KR20160097427A - Method for synthesis of curved copper nanowire - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 휘어진 구리 나노선의 합성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굽힘이 용이하며 산화 안정성이 우수한 구리 나노선을 합성하는 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method of synthesizing copper nanowires that are easy to bend and have excellent oxidation stability.
투명 전극은 광 투과성이 우수하면서 전도성이 있는 전극으로, LCD 전면 전극, OLED 전극과 같은 디스플레이, 터치스크린, 태양전지, 광전자 소자 등의 분야에 광범위하게 사용되고 있는 기술이다.The transparent electrode is a conductive electrode having excellent light transmittance and widely used in the fields of LCD front electrode, display such as OLED electrode, touch screen, solar cell, and optoelectronic device.
대표적으로 투명성이 우수하고 적정 수준의 저항값을 가진 ITO(Indium Tin Oxided;산화인듐주석)를 이용한 투명전극이 상용화되어 있는데, ITO 제조에 필요한 인듐은 희토류 금속으로 매장량이 한정적이기 때문에 고가일 뿐만 아니라 ITO는 굽힘에 대한 내성이 약하여 휘어졌을 때 버티지 못하고 파괴되는 문제가 있다. Transparent electrodes using indium tin oxide (ITO), which is excellent in transparency and has an appropriate level of resistance, are commercialized. Since indium is required to manufacture ITO, the amount of rare earth metal is limited. Therefore, ITO has a problem that it is not resistant to bending and can not survive when bent.
또한 일반적인 도전성 물질인 금속 물질들에 비해 상대적으로 높은 저항값을 가지고 있어 13인치 이상의 대면적 화면에서는 터치 구현이 어려워진다.In addition, it has a relatively high resistance value compared with metal materials, which are generally conductive materials, and it is difficult to realize a touch on a large-area screen of 13 inches or more.
최근 주목받고 있는 신기술인 플렉서블(FLEXIBLE)과 투명 디스플레이를 위해 ITO 대체재가 요구되는 가운데, 고가의 희토류가 아닌 소재를 이용하고 투명성과 유연성을 확보할 수 있는 금속, 탄소, 전도성 고분자 등이 재료로 연구되고 있다.FLEXIBLE, a new technology that has recently attracted attention, and metal, carbon, and conductive polymers that can be used to secure transparency and flexibility by using materials that are not expensive rare earths, while requiring ITO substitutes for transparent displays .
특히 전도성이 우수하며 유연성에서 우수한 금속 물질을 활용한 전극 물질에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 주로 은, 구리, 알루미늄이 연구되고 있다.Particularly, researches on electrode materials using metal materials excellent in conductivity and excellent in flexibility have been actively carried out, and mainly silver, copper and aluminum have been studied.
그 중 저가이며 전도성이 우수한 구리가 적합한 물질로 여겨지고 있으나, 구리 나노선을 디스플레이에 적용할 경우 디스플레이의 투명성이 문제될 수 있으며, 이러한 문제를 극복하기 위해 나노 단위에서 구리선의 모양을 제어하는 기술이 요구되어진다.Among them, copper having a low cost and excellent conductivity is regarded as a suitable material. However, when a copper wire is applied to a display, transparency of the display may be a problem. To overcome this problem, a technique of controlling the shape of a copper wire in a nano- Is required.
구리 나노선의 제조방법과 이에 의해 제조된 구리 나노선에 관한 선행기술로는 한국등록특허 제10-1073808호가 있는데, 상기 선행기술은 유기 아민과 구리 수용액상에서 구리 나노선을 합성하는 방법으로, 산화되기 쉬운 구리 나노선의 산화를 방지하기 위하여 독성 물질인 하이드라진 등과 같은 환원제를 사용하여야 할 뿐만 아니라, 이를 기판에 적용할 경우 환원제 제거가 용이하지 않은 문제가 있다.
Korean Patent No. 10-1073808 discloses a copper nano wire manufacturing method and a copper nano wire manufactured by the method. The prior art is a method of synthesizing copper nano wire on an organic amine and a copper aqueous solution, A reducing agent such as hydrazine which is a toxic substance must be used in order to prevent the oxidation of the copper nanowire easily and there is a problem that it is not easy to remove the reducing agent when it is applied to a substrate.
본 발명의 목적은 굽힘이 용이하며 산화안정성이 우수한 구리 나노선의 합성방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for synthesizing copper nanowires that is easy to bend and has excellent oxidation stability.
또한, 본 발명의 목적은 독성을 띠는 환원제 없이 우수한 전도성을 지닌 구리 나노선의 합성방법을 제공하는 데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a method for synthesizing copper nanowires having excellent conductivity without a toxic reducing agent.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 알코올 용매, 구리 전구체, 아민계 화합물 및 할로겐 화합물을 포함한 혼합 용액을 제공하는 단계; 상기 혼합 용액을 승온하여 반응시키는 단계; 및 상기 반응으로부터 얻어진 생성물을 세척 및 분리하여 휘어진 구리 나노선을 얻는 단계를 포함하는 구리 나노선의 합성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a mixed solution comprising: providing a mixed solution containing an alcohol solvent, a copper precursor, an amine compound, and a halogen compound; Heating the mixed solution to react; And washing and separating the product obtained from the reaction to obtain warped copper nanowires.
상기 알코올 용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필글리콜, 펜타에리스리톨, 비닐알코올, 폴리비닐알코올에서 선택된 두 종류 이상의 알코올을 혼합하여 사용할 수 있다.The alcohol solvent may be a mixture of two or more alcohols selected from ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, glycerol, propylglycol, pentaerythritol, vinyl alcohol and polyvinyl alcohol.
상기 알코올 용매로 에틸렌글리콜과 글리세롤을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 에틸렌글리콜과 글리세롤의 부피비는 10:1 내지 1:1 일 수 있다.The alcohol solvent may be a mixture of ethylene glycol and glycerol. The volume ratio of ethylene glycol to glycerol may be 10: 1 to 1: 1.
상기 구리 전구체는 구리포름산염, 구리초산염, 구리탄산염, 염화 제2구리, 염화 제1구리, 수산화 제2구리, 수산화 제1구리, 황산구리, 질산구리 및 구리아세틸아세토네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 구리 전구체를 포함할 수 있다.Wherein the copper precursor is selected from the group consisting of copper formate, copper acetate, copper carbonate, cupric chloride, cuprous chloride, cuprous hydroxide, cuprous hydroxide, copper sulfate, copper nitrate and copper acetylacetonate. Or more species of copper precursors.
상기 아민계 화합물은 C1 내지 C20의 체인을 가지고 있는 1차 내지 3차 아민 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 아민계 화합물을 포함할 수 있다.The amine-based compound may include an amine-based compound selected from a primary to tertiary amine having a chain of C1 to C20 or a mixture thereof.
상기 할로겐 화합물은 염화나트륨, 브롬화나트륨, 브롬화암모늄, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 염화암모늄, 세트리모늄클로라이드 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐 화합물을 포함할 수 있다.The halogen compound may include at least one halogen compound selected from the group consisting of sodium chloride, sodium bromide, ammonium bromide, potassium chloride, potassium bromide, ammonium chloride, settimoronium chloride and cetyltrimethylammonium bromide.
상기 할로겐 화합물은 염화암모늄일 수 있다.The halogen compound may be ammonium chloride.
상기 승온하여 반응시키는 단계는 두 단계로 이루어질 수 있으며, 상기 두 단계는 상기 혼합 용액을 80℃ 내지 140℃에서 반응시키는 반응 단계; 상기 반응에서 얻어진 반응 혼합물을 180℃ 내지 240℃에서 열처리하는 열처리 단계;를 포함할 수 있다.The step of heating and reacting may be performed in two steps, and the two steps may include a reaction step of reacting the mixed solution at 80 ° C to 140 ° C; And a heat treatment step of heat-treating the reaction mixture obtained in the above reaction at 180 ° C to 240 ° C.
본 발명은 또한 상기 합성방법에 의해 제조된 휘어진 구리 나노선을 제공하며, 이를 포함한 투명 전극, 플렉서블 전극 및 스트레쳐블 전극을 제공한다.
The present invention also provides curved copper nanowires fabricated by the above synthetic method, and provides transparent electrodes, flexible electrodes, and stretchable electrodes containing the same.
본 발명의 합성방법에 의해 제조된 휘어진 구리 나노선은 직선형이 아닌 휘어진 형태를 가져 굽힘이 용이하다.The bent copper nanowire produced by the synthesis method of the present invention has a curved shape rather than a straight shape, so that it is easy to bend.
본 발명의 합성방법에 의해 제조된 휘어진 구리 나노선은 산화 안정성이 우수하다.The bent copper nanowires produced by the synthesis method of the present invention have excellent oxidation stability.
본 발명의 합성방법은 독성을 띠는 환원제 없이 우수한 전도성을 지닌 휘어진 구리 나노선을 합성할 수 있다.
The synthesis method of the present invention can synthesize a curved copper nanowire with good conductivity without a toxic reducing agent.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 나노선 합성 과정을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선의 X선 회절분석 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선 단일 가닥의 SEM사진 및 TEM사진이다.FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a copper nanowire synthesis process according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM photograph of a bent copper nano-wire fabricated according to an embodiment of the present invention.
3 is an X-ray diffraction analysis image of a bent copper nano-ray according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph and a TEM photograph of a single strand of a bent copper nanowire fabricated according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.
본 명세서의 “휘어진 구리 나노선”은 직선형이 아니고, 고리형의 형상이 아니면서 곡률이 형성된 구리 나노선으로, 예를 들면 C형, S형의 모양으로 형성된 구리 나노선을 포함한다.
The "bent copper wire" in the present specification is not a straight wire but includes a copper wire which is formed in a shape of a C-shape or an S-shape, for example, a copper wire with curvature not in an annular shape.
본 발명은 알코올 용매, 구리 전구체, 아민계 화합물 및 할로겐 화합물을 포함한 혼합 용액을 제공하는 단계; 상기 혼합 용액을 승온하여 반응시키는 단계; 및 상기 반응물로부터 얻어진 생성물을 세척 및 분리하여 휘어진 구리 나노선을 얻는 단계를 포함하는 구리 나노선의 합성방법 및 상기와 같은 합성방법에 의해 제조된 휘어진 구리 나노선을 제공한다.The present invention provides a method for preparing a mixed solution comprising: providing a mixed solution containing an alcohol solvent, a copper precursor, an amine compound, and a halogen compound; Heating the mixed solution to react; And a step of washing and separating the product obtained from the reactant to obtain warped copper nanowires, and a warped copper wire produced by the above-described synthetic method.
본 발명의 일 실시예에 따른 휘어진 구리 나노선의 합성 과정을 나타낸 공정 흐름도(도1)를 참고하면, 단계 S1에서 알코올 용매, 구리 전구체, 아민계 화합물 및 할로겐 화합물을 포함한 혼합 용액을 제공한다.Referring to a process flow diagram (FIG. 1) illustrating a process for synthesizing a bent copper nano wire according to an embodiment of the present invention, a mixed solution containing an alcohol solvent, a copper precursor, an amine compound, and a halogen compound is provided in step S1.
상기 알코올 용매는 휘어진 구리 나노선 합성 반응의 용매로 작용하는 동시에 구리 이온을 환원시키는 환원제의 역할도 하며, 이러한 알코올의 환원반응은 하기 반응식 1 내지 4로 표현될 수 있다.The alcohol solvent acts as a solvent for the warped copper nanowire synthesis reaction and also acts as a reducing agent for reducing copper ions. The reduction reaction of the alcohol can be represented by the following reaction formulas 1 to 4.
(반응식 1)(Scheme 1)
2HOCH2CH2OH → 2CH3CHO + 2H2O 2HOCH 2 CH 2 OH → 2CH 3 CHO + 2H 2 O
(반응식 2)(Scheme 2)
2Cu+ + 2CH3CHO → CH3COOCCH3 + 2Cu + 2H+ 2Cu + + 2CH 3 CHO → CH 3 COOCCH 3 + 2Cu + 2H +
(반응식 3)(Scheme 3)
2OHCH2CH2OH + O2 → 2HOCH3CHO + 2H2O 2OHCH 2 CH 2 OH + O 2 → 2HOCH 3 CHO + 2H 2 O
(반응식 4)(Scheme 4)
2Cu+ + 2HOCH3CHO → HOCH3COOCCH3OH + 2Cu + 2H+
2Cu + + 2HOCH 3 CHO - > HOCH 3 COOCCH 3 OH + 2Cu + 2H +
기존의 유기 아민과 물을 이용하는 구리 나노선의 합성 방법에서는 구리 나노선의 전기 전도성이 낮고 산화되기 쉬운 문제가 있어 이를 방지하기 위해 독성 물질인 하이드라진(Hydrazine) 등과 같은 환원제가 사용되어왔다. In the conventional method of synthesizing copper nanowires using organic amine and water, there is a problem that copper nano-wires have low electrical conductivity and are easily oxidized. To prevent this, a reducing agent such as hydrazine, which is a toxic substance, has been used.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 방법에서는 알코올이 반응의 용매로 쓰임과 동시에 구리 이온을 환원시키는 환원제의 역할을 하므로 하이드라진과 같은 독성을 가진 별도의 환원제 없이 산화 안정성과 전기 전도성이 우수한 구리 나노선을 합성할 수 있다.However, in the synthesis method according to an embodiment of the present invention, alcohol acts as a solvent for the reaction and also acts as a reducing agent for reducing copper ions. Therefore, copper, which is excellent in oxidation stability and electrical conductivity without a separate reducing agent having toxicity such as hydrazine Nanowires can be synthesized.
구리 이온이 환원되는 과정에서 일정한 환원에너지가 필요하므로 상기 알코올 용매로서 높은 환원성을 나타내는 다가 알코올을 사용할 수 있으며, 다가 알코올로는 예를 들어 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 펜타에리스리톨, 비닐알코올, 폴리비닐알코올 등이 포함되나, 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 다가알코올이라면 어떤 것이든 사용할 수 있다.Since a certain reducing energy is required in the process of reducing copper ions, polyhydric alcohols having a high reducing ability can be used as the alcohol solvent. Examples of the polyhydric alcohols include ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, glycerol, propylene glycol, Pentaerythritol, vinyl alcohol, polyvinyl alcohol, and the like, but it is not limited thereto and any polyhydric alcohol commonly known in the art to which the present invention belongs may be used.
상기 알코올 용매는 두 종류 이상의 다가 알코올 혼합 용액을 사용할 수 있으며, 두 종류 이상의 다가 알코올을 포함한 혼합 용액을 사용하면 휘어진 구리 나노선을 얻을 수 있다.The alcohol solvent may be a mixed solution of two or more polyhydric alcohols, and a mixed solution containing two or more polyhydric alcohols may provide a curved copper nanowire.
휘어진 구리 나노선은 굴곡 내성이 우수하여 이를 이용하여 전극을 제조하게 되면 전극이 휘어져도 쉽게 부러지지 않으며, 플렉서블 디스플레이, 플렉서블 전극 등 휘어지는 전자기기에 적용될 수 있다.The curved copper nanowire is excellent in bending resistance, so that if the electrode is manufactured by using the bent wire, the electrode is not easily broken even when it is bent, and can be applied to a flexible electronic device such as a flexible display or a flexible electrode.
특히 알코올 용매로 에틸렌글리콜과 글리세롤을 함께 사용하는 것이 바람직한데, 에틸렌글리콜과 글리세롤을 용매로 사용하는 경우 에틸렌글리콜과 글리세롤의 부피비는 10:1 내지 1:1인 것이 바람직하며, 만일 상기 범위를 벗어나 에틸렌글리콜이 과도하게 첨가된다면 직선형태의 나노선이 형성되는 문제가 있고, 반대로 글리세롤이 과도하게 첨가된다면 에틸렌글리콜이 과도하게 첨가되는 경우와 마찬가지로 직선형태의 나노선이 형성되는 문제가 있다.Particularly, it is preferable to use ethylene glycol and glycerol together as an alcohol solvent. When ethylene glycol and glycerol are used as a solvent, the volume ratio of ethylene glycol and glycerol is preferably 10: 1 to 1: 1, If ethylene glycol is added excessively, linear nanowires are formed. On the other hand, if glycerol is excessively added, there is a problem that linear nanowires are formed similarly to the case where ethylene glycol is excessively added.
알코올 용매의 첨가량은 전체 용액에 대하여 15vol% 내지 100vol%로 포함되는 것이 바람직하며, 만약 100vol%를 초과하여 포함된다면 불순물로 선형의 나노입자가 많이 나타나는 문제가 있고, 15vol% 미만으로 포함된다면 구형의 나노입자나 선형의 나노입자가 형성되는 문제가 있다.
The amount of the alcohol solvent to be added is preferably 15 vol% to 100 vol% with respect to the total solution. If the amount of the alcohol solvent is more than 100 vol%, there is a problem that linear nanoparticles appear as impurities. If the amount is less than 15 vol% There is a problem that nanoparticles or linear nanoparticles are formed.
상기 구리 전구체는 구리 나노선으로 환원되는 구리 이온을 제공하는 화합물로 구리포름산염, 구리초산염, 구리탄산염, 염화 제2구리, 염화 제1구리, 수산화 제2구리, 수산화 제1구리, 황산구리, 질산구리 및 구리아세틸아세토네이트 등으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되어 사용될 수 있으나, 상기 나열한 구리화합물 외에도 구리 이온을 제공할 수 있다면 어떠한 구리화합물이라도 사용될 수 있다.The copper precursor is a compound which provides copper ions reduced to copper nanowires, and is a compound that provides copper ions that are reduced to copper nanowires. Examples of the copper precursor include copper formate, copper acetate, copper carbonate, cupric chloride, cuprous chloride, cuprous hydroxide, cuprous hydroxide, Copper and copper acetylacetonate. However, in addition to the copper compounds listed above, any copper compound can be used as long as copper ions can be provided.
상기 구리 전구체가 1가의 구리 이온을 제공하여 환원 전위가 낮은 염화 제1구리, 수산화 제1구리를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 구리 전구체 자체에 할로겐족 물질을 함유하는 염화 제1구리를 사용할 수 있다. It is preferable that the copper precursor uses a cuprous chloride or a cuprous hydroxide having a reduced reduction potential by providing a monovalent copper ion and more preferably a cuprous chloride containing a halogen group material is used as the copper precursor .
상기 구리 전구체는 전체 용액에 대하여 0.005M 내지 1.0M이 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.01M 내지 0.5M이 포함될 수 있다.The copper precursor may contain 0.005M to 1.0M, preferably 0.01M to 0.5M, of the total solution.
만약 구리 전구체가 전체 용액에 대하여 0.005M 미만으로 포함된다면 구리 나노선이 아니라 구형의 구리 나노 입자가 생기는 문제가 있으며, 0.5M을 초과하여 포함된다면 구리 나노선 이외의 다른 형상이 형성되는 문제가 있다.If the copper precursor is contained at less than 0.005M in the total solution, spherical copper nanoparticles are formed instead of copper nanowires. If the copper precursor is contained in excess of 0.5M, there is a problem that other shapes other than copper nanowires are formed .
상기 아민계 화합물은 구리 이온과 결합하여 구리-아민 복합체를 이루는 계면활성제로, C1 내지 C20의 체인을 가지고 있는 1차 내지 3차 아민이 사용될 수 있다.The amine compound may be a primary to tertiary amine having a C1 to C20 chain, which is a surfactant that forms a copper-amine complex by bonding with copper ions.
C1 내지 C20의 체인을 가지고 있는 1차 내지 3차 아민으로는 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 노나데실아민, 옥타데실아민, 헵타데실아민, 헥사데실아민, 펜타데실아민, 옥타-9-데세닐아민, 헵타-8-데세닐아민, 프로판-1,3-디아민, 부탄-1,4-디아민, 펜탄-1,5-디아민, 에틸렌디아민, 디메틸에틸렌디아민, 트리에틸렌디아민, N,N,N‘,N’-테트라메틸에틸렌디아민, 테트라메틸에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민 등을 포함하거나 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. Examples of the primary to tertiary amines having a C1 to C20 chain include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, nonadecylamine, octadecylamine, heptadecylamine, hexadecylamine, pentadecylamine, octa-9 1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, ethylenediamine, dimethylethylenediamine, triethylenediamine, N, N-diethylamine, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine, tetramethylethylenediamine, diethylenetriamine, and the like, or mixtures thereof.
상기 아민계 화합물의 알킬 그룹의 길이가 길수록 구리 나노선 모양 제어가 유리하므로 올레일아민을 사용하는 것이 바람직하다.The oleylamine is preferably used because the longer the alkyl group of the amine compound is, the more advantageous is the control of the copper nanowire shape.
상기 아민계 화합물은 구리 전구체에 대하여 0.5M 내지 20M, 바람직하게는 2.0M 내지 10M이 사용될 수 있다.The amine compound may be used in an amount of 0.5M to 20M, preferably 2.0M to 10M, based on the copper precursor.
아민계 화합물의 첨가량이 구리 전구체에 대하여 0.5M 미만으로 사용될 경우 구리 나노선의 합성 수율이 낮아지는 문제가 있으며, 20M을 초과하여 사용될 경우 구형의 구리 나노 입자가 합성되는 문제가 있다.When the amount of the amine compound added is less than 0.5 M, the synthesis yield of the copper nanowire is lowered. When the amount of the amine compound is more than 20 M, spherical copper nanoparticles are synthesized.
상기 할로겐 화합물은 이온성 계면 활성제로 작용하여 반응시 구리-아민 복합체를 둘러싸며 휘어진 구리 나노선의 모양을 완성한다.The halogen compound acts as an ionic surfactant to complete the shape of the bent copper nanowire surrounding the copper-amine complex during the reaction.
할로겐 화합물로 염화나트륨, 브롬화나트륨, 브롬화암모늄, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 염화암모늄, 세트리모늄클로라이드 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드 등이 단독으로, 또는 혼합하여 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Examples of the halogen compound include, but are not limited to, sodium chloride, sodium bromide, ammonium bromide, potassium chloride, potassium bromide, ammonium chloride, settimoronium chloride, and cetyltrimethylammonium bromide.
할로겐 화합물로서 염화암모늄을 사용하는 것이 구리 나노선의 모양 제어에 유리하며, 특히 균일한 형상의 휘어진 구리 나노선을 형성할 수 있으므로 할로겐 화합물로서 염화암모늄을 이용하여 전극을 제조하면 산화안정성이 우수하고 굴곡내성이 향상된 전극을 얻을 수 있다.The use of ammonium chloride as the halogen compound is advantageous in controlling the shape of the copper nanowire, and in particular, since a curved copper nanowire having a uniform shape can be formed, when the electrode is manufactured using ammonium chloride as the halogen compound, An electrode having improved resistance can be obtained.
할로겐 화합물은 상기 구리 전구체에 대하여 0.05M 내지 10M, 바람직하게는 0.1M 내지 2.0M로 사용될 수 있다.The halogen compound may be used at 0.05M to 10M, preferably 0.1M to 2.0M with respect to the copper precursor.
할로겐 화합물의 첨가량이 0.1M 미만으로 첨가될 경우 구리 나노선의 합성 수율이 낮은 문제가 있고, 2.0M을 초과할 경우 휘어진 구리 나노선 이외의 다른 모양이 생길 수 있어 충분한 내굴곡성을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
When the addition amount of the halogen compound is less than 0.1 M, there is a problem that the synthesis yield of the copper nanowire is low. When the addition amount of the halogen compound is more than 2.0 M, the shape other than the bent copper wire may be generated, have.
도1을 다시 참고하면, 본 발명의 일 실시예는 단계 S1과 같이 알코올 용매, 구리 전구체, 아민계 화합물 및 할로겐 화합물을 포함한 혼합 용액을 제조한 후, 상기 혼합용액을 승온하여 반응시키는 단계를 포함한다.(단계 S2)Referring to FIG. 1 again, an embodiment of the present invention includes a step of preparing a mixed solution containing an alcohol solvent, a copper precursor, an amine compound, and a halogen compound, as in step S1, (Step S2)
단계 S2는 상기 혼합 용액을 반응시켜 구리-아민 복합물을 수득하는 단계와 이를 열처리하는 두 단계로 나뉘어 수행될 수 있다.Step S2 may be performed by dividing the copper-amine composite into a copper-amine composite and a heat treatment by reacting the mixed solution.
먼저, 구리-아민 복합물을 수득하기 위해 혼합 용액을 반응시키는 단계는 상기 혼합 용액이 용해될 때까지 충분히 교반한 후 온도제어 장치를 이용하여 반응시키는 단계를 포함한다.First, the step of reacting the mixed solution to obtain the copper-amine composite includes sufficiently stirring until the mixed solution is dissolved and then reacting using a temperature control device.
반응은 질소 분위기나 진공 분위기 등 산소가 없는 조건에서 진행되는 것이 바람직하며, 온도는 80℃ 내지 140℃에서 1분 내지 60분 동안 반응시키는 것이 바람직하다.The reaction is preferably carried out under oxygen-free conditions such as a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere, and the reaction is preferably carried out at a temperature of 80 to 140 ° C for 1 to 60 minutes.
상기 반응 온도 및 반응 시간 범위 미만의 조건에서 반응이 수행될 경우 구리-아민의 복합물이 불완전하게 되어 불순물로 마이크로 단위의 구리 입자가 형성되는 문제가 있으며, 반대로 상기 조건을 초과하는 조건에서 반응이 수행될 경우 구리-아민 복합물이 불완전하게 되어 불순물로 구형의 나노입자가 형성되는 문제가 있다.If the reaction is carried out under the above reaction temperature and reaction time range, there is a problem that the composite of copper-amine is incomplete and microparticulate copper particles are formed as impurities. On the other hand, There is a problem that the copper-amine composite becomes incomplete and spherical nanoparticles are formed as impurities.
다음으로, 생성된 구리-아민 복합물을 열처리 하는 단계를 포함할 수 있는데, 열처리 단계도 반응 단계와 마찬가지로 질소 분위기나 진공 분위기 등 산소가 없는 조건에서 진행되는 것이 바람직하며, 온도는 180℃ 내지 240℃에서 1분 내지 60분 동안 반응시키는 것이 바람직하다.Next, the step of annealing the resulting copper-amine composite may include the step of annealing in the absence of oxygen, such as a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere, in the same manner as in the reaction step, For 1 minute to 60 minutes.
상기 열처리 온도 및 열처리 시간 범위 미만의 조건에서 반응이 수행될 경우 환원속도가 느려서 입자가 형성되지 않거나 구형의 나노입자가 형성되는 문제가 있으며, 반대로 상기 조건을 초과하는 조건에서 반응이 수행될 경우 직선형의 나노선이 형성되는 문제가 있다.
When the reaction is carried out under the conditions of the heat treatment temperature and the heat treatment time range, there is a problem that particles are not formed or spherical nanoparticles are formed due to a slow reduction rate. On the contrary, when the reaction is performed under the above conditions, There is a problem that the nanowire of the first embodiment is formed.
마지막으로, 단계 S2에서 상기 반응 및 열처리를 통해 얻어진 생성물을 세척 및 분리하여 휘어진 구리 나노선을 획득할 수 있다. (단계 S3)Finally, in step S2, the product obtained through the reaction and heat treatment may be washed and separated to obtain warped copper nanowires. (Step S3)
세척은 상기 열처리가 종료된 후 생성물에 헥산과 에탄올을 첨가하여 수행되며, 분리는 세척액과 휘어진 구리 나노선을 분리하는 공정으로, 원심분리기를 이용하여 수행될 수 있다.The washing is carried out by adding hexane and ethanol to the product after the heat treatment is completed, and the separation is a process of separating the washing liquid and the bent copper nanowire, and can be performed using a centrifugal separator.
원심분리는 2000rpm 내지 8000rpm의 속도로 수행될 수 있으며, 세척단계는 한 번 이상 수행되는 것이 바람직하다.The centrifugation can be performed at a speed of 2000 rpm to 8000 rpm, and the washing step is preferably performed at least once.
상기와 같은 과정을 통해 분리된 휘어진 나노 구리와이어는 유기용매에 분산시켜 보관하는 것이 바람직하며 유기용매로는 예를 들어, 헥산, 에탄올, 아세톤, 클로로벤젠, IPA 또는 DMF 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
The bent nanoporous wire separated by the above process is preferably dispersed in an organic solvent and stored. As the organic solvent, for example, hexane, ethanol, acetone, chlorobenzene, IPA or DMF may be used. It is not.
또한 본 발명은 상기 합성방법에 의해 제조된 휘어진 구리 나노선을 포함하는 헥산 용액을 유리 또는 PET 기판 위에 균일하게 분포시켜 코팅한 후, 환원시켜 투명전극을 제조하는 방법 및 이와 같은 방법에 의해 제조된 투명전극을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a transparent electrode by uniformly distributing a hexane solution containing bent copper nanowires prepared by the above synthetic method on a glass or PET substrate followed by reduction, Thereby providing a transparent electrode.
본 발명의 합성방법에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선을 포함하는 투명전극은 예를 들어, 플렉서블 전극, 스트레처블 전극 및 늘어날 수 있는 전극 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The transparent electrode including the bent copper nanowires manufactured according to the synthesis method of the present invention may include, for example, a flexible electrode, a stressable electrode, and an extendable electrode, but is not limited thereto.
상기 휘어진 구리 나노선을 환원하기 위해 사용되는 환원제로는 글리세롤, NaBH4, 에틸렌글리콜, L-Ascorbic acid, KBH4, NaH2PO2, NaH2PO4, NaH3PO4와 같은 환원성 용액을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the reducing agent used for reducing the curved copper nanowires, a reducing solution such as glycerol, NaBH4, ethylene glycol, L-ascorbic acid, KBH4, NaH2PO2, NaH2PO4, NaH3PO4 is preferably used, but is not limited thereto.
구리 나노선을 환원하는 공정은 20℃ 내지 300℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 환원온도가 20℃ 미만일 경우에는 환원이 일어나지 않는 문제가 있고, 환원온도가 300 ℃를 초과할 경우에는 플렉서블한 기판에 적용하기 어려운 문제가 있다.
It is preferable that the step of reducing the copper nanowire is performed at 20 to 300 캜. When the reducing temperature is lower than 20 캜, reduction is not caused. When the reducing temperature is higher than 300 캜, There are problems that are difficult to apply.
<실시예 1>≪ Example 1 >
(1) 휘어진 구리 나노선 제조(1) curved copper wire manufacturing
100mL 용량의 둥근 바닥 플라스크에 20mL의 에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 10mL의 글리세롤(glycerol)을 첨가한 후, 0.2g의 염화 제 1구리(CuCl), 70vol%의 올레일아민(oleylamine)용액 2.82 mL, 0.016g의 염화암모늄(NH4Cl)을 첨가한 후 상온에서 충분히 용해될 때까지 교반하였다. 20 mL of ethylene glycol and 10 mL of glycerol were added to a 100 mL round bottom flask and then 2.82 mL of a solution of 0.2 g of cuprous chloride (CuCl), 70 vol% of oleylamine , 0.016 g of ammonium chloride (NH 4 Cl) were added, and the mixture was stirred at room temperature until it was sufficiently dissolved.
온도제어장치를 이용하여 상기 혼합용액의 반응온도를 110℃까지 승온 시킨 후, 30분 동안 반응시켜 남색의 구리-아민 복합물을 수득하고, 이를 다시 210℃에서 20분 동안 열처리하였다.The reaction temperature of the mixed solution was elevated to 110 ° C using a temperature controller and then reacted for 30 minutes to obtain an indigo-blue copper-amine composite, which was then heat-treated at 210 ° C for 20 minutes.
반응이 종료된 후 헥산(hexane)과 에탄올(ethanol)로 세척하고 3500 rpm으로 원심분리하여 세척액과 휘어진 구리 나노선을 분리하였다. After the reaction was completed, the reaction solution was washed with hexane and ethanol, and centrifuged at 3500 rpm to separate the washing solution and the bent copper wire.
상기 세척과정을 두 번 더 실시한 후 휘어진 구리 나노선을 얻고, 이를 헥산(hexane)에 분산시켜 보관하였다.The above cleaning process was carried out two more times to obtain warped copper nanowires, which were then dispersed in hexane and stored.
이렇게 제조된 휘어진 구리 나노선의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다.
SEM photographs of the bent copper nano-wires fabricated in this manner are shown in Fig.
(2) 휘어진 구리 나노선을 기반으로 한 투명전극 제조(2) Fabrication of transparent electrode based on curved copper nanowire
휘어진 구리 나노선이 기판 위에 균일하게 분산되도록 상기 휘어진 구리 나노선 분산 용액을 유리기판과 PET 기판 위에 각각 코팅하였다.The warped copper nanowire dispersion solution was coated on the glass substrate and the PET substrate, respectively, so that the bent copper wires were uniformly dispersed on the substrate.
코팅된 상기 유리기판을 글리세롤을 이용하여 환원시키고, PET 기판은 NaBH4 용액에서 환원시킨 후, 각 기판을 아세톤과 에탄올의 혼합용액을 이용하여 세척함으로써 휘어진 구리 나노선을 기반으로 하는 투명전극을 획득하였다.
The coated glass substrate was reduced using glycerol, the PET substrate was reduced in NaBH 4 solution, and each substrate was washed with a mixed solution of acetone and ethanol to obtain a transparent electrode based on bent copper wire .
<분석예 1><Analysis Example 1>
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선의 X선 회절 분석을 수행하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
X-ray diffraction analysis of warped copper nano-wires manufactured according to one embodiment of the present invention was performed, and the results are shown in Fig.
<분석예 2><Analysis Example 2>
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 휘어진 구리 나노선 단일 가닥의 SEM 사진(흰색판) 및 TEM 사진(검은판)을 도 4에 나타내었다.
SEM photograph (white plate) and TEM photograph (black plate) of a warped single-stranded copper nanowire fabricated according to an embodiment of the present invention are shown in FIG.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
Claims (14)
상기 혼합 용액을 승온하여 반응시키는 단계; 및
상기 반응으로부터 얻어진 생성물을 세척 및 분리하여 휘어진 구리 나노선을 얻는 단계를 포함하는 구리 나노선의 합성방법.
Providing a mixed solution containing an alcohol solvent, a copper precursor, an amine compound, and a halogen compound;
Heating the mixed solution to react; And
And washing and separating the product obtained from the reaction to obtain warped copper nanowires.
상기 알코올 용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필글리콜, 펜타에리스리톨, 비닐알코올, 폴리비닐알코올에서 선택된 두 종류 이상의 알코올을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alcohol solvent is a mixture of two or more alcohols selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, glycerol, propylglycol, pentaerythritol, vinyl alcohol and polyvinyl alcohol.
상기 알코올 용매로 에틸렌글리콜과 글리세롤을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the alcohol solvent is a mixture of ethylene glycol and glycerol.
상기 에틸렌글리콜과 글리세롤의 부피비는 10:1 내지 1:1 인 것을 특징으로 하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method of claim 3,
Wherein the volume ratio of ethylene glycol to glycerol is from 10: 1 to 1: 1.
상기 구리 전구체는 구리포름산염, 구리초산염, 구리탄산염, 염화 제2구리, 염화 제1구리, 수산화 제2구리, 수산화 제1구리, 황산구리, 질산구리 및 구리아세틸아세토네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 구리 전구체를 포함하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the copper precursor is selected from the group consisting of copper formate, copper acetate, copper carbonate, cupric chloride, cuprous chloride, cuprous hydroxide, cuprous hydroxide, copper sulfate, copper nitrate and copper acetylacetonate. A method of synthesizing a curved copper nanowire comprising at least two copper precursors.
상기 아민계 화합물은 C1 내지 C20의 체인을 가지고 있는 1차 내지 3차 아민 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 아민계 화합물을 포함하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amine-based compound comprises an amine-based compound selected from a primary to tertiary amine having a C1 to C20 chain or a mixture thereof.
상기 할로겐 화합물은 염화나트륨, 브롬화나트륨, 브롬화암모늄, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 염화암모늄, 세트리모늄클로라이드 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 할로겐 화합물을 포함하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the halogen compound comprises at least one halogen compound selected from the group consisting of sodium chloride, sodium bromide, ammonium bromide, potassium chloride, potassium bromide, ammonium chloride, settimoronium chloride and cetyltrimethylammonium bromide.
상기 할로겐 화합물은 염화암모늄인 것을 특징으로 하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the halogen compound is ammonium chloride.
상기 승온하여 반응시키는 단계는 두 단계로 이루어지는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
The method according to claim 1,
The step of raising the temperature and reacting is a two-step method of synthesizing a bent copper nano-wire.
상기 두 단계는 상기 혼합 용액을 80℃ 내지 140℃에서 반응시키는 반응 단계;
상기 반응에서 얻어진 반응 혼합물을 180℃ 내지 240℃에서 열처리하는 열처리 단계;를 포함하는 휘어진 구리 나노선의 합성방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the two steps comprise: a reaction step of reacting the mixed solution at 80 to 140 캜;
And heat treating the reaction mixture obtained in the above reaction at 180 ° C to 240 ° C.
A curved copper nanowire produced by the method of any one of claims 1 to 10.
A transparent electrode comprising the copper nanowires of claim 11.
A flexible transparent electrode comprising the copper nanowire of claim 11.
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