KR101664457B1 - An apparatus for preparing suspension of nano-structures and a method for preparing suspension of nano-structures - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 대량 생산에 적합하고 생산 시간을 절감할 수 있는 나노구조체 분산액의 제조장치, 및 이를 이용한 나노구조체 분산액의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 나노구조체 분산액 제조장치는 몸체와 덮개를 포함하는 분산 조 및 분산 조 내에 위치하고 버블 발생부 및 초음파 혼이 장착되고 상하로 이동 가능한 초음파 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 분산 장치를 사용하면 분산안정성이 우수한 분산액을 얻을 수 있으며, 또한 분산에 소요되는 시간이 적으므로 생산성이 향상될 수 있다.The present invention relates to an apparatus for producing a nanostructure dispersion which is suitable for mass production and can reduce production time, and a method for producing a nanostructure dispersion using the same. An apparatus for producing a nanostructure dispersion according to the present invention includes a dispersion vessel including a body and a lid, and an ultrasonic head mounted in the dispersion vessel and equipped with a bubble generator and an ultrasonic horn. Use of the dispersing apparatus according to the present invention can provide a dispersion having excellent dispersion stability, and it can also improve the productivity because it takes less time to disperse.

Description

나노구조체 분산액의 제조장치 및 이를 이용한 나노구조체 분산액의 제조방법{AN APPARATUS FOR PREPARING SUSPENSION OF NANO-STRUCTURES AND A METHOD FOR PREPARING SUSPENSION OF NANO-STRUCTURES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus for manufacturing a nanostructure dispersion, and a method for manufacturing the nanostructure dispersion using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 나노구조체 분산액의 제조장치 및 이를 이용한 나노구조체 분산액의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 대량 생산에 적합하고 생산 시간을 절감할 수 있는 나노구조체 분산액의 제조장치 및 이를 이용한 나노구조체 분산액의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing a nanostructure dispersion and a method for producing a nanostructure dispersion using the same. More particularly, the present invention relates to a manufacturing apparatus for a nanostructure dispersion which is suitable for mass production and can reduce production time, and a method for manufacturing a nanostructure dispersion using the same.

고분자 매트릭스에 탄소나노튜브가 분산된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 전처리 단계에서, 탄소나노튜브가 고분자 매트릭스에 고르게 분산된 분산액을 제조하는 것이 선행되어야 하는데, 이러한 전처리 기술로서 초음파를 이용하여 분산액을 제조하는 것이 일반적이다.In preparation of a polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are dispersed in a polymer matrix, it is necessary to prepare a dispersion in which carbon nanotubes are evenly dispersed in a polymer matrix. As such a pretreatment technique, . ≪ / RTI >

일반적으로 초음파 분산은 초음파 진동자로 초음파를 발생시키고, 부스터와혼(horn)을 이용하여 발생된 초음파의 진폭을 증폭시키고, 초음파 발진기를 이용하여 이를 구동시킨다. 초음파 진동자는 역압전 효과(inverse piezoelectric effect) 현상을 이용하여 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하는 압전 세라믹스를 이용한다.In general, ultrasonic dispersion generates ultrasonic waves by an ultrasonic vibrator, amplifies the amplitude of the ultrasonic waves generated by using a booster and a horn, and drives the ultrasonic waves by using an ultrasonic oscillator. Ultrasonic vibrators use piezoelectric ceramics that convert electric energy into vibrational energy using an inverse piezoelectric effect phenomenon.

초음파 분산은 발생된 초음파를 분산 전 수용액 속에 조사시 발생하는 공동화 기포(cavitational bubbles)에 의해서 이루어진다. 수용액 속에 초음파 공동화(ultrasonic cavitation)현상의 메커니즘은 버블 핵의 생성, 버블(bubble)의 성장, 및 충분히 성장한 버블의 폭발적 파열 등의 3단계로 이루어진다. 고온, 고압의 버블이 소멸할 때에 충격파가 발생하는데, 이로 인하여 고분자 매트릭스 중에서 탄소나노튜브가 고르게 분산될 수 있다.Ultrasonic dispersion is generated by cavitational bubbles generated when irradiating ultrasonic waves generated in the aqueous solution before dispersion. The mechanism of ultrasonic cavitation in aqueous solution consists of three steps: bubble nucleation, growth of bubble, and explosive rupture of fully grown bubble. Shockwaves are generated when bubbles of high temperature and high pressure disappear, so that carbon nanotubes can be evenly dispersed in the polymer matrix.

초음파 처리에는 배쓰(bath) 방식과 혼(horn) 방식이 있다. 혼 방식은 초음파 발생기로부터 발생한 초음파를 증폭시키는 혼과 초음파 처리 대상이 되는 용매를 직접 접촉시켜 용매에 초음파를 직접 가하는 방식을 말한다. 배쓰 방식은 초음파 처리 대상이 되는 용매에 초음파를 직접 가하지 않고 대상 용매 이외의 물과 같은 임의의 매질을 통하여 간접적으로 대상 용매에 초음파를 가하는 방식을 말한다.The ultrasonic treatment includes a bath method and a horn method. The horn method refers to a method of directly applying ultrasonic waves to a solvent by directly contacting a horn for amplifying ultrasonic waves generated from an ultrasonic generator with a solvent to be subjected to ultrasonic treatment. The bath method refers to a method in which ultrasonic waves are indirectly applied to a target solvent through an arbitrary medium such as water other than a target solvent without directly applying ultrasound to the solvent to be subjected to the ultrasonic treatment.

종래의 초음파 분산 장치를 사용하는 경우 분산에 3~7시간 소요되는 등 오랜 시간이 걸린다. 따라서 보다 짧은 시간에 분산을 완료할 수 있고, 분산안정성이 우수한 분산액을 제조할 수 있는 분산 장치에 대한 요구가 높다.When using a conventional ultrasonic dispersing apparatus, it takes a long time such as 3 to 7 hours for dispersing. Therefore, there is a high demand for a dispersion apparatus capable of completing dispersion in a shorter time and producing a dispersion having excellent dispersion stability.

1. 대한민국공개특허공보 제10-2009-0021056호1. Korean Patent Publication No. 10-2009-0021056 2. 대한민국공개특허공보 제10-2010-0051927호2. Korean Patent Publication No. 10-2010-0051927

본 발명은 짧은 시간 내에 분산안정성이 우수한 분산액을 제조하는 장치를 제공하고자 한다.The present invention aims to provide an apparatus for producing a dispersion liquid having excellent dispersion stability in a short time.

또한, 본 발명은 상기 장치를 이용하여 분산안정성이 우수한 분산액을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for producing a dispersion liquid having excellent dispersion stability using the above apparatus.

본 발명의 일 측면은, 몸체와 덮개를 포함하는 분산 조 및 분산 조 내에 위치하고 버블 발생부 및 초음파 혼이 장착되고 상하로 이동 가능한 초음파 헤드를 포함하는 나노구조체 분산 장치일 수 있다.One aspect of the present invention is a nanostructure dispersing apparatus including a dispersion tank including a body and a cover, and an ultrasonic head positioned within the dispersion tank and equipped with a bubble generating unit and an ultrasonic horn and movable up and down.

버블 발생부에서는 마이크로 버블이 발생될 수 있다.Microbubbles may be generated in the bubble generator.

버블 발생부는 단수이고, 초음파 혼은 복수이고, 복수의 초음파 혼은 버블 발생부를 중심으로 하여 배치될 수 있다.The bubble generating unit may be a single number, a plurality of ultrasonic horns may be arranged, and a plurality of ultrasonic horns may be arranged around the bubble generating unit.

나노구조체는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.The nanostructure may include carbon nanotubes.

본 발명의 다른 측면은, 상기 장치를 이용하여 나노구조체 분산액을 제조하는 방법으로서, 용매에 고분자 및 나노구조체를 혼합하는 단계, 이동 유닛을 상하로 반복적으로 이동시키면서 혼합물에 버블링 처리를 하여 분산액을 제조하는 단계 및 분산액을 원심 분리하는 단계를 포함하는 나노구조체 분산액의 제조방법일 수 있다.Another aspect of the present invention is a method for producing a nanostructure dispersion using the apparatus, comprising the steps of mixing a polymer and a nanostructure in a solvent, bubbling the mixture while repeatedly moving the mobile unit up and down, And a step of centrifugation of the dispersion.

버블링 처리와 함께 초음파 처리도 동시에 수행할 수 있다.Ultrasonic treatment can be performed simultaneously with the bubbling treatment.

용매로는, 물, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 톨루엔(toluene), 에탄올(ethanol), 엔메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 메탄올 (Methanol) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.Examples of the solvent include water, tetrahydrofuran, dimethylformamide, toluene, ethanol, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, methanol (Methanol), and combinations thereof.

고분자로는, 폴리아닐리노-N-부틸설포닉에시드(Poly anilino-N-ButylSulfonicacid), 폴리아닐리노-N-펜틸설포닉에시드 (Polyanilino-N-Pentylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-프로필설포닉에시드(Polyanilino-N-Propylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-설포닉에시드(PolyANILNO-N-sulfonicacid)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.Examples of the polymer include polyanilino-N-butylsulfonic acid, polyanilino-N-pentylsulfonic acid, polyanilino-N-propylsulfonic acid, At least one member selected from the group consisting of Polyanilino-N-Propylsulfonic acid, Polyanilino-N-sulfonic acid and Polyanilino-N-sulfonic acid may be used.

나노구조체로는 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.As the nanostructure, carbon nanotubes can be used.

버블링 처리는 마이크로 버블 처리일 수 있다.The bubbling process may be a micro bubble process.

본 발명에 따른 분산 장치를 사용하면 분산안정성이 우수한 분산액을 얻을 수 있다.By using the dispersing apparatus according to the present invention, a dispersion liquid having excellent dispersion stability can be obtained.

또한, 본 발명에 따른 장치를 사용하면 분산에 소요되는 시간이 적으므로 생산성이 향상될 수 있다.Further, when the apparatus according to the present invention is used, the time required for dispersion is short, and the productivity can be improved.

또한 본 발명에 따른 분산액을 이용하여 제조한 박막은 전기전도도가 우수하다.The thin film produced by using the dispersion according to the present invention is excellent in electrical conductivity.

또한, 본 발명에 따른 분산액을 이용하면 두께가 얇은 박막을 제조할 수 있다.Further, a thin film having a small thickness can be produced by using the dispersion according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일측면에 따른 분산 장치의 개략적인 수직 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 분산장치를 다수 사용하는 경우의 예시도이다.
도 4는 마이크로 버블 발생기와 초음파 혼의 배치를 나타낸 모식도이다.
도 5은 마이크로 버블 발생기 말단의 형상에 대한 변형도이다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 분산액 제조 공정의 흐름도이다.
도 7은 실시예의 분산액에 대한 원심분리 전후의 원자힘현미경(AFM) 사진이다(A: 원심분리 전, B: 원심분리 후).
도 8은 실시예 및 비교예의 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막에 대한 투과전자현미경(TEM) 사진이다(A: 비교예, B: 실시예).
도 9는 실시예 및 비교예의 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다(A: 비교예, B: 실시예).
도 10은 실시예 및 비교예의 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다(A: 비교예, B: 실시예).1 is a schematic vertical sectional view of a dispersing device according to an aspect of the present invention.
FIG. 2 and FIG. 3 are views showing examples of the case where a plurality of dispersing apparatuses according to the present invention are used.
4 is a schematic diagram showing the arrangement of a micro bubble generator and an ultrasonic horn.
5 is a modification of the shape of the end of the micro bubble generator.
6 is a flow diagram of a dispersion manufacturing process according to another aspect of the present invention.
7 is an atomic force microscope (AFM) photograph (A: before centrifugation, B: after centrifugation) before and after centrifugation of the dispersion of the example.
8 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the carbon nanotube-polymer composite thin films of Examples and Comparative Examples (A: Comparative Example, B: Examples).
9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the carbon nanotube-polymer composite thin film of Examples and Comparative Examples (A: Comparative Example, B: Example).
10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of cross sections of carbon nanotube-polymer composite thin films of Examples and Comparative Examples (A: Comparative Example, B: Examples).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

나노구조체를 분산시킴에 있어 고분자 매트릭스의 특성을 조절하여 분산성을 향상시키는 것도 중요하지만, 본 발명은 고분자 매트릭스에 관한 것인 아니라 분산을 촉진하고 분산액의 분산안정성을 향상시키기 위한 분산 장치에 관한 것이다.It is important to adjust the properties of the polymer matrix to improve the dispersibility in dispersing the nanostructure, but the present invention relates to a dispersion apparatus for promoting dispersion and improving dispersion stability of the dispersion, not regarding the polymer matrix .

도 1에는 본 발명에 따른 분산 장치의 단면도를 개략적으로 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면은, 몸체(10)와 덮개(20)를 포함하는 분산 조 및 분산 조 내에 위치하고 버블 발생부(40) 및 초음파 혼(50, 60)이 장착되고 상하로 이동 가능한 초음파 헤드(30)를 포함하는 나노구조체 분산 장치일 수 있다.FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a dispersing device according to the present invention. 1, an aspect of the present invention includes a bubble generator 40 and ultrasonic horns 50 and 60, which are disposed in a dispersion vessel and a dispersion vessel including a body 10 and a lid 20, And an ultrasonic head 30 capable of being moved to the nano-structure dispersing device.

상기 구성들을 모두 챔버(100) 내에 배치하여 일체형으로 구성할 수 있으며, 또한 외부로의 물질 유출로 인한 환경 오염을 방지하기 위하여 밀폐형으로 구성할 수 있다. 다만 챔버(10)의 하부에는 분산액을 저장하는 별도의 저장용기(90)를 추가로 구비할 수 있다. 챔버(10)를 다수 설치하여 동시에 운용하는 경우에는 생산성이 향상될 수 있다. 챔버(10)를 다수 설치한 경우를 도 2 및 도 3에 나타내었다. 도 2에는 각 챔버마다 분산액의 성분이 상이한 경우 그에 따라 각 저장용기(90)도 별도로 구비되어야 한다는 점을 보이고 있다. 도 3에는 각 챔버(10)의 분산액 성분이 동일한 경우인데 이 경우에는 하나의 저장용기(90)를 사용할 수 있어 상대적으로 구조 및 관리가 간단하다고 볼 수 있다.All of the above-described structures may be integrally formed by disposing them in the chamber 100, and they may be configured to be hermetically sealed to prevent environmental pollution due to outflow of substances to the outside. However, a separate storage vessel 90 for storing the dispersion liquid may be further provided in the lower portion of the chamber 10. When a plurality of chambers 10 are installed and operated at the same time, the productivity can be improved. The case where a plurality of chambers 10 are provided is shown in Figs. 2 and 3. Fig. FIG. 2 shows that when the components of the dispersion are different for each chamber, each storage container 90 must be separately provided. FIG. 3 shows a case where the dispersion components of the chambers 10 are the same. In this case, one storage container 90 can be used, which is relatively simple in structure and management.

분산 조의 몸체(10) 및 덮개(20)는 챔버(100) 내에 위치할 수 있다. 분산 조에서는 용매 또는 분산매, 나노구조체, 각종 첨가제 등을 투입되고, 초음파 분산 등을 통하여 분산 공정을 거친 후 분산액(71)이 제조된다. 분산 조 몸체(10)의 재질은 강화유리, 석영, SUS 등을 사용할 수 있다. 분산 조(10)의 하부에는 유출구(80)가 형성되어 있어 분산이 완료 후에는 분산액을 외부로 배출할 수 있으며, 분산액의 배출은 밸브를 이용하여 조절할 수 있다.The body 10 of the dispersing bath and the lid 20 may be located within the chamber 100. In the dispersion tank, a solvent or a dispersion medium, a nanostructure, various additives and the like are put into the dispersion tank, and after the dispersion process is performed through ultrasonic dispersion or the like, a dispersion liquid 71 is produced. The dispersion tank body 10 may be made of tempered glass, quartz, SUS, or the like. An outlet (80) is formed in the lower part of the dispersion tank (10). After the dispersion is completed, the dispersion can be discharged to the outside, and the discharge of the dispersion can be controlled by using a valve.

몸체(10) 및 덮개(20)로 이루어진 분산 조 내에는 상하로 이동 가능한 초음파 헤드(30)가 위치하고, 초음파 헤드(30)에는 버블 발생부(40) 및 초음파 혼(50, 60)이 장착될 수 있다.The bubble generator 40 and the ultrasonic horns 50 and 60 are mounted on the ultrasonic head 30 so that the ultrasonic head 30 can be moved up and down. .

초음파 헤드(30)에는 초음파 혼(horn)(50, 60)과 버블 발생부(40)를 구비할 수 있다. 이외에도 덮개(20)에는 분산매(또는 용매), 탄소나노튜브 등의 나노구조체, 고분자 및 기타 첨가제를 분산 조(20)에 투입할 수 있는 홀(미도시)을 구비할 수 있다.The ultrasonic head 30 may include ultrasonic horns 50 and 60 and a bubble generator 40. In addition, the lid 20 may include a hole (not shown) through which a dispersion medium (or a solvent), a nanostructure such as a carbon nanotube, a polymer, and other additives may be introduced into the dispersion tank 20.

초음파 헤드(30)는 샤프트(31)를 통하여 이동 플레이트(32)에 연결되며, 이동 플레이트(32)는 구동 부재(36)를 통하여 모터(35)와 연결될 수 있다. 초음파 헤드(30)는 모터(35)의 구동에 의하여 상하로 이동할 수 있다. 구동 수단으로서 모터(35)를 예시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 초음파 헤드(30)를 상하로 이동시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용할 수 있다. 모터(35)가 작동되면 이동 플레이트(32)는 가이드(33)를 따라 상하로 이동할 수 있으며, 샤프트(31)를 통하여 이동 플레이트(32)와 연결된 초음파 헤드(30)도 상하로 이동할 수 있다. 초음파 분산과 마이크로 버블링을 실시하는 과정에서 이들이 장착된 초음파 헤드(30)를 반복적으로 계속 상하로 움직임으로써 분산성을 더욱 향상시킬 수 있고 분산에 소요되는 시간도 절약할 수 있다. 초음파 헤드(30)는 일정 시간이 경과하면 아래로 이동하고, 또 일정 시간이 지나면 위로 이동할 수 있다.The ultrasonic head 30 is connected to the moving plate 32 through the shaft 31 and the moving plate 32 can be connected to the motor 35 via the driving member 36. [ The ultrasonic head 30 can move up and down by driving the motor 35. [ The motor 35 is exemplified as the driving means, but the present invention is not limited to this, and any motor that can move the ultrasonic head 30 up and down can be used. When the motor 35 is operated, the moving plate 32 can move up and down along the guide 33 and the ultrasonic head 30 connected to the moving plate 32 through the shaft 31 can also move up and down. In the course of performing ultrasonic dispersion and micro bubbling, the ultrasonic head 30 mounted thereon can be repeatedly moved upward and downward to further improve the dispersibility and time required for dispersion can be saved. The ultrasonic head 30 moves downward after a predetermined time elapses, and can move upward after a predetermined time.

초음파 헤드(30)의 중앙부에는 버블 발생부(40)가 위치하고, 복수의 초음파 혼(horn)(50, 60)이 버블 발생부(40) 주변에 위치하도록 배치할 수 있다. 복수의 초음파 혼(50, 60)은 서로 대칭되도록 배치하는 것이 바람직하다. 초음파 혼(50, 60)은 초음파 진동자(미도시)에 연결되어 있으며 초음파 진동자에서 발생한 초음파를 증폭시키는 역할을 한다. 초음파 혼(50, 60)에 의하여 증폭된 초음파로 인하여 분산액(또는 용매) 내에는 공동 현상(cavitation)이 발생하는데, 이러한 공동 현상은 버블 발생부(40)에서 발생된 버블과 만나 더욱 증폭되며, 또한 교반 효과까지 얻을 수 있다.The bubble generating unit 40 may be positioned at the center of the ultrasonic head 30 and the plurality of ultrasonic horns 50 and 60 may be disposed around the bubble generating unit 40. It is preferable that the plurality of ultrasonic horns 50 and 60 are arranged symmetrically with respect to each other. The ultrasonic horns 50 and 60 are connected to an ultrasonic vibrator (not shown) and amplify ultrasonic waves generated from the ultrasonic vibrator. Cavitation occurs in the dispersion liquid (or solvent) due to the ultrasonic waves amplified by the ultrasonic horns 50 and 60. This cavitation phenomenon is further amplified by the bubble generated in the bubble generator 40, Also, stirring effect can be obtained.

초음파 혼(50, 60)과 버블 발생부(40)의 말단은 분산액(70)에 잠겨 있어야 한다. 버블 발생부(40)의 말단은 초음파 혼(50, 60)의 말단보다 더 깊이 분산액(70)에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 즉 버블 발생부(40)의 말단이 더 낮은 위치에 존재하는 것이 바람직하다. 버블 발생부(40)에서 발생한 버블이 상승하면서 초음파 혼으로 인하여 발생한 공동 현상(cavitation)을 더욱 더 증폭시킬 수 있기 때문이다.The ends of the ultrasonic horns 50 and 60 and the bubble generator 40 must be immersed in the dispersion liquid 70. [ It is preferable that the distal end of the bubble generator 40 is immersed in the dispersion 70 more deeply than the ends of the ultrasonic horns 50 and 60. That is, the end of the bubble generator 40 is located at a lower position. The cavitation generated by the ultrasonic horn can be further amplified while the bubble generated by the bubble generator 40 rises.

버블 발생부(40)와 초음파 혼(50, 60)의 수평적 이격 거리는 버블이 상승하면서 공동이 만날 수 있는 정도이면 된다. 이는 버블 발생부(40)와 초음파 혼(50, 60)이 분산액(70)에 잠겨 있는 상대적인 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면 버블 발생부(40) 말단이 초음파 혼(50, 60) 보다 상대적으로 분산액(70)에 더 깊이 잠겨 있을수록 이격 거리는 더 커질 수 있고, 반대인 경우에는 이격 거리는 더 작아질 수 있다.The horizontal separation distance between the bubble generator 40 and the ultrasonic horns 50 and 60 may be as long as the bubble can rise and the cavity can meet. This may vary depending on the relative position where the bubble generator 40 and the ultrasonic horns 50 and 60 are immersed in the dispersion liquid 70. For example, the farther the distal end of the bubble generator 40 is immersed in the dispersion 70 relative to the ultrasonic horns 50 and 60, the larger the spacing distance can be, and in the opposite case the spacing distance can be smaller.

여기에서는 단수의 버블 발생부(40)와 복수의 초음파 혼(50, 60)을 사용하는 경우를 설명하고 있지만(도 4의 (B)), 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 버블 발생부(40)를 사용할 수도 있고, 또한 단수의 초음파 혼을 사용할 수도 있다. 버블 발생부(40)와 초음파 혼이 모두 단수인 경우에는 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이 배치하는 것이 바람직하다. 버블 발생부(40)와 초음파 혼(50, 60)이 모두 복수인 경우에는, 도 4의 (C)에 도시한 바와 같이, 교호적으로 번갈아 가며 배치하는 것이 바람직하며, 이렇게 하여 분산 효과를 극대화할 수 있다.Although the case of using a single number of bubble generating units 40 and a plurality of ultrasonic horns 50 and 60 is described here (FIG. 4B), the present invention is not limited to this, ), Or a single number of ultrasonic horns may be used. When both the bubble generator 40 and the ultrasonic horn are single, it is preferable to arrange them as shown in Fig. 4 (A). When the bubble generating unit 40 and the ultrasonic horns 50 and 60 are both plural, it is preferable to alternately arrange them alternately as shown in Fig. 4 (C) can do.

또한, 위에서는 버블 발생부(40)가 막대형인 경우를 설명하였지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 버블 발생부(40) 말단의 형상을 "T"자형으로 하여 마이크로 버블의 발생 위치를 초음파 혼의 바로 아래에 오도록 조절함으로써 공동 현상을 더욱더 증폭시킬 수도 있다(도 5 참조).In the above description, the case where the bubble generator 40 is of the bar type has been described. However, the present invention is not limited thereto and may have various shapes. For example, the shape of the distal end of the bubble generator 40 may be a " T "shape, and the generation position of the micro bubble may be adjusted to be directly below the ultrasonic horn to further amplify the cavitation (see FIG. 5).

또한, 위에서는 초음파 혼(horn) 및 버블 발생부(40)가 이동 유닛(30)에 대하여 수직으로 장착되는 경우를 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 일정한 각도를 가지도록 장착할 수도 있다.In the above description, the ultrasonic horn and the bubble generating unit 40 are mounted perpendicularly to the moving unit 30, but the present invention is not limited thereto and may be mounted with a certain angle.

분산 조(20)의 외벽에는 분산 조(20)의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 항온 장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이는 초음파 처리시 발생되는 열을 방출하여 분산 조(20)내부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 것이다. 항온 장치로는 분산 조의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없다. 분산 조(20)의 외벽에 열선 및 냉각기 등을 배치하여 분산 조의 온도를 일정하게 유지하는 방법도 있지만, 분산 조(20)의 외부에 또 하나의 항온 조(미도시)를 구비하여 항온 조 내의 매체를 이용하여 분산 조(20)의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 항온 조를 이용하는 방법이 온도를 일정하게 유지할 수 있기 때문이다. 항온 조에 있어서 매체의 유출구는 매체의 유입구보다 높은 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면 매체의 유입구는 분산 조의 하부에 대응되는 위치에 배치하고, 매체의 유출구는 분산 조의 상부에 대응되는 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 항온 조의 매체로는 물을 사용할 수 있으며, 여기에 부동액 등을 더 넣어 사용할 수도 있다.A thermostat (not shown) may be further provided on the outer wall of the dispersion tank 20 to maintain the temperature of the dispersion tank 20 constant. This is for keeping the temperature inside the dispersion tank 20 constant by emitting heat generated during the ultrasonic treatment. The thermostat is not particularly limited as long as the temperature of the dispersion tank can be kept constant. There is a method in which a heating wire and a cooler are disposed on the outer wall of the dispersion tank 20 to maintain the temperature of the dispersion tank at a constant temperature. However, there is another constant temperature tank (not shown) outside the dispersion tank 20, It is preferable to maintain the temperature of the dispersion tank 20 using a medium. This is because the method using a constant-temperature bath can keep the temperature constant. In the constant-temperature bath, the outlet of the medium is preferably located at a position higher than the inlet of the medium. For example, the inlet of the medium is preferably disposed at a position corresponding to the lower portion of the dispersion tank, and the outlet of the medium is preferably disposed at a position corresponding to the upper portion of the dispersion tank. Water may be used as the medium of the constant temperature bath, and an antifreeze or the like may be further added thereto.

버블 발생부에서는 마이크로 버블이 발생될 수 있다. 마이크로 버블이란 지름이 5㎛ 정도인 미세 기포로서 1㎲의 짧은 시간을 주기로 결합, 분열, 파열의 연쇄반응을 반복한다. 보통 눈으로 확인할 수 있는 기포의 크기는 2㎜ 정도인데 마이크로 버블은 육안으로 확인할 수 없다. 일반 기포는 수중에서 급속하게 상승하지만 마이크로 버블은 부력이 작기 때문에 1분에 약 3㎜ 정도 상승하여 장기간 수중에 체류할 수 있다. 마이크로 버블은 수중에서 나노사이즈의 버블 형태로 축소 소멸한다. 소멸시 내부 압력은 급격히 상승하고(이론적으로는 무한대), 소멸하면서 프리라디칼(free radical)을 발생시키며, 프리라디칼은 살균력 및 화학물질 분해 능력이 우수하다.Microbubbles may be generated in the bubble generator. The microbubbles are fine bubbles having a diameter of about 5 탆, and the chain reaction of bonding, cleavage and rupture is repeated with a short time of 1 을. The size of bubbles that can usually be seen by eyes is about 2 mm, but micro bubbles can not be visually confirmed. Normal bubbles rise rapidly in water, but micro bubbles rise by about 3 mm per minute because they have small buoyancy, so they can stay in water for a long time. The micro bubbles collapse and disappear in the form of nano-sized bubbles in water. At the time of extinction, the internal pressure rises sharply (theoretically, infinite) and disappears, generating free radicals, and free radicals have excellent sterilizing power and chemical decomposition ability.

여기에서는 마이크로 버블에 대하여 설명하고 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 본 발명에서는 지름이 나노미터 수준의 나노 버블, 지름이 마이크로 버블보다 큰 일반 버블도 포함할 수 있다. 이러한 버블은 공기, 질소 가스에 의한 가압에 의하여 발생되거나 또는 펌핑 순환하며 배관에 설치되어 있는 임펠러의 강제 순환에 의하여 발생할 수도 있다.Although the microbubbles are described herein, the present invention is not limited thereto. The present invention may include nanobubbles having diameters on the order of nanometers and general bubbles having diameters larger than microbubbles. Such bubbles may be generated by pressurization by air, nitrogen gas, or by forced circulation of the impeller installed in the piping, which is circulated by pumping.

마이크로 버블을 발생시키는 방법으로는 가압 용해 방식, 선회 방식 등이 있으며, 이들을 동시에 사용할 수도 있다. 가압용해 방식에 의하면, 고압으로 충분한 양의 기체를 수중에 용해시킨 후에 감압하여 과포화 조건을 만들면 기체가 물로부터 분리되어 마이크로 버블이 형성된다. 고압 다단 펌프를 사용하거나 미세홀을 통과하면서 마이크로 버블이 형성되기 때문에 에너지 효율이 낮으며 이물질 등에 의해 미세홀이 막힐 수 있다. 선회 방식은 액체에 소용돌이를 발생시켜 기압 차이로 기체를 흡입하도록 하고 소용돌이가 붕괴될 때 방출된 기포를 미세화하는 방식이다. 배관의 출구에 날개를 장착하여 선회류를 발생시키고 액체는 기포를 포함하고 와류가 붕괴될 때 마이크로 버블이 발생한다. 샤프트에 프로펠러를 장착하여 유체를 관 내에서 회전시켜 와류를 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 고압의 공기, 질소가 디퓨저를 통과하면서 마이크로 버블이 생성될 수 있고, 또는 수중에서 임펠라를고속 회전시키면 임펠러 날개와 물의 충돌에 의해 공동 현상이 일어나면서 마이크로 버블이 생성될 수도 있다.As a method of generating micro bubbles, there are a pressurization dissolution method, a swirl method, and the like, and they may be used at the same time. According to the pressure-and-dissolving method, when a sufficient amount of gas at high pressure is dissolved in water, and then the pressure is reduced to create supersaturation conditions, the gas is separated from the water to form microbubbles. Since the micro bubble is formed by using the high pressure multi-stage pump or passing through the fine holes, the energy efficiency is low and the fine holes may be clogged by the foreign materials. The swirl system generates a swirl in the liquid so as to inhale the gas with a difference in air pressure, and refines the bubbles released when the vortex collapses. A wing is installed at the outlet of the pipe to generate a swirl flow, and the liquid contains bubbles and microbubbles are generated when the vortex collapses. A propeller may be mounted on the shaft to rotate the fluid in the tube to generate a vortex. For example, microbubbles can be generated while high-pressure air and nitrogen pass through the diffuser, or when the impeller is rotated at high speed in water, microbubbles may be generated as cavitation occurs due to impingement of water with impeller blades.

버블 발생부는 단수이고, 초음파 혼은 복수이고, 복수의 초음파 혼은 버블 발생부를 중심으로 하여 배치될 수 있다.The bubble generating unit may be a single number, a plurality of ultrasonic horns may be arranged, and a plurality of ultrasonic horns may be arranged around the bubble generating unit.

제조된 분산액(70)은 유출구(80)을 통하여 저장용기(90)에 저장할 수 있다. 유출구는 밸브를 통하여 조절할 수 있다.
The prepared dispersion 70 can be stored in the storage container 90 through the outlet 80. The outlet can be adjusted through a valve.

도 6에는 본 발명에 따라 분산안정성이 우수한 분산액을 제조하는 공정을 개략적으로 나타내었다. 도 6을 참조하여 제조 공정에 대하여 설명한다.FIG. 6 schematically shows a process for producing a dispersion liquid having excellent dispersion stability according to the present invention. The manufacturing process will be described with reference to FIG.

먼저, 도 1의 분산 장치에 용매, 고분자 및 나노구조체를 투입한다. 상기 물질들을 미리 믹서(homogenizer)를 사용하여 균질화한 후에 도 1의 분산 장치에 투입할 수도 있다.First, a solvent, a polymer, and a nanostructure are put into the dispersing apparatus of FIG. The materials may be homogenized in advance using a homogenizer and then introduced into the dispersing apparatus shown in Fig.

용매는 고분자를 용해할 수 있는 것이면 특별한 제한이 없다. 구체적으로 물, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 톨루엔(toluene), 에탄올(ethanol), 엔메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 메탄올 (Methanol) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 용매로 사용할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polymer. Specific examples of the solvent include water, tetrahydrofuran, dimethylformamide, toluene, ethanol, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, methanol ), And combinations thereof, may be used as a solvent.

고분자로는, 이에 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 폴리아닐리노-N-부틸설포닉에시드(Poly anilino-N-ButylSulfonicacid), 폴리아닐리노-N-펜틸설포닉에시드(Polyanilino-N-Pentylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-프로필설포닉에시드(Polyanilino-N-Propylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-설포닉에시드(PolyANILNO-N-sulfonicacid)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 제조하고자 하는 박막에 전기 전도도가 요구되면 전도성 고분자를 사용할 수 있으며, 그 외에 기계적 물성, 화학적 특성 등을 고려하여 적절한 고분자를 선택하여 사용할 수 있다.Examples of the polymer include, but are not limited to, polyanilino-N-butylsulfonic acid, polyanilino-N-pentylsulfonic acid, At least one selected from the group consisting of polyanilino-N-propylsulfonic acid, polyanilino-N-sulfonic acid and polyanilino-N-sulfonic acid may be used. When electrical conductivity is required for a thin film to be produced, a conductive polymer can be used, and a suitable polymer can be selected in consideration of mechanical properties and chemical characteristics.

나노구조체로는 탄소나노튜브, 나노입자, 나노로드 등을 사용할 수 있다. 나노구조체는 나노 스케일의 구조체를 의미하며, 나노구조체로는 제조하고자 하는 나노구조체-고분자 복합체에 요구되는 성능을 고려하여 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면 전기 전도도가 요구되는 경우에는 은 나노입자, 은 나노로드 등의 금속 나노구조체를 사용하거나 또는 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 특히 탄소나노튜브는 전기 전도도가 높고, 열적 안정성이 우수하고, 인장 강도가 크고, 복원성이 우수하기 때문에 다양한 분야에 사용되고 있다. 탄소나노튜브로는 다중벽탄소나노튜브(MWCNT), 단일벽탄소나노튜브(SWCNT) 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있으며, 비용을 고려하면 다중벽탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다.The nanostructures may include carbon nanotubes, nanoparticles, nanorods, and the like. The nanostructure refers to a nanoscale structure. As the nanostructure, an appropriate one can be selected in consideration of the performance required for the nanostructure-polymer complex to be produced. For example, when electrical conductivity is required, metal nanostructures such as silver nanoparticles and silver nanorods may be used, or carbon nanotubes may be used. In particular, carbon nanotubes are used in various fields because of their high electrical conductivity, excellent thermal stability, high tensile strength and excellent stability. As the carbon nanotubes, multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs), single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) or mixtures thereof can be used. For cost considerations, it is preferable to use multi-wall carbon nanotubes.

이외에도 물성을 조절하기 위하여 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 이러한 첨가제로는 SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), SDBS (Sodium dodecylbenzenesulfonate), Triton X-100, 에틸셀루로우즈(Ethylcellulose), 니트로셀루로우즈(Nitrocellulose)등을 사용할 수 있다.In addition, additives may be added to control physical properties. Examples of such additives include sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS), Triton X-100, ethylcellulose, nitrocellulose ) Can be used.

용매 100 중량부 대비 고분자 0.05~10 중량부 및 나노구조체 0.1~20 중량부 투입하는 것이 바람직하다. 각 성분의 비율이 상기 범위일 때 분산안정성이 우수하다.0.05 to 10 parts by weight of a polymer and 0.1 to 20 parts by weight of a nanostructure are preferably added to 100 parts by weight of the solvent. When the ratio of each component is in the above range, dispersion stability is excellent.

다음으로, 도 1에 도시된 분산 장치의 초음파 발생기 및 버블 발생부(40)를 작동시켜 고분자 매트릭스에 나노구조체가 분산된 분산액을 제조할 수 있다. 상기 분산 장치를 이용하여 초음파 처리와 마이크로 버블링을 동시에 수행하면서 또한 초음파 혼과 버블링 장치가 장착된 이동 유닛을 상하로 반복적으로 이동시키면서 분산을 실시한다는 점이 특징이다. 이동 유닛의 상하 이동은 각 공정 조건마다 상이할 수 있다. 이로 인하여 분산안정성이 우수한 분산액을 제조할 수 있다.Next, a dispersion in which the nanostructure is dispersed in the polymer matrix can be manufactured by operating the ultrasonic generator and the bubble generator 40 of the dispersing apparatus shown in FIG. The present invention is characterized in that the ultrasonic treatment and the micro bubbling are simultaneously performed using the dispersing device and the dispersing is performed while moving the mobile unit equipped with the ultrasonic horn and the bubbling device repeatedly up and down. The up and down movement of the mobile unit may be different for each process condition. As a result, a dispersion liquid having excellent dispersion stability can be produced.

초음파 분산 장치에서는 저주파수이면서 출력이 큰 초음파를 사용하는데 초음파는 100~4000W 의 출력과 20~28kHz의 주파수를 가지는 것을 사용할 수 있다. 버블 발생부(40)는 버블의 연속 공급과 다단 개폐 공급으로 버블 증폭 효과를 높이는 조건에서 작동시킬 수 있다. 이때, 항온 조도 함께 작동시켜 초음파 분산시 발생되는 열을 제거함으로써 분산 조의 온도가 일정하게 유지되도록 한다. 분산 조의 온도는 30~40℃로 유지하는 것이 바람직하며, 60℃를 넘지 않아야 한다. 초음파 처리와 마이크로 버블링을 동시에 적용하여 분산을 실시하였기 때문에 분산안정성이 우수한 분산액을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 분산액은 저장용기에 저장된다.In the ultrasonic dispersing apparatus, ultrasonic waves having a low frequency and high output are used. Ultrasonic waves having an output of 100 to 4000 W and a frequency of 20 to 28 kHz can be used. The bubble generator 40 can be operated under the condition that the bubble amplifying effect is enhanced by the continuous supply of the bubbles and the multi-stage opening and closing supply. At this time, a thermostat is also operated to remove the heat generated during the ultrasonic dispersion so that the temperature of the dispersion tank is kept constant. The temperature of the dispersion tank is preferably maintained at 30 to 40 ° C and should not exceed 60 ° C. Since the ultrasonic treatment and the micro bubbling are simultaneously carried out to carry out the dispersion, a dispersion liquid having excellent dispersion stability can be produced. The dispersion thus prepared is stored in a storage container.

다음으로, 상기 분산액을 원심분리함으로써 분산되지 않은 입자 등을 제거하여 최종 분산액을 얻을 수 있다. 원심분리는 초음파 분산시 고분자에 의해 표면이 개질되어 있지 않고 남아 침전되거나 부유되어 있는 탄소나노튜브 등의 나노구조체를 제거하기 위하여 실행한다.Next, the dispersion is centrifuged to remove undispersed particles and the like to obtain a final dispersion. The centrifugation is carried out in order to remove nanostructures such as carbon nanotubes which have not been modified by the polymer when the ultrasonic dispersion is carried out, and are not precipitated or floated.

추가적으로, 상기 분산액을 이용하여 기재 상에 도포한 후 건조하여 고분자-나노구조체 복합체 박막을 형성할 수 있다. 기재로는 석영, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET; Polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN; Polyethylenenaphathalate),폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌등의 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 기재를 에탄올로 세척한 후 UV 조사하여 표면 개질을 한 후에, 표면 개질된 기판 상에 분산액을 일정량을 코팅한 후 상온 대기압 하에서 24 시간 이상 자연 건조하여 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막을 형성할 수 있다. 분산액을 도포하는 방법으로는 딥코팅, 스프레이코팅, 스핀코팅, 스크린프린팅, 분무코팅, 롤코팅, 블레이드코팅, 그라비아코팅 또는 닥터블레이딩법을 사용할 수 있다.
In addition, the dispersion may be applied to a substrate and dried to form a polymer-nanostructure composite thin film. As the substrate, a plastic substrate such as quartz, glass, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, polystyrene, and polypropylene can be used. After the substrate is washed with ethanol, the surface is modified by UV irradiation, a certain amount of the dispersion is coated on the surface-modified substrate, and the substrate is naturally dried at room temperature under atmospheric pressure for 24 hours or more to form a carbon nanotube-polymer composite thin film . As a method of applying the dispersion, dip coating, spray coating, spin coating, screen printing, spray coating, roll coating, blade coating, gravure coating or doctor blading can be used.

이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the embodiments.

실시예Example

용매인 물 500ml에, 직접 제조한 폴리아닐린계 전도성 고분자 250㎎, 탄소나노튜브(제이오 사, 평균 직경 5~20㎛, 길이 1~10㎛) 500㎎을 투입한 후 교반하여 혼합 용액을 제조하였다. 혼합 용액을 분산액 제조 장치(도 1 참조)에 투입한 후 마이크로 버블 및 초음파 처리를 이동 유닛을 상하로 반복 시동하면서 10분 동안 실시한 후, 원심분리하여 최종적인 분산액을 얻었다. 도 7에는 원심분리 전후의 분산액을 AFM으로 표면조도를 분석하였다. (A: 원심분리 전, B: 원심분리 후). 도 7에서 AFM 3D 사진으로 비교하면, 원심분리 전에는 Ra(Roughness average) 24.644nm이었고, 원심분리 후에는 Ra값이 13.033nm이었다. 이는 박막의 평균 균일도가 원심분리를 통해서 감소되는 것을 확인할 수 있다. 분산액 제조 장치로는 마이크로 버블 발생기를 중심으로 혼(horn) 타입의 초음파 발생기 3개가 주변에 원형으로 배치된 구조를 가지는 것을 사용하였다. 혼의 직경은 2.5㎝이며, 초음파 발생기는 주파수20㎑, 출력 500W의 조건으로 작동시켰다.250 mg of the directly prepared polyaniline-based conductive polymer and 500 mg of carbon nanotubes (Zeosan, average diameter of 5 to 20 탆, length of 1 to 10 탆) were added to 500 ml of water, which was then stirred to prepare a mixed solution . The mixed solution was put into a dispersion producing apparatus (see FIG. 1), and microbubbles and ultrasonic treatment were carried out for 10 minutes while repeatedly starting the mobile unit up and down, and then centrifuged to obtain a final dispersion. In FIG. 7, the surface roughness of the dispersion before and after centrifugal separation was analyzed by AFM. (A: before centrifugation, B: after centrifugation). In comparison with the AFM 3D photograph in FIG. 7, the Ra (roughness average) before centrifugation was 24.644 nm, and the Ra value after centrifugation was 13.033 nm. It can be confirmed that the average uniformity of the thin film is reduced by centrifugation. As the dispersion producing apparatus, three ultrasonic generators of the horn type were arranged around the micro bubble generator in a circular shape. The diameter of the horn was 2.5 cm, and the ultrasonic generator was operated at a frequency of 20 kHz and an output of 500 W.

UV 조사로 표면이 개질된 유리 기판 상에, 상기 분산액을 200rpm으로 스핀 코팅한 후 상온 공기 중에서 24 시간 동안 자연 건조하여 전도성 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막을 형성하였다.
The dispersion was spin-coated on a glass substrate whose surface was modified by UV irradiation at 200 rpm, and then dried naturally in air at room temperature for 24 hours to form a conductive carbon nanotube-polymer composite thin film.

비교예Comparative Example

배스 타입과 혼 타입을 병행하여 초음파 분산만을 실시하고 마이크로 버블링을 실시하지 않은 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법에 따라 탄소나노튜브가 고분자 매트릭스에 분산된 분산액을 제조하고, 전도성 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막을 형성하였다.
A dispersion in which carbon nanotubes were dispersed in a polymer matrix was prepared in the same manner as in Example 1, except that ultrasonic dispersion was performed only in a combination of a bath type and a horn type, and microbubbing was not performed. Tube - polymer composite thin film.

평가evaluation

<분산액의 분산안정성><Dispersion Stability of Dispersion>

실시예 및 비교예의 박막을 투과전자현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8을 참조하면, 비교예의 경우 탄소나노튜브가 뭉쳐져 있는 반면, 실시예의 경우 탄소나노튜브가 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따라 제조한 분산액은 분산안정성이 우수함을 확인할 수 있다.
The thin films of Examples and Comparative Examples were observed with a transmission electron microscope, and the results are shown in Fig. Referring to FIG. 8, carbon nanotubes are clustered in the comparative example, while carbon nanotubes are well dispersed in the examples. From these results, it can be confirmed that the dispersion prepared according to the present invention has excellent dispersion stability.

<탄소나노튜브-고분자 복합체 박막의 미세 구조><Microstructure of Carbon Nanotube-Polymer Complex Thin Films>

실시예 및 비교예의 탄소나노튜브-고분자 복합체 박막에 대하여 주사전자현미경(SEM)으로 표면 및 단면을 관찰하고, 그 결과를 도 9 및 도 10에 각각 나타내었다(비교예: 도 9(A), 도 10(A), 실시예: 도 9(B), 도 10(B)). 도 9 및 도 10을 참조하면, 실시예의 경우 박막에서 탄소나노튜브의 밀도가 더 높고 또한 박막의 두께도 더 얇게 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
The carbon nanotube-polymer composite thin films of Examples and Comparative Examples were observed with a scanning electron microscope (SEM) on the surfaces and cross sections, and the results are shown in Figs. 9 and 10 (Comparative Examples: Figs. 9 (A) 10 (A), and examples: Figs. 9 (B) and 10 (B)). Referring to FIGS. 9 and 10, it can be seen that the carbon nanotubes can be formed to have a higher density and a thinner thickness in the thin film in the embodiment.

<탄소나노튜브-고분자 복합체 박막의 전기전도도><Electrical Conductivity of Carbon Nanotube-Polymer Complex Thin Films>

실시예 및 비교예의 박막에 대하여 에이아이티사(社)의 기기(SR1000N)를 사용하여 4 point probe 방식으로 전기전도도를 10회 측정하였다. 그 결과 실시예의 경우 60~120Ω 범위의 전기전도도를 나타내었고, 비교예의 경우 약 800Ω 이상의 전기전도도를 나타내었는바, 실시예에 따라 제조한 박막의 전기전도도가 현저하게 우수함을 확인할 수 있다. 이는 도 9 및 도 10에서 나타난 바와 같이 박막의 미세 구조의 차이에 기인하는 것으로 이해할 수 있다.
The electrical conductivities of the thin films of Examples and Comparative Examples were measured 10 times using a 4 point probe method using a device (SR1000N) manufactured by ACITAS. As a result, the electric conductivity in the range of 60 to 120? Was shown in the examples, and the electric conductivity was more than 800? In the comparative example. As a result, it can be confirmed that the electric conductivity of the thin film prepared according to the example is remarkably excellent. It can be understood that this is due to the difference in the microstructure of the thin film as shown in Figs. 9 and 10.

10 : 분산 조 몸체 20 : 헤드 캡
30: 이동 헤드 31 : 샤프트
32 : 이동 플레이트 33 : 가이드
34 : 모터 지지 플레이트 35 : 모터
36 : 구동부재 40 : 버블 발생부
50, 60 : 초음파 혼 70 : 분산 전 용액
71 : 분산액 80 : 유출구
90 : 분산액 저장용기 100 : 챔버10: Dispersion tank body 20: Head cap
30: moving head 31: shaft
32: moving plate 33: guide
34: motor support plate 35: motor
36: driving member 40: bubble generator
50, 60: ultrasonic horn 70: pre-dispersion solution
71: dispersion 80: outlet
90: dispersion liquid storage container 100: chamber

Claims (10)

밀폐형 챔버; 및
상기 밀폐형 챔버와 연통되고, 초음파 처리 및 버블링 처리된 분산액을 저장하는 분산액 저장용기;를 포함하는 나노구조체 분산 장치로서,
상기 밀폐형 챔버는,
모터 지지플레이트 상에 장착된 모터 구동부;
상기 모터 구동부와 연결되어, 상기 모터 구동부의 구동에 의하여 가이드를 따라 상하로 이동하는 이동 플레이트;
몸체와 덮개를 포함하고, 내부 공간에서 나노구조체의 초음파 처리 및 버블링 처리가 이루어지는 분산 조; 및
상기 분산 조 내에 위치하고, 샤프트를 통하여 상기 이동 플레이트에 연결되어 상기 모터 구동부의 구동에 의하여 상하로 이동하고, 버블 발생부 및 초음파 혼이 장착된 초음파 헤드;
를 포함하는 나노구조체 분산장치.Sealed chamber; And
And a dispersion liquid container communicating with the sealed chamber and storing a dispersion liquid subjected to ultrasonic treatment and bubbling,
In the closed chamber,
A motor driver mounted on the motor support plate;
A moving plate connected to the motor driving unit and moving up and down along a guide by driving the motor driving unit;
A dispersion tank including a body and a cover, in which an ultrasonic treatment and a bubbling treatment of the nanostructure are performed in an inner space; And
An ultrasonic head located in the dispersion tank, connected to the moving plate through a shaft, moved up and down by driving of the motor driving unit, and equipped with a bubble generating unit and an ultrasonic horn;
The nanostructure dispersing device comprising: 제1항에 있어서, 상기 버블 발생부에서는 마이크로 버블이 발생되는 것인 나노구조체 분산 장치.The nanostructure dispersing apparatus according to claim 1, wherein micro bubbles are generated in the bubble generating section. 제1항에 있어서, 상기 버블 발생부는 단수이고, 상기 초음파 혼은 복수이고, 상기 복수의 초음파 혼은 상기 버블 발생부를 중심으로 하여 배치되어 있는 나노구조체 분산 장치.The nanostructure dispersing apparatus according to claim 1, wherein the bubble generating unit is a single number, the ultrasonic horn is a plurality, and the plurality of ultrasonic horns are disposed around the bubble generating unit. 제1항에 있어서, 상기 나노구조체는 탄소나노튜브를 포함하는 나노구조체 분산장치.The nanostructure dispersion apparatus according to claim 1, wherein the nanostructure comprises carbon nanotubes. 밀폐형 챔버; 및 상기 밀폐형 챔버와 연통되고 초음파 처리 및 버블링 처리된 분산액을 저장하는 분산액 저장용기;를 포함하는 나노구조체 분산 장치를 이용하여 나노구조체 분산액을 제조하는 방법으로서,
상기 밀폐형 챔버는,
모터 지지플레이트 상에 장착된 모터 구동부;
상기 모터 구동부와 연결되어, 상기 모터 구동부의 구동에 의하여 가이드를 따라 상하로 이동하는 이동 플레이트;
몸체와 덮개를 포함하고, 내부 공간에서 나노구조체의 초음파 처리 및 버블링 처리가 이루어지는 분산 조; 및
상기 분산 조 내에 위치하고, 샤프트를 통하여 상기 이동 플레이트에 연결되어, 상기 모터 구동부의 구동에 의하여 상하로 이동하고, 버블 발생부 및 초음파 혼이 장착된 초음파 헤드;를 포함하고,
상기 분산 조에 용매, 고분자 및 나노구조체를 투입하여 혼합하는 단계;
상기 초음파 헤드를 상하로 반복적으로 이동시키면서, 혼합물에 초음파 처리 및 버블링 처리를 하여 분산액을 제조하는 단계; 및
상기 분산액을 원심 분리하는 단계를 포함하는 나노구조체 분산액의 제조 방법.Sealed chamber; And a dispersion liquid container communicating with the sealed chamber and storing the ultrasonic treatment and the bubbling-treated dispersion liquid, the method comprising the steps of: preparing a nanostructure dispersion liquid using the nanostructure dispersion apparatus,
In the closed chamber,
A motor driver mounted on the motor support plate;
A moving plate connected to the motor driving unit and moving up and down along a guide by driving the motor driving unit;
A dispersion tank including a body and a cover, in which an ultrasonic treatment and a bubbling treatment of the nanostructure are performed in an inner space; And
And an ultrasonic head which is located in the dispersion tank and is connected to the moving plate through a shaft and moved up and down by driving of the motor driving unit and in which a bubble generating unit and an ultrasonic horn are mounted,
Introducing a solvent, a polymer, and a nanostructure into the dispersion tank and mixing the dispersion;
Subjecting the mixture to ultrasonic treatment and bubbling treatment while repeatedly moving the ultrasonic head up and down to produce a dispersion; And
And centrifuging the dispersion. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt; 제5항에 있어서, 상기 버블링 처리와 함께 초음파 처리도 동시에 수행하여 분산액을 제조하는 나노구조체 분산액의 제조 방법.6. The method of producing a dispersion of nanostructures according to claim 5, wherein the bubbling treatment and the ultrasonic treatment are simultaneously performed to produce a dispersion. 제5항에 있어서, 상기 용매로는, 물, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 톨루엔(toluene), 에탄올(ethanol), 엔메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 메탄올 (Methanol) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용하는 나노구조체 분산액의 제조 방법.The method of claim 5, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, tetrahydrofuran, dimethylformamide, toluene, ethanol, N-methylpyrrolidone, Wherein at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, methanol, and combinations thereof is used. 제5항에 있어서, 상기 고분자로는, 폴리아닐리노-N-부틸설포닉에시드(Poly anilino-N-ButylSulfonicacid), 폴리아닐리노-N-펜틸설포닉에시드 (Polyanilino-N-Pentylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-프로필설포닉에시드(Polyanilino-N-Propylsulfonicacid), 폴리아닐리노-N-설포닉에시드(PolyANILNO-N-sulfonicacid), 으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용하는 나노구조체 분산액의 제조 방법.The method of claim 5, wherein the polymer is selected from the group consisting of polyanilino-N-butylsulfonic acid, polyanilino-N-pentylsulfonic acid, At least one member selected from the group consisting of polyaniline-N-propylsulfonic acid, polyanilino-N-sulfonic acid and polyanilino- Wherein the nanostructure dispersion is prepared by a method comprising the steps of: 제5항에 있어서, 상기 나노구조체로는 탄소나노튜브를 사용하는 나노구조체 분산액의 제조 방법.6. The method of claim 5, wherein the nanostructure is a carbon nanotube. 제5항에 있어서, 상기 버블링 처리는 마이크로 버블 처리인 나노구조체 분산액의 제조 방법.The method of manufacturing a nanostructure dispersion liquid according to claim 5, wherein the bubbling treatment is a micro bubble treatment.
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