KR20200121674A - 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막 - Google Patents

맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 맥신을 포함하는 분산액 표면에서 박막을 형성하는 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 맥신 및 나노물질을 포함하는 분산액 표면에서 박막을 형성하는 맥신 혼합 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 혼합 박막에 관한 것이다.

Description

맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막{METHOD OF MXENE THIN FILM AND MXENE THIN FILM MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 나노물질을 더 포함하는 맥신 복합 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 복합 박막에 관한 것이다.
벌집 모양 구조의 탄소 원자들로 이루어진 단일 원자층 물질인 그래핀은 뛰어난 물리적 성질로 전 세계적으로 수많은 관심이 집중되어 왔다. 이와 같은 그래핀에 대한 연구가 폭발적으로 관심을 갖고 있어 최근 들어 그래핀과 유사한 2차원 물질들에 대하여 관심이 확대되어 가는 추세이다.
이러한 2차원 물질 중 하나인 맥신(MXene)은 M층, A층 및 X층으로 이루어진 3차원 결정구조를 가진 MAX에서 얻어진 2차원 물질로, 여기서 M은 전이금속, A는 13족 또는 14족 원소, X는 탄소 또는 질소이다. 이와 같은 맥스는 세라믹 특성의 MX 또는 M과는 다른 금속원소인 A가 조합된 결정질로 전기전도성, 내산화성 및 기계가공성 등의 물성이 우수하다. 이론적으로는 수천, 수백 가지가 존재할 수 있으나, 현재까지 300여가지의 맥스가 합성된 것으로 알려져 있다.
상기 맥스는 3차원 물질이지만, 흑연이나 금속 디칼코게나이드 물질 등과 달리 전이금속 카바이드 서로의 층상 간에 A 원소와 M 전이금속 사이의 약한 화학적 결합으로 적층되어 있다. 따라서 일반적인 기계적인 박리법이나 화학적 박리법을 사용하여 2차원 구조로 박리시키기 쉽지 않다.
최근에는 강산을 이용하여 맥스를 박리하여 2차원 물질을 얻었으며, 이를 맥신(MXene)이라 명명하였다. 상기 맥신은 그래핀과 같은 2차원의 판상 구조를 가지나, 강산 조건에서 박리된 맥신의 표면에 -O-, -OH 또는 -F 등의 관능기가 전이금속 M에 결합된 형태로 얻어지며, 이러한 관능기의 표면 수식에 따라 맥신 고유의 특성이 변질되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같이 제조된 맥신을 박막으로 제조하려는 많은 시도가 있었으나, 맥신은 고온에서 안정하지 않기 때문에 화학기상증착법(chemical vapor deposition)에 제한이 있어 기존의 용액공정인 스핀 코팅(Spin coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 또는 딥 코팅(Dip coating) 등의 방법을 이용하여 박막을 제조하고 있다. 이와 같은 기존 용액공정 방법은 맥신 박막의 두께를 불균일하게 조절하여 낮은 커버리지를 보유함으로써 균일한 박막을 얻는 데에 한계를 가지고 있다.
이에 맥신의 우수한 물성 구현을 위하여 단일층 또는 균일한 다층 구조로 우수한 커버리지를 제공할 수 있는 맥신 박막을 제조하는 개발이 필요한 상황이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 단일층 또는 균일한 다층 구조의 맥신 박막 및 맥신 복합 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대면적으로 균일한 박막을 제공할 수 있는 맥신 박막 및 맥신 복합 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 두께 및 무게 대비 높은 전자파 차폐효율을 구현할 수 있는 맥신 박막 및 맥신 복합 박막을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법은 a) 맥신을 포함하는 제 1분산액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 제 1분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계는 상기 제 1분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계는 계면에서 자기조립을 유도하여 박막이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 a)단계의 제 1분산액에 산용액을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 유기 용매는 휘발성일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계 이후, 박막을 기판에 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 전사하는 단계를 2회 이상 반복하여 다층 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계 이후, 상기 박막을 300 내지 500℃에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 A) 맥신을 포함하는 제 1분산액 및 나노물질을 포함하는 제 2분산액을 혼합하여 혼합분산액을 준비하는 단계; 및 B) 상기 혼합분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계; 를 포함하는 맥신 복합 박막의 제조방법이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 B)단계는 상기 제 혼합분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 나노물질은 탄소계 물질, 세라믹계 물질 및 유기계 물질에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 제 1분산액 및 제 2분산액은 1:0.5 내지 1:5중량비로 혼합하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상술한 맥신 박막의 제조방법으로 제조되고, 커버리지가 90%이상인 맥신 박막이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 박막은 단일층 또는 2층 이상의 다층 구조일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 박막은 전자파 차폐 효율(specific EMI SE)이 1.0×104dB·㎠/g이상일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 박막은 열처리 단계를 거친 후, 접촉각이 90°이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상술한 맥신 복합 박막의 제조방법으로 제조되고, 맥신 및 나노물질을 포함하는 맥신 복합 박막이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 혼합 박막은 맥신에 나노물질이 layer-by-layer(LBL)방식으로 분산된 형상 또는 동일 면상에 배열되는 형상일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 혼합 박막은 맥신 및 나노물질이 1:0.01 내지 1:2중량비일 수 있다.
본 발명에 따른 맥신 박막 및 맥신 복합 박막의 제조방법은 대면적으로 단일층 또는 균일한 두께의 다층 구조의 맥신 박막 및 맥신 복합 박막을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 맥신 박막 및 맥신 복합 박막은 균일하면서 높은 커버리지를 가질 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 맥신 박막 및 맥신 복합 박막은 두께 조절이 가능하여 투과도 및 전기전도도를 제어할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 맥신 박막 및 맥신 복합 박막은 나노미터 수준의 얇은 두께에서도 우수한 전자파 차폐 효과를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 맥신 복합 박막은 다차원의 나노물질을 더 포함하여도 얇은 두께에서 균일한 박막을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전사 기판에 따른 맥신 박막을 육안으로 관찰한 사진이다. 도 1의 a는 유리 기판에 전사한 것이고, 도 1의 b는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 전사한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1의 맥신 박막을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 비교예에 따른 비교예 1의 맥신 박막을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥신 박막의 전사 횟수에 따른 흡광도를 측정한 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 맥신 박막의 열처리에 따른 XPS 분석결과 값이다. 도 5의 a는 Ti2p에 대한 XPS 스펙트럼 결과이고, 도 5의 b는 O1s에 대한 XPS 스펙트럼 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 맥신 박막의 열처리에 따른 접촉각 측정 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 맥신 박막의 열처리에 따른 면저항, 전하이동도 및 전하캐리어 밀도 값이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 맥신 박막의 전사 횟수 대비 열처리에 따른 전자파 차폐 데시벨을 측정한 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 맥신 박막과 종래의 전자파 차폐 물질에 대한 밀도 및 두께 대비, 전자파 차폐 효율(specific EMI SE)을 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 맥신 및 그래핀을 포함하는 맥신 복합 박막을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 맥신 및 탄소나노튜브을 포함하는 맥신 복합 박막을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
기존의 맥신 박막의 제조방법은 단일층 제조가 어렵고, 단일층을 형성하더라도 두께 균일도가 좋지 않아 커버리지가 현저히 낮아짐으로써 맥신의 고유 물성이 저하되는 문제점이 있었다. 이에 단일층 또는 나노미터 수준의 구조에서도 균일한 두께를 가지면서 우수한 물성을 구현할 수 있는 맥신 박막을 제조하는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법은 a) 맥신을 포함하는 제 1분산액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 제 1분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법을 통하여 제조된 맥신 박막은 두께 대비 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 구현할 수 있고, 높은 커버리지를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1분산액은 맥신을 포함하고, 예를 들어, 맥신이 극성 용매에 분산된 것일 수 있다. 상기 극성 용매는 예를 들어, 물, 에탄올, 메탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드, n-메틸피롤리디논(NMP) 및 테트라하이드로퓨란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 맥신의 분산이 용이한 정제수 또는 증류수 등의 물에 분산된 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1분산액은 총 중량에 대하여, 맥신 0.1 내지 10중량% 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는 맥신 0.1 내지 5중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같은 범위로 포함할 경우, 제 1분산액의 표면에서 박막 형성을 촉진할 수 있고, 이로써 균일한 두께를 갖는 박막을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 a)단계의 제 1분산액에 산용액을 더 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 산용액은 강산을 포함할 수 있고, 예를 들어, 황산, 질산 및 염산 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 강산 용액일 수 있다. 상기와 같이 산용액을 더 포함할 경우, 맥신 간의 응집을 방지할 수 있고, 균일한 두께로 대면적의 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 산용액은 제 1분산액 100중량부에 대하여, 0.01 내지 1중량부 더 포함될 수 있다. 상기 범위와 같이 포함할 경우, 맥신의 표면전하를 저하시켜 맥신 간의 응집을 방지하여 더욱 높은 커버리지를 갖는 박막을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계는 상기 제 1분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것일 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계는 계면에서 자기조립을 유도하여 박막이 형성되는 것일 수 있다.
상기와 같이 맥신 박막의 제조방법은 맥신을 포함하는 제 1분산액과 비혼화성인 유기 용매 간의 계면에서 맥신의 자기조립을 유도하여 박막을 형성할 수 있다. 상기와 같은 제조방법으로 제조될 경우, 대면적으로 균일한 두께를 갖는 맥신 박막을 제조할 수 있다. 또한, 상기와 같은 제조방법으로 제조된 맥신 박막은 높은 커버리지로 두께 대비 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 구현할 수 있다.
구체적으로는 본 발명의 일 양태에 따라, 맥신 박막의 제조방법은 a) 맥신을 포함하는 수분산액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 수분산액에 비수혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신은 전구체인 맥스의 화학적 박리를 통하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥스는 M층, A층 및 X층으로 이루어진 3차원 결정 구조 물질로 여기서 M은 전이금속, A는 13족 또는 14족 원소, X는 탄소 또는 질소이다. 구체적인 예를 들어, 상기 맥스는 MAX 구조로의 단위층이 적어도 10층 이상으로 적층된 결정으로서, 2차원 탄화 전이금속층 또는 질화 전이금속층 사이에 13족 또는 14족에 해당하는 전이금속 원자층이 배치되고, 전이금속 원자층에 의해서 2차원 탄화 전이금속층 또는 질화 전이금속층이 서로 결합한 상태를 갖는다. 즉, 탄화 전이금속층 또는 질화 전이금속층에 13족 또는 14족에 해당하는 전이금속 원자층이 교호적으로 배치되어 하나의 결정을 형성한 구조이다.
상기 맥스를 맥신으로 박리하기 위한 상기 화학적 박리는 구체적으로는 불소 함유 화합물을 포함하는 강산 용액 내에 맥스를 투입하여 수행하는 것일 수 있다. 상기 불소 함유 화합물은 구체적인 예를 들어, 불소화리튬(LiF), 불화나트륨(NaF), 불화마그네슘(MgF2), 불화스트론튬(SrF2), 불화베릴륨(BeF2), 불화칼슘(CaF2), 불화암모늄(NH4F), 이불화암모늄(NH4HF2) 및 암모늄 헥사플루오로알루미네이트((NH4)3AlF6) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 반응에 사용되는 강산 용액으로는 염화불산(HF), 염산(HCl), 황산(HSO4) 수용액 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학적 박리는 20 내지 100℃, 바람직하게는 20 내지 60℃ 조건에서 1 내지 48시간, 바람직하게는 10 내지 40시간동안 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 화학적 박리를 거침으로써, 상기 맥신은 A층이 식각되어 전이금속층 및 탄소층 또는 전이금속층 및 질소층을 이루어 구체적으로 전이금속 탄화물 또는 전이금속 질화물 구조를 가진다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유기 용매는 제 1분산액의 극성 용매와 비혼화성인 것일 수 있고, 바람직하게는 비수혼화성일 수 있는 것으로, 맥신을 포함하는 제 1분산액과 혼화되지 않아 액-액 계면을 형성하는 것일 수 있다. 상기와 같이 계면을 형성함으로써, 계면에서 맥신이 자기조립을 유도할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유기 용매는 휘발성일 수 있다. 구체적으로는 20℃에서 증기압이 30Torr이상일 수 있다. 바람직하게는 증기압이 30 내지 250Torr일 수 있고, 더 바람직하게는 30 내지 200Torr일 수 있다. 상기와 같이 휘발성을 갖는 유기 용매는 상기 제 1분산액과의 계면을 형성하면서 표면에서 증발이 일어나 표면 장력의 차이를 유도하여 맥신의 자기조립을 더욱 촉진시킬 수 있다. 또한, 제조된 맥신 박막의 높은 커버리지를 구현하면서 균일하면서 치밀한 구조의 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유기 용매는 상술한 바와 같이 비수혼화성이고, 휘발성을 갖는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적인 예를 들어, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 아세테이트, 디에틸에테르, 디클로로메탄, 디클로로벤젠, 클로로포름 및 헥산 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계에서 제 1분산액과 유기 용매는 1:0.01 내지 1:1중량비로 제공될 수 있다. 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.5 중량비, 더 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.2 중량비로 제공할 수 있다. 상기와 같은 범위로 제공할 경우, 계면에서 맥신의 자기조립을 더욱 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계 이후, 박막을 기판에 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이 기판 상에 박막을 용이하게 전사할 수 있어 기판의 크기에 따라, 마이크로미터 수준의 작은 면적의 박막을 제공할 수 있고, 밀리미터, 센티미터 또는 미터 이상의 대면적의 박막의 제조도 용이하다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 기판은 맥신 박막의 용도에 따라 다양하게 적용할 수 있어 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는 상기 기판은 고분자, 유리, 세라믹 및 금속 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 실리카, 실리콘, 실리콘 웨이퍼, 유리, 금속 기판 및 고분자 필름 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 고분자 필름은 폴리에스테르계, 폴리카보네이트계, 폴리아크릴계, 폴리올레핀계 및 폴리에테르설폰계 등에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 기판은 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 티타늄, 백금 및 철 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 기판에 박막을 전사할 때, 계면에 자기조립된 맥신에 기판을 접촉하여 기판에 박막이 코팅되어 전사되는 것일 수 있다. 예를 들어, 맥신 박막이 형성된 수분산액과 유기 용매의 계면에 기판을 침지한 후, 기판이 계면과 수직이 되는 방향으로 꺼내어 전사시킬 수 있다. 이 때, 전사를 1회 수행할 경우, 맥신이 단일층으로 형성된 박막을 수득할 수 있다. 이와 같이 수득된 맥신 박막은 단일층으로 형성된 박막임에도 불구하고 높은 커버리지로 전면적으로 균일하고 치밀한 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전사하는 단계를 2회 이상 반복하여 다층 구조의 맥신 박막을 형성할 수 있다. 2회 이상 전사를 수행할 경우 맥신 박막이 1회 전사된 기판을 다시 계면에 자기조립된 맥신에 접촉하여 맥신 박막을 적층되도록 전사시킬 수 있다. 3회 이상도 상술한 바와 같이 계속 반복하여 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이 전사하는 단계를 2회 이상 반복함으로써, 맥신을 2층 이상 형성할 수 있고, 이 때, 전사하는 횟수가 증대하더라도 균일하게 박막을 형성할 수 있으며, 균일한 두께로 전사할 수 있어 원하는 두께를 조절하여 목적으로 하는 투과도, 전기전도도, 면저항 및 전자파 차폐효과를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전사 이후, 상기 박막을 10분 내지 5시간동안 상온에서 건조하는 단계를 더 수행할 수 있다. 바람직하게는 30 내지 2시간동안, 더 바람직하게는 30 내지 1시간동안 건조할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 박막은 1㎚ 내지 100㎛ 평균두께로 제공할 수 있다. 상기와 같이 전사하는 횟수에 따라 다양한 범위의 두께를 갖는 박막을 제공할 수 있다. 유연 소자 또는 투명 소자 등에 제공하기 위하여 바람직하게는 1 내지 100㎚, 더 바람직하게는 1 내지 50㎚, 가장 바람직하게는 1 내지 20㎚ 평균두께로 제공할 수 있다. 상기와 같이 나노미터 수준의 두께의 박막을 형성하더라도 전면적으로 균일한 두께로 제공할 수 있고, 투과도가 우수할 뿐만 아니라 두께 대비 현저히 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계에서 박막은 유기 용매 또는 극성 용매를 제거하기 위하여 건조하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적으로는 20 내지 200℃, 바람직하게는 20 내지 100℃에서 1 내지 48시간동안 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계 이후, 상기 박막을 300 내지 500℃에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 열처리는 350 내지 500℃에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 열처리는 30분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 2시간동안 수행할 수 있다. 상기 열처리는 상기 건조와 상이한 공정으로, 상기 열처리를 더 수행함으로써, 맥신 박막 표면에 잔존하는 수분 및 존재하는 산소관능기를 제거하며 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 열처리는 불활성 기체 하에서 수행할 수 있다. 상기 불활성 기체는 질소, 아르곤, 네온 및 헬륨 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법은 나노미터 수준의 두께에서도 균일한 두께로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 치밀하고, 높은 커버리지를 갖는 맥신 박막을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상술한 제조방법으로 제조되고, 커버리지가 90%이상인 맥신 박막이다. 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 커버리지는 90 내지 99.9%일 수 있고, 바람직하게는 95 내지 99%일 수 있다.
기존의 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 딥 코팅 등의 용액 공정으로 제조된 맥신 박막은 약 70%정도의 현저히 낮은 커버리지를 제공하여 균일한 두께를 제공하기 어려워 전면적으로 물성의 편차가 크고, 손실이 발생하였다.
이와 달리 본 발명에 따른 맥신 박막은 상술한 제조방법으로 제조됨으로써, 95%이상의 높은 커버리지로 균일한 두께를 제공하여 전면적으로 균일한 물성을 구현하고, 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 단일층 또는 2층 이상의 다층 구조일 수 있다. 상기와 같이 1 내지 2㎚ 두께를 갖는 단일층으로 제공되더라도 나노미터 수준의 얇은 두께에서도 높은 커버리지를 제공하여 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 구현할 수 있다. 또한, 2층 이상의 다층 구조로 제공되더라도 전면적으로 균일한 두께를 제공할 수 있고, 목적으로 하는 두께로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 전자파 차폐 효율(specific EMI SE, specific electromagnetic interference shielding effectiveness)이 1.0×104dB·㎠/g이상일 수 있다. 구체적으로는 1 내지 50㎚의 두께에서 1.0×104 내지 1.0×107dB·㎠/g일 수 있고, 바람직하게는 1.0×106 내지 1.0×107dB·㎠/g일 수 있고, 더 바람직하게는 2.0×106 내지 1.0×107dB·㎠/g일 수 있다. 상기와 같은 전자파 차폐 효율은 밀도 및 두께 대비 현저히 높은 값을 구현하는 것으로 기존의 탄소 복합소재 등에 대비하여 1,000배 이상, 다른 맥신 복합소재 대비 100배 이상의 효율을 구현하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 1㎚ 내지 100㎛ 평균두께일 수 있다. 상기와 같이 다양한 범위의 두께를 가질 수 있고, 유연 소자 또는 투명 소자 등에 제공하기 위하여 바람직하게는 1 내지 100㎚, 더 바람직하게는 1 내지 50㎚, 가장 바람직하게는 1 내지 20㎚ 평균두께일 수 있다. 상기와 같이 나노미터 수준의 두께의 박막임에도 불구하고 전면적으로 균일한 두께로 제공할 수 있고, 투과도가 우수할 뿐만 아니라 두께 대비 현저히 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 열처리 단계를 거친 후, 접촉각이 90°이상일 수 있다. 구체적으로는 접촉각이 90 내지 160°일 수 있고, 바람직하게는 95 내지 130°일 수 있다. 기존의 맥신 박막은 친수성을 가져 물에 잘 분산되나, 본 발명에 따른 제조방법을 거침으로써, 박막 전반적으로 소수성을 구현함으로써, 습한 외부 환경에서도 안정성이 우수하여 박막의 손상 및 성능 감소를 방지하여 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 열처리하지 않은 박막의 면저항 대비, 열처리 후 박막의 면저항은 10 내지 60% 감소할 수 있고, 바람직하게는 20 내지 50% 감소할 수 있다. 상기와 같이 열처리를 수행할 경우, 더욱 치밀한 구조를 유도할 수 있고, 전기전도도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 1 내지 50㎚의 두께에서 열처리 후, 면저항이 250Ω/□이하일 수 있다. 바람직하게는 20 내지 210Ω/□, 더 바람직하게는 20 내지 190Ω/□, 더욱 바람직하게는 20 내지 180Ω/□일 수 있다. 상기와 같이 낮은 면저항을 구현함으로써, 더욱 우수한 전기전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 300 내지 500℃에서 열처리한 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 열처리는 350 내지 500℃에서 수행한 것일 수 있다. 또한, 상기 열처리는 30분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 2시간동안 수행한 것일 수 있다. 상기 열처리는 상기 건조와 상이한 공정으로, 상기 열처리를 더 수행함으로써, 맥신 박막 표면에 존재하는 산소관능기를 제거하며 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 산소관능기는 수산화기(-OH)일 수 있다. 또한, 전기전도도 및 전자파 차폐 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 상기 맥신 박막은 열처리 후에 더욱 향상된 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 구현할 수 있다.
구체적으로는 상기 맥신 박막은 열처리하지 않은 박막의 면저항 대비 열처리 후 박막의 면저항이 10%이상 감소하고, 구체적으로는 10 내지 50% 감소하고, 바람직하게는 20 내지 50% 감소할 수 있다. 열처리하지 않은 맥신 박막도 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 가지나, 열처리 후에 더욱 우수한 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 박막은 총 원자함량에 대하여, 산소함량이 10원자%이하일 수 있다. 바람직하게는 7원자%이하일 수 있다. 더 바람직하게는 열처리를 수행할 경우, 열처리하지 않은 박막의 산소 함량 대비, 열처리 후 박막의 산소 함량이 10 내지 50% 감소할 수 있고, 바람직하게는 15 내지 50% 감소할 수 있다. 상기와 같은 열처리를 거칠 경우, 맥신 표면의 안정성, 전기전도도 및 전자파 차폐 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 A) 맥신을 포함하는 제 1분산액 및 나노물질을 포함하는 제 2분산액을 혼합하여 혼합분산액을 준비하는 단계; 및 B) 상기 혼합분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계; 를 포함하는 맥신 복합 박막의 제조방법이다. 제 1분산액 및 박막 형성 구성에 관련한 내용은 상술한 맥신 박막의 제조방법에 기재된 바 이하 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 상기 맥신 복합 박막은 맥신 뿐만 아니라 추가적으로 나노물질을 더 포함함으로써, 대면적으로 균일한 두께를 갖는 맥신 복합 박막을 제공할 뿐만 아니라 더욱 향상된 전기적 특성 및 전자파 차폐 효과를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 2분산액은 나노물질을 포함하고, 예를 들어, 나노물질이 극성 용매에 분산된 것일 수 있다. 상기 극성 용매는 제 1분산액의 극성 용매와 동일 또는 상이할 수 있으며, 예를 들어, 물, 에탄올, 메탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드, n-메틸피롤리디논(NMP) 및 테트라하이드로퓨란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 제 1분산액과 혼화성을 가지는 것일 수 있고, 나노물질의 분산이 용이하다면 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 2분산액은 총 중량에 대하여, 나노물질 0.01 내지 5중량% 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는 나노물질 0.01 내지 3중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같은 범위로 포함할 경우, 맥신과 나노물질 간의 응집이 발생하지 않으면서 균일하게 표면에서 박막 형성할 수 있고, 이로써 균일한 두께를 갖는 복합 박막을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 나노물질은 탄소계 물질, 세라믹계 물질 및 유기계 물질에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 환원된 그래핀(RG, Reduced Graphene), 환원된 산화 그래핀(RGO, Reduced Graphene Oxide), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(GO, Graphene Oxide), 탄소나노튜브, 플러렌, 탄소나노리본, 질화붕소, 실리카, 알루미나, 질화알루미늄, 셀룰로오스 및 리그닌 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 전기적 특성 향상을 위하여 바람직하게는 환원된 그래핀(RG, Reduced Graphene), 환원된 산화 그래핀(RGO, Reduced Graphene Oxide), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(GO, Graphene Oxide), 탄소나노튜브, 플러렌 및 탄소나노리본 등에서 선택되는 탄소계 물질일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 나노물질은 형상에서 1차원, 2차원 또는 3차원 구조의 형상을 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어, 구형, 판상형, 침상형, 비늘형. 막대형 및 다각형 등에서 선택되는 다양한 형상으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 나노물질은 두께가 나노미터 수준을 갖는 것일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 100㎚, 더 바람직하게는 1 내지 50㎚, 가장 바람직하게는 1 내지 20㎚의 평균두께를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 B)단계는 상기 제 혼합분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것일 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 B)단계는 계면에서 자기조립을 유도하여 박막이 형성되는 것일 수 있다. 상기 유기 용매는 상술한 바와 같고, 상기 혼합분산액과의 계면을 형성하면서 표면에서 증발이 일어나 표면 장력의 차이를 유도하여 맥신 및 나노물질의 자기조립을 더욱 촉진시킬 수 있다. 또한, 제조된 맥신 복합 박막의 높은 커버리지 구현을 구현하면서 균일하면서 치밀한 구조의 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1분산액 및 제 2분산액은 1:0.5 내지 1:5중량비로 혼합하는 것일 수 있다. 바람직하게는 1:0.5 내지 1:3중량비로 혼합할 수 있고, 더 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2중량비로 혼합할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 분산시킴으로써, 전기적 특성 및 전자파 차폐 효과를 극대화 할 수 있고, 맥신 및 나노물질 각각의 응집을 방지하면서 균일한 분산을 유도할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상술한 맥신 복합 박막의 제조방법으로 제조되고, 맥신 및 나노물질을 포함하는 맥신 복합 박막이다. 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 복합 박막은 커버리지가 우수할 수 있고, 바람직하게는 커버리지는 70 내지 99.9%일 수 있고, 바람직하게는 90 내지 99%일 수 있다.
기존의 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 딥 코팅 등의 용액 공정으로 제조된 맥신 박막은 약 70%정도의 현저히 낮은 커버리지를 제공하여 균일한 두께를 제공하기 어려워 전면적으로 물성의 편차가 크고, 손실이 발생하였다.
이와 달리 본 발명에 따른 맥신 복합 박막은 상술한 제조방법으로 제조됨으로써, 95%이상의 높은 커버리지로 균일한 두께를 제공하여 전면적으로 균일한 물성을 구현하고, 더욱 우수한 전기적 특성 및 전자파 차폐 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 맥신 혼합 박막은 맥신에 나노물질이 layer-by-layer(LBL)방식으로 분산된 형상 또는 동일 면상에 배열되는 형상일 수 있다. 구체적으로는 2차원 구조의 나노물질은 맥신과 면방향으로 수평으로 동일 면상에 배열되는 형상을 할 수 있다. 또는 1차원 구조의 나노물질은 맥신 표면 상에 layer-by-layer(LBL)방식으로 적층되어 분산된 형상으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 맥신 혼합 박막은 맥신 및 나노물질이 1:0.01 내지 1:2중량비일 수 있다. 바람직하게는 맥신 및 나노물질이 1:0.05 내지 1:2중량비일 수 있고, 더 바람직하게는 맥신 및 나노물질이 1:0.1 내지 1:2중량비일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 나노물질은 목적으로 하는 물성에 따라 함량을 조절할 수 있으나, 맥신의 물성을 더욱 극대화하기 위하여 상술한 함량을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 맥신 박막 또는 맥신 복합 박막은 우수한 전기적 특성 및 전자파 차폐 효율을 적용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있고, 예를 들어, 전기화학, 전자, 섬유, 항공, 군사 및 자동차 등의 다양하게 본 발명에 따른 효과를 요구하는 분야에 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[물성측정방법]
1. 커버리지
실시예 및 비교예의 맥신 박막의 커버리지는 전자주사현미경(S-4800, Hitachi) 이미지로부터 Image J 프로그램을 통해 명암차이로부터 계산하였다.
2. 접촉각
상온에서 물 3㎕를 상기 실시예 및 비교예에서 얻은 맥신 표면에 올리고, ㈜서피스텍 사의 GSS 장치를 이용하여 정접촉각을 측정하였다.
3. 전기전도도
실시예 및 비교예의 맥신 박막의 전기전도도는 ㈜미츠비시 사의 MCP-T610 장비를 이용하여, 프로브 핀의 간격이 1.5mm인 MCP-TP06P 모델을 사용한 4-point probe 측정방법을 이용하였다.
- 면저항 감소율 = [(열처리하지 않은 실시예 면저항 - 열처리 후 실시예 면저항)/ 열처리하지 않은 실시예 면저항]× 100
4.흡광도
실시예 및 비교예의 맥신 박막의 흡광도는 ㈜시마즈 사의 UV-2600 장비를 이용하여 측정하였다. 시편은 코닝사의 Eagle XG 유리웨이퍼 기판을 12.7mm×25.4mm의 직사각 형태로 제작 후 박막을 전사하였다.
5.전자파 차폐 효율
실시예 및 비교예의 맥신 박막의 전자파 차폐효율(dB)은 WR-90 직사각 도파관에 적합하게 코닝사의 Eagle XG 유리웨이퍼 기판을 12.7mm×25.4mm로 재단하여 박막을 전사 한 뒤 애질런트 테크놀로지스㈜의 ENA5071C 장비를 사용하여 8.2~12.4GHz (X-band) 영역에 걸쳐 측정하였다.
[실시예 1]
4.8g의 불화리튬(LiF) 및 9M 농도의 염산(HCl) 수용액 60㎖에 맥신의 전구체인 맥스(MAX) 파우더를 3g첨가한 후 35 ℃에서 24시간 동안 반응시켜 화학적으로 박리시켜 맥신을 제조하였다. 용액 내에 박리가 되지 않은 맥스는 3,500 rpm 원심분리를 통해서 제거하였다. 상기와 같이 제조된 맥신을 0.5mg/㎖농도의 맥신 수분산액으로 제조한 후, 맥신 수분산액 100중량부에 대하여, 1M 질산(HNO3) 1중량부를 첨가하였다. 이 후, 에틸 아세테이트 5중량부를 첨가하여 계면에서 맥신 박막이 형성된 것을 확인하였다. 상기 계면에 형성된 맥신 박막에 유리 기판을 접촉함으로써 유리 기판에 맥신 박막을 전사시킨 후 물성을 측정하였다.
실시예 1에서 제조된 맥신 박막은 도 2에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800)을 통하여 치밀한 구조를 가지는 것을 확인하였고, 커버리지가 96.7%인 것을 확인하였다.
[실시예 2-5]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하고, 제조된 맥신 박막을 전사하는 횟수를 각각 3, 5, 7 및 9회 수행하여 순차적으로 실시예 2 내지 5로 하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1에서 제조된 맥신 박막을 아르곤 분위기 하에서 400℃로 1시간동안 열처리 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1에서 제조된 맥신 수분산액 및 그래핀(스탠다드 그래핀 Co. Hummer’s 법으로 제조)이 0.5mg/㎖의 농도로 NMP에 분산된 그래핀 분산액을 고형분 기준 1:1중량비로 혼합한 혼합분산액을 제조하였다. 혼합분산액 100중량부에 대하여, 1M 질산(HNO3) 1중량부를 첨가하였다. 이 후, 에틸 아세테이트 5중량부를 첨가하여 계면에서 맥신 복합 박막이 형성된 것을 확인하였다.
상기 계면에 형성된 맥신 복합 박막에 유리 기판을 접촉함으로써 유리 기판에 맥신 복합 박막을 전사시킨 후 도 9에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800)을 통하여 맥신 및 그래핀이 박막의 면방향으로 동일 면상에 균일하게 배열되고, 치밀한 구조를 가지는 것을 확인하였다.
[실시예 8]
상기 실시예 1에서 제조된 맥신 수분산액 및 다중탄소나노튜브(MWCNTs, 한화케미칼 사, CM-280)가 0.5mg/㎖의 농도로 NMP에 분산된 탄소나노튜브 분산액을 1:1중량비로 혼합한 혼합분산액을 제조하였다. 혼합분산액 100중량부에 대하여, 1M 질산(HNO3) 1중량부를 첨가하였다. 이 후, 에틸 아세테이트 5중량부를 첨가하여 계면에서 맥신 복합 박막이 형성된 것을 확인하였다. 상기 계면에 형성된 맥신 복합 박막에 유리 기판을 접촉함으로써 유리 기판에 맥신 복합 박막을 전사시킨 후 도 10에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800)을 통하여 맥신의 표면 상에 탄소나노튜브가 LBL방식으로 적층되고, 치밀한 구조를 가지는 것을 확인하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 제조된 맥신 수분산액을 실리콘 웨이퍼 상에 3,000rpm으로 스핀코팅하여 맥신 박막을 제조하였다.
비교예 1에서 제조된 맥신 박막은 도 3에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800)을 통하여 공극이 다수 존재하는 것을 확인하였고, 다수의 공극으로 인하여 2㎚ 두께에서는 면저항을 측정할 수 없었고, 커버리지가 74.0%인 것을 확인하였다.
[실험예 1]
맥신 박막 형상 및 전사 횟수에 따른 물성 분석.
도 1에 도시된 바와 같이 실시예 1로 제조된 맥신 박막은 유리 기판에 전사한 것(a)과 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 전사한 것(b) 모두 투명한 것을 확인할 수 있으며, 단일층을 형성함으로써 유연성을 갖는 고분자 기판에 전사하여 구부리더라도 손상 없이 우수한 유연성을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 실시예 1(1L), 실시예 2(3L), 실시예 3(5L), 실시예 4(7L) 및 실시예 5(9L)로 전사되었을 때, 전사 횟수에 따라 측정된 흡광도가 선형적인 관계로 증대하는 것을 통하여 균일한 두께로 맥신 박막을 형성할 수 있음을 의미하며, 이에 따라, 전사 횟수로 균일하고 정확한 두께를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
[실험예 2]
열처리 전후 물성 분석.
실시예 1 및 실시예 6으로 제조된 맥신 박막을 Ti2p에 대한 XPS 스펙트럼 및 O1s에 대한 XPS(Thermo VG Scientific, Inc)을 통하여 분석하였다. 도 5에 도시된 바와 같이 도 5의 a에서 실시예 1 및 6의 맥신 박막의 Ti원소에 대하여 분석하였을 때, 열처리한 실시예 6의 경우 더욱 안정적으로 맥신 상을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 산소원소에 대하여, 분석하였을 때, 실시예 1 대비 실시예 6에서 Ti-OH기가 현저히 감소하는 것을 열처리를 통하여 산소관능기 특히 수산화기(-OH)기가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 실시예 1 맥신 박막의 산소함량이 박막 총 원자함량에 대하여, 5.4원자%였고, 열처리 후 4.3원자%로 산소 함량이 약 16% 감소한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 열처리하지 않은 실시예 1은 접촉각 측정 시 50.4°로 친수성을 갖는 반면, 실시예 6은 열처리함으로써 접촉각 측정 시 99.9°로 소수성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 친수성 또는 소수성을 목적으로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 실시예 1 및 6으로 제조된 맥신 박막의 면저항을 측정하였을 때, 모두 우수한 면저항, 전하이동도 및 전하캐리어 밀도 값을 가지나, 실시예 6의 경우 면저항이 약 45%가량 감소되고, 전하이동도가 약 2배가량 증가하였으며, 전하캐리어 밀도도 약 1.2배가량 증가된 것을 통하여 열처리하였을 때, 더욱 우수한 전기전도도를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 실시에 1 내지 5로 제조된 맥신 박막을 열처리하여 전자파 차폐 효율을 측정하였을 때, 도 8에 도시된 바와 같이 얇은 두께의 맥신 박막에서도 우수한 전자파 차폐효과를 구현할 뿐만 아니라 열처리 하지 않은 실시예 대비, 실시예 1은 약 10%이상 실시예 2 내지 5는 30%이상 향상된 전자파 차폐효과를 구현하는 것을 확인하였다.
더욱이, 도 9에 도시된 바와 같이 기존의 맥신 복합소재 뿐만 아니라 금속 필름, 금속 복합소재 및 탄소소재 대비하여 현저히 얇은 두께에서도 높은 전자파 차폐 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 맥신 박막의 제조방법 및 이로부터 제조된 맥신 박막이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. a) 맥신을 포함하는 제 1분산액을 준비하는 단계; 및
    b) 상기 제 1분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 맥신 박막의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계는 상기 제 1분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것인 맥신 박막의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 b)단계는 계면에서 자기조립을 유도하여 박막이 형성되는 것인 맥신 박막의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계의 제 1분산액에 산용액을 더 포함하는 맥신 박막의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 유기 용매는 휘발성인 맥신 박막의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계 이후, 박막을 기판에 전사하는 단계를 더 포함하는 맥신 박막의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전사하는 단계를 2회이상 반복하여 다층 박막을 형성하는 맥신 박막의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계 이후, 상기 박막을 300 내지 500℃에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 맥신 박막의 제조방법.
  9. A) 맥신을 포함하는 제 1분산액 및 나노물질을 포함하는 제 2분산액을 혼합하여 혼합분산액을 준비하는 단계; 및
    B) 상기 혼합분산액의 표면에서 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 맥신 복합 박막의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 b)단계는 상기 제 혼합분산액에 비혼화성인 유기 용매를 첨가하여 계면에서 박막을 형성하는 것인 맥신 복합 박막의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 나노물질은 탄소계 물질, 세라믹계 물질 및 유기계 물질에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 맥신 복합 박막의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1분산액 및 제 2분산액은 1:0.5 내지 1:5중량비로 혼합하는 것인 맥신 복합 박막의 제조방법.
  13. 제 1항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법으로 제조되고, 커버리지가 90%이상인 맥신 박막.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 맥신 박막은 단일층 또는 2층 이상의 다층 구조인 맥신 박막.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 맥신 박막은 전자파 차폐 효율(specific EMI SE)이 1.0×104dB·㎠/g이상인 맥신 박막.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 맥신 박막은 열처리 단계를 거친 후, 접촉각이 90°이상인 맥신 박막.
  17. 제 9항 내지 제 12항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법으로 제조되고, 맥신 및 나노물질을 포함하는 맥신 복합 박막.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 맥신 혼합 박막은 맥신에 나노물질이 layer-by-layer(LBL)방식으로 분산된 형상 또는 동일 면상에 배열되는 형상인 맥신 복합 박막.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 맥신 혼합 박막은 맥신 및 나노물질이 1:0.01 내지 1:2중량비인 맥신 복합 박막.
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