KR20140145811A - 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름 - Google Patents

금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름 Download PDF

Info

Publication number
KR20140145811A
KR20140145811A KR1020130068433A KR20130068433A KR20140145811A KR 20140145811 A KR20140145811 A KR 20140145811A KR 1020130068433 A KR1020130068433 A KR 1020130068433A KR 20130068433 A KR20130068433 A KR 20130068433A KR 20140145811 A KR20140145811 A KR 20140145811A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
conductive
nanoplate
solvent
silver
Prior art date
Application number
KR1020130068433A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101619438B1 (ko
Inventor
권원종
박세호
윤성호
전여진
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130068433A priority Critical patent/KR101619438B1/ko
Priority to CN201480043853.1A priority patent/CN105451917A/zh
Priority to US14/898,401 priority patent/US9944813B2/en
Priority to JP2016519444A priority patent/JP6298884B2/ja
Priority to PCT/KR2014/005174 priority patent/WO2014200288A1/ko
Priority to EP14810483.9A priority patent/EP2995399B1/en
Priority to TW103120505A priority patent/TWI553660B/zh
Publication of KR20140145811A publication Critical patent/KR20140145811A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101619438B1 publication Critical patent/KR101619438B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/0551—Flake form nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/056—Submicron particles having a size above 100 nm up to 300 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/03—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B22F2009/245—Reduction reaction in an Ionic Liquid [IL]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/25—Noble metals, i.e. Ag Au, Ir, Os, Pd, Pt, Rh, Ru
    • B22F2301/255—Silver or gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/05—Submicron size particles
    • B22F2304/056—Particle size above 100 nm up to 300 nm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름에 관한 것이다. 상기 금속 나노플레이트는 고온 및 고압을 적용할 필요 없이 저온 및 상압에서 용이하게 제조 가능할 뿐 아니라, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후에 낮은 온도에서 열처리 또는 건조 공정을 진행하더라도 우수한 도전성을 나타내는 도전막 또는 도전성 패턴 등을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 금속 나노플레이트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물은 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 각종 반도체 소자, 표시 장치 또는 태양 전지의 도전성 패턴 또는 도전막 등을 형성하는데 매우 적합하게 적용될 수 있다.

Description

금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름{METAL NANOPLATE, METHOD FOR PREPARING THE SAME, CONDUCTIVE INK COMPOSITION AND CONDUCTIVE FILM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물, 및 전도성 필름에 관한 것이다.
각종 반도체 소자, PDP 또는 LCD 등의 표시 장치 또는 태양 전지 등에는, 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름과 같은 도전성을 띄는 다양한 요소들이 포함된다. 이러한 도전성 요소들의 형성을 위해, 가장 많이 사용되는 방법 중의 하나는 도전성을 띄는 미세 입자, 예를 들어, 도전성 나노 입자와 용매 등을 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후 이를 열처리(예를 들어, 소성 및 건조)하여, 다양한 도전성 요소들을 이루는 각종 도전성 패턴 또는 도전막을 기판 상에 형성하는 방법이다.
그런데, 현재까지 개발된 도전성 나노 입자를 이용해 도전막 또는 도전성 패턴을 형성하기 위해서는, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후에, 고온으로 소성하여 상기 도전성 잉크 조성물에 포함된 유기물(예를 들어, 유기 용매 등)을 제거하면서 도전성 나노 입자를 환원시키거나 용융 연결시키는 공정이 요구되었다. 이는 도전성 잉크 조성물에 포함된 도전성 나노 입자를 환원시키거나 도전성 나노 입자끼리 용융 연결시켜 최종 형성된 도전성 패턴 또는 도전막이 균일하면서도 우수한 도전성을 띄도록 하기 위함이었다.
그러나, 이러한 고온 소성 공정의 필요성으로 인해 도전막 또는 도전성 패턴을 형성할 수 있는 기판의 종류에 한계가 있는 등의 한계가 존재하였다. 이 때문에, 보다 낮은 온도의 소성 공정 기타 열처리 공정을 적용하더라도, 우수한 도전성을 가진 도전성 패턴 등을 형성할 수 있게 하는 도전성 나노 입자 또는 도전성 잉크 조성물이 계속적으로 요구되어 왔다.
이에 다양한 저온 소성용 도전성 나노 입자 또는 도전성 잉크 조성물이 제안된 바 있으나, 아직까지 소성 온도를 충분히 낮출 수 없거나 충분한 도전성을 얻을 수 없는 등의 한계가 있어, 새로운 도전성 나노 입자 또는 도전성 잉크 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 저온 소성이 요구되는 환경 하에서도 우수한 도전성을 나타내는 도전성 패턴 또는 도전막 등의 형성을 가능케 하는 금속 나노플레이트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 금속 나노플레이트를 기존의 공정보다 단순화된 방법으로 제조할 수 있는 금속 나노플레이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 상기 금속 나노플레이트를 포함하며, 기판 상에 인쇄된 후, 낮은 온도의 열처리 또는 건조 공정을 적용하더라도 우수한 도전성을 나타내는 도전성 패턴 또는 도전막 등을 형성할 수 있게 하는 도전성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 상기 금속 나노플레이트를 포함하는 전도성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은 전도성 고분자를 매개로 연결된 금속을 포함하고, 0.5 nm 내지 100 nm의 두께와, 200nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며, 상기 폭/직경의 비는 약 0.6 내지 약 1인 금속 나노플레이트를 제공한다.
또한, 본 발명은 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함하는 금속 나노플레이트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 나노플레이트 및 제2용매를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 나노플레이트를 포함하는 전도성 필름을 제공한다.
본 발명에 따르면, 고온 소성 공정의 적용 없이도 우수한 도전성을 나타낼 수 있는 각종 도전성 패턴 또는 도전막의 형성을 가능케 하는 금속 나노플레이트, 금속 나노플레이트의 제조 방법, 이러한 금속 나노플레이트를 포함하는 도전성 잉크 조성물, 및 전도성 필름의 형성을 가능케 할 수 있으며, 또한 낮은 귀금속 함량으로도 우수한 활성을 갖는 촉매의 제공을 가능케 하는 등의 다양한 적용성을 갖는 금속 나노플레이트 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 금속 나노플레이트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 등을 사용할 경우, 특히, 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 각종 소자, 표시 장치 또는 태양 전지 등의 도전성 패턴 또는 도전막 등을 바람직하게 형성할 수 있고, 적용 가능한 기판의 한계 등의 기술적 한계가 크게 줄어든다.
도 1은 실시예 1에서 얻어진 금속 나노플레이트의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2에서 얻어진 금속 나노플레이트의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 3에서 얻어진 금속 나노플레이트의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
본 발명의 금속 나노플레이트는 전도성 고분자를 매개로 연결된 금속을 포함하고, 0.5 nm 내지 100 nm의 두께와, 200nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며, 상기 폭/직경의 비는 약 0.6 내지 약 1인, 판 형상을 띈다.
또한, 본 발명의 금속 나노플레이트 제조 방법은 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 도전성 잉크 조성물은 금속 나노플레이트 및 제2용매를 포함한다.
또한, 본 발명의 전도성 필름은 금속 나노플레이트를 포함한다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명시적인 다른 기재가 없는 한, 본 명세서 전체에서 사용되는 몇 가지 용어는 다음과 같이 정의된다.
본 명세서 전체에서, "금속 나노플레이트"는 금속을 포함하면서, 3차원적으로 보아, 어느 한쪽 평면 방향으로 면적이 넓게 형성되며, 그보다 작은 두께를 구비하여, 판(plate) 형상을 띄고 있는 나노구조체를 지칭할 수 있다.
상기 판 형상 나노구조체의 넓게 형성된 평면의 외주 상의 임의의 두 점을 잇는 직선 중 가장 긴 직선 거리를 "직경"이라고 정의할 수 있다.
또한, 상기 직경 방향과 수직하는 방향에서, 상기 판 형상의 외주 상의 두 점을 잇는 직선 중 가장 긴 직선 거리를 "폭"이라고 정의할 수 있다.
또한, 상기 평면과 수직하는 방향으로 상기 금속 나노플레이트의 한쪽 끝에서 반대 쪽 끝까지의 평균 직선 거리를 "두께"로 정의할 수 있다.
이러한 금속 나노플레이트는 직경, 폭, 또는 두께 중, 하나 이상(예를 들어, 두께)이 나노 스케일의 크기를 가지며, 직경 또는 폭은 두께보다 큰 값을 가짐에 따라, 얇은 두께의 다각형, 원형 또는 타원형 등의 평면 형태를 구비한 판(플레이트, plate) 형상을 띌 수 있는 것이다.
또한, 상기 금속 나노플레이트가 "실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는다"고 함은 상기 금속 나노플레이트에 포함된 "금속"이 산화되지 않은 상태로 존재하여 금속 나노플레이트가 금속 산화물을 전혀 포함하지 않거나, 그 제조 과정 또는 사용 과정 중에 불가피하게 미량의 금속, 예를 들어, 금속 나노플레이트 총 중량에 대해 1 중량% 미만, 혹은 0.1 중량% 미만의 금속만이 산화되어 금속 나노플레이트가 이에 대응하는 미량의 금속 산화물만을 포함하는 경우를 지칭할 수 있다.
그리고, 상기 금속 나노플레이트가 어떤 단일 금속, 예를 들어, "은(Ag)만을" 포함한다 함은, 한가지 종류의 금속 성분, 예를 들어, "은(Ag)"의 단일 금속 성분만을 포함하며, 다른 종류의 금속 성분은 포함하지 않는 것을 의미하는 것으로 정의될 수 있다. 다만, "은(Ag)만을"과 같이 특히 한정되지 않고 단지 "은(Ag)을" 포함한다고 할 때에는, 상기 금속 나노플레이트에 다른 금속 성분의 부가가 제한되지 않는 것으로 정의될 수 있다.
또한, "도전성 잉크 조성물"은 비교적 점도가 높은 "페이스트" 상태인지 혹은 물과 유사하게 점도가 낮은 상태인지에 관계없이, 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질(substrate) 상에 인쇄 또는 도포되어 도전성을 띄는 막, 필름 또는 패턴을 형성할 수 있는 임의의 조성물을 지칭할 수 있다.
그리고, "전도성 필름"이라 함은 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질(substrate) 상에 형성되어 열 또는 전기에 도전성을 띄는 임의의 막, 필름 또는 패턴을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 금속 나노플레이트는 전도성 고분자를 매개로 연결된 금속을 포함하고, 약 0.5 nm 내지 약 100 nm의 두께와, 약 200nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며, 상기 폭/직경의 비는 약 0.6 내지 약 1인, 판 형상을 띈다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 두께가 약 0.5 nm 내지 약 100 nm 일 수 있고, 바람직하게는 약 0.5 nm 내지 약 50 nm 일 수 있다.
또한, 상기 금속 나노플레이트는, 직경이 약 200 nm 내지 약 100 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 약 200 nm 내지 약 50 ㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 약 200 nm 내지 약 20 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 금속 나노플레이트는, 직경/두께의 비가 약 2 이상일 수 있고, 바람직하게는 약 10 내지 약 20,000일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 약 100 내지 약 2,000일 수 있다.
또한, 상기 금속 나노플레이트는, 폭이 약 120 nm 내지 약 100 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 약 120 nm 내지 약 50 ㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 약 200 nm 내지 약 20 ㎛일 수 있다.
본 발명자들의 연구 결과, 전도성 고분자 및 금속염을 소정의 반응 조건 하에 함께 반응시키는 등의 방법에 의해, 도전성 나노구조체로서 적절한 나노 스케일의 두께를 가지면서, 어느 정도의 넓은 일 평면 면적을 갖고있어, 0.5 nm 내지 100 nm의 두께와, 200 nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며, 상기 폭/직경의 비는 약 0.6 내지 약 1인 판 형상의 나노구조체, 즉, 금속 나노플레이트가 얻어질 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 금속 나노플레이트는 기존에 알려진 도전성 나노구조체 또는 도전성 나노 입자에 비해, 넓은 일 평면 면적을 갖도록 형성된 것으로, 직경, 폭, 또는 두께 중, 하나 이상(예를 들어, 두께)이 나노 스케일의 크기를 가지며, 직경 또는 폭은 두께보다 큰 값을 가짐에 따라, 얇은 두께의 다각형, 원형 또는 타원형 등의 평면 형태를 구비한 판(플레이트, plate) 형상을 띌 수 있다. 또한, 상기 금속 나노플레이트는, 이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 상대적으로 낮은 압력 및 온도 하에서의 단순한 상기의 반응을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있어, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있으며, 예를 들면, 은(Ag)과 같은 단일 금속 성분만을 포함하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노플레이트는 적어도 나노 스케일의 두께를 갖는 미세한 금속 입자가 충분히 넓은 일 평면 면적을 갖도록 연결된 상태로 얻어질 수 있고, 또한, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 금속 나노플레이트를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄하면, 도전성 나노 입자 등을 환원시키거나 용융 연결시키기 위해 적용되던 고온 소성 공정을 별도 진행하지 않더라도, 이로부터 형성된 전도성 필름, 예를 들어, 도전막 또는 도전성 패턴이 충분히 우수한 도전성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 금속 나노플레이트는, 예를 들면, 은(Ag)과 같은 단일 금속 성분만을 포함하도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 금속 나노플레이트가 보다 낮은 저항을 나타내는 은(Ag) 등의 단일 금속 성분만을 포함하도록 형성되어, 이로부터 형성된 전도성 필름이 보다 우수한 도전성을 나타내게 할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 금속 나노플레이트는 특히 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 각종 반도체 소자, 표시 장치 또는 태양 전지 등의 도전성 패턴 또는 도전막 등을 형성하기 위한 도전성 잉크 조성물에 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 금속 나노플레이트는 전도성 고분자, 및 금속염의 반응으로 형성됨에 따라, 상기 전도성 고분자를 매개로 미세한 금속 입자가 연결되어 넓은 면적의 일 평면을 갖는 판 형상을 띌 수 있게 된다. 이러한 금속 나노플레이트는 금속 입자를 상호 연결하여 판 형상이 적절히 유지될 수 있게 하는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이러한 전도성 고분자 등의 함유 및 고온 소성 없이 금속 나노플레이트가 제조 가능함에 따라, 상기 금속 나노플레이트는 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않으면서도 넓은 면적의 일 평면을 갖는 판 형상을 이룰 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 이러한 금속 나노플레이트를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 이용하여 인쇄하면, 종래 도전성 나노 입자 등을 환원시키거나 용융 연결시키기 위해 진행하던 별도의 고온 소성 공정 없이도, 이로부터 형성된 전도성 필름, 예를 들어, 도전성 패턴 또는 도전막이 균일하면서도 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 금속 나노플레이트 총 중량에 대해 1 중량% 미만, 혹은 0.1 중량% 미만의 금속만이 산화되어 금속 나노플레이트가 이에 대응하는 미량의 금속 산화물만을 포함할 수 있다. 이하에서도 설명하는 바와 같이, 상기 금속 나노플레이트는 기존의 금속 나노 구조체 제조 조건보다 낮은 온도 및 상압 하, 예를 들면 영하 40 ℃, 1 atm 에서 전도성 고분자 및 금속염의 반응에 의해 형성될 수 있으므로, 이전에 도전성 나노 입자의 제조를 위한 고온 반응 공정 등에 의해 야기되던 금속의 산화를 최소화하여 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 종래에 도전성 잉크 조성물을 인쇄한 후에 이에 포함된 도전성 나노 입자 등을 환원시키기 위해 진행하던 고온 소성 공정을 별도 진행하지 않더라도 이로부터 형성된 전도성 필름이 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노플레이트는 우수한 도전성을 나타내는 임의의 도전성 금속, 귀금속 또는 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이로서, 상기 금속 나노플레이트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물로부터 형성된 각종 도전성 패턴 또는 도전막이 보다 우수한 도전성을 나타낼 수 있으며, 또한 상기 금속 나노플레이트가 촉매 등으로서 보다 적합하게 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 나노플레이트는 이를 이루는 금속 성분을 여러가지로 조절하여, 전도성 필름 형성을 위한 도전성 잉크 조성물 또는 촉매 등 다양한 분야에 적합하게 적용될 수 있다.
특히, 상기 금속 나노플레이트는 전도성 고분자 등이 포함되어 판 형상을 띌 수 있으므로, 단일 금속 성분, 예를 들어, 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 만을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 전도성 고분자 등이 금속 성분을 연결하는 역할을 하여 판 형상의 금속 나노플레이트가 형성되기 때문에, 2종 이상의 금속 성분이 포함되어 이중 1종 이상의 금속 성분이 판 형상의 골격 또는 기본적 주형 등을 이룰 필요가 없으며, 상기 금속 나노플레이트는 단일 금속 성분만을 포함할 수 있다. 따라서, 각 적용 분야에 적합한 금속 성분으로만 이루어진 금속 나노플레이트를 용이하게 얻을 수 있으며, 이러한 금속 나노플레이트를 전도성 필름 또는 촉매 등의 다양한 분야에 보다 적합하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노플레이트는 금속 성분으로서 은(Ag) 등의 단일 금속 성분 만을 포함할 수 있으며, 이 경우, 은(Ag) 등의 금속 성분이 낮은 전기 저항을 나타내어, 상기 금속 나노플레이트 및 이로부터 형성된 전도성 필름이 보다 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
상술한 금속 나노플레이트는 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물을 고분자, 유리 또는 금속 등으로 이루어진 임의의 기질 또는 기판 상에 인쇄한 후, 고온 소성 공정이 적용되지 않더라도 우수한 도전성을 나타내는 각종 도전성 패턴 또는 도전막 등의 전도성 필름을 형성할 수 있게 한다. 특히, 이러한 금속 나노플레이트 및 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물은 고온 소성 공정의 필요성이 없어 어떠한 재질로 된 기판에도 적용되어 다양한 도전성 패턴 또는 도전막을 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 금속 나노플레이트는 PDP 또는 LCD 등의 각종 표시 장치, 반도체 소자 또는 태양전지 등에 포함되는 다양한 전도성 필름, 예를 들어, 각종 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름 등의 다양한 도전막 또는 도전성 패턴을 형성하기 위한 잉크 조성물에 매우 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노플레이트는 투명 기판 상에 인쇄되어 터치 패널에 포함되는 투명 도전막 등의 투명 전도성 필름을 형성하기 위해 적용되거나, 반도체 기판의 각종 배선 패턴 또는 전극을 형성하기 위해 적용되거나, 각종 표시 장치의 각종 배선 패턴, 전극 또는 전자파 차폐 필터 등을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 또한, 상기 금속 나노플레이트는 다양한 열 조건에서도 우수한 전도성을 나타낼 수 있으므로, 여러 가지 열전도성 필름을 형성하기 위해 적용될 수도 있다. 특히, 상기 금속 나노플레이트는 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 더욱 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 금속 나노플레이트의 제조 방법은 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함한다. 이러한 반응 공정을 통해, 비교적 낮은 온도 및 압력 하에서 반응을 진행하더라도 상기 전도성 고분자를 매개로 미세한 금속 입자가 넓은 면적의 일 평면을 갖는 판 형상으로 연결되어 상술한 특성을 갖는 금속 나노플레이트가 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 이러한 반응 공정에서는 고온 및 고압의 반응 조건이 요구되지 않고 반응물이 단일 단계로 반응하므로, 상기 금속 나노플레이트의 제조 과정이 매우 용이하고 단순화되며, 고온 및 고압 반응 등에 의해 야기되던 금속의 산화를 억제해 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않는 금속 나노플레이트의 제조를 가능케 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 금속 나노플레이트의 제조 방법은, 전도성 고분자가 포함된 분산액을 형성하는 단계 및 상기 분산액에 금속염을 투입하여 상기 전도성 고분자와 상기 금속염과 반응시키는 단계를 포함하여 진행할 수 있고, 상기 반응 단계는 저온 및 상압 하에서도 효과적으로 진행할 수 있으며, 특히 저온 환경, 예를 들면, 이러한 반응 단계는 약 -40 내지 약 30 ℃, 더욱 바람직하게는, 약 -40 내지 약 15 ℃, 약 0.5 내지 약 2 기압에서 약 10 분 내지 약 250 시간 동안 진행될 수 있고, 이로서 상술한 특성을 갖는 발명의 일 구현예에 따른 금속 나노플레이트가 효과적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 제조 방법에서, 상기 전도성 고분자로는 이전부터 알려진 임의의 전도성 고분자, 예를 들어, 폴리피롤, 폴리아닐린 또는 폴리티오펜이나 이들의 공중합체 등을 별다른 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속염으로는 도전성을 나타내는 금속의 임의의 염으로서, 종래부터 도전성 나노 입자를 형성하기 위한 전구체로서 사용되던 통상적인 금속염을 별다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속염은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 염을 사용할 수 있으며, 상기 금속 또는 귀금속의 질산염, 황산염, 아세트산염, 할로겐화염, 탄산염, 락트산염, 시안화염, 시안산염 또는 술폰산염 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들어, 금속 성분으로 우수한 도전성을 갖는 은(Ag)을 포함한 금속 나노플레이트를 제조하고자 하는 경우, 상기 금속염으로는 은(Ag)의 염을 사용할 수 있고, 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4), 아세트산은(Ag(CH3COO))이나, 불화은(AgF), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr) 또는 요오드화은(AgI)의 할로겐화은, 시안화은(AgCN), 시안산은(AgOCN), 락트산은(Ag(CH3CHOHCOO)), 탄산은(Ag2CO3), 과염소산은(AgClO4), 삼불화아세트산은(Ag(CF3COO)) 또는 삼불화술폰산은(Ag(CF3SO3)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 도전성 나노 입자를 형성하기 위한 전구체로서 사용되는 통상적인 금속의 염을 별다른 제한없이 사용할 수 있다.
그리고, 위에서 예시된 전도성 고분자 또는 금속염 이외에도 임의의 전도성 고분자 또는 도전성을 나타내는 금속의 다양한 염을 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 금속 나노플레이트의 제조를 위해, 금속염 및 전도성 고분자만을 반응시킬 수도 있지만, 상기 금속염의 금속 성분, 즉, 금속 나노플레이트에 함유될 금속 성분의 환원 전위가 비교적 낮은 경우, 환원제의 존재 하에 상기 금속염 및 전도성 고분자의 반응 단계를 진행하면, 전도성 고분자 상에서 금속염으로부터 금속 성분을 보다 효과적으로 환원시켜 반응이 빨라지고 수율이 보다 높아질 수 있다. 이에 따라, 금속 나노플레이트를 보다 용이하게 높은 수율로 얻을 수 있다.
이때 사용 가능한 환원제의 종류는 상기 금속염의 금속 성분의 종류에 따라 달라질 수 있고, 해당 금속염을 환원시킬 수 있도록 이러한 금속염 또는 이에 대응하는 금속 이온보다 표준 환원 전위가 낮은 것을 선택해 사용할 수 있다. 이러한 환원제로서는 각 금속 성분의 종류에 따라 통상적으로 알려진 환원제를 별다른 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 히드라진, 아스코르브산, 하이드로퀴논, 레소시놀 또는 카토콜 등의 다가페놀계 화합물; 트리에틸아민과 같은 아민계 화합물; 디메틸아미노피리딘과 같은 피리딘계 화합물; 또는 에틸렌글리콜 등의 다가알코올계 화합물이나 이들 중에 선택된 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자, 및 금속염의 반응은 물, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 에틸렌글리콜, 포름아미드 (HCOOH), 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸술폭사이드 (DMSO) 및 N-메틸피롤리돈 (NMP)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 용매 또는 하나 이상의 혼합 용매(이하 제1용매라고 한다.) 내에서 진행될 수 있다.
예를 들어, 전도성 고분자를 알코올에 분산시켜 분산액을 형성한 후, 이 분산액에 금속염을 가하여 반응시키는 방법으로 상기 전도성 고분자 및 금속염의 반응을 진행할 수 있으며, 폴리아닐린과 같은 수용성 전도성 고분자의 경우, 이를 물에 분산시키고 이 분산액에 금속염을 첨가하여 상기 반응 단계를 진행시킬 수 있다.
이때, 상기 금속염은 고체 상태로 가할 수도 있고 용액 상태로 만든 후 첨가할 수도 있다. 이렇게 만들어진 혼합 분산액을 상술한 온도 및 압력 조건 하에 일정 시간 이상 유지하면, 상기 분산액 내에서 금속 나노플레이트가 형성된다. 이러한 반응 공정에서 각 반응물의 첨가 순서나 분산액의 형성 방법 및 혼합 순서 등은 통상적인 범위 안에서 당업자에게 자명하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상술한 방법으로 제조된 금속 나노플레이트는 용매와 혼합되어 인쇄 가능한 도전성 잉크 조성물로 제공되거나, 각종 반응의 촉매 등으로 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 도전성 잉크 조성물은 전도성 고분자를 매개로 연결된 금속을 포함하고, 약 0.5 nm 내지 약 100 nm의 두께와, 약 200 nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며, 상기 폭/직경의 비는 약 0.6 내지 약 1인 금속 나노플레이트 및 제2용매를 포함한다.
상기 도전성 잉크 조성물에서 상기 금속 나노플레이트에 대한 설명은 상술한 바와 같다. 즉, 상기 금속 나노플레이트는 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않으면서 은(Ag) 등의 단일한 저저항 금속 성분으로 이루어질 수 있고, 나노 스케일의 크기(두께)를 갖는 미세한 금속 입자가 넓은 면적의 일 평면을 갖는 판 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2용매는 기존의 도전성 잉크 조성물에 포함되는 임의의 용매를 별다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 에탄올과 같은 알코올계 용매, 알코올알킬에테르계 용매, 알코올아릴에테르계 용매, 에스테르계 용매, 아미드계 용매, 아민계 용매, 지방족 탄화수소계 용매 및 방향족 탄화수소계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 도전성 잉크 조성물을 기판 상에 인쇄한 후, 기존의 도전성 나노 입자를 환원 또는 용융 연결시키기 위해 진행되던 고온 소성 공정을 적용하지 않더라도, 우수한 도전성을 나타내는 각종 도전막 또는 도전성 패턴 등의 전도성 필름의 형성이 가능하다.
즉, 이러한 도전성 잉크 조성물의 경우, 이를 기판 상에 인쇄 또는 코팅한 후 상기 용매 등을 제거하기 위해 저온에서 건조(또는 열처리)만을 행하더라도, 실질적으로 금속 산화물을 포함하지 않고 나노 스케일 두께의 금속막이 넓은 면적의 일 평면을 갖는 판 형태로 형성된 금속 나노플레이트가 다수 포함된 전도성 필름, 예를 들어, 각종 도전막 또는 도전성 패턴이 형성될 수 있으므로, 이러한 도전막 또는 도전성이 매우 우수한 도전성을 나타낼 수 있다.
따라서, 이러한 도전성 잉크 조성물은 PDP 또는 LCD 등의 각종 표시 장치, 반도체 소자 또는 태양전지에 포함되는 각종 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름 등의 다양한 도전막 또는 도전성 패턴이나, 열전도성 필름과 같은 다양한 전도성 필름을 형성하기 위하여 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 잉크 조성물은 투명 기판 상에 인쇄되어 터치 패널에 포함되는 투명 도전막을 형성하기 위해 적용되거나, 반도체 기판의 각종 배선 패턴 또는 전극을 형성하기 위해 적용되거나, 각종 표시 장치의 각종 배선 패턴, 전극 또는 전자파 차폐 필터 등을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 특히, 상기 도전성 잉크 조성물은 저온 소성이 요구되는 환경 하에서 더욱 바람직하게 적용될 수 있으며, 고온 소성이 요구되지 않음에 따라 적용 가능한 기판 종류의 한계 등을 극복할 수 있게 한다.
또한, 상기 금속 나노플레이트는 각종 반응에서 촉매로서 제공될 수도 있으며, 각 반응에 따라 적합한 귀금속 성분을 포함할 수 있다. 이러한 촉매는 일반적인 귀금속 미세 입자(귀금속 나노 입자) 대신 귀금속 성분을 함유한 금속 나노플레이트를 포함함에 따라, 촉매 활성을 갖는 귀금속 성분과 반응물의 접촉 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 낮은 함량의 귀금속 성분을 포함하는 경우에도 상대적으로 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있다.
한편, 상술한 금속 나노플레이트를 포함하는 도전성 잉크 조성물 또는 촉매 등은 통상의 금속 나노 입자 또는 기타 다른 형태의 금속 나노 구조체 대신 금속 나노플레이트를 포함하는 것을 제외하고는, 본 기술분야에서 일반적으로 알려진 도전성 잉크 조성물 또는 귀금속 촉매의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기의 도전성 잉크 조성물은 상기 금속 나노플레이트 및 제2용매 외에도, 기타 필요에 따라 도전성 잉크 조성물에 포함되던 임의의 성분, 예를 들어, 분산제, 바인더 또는 안료 등을 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 도전성 잉크 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 95 중량%의 금속 나노플레이트를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 도전성 잉크 조성물 내의 금속 나노플레이트의 분산성이 양호해지고, 추후 용매 등을 쉽게 제거하여 도전막 또는 도전성 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 전도성 필름은 상술한 금속 나노플레이트를 포함한다. 상기의 전도성 필름은, 예를 들어, 도전막 또는 도전성 패턴일 수 있다. 이러한 전도성 필름은 우수한 도전성을 나타내면서도 그 형성 과정에서 고온 소성 공정이 요구되지 않아, 적용 가능한 기판의 한계 등의 기술적 한계를 극복하고 보다 다양한 기판 및 전기, 전자 장치 등에 적용될 수 있다.
이러한 전도성 필름은, 예를 들어, 기판 상에 상술한 도전성 잉크 조성물을 인쇄 또는 도포한 후, 예를 들어, 약 50 내지 약 200 ℃의 저온에서 건조 또는 열처리하여 상기 도전성 잉크 조성물에 포함된 용매 등을 제거하는 방법으로 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 전도성 필름에서는 상기 금속 나노플레이트, 예를 들어, 은(Ag) 나노플레이트가 서로 연결되어 전도성 채널이 형성될 수 있다. 이러한 전도성 채널에서, 상기 금속 나노플레이트가 서로 만나는 접점에서는, 이들 금속 나노플레이트의 넓은 면끼리 만나거나, 좁은 면끼리 만나거나, 혹은 모서리나 꼭지점이 서로 만날 개연성이 있다. 다만, 상기 금속 나노플레이트는 상술한 바와 같은 넓은 면적의 일 평면을 가진다는 점과 함께 상기 전도성 필름을 코팅할 때 가해지는 전단력(shear)을 고려하면, 상기 금속 나노플레이트는 전도성 필름 내에서 넓은 면이 바닥에 눕는 형태로 분포될 개연성이 높으며, 상기 금속 나노플레이트의 넓은 면끼리 만나서 연결될 개연성이 보다 높아진다. 기존의 나노와이어 등의 다른 형태의 나노구조체를 포함한 잉크 조성물로부터 전도성 필름을 형성하는 경우에는, 나노구조체끼리 만나는 접점이 좁은 선 또는 점으로 형성될 개연성이 보다 높아서, 전도성 채널의 저항이 보다 높아지고 상대적으로 도전성은 낮아질 수 있는데 비해, 상기 발명의 또 다른 구현예에 따른 전도성 필름은 금속 나노플레이트끼리 만나는 접점이 넓은 면으로 형성될 개연성이 높기 때문에, 이전에 알려진 것보다 우수한 도전성을 나타내는 것으로 예측될 수 있다.
이에 상기 전도성 필름은 각종 표시 장치, 반도체 소자 또는 태양전지 등에 포함되는 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필름 등의 임의의 도전막 또는 도전성 패턴으로 될 수 있고, 투명 기판 상에 형성되어 터치 패널 등에 포함되는 투명 도전막 등의 투명 전도성 필름으로 될 수도 있다.
특히, 이러한 전도성 필름이 적용된 터치 패널, 태양전지, 표시 장치 또는 반도체 소자 등은 고온 소성 없이 형성되면서도 우수한 도전성을 나타내는 도전성 요소들을 포함함에 따라, 적용 가능한 기판의 한계 등의 기술적 한계가 줄어들고, 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 이러한 터치 패널, 태양전지, 표시 장치 또는 반도체 소자 등은 상술한 도전성 잉크 조성물로 형성된 전도성 필름을 포함하는 것을 제외하고는, 통상적인 공정에 따라 제조될 수 있다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
< 실시예 >
시약의 준비
후술하는 은 나노플레이트의 제조에 사용된 시약들은 다음과 같으며 특별한 정제 없이 구입한 상태로 사용하였다:
aniline hydrochloride (Aldrich, 97%), 2-aminobenzoic acid (Aldrich, 99%), 1,3-phenylenediamine (Aldrich, 99+%), 1,3-propane sultone(Aldrich, 98%), ammonium persulfate (Acros, 98%), K2PtCl4 (Aldrich), Pd(NO3)2·H2O (Aldrich, ~40% Pd basis), AuCl3 (Aldrich, 99%), HCl (덕산), HNO3 (덕산), AgNO3 (Acros, Wako, 99%), ethylene glycol (Aldrich, 99.8%)
전도성 고분자의 합성
< 합성예 1>
N-(1', 3'- phenylenediamino )-3- propane sulfonate 의 합성
1 L 플라스크에 m-phenylenediamine 54.07 g (0.500 mol)과 1,3-propane sultone 61.07 g (0.500 mol)을 THF 500 ml에 녹이고 24시간 동안 환류 및 교반하였다. 실온으로 식히고 글라스 필터로 거른 후, THF : n-Hex 1 : 1 (v/v) 혼합 용매 1000 ml로 씻고 진공 건조하여 회청색의 분말 108.52 g (0.472 mol, 94.3% yield)을 얻었다. 이렇게 얻은 N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate 는 하기 반응식 a의 반응결과물과 같은 화학 구조를 가지고 있었다.
[반응식 a]
N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate
Figure pat00001

< 합성예 2>
P[ anthranilic acid ] 0.5 -[N-(1', 3'- phenylenediamino )-3- propane sulfonate] 0.5 의 합성
Anthranilic acid 3.43 g 과 합성예 1에서 얻은 N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate 5.75 g 을 0.2 M HCl 용액 300 ml과 EtOH 100 ml의 혼합 용액에 녹이고, ammonium persulfate 14.21 g 이 용해된 0.2 M HCl 용액 200 ml을 10분에 걸쳐 첨가한 후 24시간 동안 교반하였다. 이 용액을 아세톤 3.6 L 에 가하여 폴리아닐린 고분자 침전을 얻고 4000 rpm 및 1시간 조건으로 원심 분리하여 침전을 분리하였다. 이후 아세톤/0.2 M HCl 혼합용액 (6:1 v/v) 으로 3회 세척하고 건조하여 6.12 g의 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 을 얻었다. (66.4% yield) 이렇게 얻은 폴리아닐린의 두 반복 단위의 조성비는 52:48 인 것으로 확인되었고 (solid state NMR로 분석), 중량 평균 분자량은 2830 정도 (GPC 분석)로 확인되었다. 또, 이러한 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5의 전도성 고분자는 하기 반응식 b의 반응결과물과 같은 화학 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
[반응식 b]
P[anthranilic acid]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5

<합성예 3>
P[ ANi ] 0.5 -[N-(1',3'- phenylenediamino )-3- propane sulfonate ] 0. 5 의 합성
Anthranilic acid 3.43 g 을 사용하는 대신, Aniline hydrochloride 3.24 g을 사용한 것 외에는 합성예 1과 동일한 방법으로 합성하여 P[ANi]0.5-[N-(1',3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 4.72 g을 얻었다. 이렇게 얻은 P[ANi]0.5-[N-(1',3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5는 하기 화학식 a의 반복 단위 구조로 표시된다.
[화학식 a]
P[ANi]0.5-[N-(1',3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5
Figure pat00003

금속 나노플레이트의 제조
<실시예 1>
합성예 2에서 만들어진 전도성 고분자 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 100 mg 과 AgNO3 167 mg 을 증류수 50 ml에 분산시키고 4 ℃에서 168시간 동안 방치하였다. 바닥에 가라앉은 금속 나노플레이트 덩어리를 종이 필터를 이용하여 거르고 증류수 50 ml 로 씻은 후 잘 말려서 정제된 금속 나노플레이트를 얻었다.
<실시예 2>
합성예 2 에서 만들어진 전도성 고분자 P[anthranilic acid]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 100 mg 과 AgNO3 167 mg 을 증류수 25 ml와 Ethylene glycol 25 ml의 혼합 용액에 분산시키고 - 25 ℃에서 168시간 동안 방치하였다. 바닥에 가라앉은 금속 나노플레이트 덩어리를 종이 필터를 이용하여 거르고 증류수 50 ml 로 씻은 후 잘 말려서 정제된 금속 나노플레이트 를 얻었다.
<실시예 3>
합성예 3에서 만들어진 전도성 고분자 P[ANi]0.5-[N-(1', 3'-phenylenediamino)-3-propane sulfonate]0.5 100 mg 과 AgNO3 100 167 mg 을 증류수 50 ml에 분산시키고 4 ℃에서 168시간 동안 방치하였다. 바닥에 가라앉은 금속 나노플레이트 덩어리를 종이 필터를 이용하여 거르고 증류수 50 ml 로 씻은 후 잘 말려서 정제된 금속 나노플레이트를 얻었다.
도 1, 2, 3에 실시예 1, 2, 3에서 얻어진 은 나노플레이트의 SEM 사진을 도시하였다. 이렇게 얻어진 은 나노플레이트의 크기를 SEM 을 이용하여 측정한 결과, 평균적으로 약 10 nm 내지 약 20 nm의 두께와, 약 1 ㎛ 내지 약 2㎛ 의 직경 또는 폭을 갖는 판 형상을 띄고 있음을 확인하였다.

Claims (22)

  1. 전도성 고분자를 매개로 연결된 금속을 포함하고,
    0.5 nm 내지 100 nm의 두께와, 200nm 이상의 직경과, 두께보다 크고 직경보다 작거나 같은 폭을 가지며,
    상기 폭/직경의 비는 0.6 내지 1인 금속 나노플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직경은 200nm 내지 100㎛인 금속 나노플레이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폭은 120 nm 내지 100 ㎛인 금속 나노플레이트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직경/두께의 비는 10 내지 20,000인 금속 나노플레이트
  5. 제1항에 있어서,
    다각형, 원형 또는 타원형의 판 형상을 띄고 있는 금속 나노플레이트.
  6. 제1항에 있어서,
    1 중량% 미만의 금속 산화물을 포함하는 금속 나노플레이트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속 나노플레이트.
  8. 제7항에 있어서,
    금속 성분으로서 은(Ag)만을 포함하는 금속 나노플레이트.
  9. 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계를 포함하는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 및 금속염을 반응시키는 단계는 -40 내지 30℃에서 진행되는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는 10 분 내지 250 시간동안 진행되는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    전도성 고분자가 포함된 분산액을 형성하는 단계; 및
    상기 분산액에 금속염을 투입하여 상기 전도성 고분자와 상기 금속염과 반응시키는 단계;를 포함하는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  14. 제9항 에 있어서,
    상기 금속염은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 염인 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 은(Ag)의 염은 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4), 아세트산은(Ag(CH3COO)), 불화은(AgF), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr), 요오드화은(AgI), 시안화은(AgCN), 시안산은(AgOCN), 락트산은(Ag(CH3CHOHCOO)), 탄산은(Ag2CO3), 과염소산은(AgClO4) 및 삼불화아세트산은(Ag(CF3COO)), 삼불화술폰산은(Ag(CF3SO3))으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    전도성 고분자 및 금속염의 반응은 물, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 에틸렌글리콜, 포름아미드 (HCOOH), 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸술폭사이드 (DMSO), N-메틸피롤리돈 (NMP)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 제1용매 내에서 진행되는 금속 나노플레이트의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 금속 나노플레이트 및 제2용매를 포함하는 도전성 잉크 조성물.
  18. 제17항에 있어서,
    분산제, 바인더, 안료로 이루어진 군에서 선택된 1종이상을 더 포함하는 도전성 잉크 조성물.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2용매는 물, 알코올계 용매, 알코올알킬에테르계 용매, 알코올아릴에테르계 용매, 에스테르계 용매, 아미드계 용매, 아민계 용매, 지방족 탄화수소계 용매 및 방향족 탄화수소계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 도전성 잉크 조성물.
  20. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 금속 나노플레이트를 포함하는 전도성 필름.
  21. 제20항에 있어서,
    표시 장치, 반도체 소자, 태양전지의 도전막, 또는 도전성 패턴인 전도성 필름.
  22. 제21항에 있어서,
    터치 패널의 투명 전도성 필름.
KR1020130068433A 2013-06-14 2013-06-14 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름 KR101619438B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130068433A KR101619438B1 (ko) 2013-06-14 2013-06-14 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름
CN201480043853.1A CN105451917A (zh) 2013-06-14 2014-06-12 金属纳米片、用于制备该金属纳米片的方法、包含该金属纳米片的导电油墨组合物以及传导性薄膜
US14/898,401 US9944813B2 (en) 2013-06-14 2014-06-12 Metal nanoplate, a method for preparing the same, a conductive ink composition, and a conductive film comprising the same
JP2016519444A JP6298884B2 (ja) 2013-06-14 2014-06-12 金属ナノプレート、その製造方法、これを含む導電性インク組成物および伝導性フィルム
PCT/KR2014/005174 WO2014200288A1 (ko) 2013-06-14 2014-06-12 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름
EP14810483.9A EP2995399B1 (en) 2013-06-14 2014-06-12 Metal nanoplate, method for manufacturing same, and conductive ink composition and conductive film comprising metal nanoplate
TW103120505A TWI553660B (zh) 2013-06-14 2014-06-13 金屬奈米片、用於製備彼之方法、導電性印墨組成物及包含彼之導電性薄膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130068433A KR101619438B1 (ko) 2013-06-14 2013-06-14 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140145811A true KR20140145811A (ko) 2014-12-24
KR101619438B1 KR101619438B1 (ko) 2016-05-10

Family

ID=52022504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130068433A KR101619438B1 (ko) 2013-06-14 2013-06-14 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9944813B2 (ko)
EP (1) EP2995399B1 (ko)
JP (1) JP6298884B2 (ko)
KR (1) KR101619438B1 (ko)
CN (1) CN105451917A (ko)
TW (1) TWI553660B (ko)
WO (1) WO2014200288A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105033241A (zh) * 2015-06-04 2015-11-11 北京化工大学 一种超薄金属镍纳米片、其制备方法和作为电极材料的应用
KR20180098106A (ko) * 2017-02-23 2018-09-03 한국전자통신연구원 전도성 금속 페이스트
KR20190083966A (ko) * 2018-01-05 2019-07-15 한국과학기술연구원 전자파 차폐 필름의 제조 방법
US11246247B2 (en) 2018-01-05 2022-02-08 Korea Institute Of Science And Technology Electromagnetic interference shielding film having a laminated structure including a stack of metal nanoplates and a nano electrode including the same
KR20220078332A (ko) * 2020-12-03 2022-06-10 원광대학교산학협력단 탄소 섬유 부직포 및 이에 코팅된 금속 나노플레이트를 포함하는 탄소 섬유 복합재

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106363165B (zh) * 2016-09-05 2019-02-15 国核电力规划设计研究院 一种片状铜颗粒及其制备方法、催化剂、电极
CA3045167A1 (en) 2016-10-25 2018-05-03 Ggi International Printed electronics
CN106659107B (zh) * 2017-03-01 2021-12-03 索曼电子（深圳）有限公司 一种纳米压印屏蔽玻璃及其制作方法
WO2018218368A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Nano Cnet Ltd. Methods for synthesizing metal nanostrands, and structures formed of the metal nanostrand synthesized thereof
CN107414069B (zh) * 2017-08-07 2019-03-12 国家纳米科学中心 银纳米圆片、其制备方法及采用其制备的金纳米环和组装体
CN107639238B (zh) * 2017-10-26 2020-07-03 北京科技大学 一种单分散银粉的可控制备方法
CN107876797B (zh) * 2017-10-27 2020-06-26 北京科技大学 一种异形貌微米级铜粉的制备方法
CN108188386B (zh) * 2017-12-25 2019-10-15 西安交通大学 一种表面洁净的超薄Ag纳米片及其制备方法
CN110340375B (zh) * 2018-04-03 2022-07-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种制备毫米尺度二维单晶金片的方法
TWI698507B (zh) 2018-12-06 2020-07-11 財團法人工業技術研究院 改質的金屬奈米片及包括其之導電漿料
CN109638221B (zh) * 2018-12-19 2021-06-18 深圳先进技术研究院 负极材料、负极及其制备方法与负极浆料、二次电池和用电设备
US11769606B2 (en) * 2019-03-29 2023-09-26 Nisshinbo Holdings Inc. Conductive metal paste
KR20210103663A (ko) 2020-02-14 2021-08-24 전북대학교산학협력단 나노플레이트를 포함하는 금속 필름
CN112643045B (zh) * 2020-12-18 2023-04-18 华侨大学 钯钌超薄纳米片及其制备方法和其作为电催化剂的应用
WO2023287492A2 (en) * 2021-05-25 2023-01-19 The Research Foundation For The State University Of New York High-temperature cu ink-based conductor with oxidation and corrosion resistance
CN114505474B (zh) * 2022-01-26 2024-03-19 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种多形貌可低温烧结纳米银及其制备方法和应用
WO2023171691A1 (ja) * 2022-03-10 2023-09-14 キヤノン株式会社 導電性組成物及びその製造方法、導電性画像の記録方法、並びに導電性画像

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4635410B2 (ja) * 2002-07-02 2011-02-23 ソニー株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP3893457B2 (ja) * 2002-11-14 2007-03-14 独立行政法人物質・材料研究機構 酸化亜鉛ナノベルトの製造方法
KR100600938B1 (ko) 2004-07-26 2006-07-13 한국표준과학연구원 금 나노 구조체 및 그의 제조 방법
US8084140B2 (en) 2005-12-02 2011-12-27 Clarkson University Silver platelets comprising palladium
CN100390066C (zh) * 2006-10-12 2008-05-28 北京化工大学 一种二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜及其制备方法
US8344054B2 (en) * 2007-07-24 2013-01-01 The Texas A & M University System Polymer nanocomposites including dispersed nanoparticles and inorganic nanoplatelets
US8130438B2 (en) * 2008-07-03 2012-03-06 Ajjer Llc Metal coatings, conductive nanoparticles and applications of the same
KR101085160B1 (ko) * 2008-09-12 2011-11-18 주식회사 엘지화학 금속 나노벨트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름
JP5269904B2 (ja) 2008-09-22 2013-08-21 韓国科学技術院 金属単結晶ナノプレートの製造方法
KR101139927B1 (ko) * 2008-11-10 2012-04-30 한양대학교 산학협력단 금속 산화물 반도체 나노 입자 형성 방법, 이 나노 입자를 사용한 고분자 발광 소자 및 그 제조 방법
JP5599906B2 (ja) 2010-03-11 2014-10-01 エルジー・ケム・リミテッド ベルト状の金属ナノ構造体及びその製造方法
EP2546191B1 (en) * 2010-03-11 2018-01-17 LG Chem, Ltd. Method for manufacturing metal nanobelt
JP5636208B2 (ja) 2010-04-07 2014-12-03 富士フイルム株式会社 熱線遮蔽用金属平板状粒子含有組成物
AU2011338991B2 (en) 2010-12-07 2017-04-13 Rhodia Operations Electrically conductive nanostructures, method for making such nanostructures, electrically conductive polymer films containing such nanostructures, and electronic devices containing such films
KR101963801B1 (ko) 2011-03-29 2019-08-01 한국과학기술연구원 전도성 잉크 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 박막 제조 방법
CA2839318A1 (en) 2011-06-23 2012-12-27 Molecular Rebar Design, Llc Nanoplate-nanotube composites, methods for production thereof and products obtained therefrom

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105033241A (zh) * 2015-06-04 2015-11-11 北京化工大学 一种超薄金属镍纳米片、其制备方法和作为电极材料的应用
CN105033241B (zh) * 2015-06-04 2017-11-21 北京化工大学 一种超薄金属镍纳米片、其制备方法和作为电极材料的应用
KR20180098106A (ko) * 2017-02-23 2018-09-03 한국전자통신연구원 전도성 금속 페이스트
KR20190083966A (ko) * 2018-01-05 2019-07-15 한국과학기술연구원 전자파 차폐 필름의 제조 방법
US11246247B2 (en) 2018-01-05 2022-02-08 Korea Institute Of Science And Technology Electromagnetic interference shielding film having a laminated structure including a stack of metal nanoplates and a nano electrode including the same
KR20220078332A (ko) * 2020-12-03 2022-06-10 원광대학교산학협력단 탄소 섬유 부직포 및 이에 코팅된 금속 나노플레이트를 포함하는 탄소 섬유 복합재

Also Published As

Publication number Publication date
EP2995399A4 (en) 2017-01-18
TWI553660B (zh) 2016-10-11
WO2014200288A1 (ko) 2014-12-18
JP6298884B2 (ja) 2018-03-20
JP2016527664A (ja) 2016-09-08
US9944813B2 (en) 2018-04-17
TW201513131A (zh) 2015-04-01
EP2995399B1 (en) 2018-03-07
EP2995399A1 (en) 2016-03-16
KR101619438B1 (ko) 2016-05-10
US20160137865A1 (en) 2016-05-19
CN105451917A (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101619438B1 (ko) 금속 나노플레이트, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 도전성 잉크 조성물 및 전도성 필름
JP5564508B2 (ja) 金属ナノベルト、その製造方法、それを含む導電性インク組成物および導電性フィルム
TWI503357B (zh) 金屬奈米帶之製造
JP5599906B2 (ja) ベルト状の金属ナノ構造体及びその製造方法
JP2014510192A (ja) 導電性粒子およびその製造方法
JPWO2017159537A1 (ja) ナノワイヤーおよびその製造方法、ナノワイヤー分散液ならびに透明導電膜
KR20160059685A (ko) 금속 나노 구조체 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 4