KR20210093551A - Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210093551A KR20210093551A KR1020200007260A KR20200007260A KR20210093551A KR 20210093551 A KR20210093551 A KR 20210093551A KR 1020200007260 A KR1020200007260 A KR 1020200007260A KR 20200007260 A KR20200007260 A KR 20200007260A KR 20210093551 A KR20210093551 A KR 20210093551A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polymer compound
- carbon polymer
- carbon
- dispersion
- organic solvent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
Abstract
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 양친매성 고분자 화합물을 이용한 탄소 고분자 화합물 분산액 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical field to which the present invention pertains relates to a carbon polymer compound dispersion using an amphiphilic polymer compound and a method for preparing the same.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.
탄소 나노튜브는 탄소 원자로 이루어진 탄소 동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소 원자와 육각형의 벌집 구조로 결합하여 지름이 수 nm 정도의 작은 튜브 형태를 가지고 있다. 탄소 나노튜브는 일차원 구조를 가지며, 강도와 열 전도성이 높다. 나노 소재의 특징인 양자 물리학적 특성도 보유하고 있다.A carbon nanotube is a carbon allotrope composed of carbon atoms, and has a small tube shape with a diameter of several nm by combining one carbon with another carbon atom in a hexagonal honeycomb structure. Carbon nanotubes have a one-dimensional structure, and have high strength and thermal conductivity. It also possesses quantum physical properties characteristic of nanomaterials.
탄소 나노튜브는 탄소의 지름이 작고 길이가 매우 길다. 종횡비(Aspect ratio)가 매우 크므로 벌크 고체 형태에서 서로 얽혀있는 형태로 존재한다. 벌크 고체 자체로는 여러 산업 분야에 적용하기 곤란하므로 탄소 나노튜브의 우수한 특성들을 이용하기 위해서 분산액 형태로 만드는 공정 기술이 필수적이다.Carbon nanotubes have a small diameter and very long carbon. Since the aspect ratio is very large, it exists in a form entangled with each other in the form of a bulk solid. Since the bulk solid itself is difficult to apply to various industrial fields, a process technology for making a dispersion in the form of a dispersion is essential in order to utilize the excellent properties of carbon nanotubes.
분산매 내에서 탄소 나노튜브 간 높은 π-π 상호작용으로 인하여 쉽게 뭉치는 문제가 있다. 예를 들어 hexadecyl trimethyl ammonium bromide(CTAB), octyl phenol ethoxylate(Triton X-100), sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS), sodium dodecylsulfate(SDS) 등의 다양한 기능기를 탄소 나노튜브에 개질시켜 분산도를 증가시키는 방식이 제시되었으나, 이러한 방식은 분산도를 유지하는 시간을 길게 확보하지 못하는 한계가 있다. 기능기가 탄소 나노튜브 표면에 흡착, 탈착되는 과정에서 기능기의 변질때문에 높은 분산도를 유지하기 어렵고, 탄소 나노튜브 간 높은 인력을 효과적으로 억제하지 못한다.There is a problem of easy agglomeration due to the high π-π interaction between carbon nanotubes in the dispersion medium. For example, various functional groups such as hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), octyl phenol ethoxylate (Triton X-100), sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), and sodium dodecylsulfate (SDS) are modified in carbon nanotubes to increase dispersion. Although a method has been proposed, this method has a limitation in not being able to secure a long time to maintain the degree of dispersion. It is difficult to maintain a high degree of dispersion due to the deterioration of the functional group in the process of adsorption and desorption of the functional group to the carbon nanotube surface, and the high attractive force between the carbon nanotubes cannot be effectively suppressed.
본 발명의 실시예들은 친수성과 소수성 특성을 모두 가진 양친매성 고분자를 이용하여 제조한 탄소 고분자 화합물 분산액이며, 탄소 고분자 화합물에 대해서 높은 분산도를 150일 이상 지속해서 유지하면서 높은 전기적 특성을 유지할 수 있는 고 안정성 및 고 신뢰성을 확보하는 데 발명의 주된 목적이 있다. Examples of the present invention are carbon polymer compound dispersions prepared using an amphiphilic polymer having both hydrophilic and hydrophobic properties, and high electrical properties can be maintained while maintaining a high degree of dispersion for carbon polymer compounds for more than 150 days. The main object of the invention is to ensure high stability and high reliability.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified in the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 탄소 고분자 화합물을 유기 용매에 첨가하여 제1 용액을 형성하는 단계, 양친매성 고분자 화합물을 정제수에 첨가하여 제2 용액을 형성하는 단계, 및 상기 제1 용액과 상기 제2 용액을 혼합하여 제3 용액을 형성하는 단계를 포함하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법을 제공한다.According to one aspect of this embodiment, adding a carbon polymer compound to an organic solvent to form a first solution, adding an amphiphilic polymer compound to purified water to form a second solution, and the first solution and the agent It provides a method for preparing a carbon polymer compound dispersion comprising the step of mixing the two solutions to form a third solution.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 탄소 고분자 화합물 분산액에 있어서, 탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매, 및 소수성 파트와 친수성 파트를 가진 양친매성 고분자 화합물을 포함하며, 상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 소수성 파트가 상기 탄소 고분자 화합물에 결합하여, 상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 친수성 파트가 상기 탄소 고분자 화합물의 표면을 감싸며, 상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 친수성 파트가 상기 유기 용매에 녹아서, 상기 탄소 고분자 화합물의 분산도를 유지하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액을 제공한다.According to another aspect of this embodiment, in the carbon polymer compound dispersion, an organic solvent to which a carbon polymer compound is added, and an amphiphilic polymer compound having a hydrophobic part and a hydrophilic part are included, and the hydrophobic part of the amphiphilic polymer compound is By binding to the carbon polymer compound, the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound surrounds the surface of the carbon polymer compound, and the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound is dissolved in the organic solvent, so that the carbon polymer compound is dispersed It provides a carbon polymer compound dispersion, characterized in that it maintains.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 친수성과 소수성 특성을 모두 가진 양친매성 고분자를 이용하여 제조한 탄소 고분자 화합물 분산액이며, 탄소 고분자 화합물에 대해서 높은 분산도를 150일 이상 지속해서 유지하면서 높은 전기적 특성을 유지할 수 있는 고 안정성 및 고 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is a carbon polymer compound dispersion prepared using an amphiphilic polymer having both hydrophilic and hydrophobic properties, and maintains a high degree of dispersibility for the carbon polymer compound continuously for more than 150 days. There is an effect of securing high stability and high reliability that can maintain high electrical characteristics while still maintaining high electrical properties.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if it is an effect not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as if they were described in the specification of the present invention.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법을 예시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 메커니즘을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 분산도 변화를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 분광 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 열중량 분석(TGA) 결과, 시차열 분석(DTA) 결과, 라만(Raman) 분석 결과, X선 회절 분석(XRD) 결과를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 제타 포텐션 변화를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 순환 전압전류 분석(CV) 결과, 전기화학 임피던스 분광 분석(EIS) 결과를 예시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 박막 특성 및 원자현미경(AFM) 이미지를 예시한 도면이다.1 and 2 are flowcharts illustrating a method for preparing a carbon polymer compound dispersion according to embodiments of the present invention.
3 is a diagram illustrating a mechanism of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a change in the degree of dispersion of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a result of spectroscopic analysis of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
6 illustrates thermogravimetric analysis (TGA) results, differential thermal analysis (DTA) results, Raman analysis results, and X-ray diffraction analysis (XRD) results of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention. It is a drawing.
7 is a view illustrating a change in zeta potential of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a cyclic voltammetry (CV) result and an electrochemical impedance spectroscopy (EIS) result of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating thin film characteristics and an atomic force microscope (AFM) image of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, in the description of the present invention, when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscure as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description thereof is omitted, and some embodiments of the present invention It will be described in detail with reference to exemplary drawings.
본 명세서에 기재된 탄소 고분자 화합물 분산액은 양친매성 고분자의 친수성, 소수성 양 부분에 의해 탄소 고분자 화합물의 표면에 쉽게 자가 조립되면서 탄소 고분자 화합물의 전기적 특성을 저하하지 않는다. 음 이온성 고분자의 양친매성 특성을 이용하여 분산매 및 분산제의 최적화를 통해 높은 분산도를 150일 이상 지속해서 유지하면서 높은 전기적 특성을 유지할 수 있다.The carbon polymer compound dispersion described herein is easily self-assembled on the surface of the carbon polymer compound due to both hydrophilic and hydrophobic portions of the amphiphilic polymer, and does not degrade the electrical properties of the carbon polymer compound. Using the amphiphilic properties of anionic polymers, it is possible to maintain high electrical properties while maintaining a high degree of dispersion for 150 days or more through optimization of a dispersion medium and a dispersant.
본 명세서에 기재된 탄소 나노튜브 분산액은 분산 유지력이 높고 분산도가 높아서 기존의 번들 현상에 의해 탄소 나노튜브를 사용할 수 없었던 산업 분야에도 적용될 수 있다. The carbon nanotube dispersion described herein can be applied to industrial fields where carbon nanotubes cannot be used due to conventional bundling due to high dispersion retention and high dispersion.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법을 예시한 흐름도이다.1 and 2 are flowcharts illustrating a method for preparing a carbon polymer compound dispersion according to embodiments of the present invention.
탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법은 제1 용액을 형성하는 단계(S110), 제2 용액을 형성하는 단계(S120), 및 제3 용액을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.The method for preparing a carbon polymer compound dispersion includes forming a first solution (S110), forming a second solution (S120), and forming a third solution (S130).
제1 용액을 형성하는 단계(S110)는 탄소 고분자 화합물을 유기 용매에 첨가하여 제1 용액(210)을 형성한다. 제1 용액을 형성하는 단계(S110)는 제1 용액에 초음파 분산을 적용할 수 있다. 제1 용액을 형성하는 단계(S110)는 초음파 분산을 적용한 제1 용액을 원심 분리기를 통해 불순물을 제거할 수 있다.In the step of forming the first solution ( S110 ), the
탄소 고분자 화합물은 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(Graphene Oxide, GO), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 풀러렌(Fullerene), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Carbon high molecular compounds are carbon nanotubes (CNT), graphene (Graphene), graphene oxide (Graphene Oxide, GO), reduced graphene oxide (RGO), fullerene (Fullerene), or these Combinations may be included.
유기 용매는 극성 유기 용매일 수 있다. 유기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(Dimethylformamide), DMSO(Dimethyl sulfoxide), 톨루엔(Toluene), 아세톤(acetone), THF(Tetrahydrofuran), DCM(Dichloromethane), 에탄올(ethanol), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The organic solvent may be a polar organic solvent. The organic solvent is NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (Dimethylformamide), DMSO (Dimethyl sulfoxide), toluene, acetone, THF (Tetrahydrofuran), DCM (Dichloromethane), ethanol (ethanol), or a combination thereof.
일 실시예로서 탄소 나노튜브를 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP) 용액에 첨가한 후 초음파 분산방법을 이용해 일차적으로 분산한다. 초음파 분산된 탄소 나노튜브 분산액을 원심분리기를 이용해 원심 분리한다. 분산액을 90분간 6000 rpm으로 회전시킬 수 있다.As an embodiment, carbon nanotubes are added to an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution and then dispersed primarily using an ultrasonic dispersion method. The ultrasonically dispersed carbon nanotube dispersion is centrifuged using a centrifuge. The dispersion can be rotated at 6000 rpm for 90 minutes.
제2 용액을 형성하는 단계(S120)는 양친매성 고분자 화합물을 정제수에 첨가하여 제2 용액(220)을 형성한다. 양친매성 고분자 화합물은 극성을 가질 수 있다. 양친매성 고분자 화합물은 P4VP-c-S(Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene)를 포함할 수 있다.In the step of forming the second solution (S120), the
일 실시예로서 poly(4-vinylpyridine)(P4VP)와 polystyrene(PS)을 합성하여 형성한 P4VP-c-S을 양친매성 고분자 화합물로 사용하고 deionized water(DI) 내에 첨가한 후 마그네틱 바를 이용하여 12시간 동안 700 rpm으로 혼합할 수 있다. As an example, P4VP-cS formed by synthesizing poly(4-vinylpyridine) (P4VP) and polystyrene (PS) was used as an amphiphilic polymer compound and added to deionized water (DI) for 12 hours using a magnetic bar. It can be mixed at 700 rpm.
제3 용액을 형성하는 단계(S130)는 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 제3 용액(230)을 형성한다. 제3 용액을 형성하는 단계는 제3 용액에 초음파 분산을 적용할 수 있다. 제2 용액과 제3 용액을 한곳으로 부어 하나의 용액으로 만든 후 10분간 초음파 분산을 진행할 수 있다.In the step of forming the third solution ( S130 ), the
이러한 공정을 통해 탄소 나노튜브 표면에 양친매성 고분자 화합물이 흡착하게 되고 흡착된 탄소 나노튜브는 NMP 용액 내에서 개별적으로 떨어져 존재하여 높은 분산도를 확보할 수 있다.Through this process, the amphiphilic polymer compound is adsorbed on the surface of the carbon nanotubes, and the adsorbed carbon nanotubes are individually separated in the NMP solution to ensure a high degree of dispersion.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 메커니즘을 예시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a mechanism of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
탄소 고분자 화합물 분산액은 탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매 및 소수성 파트와 친수성 파트를 가진 양친매성 고분자 화합물을 포함한다.The carbon polymer compound dispersion contains an organic solvent to which a carbon polymer compound is added, and an amphiphilic polymer compound having a hydrophobic part and a hydrophilic part.
양친매성 고분자 화합물의 소수성 파트가 상기 탄소 고분자 화합물에 결합하여, 양친매성 고분자 화합물의 친수성 파트가 탄소 고분자 화합물의 표면을 감싼다.The hydrophobic part of the amphiphilic polymer compound binds to the carbon polymer compound, and the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound covers the surface of the carbon polymer compound.
양친매성 고분자 화합물의 친수성 파트가 유기 용매에 녹아서, 탄소 고분자 화합물의 분산도를 유지한다. The hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound is dissolved in an organic solvent to maintain the degree of dispersion of the carbon polymer compound.
유기 용매는 극성 유기 용매일 수 있고, 양친매성 고분자 화합물의 친수성 파트가 극성을 가질 수 있다.The organic solvent may be a polar organic solvent, and the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound may have polarity.
탄소 고분자 화합물은 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(Graphene Oxide, GO), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 풀러렌(Fullerene), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The carbon polymer compound is a carbon nanotube (CNT), graphene (Graphene), graphene oxide (Graphene Oxide, GO), reduced graphene oxide (RGO), fullerene (Fullerene), or these may include a combination of
유기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(Dimethylformamide), DMSO(Dimethyl sulfoxide), 톨루엔(Toluene), 아세톤(acetone), THF(Tetrahydrofuran), DCM(Dichloromethane), 에탄올(ethanol) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The organic solvent is NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (Dimethylformamide), DMSO (Dimethyl sulfoxide), toluene, acetone, THF (Tetrahydrofuran), DCM (Dichloromethane), ethanol (ethanol) or combinations thereof may be included.
양친매성 고분자 화합물은 P4VP-c-S(Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene)를 포함할 수 있다.The amphiphilic polymer compound may include P4VP-c-S (Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene).
일 실시예로서 도 3을 참조하면, 용매 내에서 친수성 파트인 P4VP는 용매 쪽으로 소수성 파트인 스티렌(Styrene)은 탄소 나노튜브 쪽으로 붙게 된다. 본 실시예는 양친매성 고분자 화합물이 용매 내에서 미셀(Micelle)을 형성하여 용매제 표면에 붙는 특성을 이용한다. 탄소 나노튜브 표면에 흡착된 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물은 탄소 나노튜브의 강한 반데르발스 인력을 효과적으로 억제하여 서로 얽혀있지 않게 방지한다. P4VP는 소수성을 가지고 있음과 동시에 극성을 가지고 있어 극성 용매제에 비교적 잘 분산되어 뭉치지 않는다. Referring to FIG. 3 as an example, in the solvent, P4VP, which is a hydrophilic part, is attached to the solvent, and styrene, which is a hydrophobic part, is attached to, the carbon nanotube. This embodiment utilizes the property that the amphiphilic polymer compound forms micelles in the solvent and adheres to the surface of the solvent. The P4VP-c-S amphiphilic polymer adsorbed on the surface of the carbon nanotubes effectively inhibits the strong van der Waals attraction of the carbon nanotubes and prevents them from becoming entangled with each other. P4VP has hydrophobicity and polarity at the same time, so it is relatively well dispersed in polar solvents and does not aggregate.
다양한 용매에 대해 탄소 나노튜브의 분산 정도를 최적화할 수 있다. 탄소 나노튜브 분산액에 사용된 용매는 표 1에 기재되어 있다. NMP, DMF 용매의 상호 연관 계수는 표 2에 기재되어 있다.The degree of dispersion of carbon nanotubes can be optimized for various solvents. The solvents used in the carbon nanotube dispersions are listed in Table 1. The correlation coefficients of NMP and DMF solvents are shown in Table 2.
Kamlet Taft 용매 파라미터는 수소 결합 공여도(α), 수소 결합 수용도(β), 양극성/분극률(π*)을 설명한다. 본 실시예에 따른 유기 용매는 용매 파라미터 중에서 수소 결합 공여도(α)가 0 또는 0을 초과하고 0.1 이하의 범위이고, 수소 결합 수용도(β)가 0.7 내지 1의 범위이고, 양극성/분극률(π*)이 0.8 내지 1의 범위를 만족할 수 있다.Kamlet Taft solvent parameters describe hydrogen bond donor (α), hydrogen bond acceptability (β), and polarity/polarizability (π * ). The organic solvent according to this embodiment has a hydrogen bond donor degree (α) of 0 or more than 0 and 0.1 or less among solvent parameters, a hydrogen bond acceptability (β) is a range of 0.7 to 1, and polarity/polarity (π * ) may satisfy the range of 0.8 to 1.
NMP의 β, π* 값이 DMF보다 높은 것을 확인할 수 있다. P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물 기반의 탄소 나노튜브 분산액에 사용될 수 있는 용매로는 NMP가 이론적으로 가장 적합할 수 있다. It can be seen that the β, π * values of NMP are higher than those of DMF. As a solvent that can be used in the carbon nanotube dispersion based on the P4VP-cS amphiphilic polymer compound, NMP may theoretically be the most suitable.
표 1의 4 개의 샘플을 준비하여 시간에 따른 분산도 유지력에 대한 실험을 진행한 결과이다. 샘플 1 및 샘플 2는 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가하지 않은 상태에서 분산도 상태를 나타내고, 샘플 3 및 샘플 4는 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가한 상태에서 분산도 상태를 나타낸다.It is the result of conducting an experiment on the dispersion holding power according to time by preparing the four samples of Table 1.
P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가하지 않으면 5일 이내로 빠른 속도로 뭉친 번들(Bundle)을 확인할 수 있다. P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가한 샘플은 비교적 느린 속도로 뭉치는 것을 확인할 수 있다. If the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound is not added, the bundled bundles can be quickly confirmed within 5 days. It can be seen that the sample to which the P4VP-c-S amphiphilic high molecular compound is added aggregates at a relatively slow rate.
NMP는 DMF보다 분산 유지력이 우수하며, P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가한 경우 150일이 지나도 분산도가 유지됨을 알 수 있다. 즉, 뭉치지 않고 초기의 분산 상태를 그대로 유지한다. It can be seen that NMP has better dispersion retention than DMF, and when the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound is added, the degree of dispersion is maintained even after 150 days. That is, the initial dispersion state is maintained without clumping.
일 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액은 번들을 형성하지 않고 탄소 고분자 화합물의 초기 분산 상태를 90일 이상으로 유지할 수 있다. 일 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액은 90일 내지 150일 또는 120일 내지 150일 등에서도 분산 상태를 유지할 수 있다. 일 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액은 이론적으로는 180일 이상, 210일 이상, 240일 이상, 270일 이상에서도 분산 상태를 유지할 수 있다.The carbon polymer compound dispersion according to an embodiment may maintain the initial dispersion state of the carbon polymer compound for 90 days or more without forming a bundle. The carbon polymer compound dispersion according to an embodiment may maintain a dispersed state for 90 days to 150 days, or 120 days to 150 days. The carbon polymer compound dispersion according to an embodiment may theoretically maintain a dispersed state for 180 days or more, 210 days or more, 240 days or more, 270 days or more.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 분광 분석 결과를 예시한 도면이다. 도 5의 (a)는 DMF, (b)는 NMP 기반의 탄소 나노튜브 분산액의 UV-Vis-NIR 분광 결과이고, 도 5의 (c)는 DMF, (d) NMP 기반의 탄소 나노튜브 분산액의 FTIR(Fourier-Transform Infrared Spectroscopy) 결과이다.5 is a view illustrating a result of spectroscopic analysis of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention. Figure 5 (a) is DMF, (b) is the UV-Vis-NIR spectroscopy results of the NMP-based carbon nanotube dispersion, Figure 5 (c) is DMF, (d) NMP-based carbon nanotube dispersion These are the results of Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).
도 5의 (a) 및 (b)를 보면 DMF, NMP 기반의 탄소 나노튜브 분산액은 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물을 첨가하였지만 화학적 결합에 의한 추가 피크가 검출되지 않았다. 1000, 1200 nm에서 S11와 S22 피크에 해당되는 두 개의 피크는 반도체 전이 영역에 해당되는 반도체성 탄소 나노튜브의 주요 피크이다. P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물에 의해 탄소 나노튜브의 화학적 구조 및 결합에 대해 크게 영향을 끼치지 않아 고유의 전기적 특성을 유지하고 있음을 알 수 있다. Referring to (a) and (b) of Figure 5, DMF and NMP-based carbon nanotube dispersion was added to the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound, but no additional peak due to chemical bonding was detected. The two peaks corresponding to the S11 and S22 peaks at 1000 and 1200 nm are the main peaks of the semiconducting carbon nanotube corresponding to the semiconductor transition region. It can be seen that the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound does not significantly affect the chemical structure and bonding of carbon nanotubes, and thus maintains intrinsic electrical properties.
도 5의 (c) 및 (d)를 보면 DMF보다 NMP에서 S-C≡N 결합이 크게 생성됨을 확인할 수 있다. S-C≡N 결합이 강할수록 탄소 나노튜브의 전기적 특성에 영향을 주지 않으면서도 표면에 더욱 흡착되었음을 나타내어 결과적으로 분산의 정도 및 기간을 확보 할 수 있음을 나타낸다.Referring to (c) and (d) of FIG. 5 , it can be seen that the S-C≡N bond is larger in NMP than in DMF. The stronger the S-C≡N bond, the more adsorbed to the surface without affecting the electrical properties of the carbon nanotubes, indicating that the degree and duration of dispersion can be secured as a result.
일 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액은 유기 용매의 S-C≡N 결합이 강할수록 탄소 고분자 화합물의 분산 상태를 유지하는 기간이 증가한다.In the carbon polymer compound dispersion liquid according to an embodiment, as the S-C≡N bond of the organic solvent is stronger, the period for maintaining the dispersed state of the carbon polymer compound increases.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 열중량 분석(TGA) 결과, 시차열 분석(DTA) 결과, 라만(Raman) 분석 결과, X선 회절 분석(XRD) 결과를 예시한 도면이다. 6 illustrates thermogravimetric analysis (TGA) results, differential thermal analysis (DTA) results, Raman analysis results, and X-ray diffraction analysis (XRD) results of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention. It is a drawing.
도 6의 (a) 및 (b)는 NMP 용매 기반의 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물 첨가 전후에 대한 TGA(Thermogravimetric Analysis)와 DTA(Differential Thermal Analysis) 측정에서 획득한 SWNTs/NMP 및 SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) 샘플에서의 중량 손실 및 미분 곡선을 보여준다. 6 (a) and (b) show SWNTs/NMP and SWNTs/NMP- obtained from TGA (Thermogravimetric Analysis) and DTA (Differential Thermal Analysis) measurements before and after addition of the NMP solvent-based P4VP-cS amphiphilic polymer compound. Shows the weight loss and differential curves in the (P4VP-cS) sample.
도 6의 (a)를 보면 100℃ 이하 부분에서 초기 질량의 손실은 물 분자 및 휘발성 NMP의 증발 그리고 서로 다른 기능기의 가교 반응에 의한다. Referring to (a) of FIG. 6 , the loss of initial mass at a temperature below 100° C. is due to evaporation of water molecules and volatile NMP and cross-linking reactions of different functional groups.
도 6의 (b)를 보면 기존의 NMP의 비점(Boiling Point)은 110℃ 전후로 알려져 있으나 탄소 나노튜브의 존재로 인해 약 160℃ 근처에서 발생하는 것을 알 수 있다. P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물존제에 의해 약 166℃ 부분에서 무게 차가 크게 발생됨을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 실제 NMP 용매 내에서 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 개별적으로 존재하는 것을 알 수 있다. Referring to (b) of FIG. 6 , it can be seen that the conventional NMP has a boiling point of about 110° C., but occurs around 160° C. due to the presence of carbon nanotubes. It can be seen that a large weight difference occurs at about 166° C. due to the presence of the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound. From these results, it can be seen that the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound is individually present in the actual NMP solvent.
탄소 고분자 화합물의 표면에 존재하는 양친매성 고분자 화합물로 인하여, 탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매의 분해 온도가 164℃에서 166℃로 변경된다.Due to the amphiphilic polymer compound present on the surface of the carbon polymer compound, the decomposition temperature of the organic solvent to which the carbon polymer compound is added is changed from 164°C to 166°C.
탄소 고분자 화합물 분산액에 대한 산화 온도의 미분 곡선은 두 개의 피크를 포함하고, 두 개의 피크는 123℃ 및 201℃에서 나타낸다.The differential curve of the oxidation temperature for the carbon polymer compound dispersion contains two peaks, and the two peaks are shown at 123°C and 201°C.
도 6의 (c)에 따른 라만 분석 결과를 보면, 탄소 원자의 방사 운동에 의한 작은 피크가 100-300 cm-1 에서 존재한다.Looking at the Raman analysis result according to (c) of FIG. 6 , a small peak due to the radial motion of carbon atoms exists at 100-300 cm -1 .
탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매에 양친매성 고분자 화합물을 첨가한 후에 측정한 라만 분석 스펙트럼에서, 양친매성 고분자 화합물을 첨가하기 전보다 1311 cm-1의 피크 세기가 증가하고, 1585 cm-1의 피크 세기가 증가하고 고파수(High wavenumber) 방향으로 이동한다.In the Raman analysis spectrum measured after the amphiphilic polymer compound was added to the organic solvent to which the carbon polymer compound was added, the peak intensity of 1311 cm -1 increased compared to before the addition of the amphiphilic polymer compound, and the peak intensity of 1585 cm -1 was increased. increases and moves in the direction of high wavenumber.
도 6의 (d)에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액에 대한 X선 회절 분석기(X-ray Diffraction)를 통해 검출한 결과를 보면, 회절각 20°에서 피크를 포함한다.The results of detection through X-ray diffraction analysis for the carbon polymer compound dispersion according to (d) of FIG. 6 include a peak at a diffraction angle of 20°.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 제타 포텐셜 변화를 예시한 도면이다.7 is a view illustrating a change in zeta potential of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
SWNTs/NMP와 SWNTs/NMP-P4VP-c-S 샘플의 10일 간의 제타 포텐셜 변화 비교한 그래프를 살펴보면, P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 없는 단순 SWNTs/NMP 기반 분산액은 5일이 지나면 대부분 탄소 나노튜브 간에 응집이 발생하므로 -50 mV에서 -31 mV에서 이동한다. 즉, 0 V 쪽으로 그래프가 이동한다.Looking at the graph comparing the change in zeta potential of the SWNTs/NMP and SWNTs/NMP-P4VP-cS samples over 10 days, the simple SWNTs/NMP-based dispersion without the P4VP-cS amphiphilic polymer compound showed that, after 5 days, most of the carbon nanotubes were interspersed with carbon nanotubes. Aggregation occurs and thus shifts from -50 mV to -31 mV. That is, the graph moves toward 0 V.
P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 적용된 SWNTs/NMP 기반의 분산액은 10일 지나도 동일한 분산도를 유지하고 있음을 알 수 있다. 즉, -50 mV를 유지한다.It can be seen that the dispersion based on SWNTs/NMP to which the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound is applied maintains the same degree of dispersion even after 10 days. That is, -50 mV is maintained.
P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 성공적으로 탄소 나노튜브 표면에 흡착되고, 기능기를 통해 분산 유지력 또한 월등히 향상된 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the P4VP-c-S amphiphilic polymer compound was successfully adsorbed on the carbon nanotube surface, and the dispersion retention ability was also significantly improved through the functional group.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 순환 전압전류 분석(CV) 결과 및 전기화학 임피던스 분광 분석(EIS) 결과를 예시한 도면이다.8 is a view illustrating a cyclic voltammetry (CV) result and an electrochemical impedance spectroscopy (EIS) result of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
SWNTs/NMP와 SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) 샘플에 대해서 0일, 5일, 10일 기준으로 순환 전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정한 결과를 보면, GCE(Glassy Carbon Electrode) 보다 월등한 CV 윈도우를 보여준다. 이러한 결과는 탄소 나노튜브의 우수한 전기적 특성에 의해 발현된다. For SWNTs/NMP and SWNTs/NMP-(P4VP-cS) samples, the results of Cyclic Voltammetry (CV) measurements on
SWNTs/NMP 샘플은 시간이 지남에 따라 그 특성을 유지하지 못하고 점점 변화하는 결과를 보여준다. SWNTs/NMP samples do not maintain their properties over time and show increasingly changing results.
SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) 샘플은 10일이 지나도 동일한 CV 윈도우 결과를 보여준다. 우수한 전기적 특성이 시간이 지나도 그대로 유지되고 있음을 알 수 있다.SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) samples show the same CV window results even after 10 days. It can be seen that excellent electrical properties are maintained as time passes.
SWNTs/NMP와 SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) 샘플에 대해서 0일, 5일, 10일 기준으로 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) 측정한 결과를 보면, SWNTs/NMP 샘플은 시간이 지남에 따라 임피던스 윈도우가 계속해서 커진다. 즉, 전도도가 크게 떨어지고 있음을 알 수 있다.Looking at the results of Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements for SWNTs/NMP and SWNTs/NMP-(P4VP-cS) samples on
SWNTs/NMP(P4VP-c-S) 샘플은 시간이 지나도 동일한 성능을 그대로 유지하고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물 기반 탄소 나노튜브 분산액은 높은 분산 유지력을 가지고 있을 뿐만 아니라 탄소 나노튜브의 우수한 전기적 특성의 유지하는 것을 입증한다.It can be seen that the SWNTs/NMP (P4VP-c-S) sample maintains the same performance over time. These results demonstrate that the P4VP-c-S amphiphilic polymer-based carbon nanotube dispersion not only has high dispersion retention but also maintains excellent electrical properties of carbon nanotubes.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 고분자 화합물 분산액의 박막 특성 및 원자현미경(AFM) 이미지를 예시한 도면이다.9 is a view illustrating thin film characteristics and an atomic force microscope (AFM) image of a carbon polymer compound dispersion according to another embodiment of the present invention.
도 9의 (a)에 도시된 SWNTs/NMP에 대해 전류-전압 측정을 통한 박막의 특성 평가 결과를 보면, P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 없는 분산액을 이용해 박막을 형성하면, 매우 낮은 전도도를 가진 박막이 형성되며 분산액이 시간이 지남에 따라 이를 이용해 만든 박막의 전도도가 눈에 띄게 감소하는 것을 알 수 있다. 분산액 내에서 탄소 나노튜브가 시간이 지남에 따라 응집되어 박막 형성시에 구성되는 탄소 나노튜브의 농도가 눈에 띄게 감소하였기 때문이다. Looking at the results of evaluation of the properties of the thin film through current-voltage measurement for SWNTs/NMP shown in FIG. 9 (a), when the thin film is formed using a dispersion without P4VP-cS amphiphilic polymer compound, it has very low conductivity. It can be seen that a thin film is formed and the conductivity of the thin film made using the dispersion decreases noticeably over time. This is because the carbon nanotubes in the dispersion agglomerated over time, and the concentration of carbon nanotubes constituting the thin film was remarkably reduced.
도 9의 (a)에 도시된 SWNTs/NMP-(P4VP-c-S)에 대해 전류-전압 측정을 통한 박막의 특성 평가 결과를 보면, P4VP-c-S 양친매성 고분자 화합물이 흡착된 탄소 나노튜브 분산액을 이용해 박막을 형성하면, 매우 높은 전도도를 가질 뿐만 아니라 분산 유지력이 매우 뛰어남을 알 수 있다. Looking at the results of evaluation of the properties of the thin film through current-voltage measurement for SWNTs/NMP-(P4VP-cS) shown in FIG. 9(a), the carbon nanotube dispersion to which the P4VP-cS amphiphilic polymer compound was adsorbed was used When the thin film is formed, it can be seen that not only has very high conductivity, but also has excellent dispersion retention.
도 9의 (c) 및 (d)에 도시된 Atomic Force Microscopy (AFM) 측정을 통해 양쪽 박막의 표면을 관찰하면, SWNTs/NMP 분산액을 이용한 박막은 번들 현상 및 탄소 나노튜브 농도가 적은 반면, SWNTs/NMP-(P4VP-c-S) 기반 분산액을 이용해 만든 박막은 번들 현상이 적고 탄소 나노튜브가 매우 밀집하여 박막을 형성하는 것을 알 수 있다.When the surfaces of both thin films were observed through Atomic Force Microscopy (AFM) measurements shown in FIGS. 9(c) and 9(d), the thin film using the SWNTs/NMP dispersion had low bundling and carbon nanotube concentration, whereas SWNTs It can be seen that the thin film made using the /NMP-(P4VP-cS) based dispersion has less bundling and forms a thin film with very dense carbon nanotubes.
도 1 및 도 2에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1 및 도 2에 기재된 순서를 변경하거나 일부 과정을 생략하여 실행하거나, 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.Although it is described that each process is sequentially executed in FIGS. 1 and 2, this is only an exemplary description, and those skilled in the art are shown in FIGS. 1 and 2 within a range that does not depart from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. Various modifications and variations may be applied by changing the described order or omitting some processes, or executing one or more processes in parallel or adding other processes.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.
Claims (18)
양친매성 고분자 화합물을 정제수에 첨가하여 제2 용액을 형성하는 단계; 및
상기 제1 용액과 상기 제2 용액을 혼합하여 제3 용액을 형성하는 단계
를 포함하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.adding a carbon polymer compound to an organic solvent to form a first solution;
adding an amphiphilic polymer compound to purified water to form a second solution; and
forming a third solution by mixing the first solution and the second solution
A method for producing a carbon polymer compound dispersion comprising a.
상기 제1 용액을 형성하는 단계는,
상기 제1 용액에 초음파 분산을 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the first solution comprises:
Method for producing a carbon polymer compound dispersion, characterized in that applying ultrasonic dispersion to the first solution.
상기 제1 용액을 형성하는 단계는,
상기 초음파 분산을 적용한 제1 용액을 원심 분리기를 통해 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Forming the first solution comprises:
A method for producing a carbon polymer compound dispersion, characterized in that the impurities are removed from the first solution to which the ultrasonic dispersion is applied through a centrifugal separator.
상기 제3 용액을 형성하는 단계는,
상기 제3 용액에 초음파 분산을 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the third solution comprises:
Method for producing a carbon polymer compound dispersion, characterized in that applying ultrasonic dispersion to the third solution.
상기 유기 용매는 극성 유기 용매이고,
상기 양친매성 고분자 화합물은 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.According to claim 1,
The organic solvent is a polar organic solvent,
The amphiphilic polymer compound is a method for producing a carbon polymer compound dispersion, characterized in that it has a polarity.
상기 탄소 고분자 화합물은 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(Graphene Oxide, GO), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 풀러렌(Fullerene), 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 유기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(Dimethylformamide), DMSO(Dimethyl sulfoxide), 톨루엔(Toluene), 아세톤(acetone), THF(Tetrahydrofuran), DCM(Dichloromethane), 에탄올(ethanol) 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법.According to claim 1,
The carbon polymer compound is carbon nanotube (CNT), graphene (Graphene), graphene oxide (Graphene Oxide, GO), reduced graphene oxide (Reduced Graphene Oxide, RGO), fullerene (Fullerene), or these including a combination of
The organic solvent is NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (Dimethylformamide), DMSO (Dimethyl sulfoxide), toluene (Toluene), acetone (acetone), THF (Tetrahydrofuran), DCM (Dichloromethane), ethanol (ethanol) Or a method for producing a carbon polymer compound dispersion comprising a combination thereof.
상기 양친매성 고분자 화합물은 P4VP-c-S(Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액의 제조 방법According to claim 1,
The amphiphilic polymer compound is a method for producing a carbon polymer compound dispersion, characterized in that it comprises P4VP-cS (Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene)
탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매; 및
소수성 파트와 친수성 파트를 가진 양친매성 고분자 화합물을 포함하며,
상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 소수성 파트가 상기 탄소 고분자 화합물에 결합하여, 상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 친수성 파트가 상기 탄소 고분자 화합물의 표면을 감싸며,
상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 친수성 파트가 상기 유기 용매에 녹아서, 상기 탄소 고분자 화합물의 분산도를 유지하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.In the carbon polymer compound dispersion,
an organic solvent to which a carbon polymer compound is added; and
It contains an amphiphilic polymer compound having a hydrophobic part and a hydrophilic part,
The hydrophobic part of the amphiphilic polymer compound binds to the carbon polymer compound, and the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound surrounds the surface of the carbon polymer compound,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound is dissolved in the organic solvent to maintain the degree of dispersion of the carbon polymer compound.
상기 유기 용매는 극성 유기 용매이고,
상기 양친매성 고분자 화합물의 상기 친수성 파트가 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The organic solvent is a polar organic solvent,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the hydrophilic part of the amphiphilic polymer compound has polarity.
상기 탄소 고분자 화합물은 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 그래핀(Graphene Oxide, GO), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 풀러렌(Fullerene), 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 유기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(Dimethylformamide), DMSO(Dimethyl sulfoxide), 톨루엔(Toluene), 아세톤(acetone), THF(Tetrahydrofuran), DCM(Dichloromethane), 에탄올(ethanol), 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The carbon polymer compound is carbon nanotube (CNT), graphene (Graphene), graphene oxide (Graphene Oxide, GO), reduced graphene oxide (Reduced Graphene Oxide, RGO), fullerene (Fullerene), or including combinations thereof,
The organic solvent is NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (Dimethylformamide), DMSO (Dimethyl sulfoxide), toluene (Toluene), acetone (acetone), THF (Tetrahydrofuran), DCM (Dichloromethane), ethanol (ethanol) , or a carbon polymer compound dispersion comprising a combination thereof.
상기 양친매성 고분자 화합물은 P4VP-c-S(Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The amphiphilic polymer compound is a carbon polymer compound dispersion comprising P4VP-cS (Poly(4-vinylpyridine)-co-Styrene).
상기 유기 용매에 대한 용매 파라미터 중에서 수소 결합 공여도(α)가 0 또는 0을 초과하고 0.1 이하의 범위이고, 수소 결합 수용도(β)가 0.7 내지 1의 범위이고, 양극성/분극률(π*)이 0.8 내지 1의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
Among the solvent parameters for the organic solvent, the hydrogen bond donor degree (α) is in the range of 0 or more than 0 and 0.1 or less, the hydrogen bond acceptability (β) is in the range of 0.7 to 1, and the polarity/polarization ratio (π * ) is in the range of 0.8 to 1.
상기 탄소 고분자 화합물 분산액에서 번들을 형성하지 않고 상기 탄소 고분자 화합물의 초기 분산 상태를 90일 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
A carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the initial dispersion state of the carbon polymer compound is maintained for 90 days or more without forming bundles in the carbon polymer compound dispersion liquid.
상기 탄소 고분자 화합물 분산액에서 상기 유기 용매의 S-C≡N 결합이 강할수록 상기 탄소 고분자 화합물의 분산 상태를 유지하는 기간이 증가하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the stronger the SC≡N bond of the organic solvent in the carbon polymer compound dispersion liquid, the longer the period for maintaining the dispersed state of the carbon polymer compound is increased.
상기 탄소 고분자 화합물의 표면에 존재하는 상기 양친매성 고분자 화합물로 인하여, 상기 탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매의 분해 온도가 164℃에서 166℃로 변경되는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that due to the amphiphilic polymer compound present on the surface of the carbon polymer compound, the decomposition temperature of the organic solvent to which the carbon polymer compound is added is changed from 164°C to 166°C.
상기 탄소 고분자 화합물 분산액에 대한 산화 온도의 미분 곡선은 두 개의 피크를 포함하고, 상기 두 개의 피크는 123℃ 및 201℃에서 나타내는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the differential curve of the oxidation temperature for the carbon polymer compound dispersion includes two peaks, and the two peaks are shown at 123°C and 201°C.
상기 탄소 고분자 화합물이 첨가된 유기 용매에 상기 양친매성 고분자 화합물을 첨가한 후에 측정한 라만 분석 스펙트럼에서, 상기 양친매성 고분자 화합물을 첨가하기 전보다 1311 cm-1의 피크 세기가 증가하고, 1585 cm-1의 피크 세기가 증가하고 고파수(High wavenumber) 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
In the Raman analysis spectrum measured after the amphiphilic polymer compound was added to the organic solvent to which the carbon polymer compound was added, the peak intensity of 1311 cm -1 increased compared to before the amphiphilic polymer compound was added, and 1585 cm -1 A carbon polymer compound dispersion, characterized in that the peak intensity of the increases and moves in the high wavenumber direction.
상기 탄소 고분자 화합물 분산액에 대한 X선 회절 분석기(X-ray Diffraction)를 통해 검출한 결과는 회절각 20°에서 피크를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 고분자 화합물 분산액.9. The method of claim 8,
The carbon polymer compound dispersion liquid, characterized in that the result of detection by X-ray diffraction analysis for the carbon polymer compound dispersion liquid comprises a peak at a diffraction angle of 20°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200007260A KR102381946B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200007260A KR102381946B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210093551A true KR20210093551A (en) | 2021-07-28 |
| KR102381946B1 KR102381946B1 (en) | 2022-04-01 |
Family
ID=77126245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200007260A KR102381946B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102381946B1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080012575A (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-12 | 연세대학교 산학협력단 | Method of dispersion of single wall carbon nanotubes using amphiphilic block copolymer micelles |
| KR101241750B1 (en) | 2012-09-05 | 2013-03-25 | 한밭대학교 산학협력단 | The manufacturing method of conductive additive as thermoplastic microcapsule containing graphene exfoliated by cnt(carbon nanotube) and conductive thermoplastic resin composition and manufacturing methods therof |
| KR20130111313A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | (주)파낙스이엠 | Method for dispersing carbon nanotubes using carbon nanotubes dispersion |
| KR101428132B1 (en) | 2010-11-12 | 2014-08-07 | 현대자동차주식회사 | Manufacturing Method of Carbon Nanotube/Metal Composite Material |
| JP2016514080A (en) * | 2013-02-22 | 2016-05-19 | バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフトＢａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ | Carbon nanotube-containing dispersions and their use in the production of electrodes |
| JP2017528395A (en) * | 2014-06-12 | 2017-09-28 | センター ナショナル デ ラ レシェルシェ サイエンティフィック（シーエヌアールエス）Ｃｅｎｔｒｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｌａ Ｒｅｃｈｅｒｃｈｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｑｕｅ（Ｃｎｒｓ） | Aqueous and organic suspensions of exfoliated nanocarbon materials, their preparation and use |
| KR20180089770A (en) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 한국과학기술원 | Graphene, and method of manufacturing the same |
-
2020
- 2020-01-20 KR KR1020200007260A patent/KR102381946B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080012575A (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-12 | 연세대학교 산학협력단 | Method of dispersion of single wall carbon nanotubes using amphiphilic block copolymer micelles |
| KR101428132B1 (en) | 2010-11-12 | 2014-08-07 | 현대자동차주식회사 | Manufacturing Method of Carbon Nanotube/Metal Composite Material |
| KR20130111313A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | (주)파낙스이엠 | Method for dispersing carbon nanotubes using carbon nanotubes dispersion |
| KR101241750B1 (en) | 2012-09-05 | 2013-03-25 | 한밭대학교 산학협력단 | The manufacturing method of conductive additive as thermoplastic microcapsule containing graphene exfoliated by cnt(carbon nanotube) and conductive thermoplastic resin composition and manufacturing methods therof |
| JP2016514080A (en) * | 2013-02-22 | 2016-05-19 | バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフトＢａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ | Carbon nanotube-containing dispersions and their use in the production of electrodes |
| JP2017528395A (en) * | 2014-06-12 | 2017-09-28 | センター ナショナル デ ラ レシェルシェ サイエンティフィック（シーエヌアールエス）Ｃｅｎｔｒｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅ Ｌａ Ｒｅｃｈｅｒｃｈｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｑｕｅ（Ｃｎｒｓ） | Aqueous and organic suspensions of exfoliated nanocarbon materials, their preparation and use |
| KR20180089770A (en) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 한국과학기술원 | Graphene, and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Nanotechnology 26 (2015) 325601* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102381946B1 (en) | 2022-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xiao et al. | A simple process to prepare nitrogen-modified few-layer graphene for a supercapacitor electrode | |
| Zhou et al. | A highly durable, stretchable, transparent and conductive carbon nanotube–polymeric acid hybrid film | |
| US20120164433A1 (en) | Polymer nanocomposite precursors with carbon nanotubes and/or graphene and related thin films and patterning | |
| Lebrón-Colón et al. | Reinforced thermoplastic polyimide with dispersed functionalized single wall carbon nanotubes | |
| JP6825781B2 (en) | Aqueous and organic suspensions of exfoliated nanocarbon materials, their fabrication methods and their use | |
| Mohammadi et al. | High performance of covalently grafted poly (o-methoxyaniline) nanocomposite in the presence of amine-functionalized graphene oxide sheets (POMA/f-GO) for supercapacitor applications | |
| US20110079748A1 (en) | Exfoliation of Graphite Oxide in Propylene Carbonate and Thermal Reduction of Resulting Graphene Oxide Platelets | |
| Qin et al. | Microstructure‐Controllable Graphene Oxide Hydrogel Film Based on a pH‐Responsive Graphene Oxide Hydrogel | |
| JP2011500504A (en) | Carbon nanotube film and method for producing carbon nanotube film by superacid introduction dispersion | |
| Chen et al. | A cationic azobenzene-surfactant-modified graphene hybrid: unique photoresponse and electrochemical behavior | |
| US7951850B2 (en) | Polymer composites having highly dispersed carbon nanotubes and methods for forming same | |
| Jeon et al. | Synthesis and electrical properties of polyaniline/polyaniline grafted multiwalled carbon nanotube mixture via in situ static interfacial polymerization | |
| WO2017063026A1 (en) | Dispersions | |
| Bronnikov et al. | Morphology, structure, and segmental dynamics in polyazomethine/hybrid carbon nanofillers composites | |
| Hasan et al. | Nanotube and graphene polymer composites for photonics and optoelectronics | |
| Kostromin et al. | Nanocomposite polyazomethine/reduced graphene oxide with enhanced conductivity | |
| KR102381946B1 (en) | Highly Stable and Reliable Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes by Amphiphilic Copolymer Microsurfactant, and Manufacturing Method Thereof | |
| Bumaa et al. | Evolution of electrochemical properties of polyaniline doped by graphene oxide | |
| Popescu et al. | Colloidal stabilization of graphene sheets by ionizable amphiphilic block copolymers in various media | |
| Poonia et al. | Supramolecular assembly of single-walled carbon nanotubes at air-solid interface | |
| KR20190141670A (en) | Electrically Conductive Composites | |
| KR101548008B1 (en) | Manufacturing method of polymer wrapped semiconducting carbon nanotube, polymer wrapped semiconducting carbon nanotube made by the same, and composition comprising polymer wrapped semiconducting carbon nanotube | |
| Wang et al. | Self-assembly behavior of carbon nanotubes modified by amphiphilic block copolymer | |
| Choi et al. | Fabrication of water-dispersible single-walled carbon nanotube powder using N-methylmorpholine N-oxide | |
| Lin et al. | High-performance multi-functional graphene/hexagonal boron nitride/poly (ethylene oxide) nanocomposites through enhanced interfacial interaction by coordination |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |