KR101703845B1 - Improved cnt/topcoat processes for making a transplant conductor - Google Patents
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Abstract
본 방법은, 광학적으로 투명하고, 전기적으로 도전성인 나노구조막을 제조하는 방법을 개시하며, 상기 방법은, 탄소 나노튜브, 플러렌, 그래핀 프레이크/시트, 나노와이어 및 그 2개 이상으로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노구조를 포함하는 용액 또는 분산체를 기판 상에 코팅하는 단계를 포함한다. 본 막은, 인캡슐런트 또는 탑코트는 물론, 분산체 또는 용액에서 도펀트를 또한 포함할 수도 있다.The method discloses a method of making an optically transparent, electrically conductive nanostructured film, the method comprising the steps of: preparing a nanostructured film from a group consisting of carbon nanotubes, fullerenes, graphene flakes / sheets, nanowires, And coating a solution or dispersion containing the selected nanostructures on the substrate. The membrane may also comprise a dopant in the dispersion or solution, as well as the encapsulant or topcoat.
Description
본 발명은 일반적으로 나노구조막, 보다 자세하게는 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to nanostructured films, and more particularly, to a method of making the same.
다수의 현대 및/또는 최근에 생겨나는 애플리케이션들은, 높은 전기 도전성 뿐만 아니라, 높은 광학 투명성까지 갖는 적어도 하나의 장치 전극을 필요로 한다. 이러한 애플리케이션들은, 터치 스크린(예컨대, 아날로그, 저항성, 4선식 저항성, 5선식 저항성, 표면 용량성, 프로젝티트 커패시티브(projected capacitive), 멀티 터치 등), 디스플레이(예컨대, 가요성, 강체형(rigid), 전기 영동, 전자 발광, 전자 색채, 액정 표시장치(LCD), 플라즈마(PDP), 유기 발광 다이오드(OLED) 등), 태양광 전지(예컨대, 실리콘(비정질, 프로터결정(protocrystalline), 나노결정), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), CIGS(copper indium gallium selenide), CIS(copper indium selenide), 갈륨 비소(GaAs), 흡광 염료(light absorbing dyes), 양자점, 유기 반도체(예컨대, 폴리머, 소분자 화합물(small-molecule compounds)), 고체 조명(solid state lighting), 광섬유 통신(예컨대, 전기 광학 및 광 전기 변조기) 및 마이크로유체(예컨대, 유전체 상 전기 습윤(EWOD, electrowetting on dielectric)을 포함하나, 이들에 제한되는 것은 아니다.Many modern and / or emerging applications require at least one device electrode with high electrical conductivity as well as high optical transparency. These applications include, but are not limited to, touch screens (e.g., analog, resistive, four wire resistive, five wire resistive, surface capacitive, projected capacitive, (e.g., silicon (amorphous, protocrystalline), amorphous silicon (silicon), silicon nitride (silicon oxide) Nanocrystals), cadmium telluride (CdTe), copper indium gallium selenide (CIGS), copper indium selenide (CIS), gallium arsenide (GaAs), light absorbing dyes, quantum dots, organic semiconductors Including but not limited to small-molecule compounds, solid state lighting, fiber optic communications (e.g., electro-optics and photoelectric modulators) and microfluids (e.g., electrowetting on dielectric (EWOD) Limited to these It is not.
여기서 사용되는 바와 같이, 층 또는 층들이 층 또는 층들을 관통하여 투과되는 관련 파장에서 주변의 전자 방사의 적어도 50%를 허용하면, 재료의 층 또는 상이한 재료들의 일부 층들의 시퀀스는 "투명한(transparent)" 것으로 칭한다. 유사하게는, 관련 파장에서 주변의 전자 방사의 일부, 그러나 50% 미만의 투과를 허용하는 층들은 "반투명한(semi-transparent)" 것으로 칭한다.As used herein, a layer of material or a sequence of some layers of different materials is "transparent " when the layer or layers allow at least 50% of the surrounding electron emission at the relevant wavelength transmitted through the layer or layers. Quot; Similarly, layers that allow some of the surrounding electron emission at the relevant wavelength, but less than 50% transmission, are referred to as "semi-transparent ".
현재, 가장 보편적인 투명성 전극은 투명 도전성 산화물(TCO, transparent conducting oxides), 특히 유리 상 산화인디움주석(ITO, indium-tin-oxide)이다. 그러나, ITO는 상술된 애플리케이션들 중 다수에 대하여 부적합한 해법일 수 있고(예컨대, 그 상대 취성, 따라서 보다 낮은 가용성 및 내마모성으로 인하여), ITO의 인듐 성분은 급속하게 희소품이 되고 있다. 또한, ITO 증착은 일반적으로 비용이 비싸며, 고온의 스퍼터링을 요하여, 이는 많은 장치 프로세스 흐름들과 양립될 수 없다. 그러나, 보다 견고하고, 풍부하며, 용이하게 증착되는 투명 도전체 재료들이 개발되고 있다.At present, the most common transparent electrode is transparent conducting oxides (TCO), especially indium-tin-oxide (ITO). However, ITO can be an inadequate solution for many of the applications described above (e.g., due to its relative brittleness, and hence its lower solubility and abrasion resistance), and the indium content of ITO is rapidly becoming a commodity. In addition, ITO deposition is generally costly and requires high temperature sputtering, which is incompatible with many device process flows. However, transparent conductor materials that are more robust, abundant, and easily deposited have been developed.
본 발명은 나노구조막을 설명한다. 나노구조는 그 특별한 재료 특성으로 인하여 최근 많은 관심을 끌었다. 나노구조는, 나노튜브(예컨대, 단일 벽 탄소 나노튜브(single-walled carbon nanotubes, SWNT), 다수 벽 나노튜브(multi-walled carbon nanotubes, MWNT), 이중 벽 나노튜브(double-walled carbon nanotubes, DWNT), 벽이 거의 없는 탄소 나노튜브(few-walled carbon nanotubes, FWNT)), 다른 플러렌들(예컨대, 벅키볼), 그래핀 프레이크(graphene flakes)/시트, 및/또는 나노와이어(예컨대, 금속성(예컨대, Ag, Ni, Pt, Au), 반도체성(예컨대, InP, Si, GaN), 유전체성(예컨대, SiO2, TiO2), 유기, 무기)을 포함할 수도 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 나노구조막은, 이러한 나노구조의 적어도 하나의 상호접속된 네트워크를 포함할 수도 있고, 특별한 재료 특성을 유사하게 발현할 수도 있다. 예컨대, 실질적으로 탄소 나노튜브(CNT)의 적어도 하나의 상호접속된 네트워크를 포함하는 나노구조막은(예컨대, 여기서, 나노구조 밀도는 여과(percolation) 임계값보다 높다), 충분한 열 도전성 및 실질적인 광학 투명성은 물론, 상당한 강도 및 전기 도전성을 발현할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, "실질적으로(substantially)"란, 성분의 적어도 40%가 주어진 형태라는 것을 의미할 것이다.The present invention describes nanostructured films. Nanostructures have attracted much attention in recent years due to their special material properties. The nanostructures may include nanotubes (e.g., single-walled carbon nanotubes (SWNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), double-walled carbon nanotubes (Eg, few-walled carbon nanotubes (FWNT)), other fullerenes (eg, buckkeyballs), graphene flakes / sheets, and / or nanowires for example, Ag, Ni, Pt, Au), semiconducting (e.g., InP, Si, GaN), dielectric property (for example, SiO 2, TiO 2), but may comprise an organic, inorganic), but are not limited to, no. The nanostructured film may comprise at least one interconnected network of such nanostructures and may similarly express particular material properties. For example, a nanostructured film comprising at least one interconnected network of substantially carbon nanotubes (CNTs) (e.g., where the nanostructure density is higher than the percolation threshold), sufficient thermal conductivity and substantial optical transparency Can exhibit considerable strength and electrical conductivity, as well as of course. As used herein, "substantially" will mean that at least 40% of the components are of the given type.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된(encapsulated) 나노구조막은, 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션들을 사용하여 제조될 수도 있다. 일 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, CNT 분산체로 코팅되고, 건조되고, 세척되고, 다시 건조되고, 인캡슐런트(encapsulant)/탑 코트(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)로 코팅된 후, 베이킹될 수도 있다. 다른 실시예에서, 택트(TACT) 타임과 장비 비용을 감소하기 위하여, 세척 및 두번째 건조 단계가 제거될 수도 있다(즉, 건조된 CNT 코팅이 중간 세척 및 건조 단계를 갖지 않고 인캡슐런트/탑 코트로 코팅되도록). 다른 및/또는 또다른 실시예에서, 택트 타임과 장비 비용을 감소하기 위하여, 듀얼 헤드 슬롯 다이 구성(예컨대, 단일 코터에 2개의 다이)이 채용될 수도 있다(예컨대, 별도의 탑 코트 스테이션의 제거를 허용함으로써).In one embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be prepared using a series of coating, drying, cleaning and bake stations. In one embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station, coated with a CNT dispersion, dried, washed, re-dried, encapsulant / topcoat (e.g., slot die coated cross- Polymer) and then baked. In another embodiment, the cleaning and second drying steps may be eliminated (i.e., the dried CNT coating is applied to the encapsulant / topcoat without intermediate cleaning and drying steps) to reduce tact time and equipment costs . In other and / or other embodiments, a dual head slot die configuration (e.g., two die in a single coater) may be employed to reduce tact time and equipment costs (e.g., removal of a separate top coat station ).
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제조될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, CNT 분산체와 인캡슐런트/탑 코트(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)의 혼합물로 코팅되고, 베이킹되고, 세척된 후, 건조될 수도 있다. 이 실시예에서, 택트 타임과 장비 비용을 감소하기 위하여, 단일 슬롯 다이 구성이 채용될 수도 있다(예컨대, 별도의 탑 코트 스테이션의 제거를 허용하고, 또한 듀얼 헤드 슬롯 다이 구성이 아닌 단일 슬롯 헤드 다이를 채용함으로써).In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be prepared using a different series of coating, drying, cleaning and bake stations. In another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station, coated with a mixture of a CNT dispersion and an encapsulant / topcoat (e.g., a slot die coated cross-linked polymer), baked, washed, It may also be dried. In this embodiment, a single slot die configuration may be employed (e.g., to allow removal of a separate top coat station and also to provide a single slot head die, not a dual head slot die configuration, to reduce tact time and equipment cost) .
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제조될 수도 있고, 특히 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, CNT와 폴리머 혼합액(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)의 혼합물로 코팅되고, 베이킹되고, 세척된 후, 건조될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기판은, 베이킹, 세척 및 건조의 후속 단계들 중 하나 이상의 단계없이, 세정/건조 스테이션을 통과하여, CNT와 폴리머 혼합액(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)의 혼합물로 코팅될 수도 있다.In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be manufactured using a different series of coating, drying, cleaning and bake stations, and in particular the substrate is passed through a cleaning / drying station to form a mixture of CNT and polymer , Slot die coated cross-linked polymer), baked, washed, and then dried. In another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station, without a step of at least one of the following steps of baking, cleaning and drying, to form a mixture of CNT and a polymer mixture (e.g., a slot die coated cross-linked polymer) May be coated.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제조될 수도 있고, 특히 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, 프라이머층(primer layer)으로 코팅되고(예컨대, 스프레이, 슬롯, SAM-딥 등의 방법에 의하여), CNT 코팅으로 코팅되고(예컨대, 슬롯 다이로), 탑 코트로 코팅되고, 베이킹되고, 세척되고, 건조될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, 베이킹, 세척 및 건조의 후속 단계들 중 하나 이상의 단계없이, 프라이머층으로 코팅되고(예컨대, 스프레이, 슬롯, SAM-딥 등의 방법에 의하여), CNT 코팅으로 코팅되고(예컨대, 슬롯 다이로), 탑 코트로 코팅될 수도 있다.In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be manufactured using a different series of coating, drying, cleaning and baking stations, in particular the substrate is passed through a cleaning / drying station to form a primer layer, (E.g., by a method such as spraying, slotting, SAM-dipping, etc.), coated with a CNT coating (e.g., with a slot die), coated with a topcoat, baked, washed, and dried. In another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station and coated (e.g., by spray, slot, SAM-dip, etc.) with a primer layer without at least one of the following steps of baking, ), Coated with a CNT coating (e.g., with a slot die), and coated with a topcoat.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 특정 대안물 외에, 상술된 실시예들 중 하나 이상의 실시예는 첨부된 도면들을 참조하여 이하에 더욱 상세하게 제공된다. 본 발명은 개시된 임의의 특정 실시예에 제한되지 않고, 본 발명은 투명한 도전성막 응용에 뿐만 아니라, 다른 나노구조 응용(예컨대, 비투명한 전극, 트랜지스터, 다이오드, 도전성 복합물, 정전 차폐 등)에도 채용될 수도 있다.Other features and advantages of the present invention will be apparent from the accompanying drawings and detailed description. In addition to the specific alternatives, one or more embodiments of the above-described embodiments are provided in further detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to any particular embodiment disclosed and the invention is not limited to transparent conductive film applications as well as other nanostructure applications (e.g., non-transparent electrodes, transistors, diodes, conductive composites, electrostatic shielding, etc.) It is possible.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 이해함으로써 더 잘 이해된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조막의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 화상이다.
도 1b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 다수의 나노구조막들의 투과율 및 관련 파장을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조막 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 듀얼 헤드 슬롯 다이가 채용되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조막 제조 장치의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 프라이머/촉진층 위에 코팅된 나노구조막의 개략도이다.
도 4b 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조막 패터닝 방법의 개략도이다.
상이한 도면에서 동일한 부호로 나타낸 본 발명의 특징들, 요소들, 및 태양들은 시스템의 하나 이상의 실시예에 따른, 동일하고 등가이거나 유사한 특징들, 요소들 또는 태양들을 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is better understood by understanding the following detailed description of the preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings.
1A is a scanning electron microscope (SEM) image of a nanostructured film according to an embodiment of the present invention.
Figure IB illustrates the transmittance and associated wavelengths of a plurality of nanostructured films in accordance with one or more embodiments of the present invention.
2 is a schematic view of a nanostructured film production apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a nanostructured film production apparatus according to an embodiment of the present invention in which a dual head slot die is employed.
4A is a schematic view of a nanostructured film coated on a primer / facilitating layer, according to one embodiment of the present invention.
4B and 5 are schematic views of a method of patterning a nanostructured film according to an embodiment of the present invention.
The features, elements, and aspects of the present invention designated by like numerals in different drawings represent the same, equivalent or similar features, elements, or aspects, in accordance with one or more embodiments of the system.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조막은, 단일 벽 탄소 나노튜브(SWNT)의 적어도 하나의 상호연결된 네트워크를 포함한다. 이러한 막은, 다른 나노튜브(예컨대, MWNT, DWNT), 다른 플러렌(예컨대, 벅키볼), 그래핀 프레이크/시트, 및/또는 나노와이어(예컨대, 금속성(예컨대, Ag, Ni, Pt, Au), 반도체성(예컨대, InP, Si, GaN), 유전체성(예컨대, SiO2, TiO2), 유기, 무기)을 부가적으로 또는 대안적으로 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 1, a nanostructured film according to one embodiment of the present invention includes at least one interconnected network of single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Such membranes may include other nanotubes (e.g., MWNT, DWNT), other fullerenes (e.g., buck keyballs), graphene flakes / sheets, and / or nanowires may comprise a semiconducting (e.g., InP, Si, GaN), dielectric property (for example, SiO 2, TiO 2), organic, inorganic) Additionally or alternatively.
이러한 나노구조막은 나노구조막에 부착된 적어도 하나의 기능화 재료(functionalization material)를 더 포함할 수도 있다. 예컨대, 나노구조막에 부착된 도펀트는 캐리어 농도를 증가시킴으로써 막의 전기적 도전성을 증가시킬 수도 있다. 이러한 도펀트는, 아이오딘(I2), 브로민(Br2), 폴리머 지지 브로민(polymer-supported Bromine)(Br2), 안티모니펜타플루오라이드(SbF5), 포스포러스펜타클로라이드(PCl5), 바나디움옥시트리플루오라이드(VOF3), 실버(II)플루오라이드(AgF2), 2,1,3-벤족사디아졸-5-카르복실산, 2-(4-비페닐릴)-5-페닐-l,3,4-옥사디아졸, 2,5-비스-(4-아미노페닐)-l,3,4-옥사디아졸, 2-(4-브로모페닐)-5-페닐-1,3,4-옥사디아졸, 4-클로로-7-클로로술포닐-2,1,3-벤족사디아졸, 2,5-디페닐-l,3,4-옥사디아졸, 5-(4-메톡시페닐)-l,3,4-옥사디아졸-2-티올, 5-(4-메틸페닐)-l,3,4-옥사디아졸-2-티올, 5-페닐-l,3,4-옥사디아졸-2-티올, 5-(4-피리딜)-l,3,4-옥사디아졸-2-티올, 메틸 비올로겐 디클로라이드 하이드레이트, 플러렌-C60, N-메틸플러로피롤리딘, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐벤지딘, 트리에틸아민(TEA), 트리에타놀라민(TEA)-OH, 트리옥틸아민, 트리페닐포스핀, 트리옥틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리납틸포스핀, 테트라디메틸아미노에틴, 트리스(디에틸아미노)포스핀, 펜타센, 테트라센, N,N'-디-[(l-나프틸)-N,N'-디페닐]-l,1'-비페닐)-4,4'-고순도 디아민(diamine sublimed grade), 4-(디페닐아미노)벤잘데하이드, 디-p-톨리아민, 3-메틸디페닐아민, 트리페닐아민, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민, 트리-p-톨리아민, 아크라딘 오렌지 베이스, 3,8-디아미노-6-페닐페난트리딘, 4-(디페닐아미노)벤잘데하이드 디페닐히드라존, 폴리(9-비닐카르바졸), 폴리(1-비닐나프탈렌), 폴리(2-비닐피리딘)n-옥사이드, 트리페닐포스핀, 4-카르복시부틸)트리페닐포스포늄 브로마이드, 테트라부틸암모늄 벤조에이트, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 30-하이드레이트, 테트라부틸암모늄 트리이오다이드, 테트라부틸암모늄 비스-트리플로로메탄술폰이미데이트, 테트라에틸암모늄 트리플로로메탄술포네이트, 올리움(H2SO4-SO3), 트리프릭산 및/또는 매직산(magic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.Such a nanostructured film may further comprise at least one functionalization material attached to the nanostructured film. For example, the dopant attached to the nanostructured film may increase the electrical conductivity of the film by increasing the carrier concentration. The dopant is, iodine (I 2), bromine (Br 2), polymer supported Bromine (polymer-supported Bromine) (Br 2), antimony pentafluoride (SbF 5), phosphorus pentachloride (PCl 5 ), Vanadium oxytrifluoride (VOF 3 ), silver (II) fluoride (AgF 2 ), 2,1,3-benzoxadiazole-5-carboxylic acid, 2- Phenyl-1,3,4-oxadiazole, 2,5-bis- (4-aminophenyl) -1,3,4-oxadiazole, 2- 1,3,4-oxadiazole, 4-chloro-7-chlorosulfonyl-2,1,3-benzoxadiazole, 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole, 5 - (4-methoxyphenyl) -1,3,4-oxadiazole-2-thiol, 5- , 3,4-oxadiazole-2-thiol, methylviolgen dichloride hydrate, fullerene-C60, N- N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenylbenzidine, triethylamine (TEA), triethanolamine (TEA) -OH, trioctylamine, triphenylphosphine, trioctylphosphine, triethylphosphine, triethylphosphine, tetradimethylaminoethyne, tris (diethylamino) phosphine, pentacene, tetracene , Diamine sublimed grade, 4- (4-tert-butylphenyl) -4,4'-diaminodiphenyl-N, N'-di- [ Diphenylamino) benzaldehyde, di-p-tolylamine, 3-methyldiphenylamine, triphenylamine, tris [4- (diethylamino) phenyl] amine, tri-ptolylamine, (9-vinylcarbazole), poly (1-vinylnaphthalene), poly (vinylidene naphthalene), poly (2-vinylpyridine) n-oxide, triphenylphosphine, 4-carboxybutyl) triphenylphosphonium bromide, tetrabutylammonium benzoate, tetrabutylammonium hydroxide 30-hydrate, tetrabutylammonium triiodide, La-butylammonium bis-methanesulfonamide as a triple-imidate, methanesulfonate as tetra ethyl ammonium triple, Solarium ol (H 2 SO 4 -SO 3) , at least one of a tree, capric acid and / or Magic acid (magic acid) . ≪ / RTI >
이러한 도펀트는 막에 공유 결합으로 또는 비공유 결합으로 부착될 수도 있다. 그러나, 도펀트는 막에 직접 부착될 수도 있고, 막으로부터 도펀트의 탈착을 감소시키는 안정제(stabilizer)와 같은 다른 분자를 통하여 및/또는 이 다른 분자와 함께 간접적으로 부착될 수도 있다. 안정제는 비교적 약 환원제(전자 도우너) 또는 산화제(전자 수용체)일 수도 있으며, 이 도펀트는 비교적 강 환원제(전자 도우너) 또는 산화체(전자 수용체)이다(즉, 도펀트는 안정제보다 큰 도핑 전위를 갖는다). 부가적으로 또는 대안적으로, 안정제와 도펀트는 각각 루이스 염기와 루이스 산, 또는 각각 루이스 산과 루이스 염기를 포함할 수도 있다. 예시적인 안정제로서는, 방향족 아민, 다른 방향족 화합물, 다른 아민, 이민, 트리젠, 보란, 다른 붕소 함유 화합물 및 선행하는 화합물의 폴리머를 포함하나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 폴리(4-비닐피리딘) 및/또는 트리-페닐 아민은 가속 대기 시험(accelerated atmospheric testing)(예컨대, 65℃와 90% 상대 습도에서 1000 시간)에서 실질적인 안정화 양상을 나타내었다.Such dopants may also be attached to the membrane in covalent or non-covalent bonds. However, the dopant may be attached directly to the membrane and / or indirectly with other molecules, such as a stabilizer, which reduces desorption of the dopant from the membrane. The stabilizer may be a relatively weak reducing agent (electron donor) or an oxidizing agent (electron acceptor), which is a relatively strong reducing agent (electron donor) or oxidant (electron acceptor) (i.e. the dopant has a higher doping potential than the stabilizer) . Additionally or alternatively, the stabilizer and the dopant may each comprise a Lewis base and a Lewis acid, or a Lewis acid and a Lewis base, respectively. Exemplary stabilizers include, but are not limited to, aromatic amines, other aromatic compounds, other amines, imines, trigenes, borane, other boron containing compounds and polymers of the preceding compounds. Specifically, poly (4-vinylpyridine) and / or tri-phenylamine exhibited substantial stabilization behavior in accelerated atmospheric testing (e.g., 1000 hours at 65 ° C and 90% relative humidity).
나노구조막에 부착된 도펀트의 안정화는 인캡슐런트를 사용하여 또한 또는 대안적으로 강화될 수도 있다. 비기능화된 또는 그렇지 않으면 기능화된 나노구조막의 안정성은 또한 인캡슐런트를 사용하여 강화될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예는, 적어도 하나의 캡슐화층으로 코팅된 나노구조막을 포함한다. 이 캡슐화층은 바람직하게는 안정성과 환경적인(예컨대, 열, 습도 및/또는 대기 가스) 저항성을 증가시킨다. 다중 캡슐화층들(예컨대, 상이한 조성들을 갖는)은 인캡슐런트 특성을 조정할 때 이점이 있을 수도 있다. 예시적인 인캡슐런트들로서는, 플루오로폴리머, 아크릴, 실란, 폴리이미드 및/또는 폴리에스테르 인캡슐런트(예컨대, PVDF(하이라(Hylar) CN, 솔베이(Solvay)), 테프론 AF, 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐알킬 비닐 에테르, 듀퐁의 플루오로중합체 분산체(TE 7224), 멜라민/아크릴 블렌드, 컨포멀 아크릴 코팅 분산체 등) 중 적어도 하나를 포함한다. 인캡슐런트는 UV 및/또는 열 교차 결합 가능한 폴리머(예컨대, 폴리(4-비닐-페놀))를 부가적으로 또는 대안적으로 포함할 수도 있다.Stabilization of the dopant attached to the nanostructured film may also or alternatively be enhanced using an encapsulant. The stability of nonfunctionalized or otherwise functionalized nanostructured membranes may also be enhanced using encapsulants. Thus, another embodiment of the present invention comprises a nanostructured film coated with at least one encapsulation layer. This encapsulation layer preferably increases stability and environmental (e.g., heat, humidity and / or atmospheric gas) resistance. Multiple encapsulation layers (e. G., With different compositions) may be advantageous when adjusting encapsulant properties. Exemplary encapsulants include encapsulants (e.g., PVDF (Hylar CN, Solvay), Teflon AF, polyvinyl fluoride, polyvinyl fluoride, polyvinyl fluoride, (PVF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinyl alkyl vinyl ether, fluoropolymer dispersion of DuPont (TE 7224), melamine / acrylic blend, conformal acrylic coating dispersion, etc.) do. The encapsulant may additionally or alternatively comprise a UV and / or thermocrossbondable polymer (e.g., poly (4-vinyl-phenol)).
일 실시예에 따른 나노구조막의 전자 성능은, 금속(예컨대, 금, 은) 나노입자를 나노튜브에 부착시킴으로써(예컨대, 전해 및/또는 무전해 도금을 사용하여) 부가적으로 또는 대안적으로 강화될 수도 있다. 이러한 부착은, 나노튜브가 상호침투된 네트워크(interpenetrated network)를 형성하기 전에, 그 동안 및/또는 그 후에 수행될 수도 있다.The electronic performance of a nanostructured film according to one embodiment may be enhanced by additionally or alternatively (e.g., using electrolytic and / or electroless plating) by attaching metal (e.g., gold, silver) nanoparticles to the nanotubes . This attachment may be performed before, during, and / or after the nanotubes form an interpenetrated network.
일 실시예에 따른 나노구조막은 주문형 첨가제(application-specific additives)를 부가적으로 또는 대안적으로 포함할 수도 있다. 예컨대, 얇은 나노튜브막은 적외선에 고유하게 투명할 수 있고, 따라서 이 재료 특성(예컨대, 윈도우 차폐 애플리케이션용)을 변화시키기 위하여 이 나노튜브막에 적외선(IR) 흡수기를 부가시키는 것이 유리할 수도 있다. 예시적인 IR 흡수기로서는, 시아닌, 퀴논, 금속 복합물, 및 포토크로닉(photochronic) 중 적어도 하나를 포함하나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 유사하게는, UV 흡수기는 직접 UV 노광의 나노구조막의 레벨을 제한하기 위하여 채용될 수도 있다.The nanostructured film according to one embodiment may additionally or alternatively include application-specific additives. For example, a thin nanotube film can be inherently transparent to infrared light, and thus it may be advantageous to add an infrared (IR) absorber to this nanotube film to change this material property (for example, for a window shielding application). Exemplary IR absorbers include, but are not limited to, at least one of cyanine, quinone, metal complexes, and photochronic. Similarly, a UV absorber may be employed to limit the level of the nanostructured film of direct UV exposure.
일 실시예에 따른 나노구조막은 용액 기반 프로세스를 사용하여 제작될 수도 있다. 이러한 프로세스에서, 나노구조는 용매와 분산제로 용액에 초기에 분산될 수도 있다. 예시적인 용매로서는, 탈이온화(DI)수, 알콜 및/또는 벤조-용매(예컨대, 톨루엔, 크실렌)를 포함하나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 분산제로서는, 계면 활성제(예컨대, 도데실황산나트륨(sodium dodecyl sulfate, SDS), 트리톤 X, 베헨트리모늄 클로라이드(BTAC), 스테아릴 트리메틸 암모늄 클로라이드(STAC), 디스테아릴디모늄 클로라이드(DSDC), NaDDBS) 및 바이오폴리머(예컨대, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC))를 포함하나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 캐비테이션(예컨대, 프로브 및/또는 배스 초음파 처리기(bath sonicator)를 사용하는), 전단(예컨대, 고전단 믹서 및/또는 회전자-고정자를 사용하는), 충돌(예컨대, 회전자-고정자) 및/또는 균질화(예컨대, 균질기를 사용하여)에 의하여와 같이, 기계적 흔들림에 의하여 분산이 더욱 원조될 수도 있다. 원하는 코팅 파라미터들, 예컨대 주어진 기판에 대한 습윤 및 부착성을 달성하기 위하여 코팅 원조물이 또한 채용될 수도 있고, 부가적으로 또는 대안적으로 코팅 원조물이 기판에 도포될 수도 있다. 예시적인 코팅 원조물로서는, 에어로솔 OT, 불소계 계면 활성제(예컨대, 조닐 FS300, FS500, FS62A), 알콜(예컨대, 헥사놀, 헵타놀, 옥타놀, 노나놀, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올, 사포닌, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및/또는 펜타놀), 지방족 아민(예컨대, 1차, 2차(예컨대 도데실아민), 3차(예컨대, 트리에탄올아민), 4차), TX-100, FT248, 테르지톨(Tergitol) TMN-10, 올린(Olin) 1OG 및/또는 APG325를 포함하나, 이들에 한정되지 않는다.The nanostructured film according to one embodiment may be fabricated using a solution based process. In this process, the nanostructures may be initially dispersed in the solution with a solvent and a dispersant. Exemplary solvents include, but are not limited to, deionized (DI) water, alcohols and / or benzo-solvents such as toluene, xylene. Exemplary dispersants include surfactants such as sodium dodecyl sulfate (SDS), Triton X, behen trimethonium chloride (BTAC), stearyl trimethyl ammonium chloride (STAC), distearyl dimonium chloride (DSDC) , NaDDBS), and biopolymers (e.g., carboxymethylcellulose (CMC)). (E. G., A rotor-stator) and / or a catheter (e. G., Using a probe and / or a bath sonicator) Or may be further assisted by mechanical shaking, such as by homogenization (e.g., using a homogenizer). A coating aid may also be employed to achieve desired coating parameters, such as wetting and adhesion to a given substrate, and additionally or alternatively the coating aid may be applied to the substrate. Exemplary coating aids include, but are not limited to, aerosol OT, fluorochemical surfactants (e.g., Zonyl FS300, FS500, FS62A), alcohols such as hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, undecanol, dodecanol, , Tertiary (e.g., triethanolamine), quaternary), TX-100, FT248, tertiary (e.g., But are not limited to, Tergitol TMN-10, Olin 1OG and / or APG325.
결과적인 분산체는 다양한 코팅법을 사용하여 기판에 코팅될 수도 있다. 코팅은, 분산 특성, 기판 특성 및/또는 원하는 나노구조막 특성에 따라 단일의 또는 복수의 경로들을 수반할 수도 있다. 예시적인 코팅법으로서는, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 드롭 코팅 및/또는 캐스팅, 롤 코팅, 전사 스탬핑, 슬롯 다이 코팅, 커튼 코팅, [마이크로]그라비어 인쇄, 플렉소 인쇄 및/또는 잉크젯 인쇄를 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 예시적인 기판으로서는, 가용성이거나 강체일 수도 있고, 유리, 엘라스토머(예컨대, 포화 고무, 비포화 고무, 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 가황물(TPV), 폴리우레탄 고무, 폴리술파이드 고무, 레실린 및/또는 엘라스틴) 및/또는 플라스틱(예컨대, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리올리핀(들), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES) 및/또는 아르톤)을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 가요성 기판은, 하나의 롤이 코팅되지 않은 기판을 지지하는 동안 다른 롤이 코팅된 기판을 지지하는 롤 투 롤(roll-to-roll)(릴 투 릴(reel-to-reel)이라고도 칭하는) 프로세싱과의 양립성을 갖는다는 점에서 유리할 수도 있다. 한번에 하나의 구성 요소만을 취급하는 배치 프로세스와 비교하면, 롤 투 롤 프로세스는 현 제작 실행으로부터 상당한 차이를 나타내며, 처리량을 현저히 증가시키면서, 주요 장비 및 제품 비용을 감소시킬 수 있다. 나노구조막은, 예컨대 롤 투 롤 능력을 이용하기 위하여, 가용성 기판에 우선 인쇄될 수도 있고, 후속하여 단단한 기판에 전사될 수도 있다(예컨대, 가요성 기판은, 릴리스 라이너, 라미네이트 및/또는 다른 도우너 기판 또는 부착층(예컨대, A-187, AZ28, XAMA, PVP, CX-100, PU)을 포함한다). 기판(들)은 나노튜브의 기판(들)로의 부착성을 향상시키기 위하여 사전 처리될 수도 있다(예컨대, 먼저 부착층/촉진자를 기판 상에 코팅함으로써).The resulting dispersion may be coated on the substrate using various coating methods. The coating may involve a single or multiple paths depending on the dispersion characteristics, the substrate properties, and / or the desired nanostructured film properties. Exemplary coating methods include spray coating, dip coating, drop coating and / or casting, roll coating, transfer stamping, slot die coating, curtain coating, microgravure printing, flexographic printing and / But are not limited to these. Exemplary substrates include, but are not limited to, glassy, elastomeric (e.g., saturated rubber, unsaturated rubber, thermoplastic elastomer (TPE), thermoplastic vulcanizate (TPV), polyurethane rubber, polysulfide rubber, (PC), polyethersulfone (PC), polyether sulfone (PC), polyether sulfone (PC), polyether sulfone PES) and / or ARTON). The flexible substrate may be a roll-to-roll (also referred to as a reel-to-reel) that supports a substrate coated with another roll while supporting a substrate on which one roll is not coated, It may be advantageous in terms of compatibility with processing. Compared with a batch process that only deals with one component at a time, the roll-to-roll process represents a significant difference from the current production run and can reduce major equipment and product costs while significantly increasing throughput. The nanostructured film may be printed first on a soluble substrate, for example, to utilize the roll to roll capability, and subsequently transferred to a rigid substrate (e.g., the flexible substrate may be a release liner, a laminate, and / Or adhesion layers (e.g., A-187, AZ28, XAMA, PVP, CX-100, PU). The substrate (s) may be pretreated to enhance adhesion of the nanotubes to the substrate (s) (e.g., by first coating an adherent layer / facilitator on the substrate).
기판에 코팅이 되면, 분산체는 분산체로부터 용매를 제거하기 위하여 가열되어, 나노구조막이 기판 상에 형성될 수도 있다. 예시적인 가열 장치들로서는, 핫 플레이트, 가열 봉, 가열 코일 및/또는 오븐을 포함한다. 결과적인 막은, 잔여 분산제 및/또는 코팅 원조물을 기판으로부터 제거하기 위하여, 세척될(예컨대, 물, 에탄올 및/또는 IPA로) 수도 있고, 및/또는 산화될(예컨대, 베이킹 및/또는 질산, 황산 및/또는 염산과 같은 산화제로 헹굼) 수도 있다. When the substrate is coated, the dispersion body may be heated to remove the solvent from the dispersion, so that the nanostructured film may be formed on the substrate. Exemplary heating devices include a hot plate, a heating rod, a heating coil, and / or an oven. The resulting film may be washed (e.g., with water, ethanol and / or IPA), and / or oxidized (e.g., baked and / or nitrated, Rinsed with an oxidizing agent such as sulfuric acid and / or hydrochloric acid).
막에 도펀트, 다른 첨가제 및/또는 인캡슐런트가 더 부가될 수도 있다. 이러한 재료들은 막 형성 전에, 막 형성 동안, 및/또는 막 형성 후에 막의 나노구조에 부가될 수도 있고, 특정 재료에 따라, 기상, 고상 및/또는 액상(예컨대, 기상 NO2 또는 액상 질산(HNO3) 도펀트)으로 부가될 수도 있다. 이러한 재료들은 액상 재료들의 경우에서 상기에 열거된 코팅 기술(예컨대, 폴리머 인캡슐런트를 슬롯 다이 코팅)과 같은 제어된 기술을 통하여 또한 도포될 수도 있다.Dopants, other additives and / or encapsulants may be added to the film. These materials for film formation before film formation, and / or the film may be added to the film nanostructures after forming, depending on the particular materials, vapor, solid and / or liquid phase (e.g., gas phase NO 2 or liquid phase nitric acid (HNO 3 ) Dopant). These materials may also be applied through controlled techniques such as the coating techniques listed above (e.g., slot die coating of the polymeric encapsulant) in the case of liquid materials.
일 실시예에 따른 나노구조막은, 기판 상의 제작 전에 패터닝될 수도 있고(예컨대, 리프트 오프법, 패턴이 사전 처리된 기판을 사용하여), 기판 상의 제작 동안 패터닝될 수도 있고(예컨대, 패터닝된 전사 프린팅, 스크린 프린팅(예컨대, 부식제로서 산 페이스트(acid-paste)를 사용하고, 후속하여 물 세척을 포함), 잉크젯 프린팅) 및/또는 기판 상의 제작 후에 패터닝될 수도 있다(예컨대, 레이저 어블레이션(laser ablation) 또는 마스킹/에칭 기술을 사용하여).The nanostructured film according to one embodiment may be patterned prior to fabrication on the substrate (e.g., using a lift-off method, using a pretreated substrate), patterned during fabrication on the substrate (e.g., patterned transfer printing (E.g., using acid-paste as a caustic agent followed by water washing), ink-jet printing) and / or after fabrication on a substrate (e.g., laser ablation ) Or masking / etching techniques).
예시적인 일 실시예에서, SWNT의 상호 접속된 네트워크를 포함하는 광학적으로 투명하고 전기적으로 도전성인 나노구조막이, 다중 단계 스프레이 및 세척 프로세스를 통하여 투명하고 가요성인 플라스틱 기판 상에 제작되었다. SWNT 분산체는, 1% SDS의 DI수에 시판하는 SWNT 파우더(예컨대, 탄소 용액으로부터의 P3)를 용해시킴으로써 우선 제작되고, 300W 전력에서 30분 동안 프로브 초음파 처리되었다. 다음, 결과적인 분산체는 1시간 동안 10k rcf(relative centrifugal field)에서 원심 분리되어, SWNT와 불순물의 큰 응집체(예컨대, 비정질 탄소 및/또는 잔여 촉매 입자들)를 제거하였다. 병행하여, PC 기판은, 약 5분 동안 실란 용액(DI수에 3-아미노프로필트리에톡시실란의 1중량%를 포함하는 코팅 원조물)에 함침되고, 이어서 DI수로 헹궈지고, 질소로 블로우 건조되었다. 다음, 결과적인 사전 처리된 PC 기판(하드 코팅으로 Tekra 0.03" 두께)은, 미리 준비된 SWNT 분산체로 100℃ 핫 플레이트 위에서 스프레이 코팅되고, 1분 동안 DI수에 함침된 후, 다시 스프레이되고, DI수에 다시 함침되었다. 스프레이하는 것과 물에 함침하는 것의 이 프로세스는, 원하는 시트 저항(예컨대, 막 두께)이 달성될 때 까지 다수회 반복될 수도 있다.In one exemplary embodiment, an optically transparent and electrically conductive nanostructured film comprising an interconnected network of SWNTs was fabricated on a transparent, flexible plastic substrate through a multi-step spray and cleaning process. The SWNT dispersion was fabricated first by dissolving SWNT powder (e.g., P3 from a carbon solution) in a DI water of 1% SDS, and subjected to probe ultrasonication at 300 W power for 30 minutes. The resulting dispersion was then centrifuged at 10 k rcf (relative centrifugal field) for 1 hour to remove SWNTs and large aggregates of impurities (e.g., amorphous carbon and / or residual catalyst particles). In parallel, the PC substrate was impregnated with a silane solution (coating aid comprising 1 wt% of 3-aminopropyltriethoxysilane in DI water) for about 5 minutes, then rinsed with DI water and blow dried with nitrogen . Next, the resulting pretreated PC substrate (Tekra 0.03 "thick with hard coating) was spray coated onto a 100 캜 hot plate with a pre-prepared SWNT dispersion, impregnated with DI water for 1 minute, This process of spraying and impregnating with water may be repeated many times until the desired sheet resistance (e.g., film thickness) is achieved.
관련된 예시적인 실시예에서, SWNT의 상호 접속된 네트워크를 포함하는 도핑된 나노구조막은, 이전 예에서 설명된 방법들을 사용하여, 그러나 TCNQF4 도펀트를 부가적으로 포함하는 SWNT 분산체로 투명하고 가요성인 기판 상에 제작되었다. 다른 관련된 실시예에서, 이 도핑된 나노구조막은, 그 위의 파릴렌층을 스핀 코팅하고 베이킹함으로써 후속하여 캡슐화되었다.In a related exemplary embodiment, a doped nanostructured film comprising an interconnected network of SWNTs is deposited using a method described in the previous example, but with a SWNT dispersion additionally comprising a TCNQF 4 dopant, Lt; / RTI > In another related embodiment, the doped nanostructured film was subsequently encapsulated by spin coating and baking the parylene layer thereon.
다른 예시적인 실시예에서, SWNT 분산체는 우선, 1% SDS의 DI수에 SWNT 파우더(예컨대, 탄소 용액으로부터의 P3)를 용해시킴으로써 준비되고, 100 W에서 16 시간 동안 배스 초음파처리된 후, 30분 동안 15000 rcf에서 원심 분리되어, 원심 분리된 분산체의 상부 3/4 부분이 추가의 프로세싱을 위하여 선택된다. 다음, 결과적인 분산체는 0.1~0.2㎛(Watman Inc.)의 구멍 크기를 갖는 암모니아 필터를 통하여 진공 필터링되어, 필터 상에 광학적으로 투명하고 전기적으로 도전성인 SWNT 막이 형성된다. DI수는 수분 동안 막을 통하여 후속하여 진공 필터링되어 SDS를 제거하였다. 다음, 결과적인 막이 PDMS(폴리-디메틸실록산)계 전사 프린팅 기술에 의하여 PET 기판에 전사되었고, 이 PDMS계 전사 프린팅 기술에서는, 패터닝된 PDMS 스탬프가 우선 필터 상의 막과 컨포멀(conformal) 접촉하여 위치되어, 패터닝된 막이 필터에서 스탬프로 전사된 후, PET 기판과 컨포멀 접촉하여 위치되고 80℃로 가열되어, 패터닝된 막이 PET로 전사된다. 관련된 예시적인 실시예에서, 이 패터닝된 막은 후속하여 기체 NO2 챔버에 함침하여 도핑될 수도 있다. 다른 관련된 예시적인 실시예에서, 막은, 도핑된 막의 경우 막으로부터의 도펀트의 탈착을 감소시킬 수 있는 PMPV 층에 의하여 캡슐화될 수도 있다.In another exemplary embodiment, the SWNT dispersion is first prepared by dissolving SWNT powder (e.g., P3 from a carbon solution) in a DI water of 1% SDS, bath ultrasonicated at 100 W for 16 hours, Min at 15000 rcf, and the upper 3/4 portion of the centrifuged dispersion is selected for further processing. The resulting dispersion is then vacuum filtered through an ammonia filter having a pore size of 0.1-0.2 mu m (Watman Inc.) to form an optically transparent and electrically conductive SWNT film on the filter. The DI water was vacuum filtered through the membrane for a few minutes to remove the SDS. The resulting film was then transferred to a PET substrate by a PDMS (poly-dimethylsiloxane) based transfer printing technique in which the patterned PDMS stamp was conformally contacted with the film on the first filter, After the patterned film is transferred from the filter to the stamp, it is placed in conformal contact with the PET substrate and heated to 80 DEG C, and the patterned film is transferred to the PET. In a related exemplary embodiment, the patterned film may subsequently be impregnated into the gaseous NO 2 chamber and doped. In another related exemplary embodiment, the film may be encapsulated by a PMPV layer that may reduce desorption of the dopant from the film in the case of a doped film.
또다른 예시적인 실시예에서, FWNT의 상호 접속된 네트워크를 포함하는, 광학적으로 투명하고 전기적으로 도전성이며, 도핑되고 캡슐화된 나노구조막이 투명하고 가요성인 기판 상에 제작되었다. CVD 성장된 FWNT(Unidym, Inc.로부터의 OE 급)이 우선 0.5% 트리톤-X의 DI수에서 용해되고, 300W 전력에서 1시간 동안 프로브 초음파 처리되었다. 다음, 결과적인 분산체가 PET 기판 상으로 슬롯 다이 코팅되고, 약 100℃에서 베이킹되어, 용매를 증발시켰다. 트리톤-X는 후속하여, 질산(10 몰(molar))에서 약 15 내지 20 초동안 막을 함침함으로써 결과적인 FWNT 막으로부터 제거되었다. 질산은 계면 활성제 제거용 산화제와, 물론 도핑제 모두로서 효과적이어서, 예시적인 막에서 약 75% 투명도에서 498 ohms/sq에서 약 131 ohms/sq로, 그리고 80% 투명도에서 920 ohms/sq에서 약 230 ohms/sq로의 막의 시트 저항을 향상시킬 수도 있다. 관련된 예시적인 실시예에서, 이들 막은, 도펀트를 안정화시켰던 트리페닐아민으로 후속하여 코팅되었다(즉, 막은 촉진 노화 조건(65℃) 하에 1000 시간 후에 도전성이 10% 미만의 변화를 나타내었다). 다른 관련된 예시적인 실시예에서, 그 후 막은 테플론 AF로 캡슐화되었다.In another exemplary embodiment, an optically transparent, electrically conductive, doped and encapsulated nanostructured film comprising an interconnected network of FWNTs was fabricated on a substrate that is transparent and flexible. The CVD grown FWNT (OE grade from Unidym, Inc.) was first dissolved in DI water of 0.5% Triton-X and probed ultrasonicated for 1 hour at 300 W power. The resulting dispersion was then slot-die coated onto the PET substrate and baked at about 100 DEG C to evaporate the solvent. Triton-X was subsequently removed from the resulting FWNT film by impregnating the membrane in nitric acid (10 moles) for about 15-20 seconds. Nitric acid is effective as both an oxidizing agent for the removal of surfactants and, of course, as a dopant, so that at about 75% transparency at 498 ohms / sq to about 131 ohms / sq at an exemplary film and at about 230 ohms / sq at 920 ohms / / sq < / RTI > In related exemplary embodiments, these films were subsequently coated with triphenylamine which stabilized the dopant (i.e., the film exhibited a conductivity less than 10% change after 1000 hours under accelerated aging conditions (65 ° C)). In another related exemplary embodiment, the membrane was then encapsulated with Teflon AF.
다른 예시적인 실시예에서, FWNT 파우더는 초음파 처리(예컨대, 30분 동안 배스 초음파 처리에 이어, 30분 동안 프로브 초음파 처리)에 의하여 SDS(예컨대, 1%) 계면 활성제의 물에 먼저 분산되고, 1-도데칸올(예컨대, 0.4%)이 코팅 원조물로서 초음파 처리(예컨대, 5분 동안 프로브 초음파 처리)에 의하여 분산체에 후속하여 추가되었고, 결과적인 분산체는 PEN 기판 상으로 코팅된 메이어 봉(Meyer rod)이었다. 다음, SDS는 막을 DI 수로 헹굼으로써 제거되었고, 1-도데칸올은 에탄올으로 헹굼으로써 제거되었다. 이 결과적인 광학적으로 투명하고 전기적으로 도전성인 막은 산업 표준 "테이프 테스트"를 통과하였고(즉, 스카치 테이프의 한 부분이 막 위에 압착된 후 막으로부터 벗겨질 때, 기판 상에 FWNT 막이 남아 있었다), FWNT 막 및 PEN 간의 이러한 부착성은 코팅 원조물을 사용하지 않고 SDS 분산체로 달성되지 않았다.In another exemplary embodiment, the FWNT powder is first dispersed in water of an SDS (e. G., 1%) surfactant by sonication (e. G., Bath ultrasonication for 30 minutes followed by probe sonication for 30 minutes) -Dodecanol (e. G., 0.4%) was subsequently added to the dispersion by ultrasonication (e. G., Probe sonication for 5 minutes) as a coating aid and the resulting dispersion was transferred to a Meyer rod Meyer rod). Next, SDS was removed by rinsing the membrane with DI water, and 1-dodecanol was removed by rinsing with ethanol. This resultant optically transparent and electrically conductive film passed the industry standard "tape test " (i.e., when a portion of the scotch tape was peeled off from the film, the FWNT film remained on the substrate) This adhesion between the FWNT film and PEN was not achieved with SDS dispersions without the use of coating aids.
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은, 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션들을 사용하여 제작될 수도 있다. 일 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, CNT 분산체(예컨대, 상술된 바와 같은)로 코팅되고, 건조되고, 세척되고, 다시 건조되고, 인캡슐런트/탑 코트(예컨대, 슬롯-코팅된 교차 결합된 폴리머)로 코팅된 후, 베이킹될 수도 있다.Referring to FIG. 2, an encapsulated nanostructured film according to the present invention may be fabricated using a series of coating, drying, cleaning and bake stations. In one embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station, coated with a CNT dispersion (e.g., as described above), dried, washed, dried again, and encapsulated / topcoated Coated cross-linked polymer), and then baked.
다른 실시예에서, 세척 및 두번째 건조 단계는 택트 타임 및 장비 비용을 감소시키기 위하여 제거될 수도 있다(즉, 건조된 CNT 코팅이 중간 세척 및 건조 단계없이 인캡슐런트/탑 코트로 코팅된다). 이 프로세스는, 건조된 CNT 코팅이 세척 과정 동안 이러한 기판으로부터 얇은 층으로 갈라질 수 있으므로(예컨대, 유리 기판 상에 슬롯 다이 코팅 및 BTAC-분산된 FWNT 용액을 건조시킴으로써 형성된 FWNT 막은 물로 약하게 세척될 때, 기판으로부터 얇은 층으로 갈라졌다), 유리 또는 칼라 필터 수지와 같은 기판을 코팅할 때 유리할 수도 있다. 세척이 양호한 광전자 특성을 달성하는 데 필수적이라는 것(즉, 막으로부터 잔여 계면 활성제를 제거함으로써)이 이전 생각이었으나, 우리의 실험으로부터 놀랍게도, 세척 단계를 생략하는 것이 필적할 만한 광전자 특성을 산출할 수 있다는 것을 알았다.In another embodiment, the cleaning and second drying steps may be eliminated (i.e., the dried CNT coating is coated with an encapsulant / topcoat without intermediate cleaning and drying steps) to reduce tact time and equipment costs. This process is particularly useful when the FWNT film formed by drying a slot die coating and a BTAC-dispersed FWNT solution on a glass substrate is weakly washed with water, because the dried CNT coating can be broken into thin layers from such a substrate during the cleaning process Which may be advantageous when coating substrates such as glass or color filter resins. It has been previously thought that cleaning is essential to achieve good optoelectronic properties (i.e., by removing residual surfactant from the membrane), but surprisingly from our experiments, omitting the cleaning step can yield comparable optoelectronic properties .
도 3을 참조하여, 다른 및/또는 부가적인 실시예에서, 택트 타임 및 장비 비용을 감소시키기 위하여 듀얼 헤드 슬롯 다이 구성이 채용될 수도 있다(예컨대, 별도의 탑 코트 스테이션의 제거를 허용함으로써). 이 실시예에서, CNT 막을 형성하기 위한 CNT 분산체의 건조는, 슬롯 다이 헤드들 간의 짧은 간격 동안 발생할 수도 있다. 다른 실시예에서, 듀얼 슬롯(예컨대, 헤드에서의 2개의 슬롯 닙(nip))이 듀얼 헤드 슬롯 다이에 대안물로서 채용될 수도 있다.3, in another and / or additional embodiments, a dual head slot die configuration may be employed (e.g., by allowing removal of a separate top coat station) to reduce tact time and equipment costs. In this embodiment, drying of the CNT dispersion to form the CNT film may occur during short intervals between the slot die heads. In other embodiments, a dual slot (e.g., two slot nips at the head) may be employed as an alternative to a dual head slot die.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제작될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기판은, 세정/건조 스테이션을 통하여 통과되어, CNT 분산체와 인캡슐런트/탑 코트의 혼합물로 코팅되고(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머), 베이킹되고, 세척된 후 건조될 수도 있다. 이 실시예에서, 택트 타임과 장비 비용을 감소시키기 위하여 단일 슬롯 다이 구성이 채용될 수도 있다(예컨대, 별도의 탑코드 스테이션의 제거를 허용하고, 듀얼 헤드 슬롯 다이 구성이 아닌 단일 슬롯 헤드 다이를 채용함으로써). 이 실시예는 단일 코팅 단계로 행해질 수 있으므로, 이 실시예는 셀(기본 유리)에서의 코팅과 패터닝된 코팅을 용이하게 한다. 또한, 이 실시예는 광으로 윤곽을 한정할 수 있는(photo-definable) 탑 코트층의 평탄화를 제공한다. 다른 실시예에서, 포토레지스트 코팅은 건조 후 CNT 코팅에 도포될 수 있다.In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be fabricated using different series of coating, drying, cleaning and baking stations. In another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station to be coated (e.g., a slot die coated cross-linked polymer) with a mixture of a CNT dispersion and an encapsulant / topcoat, baked, And then dried. In this embodiment, a single slot die configuration may be employed to reduce tact time and equipment cost (e.g., to allow removal of a separate top code station and employ a single slot head die rather than a dual head slot die configuration by doing). Since this embodiment can be done with a single coating step, this embodiment facilitates coating and patterned coating in the cell (base glass). This embodiment also provides planarization of the photo-definable top coat layer. In another embodiment, the photoresist coating can be applied to the CNT coating after drying.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제작될 수도 있고, 특히 기판은, 세정/건조 스테이션을 통하여 통과되어, CNT와 폴리머 혼합액(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)의 혼합물로 코팅되고, 베이킹되고, 세척된 후 건조될 수도 있다. 다른 실시예에서, 포토레지스트 코팅은 건조 후 CNT 코팅에 도포될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통하여 통과되어, 베이킹, 세척 및 건조의 후속 단계들 중 하나 이상없이, CNT와 폴리머 혼합액(예컨대, 슬롯 다이 코팅된 교차 결합된 폴리머)의 혼합물로 코팅될 수도 있다. 이들 실시예들은 단일의 코팅 단계로 행해질 수 있으므로, 이들 실시예들은 셀(기본 유리)에서의 코팅과 패터닝된 코팅을 용이하게 한다.In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be fabricated using a different series of coating, drying, cleaning and bake stations, and in particular the substrate is passed through a cleaning / drying station, (E.g., a slot die coated cross-linked polymer), baked, washed and then dried. In another embodiment, the photoresist coating can be applied to the CNT coating after drying. In another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station to form a mixture of CNT and a polymer mixture (e.g., a slot die coated cross-linked polymer), without more than one of the following steps of baking, May be coated. Since these embodiments can be done with a single coating step, these embodiments facilitate coating and patterned coating in the cell (base glass).
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 캡슐화된 나노구조막은 상이한 일련의 코팅, 건조, 세척 및 베이킹 스테이션을 사용하여 제작될 수도 있고, 특히 기판은, 세정/건조 스테이션을 통하여 통과되어, 프라이머층으로 코팅되고(예컨대, 스프레이, 슬롯, SAM-딥 등의 방법에 의하여), CNT 코팅으로 코팅되고(예컨대, 슬롯 다이로), 탑 코트로 코팅되고, 베이킹되고, 세척된 후 건조될 수도 있다. 다른 실시예에서, 포토레지스트 코팅은 건조 후 CNT 코팅에 도포될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은 세정/건조 스테이션을 통과하여, 베이킹, 세척 및 건조의 후속 단계들 중 하나 이상없이, 프라이머층으로 코팅되고(예컨대, 스프레이, 슬롯, SAM-딥 등의 방법에 의하여), CNT 코팅으로 코팅되고(예컨대, 슬롯 다이로), 탑 코트로 코팅될 수도 있다. 또한, 이들 실시예들은 광으로 윤곽을 한정할 수 있는 탑 코트층의 평탄화를 제공한다. In another embodiment, the encapsulated nanostructured film according to the present invention may be fabricated using a different series of coating, drying, cleaning and bake stations, in particular the substrate is passed through a cleaning / drying station, (E.g., by a method such as spraying, slotting, SAM-dipping, etc.), coated with a CNT coating (e.g., with a slot die), coated with a topcoat, baked, washed and then dried. In another embodiment, the photoresist coating can be applied to the CNT coating after drying. In yet another embodiment, the substrate is passed through a cleaning / drying station and coated (e.g., by spray, slot, SAM-dip, etc.) with a primer layer without more than one of the following steps of baking, ), Coated with a CNT coating (e.g., with a slot die), and coated with a topcoat. In addition, these embodiments provide for planarization of the topcoat layer that can be profiled with light.
인캡슐런트/탑 코트 외에, 표면 처리제 및/또는 표면 활성화의 사용은 하지 기판으로의 CNT 막 부착성을 더 원조할 수도 있다(예컨대, HMDS 또는 실란 또는 코로나/플라즈마 처리). 상기 실시예에서, 인캡슐런트/탑 코트는, 열경화성 폴리머일 수도 있고(예컨대, 열의 인가가 교차 결합된 폴리머 네트워크를 생성하도록), 및/또는 UV 경화 가능한 폴리머일 수도 있다(예컨대, UV 방사, 가시 광선, 전자 빔 및/또는 다른 방사의 인가가 교차 결합된 폴리머 네트워크를 생성하도록).In addition to encapsulant / topcoat, the use of surface treatment agents and / or surface activation may further aid in adhesion of the CNT film to the underlying substrate (e.g. HMDS or silane or corona / plasma treatment). In such an embodiment, the encapsulant / topcoat may be a thermosetting polymer (e.g., to generate heat to cross-link the polymer network), and / or may be a UV curable polymer (e.g., UV radiation, Application of visible light, electron beam and / or other radiation to create a cross-linked polymer network).
도 4a를 참조하여, 예컨대, 고 표면 에너지 기판(예컨대, 실리콘 질화물, 유리, 눈부심 방지성(antiglare) 코팅 등) 상에, CNT 막이 특정 용액 기반 증착 방법들(상술된 것들 중 일부를 포함하는)을 사용하여 증착될 때 그렇지 않으면 잘 부착하지 않을 것인 상기 고 표면 에너지 기판 상으로의 CNT 막의 증착을 허용하기 위하여, 이러한 인캡슐런트/탑 코트 재료가 프라이머/촉진층(들)로서 부가적으로 또는 대안적으로 증착될 수도 있다. 예컨대, 유리 기판이 스핀 코팅(30초 동안 3000 rpm)에 의하여 PVP(에탄올의) 프라이머/촉진층으로 먼저 코팅되었을 때, 그렇지 않다면 유리 기판에 부착하지 않았던 CNT 막은 산업 표준 "테이프 테스트"를 통과하는 것을 보여 주었다.Referring to FIG. 4A, a CNT film is deposited on a high surface energy substrate (e.g., silicon nitride, glass, antiglare coating or the like) with certain solution based deposition methods (including some of the above) To allow the deposition of the CNT film onto the high surface energy substrate that would otherwise not adhere well when deposited using the method of the present invention, such encapsulant / topcoat material may additionally Or alternatively may be deposited. For example, when a glass substrate was first coated with a primer / facilitating layer of PVP (ethanol) by spin coating (3000 rpm for 30 seconds), otherwise the CNT film that did not adhere to the glass substrate passed through an industry standard "tape test" .
도 4b를 참조하면, 이러한 인캡슐런트/탑 코트는 나노구조막을 패터닝하는 데 유사하게 사용될 수도 있다. 예컨대, CNT를 강하게 끌어 당기는 모노머, 폴리머, 및/또는 교차 결합된 폴리머를 포함하는 부착층이 기판 상에 코팅되고 패터닝되고, CNT 막으로 코팅된 후, 세척되고 및/또는 초음파 처리되어, 부착층 위에 코팅된 CNT 막의 일부 만이 잔존할 수도 있다. 예시적인 폴리머 부착층으로서는, 폴리(4-비닐페놀)(PVP), PVDF, 폴리(비닐 포르말), 폴리(멜라민-코-포름알데히드)메틸레이티드, 폴리이미드, COC, 폴리우레탄 라텍스(샌큐어(sancure) 898, 899, 825 및 835를 포함하는) 및 유레탄/아크릴 코폴리머를 포함한다. 교차 결합자는 실퀘스트 A-187, CX-100, MMF, 에틸렌 글리콜 다이글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜 다이글리시딜 에테르, 및 많은 것들을 포함한다. 모노머는, 메틸 메타크리레이트, n-부틸 메타크리레이트, 하이드록시에틸 메타크리레이트 및 많은 것들을 포함한다. 부착제는, 엘렉트로 라이트(electro-lite) 2728, 2900과 같은 UV 경화 가능한 에폭시 및 록타이트(Loctite) 부착제일 수 있다. 부착층은, 예컨대 마스크를 통한 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 포토리소그래피 패터닝(예컨대, 패터닝 포토레지스트(PR), 기판 위의 부착제 코팅 후 PR 박리), 레이저 어블레이션 등에 의하여 생성될 수 있다. 부착층은, 예컨대 부착 프라이머/촉진 목적 만으로 1-10 nm 범위로 얇을 수도 있다. 기판은, 예컨대 프라이머 코팅없이 ST 504 또는 유리일 수도 있다.Referring to FIG. 4B, such an encapsulant / topcoat may similarly be used to pattern the nanostructured film. For example, an adhesion layer comprising a monomer, polymer, and / or cross-linked polymer that strongly attracts the CNT is coated and patterned on the substrate, coated with the CNT film, then cleaned and / or sonicated, Only a part of the CNT film coated on the substrate may remain. Exemplary polymeric adherent layers include, but are not limited to, poly (4-vinyl phenol) (PVP), PVDF, poly (vinylformal), poly (melamine-co- formaldehyde) methyl laidide, polyimide, COC, polyurethane latex Including cure sands 898, 899, 825, and 835) and urethane / acrylic copolymers. Crosslinkers include Silques A-187, CX-100, MMF, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, and many others. Monomers include methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, and many others. The adhesives can be UV curable epoxy and Loctite adhesives, such as electro-lite 2728, 2900. The adhesion layer may be produced, for example, by screen printing through a mask, inkjet printing, photolithographic patterning (e.g., PR, after patterning photoresist (PR), adhesive coating on a substrate), laser ablation, The adherent layer may be thin, for example, in the range of 1-10 nm only with an attached primer / facilitating purpose. The substrate may be ST 504 or glass without primer coating, for example.
도 5를 참조하면, CNT 막은 인캡슐런트/탑 코트로 선택적으로 스며들어, 막의 스며들지 않은 부분이 초음파 처리, 테이프 및/또는 기계적 마모에 의하여 제거되어, 패터닝되며 캡슐화된 CNT 막을 생성할 수도 있다.Referring to Figure 5, the CNT film may optionally be impregnated with an encapsulant / topcoat to remove the impermeable portion of the film by ultrasonic treatment, tape and / or mechanical abrasion, patterning, and creating an encapsulated CNT film .
인캡슐런트/탑 코트를 제거하는 것이 가능할 수도 있다(예컨대, 비교차 결합된 폴리머를 제거하는 데 유기 용제가 효과적일 수도 있다). 예컨대, PGMEA의 0.01-0.5% PVP가 교차 결합자 실퀘스트 A-187(A-187의 중량은 PVP의 1-20% 이다)와 혼합되었고, 결과적인 혼합물의 20 umL이 하지의 CNT 막의 선택 부분으로 드롭 코팅되었고, 다음, 폴리머 코팅된 CNT 막이 10분 동안 120℃에서 베이킹된 후, 세척되어 캡슐화되지 않은 나노뷰트를 제거하였다.It may be possible to remove the encapsulant / topcoat (e. G., The organic solvent may be effective in removing the comparably bonded polymer). For example, if 0.01-0.5% PVP of PGMEA is mixed with cross-linker sealquest A-187 (the weight of A-187 is 1-20% of PVP) and 20 um of the resulting mixture is mixed with a selected portion of the underlying CNT membrane And then the polymer coated CNT film was baked at 120 DEG C for 10 minutes and then washed to remove the non-encapsulated nanobut.
본 발명은 바람직한 특징 및 실시예를 참조하여 상술되었다. 그러나, 당업자는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이들 바람직한 실시예에서 변경 및 수정이 행해질 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
The invention has been described above with reference to preferred features and embodiments. However, those skilled in the art will recognize that changes and modifications may be made in these preferred embodiments without departing from the scope of the invention.
Claims (16)
탄소 나노튜브, 플러렌(fullerene), 그래핀 프레이크(graphene flakes), 그래핀 시트 및 나노와이어 중 적어도 하나로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노구조를 포함하는 용액 또는 분산체를 기판 상에 코팅하는 단계;
상기 기판 상의 상기 코팅을 베이킹하는 단계;
상기 기판 상의 상기 코팅을 세척하는 단계; 및
상기 기판 상의 상기 코팅을 건조하는 단계;를 포함하고,
상기 코팅하는 단계는, 폴리(4-비닐 피리딘) 및 트리페닐 아밀 중 적어도 하나가 혼합된 도펀트를 코팅하는 단계 또는 상기 도펀트를 포함한 상기 용액 또는 분산체를 코팅하는 단계를 포함하는, 광학적으로 투명하고, 전기적으로 도전성인 나노구조막의 제조 방법.A method for producing an optically transparent, electrically conductive nanostructured film,
Coating a solution or dispersion comprising nanostructures selected from the group consisting of carbon nanotubes, fullerene, graphene flakes, graphene sheets, and nanowires on a substrate;
Baking the coating on the substrate;
Washing the coating on the substrate; And
And drying the coating on the substrate,
Wherein the coating step comprises coating a dopant mixed with at least one of poly (4-vinylpyridine) and triphenyl amide, or coating the solution or dispersion containing the dopant. , ≪ / RTI > wherein the nanostructured film is electrically conductive.
The method of claim 1, further comprising rinsing the coated substrate with an oxidizing agent selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, and hydrochloric acid.
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