KR100926151B1 - Method for preparing carbon nanotube large area emitter by using carbon nanotube-polymer composite - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 금속 기판상에 증착되는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층에 결합되고 수직 방향으로 형성되는 다수의 탄소나노튜브;를 구비하는 탄소나노튜브 대면적 에미터(emitter)와 증류수에 탄소나노튜브와 폴리머를 분산시켜 복합체 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전기영동법을 이용하여 전극에 증착하여 에미터를 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 에미터에 증착된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전자빔을 가하여 경화시키는 단계(단계 3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 전계방출용 대면적 에미터의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터는 상용가능한 수명을 갖을 수 있는 가능성이 향상된바 저전압, 고효율의 대면적 평판 디스플레이를 구현할 수 있다.The present invention provides a polymer layer deposited on a conductive metal substrate; And dispersing the carbon nanotubes and the polymer in a large area of carbon nanotube emitter and distilled water having a plurality of carbon nanotubes bonded to the polymer layer and formed in a vertical direction (step) One); Depositing the carbon nanotube-polymer composite of step 1 on the electrode by electrophoresis to form an emitter (step 2); And a step (step 3) of curing the carbon nanotube-polymer composite deposited on the emitter of step 2 by applying an electron beam, wherein the large area emitter for field emission using the carbon nanotube-polymer composite It relates to a manufacturing method. The large area emitter using the carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention has an improved possibility of having a compatible lifespan, thereby realizing a large area flat panel display having a low voltage and high efficiency.
탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리머(polymer), 전계 방출 에미터(field emitter), 전자빔(electron beam) Carbon nanotubes, polymers, field emitters, electron beams
Description
본 발명은 탄소나노튜브 대면적 에미터 및 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube large area emitter and a method for producing the same using a carbon nanotube-polymer composite.
음극판에 전계를 걸어주어 방출되는 전자들이 충돌하여 방출되는 빛을 이용한 디스플레이를 전계방출디스플레이(Field Emission Display; FED)라고 한다. 상기 전계방출디스플레이는 종래의 브라운관(Cathode ray tube) 형태와 같은 원리가 사용되나 평판으로 구현가능하여 차세대 디스플레이의 한 분야로 주목받고 있다. 특히 상기 FED는 국내의 LCD(Liquid crystal display), PDP(Plasma Display Panel)보다 낮은 구동 전압과 단순한 제조공정으로 인해 더욱 주목되는 평판 디스플레이다. A display using light emitted by collision of electrons emitted by applying an electric field to a negative electrode plate is called a field emission display (FED). The field emission display uses the same principle as that of a conventional cathode ray tube, but it can be realized as a flat panel, which is attracting attention as a field of the next generation display. In particular, the FED is a flat panel display that is more attention due to a lower driving voltage and a simple manufacturing process than domestic liquid crystal display (LCD) and plasma display panel (PDP).
한편, 탄소나노튜브는 흑연면의 개수에 따라서 단일벽 나노튜브, 이중벽 나 노튜브 및 다중벽 나노튜브 분류될 수 있으며, 이 흑연면이 말리는 각도에 따라 암체어(Armchair)구조 및 지그재그(Zigzag)구조를 갖는다. 상기의 다양한 구조적 특징으로 인해, 탄소나노튜브는 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가질 수 있으며, 높은 탄소나노튜브의 종횡비(직경 대비 길이의 비;aspect ratio) 및 넓은 비표면적을 갖고 있기 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노차원의 전자소자에 적용시키려는 연구가 진행되고 있다. Meanwhile, carbon nanotubes may be classified into single-walled nanotubes, double-walled nanotubes, and multi-walled nanotubes according to the number of graphite surfaces, and the armchair structure and the zigzag structure may be classified according to the angle at which the graphite surfaces are dried. Have Due to the various structural features described above, carbon nanotubes have excellent mechanical robustness and chemical stability, can have both semiconductor and conductor properties, and have high aspect ratios (aspect ratio of diameter to length) and a wide ratio of high carbon nanotubes. Because of the surface area, research is being conducted to apply to flat panel display devices, transistors, energy storage and nano-dimensional electronic devices.
상술한 탄소나노튜브의 뛰어난 전기적 특성을 전계방출장치의 에미터로서 사용하기 위해 탄소나노튜브를 전극 위에 형성하는 방법은 박막 성장 기술로 형성된 금속 촉매가 있는 상태에서 반응 가스를 보내 탄소나노튜브를 성장시키는 화학기상증착법(Chemical vapor deposition), 레이저 어블레이션(Laser ablation) 또는 아크방전(Arc discharge)에 의해 만들어진 탄소나노튜브 분말을 금속 페이스트와 혼합하여 전극상에 프린팅하는 스크린 프린팅(screen printing)과 탄소나노튜브를 수용액 상에 분산하여 일정한 전기장에 의해 전극에 부착하는 전기영동법 등이 있다. In order to use the above-described excellent electrical properties of carbon nanotubes as emitters of field emission devices, carbon nanotubes are formed on an electrode to grow carbon nanotubes by sending a reaction gas in the presence of a metal catalyst formed by thin film growth technology. Screen printing and carbon printing on the electrode by mixing carbon nanotube powder made by chemical vapor deposition, laser ablation or arc discharge with a metal paste Electrophoresis method of dispersing a nanotube in an aqueous solution and attaching to an electrode by a constant electric field, and the like.
이하에 있어 이를 구체적으로 살펴본다.This will be described in detail below.
먼저, 상기 탄소나노튜브를 전극 위에서 성장시키는 화학기상증착법은 탄소나노튜브의 좋은 종횡비를 극대화하기 위해 기판상에 수직으로 탄소나노튜브를 성 장시켜 수직으로 정렬된 특성은 좋으나, 넓은 범위에 걸쳐 균일하고 수직된 탄소나노튜브를 성장시키는 어려우며, 이로 인해 전면적 균일한 전계 방출의 특성을 얻기가 어렵다. 또한 탄소나노튜브를 성장시키는 온도가 500°C 이상의 고온에서 이루어져 상용가능한 쓸 수 있는 유리 기판을 사용하지 못하고 실리콘 웨이퍼나 고온용 수정 유리 기판을 사용하여 제조원가가 상승되는 단점이 있다.First, in the chemical vapor deposition method of growing the carbon nanotubes on the electrode, vertically aligned carbon nanotubes are grown vertically on the substrate in order to maximize a good aspect ratio of the carbon nanotubes. It is difficult to grow and vertically grow carbon nanotubes, which makes it difficult to obtain full uniform field emission characteristics. In addition, the carbon nanotubes are grown at a high temperature of 500 ° C. or higher, and thus, a commercially available glass substrate is not used, and a manufacturing cost is increased by using a silicon wafer or a quartz glass substrate for high temperature.
다음으로 탄소나노튜브를 금속 페이스트와 혼합하여 기판에 부착하는 스크린 프린팅방법은 유리나 웨이퍼 등의 기판에 전극층을 코팅한 후, 금속 페이스트를 혼합한 탄소나노튜브를 부착하고, 가열하여 페이스트 내에 존재하는 수지와 용매를 제거하여 에미터를 제작한다. 상기 방법은 기존의 이극관(diode)에 적용시킬 수 있으나, 삼극관(triode)에 적용하기 어렵다. 뿐만 아니라 스크린 프린팅방법은 공정이 복잡하고, 금속 페이스트내에 탄소나노튜브를 균일하게 분산시키는데 문제가 있으며, 이로 인해 에미터의 전극 특성이 저하될 수 있다. 또한 스크린 프린팅방법에서 사용되는 공지된 페이스트의 도포공정으로는 하부의 전극물질과의 충분한 물리적 기계적 결합을 얻기 어렵다는 문제가 있다. Next, in the screen printing method of adhering carbon nanotubes with a metal paste to a substrate, coating an electrode layer on a substrate such as glass or wafer, attaching carbon nanotubes mixed with metal paste, and heating the resin to be present in the paste. And the solvent was removed to prepare the emitter. The method can be applied to existing diodes, but is difficult to apply to triodes. In addition, the screen printing method has a complicated process and a problem of uniformly dispersing carbon nanotubes in the metal paste, which may lower the electrode characteristics of the emitter. In addition, there is a problem in that it is difficult to obtain a sufficient physical mechanical bonding with the underlying electrode material by the application process of the known paste used in the screen printing method.
다음으로, 탄소나노튜브를 수용액 상에 분산시켜 일정한 전기장으로 전극에 탄소나노튜브를 부착시키는 전기영동법은 폴리머 분산제를 이용하여 수용액에 균일하게 분산시킨 후, 두 전극 사이에 전압을 인가하여 음극 전극에 탄소나노튜브를 부착시키는 방법이다. 상기 전기영동법은 에미터를 제작하는 공정은 간단하지만, 탄소나노튜브와 금속 전극간에 약한 접착력으로 인하여 수명이 짧다는 단점이 있다. Next, the electrophoresis method of dispersing carbon nanotubes on an aqueous solution and attaching the carbon nanotubes to the electrodes with a constant electric field is uniformly dispersed in the aqueous solution using a polymer dispersant, and then a voltage is applied between the two electrodes to the cathode electrode. It is a method of attaching carbon nanotubes. The electrophoresis method is a simple manufacturing process of the emitter, but has a short life due to the weak adhesion between the carbon nanotubes and the metal electrode.
이에, 본 발명자들은 탄소나노튜브를 이용하여 대면적 에미터를 개발하고, 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 금속 기판에 전기영동법을 이용하여 증착시킨 후, 전자빔을 조사하여 전극과 탄소나노튜브-폴리머 복합체와의 접착력을 증가시켜 수명과 전계방출특성이 우수한 대면적를 에미터 제조하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors developed a large area emitter using carbon nanotubes, depositing a carbon nanotube-polymer composite on a metal substrate by electrophoresis, and irradiating an electron beam to the electrode and the carbon nanotube-polymer composite. The present invention has been completed by manufacturing an emitter having a large area having excellent lifespan and field emission characteristics by increasing adhesion to and.
본 발명은 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용하여 전계 방출 특성이 우수하고, 고효율, 장수명인 대면적 에미터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a large area emitter having excellent field emission characteristics, high efficiency, and long life using a carbon nanotube-polymer composite.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 탄소나노튜브 대면적 에미터를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a carbon nanotube large area emitter.
또한, 본 발명은 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a large area emitter using a carbon nanotube-polymer composite.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 대면적 에미터는 전도성 금속 기판상에 증착되는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층에 결합되고 수직 방향으로 형성되는 다수의 탄소나노튜브를 구비한다. The large area emitter according to the present invention comprises a polymer layer deposited on a conductive metal substrate; And a plurality of carbon nanotubes bonded to the polymer layer and formed in a vertical direction.
상기 대면적 에미터에 사용되는 전도성 금속은 백금, 금, 알루미늄, 크롬, 텅스텐 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속이며, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리를 사용하여 증류수 내에서 양전하을 띠고 있는 탄소나노튜브와 폴리머가 수직으로 증착될 수 있다. The conductive metal used in the large area emitter is a metal selected from the group consisting of platinum, gold, aluminum, chromium, tungsten and copper, and preferably carbon nanotubes having a positive charge in distilled water using aluminum or copper. The polymer may be deposited vertically.
본 발명에 따른 상기 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐 메틸 에테르(Poly-vinyl methyl ether), 폴리비닐피롤리던(Polyvinlpyrrolidon) 및 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 수용성 폴리머를 사용하여 증류수에서 용해가능하면서도, 증류수에 용해되었을 때 양전하를 띠고 있어, 전압을 인가하였을 때 음극으로 이동할 수 있다. 나아가 상기 폴리머는 상기 금속 전극상에 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이루어 탄소나노튜브와 금속 전극의 접착력을 증가시켜 안정적이며 장수명인 대면적 탄소나노튜브 에미터를 형성시킨다. The polymer according to the present invention is made of polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyvinylpyrrolidone, and polyethylenimine. It is soluble in distilled water using any one water-soluble polymer selected from the group, but has a positive charge when dissolved in distilled water, and can move to the cathode when a voltage is applied. Furthermore, the polymer forms a carbon nanotube-polymer composite on the metal electrode to increase the adhesion between the carbon nanotube and the metal electrode, thereby forming a stable and long-life carbon nanotube emitter.
한편, 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브를 사용하여 다소 높은 문턱전압을 갖지만, 튜브를 이루고 있는 다중벽들의 상호작용으로 인해 안정적이면서 긴 수명을 갖고, 금속성 탄소나노튜브를 더 많이 포함하기 때문에 단일벽 탄소나노튜브에 비해 낮은 저항으로 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. On the other hand, the carbon nanotubes have a somewhat higher threshold voltage using multi-walled carbon nanotubes, but because of the interaction of the multi-walls forming the tube has a stable and long life, and includes more metallic carbon nanotubes Compared with single-walled carbon nanotubes, it can flow a lot of current with low resistance.
이에, 본 발명에 사용된 다중벽 탄소나노튜브는 1 ~ 20 ㎛ 길이와 10 ~ 40 nm 직경를 갖는 것이 바람직하다.Thus, the multi-walled carbon nanotubes used in the present invention preferably have a length of 1 to 20 μm and a diameter of 10 to 40 nm.
또한, 본 발명은 증류수에 탄소나노튜브와 폴리머를 분산시켜 복합체 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전기영동법을 이용하여 전도성 금속 기판에 증착하여 에미터를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 대면적 에미터에 증착된 탄소나노튜브-폴리머 복합체에 전자빔을 가하여 경화시키는 단계(단계 3)
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of preparing a composite solution by dispersing the carbon nanotubes and polymer in distilled water (step 1);
Depositing the carbon nanotube-polymer composite of
Hardening by applying an electron beam to the carbon nanotube-polymer composite deposited on the large area emitter of step 2 (step 3)
Provided is a method for producing a large area emitter using a carbon nanotube-polymer composite, characterized in that it comprises a.
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터를 제조하기 위한 단계 1은 수용액에 탄소나노튜브와 폴리머를 분산시켜 복합체 용액을 제조하는 단계이다.
상기 단계 1의 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다. The carbon nanotubes of
단일벽 탄소나노튜브는 낮은 문턱전압을 갖기 때문에 저전압에도 전계 방출이 가능한 장점이 있으나 안정성이 낮기 때문에 상대적으로 짧은 수명을 갖고 있고, 다중벽 탄소나노튜브는 문턱 전압이 높은 단점이 있으나 튜브를 이루고 있는 벽들의 상호작용으로 인해 안정적이면서 긴 수명을 갖는 장점이 있기 때문에 안정적이고 장수명을 갖는 대면적 에미터를 제작하기 위해서는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 아울러 다중벽 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브보다 금속특성이 더 많아 낮은 저항으로 많은 전류가 흐를 수 있다. 이때, 사용되는 탄소나노튜브의 길이는 1 ~ 20 ㎛이고, 직경은 10 ~ 40 nm인 것이 바람직하다. Single-walled carbon nanotubes have a low threshold voltage and thus have an advantage of enabling field emission even at low voltages, but have a relatively short lifespan due to their low stability, and multi-walled carbon nanotubes have a disadvantage of high threshold voltages. Due to the advantages of stable and long life due to the interaction of the walls, multi-walled carbon nanotubes can be used to produce stable, long-life emitters. In addition, multi-walled carbon nanotubes have more metal properties than single-walled carbon nanotubes, so that many currents can flow with low resistance. At this time, the length of the carbon nanotubes used is 1 ~ 20 ㎛, the diameter is preferably 10 ~ 40 nm.
한편, 상기 단계 1의 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐 메틸 에테르(Poly-vinyl methyl ether), 폴리비닐피롤리던(Polyvinlpyrrolidon) 및 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 폴리머는 증류수에 용해되면서도, 전자빔에 경화가 가능한 폴리머이며, 동시에 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 복합체 기지로 사용될 수 있다. Meanwhile, the polymer of
또한, 상기 단계 1의 폴리머에 대한 탄소나노튜브의 함량은 0.01 ~ 0.05 중량%인 것이 바람직하다. 이때, 폴리머에 대한 탄소나노튜브의 함량이 0.01 중량% 미만이거나 0.05 중량%를 초과하면 전계 방출 특성의 저하되는 문제가 있다. 상기 단계 1의 폴리머 함량은 0.05 중량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 폴리머의 함량이 0.05 중량%를 초과하면 탄소나노튜브의 전도성이 저하되는 문제가 있다.In addition, the content of the carbon nanotubes in the polymer of
본 발명에 따른 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터를 제조하기 위한 단계 2는 상기 단계 1의 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전기영동법으로 전극에 증착하여 에미터를 형성하는 단계이다.
상기 단계 1의 탄소나노튜브와 폴리머는 전해액내에서 양전하를 띠고있어 전기영동을 수행하면 음극상에 증착된다. The carbon nanotubes and the polymer of
상기 단계 2의 전기 영동법은 10 ~ 30 V의 전압을 인가하여 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 증착시킬 수 있다. 이때 전극에 인가되는 전압이 30 V를 초과하면 이미 증착된 탄소나노튜브위에 폴리머가 다량으로 빠른 속도로 증착되어 전도성이 저하되는 문제가 있고, 10 V 미만이면 전계 방출시 전류가 낮은 문제가 있다. 또한, 상기 전압을 인가하는 시간은 5 ~ 30 분일 수 있다. 상기 시간이 30 분을 초과하면 폴리머의 밀도가 증가하는 문제가 있고, 5 분 미만이면 탄소나노튜브-폴리머 복합체가 너무 얇게 증착되어 수명이 단축되는 문제가 있다. 상기의 방법으로 증착된 탄소나노튜브-폴리머 복합체의 두께는 1 ~ 5 ㎛일 수 있다. 나아가, 전기 영동 속도는 수용액 내의 폴리머의 농도를 감소시키고, 탄소나노튜브의 농도를 증가시킨 후 증가된 전압을 인가하여 향상시킬 수 있다. In the electrophoresis method of
또한,상기 단계 2의 전극은 음극과 양극으로 이루어져 있으며, 상기 음극은 도전성 금속인 백금, 금, 알루미늄, 크롬, 텅스텐 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고 바람직하게는 알루미늄 또는 구리일 수 있고, 양극으로는 알루미늄이 바람직하다. In addition, the electrode of
본 발명에 따른 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터를 제조 하기 위한 단계 3은 상기 단계 2의 에미터에 증착된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전자빔으로 경화시켜 전계방출용 대면적 에미터를 제조하는 단계(단계 3)이다.
상기 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체는 부도체인 폴리머가 도전성인 탄소나노튜브와 반데르 발스 힘으로 결합되어, 전도성 폴리머 복합체를 형성하게 된다. 또한, 상기 복합체 내에 있는 폴리머는 금속 기판과 반데르 발스힘으로 결합되는 것과 폴리머 점성에 의해 탄소나노튜브 단일로만 증착되어 있는 것보다, 금속 기판과의 결합력을 증가시킨다. The prepared carbon nanotube-polymer composite is a non-conductive polymer coupled to conductive carbon nanotubes with van der Waals forces, thereby forming a conductive polymer composite. In addition, the polymer in the composite increases the bonding force with the metal substrate, rather than being bonded to the metal substrate with van der Waals force and deposited only by carbon nanotubes by polymer viscosity.
나아가, 본 발명에 따라 제조된 에미터의 안정성을 증대시키기 위해, 전자빔을 이용하여 금속 전극위에 탄소나노튜브-폴리머 복합체의 폴리머를 경화시킬 수 있다. 상기 전자빔은 상기 단계 1 내지 단계 2의 폴리머 사슬에 자유 라디칼(free radical)를 생성시키고, 상기 자유 라디칼은 다른 사슬의 자유 라디칼과 교차 결합을 하여 폴리머 사슬의 운동성을 감소시켜 외부힘에 저항성이 강해져 전극과의 접착력을 증가시킨다. Furthermore, in order to increase the stability of the emitter produced according to the present invention, the electron beam can be used to cure the polymer of the carbon nanotube-polymer composite on the metal electrode. The electron beam generates free radicals in the polymer chains of
또한 상기 전자 빔은 반도체성과 전도성이 혼재되어 있는 단일벽 탄소나노튜브 중 반도체성 단일벽 탄소나노튜브의 구조적인 변형을 유도하여 전도성을 높이는 효과를 미치고, 이것은 다중벽 탄소나노튜브에도 같은 효과를 일으켜 다중벽 탄소나노튜브의 전도성을 증가시킨다. 따라서, 전자빔이 조사된 탄소나노튜브-폴리머 복합체는 전극과의 접착력을 증가시켜 에미터의 안정성을 증가시키고, 탄소나노튜브의 전도성을 증가시켜 에미터의 전계 방출 효과를 증대시키는 효과를 나타낸다. In addition, the electron beam induces structural deformation of semiconducting single-walled carbon nanotubes among mixed single-walled carbon nanotubes having a mixture of semiconducting properties and conductivity, thereby increasing conductivity, which has the same effect on multi-walled carbon nanotubes. To increase the conductivity of multi-walled carbon nanotubes. Therefore, the carbon nanotube-polymer composite to which the electron beam is irradiated increases the adhesion of the electrode to increase the stability of the emitter, and increases the conductivity of the carbon nanotube to increase the field emission effect of the emitter.
상기 단계 3의 전자빔은 음극상의 탄소나노튜브-폴리머 복합체에 60 keV ~ 10 MeV, 바람직하게는 0.3 ~ 2 MeV범위의 에너지와 10 ~ 60 kGy 선량으로 조사될 수 있다. 이때, 상기 전자빔의 에너지가 10 MeV를 초과하면 금속전극에서 전자가 깊숙이 투과하여 X-선이 많이 발생되는 문제가 있고, 0.3 MeV 미만이면 탄소나노튜브가 변형될 확률이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 상기 전자빔의 선량이 60 kGy를 초과하면 교차 결합되는 탄소나노튜브가 증가하여 정렬 특성이 떨어지는 문제가 있고, 10 kGy 미만이면 탄소나노튜브의 전도성과 폴리머의 경화특성이 저하되는 문제가 있다. The electron beam of
추가적으로, 상기 단계 1 내지 3으로 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터를 가열시켜 폴리머를 제거하는 단계가 포함될 수 있다. 상기 폴리머를 제거하는 단계는 탄소나노튜브를 덮어 탄소나노튜브의 전계방출 특성을 저해시킬 수 있는 폴리머를 제거하여 탄소나노튜브의 전계 방출 특성을 향상시킬 수 있어, 200 ~ 400 ℃에서 가열시켜 폴리머를 제거할 수 있다. 이때, 400 ℃를 초과하면 탄소나노튜브가 산화되는 문제가 있고, 200 ℃ 미만이면 상기 폴리머가 완전히 제거되지 않은 문제가 있다. Additionally, the method may include removing a polymer by heating a large area emitter using the carbon nanotube-polymer composite prepared in
<분석><Analysis>
1) 전류-전압(I-V) 특성1) Current-Voltage (I-V) Characteristics
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터 의 전계에 따른 전류-전압 특성을 측정하여 도 3에 나타내었다. The current-voltage characteristics of the electric field of the large area emitter using the carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention were measured and shown in FIG. 3.
도 3에 나타낸 바와 같이 전계를 0 ~ 5 V/㎛ 걸어 주었을 때, 전류 밀도가 0.00004 A/cm2 까지 증가하여 본 발명에 따른 대면적 에미터의 전계 방출 특성을 확인하였다. As shown in FIG. 3, when the electric field was applied at 0 to 5 V / μm, the current density increased to 0.00004 A / cm 2 to confirm the field emission characteristics of the large area emitter according to the present invention.
2) 에미터 표면 분석2) emitter surface analysis
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터의 표면을 전계방출형 주사전자현미경으로 측정하여 도 4에 나타내었다. The surface of the large area emitter using the carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention was measured by a field emission scanning electron microscope and shown in FIG. 4.
도 4에 나타낸 바와 같이, 다중벽 탄소나노튜브가 폴리머에 균일하게 분산되어있는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, it can be seen that the multi-walled carbon nanotubes are uniformly dispersed in the polymer.
본 발명은 탄소나노튜브-폴리머 복합체의 폴리머를 전자빔을 이용하여 경화시킴으로서 전극과의 결합력을 증가시켜 안정성과 수명을 향상시키고, 상기 탄소나노튜브의 전도성을 증가시켜 전계방출 특성을 향상시켰다. 나아가 전기 영동법을 이용하여 대면적의 에미터를 제작하였다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터는 상용가능한 수명을 갖을 수 있는 가능성이 향상된바 저전압, 고효율의 대면적 평판 디스플레이를 구현할 수 있다.In the present invention, the polymer of the carbon nanotube-polymer composite is cured by using an electron beam to increase the bonding strength with the electrode to improve stability and lifespan, and to increase the conductivity of the carbon nanotube to improve the field emission characteristic. Furthermore, large area emitters were fabricated using electrophoresis. Therefore, the large area emitter using the carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention has an improved possibility of having a commercially available life, thereby realizing a large area flat panel display having a low voltage and high efficiency.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1> 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터 제조.Example 1 Preparation of a large area emitter using a carbon nanotube-polymer composite.
1) 탄소나노튜브-폴리머 복합체 용액 제조1) Preparation of Carbon Nanotube-Polymer Composite Solution
탄소나노튜브-폴리머 복합체 용액 제조를 위해, 상업적으로 구매가능한 폴리비닐 알코올 0.1 g을 증류수 500 g에 넣고 약 5 분 동안 혼합한 용액에 탄소나노튜브를 추가하여 초음파발생기로 1시간 동안 분산시켜 탄소나노튜브-폴리머 복합체 용액을 제조하였다. To prepare a carbon nanotube-polymer composite solution, 0.1 g of commercially available polyvinyl alcohol was added to 500 g of distilled water, and carbon nanotubes were added to a solution mixed for about 5 minutes and dispersed by an ultrasonic generator for 1 hour. A tube-polymer composite solution was prepared.
2) 탄소나노튜브-폴리머 복합체 증착2) Carbon Nanotube-Polymer Composite Deposition
도 1에 나타낸 전기 영동의 개념도에 따라 에틸알콜 또는 아세톤을 통한 1차 세척과 초음파를 통한 2차 세척을 통하여 표면이 세척된 구리 기판을 음극으로, 상기 1차 내지 2차 세척을 통해 세척된 알류미늄 기판을 양극으로 이용하였다. 전기 영동을 수행시키기 위한 인가전압은 25 V이고 기판 사이의 거리는 20 mm로 고정하였다. 상기 증착은 15 분 동안 이루어졌다. 상기의 방법으로 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체 에미터는 상온에서 건조되었다. According to the conceptual diagram of electrophoresis shown in FIG. 1, a copper substrate whose surface is cleaned through a first wash through ethyl alcohol or acetone and a second wash through ultrasonic waves is used as a cathode, and the aluminum washed through the first to second washes. The substrate was used as the anode. The applied voltage for performing electrophoresis was 25 V and the distance between the substrates was fixed at 20 mm. The deposition took 15 minutes. The carbon nanotube-polymer composite emitter prepared by the above method was dried at room temperature.
3) 전자빔 조사3) electron beam irradiation
도 2에 나타낸 전자빔 조사의 개념도에 따라 상기 단계 2에서 제조된 탄소나 노튜브-폴리머 복합체 에미터에 한국원자력연구원의 대용량 전자빔이 공기중에서 2 MeV와 60 kGy의 선량으로 조사되었다. According to the conceptual diagram of electron beam irradiation shown in FIG. 2, a large-capacity electron beam of the Korea Atomic Energy Research Institute was irradiated with 2 MeV and 60 kGy in air to the carbon nanotube-polymer composite emitter prepared in
도 1은 본 발명에 따른 제조방법 중 전기영동법을 이용하여 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 증착시키는 방법을 나타낸 개념도이고;1 is a conceptual diagram showing a method of depositing a carbon nanotube-polymer composite using an electrophoresis method of the production method according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따라 증착된 대면적 에미터위의 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전자빔을 이용하여 경화시키는 개념도이고;2 is a conceptual diagram of curing a carbon nanotube-polymer composite on a large area emitter deposited according to the present invention using an electron beam;
도 3은 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터의 전계 방출 특성을 측정한 그래프이고;3 is a graph measuring field emission characteristics of a large area emitter using a carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 이용한 대면적 에미터의 전계방출형 주사전자현미경(FESEM)사진이다.4 is a field emission scanning electron microscope (FESEM) photograph of a large area emitter using a carbon nanotube-polymer composite prepared according to the present invention.
<도면의 부호 설명><Description of the symbols in the drawing>
1: 증류수, 2:금속 전극, 3: 폴리머, 4: 탄소나노튜브, 5: 전자빔1: distilled water, 2: metal electrode, 3: polymer, 4: carbon nanotube, 5: electron beam
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2007
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