KR101410854B1 - 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입함에 의해 탄소나노소재간의 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 형성하고, 상기 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재가 형성되는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재를 기술적 요지로 한다. 그리고 본 발명은, 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합을 이룰 수 있는 기능기를 도입하기 위해 탄소나노소재의 표면을 개질시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 기능화된 탄소나노소재와 반응을 통해 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입하는 제2단계와; 상기 제2단계의 다중수소결합이 도입된 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재인 분산용액을 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어진 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 분산제의 사용없이 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙, 흑연 등의 전도성 탄소나노소재에 3개 이상의 다중수소결합을 이룰 수 있는 관능기를 도입함으로써 소재간 초분자 구조 형성을 유도하고 금속나노소재와의 복합화를 통해 고전도성을 실현함으로써 투명전극, 인쇄전자용 전극, 신축전극, 면상발열체 및 전자파 차폐 소재로 사용이 가능할 뿐만 아니라, 태양전지, 이차전지, 연료전지, 슈퍼커패시터 등의 에너지 생성 및 저장소자의 전극으로 활용할 수 있고 전도성 섬유제조에 응용이 가능하다는 이점이 있다.

Description

다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법{Nano carbon materials having multiple hydrogen bonding motifs and metal nanomaterial hybrid materials and their fabrication method}
본 발명은 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙 등의 전도성 탄소나노소재에 3개 이상의 다중수소결합을 이룰 수 있는 관능기를 도입함으로써 소재간 초분자 구조 형성을 유도하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 형성하고, 이에 은나노와이어, 구리나노와이어 등 전도성이 우수한 금속나노소재를 복합화시킴에 의해 전도성이 매우 우수한 하이브리드 소재를 형성시키는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙 등의 전도성 탄소나노소재는 투명전극, 대전방지, 전자파 차폐, 에너지 발생 및 저장소자용 전극소재, 방열소재, 전도성 섬유, 센서, 에미터, 엑스선 광원 등의 다양한 분야에 적용이 가능하다. 인쇄기법을 통해 전극을 형성하거나 섬유형태로 제조하기 위해서는 페이스트 형태의 고농도 분산액 또는 방사도프가 필요하게 된다. 투명전극으로 활용하기 위해서는 분산성이 매우 우수한 비교적 묽은 코팅액이 필요하게 된다.
통상적으로 코팅액이나 페이스트를 제조하기 위해 계면활성제나 공중합체 고분자, 이온성 액체(ionic liquid)와 같은 분산제가 필수적으로 사용된다. 물론 소재 표면에 관능기를 과도하게 도입할 경우 분산이 용이하지만 이럴 경우 전도성이 결여되는 문제가 발생하게 된다.
또한 탄소나노소재에 1차원이나 2차원구조를 지니는 금속나노소재를 소량첨가하여 전기전도도를 극단적으로 증가시킬 수 있는데, 이때 금속나노소재가 혼합된 상태에서 탄소나노소재의 분산성이 유지되어야 후공정을 통해 투명전극, 인쇄전극, 전도성 섬유, 에너지 전극 등으로 활용이 가능하게 된다.
따라서, 분산제를 사용하지 않고 전도성을 유지하면서 전도성 탄소나노소재를 이용한 전도성 페이스트를 제조하고, 금속나노소재와 복합화를 통해 전도성을 향상시킬 경우 원가 절감, 공정간소화뿐만 아니라 고전도성 구현을 통해 기존 전극소재를 획기적으로 대체할 수 있다. 또한, 수용성 분산제를 사용하지 않고 유기용매에 고농도 분산이 가능한 탄소나노소재/금속나노소재 복합체 전도성 소재는 유기용제에 혼합이 쉬운 다양한 고분자 바인더 소재 및 금속, 금속산화물과의 조합이 가능하다는 장점을 지니게 된다.
그러나 지금까지 분산제를 첨가하지 않고 탄소나노소재와 금속나노소재를 복합화하여 코팅액을 제조한 예가 보고되지 않고 있다.
대한민국특허청 공개공보 공개번호 제10-2010-0112039호(공개일자 2010년 10월 18일) 대한민국특허청 공개공보 공개번호 제10-2008-0086732호(공개일자 2008년 09월 26일)
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙 등의 전도성 탄소나노소재에 3개 이상의 다중수소결합을 이룰 수 있는 관능기를 도입함으로써 소재간 초분자 구조 형성을 유도하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 형성하고, 이에 금속나노소재를 복합화시킴에 의해 전도성이 매우 우수한 하이브리드 소재를 형성시키는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입함에 의해 탄소나노소재간의 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 형성하고, 상기 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재가 형성되는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재를 기술적 요지로 한다.
그리고 본 발명은, 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합을 이룰 수 있는 기능기를 도입하기 위해 탄소나노소재의 표면을 개질시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 기능화된 탄소나노소재와 반응을 통해 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입하는 제2단계와; 상기 제2단계의 다중수소결합이 도입된 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재인 분산용액을 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어진 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다.
상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 카본블랙 중 하나 이상이 되는 것이 바람직하다.
상기 금속나노소재는 1차원구조의 금속나노와이어, 금속나노로드와, 2차원구조의 판상 금속나노소재 중 하나 이상이 되는 것이 바람직하다.
상기 다중수소결합이 가능한 관능기는 2-우레이도-4[H]피리미디논(2-ureido-4[1H]pyrimidinone) 유도체, 2-우레이도-4[H]피리미디놀(4-ureido-4[1H]pyrimidinol) 유도체, 2-우레이도-4-피리미돈(2-uriedo-4-pyrimidone) 유도체, 디아실피리미딘(diacylpyrimidine) 유도체, 우레이도아실피리미딘 (ureidoacylpyrimidine) 유도체, 아세틸아미노트리아진(acetylaminotriazine) 유도체, 우레이도트리아진(ureidotriazine) 유도체, 2,6-디(아세틸아미노)-4-피리딜 (2,6-di(acetylamino)-4-pyridyl) 유도체, 티민(thymine) 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸(2-aminobenzimidazole) 유도체, 2,7-디아미노-1,8-나프티리딘(2,7-diamino-1,8-naphthyridine) 유도체, 디(헥사노일아미노)피리미딘 (di(hexanoylamino)pyrimidine) 유도체, 2-부틸우레이도-4-아세틸아미노피리딘(2-butylureido-4-acetylaminopyridine) 유도체 중 하나 이상에 의한 것이 바람직하다.
상기 복합소재는 0.01g/L 이상의 농도로 수용액 또는 유기용매에 분산된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 복합소재는 투명전극, 인쇄전극, 신축전극, 면상 발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료, 전도성 섬유, 방열성 도료로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 투명전극, 인쇄 전극, 면상발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료는 상기 복합소재를 희석하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 신축전극은, 상기 복합소재에 고무를 용액 또는 용융상태로 교반하여 분산액을 제조한 후 인쇄 또는 성형을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전도성 섬유는, 상기 복합소재를 섬유용 액상수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 방열성 도료는, 상기 복합소재를 방열성 재료 및 바인더 수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 제조되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 분산제의 사용없이 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙, 흑연 등의 전도성 탄소나노소재에 3개 이상의 다중수소결합을 이룰 수 있는 관능기를 도입함으로써 소재간 초분자 구조 형성을 유도하고 금속나노소재와의 복합화를 통해 고전도성을 실현함으로써 투명전극, 인쇄전자용 전극, 신축전극, 면상발열체 및 전자파 차폐 소재로 사용이 가능할 뿐만 아니라, 태양전지, 이차전지, 연료전지, 슈퍼커패시터 등의 에너지 생성 및 저장소자의 전극으로 활용할 수 있고 전도성 섬유제조에 응용이 가능하다는 이점이 있다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 분산제의 사용 없이 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙 등의 전도성 탄소나노소재에 3개 이상의 다중수소결합을 이룰 수 있는 관능기를 도입함으로써 소재간 초분자 구조 형성을 유도하고 금속나노소재와의 복합화를 통해 고전도성 소재를 제조함으로써 투명전극, 인쇄전자용 전극, 신축전극, 면상발열체 및 전자파 차폐 소재로 사용이 가능할 뿐만 아니라, 태양전지, 이차전지, 연료전지, 슈퍼커패시터 등의 에너지 생성 및 저장소자의 전극으로 활용할 수 있고 고전도성 섬유제조에 응용이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중수소결합을 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재 복합화구조를 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명에 의해 형성된 페이스트와 묽은 용액의 사진을 나타낸 도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중수소결합을 이루는 탄소나노튜브와 은나노와이어 복합체 전극 표면의 주사전자현미경 사진을 나타낸 도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 인쇄전극을 나타낸 도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 전도성 섬유를 나타낸 도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 투명전도성 필름의 사진을 나타낸 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중수소결합을 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재 복합화구조를 나타낸 모식도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 페이스트와 묽은 용액의 사진을 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중수소결합을 이루는 탄소나노튜브와 은나노와이어 복합체 전극 표면의 주사전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 인쇄전극을 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 전도성 섬유를 나타낸 도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다중수소결합 탄소나노소재와 금속나노와이어 복합체 용액을 이용해 형성된 투명전도성 필름의 사진을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법은 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합을 이룰 수 있는 기능기를 도입하기 위해 탄소나노소재의 표면을 개질시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 기능화된 탄소나노소재와 반응을 통해 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입하는 제2단계와; 상기 제2단계의 다중수소결합이 도입된 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재인 분산용액을 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는바 이하 이에 대해 구체적으로 설명한다.
다중수소결합은 수소결합주개(D)와 수소결합받개(A), 이온성 수소결합주개(D+)로 구성되어 있으며, D, D+와 A의 배열이 삼중수소결합의 경우 ADA-DAD, ADD-DAA, AAA-DDD, 양이온성 AAA-DDD+ 쌍으로 되어 있는 구조 중에 하나며, 사중수소결합은 ADAD-DADA, AADD-DDAA, ADDA-DAAD, AAAD-DDDA, ADAA-DADD, AAAA-DDDD, 양이온성 AAAA-DDD+ 쌍으로 되어 있는 구조 중에 하나 이상의 관능기를 도입하는 것이 바람직하다.
상기 수소결합이 가능한 관능기는 2-우레이도-4[H]피리미디논(2-ureido-4[1H]pyrimidinone) 유도체, 2-우레이도-4[H]피리미디놀(4-ureido-4[1H]pyrimidinol) 유도체, 2-우레이도-4-피리미돈(2-uriedo-4-pyrimidone) 유도체, 디아실피리미딘(diacylpyrimidine) 유도체, 우레이도아실피리미딘 (ureidoacylpyrimidine) 유도체, 아세틸아미노트리아진(acetylaminotriazine) 유도체, 우레이도트리아진(ureidotriazine) 유도체, 2,6-디(아세틸아미노)-4-피리딜 (2,6-di(acetylamino)-4-pyridyl) 유도체, 티민(thymine) 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸(2-aminobenzimidazole) 유도체, 2,7-디아미노-1,8-나프티리딘(2,7-diamino-1,8-naphthyridine) 유도체, 디(헥사노일아미노)피리미딘 (di(hexanoylamino)pyrimidine) 유도체, 2-부틸우레이도-4-아세틸아미노피리딘(2-butylureido-4-acetylaminopyridine) 유도체 중 하나 이상에 의한 것에 의해 이루어질 수 있다.
상기 금속나노소재는 1차원구조의 금속나노와이어, 금속나노로드와 2차원구조의 판상 금속나노소재 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
< 제1실시예 >
본 발명의 제1실시예로써, 다중벽 탄소나노튜브에 4중 수소결합(quadruple hydrogen bonding)을 할 수 있는 관능기를 도입하고 이를 은나노와이어와 복합화하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 10g 다중벽 탄소나노튜브를 200㎖ 황산:질산 혼합액(7:3 부피비)에 혼합하여 80℃로 가열하여 24시간 동안 교반 한 후 상온으로 냉각시킨다.
그런 다음 800㎖ 증류수로 희석시킨다. 희석된 용액을 여과종이를 이용하여 탄소나노튜브에 남아 있는 산 용액을 4회 이상의 여과를 통하여 제거한 후, 건조시키면 카르복실기(-COOH)가 도입된 다중벽 탄소나노튜브가 제조된다.
상기 카르복실기(-COOH)가 도입된 탄소나노튜브를 디메틸포름아미드(dimethylformamide)용매에 100㎎/L로 분산시킨 후 티올기(thiol, -SH) 또는 아민(amine)기가 도입된 디이소시아네이트 (diisocyanate)를 혼합하여 100℃에서 12시간 동안 교반하는 방식으로 반응시켜 이소시아네이트(isocyanate) 기를 도입시킨다.
그런 다음, 상기 이소시아네이트기가 도입된 탄소나노튜브에 아미노-4-히드록시-6-메틸 피리미딘(amino-4-hydroxy-6-methyl-pyrimidine)를 혼합하고 100℃에서 20시간 동안 교반 하여 접합 반응을 진행하는 방식으로 4중 수소결합을 지니는 2-우레이도-4[H]피리미디논(2-ureido-4[1H]pyrimidinone)를 도입하였다.
다중소소결합을 지니는 탄소나노튜브와 금속나노소재의 복합구조 모식도는 도 1에 나타낸다.
제조된 다중수소결합이 존재하는 초분자구조 탄소나노튜브를 이용해 디메틸포름아미드(dimethylformamide)용매를 이용하여 기타 첨가제 필요없이 간단한 교반에 의해 페이스트를 제조하는바, 증류수에 분산된 은나노와이어를 함량별로 첨가하여 특별한 첨가제 필요없이 탄소나노튜브와 은나노와이어가 복합화된 고형분 1 wt% 이상인 탄소나노튜브/은나노와이어 페이스트를 간단한 교반에 의해 손쉽게 제조할 수 있었다. 여기서 도 2는 고형분이 5 wt% 이고, 은나노와이어는 탄소나노튜브에 5중량% 정도 첨가되어 형성된 페이스트 도 2의 (a)에 나타내었고 이를 증류수를 이용하여 100배 희석시킨 희석용액을 도 2의 (b)에 나타낸바, 탄소나노튜브/은나노와이어 페이스트를 간단한 교반에 의해 손쉽게 제조할 수 있다.
그리고, 도 1에서 보는 바와 같이 다중수소결합관능기에 도입된 티올기 또는 아민기 등의 은나노와이어와의 상호인력 작용이 가능한 관능기를 도입하여 탄소나노소재와 은나노와이어가 안정화되게 된다.
또한, 도 3에서 보는 바와 같이, 탄소나노튜브와 은나노와이어가 균일하게 분산되어 있음을 확인하였다.
제조된 페이스트를 이용해 스크린 인쇄, 그라비아, 슬롯다이, 옵셋 인쇄법 등을 이용해 플라스틱기판에 유연 인쇄전극을 형성하였다. 형성된 인쇄전극의 전기적 특성을 평가한 결과, 다중수소결합 관능기를 지니는 다중벽 탄소나노튜브에 은나노와이어를 5중량% 첨가시 전기전도도가 1000 S/m에서 10000 S/m로 증가하였다.
도 4는 제1실시예를 통해 제조된 페이스트를 사용해 스크린 인쇄를 통해 형성된 유연 인쇄전극을 나타내는 도이다.
제조된 인쇄전극은 전기전도성이 매우 우수하여 일반 배선전극, 태양전지 전극, 유기발광소자 전극, 면상 발열체, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 기능을 발현할 수 있다.
< 제2실시예 >
본 발명의 제2실시예는, 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노와이어 그리고 고분자를 혼합하여 전도성 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 상기 제1실시예서와 같이 다중벽 탄소나노튜브와 화학적 박리그래핀에 4중 수소결합을 할 수 있는 관능기를 도입하고 이에 탄소나노소재 대비 3중량%의 은나노와이어를 혼합하여 고형분 5중량% 농도의 전도성 페이스트를 제조한다.
여기서 상기 화학적 박리그래핀은 순수흑연을 황산과 KMnO4로 3일 처리하고 과산화수소와 염산으로 정제하여 제조된 산화흑연을 초음파 분산기를 이용하여 박리함으로써 제조하였다.
그리고 디메틸포름아마이드에 녹인 폴리아크릴로니트릴 용액을 제조한 전도성 페이스트에 고형분대비 50중량% 첨가하여 섬유방사용 도프를 제조하였다.
제조된 섬유용 도프를 100 ㎛ 지름의 방사노즐을 이용해 용액방사하여 전기 전도성 100 S/cm 이상 되는 우수한 전기전도성을 지니는 전도성 섬유를 제조하였다.
도 5는 제2실시예의 방법에 의해 제조된 전도성 섬유의 이미지를 나타내는 바 섬유가 양호하게 형성됨을 알 수 있다.
< 제3실시예 >
본 발명의 제3실시는, 상기 제1실시예에서와 같이 단일벽 탄소나노튜브에 다중수소결합 관능기를 도입하고, 이에 은나노와이어를 혼합하여 디메틸포름아미드 용매에 분산된 페이스트를 제조한 후, 0.01중량%로 용액을 희석하여 묽은 코팅용액을 제조하고, 이를 플라스틱 또는 유리기판에 스프레이 코팅이나 슬롯다이 코팅방법을 이용해 전도층을 형성시켜 투명전극을 형성시켰다.
도 6은 제3실시예에 따라 플라스틱 기판에 형성된 유연 투명전도성 필름을 나타내는 도인바, 형성된 투명전도성 필름은 단일벽 탄소나노튜브 단독으로 형성된 투명전도성 필름에 비해 면저항이 10% 이하로 감소하여 투과도 85%에 50ohm/sq 이하의 우수한 전기적 특성을 나타내었다.
< 제4실시예 >
본 발명의 제4실시예로써, 상기 제2실시예에서와 같이 산화그래핀에 다중수소결합 관능기를 도입하고, 이를 간단한 교반과정을 거쳐 N-메틸피롤리돈 (N-methyl pyrrolidone)에 분산하여 10중량% 농도의 페이스트를 제조하였다.
산화그래핀은 부도체이므로 히드라진 (hydrazine)을 첨가하고 100℃ 에서 24시간 환원하여 다중수소결합을 지니는 그래핀 전도성 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트에 구리나노와이어를 혼합하여 그래핀와 구리나노와이어이 균일하게 분산된 하이브리드 전도성 페이스트를 제조하였다.
제조된 페이스트는 도4에서와 같이 인쇄공정을 거쳐 패턴전극을 형성하거나 용액방사공정을 거쳐 전도성 섬유의 제조가 가능하다. 또한 제3실시예에서와 같이 묽은 용액으로 희석하여 투명전극을 형성할 경우 그래핀이 구리나노와이어를 보호하고 구리나노와이어가 그래핀의 재결합을 방지하여 고투과도에서 낮은 면저항을 지니고 수분이나 물리적 외부자극에 안정한 투명전극을 제조할 수 있었다. 제조된 투명전극은 터치패널전극, 디스플레이전극, 태양전지 전극 뿐만 아니라 투명 면상 발열체로 응용이 가능하다.
< 제5실시예 >
고방열성 도료의 제조
다중수소결합을 지니는 탄소나노소재(탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙, 얇은 흑연) 또는 탄소나노소재/금속나노소재(은나노와이어, 구리나노와이어) 복합체를 1 내지 50중량%의 액상 분산액에 고방열성 재료(알루미나, SiC, 금속, 나노다이아몬드, 보론나이트라이드, ZnS, 자성체, 전도성 고분자)와 바인더 수지를 넣어 분산기로 균일하게 분산하여 고방열성 도료를 제조한다.
< 제6실시예 >
신축전극 제조
다중수소결합을 지니는 탄소나노소재(탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 카본블랙) 또는 탄소나노소재/금속나노소재(은나노와이어, 구리나노와이어) 복합체 분말 또는 분산액을 신축성이 우수한 고무(가황 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌, 폴리실록산 불소계공중합체 및 이들의 혼합물)에 용액상 또는 용융상태로 1~30중량%로 분산기로 균일하게 분산하여 분산액을 제조하고 캐스팅, 인쇄, 성형 방법을 통해 100% 변형시 전기전도도가 10% 이내로 변화하는 신축전극을 제조한다.

Claims (20)

  1. 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입함에 의해 탄소나노소재간의 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 형성하고,
    상기 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재가 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 카본블랙 중 하나 이상이 됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속나노소재는 1차원구조의 금속나노와이어, 금속나노로드와, 2차원구조의 판상 금속나노소재 중 하나 이상이 됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다중수소결합이 가능한 관능기는 2-우레이도-4[H]피리미디논(2-ureido-4[1H]pyrimidinone) 유도체, 2-우레이도-4[H]피리미디놀(4-ureido-4[1H]pyrimidinol) 유도체, 2-우레이도-4-피리미돈(2-uriedo-4-pyrimidone) 유도체, 디아실피리미딘(diacylpyrimidine) 유도체, 우레이도아실피리미딘 (ureidoacylpyrimidine) 유도체, 아세틸아미노트리아진(acetylaminotriazine) 유도체, 우레이도트리아진(ureidotriazine) 유도체, 2,6-디(아세틸아미노)-4-피리딜 (2,6-di(acetylamino)-4-pyridyl) 유도체, 티민(thymine) 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸(2-aminobenzimidazole) 유도체, 2,7-디아미노-1,8-나프티리딘(2,7-diamino-1,8-naphthyridine) 유도체, 디(헥사노일아미노)피리미딘 (di(hexanoylamino)pyrimidine) 유도체, 2-부틸우레이도-4-아세틸아미노피리딘(2-butylureido-4-acetylaminopyridine) 유도체 중 하나 이상에 의한 것임을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복합소재는 0.01g/L 이상의 농도로 별도의 분산제 없이 수용액 또는 유기용매에 분산된 형태로 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복합소재는 투명전극, 인쇄전극, 신축전극, 면상 발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료, 전도성 섬유, 방열성 도료로 사용됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  7. 제6항에 있어서, 상기 투명전극, 인쇄 전극, 면상발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료는 상기 복합소재를 희석하여 사용함을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  8. 제6항에 있어서, 상기 신축전극은,
    상기 복합소재에 고무를 용액 또는 용융상태로 교반하여 분산액을 제조한 후 인쇄 또는 성형을 통해 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전도성 섬유는,
    상기 복합소재를 섬유용 액상수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  10. 제6항에 있어서, 상기 방열성 도료는,
    상기 복합소재를 방열성 재료 및 바인더 수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 제조됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재.
  11. 전도성 탄소나노소재에 다중수소결합을 이룰 수 있는 기능기를 도입하기 위해 탄소나노소재의 표면을 개질시키는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 기능화된 탄소나노소재와 반응을 통해 다중수소결합이 가능한 관능기를 도입하는 제2단계와;
    상기 제2단계의 다중수소결합이 도입된 탄소나노소재와 금속나노소재를 혼합하여 복합소재인 분산용액을 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 카본블랙 중 하나 이상이 됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 금속나노소재는 1차원구조의 금속나노와이어, 금속나노로드와, 2차원구조의 판상 금속나노소재 중 하나 이상이 됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 다중수소결합이 가능한 관능기는 2-우레이도-4[H]피리미디논(2-ureido-4[1H]pyrimidinone) 유도체, 2-우레이도-4[H]피리미디놀(4-ureido-4[1H]pyrimidinol) 유도체, 2-우레이도-4-피리미돈(2-uriedo-4-pyrimidone) 유도체, 디아실피리미딘(diacylpyrimidine) 유도체, 우레이도아실피리미딘 (ureidoacylpyrimidine) 유도체, 아세틸아미노트리아진(acetylaminotriazine) 유도체, 우레이도트리아진(ureidotriazine) 유도체, 2,6-디(아세틸아미노)-4-피리딜 (2,6-di(acetylamino)-4-pyridyl) 유도체, 티민(thymine) 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸(2-aminobenzimidazole) 유도체, 2,7-디아미노-1,8-나프티리딘(2,7-diamino-1,8-naphthyridine) 유도체, 디(헥사노일아미노)피리미딘 (di(hexanoylamino)pyrimidine) 유도체, 2-부틸우레이도-4-아세틸아미노피리딘(2-butylureido-4-acetylaminopyridine) 유도체 중 하나 이상에 의한 것임을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 복합소재는 0.01g/L 이상의 농도로 별도의 분산제 없이 수용액 또는 유기용매에 분산된 형태로 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 복합소재는 투명전극, 인쇄전극, 신축전극, 면상 발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료, 전도성 섬유, 방열성 도료로 사용됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 투명전극, 인쇄 전극, 면상발열체, 대전방지(Electrostatic Discharge) 코팅제, EMI(Electro magnetic interference) 차폐 코팅제, 잉크, 도료는 상기 복합소재를 희석하여 사용함을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 신축전극은,
    상기 복합소재에 고무를 용액 또는 용융상태로 교반하여 분산액을 제조한 후 인쇄 또는 성형을 통해 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 전도성 섬유는,
    상기 복합소재를 섬유용 액상수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 형성됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 방열성 도료는,
    상기 복합소재를 방열성 재료 및 바인더 수지와 혼합한 후 분산기로 분산하여 제조됨을 특징으로 하는 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재와 금속나노소재를 하이브리드하여 형성된 고전도성 소재 제조방법.
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