KR101496156B1 - 전도성 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents

전도성 복합체 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101496156B1
KR101496156B1 KR20130114715A KR20130114715A KR101496156B1 KR 101496156 B1 KR101496156 B1 KR 101496156B1 KR 20130114715 A KR20130114715 A KR 20130114715A KR 20130114715 A KR20130114715 A KR 20130114715A KR 101496156 B1 KR101496156 B1 KR 101496156B1
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김희숙
표준범
임순호
손정곤
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Abstract

전도성 복합체 및 그 제조방법이 제공된다. 네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체; 및 상기 나노입자 구조체의 기공내에 침투된 고분자를 포함하는 전도성 복합체는 인장 변형시에도 안정한 저항 변화율을 가지며, 이를 이용하여 유연성 전자소자를 제조할 수 있다.

Description

전도성 복합체 및 그 제조방법 {Electroconductive composite film and preparation thereof}
본 발명은 전도성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 높은 인장 변형하에서도 안정적인 저항 변화율을 갖는 전도성 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유연성 전자소자란 다양한 변형이 가해진 상태에서도 안정적인 전기적 물성을 유지하여 그 성능을 온전히 발휘할 수 있는 소자를 뜻한다. 이와 같은 소자가 구현된다면, 의복이나 자동차 유리 등 임의의 곡면 위에 전자소자를 직접 부착할 수 있어 플렉서블 디스플레이, 착용식 컴퓨터, 센서스킨 등 무기물 중심의 재료에서는 생각하기 어려웠던 응용이 가능하다. 또한 플라스틱이나 고무 등의 기판 위에 소자를 제작할 수 있으므로, 더욱 가볍고 깨질 위험이 적은 전자소자를 제공할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
특히 유연성 전자소자의 구현에 있어서 핵심적인 요소가 바로 각 구성 부품을 고전도성의 채널로 연결시켜 줄 수 있는 유연성 배선재료의 개발이다. 이와 같이 유연성을 가지는 전도성 소재를 구현하고자 다양한 연구들이 진행 중에 있다. 예를 들어 2008년 동경대의 다까오 소메야(Takao Someya) 등은 약40%의 인장 변형이 주어진 상황에서도 최대 80 S/cm의 높은 전도도를 나타내는 탄소나노튜브/고분자 복합체를 개발하였으며, 2009년에 발표한 연구결과에서는 혼합하는 공정방식을 개선시켜, 안정적인 전도성 범위가 나타나는 변형율 구간을 60%로 향상시켰으며 실제 OLED의 배선재료로 적용한 결과를 보여주었다. 그러나, 이와 같이 높은 전도도를 구현하기 위해서는, 약 15 wt% 이상의 고함량의 탄소나노튜브를 필요로 하기 때문에 공정 단가가 높으며, 무작위 방식으로 혼합하여 전도성 채널을 형성하는 방식이므로 효율성이 떨어지고 투명성을 보장할 수 없어, 그 응용범위 역시 제한적이라 할 수 있다.
본 발명에서는 높은 인장 변형하에서도 안정적인 저항 변화율을 갖는 전도성 복합체 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 네마틱 구조를 갖는 판상 나노입자 구조체; 및
상기 나노입자 구조체의 기공내에 침투된 고분자;
를 포함하는 전도성 복합체가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 나노입자 구조체는 환원그래핀옥사이드 구조체일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 판상 나노입자 분산액을 기판 위에 코팅하는 단계;
상기 코팅된 판상 나노입자 분산액을 동결건조시켜 네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체를 얻는 단계; 및
상기 나노입자 구조체의 기공내에 고분자를 침투시키는 단계를 포함하는 전도성 복합체의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 판상 나노입자는 그래핀옥사이드일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 인장 변형시에도 안정한 저항 변화율을 가진 전도성 복합체를 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 유연성 전자소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 SEM 사진이다. 도 2a는 상기 구조체의 단면 사진이며, 도 2b는 상기 구조체의 평면 사진이다.
도 3은 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 N2 가스를 흡착/탈착시켰을 때 나타나는 상대압력과 흡착량의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 비표면적 및 평균 기공 직경을 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 전도성 복합체의 단면의 SEM사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1 및 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 전도성 복합체의 인장변형에 따른 저항 변화거동을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 전도성 복합체의 반복적인 인장과 수축에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전도성 복합체는 네마틱 구조를 갖는 판상 나노입자 구조체; 및 상기 나노입자 구조체의 기공내에 침투된 고분자;를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 높은 인장변형 하에서도 안정적인 저항 변화율을 가져 유연성 전자소자 구현의 핵심소재인 유연 배선재료로 활용될 수 있다. 또한, 인장변형 하에서 투명성은 확보하면서도 안정적인 전도성 통로를 유지할 수 있는 전도성 복합체를 제공할 수 있다.
본 발명에서 "네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체"라 함은 판상의 나노입자가 정렬되어 네마틱 구조를 이루어 서로 연결되어 있고, 그 구조체 내부에 다수의 기공을 가진 것을 의미한다.
상기 나노입자 구조체는 환원그래핀옥사이드 구조체일 수 있다. 또한 상기 나노입자 구조체는 금, 은, 백금 등의 판상의 금속 나노 입자 및 그래핀과 같은 판상의 나노 카본 입자 중에서 선택된 1종의 나노입자 구조체일 수 있다. 즉, 상기 나노입자 구조체는 전도성이 있고, 네마틱 구조를 가지며, 구조체 내부에 기공을 가지면 제한없이 사용가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체의 기공내에 고분자가 침투되어, 별도의 기판없이 그 자체로 필름으로 존재할 수 있으므로, 유연성 전자소자 구현에 적합하며 또한 투명성이 뛰어나 플렉서블 디스플레이를 비롯한 여러 분야에서 광범위하게 사용될 수 있다.
상기 나노입자 구조체는 비표면적이 20 내지 400 m2/g일 수 있다. 비표면적이 상기 범위내에 드는 경우 인장에 따른 안정적인 저항값을 유지 할 수 있다.
상기 고분자는 탄성 고분자, 플라스틱 고분자 또는 엔지니어링 플라스틱일 수 있다. 탄성 고분자일 경우 전도성 복합체에 인장 변형이 가해지더라도 우수한 저항 유지율을 나타낼 수 있다.
상기 탄성 고분자의 예로는 폴리우레탄, 실리콘 고무, 폴리디메틸실록산(PDMS), 불소화계 탄성체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리아크릴계 고무를 들 수 있다.
상기 고분자는 1 내지 50부피%의 양으로 상기 전도성 복합체에 포함될 수 있다. 상기 범위내에 드는 경우 프리-스탠딩(free-standing)한 필름으로 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 두께가 1 내지 100 ㎛, 예를 들어, 30 내지 100 ㎛인 필름 형태일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 기존의 전도성 나노입자가 고분자 매트릭스에 무질서하게 분산된 복합체와는 달리 네마틱 구조로 정렬된 전도성 나노입자 구조체의 기공내에 고분자가 침투된 상태여서, 외부에서 인장 력이 가해지더라도 전도성 나노입자가 정렬된 상태를 그대로 유지하여 인장변형 전후의 저항유지율이 뛰어나, 유연성 전자소자에 활용하기가 용이하고 특히 유연성 배선재료로 유용하다.
본 발명의 일 측면에 따른 전도성 복합체는 판상 나노입자 분산액을 기판 위에 코팅하는 단계; 상기 코팅된 나노입자 분산액을 동결건조시켜 네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체를 얻는 단계; 및 상기 나노입자 구조체의 기공내에 고분자를 침투시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 판상 나노입자는 전도성 나노입자 또는 그래핀옥사이드일 수 있다. 전도성 나노입자로는 금, 은, 백금 등의 판상의 금속 나노 입자 및 그래핀과 같은 판상의 나노카본입자 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있다. 상기 판상 나노입자는 평균 직경이 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 판상 나노입자가 그래핀옥사이드일 경우, 상기 나노입자 구조체에 고분자를 침투시키는 단계 이전에 환원 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체의 제조 공정의 흐름도로서, 상기 판상 나노입자가 그래핀옥사이드인 경우이다. 즉, 그래핀옥사이드 분산액 코팅 단계(S1), 동결건조 단계(S2), 그래핀옥사이드 환원 단계(S3) 및 고분자 침투 단계(S4)로 나눌 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 판상 나노입자 분산액은 상기 판상 나노입자를 용매에 분산시켜 제조될 수 있다. 상기 판상 나노입자 분산액은 1 내지 20 mg/ml의 농도일 수 있다.
그래핀옥사이드 분산액은 그래핀옥사이드를 극성 용매에 분산시켜 제조될 수 있다. 극성 용매로는 물, DMF, DMSO 또는 EtOH를 들 수 있다. 이 때 그래핀옥사이드 분산액중 그래핀옥사이드는 1 내지 20 mg/ml의 농도로 포함될 수 있다. 그래핀옥사이드는 용액상에서 액정성을 띠게 되며, 특정 농도 이상이 되면 동결 건조시 네마틱 구조를 나타낸다. 그래핀옥사이드 분산액이 상기 농도 범위내에 드는 경우 네마틱 구조를 보이면서 효율적인 전도성 네트워크를 형성 할 수 있다.
또한 그래핀옥사이드의 평균 직경은 2 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 범위내에 드는 경우 7 mg/ml 이하의 농도에서 네마틱한 형상을 얻을 수 있다.
상기 코팅된 나노입자 분산액을 동결건조시키는 단계 이전에 상기 코팅된 나노입자 분산액을 급속 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 액체 질소를 이용해 급격하게 냉각시킬 수 있다. 급속 냉각을 통하여 더 효율적으로 다공성의 구조체를 만들 수 있다.
상기 동결건조 후 네마틱 구조를 가지고 내부에 기공이 형성된 나노입자 구조체를 얻게 된다.
동결건조 조건은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 -30 내지 -70 ℃의 온도에서 6시간 내지 24 시간동안 진공 건조하는 방법으로 행해질 수 있다.
상기 나노입자 구조체의 기공내에 고분자를 침투시키는 단계는 나노입자 구조체를 고분자 용액으로 함침시킨 다음 건조시키거나, 나노입자 구조체에 고분자 전구체를 도포한 다음 경화시켜 행해질 수 있다. 상기 고분자 용액은 고분자를 유기 용매에 용해시켜 제조할 수 있다. 상기 고분자 전구체는 초기에는 점도가 높은 액체(또는 전구체) 상태였다가 열, UV 등의 조건이 가해질 경우 경화되어 고체화되는 고분자라면 어떠한 물질을 사용하여도 무방하다. 상기 고분자는 탄성고분자, 유연고분자 또는 엔지니어링 플라스틱 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 탄성고분자로는 폴리우레탄, 실리콘 고무, PDMS, 불소화계 탄성체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리아크릴 고무 등이 있다.
상기 고분자 전구체로는 예를 들어 PDMS 프리폴리머, 폴리우레탄 프리폴리머 및 아크릴레이트계 모노머 중에서 선택한 1종 이상일 수 있다.
상기 고분자 용액 또는 고분자 전구체는 상기 나노입자 구조체의 기공내에 침투할 수 있는 정도의 양의 고분자를 제공하는 양으로 사용될 수 있다.
상기 판상 나노입자가 그래핀옥사이드인 경우 상기 나노입자 구조체에 고분자를 침투시키는 단계 이전에 환원 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 나노입자 구조체가 그래핀옥사이드인 경우 예를 들어 환원제를 사용하는 화학적 환원 방법으로 환원되어 환원그래핀옥사이드가 될 수 있다. 상기 환원제로는 히드라진, 요오드화수소(HI) 또는 아스코르브산(ascorbic acid) 등을 사용할 수 있으며, 그래핀옥사이드를 환원하는데 사용되는 일반적인 방법으로 환원할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 상기 고분자가 침투된 나노입자 구조체를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 더 포함함으로써 기판없이 별개로 사용할 수 있는 전도성 복합체 필름을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전도성 복합체를 포함하는 유연성 전자소자가 제공된다. 상기 유연성 전자소자의 예로는 신축가능한 OLED, 센서 또는 디스플레이를 들 수 있다. 특히 유연성 배선재료로 사용될 수 있다.
즉 본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 인장에 대해 매우 안정적인 구조를 가지고 있어 70% 정도의 매우 높은 변형율 하에서도 낮은 저항 변화를 보이며, 이는 유연성 전자소자의 안정적인 성능을 발휘하는 배선재료로 사용될 수 있음을 의미한다. 또한 본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 나노입자 구조체는 높은 비표면적을 가지고 있어, 수퍼커패시터 등 높은 비표면적과 우수한 전도성을 동시에 만족시켜야 하는 분야에도 응용이 가능하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
제조예 1 내지 제조예 4
환원그래핀옥사이드 구조체의 제조
Hummer's method로 제조한 그래핀옥사이드 분말(평균 직경 약 2.53㎛)을 증류수에 첨가한 다음 충분히 교반하여 각각 1, 3, 5 및 7 mg/ml(각각 제조예 1 내지 제조예 4에 해당함)의 농도를 갖는 분산액을 제조하였다. 준비된 유리 기판(크기: 5 x 5 cm) 위에 적당량의 그래핀옥사이드 분산액을 뿌린 다음 바-코팅방법을 이용하여 일정한 두께(약 70㎛)의 필름을 형성하였다. 코팅 직후 그래핀옥사이드가 코팅된 유리 기판을 액체 질소 온도 정도로 냉각된 기판 위에 올려 놓아 급속 냉각시켰다. 충분히 냉각된 후 동결 건조기(모델명: FD-100 제조사명: 선일아일라)에 넣고 -50℃에서 약 하루 정도 동결건조시켰다.
상기에서 얻은 동결건조된 그래핀옥사이드와 히드라진(사용량 0.5 ml)을 밀폐된 용기에 넣고, 200℃의 온도에서 12시간 동안 증기처리하여 환원그래핀옥사이드를 얻었다.
사용한 그래핀옥사이드 분산액의 농도에 따른 상기 제조한 환원그래핀옥사이드의 구조를 살펴보기 위해 SEM으로 관찰하였다.
도 2는 상기 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 SEM 사진이다. 도 2a는 상기 구조체 단면의 SEM 사진이고, 도 2b는 상기 구조체 평면의 SEM 사진이다.
도 2a에서 보듯이, 제조예 1과 제조예 2의 환원그래핀옥사이드 구조체의 단면 SEM 사진에서는 환원그래핀옥사이드가 아직까지는 무질서하게 배치되어 있음을 확인할 수 있고, 제조예 3 및 제조예 4의 환원그래핀옥사이드 구조체의 단면 SEM 사진에서는 환원그래핀옥사이드가 네마틱 구조를 갖는 것을 볼 수 있다. 도 2b에서 보듯이, 제조예 1과 제조예 2의 환원그래핀옥사이드 구조체의 평면 SEM 사진에서는 환원그래핀옥사이드가 바코팅에 의해 정렬되어 있음을 확인할 수 있고, 제조예 3 및 제조예 4의 환원그래핀옥사이드 구조체의 평면 SEM 사진에서는 환원그래핀옥사이드가 네마틱 구조를 가지기 때문에 정렬된 구조를 갖는 것을 볼 수 있다.
상기 제조예 3 및 4에서 얻은 환원그래핀옥사이드 구조체의 비표면적과 기공의 지름을 측정하기 위해 BET법을 시행하였다(모델명: BELsorp-max, 제조사명: BEL Japan). 먼저 액체 질소를 이용하여 77K의 등온상태를 유지하였고, 흡착가스는 질소를 사용하였다. 흡착과 탈착을 1회 반복하였으며, 포화 증기압(101.7kPa)의 값을 1이라고 놓았을 때, 0.01~0.99 범위의 상대압력 하에서 흡착/탈착 되는 가스의 양을 측정하였다.
도 3은 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 N2 가스를 흡착/탈착시켰을 때 나타나는 상대압력과 흡착량의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 상기 도 3을 통해 계산된 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체의 비표면적과 기공의 평균직경을 나타낸 그래프이다.
도 3에서 보듯이, 상대압력에 따른 N2가스의 흡착량을 비교해본 결과, 타입 IV 형태의 곡선을 보이고 있으며, 이는 대체적으로 마크로포러스 (50nm 이상) 기공과 함께 메조포러스 (2nm 이상 50nm 이하) 기공도 함께 존재하는 형태임을 유추해 볼 수 있다.
도 4에서 보듯이, 제조예 1에서 제조한 구조체의 경우 비표면적값이 최대 140m2/g의 값을 보여주었으며, 그래핀옥사이드 분산액의 농도가 증가함에 따라 비표면적이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 기공의 평균 직경은 제조예 1의 경우 22nm 정도의 값을 보이다가 농도가 증가함에 따라 점점 감소하여 약 11nm 정도까지(제조예 4) 떨어지는 것을 관찰하였다.
비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1과 실시예 2
PDMS 전구체(Sylgard 184 prepolymer)와 경화제(Sylgard 184 curing agent) 를 10:1의 무게비로 혼합한 후, 상기 제조예 1 내지 제조예 4에서 제조한 환원그래핀옥사이드 구조체 위에 각각 환원그래핀옥사이드 필름의 표면을 완전히 덮을 정도로 부었다. 경화시키기 전 상온의 진공오븐에서 약 2시간 정도 두어 공기 방울을 충분히 제거시킨 후, 진공오븐의 온도를 60℃로 올리고 12시간 동안 경화시켜 최종적으로 전도성 복합체(각각 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 2에 해당함)를 얻었다.
도 5는 본 발명의 비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 전도성 복합체의 단면의 SEM사진이다. 도 5에서 보듯이, 환원그래핀옥사이드 구조체가 네마틱 구조를 가지는 경우, 고분자와 복합체를 형성한 후에도 정렬된 상태를 그대로 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
인장 변형에 따른 저항 변화율 측정
상기 실시예 1에서 제조한 전도성 복합체를 유리 기판에서 제거한 다음 LED 전구와 건전지 부분을 연결하는 배선재료로 사용하여 회로를 설계하였다. 여기에 전구를 연결하고 전원을 공급하였을 때 불이 켜짐을 확인하였다. 그런 다음 약 30%의 인장을 가한 상태에서 전원을 연결하였는 바, 여전히 전구에 불이 들어오는 것을 관찰하였다. 상기 결과로부터 인장상태에서도 네마틱 구조의 배열을 그대로 유지하여 우수한 전기 전도성을 유지함을 확인할 수 있다.
상기 비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1과 실시예 2에서 얻은 전도성 복합체에 0 내지 100%의 변형율하에서 저항 변화를 일정전위기(potentiostat)로 측정하였다. 전압을 -0.5V에서 0.5V까지 선형(linear)으로 증가시킬 때 그 전류의 변화를 살펴보았으며, 얻어진 전압-전류 곡선의 기울기를 통해 재료의 저항값을 구하였다.
도 6은 비교예 2 및 실시예 1과 실시예 2에서 얻은 전도성 복합체의 인장 변형에 따른 저항 변화율을 측정한 그래프이다. 도 6에서 보듯이, 그래핀옥사이드 분산액의 농도에 따라 상이한 저항 변화 양상이 나타남을 확인하였다. 즉, 네마틱 상이 나타나기 전의 농도인 비교예 2의 경우 초기 인장시 매우 높은 저항 변화가 나타나다가 60% 이상의 변형율(strain)이 주어질 경우 일정한 저항을 유지하는 형상을 보여주었다. 네마틱상이 나타나는 실시예 1 및 실시예 2의 경우 인장에 따른 저항변화가 0이 되는 구간이 더 낮은 변형에서 나타났으며, 계단 형태로 저항이 변화하는 양상 역시 보여주었다. 이는 면방향으로 정렬된 그래핀이 특정 변형율 구간에서는 전도성 통로를 유지하다 갑자기 연결이 끊어지는 현상으로 인해 나타나는 특성으로 보인다.
실시예 2의 전도성 복합체에 70%의 변형율을 가져오는 인장을 수 회 반복적으로 주었을 경우 저항 변화를 살펴보았으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7은 실시예 2의 전도성 복합체에 인장과 수축이 반복될 경우 나타나는 저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 보듯이, 실시예 2의 전도성 복합체의 경우 50회의 인장/수축이 반복되었음에도 불구하고, 원래의 크기로 회복되었을 시에는 초기의 저항 값을 그대로 유지하였고, 인장 시에도 초기에 비해 약 3.8배 정도 증가되는 거의 유사한 증가율을 보였다. 이로부터 본 발명의 일 구현예에 따른 전도성 복합체는 유연성 전자소자에 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (22)

  1. 네마틱 구조를 갖는 환원그래핀옥사이드 판상 구조체; 및
    상기 환원그래핀옥사이드 판상 구조체의 기공내에 침투된 고분자;
    를 포함하는 전도성 복합체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환원그래핀옥사이드 판상 구조체의 비표면적이 20 내지 400 m2/g인 전도성 복합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 1 내지 50 부피%의 양으로 포함되는 전도성 복합체.
  5. 제1항에 있어서,
    두께가 1㎛ 내지 100 ㎛인 필름 형태인 전도성 복합체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 탄성 고분자, 플라스틱 고분자 및 엔지니어링 플라스틱 중에서 선택된 1종 이상인 전도성 복합체.
  7. 판상 나노입자 분산액을 기판 위에 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 나노입자 분산액을 동결건조시켜 네마틱 구조를 갖는 나노입자 구조체를 얻는 단계; 및
    상기 나노입자 구조체의 기공내에 고분자를 침투시키는 단계를 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판상 나노입자가 그래핀옥사이드인 전도성 복합체의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 판상 나노입자가 전도성 나노입자인 전도성 복합체의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 나노입자 구조체에 고분자를 침투시키는 단계 이전에 환원 단계를 더 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 판상 나노입자 분산액은 상기 판상 나노입자를 용매에 분산시켜 제조되는 전도성 복합체의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 코팅된 분산액을 동결건조시키는 단계 이전에 상기 코팅된 분산액을 급속 냉각시키는 단계를 더 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 판상 나노입자는 평균 직경이 100 nm 내지 50 ㎛인 전도성 복합체의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 판상 나노입자 분산액은 1 내지 20 mg/ml의 농도인 전도성 복합체의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 동결건조된 나노입자 구조체는 환원제로 환원되는 전도성 복합체의 제조방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 나노입자 구조체의 기공내에 고분자를 침투시키는 단계는 고분자 용액으로 함침시킨 다음 건조시키거나, 고분자 전구체를 도포한 다음 경화시켜 행해지는 전도성 복합체의 제조방법.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 고분자가 침투된 나노입자 구조체를 기판으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 탄성 고분자, 플라스틱 고분자 및 엔지니어링 플라스틱 중에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 고분자 전구체는 PDMS 프리폴리머, 폴리우레탄 프리폴리머 및 아크릴레이트계 모노머 중에서 선택된 1종 이상의 전구체를 포함하는 전도성 복합체의 제조방법.
  20. 제7항에 있어서,
    상기 고분자는 1 내지 50 부피%의 양으로 침투되는 전도성 복합체의 제조방법.
  21. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전도성 복합체를 포함하는 유연성 전자소자.
  22. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전도성 복합체를 포함하는 유연성 배선재료.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101578907B1 (ko) 2015-02-17 2015-12-18 고려대학교 산학협력단 스트레쳐블 전도체 제조방법
KR101963380B1 (ko) * 2017-09-20 2019-03-28 포항공과대학교 산학협력단 전도성 복합체 및 그의 제조방법
WO2022211284A1 (ko) * 2021-03-31 2022-10-06 삼성전자 주식회사 전자 장치의 방열 시트 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009524567A (ja) * 2005-11-21 2009-07-02 ナノシス・インコーポレイテッド 炭素を含むナノワイヤ構造
KR101160909B1 (ko) * 2011-01-26 2012-06-29 성균관대학교산학협력단 환원 그래핀 옥사이드와 탄소나노튜브로 구성된 전도성 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전도성 박막을 포함하는 투명전극
KR20120093458A (ko) * 2010-12-29 2012-08-23 금호석유화학 주식회사 수직 배향된 번들 구조를 지닌 고전도성 탄소나노튜브 및 이를 이용한 고전도성 고분자 나노복합재 조성물
KR20130093762A (ko) * 2011-12-28 2013-08-23 한국전기연구원 그래핀을 포함하는 도전성 접착제 및 이를 이용한 수퍼커패시터

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009524567A (ja) * 2005-11-21 2009-07-02 ナノシス・インコーポレイテッド 炭素を含むナノワイヤ構造
KR20120093458A (ko) * 2010-12-29 2012-08-23 금호석유화학 주식회사 수직 배향된 번들 구조를 지닌 고전도성 탄소나노튜브 및 이를 이용한 고전도성 고분자 나노복합재 조성물
KR101160909B1 (ko) * 2011-01-26 2012-06-29 성균관대학교산학협력단 환원 그래핀 옥사이드와 탄소나노튜브로 구성된 전도성 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전도성 박막을 포함하는 투명전극
KR20130093762A (ko) * 2011-12-28 2013-08-23 한국전기연구원 그래핀을 포함하는 도전성 접착제 및 이를 이용한 수퍼커패시터

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101578907B1 (ko) 2015-02-17 2015-12-18 고려대학교 산학협력단 스트레쳐블 전도체 제조방법
KR101963380B1 (ko) * 2017-09-20 2019-03-28 포항공과대학교 산학협력단 전도성 복합체 및 그의 제조방법
WO2022211284A1 (ko) * 2021-03-31 2022-10-06 삼성전자 주식회사 전자 장치의 방열 시트 및 그 제조 방법

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