 포함한다. SWNT는 탄소 표적의 레이저 어블레이션, 탄화수소의 분해, 두개의 흑연 전극사이에 아크 형성과 같은 다양한 기술에 의하여 형성될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제 5,424,054호에는 탄소함유물질을 저진공 상태에서 코발트 촉매와 접촉시킴으로써 단일벽 탄소나노튜브를 생산하는 방법이 기술 되어 있다. 탄소 증기는 고체 탄소를 전기 아크 히팅함으로써 생산되며, 이는 무정형 탄소, 흑연, 활성화되거나 수소화된 탄소 또는 그 혼합물일 수 있다. 탄소 히팅(carbon heating)의 다른 기술은 예컨대, 레이저 히팅, 전기빔 히팅 및 RF 유도 히팅을 들 수 있다. 스몰리(Guo, T., Nikoleev, P., Thess, A., Colber, D. T., 및 스몰리, R. E., Chem. Phys. Lett. 243, 1 (1995))는 단일벽 탄소 나노튜브를 생산하는 방법을 설명하며, 여기서 흑연 로드 및 전이 금속을 고온 레이저에 의해 동시에 증발시키는 기술을 사용하였다. 또한 스몰리 (Thess, A., Lee, R., Nikolaey, P., Dai , H., Petit, P., Robert, J., Xu, C., Lee, Y. H., Kim, S. G., Rinzler, A. G., Colbert, D.T., Scuseria, G.E., Tonarek, D.M Fischer, J. E., 및 스몰리, R. E., Science, 273, 483 (1996))는 단일벽 탄소 나노튜브의 생산 방법을 설명하며, 여기서, 소량의 전이금속을 함유하는 흑연 로드를 약 1200℃의 오븐에서 레이저를 이용하여 증발시켰다. 단일벽 나노튜브는 70%를 초과하는 수율로 생산된다고 보고되었다. 미국 특허 제 6,221,330은 본 명세서에 참조에 의하여 완전히 포함되며, 여기에는 가스상 탄소 공급 원료 및 지지되지 않은 촉매를 이용하는 단일벽 탄소 나노튜브를 생산하는 방법이 개시되어 있다.In the present invention, the carbon nanotubes include a single-walled carbon nanotube (SWNT) containing material. SWNTs can be formed by various techniques such as laser ablation of carbon targets, decomposition of hydrocarbons, and arc formation between two graphite electrodes. For example, US Pat. No. 5,424,054 describes a method for producing single-walled carbon nanotubes by contacting a carbonaceous material with a cobalt catalyst in a low vacuum. Carbon vapor is produced by electric arc heating of solid carbon, which may be amorphous carbon, graphite, activated or hydrogenated carbon or mixtures thereof. Other techniques of carbon heating include, for example, laser heating, electric beam heating, and RF induction heating. Smolley (Guo, T., Nikoleev, P., Thess, A., Colber, DT, and Smolley, RE, Chem. Phys. Lett. 243, 1 (1995)) describes how to produce single-walled carbon nanotubes. In the following description, a technique of simultaneously evaporating the graphite rod and the transition metal by a high temperature laser was used. Smolley (Thess, A., Lee, R., Nikolaey, P., Dai, H., Petit, P., Robert, J., Xu, C., Lee, YH, Kim, SG, Rinzler, AG, Colbert, DT, Scuseria, GE, Tonarek, DM Fischer, JE, and Smolley, RE, Science, 273, 483 (1996)) describe a process for the production of single-walled carbon nanotubes, where they contain small amounts of transition metals. The graphite rod was evaporated using a laser in an oven at about 1200 ° C. Single-walled nanotubes have been reported to produce in excess of 70%. U. S. Patent No. 6,221, 330, which is fully incorporated herein by reference, discloses a method of producing single wall carbon nanotubes using a gaseous carbon feedstock and an unsupported catalyst.
본 발명의 필름은 ESD 차단(protection), EMI/RFI 차폐(shielding), 낮은 관측 가능성, 폴리머 전극(예컨대, OLED 디스플레이, EL 램프, 플라스틱 칩 등의 투명 전도체층)과 같은 투명 전도성 코팅막의 다양한 응용으로 유용하다. The film of the present invention is suitable for various applications of transparent conductive coatings such as ESD protection, EMI / RFI shielding, low observability, polymer electrodes (e.g. transparent conductor layers such as OLED displays, EL lamps, plastic chips, etc.). Useful as
본 발명에 따른 탄소나노튜브 필름은 광투과성이 우수한데, 이는 매우 얇은 두께에 기인한다. 예컨대, 나노필름은 10-100 nm의 두께를 갖는다. 바람직한 일 구현에서, 나노필름의 두께는 나노튜브 LB막의 전이 횟수에 비례하여 조절할 수 있 다. 즉, 도 6a에 나타낸 바와 같이 단층막으로 제조할 수도 있고, 도 6b에 나타낸 바와 같이 LB막의 전이를 2회 이상 수행하여 다층막으로 제조할 수도 있다. The carbon nanotube film according to the present invention is excellent in light transmittance, which is due to a very thin thickness. For example, nanofilms have a thickness of 10-100 nm. In a preferred embodiment, the thickness of the nanofilm can be adjusted in proportion to the number of transition of the nanotube LB film. That is, as shown in Fig. 6A, a single layer film may be produced, or as shown in Fig. 6B, the LB film may be transitioned two or more times to produce a multilayer film.
본 발명에 의하면 패턴닝된 탄소나노튜브 필름의 제조가 가능하다. 미세접촉 인쇄법(Microcontact printing, Angew. Chem. Int. Ed. 37, 550 (1998))에 의해 패터닝된 기판에 탄소나노튜브 랭뮤어막을 전이하여 미세패턴화된 나노튜브 필름을 얻을 수 있다. 마이크로 크기의 패턴을 갖는 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 탄성중합체의 도장을 제작하고, 이 도장에 헥사데칸티올 잉크를 코팅하여 금 기판에 접촉하면 기판상에 친, 소수성의 미세 패턴을 가지는 자기조립단분자막(Self-assembled monolayer: SAM)을 얻을 수 있다. 그 후, 탄소나노튜브 랭뮤어막과 패터닝된 금 기판 사이의 선택적 상호작용에 의해 패터닝된 탄소나노튜브 필름이 용이하게 제조된다. According to the present invention it is possible to produce a patterned carbon nanotube film. A micropatterned nanotube film may be obtained by transferring a carbon nanotube Langmuir film onto a patterned substrate by microcontact printing (Angew. Chem. Int. Ed. 37, 550 (1998)). A coating of a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer having a micro-sized pattern is prepared, and the hexadecanethiol ink is coated on the coating to contact a gold substrate, and then self-assembled having a fine, hydrophobic fine pattern on the substrate. Self-assembled monolayer (SAM) can be obtained. Thereafter, a patterned carbon nanotube film is easily produced by selective interaction between the carbon nanotube Langmuir film and the patterned gold substrate.
또한 본 발명에 의하면 탄소나노튜브/폴리머 복합재(Composite) 필름의 제조도 가능하다. 이러한 폴리머함유 나노박막은 LB법에 의하여 탄소나노튜브와 폴리머의 혼합물을 물과 공기의 계면에서 일정한 배향을 가진 박막으로 제작한 후, 고체 기판 상에 또는 기판이 없는 상태로 전이하여 제조할 수 있다. 이와 같이 하면 나노박막에 폴리머의 기본 특성인 유연성과 탄성 등을 부여할 수 있을 뿐 만 아니라 사용된 폴리머 자체의 고유특성을 부여할 수 있게 된다. According to the present invention, it is also possible to produce carbon nanotube / polymer composite films. The polymer-containing nano thin film may be prepared by fabricating a mixture of carbon nanotubes and a polymer by a LB method into a thin film having a constant orientation at the interface of water and air, and then transitioning to a solid substrate or to a substrate-free state. . In this way, not only the basic characteristics of the polymer, such as flexibility and elasticity, can be imparted to the nano thin film, but also the unique properties of the polymer itself can be given.
본 발명에서 사용할 수 있는 폴리머 물질은 천연 또는 합성 폴리머 수지의 광범위한 범위에서 선택될 수 있다. 특정한 폴리머는 강도, 구조, 또는 요구되는 적용의 설계 요구에 따라 선택될 수 있다. 바람직한 일구현에서, 폴리머 물질은 열 가소성, 열경화성 폴리머, 전기전도성 폴리머, 광응답성 폴리머, 엘라스토머 및 그 조합 중에서 선택된다. 또 다른 바람직한 일구현에서, 폴리머 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 스티렌, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티올, 셀룰로스, 젤라틴, 키틴, 폴리펩타이드류, 폴라사카라이드류, 폴리뉴클레오티드류 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 물질을 포함한다. 또 다른 바람직한 일 구현에서, 폴리머 물질은 세라믹 혼성 폴리머, 포스핀 옥사이드 및 칼코게나이드 중에서 선택되는 물질을 포함한다.Polymeric materials usable in the present invention can be selected from a wide range of natural or synthetic polymeric resins. The particular polymer can be selected depending on the strength, structure, or design requirements of the desired application. In a preferred embodiment, the polymeric material is selected from thermoplastics, thermoset polymers, electrically conductive polymers, photoresponsive polymers, elastomers, and combinations thereof. In another preferred embodiment, the polymeric material is polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, styrene, polyurethane, polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polythiol, cellulose, gelatin, chitin, Materials selected from polypeptides, polysaccharides, polynucleotides, and mixtures thereof. In another preferred embodiment, the polymeric material comprises a material selected from ceramic interpolymers, phosphine oxides and chalcogenides.
본 발명에 의하면, 금, 은 등의 금속 기판, 실리콘, 질화 실리콘 등의 웨이퍼, 유리 등 다양한 기판 상에 전이된 탄소나노튜브 필름 또는 기판이 없이 전이된 프리스탠딩 상태의 나노튜브 필름을 제조할 수 있으며, 구성물질과 기판의 표면구조 및 면적의 제한이 없이 다양한 종류의 나노튜브 필름을 제작할 수 있다. 또한 다수의 나노 구조물을 포함하는 투명성 혹은 전기 전도성 혹은 반도체성을 지니는 필름을 제조할 수 있다. According to the present invention, a carbon nanotube film transferred on a metal substrate such as gold or silver, a wafer such as silicon or silicon nitride, or a substrate such as glass, or a nanotube film in a freestanding state transferred without a substrate can be prepared. In addition, various kinds of nanotube films may be manufactured without limiting the surface structure and area of the material and the substrate. In addition, it is possible to produce a film having a transparency or an electrically conductive or semiconducting including a plurality of nanostructures.
도 5d에서는 프리스탠딩 형태의 탄소나노튜브 필름을 구성의 한 예를 보여주고 있다. 도시되는 구조는 좌우에 탄소나노튜브필름을 지지하는 금속 전극과 금속전극을 지지하는 지지체로 구성된다. 이와 같은 방법으로 전극을 구성하면 나노튜브의 정렬방향에 따라 전기 전도성의 이방성을 나타내는 전극을 제조할 수 있게 된다. Figure 5d shows an example of the configuration of a free standing carbon nanotube film. The structure shown is composed of a metal electrode for supporting the carbon nanotube film on the left and a support for supporting the metal electrode. If the electrode is configured in this manner, it is possible to manufacture an electrode exhibiting anisotropy of electrical conductivity according to the alignment direction of the nanotubes.
또한 동일한 방법으로 폴리머 재질의 구조물을 기판으로 활용하여 그 위에 탄소나노튜브 필름을 올릴 수 있다. 이와 같이 하면, 탄소나노튜브의 강도나 전기 전도도 등과 폴리머의 유연성이나 기타 특성을 유지하면서, 전기전도성, 강도, 투명도 등의 기계적, 전기적, 물리적, 화학적 성질에 수정을 가할 수 있게 된다.In the same way, a carbon nanotube film may be placed on the substrate using a polymer structure as a substrate. In this way, modifications can be made to mechanical, electrical, physical, and chemical properties such as electrical conductivity, strength, and transparency while maintaining the strength and electrical conductivity of carbon nanotubes, and the flexibility and other properties of the polymer.
또한, 본 발명에 따라 제조되는 폴리머-함유 또는 폴리머-비함유 탄소나노튜브 필름은 폴리머 필름과 같은 다른 박막과 적층하여 다층막으로 제조할 수도 있다. 이러한 방법을 이용하면 탄소나노튜브의 특성이 결합된 필름형태의 구조물을 얻을 수 있다. 도 6a, 6b에서는 LB에 의해 제작된 탄소 나노튜브의 단층막을 여러층으로 쌓아 제작할 수 있는 필름을 보여주고 있다. 이 때 상기에서 제시된 폴리머가 함유된 탄소나노튜브 필름도 마찬가지로 이 방법을 적용할 수 있다. In addition, the polymer-containing or polymer-free carbon nanotube film produced according to the present invention may be laminated with another thin film such as a polymer film to produce a multilayer film. Using this method it is possible to obtain a film-like structure in which the characteristics of carbon nanotubes are combined. 6A and 6B show a film which can be produced by stacking a monolayer film of carbon nanotubes produced by LB in multiple layers. In this case, the carbon nanotube film containing the polymer described above may be similarly applied to this method.
또한 탄소나노튜브필름을 제작함에 있어서, 탄소나노튜브가 사전에 금속성분이나 반도체 성분의 어느 하나가 제거된 상태에서 상기의 LB 필름 제조 과정을 진행하게 되면, 반도체성인 경우에는 메모리, 전자소자 및 센서 등에의 활용성이 커지고, 금속성으로 된 필름인 경우에는 디스플레이, 투명전극 등에의 활용성이 커지게 되므로 본 발명은 이러한 전처리 과정에 대한 가능성을 포함할 수 있다. In addition, in manufacturing a carbon nanotube film, if the carbon nanotube is a process of manufacturing the above-mentioned LB film in a state in which one of the metal component or semiconductor component is removed in advance, in the case of semiconducting memory, electronic devices and sensors In the case of a film made of a metal and the like, the use of a display, a transparent electrode, etc. is increased, the present invention may include the possibility for such a pretreatment process.
본 발명에 따라 제조되는 나노박막은 예를 들어 전자소자, 센서, 디스플레이, 메모리 등 다양한 분야에 활용이 가능하다. The nano thin film manufactured according to the present invention may be utilized in various fields, for example, an electronic device, a sensor, a display, and a memory.
본 발명의 그 밖의 목적, 특성 및 장점은 하기의 실시예에 의해 명확해 질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 구체예를 지시할지라도, 하기 실시예는 단지 예증을 위하여 제공됨을 이해하여야 한다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following examples. However, it should be understood that the following examples are provided merely for the purpose of illustrating the preferred embodiments of the present invention.
[실시예 1]Example 1
안정하면서 엉김이 없는 상태로 유기용매에 분산되도록 표면 처리된 탄소나노튜브를 클로로포름에 분산시켜 LB 트로프에 담긴 수면 위에 도포한 다음, 용매를 기화시킨 후 배리어를 밀어서 수면의 면적을 점진적으로 감소시켜 50mN/m의 표면압력에서 나노튜브가 계면상에 일정한 배향으로 정렬된 단층의 랭뮤어막을 얻었다. Carbon nanotubes surface-treated to be dispersed in organic solvents in a stable and tangle-free state are dispersed in chloroform and applied on the surface of water in LB trough.Then, the solvent is vaporized and the barrier is gradually reduced to reduce the surface area by 50mN. A monolayer Langmuir membrane with nanotubes aligned in a constant orientation on the interface at a surface pressure of / m was obtained.
상기 나노튜브 랭뮤어막의 배향은 표면압력의 변화로 알 수 있으며, 특정 표면압력(본 예의 경우 50mN/m)에 접근하면 상기 탄소나노튜브의 배향이 배리어에 평행하게 정렬된 단분자막 상태가 되고 그 이상의 표면압력에서는 단분자막이 무너지고 다층막이 형성됨을 확인하였다. 즉, 최적화된 표면압력을 결정하는 것이 일정한 배향을 가지는 정렬된 탄소나노튜브의 랭뮤어막을 효과적으로 얻는 방법임을 알 수 있었다. The orientation of the nanotube Langmuir film can be determined by the change in surface pressure. When a specific surface pressure (50 mN / m in this example) is approached, the orientation of the carbon nanotubes becomes a monomolecular film aligned parallel to the barrier. It was confirmed that at the surface pressure, the monomolecular film collapsed and a multilayer film was formed. In other words, it was found that determining the optimized surface pressure is an effective method of effectively obtaining Langmuir films of aligned carbon nanotubes having a constant orientation.
도 2a 또는 도 2b에 도시된 방법을 이용하여 수면위의 랭뮤어막을 기판에 전이시켜 탄소나노튜브 LB막을 기판상에 제조하였다. 이와 같은 방법으로 얻어진 탄소나노튜브 LB막은 자외가시분광기(UV-vis spectroscopy)분석을 통해 가시광 영역에서 95% 이상의 광 투과도를 나타냄을 알 수 있었다.A carbon nanotube LB film was prepared on the substrate by transferring the Langmuir film on the water surface to the substrate using the method shown in FIG. 2A or 2B. The carbon nanotube LB film obtained in this manner was found to exhibit 95% or more light transmittance in the visible region through UV-vis spectroscopy analysis.
50mN/m의 표면압력에서 얻어진 나노튜브 랭뮤어막을 실리콘 기판에 부착하여 주사전자현미경으로 촬영하였고, 또한 투과전자현미경(TEM)의 그리드에 전이하여 얻은 프리스탠딩 상태의 나노튜브 LB막을 주사전자현미경으로 촬영하였다. 도 3a는 실리콘 기판에 부착된 나노튜브 LB막의 주사전자현미경 사진이고, 도 3b는 프리스탠딩 상태의 나노튜브 LB막의 주사 전자 현미경 사진이다.The nanotube Langmuir membrane obtained at a surface pressure of 50mN / m was attached to a silicon substrate and photographed by scanning electron microscope, and the freestanding nanotube LB film obtained by transferring to a grid of transmission electron microscope (TEM) was scanned by scanning electron microscope. Photographed. 3A is a scanning electron micrograph of a nanotube LB film attached to a silicon substrate, and FIG. 3B is a scanning electron micrograph of a nanotube LB film in a freestanding state.
[실시예 2] Example 2
본 예에서는 50mN/m의 표면압력에서 얻어진 탄소나노튜브 랭뮤어막을 미세접촉 인쇄법에 의해 패턴닝된 기판에 전이하여 배향된 탄소나노튜브로 이루어진 미세패턴 박막을 제조하였다. 우선, 마이크로 크기의 패턴을 갖는 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 탄성중합체의 도장을 제작하고, 이 도장에 헥사데칸티올 잉크를 코팅하여 접촉에 의해 금 기판에 자기조립단분자막(Self-assembled monolayer: SAM)의 패턴을 얻었다. 이 방법에 의해 금 기판 상에 친, 소수성의 미세 패턴이 얻어졌다. 그 후 탄소나노튜브 랭뮤어막을 패턴닝된 금 기판에 전이하고, 그 기판을 유기용매에 넣고 초음파처리를 하여 소수성 패턴 상의 탄소나노튜브를 선택적으로 탈착시켜 마이크로 크기로 패턴화된 탄소나노튜브 필름을 얻었다. In this example, a carbon nanotube Langmuir film obtained at a surface pressure of 50mN / m was transferred to a patterned substrate by a microcontact printing method to prepare a micropattern thin film consisting of oriented carbon nanotubes. First, a coating of a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer having a micro-sized pattern was prepared, and a hexadecanethiol ink was coated on the coating to form a self-assembled monolayer (SAM) on a gold substrate by contact. ) Pattern. By this method, a fine, hydrophobic fine pattern was obtained on the gold substrate. Thereafter, the carbon nanotube Langmuir film was transferred to the patterned gold substrate, and the substrate was placed in an organic solvent and subjected to ultrasonic treatment to selectively desorb carbon nanotubes on a hydrophobic pattern to form a carbon nanotube film patterned to a micro size. Got it.
도 4a는 패턴닝된 탄소나노튜브 필름의 주사전자현미경 사진이고, 도 4b는 도 4a의 특정부분을 확대한 주사 전자 현미경 사진이다. 도 4b로 분명한 바와 같이, 탄소나노튜브가 패턴닝되어 있을 뿐만 아니라 각각의 나노튜브는 일정한 배향으로 정렬되어 있다. 4A is a scanning electron micrograph of a patterned carbon nanotube film, and FIG. 4B is an enlarged scanning electron micrograph of a specific portion of FIG. 4A. As is apparent from FIG. 4B, not only are the carbon nanotubes patterned, but each nanotube is aligned in a constant orientation.
[실시예 3] Example 3
실시예 1에서 얻은 탄소나노튜브 랭뮤어막을 도 5d에 나타낸 바와 같이 전극구조물상에 부착하여 전기전도성 및 이방성을 측정하였다. 그 결과 나노튜브 필름은 두께가 15nm이고 전극의 폭과 너비가 각각 10mm, 5mm로 매우 작음에도 불구하고 100㎂의 큰 전류량 및 30kΩ의 작은 저항값을 보였다. 측정결과는 도 5c의 그래프에 제시된다. 또한 실험결과 나노튜브의 정렬방향에 따라 그 전도성이 15배 정도의 큰 이방성을 보임을 확인하였다.The carbon nanotube Langmuir film obtained in Example 1 was attached to the electrode structure as shown in FIG. 5D to measure electrical conductivity and anisotropy. As a result, the nanotube film had a large current of 100 mA and a small resistance of 30 kΩ, although the thickness of 15 nm and the electrode width and width were very small, 10 mm and 5 mm, respectively. The measurement results are shown in the graph of FIG. 5C. In addition, the experimental results showed that the conductivity showed a large anisotropy of about 15 times according to the alignment direction of the nanotubes.
50mN/m의 표면압력에서 얻어진 탄소나노튜브 랭뮤어막을 전극구조물상에 전이하여 주사전자현미경으로 촬영하였다. 도 5a는 전극구조물상의 탄소나노튜브가전류의 방향에 수평하게 전이가 된 탄소나노튜브 필름의 주사전자현미경 사진이고, 도 5b는 전류의 방향에 수직하게 전이가 된 탄소나노튜브 필름의 주사전자현미경이다.The carbon nanotube Langmuir film obtained at a surface pressure of 50 mN / m was transferred onto the electrode structure and photographed by scanning electron microscope. FIG. 5A is a scanning electron micrograph of a carbon nanotube film in which carbon nanotubes are horizontally transitioned in a direction of a current on an electrode structure, and FIG. 5B is a scanning electron microscope of a carbon nanotube film transitioned perpendicular to a direction of a current. to be.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 투명성과 전기 전도성이 우수하여 전자소자, 센서, 디스플레이, 메모리 등 다양한 분야에 활용이 가능한 탄소나노튜브 필름을 보다 더 큰 사이즈로 용이하게 제작할 수 있을뿐더러 특히 가시광 영역에서 투과성을 가질 수 있을 정도로 얇으며, 전기전도성을 가지고 패터닝된 나노 필름을 기존의 방법에 비해 대량으로 생산이 가능하며 동시에 매우 낮은 코스트로 제조할 수 있게 되며, 상온에서 제조가 가능하고, 나노박막의 특성을 용이하게 조절할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, the carbon nanotube film, which is excellent in transparency and electrical conductivity, which can be used in various fields such as electronic devices, sensors, displays, and memories, can be easily manufactured to a larger size, and especially in the visible light region. It is thin enough to have a permeability, and can be produced in a large amount compared to the conventional method in which a nano film patterned with electrical conductivity can be manufactured at a very low cost, and can be manufactured at room temperature. The characteristics can be easily adjusted.
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| KR101203521B1 (en) * | 2005-12-29 | 2012-11-21 | 엘지디스플레이 주식회사 | Method of fabrication rubbing membrane material and method of liquid crystal display device using thereof |
| KR100790216B1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-01-02 | 삼성전자주식회사 | A transparent cnt electrode using conductive dispersant and preparation method thereof |
| KR100869163B1 (en) | 2007-05-18 | 2008-11-19 | 한국전기연구원 | Fabrication method of transparent conductive films containing carbon nanotubes and polymer binders and the transparent conductive films |
| KR100942506B1 (en) * | 2007-12-11 | 2010-02-12 | 한국식품연구원 | Substrate manufacturing method for sensor applications using optical characteristics and the substrate therefrom |
| KR101123859B1 (en) * | 2010-02-26 | 2012-03-20 | 고려대학교 산학협력단 | Reverse Osmosis Membrane Containing Carbon Nanotube and Method for Preparing Thereof |
| WO2012177555A2 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | Yazaki Corporation | Cohesive assembly of carbon and its application |
| KR102510013B1 (en) * | 2020-06-05 | 2023-03-15 | 한국과학기술원 | Densely aligned Carbon Nanotubes-based Biosensor for accurate sensing of Biomolecules and Use thereof |
| KR102572797B1 (en) * | 2021-02-10 | 2023-08-31 | 한국화학연구원 | Method for manufacturing porous carbon complex filmes and High-stretch conductive materials comprising the porous carbon complex filmes prepared thereby |
-
2005
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100791999B1 (en) | 2006-04-04 | 2008-01-04 | (주)탑나노시스 | Method for manufacturing conductive composite material |
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