KR20200022876A - Manufacturing method of transparent heater using metal nanofiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연속적으로 전극을 형성하고, 전극간의 접합부의 접촉저항을 낮추어 낮은 작동전압에서도 구동되고, 높은 효율을 갖는 투명히터를 제조하는 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a transparent heater using metal nanofibers to continuously form an electrode, to lower the contact resistance of the junction between the electrodes to drive at a low operating voltage, and to produce a transparent heater having high efficiency.
유기발광다이오드, 디스플레이, 태양전지 등과 같은 다양한 전자소자에 투명 전도성 박막이 사용되고 있다. 이러한 투명 전도성 박막은 주로 전극으로 이용되어, 수많은 전자소자들을 전기적으로 연결한다. 투명 전도성 박막을 활용한 투명 전도성 전극(transparent conductive electrodes, TCEs)은 열저항가열방식(Joule heating)을 기초로 투명히터(transparent heaters, TFHs)에 응용된다. 이러한 투명히터는 항공기 디스플레이, LCD 패널, 자동차 윈도우 디프로스터(defroster) 등에 이용되는데, 투명히터에 주로 사용되는 전도성 산화물은 전도성과 투명도가 우수한 산화인듐주석(Indium-Tin Oxide, ITO)이다. 다만, 산화인듐주석(ITO)은 잘 부서지는 물성을 가지고 있어서 플렉서블(flexible)한 전자소자에는 그 활용이 제한되고, 인듐소재의 희소성은 투명히터의 제조비 상승 원인이 된다.Transparent conductive thin films are used in various electronic devices such as organic light emitting diodes, displays, and solar cells. Such transparent conductive thin films are mainly used as electrodes to electrically connect a large number of electronic devices. Transparent conductive electrodes (TCEs) utilizing a transparent conductive thin film are applied to transparent heaters (TFHs) based on Joule heating. Such transparent heaters are used in aircraft displays, LCD panels, automotive window defrosters, and the like. The conductive oxides used in transparent heaters are indium tin oxide (ITO), which has excellent conductivity and transparency. However, indium tin oxide (ITO) has a brittle physical property, so its use is limited in flexible electronic devices, and the scarcity of indium material causes an increase in the manufacturing cost of the transparent heater.
이러한 산화인듐주석(ITO)의 문제를 해결하기 위해서, 하기 선행기술문헌의 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)를 이용한 투명히터가 제시되어 있다. In order to solve this problem of indium tin oxide (ITO), as disclosed in
또한 선행기술문헌의 특허문헌 2의 모재 전체에 나노입자 분산액 도포하고 열처리하여 형성되는 도전성 나노 박막; 상기 모재 상에 형성된 상기 도전성 나노 박막과 도통하도록 형성되는 전극; 상기 전극과 전원을 접속하는 도선; 상기 도전성 나노 박막, 전극 및 상기 도선과 전극의 접속부 상에 형성되는 절연 보호막으로 구성된 투명 면상히터가 제시되어 있다. In addition, conductive nano thin film formed by applying a nanoparticle dispersion liquid to the entire base material of
그러나, 탄소나노튜브(CNT) 또는 나노입자는 기계적 유연성 및 열 응답(thermal response)이라는 측면에서는 산화인듐주석(ITO)을 대체할 수 있지만, 길이가 짧고, 탄소나노튜브(CNT) 또는 나노입자 간의 접합부의 전기적 저항(접촉저항)의 발생, 기판과의 접합력이 부족하여 내구성이 떨어지고, 전극자체의 전기저항(resistance)이 크므로 큰 작동전압이 요구되고, 히터의 효율이 저하되는 문제가 있다.However, carbon nanotubes (CNTs) or nanoparticles can replace indium tin oxide (ITO) in terms of mechanical flexibility and thermal response. Since the electrical resistance (contact resistance) of the junction portion between the electrodes and the bonding strength with the substrate is insufficient, durability is reduced, and because the electrical resistance of the electrode itself is large, a large operating voltage is required and the efficiency of the heater is deteriorated. .
또한 선행기술문헌 특허문헌 1,2의 탄소나노튜브(CNT) 또는 나노입자 물질을 사용하면서 투명 히터로써의 투과도가 좋지 못한 단점을 갖는다In addition, while using the carbon nanotubes (CNT) or nanoparticle material of the prior art
따라서, 종래 투명필름히터에 발생하는 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.Therefore, there is an urgent need for a method for solving the problem occurring in the conventional transparent film heater.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 투명히터의 문제점인 길이가 짧고, 탄소나노튜브(CNT) 간의 접합부의 전기적 저항(접촉저항)의 발생하고, 기판과의 접합력이 부족하여 내구성이 떨어지고, 전극자체의 전기저항(resistance)이 크켜므로 큰 작동전압이 요구되고, 히터의 효율이 저하되는 문제점을 해결하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is a short length, which is a problem of the conventional transparent heater, carbon nanotubes (CNT) Since the electrical resistance (contact resistance) of the junction portion between the interior, the adhesion strength with the substrate is insufficient, durability decreases, and the electrical resistance of the electrode itself is large, so that a large operating voltage is required and the efficiency of the heater is deteriorated. To solve.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연속적으로 전극을 형성하고, 전극간의 접합부의 접촉저항을 낮추어 낮은 작동전압에서도 구동되고, 높은 효율을 갖는 투명히터을 제조하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to form a transparent heater continuously, lower the contact resistance of the junction between the electrodes is driven at a low operating voltage, to produce a transparent heater having a high efficiency.
보다 구체적으로 전기방사방법에 의해 금속염을 포함하는 중합체 용액을 연속적으로 기판에 방사하고, 중합체 용액에 포함된 폴리머를 제거하면서 금속나노와이어를 형성하는 가열 열처리한 후, 금속나노와이어를 무전해도금하는 도금하는 단계로 이루어지는 투명히터제조방법을 제공하는데 있다.More specifically, the polymer solution containing the metal salt is continuously radiated onto the substrate by an electrospinning method, followed by heat treatment to form metal nanowires while removing the polymer contained in the polymer solution, followed by electroless plating of the metal nanowires. It is to provide a transparent heater manufacturing method comprising the step of plating.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 금속염을 포함하는 중합체 용액을 전기방사에 의해 기판에 금속나노와이어를 방사하는 단계; 상기 방사된 금속나노와이어를 가열 열처리하는 단계; 상기 가열 열처리된 금속나노와이어를 무전해 도금용액에 침지시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a transparent heater manufacturing method using a metal nanofiber according to the present invention comprises the steps of spinning a metal nanowire on a substrate by electrospinning a polymer solution containing a metal salt; Heat-treating the spun metal nanowires; And immersing the heat-treated metal nanowires in an electroless plating solution.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법에서 상기 가열 열처리하는 단계는 대기중에서 400 ~ 600℃의 온도범위인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a transparent heater using a metal nanofiber according to the present invention, the step of heat treatment is characterized in that the temperature range of 400 ~ 600 ℃ in the air.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법에서 상기 기판은 3차원 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a transparent heater using a metal nanofiber according to the present invention, the substrate has a three-dimensional surface.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법에 의해 제조된 투명히터는 자동차용 또는 유리온실용인 것을 특징으로 한다.The transparent heater manufactured by the method for manufacturing a transparent heater using metal nanofibers according to the present invention is characterized in that it is for an automobile or a glass greenhouse.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 전기방사에 의해 금속염을 포함하는 폴리머용액으로부터의 금속나노섬유가 방사된 후 교차되는 금속나노와이어 간에 발생되는 접촉저항을 가열 열처리를 통해 금속나노와이어를 결합시켜 접촉저항을 저감할 수 있다.In the method of manufacturing a transparent heater using metal nanofibers according to the present invention, the metal nanofibers are heated by heat-treating contact resistance generated between the metal nanowires intersected after the metal nanofibers are emitted from the polymer solution containing the metal salt by electrospinning. The contact resistance can be reduced by bonding the wires.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 열처리를 통해 열처리공정을 통해 금속나노와이어와 기판과의 접합력을 향상시켜 기계적 내구성을 향상시킬 수 있다.Transparent heater manufacturing method using a metal nanofiber according to the present invention can improve the mechanical durability by improving the bonding strength of the metal nanowire and the substrate through a heat treatment process through heat treatment.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 낮은 전기저항으로 인해 낮은 구동전압에서도 작동가능하며 이는 디지털(5V)회로와 접목이 가능하다.The transparent heater manufacturing method using the metal nanofiber according to the present invention is operable at a low driving voltage due to the low electrical resistance, which can be combined with a digital (5V) circuit.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 전기방사방법으로 기판 전체에 균일한 열선 제작이 가능하여 기판 전체에서 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다.The method of manufacturing a transparent heater using the metal nanofiber according to the present invention can produce a uniform hot wire on the entire substrate by an electrospinning method, thereby maintaining a uniform temperature distribution throughout the substrate.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 용액 기반공정으로 연속제조공정(롤투롤)에 적용가능하고 도금공정 조건에 따라 전기저항과 광투과도의 조절이 가능하다.The transparent heater manufacturing method using the metal nanofiber according to the present invention is a solution-based process is applicable to the continuous manufacturing process (roll-to-roll) and the electrical resistance and light transmittance can be adjusted according to the plating process conditions.
본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법은 3차원의 표면을 가지는 기판에 연속적으로 투명히터를 제조할 수 있다.The transparent heater manufacturing method using the metal nanofiber according to the present invention can continuously produce a transparent heater on a substrate having a three-dimensional surface.
도 1은 본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조과정의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제작된 금속나노와이어의 특성분석 결과이다.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 공정조건에 따른 투명히터의 저항과 투과도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제작된 투명히터의 내구성(기판과의 접합력)을 평가한 결과 및 균일도이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 금속나노섬유를 이용한 투명히터 및 3차원 발열체의 실시예와 특성이다.1 is a schematic diagram of a transparent heater manufacturing process using metal nanofibers according to the present invention.
2 is a characteristic analysis result of the metal nanowires manufactured according to the present invention.
3 is a resistance and transmittance of the transparent heater according to the process conditions produced in accordance with the present invention.
4 is a result of evaluating the durability (bonding force with the substrate) of the transparent heater manufactured according to the present invention and uniformity.
5 is an embodiment and characteristics of a transparent heater and a three-dimensional heating element using metal nanofibers manufactured according to the present invention.
이하 본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a transparent heater using metal nanofibers according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.Hereinafter, "upward", "downward", "forward" and "rear" and other directional terms are defined based on the states shown in the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 금속나노섬유를 이용한 투명히터 제조과정의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a transparent heater manufacturing process using metal nanofibers according to the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기방사를 이용한 투명히터 제조방법은 금속염과 폴리머를 포함하는 중합체 용액을 제조하는 단계(S1); 상기 금속염을 포함하는 중합체 용액을 전기방사에 의해 금속나노와이어로 방사하고, 상기 방사된 금속나노와이어를 대기 중에서 가열 열처리하여 중합체 용액에 포함된 폴리머를 가열 승화시켜 금속나노와이어 간의 접촉저항을 낮춘 후, 무전해 도금용액에 침지시켜 금속나노와이어를 금속으로 환원시키는 순으로 진행된다.Transparent heater manufacturing method using an electrospinning according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a polymer solution containing a metal salt and a polymer (S1); After spinning the polymer solution containing the metal salt to the metal nanowires by electrospinning, and heat-heat-treated the radiated metal nanowires in the air to heat sublimation of the polymer contained in the polymer solution to lower the contact resistance between the metal nanowires In order to reduce the metal nanowires to metal by immersion in the electroless plating solution.
<실시예 및 시험결과>Examples and Test Results
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기방사에 의해 금속염을 포함하는 중합체 용액을 전기방사에 의하여 금속나노와이어를 제조하고, 가열 열처리를 통해 교차되는 금속나노와이어 간을 겹합시켜 금속나노와이어 간의 접촉저항을 감소시키고, 금속나노와이어와 기판과의 접합력을 향상시켜 기계적 내구성을 향상시키며, 도금공정을 용액 기반의 연속제조공정(롤투롤)에 적용가능하고 도금공정 조건에 따라 전기저항과 광투과도의 조절이 가능한 3차원의 표면을 가지는 기판에 연속적으로 투명히터 제조방법에 대하여 설명한다.Metal nanowires are prepared by electrospinning a polymer solution containing a metal salt by electrospinning according to a preferred embodiment of the present invention, and the contact resistance between metal nanowires is overlapped by overlapping metal nanowires intersected by heat treatment. It improves the mechanical durability by reducing the adhesion between metal nanowires and the substrate, and the plating process can be applied to the solution-based continuous manufacturing process (roll-to-roll), and the electrical resistance and light transmittance are controlled according to the plating process conditions. The manufacturing method of a transparent heater continuously to a board | substrate which has a possible three-dimensional surface is demonstrated.
도 1의 A와 같이 기판을 준비하고, 금속염을 포함하는 중합체 용액은 디메틸 포름 아미드 (DMF)에 0.1g / mL, Polyvinylpyrrolidone(PVP) 및 0.03g / mL, (NH4) 2PdCl4를 첨가하고 마그네틱 교반기로 600 rpm에서 2 시간 동안 교반하여 준비하였다.Prepare the substrate as shown in Figure 1A, the polymer solution containing a metal salt is added 0.1g / mL, Polyvinylpyrrolidone (PVP) and 0.03g / mL, (NH4) 2PdCl4 in dimethyl formamide (DMF) and with a magnetic stirrer Prepared by stirring at 600 rpm for 2 hours.
도 1의 B와 같이 준비된 기판에 준비된 중합체 용액을 토출하였다. 전기방사는 방사노즐과 기판사이의 간격을 10 ㎝m로 근접시켜 0.1㎖/min 토출속도로 토출시켜 전기방사하였다. 방사노즐에 인가된 전압은 15 kV 이었다.The prepared polymer solution was discharged to the prepared substrate as shown in FIG. Electrospinning was performed by spinning at a distance of 10 cm to the distance between the spinneret and the substrate was discharged at a discharge rate of 0.1ml / min. The voltage applied to the spinning nozzle was 15 kV.
도 1의 C와 같이 전기방사된 금속나노와이어를 대기중 500℃에서 가열하여 폴리머를 하소시키고, 무전해 도금을 위한 시드층을 형성시켰다.As shown in FIG. 1C, the electrospun metal nanowires were heated at 500 ° C. in the air to calcinate the polymer and form a seed layer for electroless plating.
가열 열처리된 금속나노와이어를 도 1의 D와 같이 무전해 도금하였다.The heat-treated metal nanowires were electroless plated as shown in FIG.
구리 무전해 도금은 도금용액은 포름 알데히드 각각 0.1 mL/mL, 40 mg/mL, 140 mg/mL 및 30 mg/mL의 4가지 용액을 사용하였고, 상기 4종류에 공통적으로 수산화 나트륨, potassium sodium (+) - tartrate tetrahydrate 및 구리 (Ⅱ) 설페이트로 포함하였다. 전극의 폭과 두께는 시드 층이 형성된 기판의 반응 시간을 변경하여 제어하였다.The copper electroless plating silver plating solution used four solutions of 0.1 mL / mL, 40 mg / mL, 140 mg / mL, and 30 mg / mL of formaldehyde, respectively, and sodium hydroxide, potassium sodium ( +)-tartrate tetrahydrate and copper (II) sulfate. The width and thickness of the electrode were controlled by changing the reaction time of the substrate on which the seed layer was formed.
도 2는 구리 무전해 도금된 금속나노와이어의 형태 변화를 도시한다. 도 2의 A - C는 각각 2 분, 6 분 및 10 분간 무전해 도금된 금속나노와이어의 전자 현미경 사진이다. 도금시간을 증가시킴에 따라 금속나노와이어의 두께가 증가되는 것을 확인할 수 있다.Figure 2 shows the shape change of copper electroless plated metal nanowires. 2A to 2C are electron micrographs of metal nanowires electroless plated for 2 minutes, 6 minutes, and 10 minutes, respectively. As the plating time is increased, the thickness of the metal nanowires may be increased.
접합 저항을 일으킬 수 있는 두 개의 금속나노와이어의 겹침이 도 2의 A - C에서 관찰되었다. 종래의 전기 방사 및 무전해 도금된 경우와는 달리 겹쳐진 두 개의 금속나노와이어 사이의 높이 차이는 없고 겹쳐진 두 개의 금속나노와이어의 높이 차이가 없었다. 이것은 열처리를 통하여 무전해 도금시 단일 시드층 형성을 가능하게 한 것이다.Overlapping of two metal nanowires, which can cause bonding resistance, was observed in FIGS. Unlike the conventional electrospinning and electroless plating, there is no height difference between two overlapping metal nanowires and there is no height difference between two overlapping metal nanowires. This enables the formation of a single seed layer during electroless plating through heat treatment.
EDS 성분 분석은 구리 무전 해 도금이 잘 되었는지 확인하기 위한 것으로, 구리 성분은 도 2의 D에 도시 된 바와 같이 나노 와이어를 따라 검출되었다. 도 2의 E는 89.4 nm의 피크 위치로 합성된 금속나노와이어의 AFM 분석 결과를 도시한다. 주사 전자 현미경 (SEM)과 AFM 이미지는 금속나노와이어의 형태가 접합부에서 결함없이 완전히 평평하다는 것을 보여 주었다.EDS component analysis is to confirm that the copper electroless plating is well, the copper component was detected along the nanowires as shown in D of FIG. FIG. 2E shows the results of AFM analysis of metal nanowires synthesized at peak positions of 89.4 nm. Scanning electron microscopy (SEM) and AFM images showed that the shape of the metal nanowires was completely flat with no defects at the junction.
이러한 SEM 이미지를 바탕으로 합성 시간에 대한 구리금속나노와이어의 폭을 분석했다 (도 2의 F).Based on the SEM image, the width of the copper metal nanowires was analyzed with respect to the synthesis time (FIG. 2F).
도금 시간과 금속나노와이어 폭은 비례하였고, 폭은 20.5 nm / min의 평균 속도로 증가했다.Plating time was proportional to metal nanowire width, and the width increased at an average rate of 20.5 nm / min.
AFM 측정으로부터 도금 시간에 대한 금속나노와이어 두께의 분석 결과가 도 2의 G에 도시되어있다; 도금 두께는 도금 시간에 비례하고, 평균 성장 속도는 15.6 nm /분이었다.The analysis results of metal nanowire thickness versus plating time from AFM measurements are shown in G of FIG. 2; The plating thickness was proportional to the plating time and the average growth rate was 15.6 nm / minute.
이러한 결과는 금속나노와이어의 크기와 형태가 용액 공정을 통해 성공적으로 제어될 수 있으며 방사된 금속나노와이어 간 접합 저항이 없는 2 차원 구조임을 나타낸다.These results indicate that the size and shape of the metal nanowires can be successfully controlled through the solution process and are two-dimensional structures with no joint resistance between the radiated metal nanowires.
금속나노와이어의 밀도와 형태를 능동적으로 제어 할 수 있으므로 시트 저항과 투과율 감소를 최소화할 수 있다.Since the density and shape of metal nanowires can be actively controlled, reduction of sheet resistance and transmittance can be minimized.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 투명히터의 투과율과 시트 저항 사이의 관계이다.3 is a relation between the transmittance and the sheet resistance of the transparent heater manufactured according to the present invention.
도 3의 A는 시트 저항에 대해 400 내지 800 nm의 파장 범위에 걸쳐 투명히터의 투과율을 도시한 것으로 시트 저항이 낮을수록 투과율도 또한 낮아지는 것을 볼 수 있다.3A shows the transmittance of the transparent heater over the wavelength range of 400 to 800 nm with respect to the sheet resistance, and as the sheet resistance is lowered, the transmittance is also lowered.
낮은 시트 저항 (4.9 Ω / sq)을 얻기 위해 장시간 도금을 행한 경우에도, 가시 범위 전체에 걸쳐 90 % 이상의 투과율이 관찰되는 것이 확인되었다.Even when plating was performed for a long time to obtain a low sheet resistance (4.9 Ω / sq), it was confirmed that at least 90% transmittance was observed throughout the visible range.
또한, 동일한 금속나노와이어 밀도를 갖는 샘플의 무전해 도금 시간을 변화시킴으로써, 시트 저항은 투과율을 90 % 이상으로 유지하면서 수 Ω / sq에서 수백 Ω / sq까지 다양했다. 도 3의 B는 550 nm에서 시트 저항과 투과율 간의 상관 관계를 보여준다.In addition, by changing the electroless plating time of samples having the same metal nanowire density, sheet resistance varied from several Ω / sq to several hundred Ω / sq while maintaining transmittance of 90% or more. 3B shows the correlation between sheet resistance and transmittance at 550 nm.
전기 방사된 금속나노와이어의 도금 시간을 제어하면 시드층 밀도 (3 초, 파란색 점)를 제어 할 수 있다. 도금 시간이 두 배가 되더라도 (6 초, 빨간색 점) 시트 저항은 현저히 감소하지 않았다. 그러나, 투과율은 급격하게 떨어졌다.By controlling the plating time of the electrospun metal nanowires, the seed layer density (3 seconds, blue dots) can be controlled. Even if the plating time was doubled (6 seconds, red dot), the sheet resistance did not significantly decrease. However, the transmittance dropped sharply.
도 3의 C는 2, 4, 6, 8 및 10 분의 도금시간으로 제조된 투명히터를 순서대로 용지의 상부에 배치 한 도면이다. 10분 동안 무전해 도금된 투명히터도 투명함을 확인할 수 있다.FIG. 3C is a diagram in which transparent heaters manufactured with plating times of 2, 4, 6, 8 and 10 minutes are arranged on top of the paper in order. It can be seen that the transparent heater plated for 10 minutes is also transparent.
종래의 금속나노와이어는 원통형이 기판 상에 방사되었기 때문에, 전기 방사된 금속나노와이어는 기계적 강도가 낮았으나, 본 발명에 따른 금속나노와이어는 가열에 의해 금속나노와이어 간 교차된 부분까지도 가열 열처리에 의해 금속나노와이어 강의 높이 차이가 거의 없는 상태의 시드층에 무전해 도금을 통해 생성되기 때문에 기판과 금속나노와이어 사이의 우수한 접착력이 관찰되었다.In the conventional metal nanowires, since the cylindrical is spun on the substrate, the electrospun metal nanowires have a low mechanical strength, but the metal nanowires according to the present invention are subjected to heat treatment even when the metal nanowires cross each other by heating. As a result of the electroless plating on the seed layer in which the height difference between the metal nanowire steels is almost eliminated, excellent adhesion between the substrate and the metal nanowires was observed.
이를 확인하기 위해 시판중인 3M Scotch Tape을 사용하여 반복적으로 테이프 필링을 수행하고 시트 저항의 변화를 측정했다 (도 4의 A).To confirm this, tape peeling was repeatedly performed using a commercially available 3M Scotch Tape and the change in sheet resistance was measured (FIG. 4A).
시트 저항은 스카치 테이프 접착의 10 사이클 후에 금속나노와이어 구조에 변화가 없었다.The sheet resistance did not change in the metal nanowire structure after 10 cycles of scotch tape adhesion.
기계적 내구성 외에도, 본 발명에 따른 투명히터제조방법은 복잡한 제조 조건을 필요로 하는 종래의 제조방법에 비해 넓은 영역에 걸쳐보다 용이하게 달성 될 수있다.In addition to mechanical durability, the transparent heater manufacturing method according to the present invention can be more easily achieved over a wider area than the conventional manufacturing method requiring complicated manufacturing conditions.
Electrodes는 또한 4 인치 유리 웨이퍼 위에 제작되어 동력 스테이지 (도 4의 B)를 사용하여 넓은 영역에 금속나노와이어을 도금하는 것이 가능하다.Electrodes can also be fabricated on 4-inch glass wafers to plate metal nanowires over large areas using a power stage (B in FIG. 4).
금속나노와이어은 전체 영역에 걸쳐 균일하게 형성되며 육안으로 볼 수 있었다.Metal nanowires were uniformly formed over the entire area and were visible to the naked eye.
기판의 다른 부분의 광학 현미경 이미지는 금속나노와이어가 균일하게 형성되었음을 보여준다 (도 4의 C 및 D).Optical microscopy images of the other parts of the substrate show that the metal nanowires were formed uniformly (FIGS. 4C and D).
이 결과는 실용적인 산업 응용 분야에서 기계적 강도를 보장하면서 대면적, 대량 생산이 가능하다는 것을 보여준다.The results show that large-area, high-volume production is possible while ensuring mechanical strength in practical industrial applications.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 투명 히터에 전압을 가했을 때 측정 된 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.Figure 5 shows the temperature change with time measured when applying a voltage to the transparent heater manufactured according to the present invention.
도 5의 A는 상업용 바이알의 표면 상에 전극을 형성하고 전극을 통해 전류를 통과시켜 곡면 상에 히터를 형성한 결과를 도시한 것이다.FIG. 5A shows the result of forming a heater on a curved surface by forming an electrode on the surface of a commercial vial and passing a current through the electrode.
굴곡 된 표면 (20 mL 유리 바이알, 곡률 반경 : 14 mm)에서 전기 방사된 금속나노와이어를 형성하기 위해, 기판을 도체 콜렉터에 놓고 원하는 표면을 금속나노와이어가 분출되는 토출구에 균일하게 노출시켰다.To form the electrospun metal nanowires on the curved surface (20 mL glass vial, radius of curvature: 14 mm), the substrate was placed in the conductor collector and the desired surface was evenly exposed to the outlet through which the metal nanowires were ejected.
5V의 전압이 인가된 후 두 전극 사이에 형성되는 균일한 고온 영역 및 전체 바이알의 온도가 증가되었다.After a voltage of 5 V was applied, the temperature of the entire vial and the uniform high temperature region formed between the two electrodes increased.
곡면의 균일한 전극 형성과 히터로서의 성공적인 동작이 확인되었다.Uniform electrode formation of the curved surface and successful operation as a heater were confirmed.
도 5의 B-E는 전극이 1.8cm × 1.8cm 유리 슬라이드 상에 형성되었을 때의 온도 변화를 측정 한 것이다. 열전쌍을 유리 뒤쪽에 연결했다.B-E in FIG. 5 measures the temperature change when the electrode is formed on a 1.8 cm x 1.8 cm glass slide. A thermocouple was connected to the back of the glass.
도 5의 B는 인가 전압에서 측정 된 최대 온도를 보여준다.5B shows the maximum temperature measured at the applied voltage.
1.5V 간격으로 1.5V에서 9V까지의 전압이 사용되었고, 대응하는 전류는 각각 0.04, 0.09, 0.14, 0.18, 0.20 및 0.25A 이었다.Voltages from 1.5V to 9V at 1.5V intervals were used and the corresponding currents were 0.04, 0.09, 0.14, 0.18, 0.20 and 0.25A, respectively.
전력이 히터 전극에 줄열인가 되었기 때문에 인가 전압이 높을수록 최고 온도가 높아졌다.Since the power was applied to the heater electrode, the maximum temperature was higher as the applied voltage was higher.
도 5의 C는 30 초 간격으로 반복적으로 켜고 끄는 전압 (6V)에 대해 측정 된 온도 결과를 보여준다.5C shows the measured temperature results for a voltage (6V) that turns on and off repeatedly at 30 second intervals.
히터의 가열 성능은 10 회 반복 한 후에도 일정하게 유지되는 것이 확인되었다.The heating performance of the heater was confirmed to remain constant even after 10 iterations.
도 5의 D는 전극이 히터로서 사용될 수 있는 최대 온도를 측정하기 위해 전압을 매분마다 증가함에 따른 온도 변화를 도시한다.5D shows the temperature change as the voltage increases every minute to measure the maximum temperature at which the electrode can be used as a heater.
그래프상의 점선은 5, 10, 12.5, 15, 17.5 및 20V의 전압을 나타낸다.The dotted lines on the graph represent voltages of 5, 10, 12.5, 15, 17.5 and 20V.
전압이 20V를 초과하면 너무 많은 열이 발생하고 전극이 파괴되어 온도가 저하된다.If the voltage exceeds 20V, too much heat is generated and the electrode is destroyed, causing the temperature to drop.
열전대는 유리 뒤의 온도를 측정하기 때문에 전극의 실시간 온도를 반영하지 않는다.Thermocouples do not reflect the real-time temperature of the electrode because they measure the temperature behind the glass.
가장 높은 온도에서 전극의 열상 이미지가 210 ℃의 최대 국부 온도를 나타내는 도 5의 E 이다.5E is the thermal image of the electrode at the highest temperature showing a maximum local temperature of 210 ° C.
도 5의 F는 제조 된 투명 히터의 열 안정성을 도시한다.5F shows the thermal stability of the manufactured transparent heater.
파란색 선은 처음 10 분 동안 100 ℃의 온도를 유지 한 후 10분, 50분 온도를 유지 한 결과를 보여준다.The blue line shows the result of maintaining the temperature for 10 minutes and 50 minutes after maintaining the temperature of 100 ℃ for the first 10 minutes.
또한 적색 그래프는 125℃에서 20 분간 유지 한 결과이다.In addition, the red graph is the result of holding for 20 minutes at 125 ℃.
고온에서도 목표 온도가 잘 유지되었다.The target temperature was well maintained even at high temperatures.
이러한 결과는 본 발명에 따라 제조된 투명 히터 제조 방법이 3차원 복합 표면에 직접 제조 할 수 있고 히터의 성능이 또한 실제 적용에 견고하다는 것을 확인한다.These results confirm that the transparent heater manufacturing method prepared according to the present invention can be produced directly on the three-dimensional composite surface and the performance of the heater is also robust to practical applications.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by the present inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.
Claims (4)
상기 방사된 금속나노와이어를 가열 열처리하는 단계;
상기 가열 열처리된 금속나노와이어를 무전해 도금용액에 침지시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명히터 제조방법.Spinning metal nanowires on the substrate by electrospinning a polymer solution containing a metal salt;
Heat-treating the spun metal nanowires;
And immersing the heat-treated metal nanowire in an electroless plating solution.
상기 가열 열처리하는 단계는,
대기중에서 400 ~ 600℃의 온도범위인 것을 특징으로 하는 투명히터 제조방법.The method of claim 1,
The heat treatment step,
Transparent heater manufacturing method characterized in that the temperature range of 400 ~ 600 ℃ in the air.
제 1 항 내지 제3항에 있어서,
상기 기판은 3차원 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 투명히터 제조방법.The method of claim 1,
The method according to claim 1, wherein
The substrate has a three-dimensional surface, characterized in that the transparent heater manufacturing method.
자동차용 또는 유리온실용인 것을 특징으로 하는 투명히터 제조방법.
The transparent heater manufactured according to claim 1,
Transparent heater manufacturing method characterized in that the use for automobile or glass greenhouse.
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