KR102654002B1 - Metal-carbon heating sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속-탄소 발열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속-탄소 발열시트는 타겟 필름에 순간적인 고온의 열 전달 효과를 나타내어 타겟 필름의 광흡수율에 상관없이 순간적인 고온 열처리를 유도할 수 있다.The present invention relates to a metal-carbon heating sheet and a manufacturing method thereof. More specifically, the metal-carbon heating sheet exhibits an instantaneous high-temperature heat transfer effect to the target film, resulting in an instantaneous high temperature regardless of the light absorption rate of the target film. Heat treatment can be induced.
Description
본 발명은 금속-탄소 발열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속-탄소 발열시트는 타겟 필름에 순간적인 고온의 열 전달 효과를 나타낼 수 있다.The present invention relates to a metal-carbon heating sheet and a manufacturing method thereof. More specifically, the metal-carbon heating sheet can exhibit an instantaneous high-temperature heat transfer effect to the target film.
최근 금속, 세라믹 및 탄소 필름의 순간적인 열처리를 위한 광소성 공정이 제안되고 있다. 하지만, 금속, 세라믹 및 탄소 필름의 광흡수율이 낮은 경우에는 광에너지가 흡수되지 못하기 때문에 충분한 열처리가 진행되지 못한다. 반면에, 금속, 세라믹 및 탄소 필름의 광흡수율이 높은 경우에는 광에너지의 흡수가 필름 상부에 국한되기 때문에 금속, 세라믹 및 탄소 소재가 전체적으로 열처리되지 못한다. 이러한 한계점은 금속, 세라믹 및 탄소 필름에 직접적으로 광에너지를 주입하기 때문에 발생하는 문제점이다. 이에 본 발명에서는 광흡수율이 매우 높은 금속 나노입자가 박막 형태로 다공성 탄소 지지층에 포함된 발열시트를 제조하였다. 이후 금속, 세라믹 및 탄소 필름을 발열시트의 금속 나노입자 박막층과 접촉시킨 후 광소성 공정을 통해 순간적으로 광에너지를 주사하였다. 다공성 탄소 지지층을 투과한 대부분의 광에너지는 금속 나노입자 박막에 의해 흡수된 후 열에너지로 변환되고, 이를 통해 타겟 필름의 광흡수 특성에 상관없이 순간적인 고온 열처리를 유도할 수 있다.Recently, photo-firing processes have been proposed for instantaneous heat treatment of metal, ceramic, and carbon films. However, when the light absorption rate of metal, ceramic, and carbon films is low, sufficient heat treatment cannot proceed because light energy is not absorbed. On the other hand, when the light absorption rate of the metal, ceramic, and carbon film is high, the absorption of light energy is limited to the upper part of the film, so the metal, ceramic, and carbon material cannot be heat treated as a whole. This limitation is a problem that arises because light energy is directly injected into metal, ceramic, and carbon films. Accordingly, in the present invention, a heating sheet was manufactured in which metal nanoparticles with very high light absorption were included in a porous carbon support layer in the form of a thin film. Afterwards, metal, ceramic, and carbon films were brought into contact with the metal nanoparticle thin film layer of the heating sheet, and then light energy was instantaneously injected through a photocalcination process. Most of the light energy that passes through the porous carbon support layer is absorbed by the metal nanoparticle thin film and then converted into heat energy, which can induce instantaneous high-temperature heat treatment regardless of the light absorption characteristics of the target film.
본 발명의 일 목적은 광 흡수율이 우수한 금속 나노입자를 열 전도성이 우수한 기공 구조의 탄소체에 형성하여 타겟 필름에 순간적인 고온 열처리가 가능한 금속-탄소 발열시트를 제조하는 것이다.One purpose of the present invention is to manufacture a metal-carbon heating sheet capable of instantaneous high-temperature heat treatment on a target film by forming metal nanoparticles with excellent light absorption into a carbon body with a pore structure with excellent thermal conductivity.
본 발명의 다른 목적은 고에너지 광자를 주입하여 광조사 공정의 시간을 단축하는 것이다.Another object of the present invention is to shorten the time of the light irradiation process by injecting high-energy photons.
본 발명에 따른 금속-탄소 발열시트의 제조방법은 제1 금속 나노입자를 포함하는 제1 금속 나노입자 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 금속 나노입자 용액을 탄소 용액과 혼합하여 금속-탄소 복합체 용액을 제조한 후, 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계, 및 상기 금속-탄소 발열시트의 상단부에 광조사하여, 상기 금속-탄소 발열시트의 상단부의 밀도가 상기 금속-탄소 발열시트의 하단부의 밀도보다 작아지도록 활성화하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a metal-carbon heating sheet according to the present invention includes preparing a first metal nanoparticle solution containing first metal nanoparticles, mixing the first metal nanoparticle solution with a carbon solution to form a metal-carbon composite solution. After manufacturing, obtaining a metal-carbon heating sheet, and irradiating light to the upper end of the metal-carbon heating sheet, so that the density of the upper end of the metal-carbon heating sheet is higher than the density of the lower end of the metal-carbon heating sheet. It includes the step of activating it to become smaller.
일 실시형태에 따라서는, 상기 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계에서, 상기 금속-탄소 복합체 용액은 코팅, 프린팅 및 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 공정으로부터 금속-탄소 발열시트를 얻을 수 있다.According to one embodiment, in the step of obtaining the metal-carbon heating sheet, the metal-carbon composite solution may be obtained from any one process selected from the group consisting of coating, printing, and filtration. .
일 실시형태에 따라서는, 상기 제1 금속 나노입자 용액을 상기 탄소 용액과 혼합하기 전에, 상기 제1 금속 나노입자 용액에 표면 개질제를 첨가할 수 있다.According to one embodiment, a surface modifier may be added to the first metal nanoparticle solution before mixing the first metal nanoparticle solution with the carbon solution.
일 실시형태에 따라서는, 상기 금속-탄소 복합체 용액을 제조한 후에, 상기 금속-탄소 복합체 용액에 금속염 및 바인더를 첨가할 수 있다.According to one embodiment, after preparing the metal-carbon composite solution, a metal salt and a binder may be added to the metal-carbon composite solution.
일 실시형태에 따라서는, 활성화 단계에서, 상기 광조사는 1 msec 내지 100 sec 동안 수행할 수 있다.According to one embodiment, in the activation step, the light irradiation may be performed for 1 msec to 100 sec.
일 실시형태에 따라서는, 상기 활성화된 금속-탄소 발열시트는, 상단부가 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고, 하단부가 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성될 수 있다.According to one embodiment, the activated metal-carbon heating sheet is composed of a carbon porous layer containing low-density first metal nanoparticles at the upper end, and a dense carbon layer containing high-density first metal nanoparticles at the lower end. It can be configured.
일 실시형태에 따라서는, 상기 활성화된 금속-탄소 발열시트는, 상기 상단부의 두께가 2 μm 내지 15 μm이고, 상기 하단부의 두께가 0.2 μm 내지 2 μm일 수 있다.According to one embodiment, the activated metal-carbon heating sheet may have a thickness of 2 μm to 15 μm at the upper end and a thickness of 0.2 μm to 2 μm at the lower end.
일 실시형태에 따라서는, 탄소 기공층에서 기공의 직경은 0.1 μm 내지 5 μm일 수 있다.According to one embodiment, the diameter of the pores in the carbon porous layer may be 0.1 μm to 5 μm.
본 발명에 따른 금속-탄소 발열시트는 금속-탄소 발열시트의 제조방법에 따라 제조된다.The metal-carbon heating sheet according to the present invention is manufactured according to the manufacturing method of the metal-carbon heating sheet.
일 실시형태에 따라서는, 활성화된 금속-탄소 발열시트는, 상단부가 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고, 하단부가 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성될 수 있다.According to one embodiment, the activated metal-carbon heating sheet is composed of a carbon porous layer containing low-density first metal nanoparticles at the upper end, and a dense carbon layer containing high-density first metal nanoparticles at the lower end. It can be.
본 발명에 따른 전도성 필름 제조방법은 타겟 필름 상에 제1항에 따라 제조되는 금속-탄소 발열시트를 배치하는 단계 및 상기 금속-탄소 발열 시트의 상단부에 광조사하는 단계를 포함하고, 상기 광조사로 상기 타겟 필름이 전도성을 갖는다.The method of manufacturing a conductive film according to the present invention includes the steps of disposing a metal-carbon heating sheet manufactured according to claim 1 on a target film and irradiating light to an upper end of the metal-carbon heating sheet, wherein the light irradiation Therefore, the target film has conductivity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 금속 나노입자를 포함하는 금속-탄소 발열시트는 순간적으로 광을 흡수하여 열 에너지로 변환한 후 타겟 필름에 순간적인 고온 열처리를 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a metal-carbon heating sheet containing first metal nanoparticles can instantaneously absorb light and convert it into heat energy, and then instantaneously perform high-temperature heat treatment on the target film.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속-탄소 발열시트는 표면 개질제를 포함하여 균질한 형태로 제작할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a metal-carbon heating sheet can be manufactured in a homogeneous form by including a surface modifier.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속-탄소 발열시트를 통해 간접적으로 타겟 필름에 열 전달을 하므로 타겟 필름은 광흡수율과 무관하게 전체적으로 열 처리될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, heat is transferred to the target film indirectly through the metal-carbon heating sheet, so the target film can be heat treated as a whole regardless of the light absorption rate.
도 1은 본 발명의 광조사를 통해 활성화된 금속-탄소 발열시트에 광조사를 수행하고, 발열시트에서 열이 발생하여 타겟 필름으로 열이 전달되는 것을 나타낸 모식도이다.
도 2a는 은 나노입자의 SEM(주사전사현미경) 이미지, 도 2b는 은 나노입자의 자외선-가시광선(UV-Vis) 흡광도 그래프이다.
도 3은 은-그래핀 산화물 복합체 용액의 SEM(주사전사현미경) 이미지이다.
도 4a는 AAO 멤브레인 필터(membrane filter) 상에 형성된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 SEM(주사전사현미경) 이미지이고, 도 4b는 은-그래핀 산화물 발열시트 단면의 은에 대한 단면 EDS(X선 분광법) 분석 결과이다.
도 5a는 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 저배율 SEM (주사전사현미경) 이미지이고, 도 5b는 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 고배율 SEM(주사전사현미경) 이미지이다.
도 6a는 레이저 전력에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프, 도 6b는 레이저 반복 스캔 횟수에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프, 도 6c는 레이저 스캔 속도에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7a는 레이저 반복 스캔 횟수를 1회로 하였을 때 레이저 전력(power) 및 스캔 속도에 따른 타겟 필름인 은 나노입자 필름의 비저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7b는 레이저 반복 스캔 횟수를 5회로 하였을 때 레이저 전력(power) 및 스캔 속도에 따른 타겟 필름인 은 나노입자 필름의 비저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 타겟 필름인 은 나노입자 필름을 핫플레이트(hot plate)를 이용하여 열처리했을 때 열처리 시간 및 온도에 따른 은 나노입자 필름의 비저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a schematic diagram showing that light irradiation is performed on a metal-carbon heating sheet activated through light irradiation of the present invention, heat is generated from the heating sheet, and the heat is transferred to the target film.
Figure 2a is a scanning electron microscope (SEM) image of silver nanoparticles, and Figure 2b is an ultraviolet-visible (UV-Vis) absorbance graph of silver nanoparticles.
Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a silver-graphene oxide composite solution.
Figure 4a is a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image of a silver-graphene oxide heating sheet formed on an AAO membrane filter, and Figure 4b is a cross-sectional EDS (X Line spectroscopy) analysis results.
Figure 5a is a low-magnification SEM (scanning electron microscopy) image of a cross-section of an activated silver-graphene oxide heating sheet, and Figure 5b is a high-magnification SEM (scanning electron microscopy) image of a cross-section of an activated silver-graphene oxide heating sheet.
Figure 6a is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet according to the laser power, Figure 6b is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet according to the number of repeated laser scans, and Figure 6c is the laser scan speed. This is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet.
Figure 7a is a graph showing the resistivity measurement results of a silver nanoparticle film, which is a target film, according to laser power and scanning speed when the number of repeated laser scans is set to 1.
Figure 7b is a graph showing the resistivity measurement results of a silver nanoparticle film, which is a target film, according to laser power and scanning speed when the number of repeated laser scans is set to 5.
Figure 8 is a graph showing the resistivity measurement results of the silver nanoparticle film according to heat treatment time and temperature when the silver nanoparticle film, which is a target film, was heat-treated using a hot plate.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” etc. should be construed to mean that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It's not like that.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Additionally, the term 'or' means an inclusive OR 'inclusive or' rather than an exclusive OR 'exclusive or'. That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used in this specification and claims, the singular expressions “a” or “an” generally mean “one or more,” unless otherwise indicated or it is clear from the context that the singular refers to singular forms. It should be interpreted as
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.Additionally, a part of an act, layer, area, component request, etc., is said to be "on" or "on" another part, not only when it is directly on top of the other part, but also when there are other acts, layers, areas, or components in between. Also includes cases where etc. are included.
본 발명의 일 실시예에 따른 발열시트의 제조방법은 제1 금속 나노입자를 포함하는 제1 금속 나노입자 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 금속 나노입자 용액을 탄소 용액과 혼합하여 금속-탄소 복합체 용액을 제조한 후, 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계, 및 상기 금속-탄소 발열시트의 상단부에 광조사하여, 상기 금속-탄소 발열시트의 상단부의 밀도가 상기 금속-탄소 발열시트의 하단부의 밀도보다 작아지도록 활성화하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a heating sheet according to an embodiment of the present invention includes preparing a first metal nanoparticle solution containing first metal nanoparticles, mixing the first metal nanoparticle solution with a carbon solution to form a metal-carbon composite. After preparing the solution, obtaining a metal-carbon heating sheet, and irradiating light on the upper end of the metal-carbon heating sheet, so that the density of the upper end of the metal-carbon heating sheet is changed to the density of the lower end of the metal-carbon heating sheet. It includes the step of activating it to become smaller.
제1 금속 나노입자 용액과 탄소 용액을 혼합하는 과정에서 금속과 탄소는 복합체 형태를 이루고, 상기 형태로부터 금속-탄소 발열시트가 제조된다.In the process of mixing the first metal nanoparticle solution and the carbon solution, the metal and carbon form a composite form, and a metal-carbon heating sheet is manufactured from this form.
금속-탄소 발열시트는 타겟 필름과 접촉시키기 전에 광조사를 통해 활성화시켜 발열시트가 특정 구조를 갖도록 유도한다.The metal-carbon heating sheet is activated through light irradiation before contacting the target film to induce the heating sheet to have a specific structure.
실시예에 따라서는, 활성화된 금속-탄소 발열시트의 상단부는 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고, 하단부는 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성될 수 있다.Depending on the embodiment, the upper part of the activated metal-carbon heating sheet may be composed of a carbon porous layer containing low-density first metal nanoparticles, and the lower part may be composed of a carbon dense layer containing high-density first metal nanoparticles. there is.
일 실시형태에 따르면, 상단부에 광조사하여 활성화된 금속-탄소 발열시트는, 상단부가 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고, 하단부가 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성될 수 있다.According to one embodiment, the metal-carbon heating sheet activated by light irradiation at the upper end is composed of a carbon porous layer containing low-density first metal nanoparticles at the upper end, and a carbon porous layer containing high-density first metal nanoparticles at the lower end. It may be composed of a dense layer.
발열시트의 상단부인 탄소 기공층 및 하단부인 탄소 치밀층은 공통적으로 금속-탄소 복합체로 구성되어 있으며, 탄소 기공층에 함유된 기공이 탄소 치밀층에 함유된 기공보다 크기가 크고 개수가 많아 밀도가 낮다는 차이점이 있다.The carbon porous layer, which is the upper part of the heating sheet, and the carbon dense layer, which is the lower part, are commonly composed of a metal-carbon composite, and the pores contained in the carbon porous layer are larger and more numerous than the pores contained in the carbon dense layer, resulting in higher density. There is a difference in that it is low.
금속-탄소 발열시트는 금속 나노입자가 고밀도로 함유된 하단부가 아닌, 금속 나노입자가 저밀도로 함유된 상단부 쪽에 광조사를 하여 활성화시킨다. 이에 따라 광이 직접적으로 조사되는 상단부에는 크기가 큰 기공이 형성될 수 있으며, 광이 직접적으로 조사되지 않는 하단부는 상대적으로 기공이 거의 형성되지 않을 수 있다. 활성화된 금속-탄소 발열시트에 탄소 거대 기공층이 차지하는 비율이 높아지도록 광원의 출력 조건을 설정하여, 타겟 필름 배치 후, 광조사 시 빛이 거대 기공을 통과하여 발열시트의 하단부 쪽에 위치한 타겟 필름에 열이 잘 전달되도록 할 수 있다.The metal-carbon heating sheet is activated by irradiating light to the upper part, which contains low-density metal nanoparticles, rather than the lower part, which contains high-density metal nanoparticles. Accordingly, large pores may be formed at the upper end where light is directly irradiated, and relatively few pores may be formed at the lower end where light is not directly irradiated. The output conditions of the light source are set to increase the proportion of the carbon macropore layer in the activated metal-carbon heating sheet, so that after placing the target film, when light is irradiated, the light passes through the macropores and hits the target film located at the bottom of the heating sheet. Heat can be transmitted well.
실시예에 따라서는, 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계에서, 금속-탄소 복합체 용액은 코팅, 프린팅 및 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 공정으로 부터 금속-탄소 발열시트를 얻을 수 있다.Depending on the embodiment, in the step of obtaining the metal-carbon heating sheet, the metal-carbon composite solution may be obtained from any one process selected from the group consisting of coating, printing, and filtration.
보다 상세하게는 코팅 및 프린팅 공정은 투명성이 우수한 기판 상에 금속-탄소 복합체 용액을 도포한다. 코팅은 바코팅, 스핀코팅, 슬롯다이 코팅 처리할 수 있고, 프린팅은 그라비아 프린팅, 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅을 포함하는 다양한 코팅 방법을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. More specifically, the coating and printing process applies a metal-carbon composite solution on a substrate with excellent transparency. Coating can be bar coating, spin coating, and slot die coating, and printing can use various coating methods including gravure printing, inkjet printing, and nozzle printing, but are not limited to these.
여과 공정은 금속-탄소 복합체 용액을 필터 상에서 여과시켜 금속-탄소 발열시트를 얻을 수 있다.The filtration process can obtain a metal-carbon heating sheet by filtering the metal-carbon composite solution on a filter.
광조사로 인해 활성화된 금속-탄소 발열시트의 하단부 아래쪽에 타겟 필름을 밀착하여 위치시키고, 발열시트의 상단부 위쪽에서 광처리를 한다. The target film is placed in close contact with the lower part of the metal-carbon heating sheet activated by light irradiation, and light treatment is performed on the upper part of the heating sheet.
타겟 필름의 소재는 세라믹 또는 탄소일 수 있다.The material of the target film may be ceramic or carbon.
만일 타겟 필름이 광흡수율이 낮다면, 광조사 시, 광 에너지를 충분히 흡수하지 못하여 열처리한 효과를 얻지 못하며, 타겟 필름의 광흡수율이 높다면 광조사 시, 필름의 상부에서 광 에너지를 모두 흡수한다는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 타겟 필름에 직접적으로 광에너지를 주입하지 않고, 발열시트라는 간접적인 방법을 사용하였다.If the target film has a low light absorption rate, it does not sufficiently absorb light energy when irradiated with light, so the heat treatment effect is not achieved. If the target film has a high light absorption rate, the upper part of the film absorbs all light energy when irradiated with light. There is a problem. Therefore, in the present invention, rather than directly injecting light energy into the target film, an indirect method called a heating sheet was used.
본 발명에서는 광조사를 통해 탄소 기공층을 형성하고 표면 개질제의 열분해를 유도한다. 타겟 필름을 배치시킨 후 수행하는 광조사를 통해서는 발열시트에서 형성된 열 에너지를 최대한 타겟 필름에 전달하기 위해 발열시트에서의 열 에너지 소모를 최소화해야 한다. 따라서, 활성화 단계에서 광조사를 통해 발열시트의 기본 구조 변화 및 열분해 반응을 모두 완료해야 한다. In the present invention, a carbon porous layer is formed through light irradiation and thermal decomposition of the surface modifier is induced. Through light irradiation performed after placing the target film, thermal energy consumption in the heating sheet must be minimized in order to transfer the thermal energy formed in the heating sheet to the target film as much as possible. Therefore, in the activation stage, both the basic structural change and the thermal decomposition reaction of the heating sheet must be completed through light irradiation.
기공 구조가 형성된 발열시트의 하단부 아래에 타겟 필름을 배치시키고 상단부에 순간적으로 광조사를 하면, 수많은 거대 기공들을 투과한 광 에너지는 발열시트의 금속 나노입자가 고밀도로 포함된 탄소 치밀층에 흡수되고, 열 에너지로 전환되며, 전환된 열 에너지를 타겟 필름의 광흡수율과 무관하게 고온의 열을 순간적으로 전달할 수 있다.When a target film is placed under the lower part of the heating sheet with a pore structure and light is instantly irradiated to the upper part, the light energy that has passed through the numerous large pores is absorbed by the carbon dense layer containing high-density metal nanoparticles of the heating sheet. , is converted into heat energy, and the converted heat energy can instantly transfer high temperature heat regardless of the light absorption rate of the target film.
도 1은 본 발명의 광조사를 통해 활성화된 금속-탄소 발열시트에 타겟 필름을 배치시킨 후 광조사를 재수행하고, 재수행한 광조사로 인해 발열시트에서 열이 발생하여 타겟 필름으로 열이 전달되는 것을 나타낸 모식도이다.Figure 1 shows that after placing a target film on a metal-carbon heating sheet activated through light irradiation of the present invention, light irradiation is re-performed, heat is generated in the heating sheet due to the re-performed light irradiation, and heat is transferred to the target film. This is a schematic diagram showing this.
금속-탄소 발열시트의 상단부에 광조사하면 광 에너지로 인해 발열시트에 포함된 탄소, 표면 개질제 및 바인더 등 모든 유기물 및 고분자가 열변환 및 열분해되면서 이산화탄소 등의 기체로 발생하여 기공이 형성된다. 도 1을 참고하면, 광조사된 발열시트는 광원이 가까운 쪽, 즉 광조사되는 부분은 거대 기공이 많이 형성되며, 이러한 발열시트의 상단부는 탄소 거대 기공층이라고 표현하였다. 탄소 거대 기공층은 탄소 및 금속 나노입자를 복합적으로 포함하며, 금속 나노입자의 함량이 적다. 반면, 광원에서 먼 쪽은 기공이 잘 형성되지 않아 이러한 발열시트의 하단부는 탄소 치밀층이라고 표현하였다. 탄소 치밀층은 탄소 및 금속 나노입자를 복합적으로 포함하며, 금속 나노입자의 함량이 높다.When light is irradiated to the upper part of a metal-carbon heating sheet, the light energy causes all organic substances and polymers, such as carbon, surface modifiers, and binders, contained in the heating sheet, to be thermally converted and pyrolyzed to generate gas such as carbon dioxide, forming pores. Referring to Figure 1, the light-irradiated heating sheet has many large pores formed on the side near the light source, that is, the light-irradiated part, and the upper part of this heating sheet is expressed as a carbon macropore layer. The carbon macroporous layer contains a complex of carbon and metal nanoparticles, and the content of metal nanoparticles is small. On the other hand, since pores were not well formed on the side farthest from the light source, the lower part of this heating sheet was expressed as a carbon dense layer. The carbon dense layer contains a complex of carbon and metal nanoparticles and has a high content of metal nanoparticles.
두 번의 광조사는 레이저 또는 백색광 램프를 광원으로 사용할 수 있다. 상기 레이저는 자외선, 가시광선, 근적외선 및 중적외선 중 하나 이상의 광을 조사할 수 있으며, 상기 백색광 램프는 자외선 및 가시광선 중 하나 이상의 광을 조사할 수 있다. 이때 레이저 및 백색광 램프는 발열시트에 손상이 발생하지 않게 하면서 탄소층은 환원 가능한 출력 조건을 사용한다. 레이저 및 백색광 램프는 에너지를 순간적으로 방출할 수 있는 기구 설계가 가능하기 때문에 순간적인 광조사 및 이를 이용한 열처리가 가능하다.The two light irradiations can use a laser or a white light lamp as the light source. The laser may irradiate one or more of ultraviolet rays, visible rays, near-infrared rays, and mid-infrared rays, and the white light lamp may irradiate one or more of ultraviolet rays and visible rays. At this time, the laser and white light lamp use output conditions in which the carbon layer can be reduced while preventing damage to the heating sheet. Since lasers and white light lamps can be designed as devices that can emit energy instantaneously, instantaneous light irradiation and heat treatment using this are possible.
활성화된 발열시트의 기공 구조가 형성되는 과정을 구체적으로 살펴보면, 발열시트 중 광이 직접적으로 조사되는 부분인 상단부는 탄소 및 표면 개질제가 열변환 및 열분해되면서 이산화탄소 등의 기체가 발생하며 층이 벌어져 거대 기공 구조를 형성한다. 반면, 광이 충분히 투과하지 못하는 발열필름의 하단부는 비교적 밀도가 높은 구조를 형성한다. 활성화된 발열시트 상단부는 거대 기공 구조로 인해 광 투과율이 높아진다. 이로 인해 활성화된 발열시트에 광조사하면 하단부까지 광이 충분히 투과할 수 있다. 금속 나노입자의 함량이 높고 밀도가 높은 하단부는 발열특성이 우수하다.Looking at the process of forming the pore structure of the activated heating sheet in detail, the upper part of the heating sheet, which is the part where light is directly irradiated, undergoes thermal conversion and thermal decomposition of carbon and surface modifiers, generating gases such as carbon dioxide, and the layers open to create a large layer. Forms a pore structure. On the other hand, the lower part of the heating film, where light does not sufficiently transmit, forms a relatively dense structure. The upper part of the activated heating sheet increases light transmittance due to the large pore structure. Because of this, when light is irradiated to the activated heating sheet, the light can sufficiently penetrate to the lower part. The lower part, which has a high content of metal nanoparticles and a high density, has excellent heat generation characteristics.
일 실시형태에 따르면, 제1 금속 나노입자 용액을 상기 탄소 용액과 혼합하기 전에, 제1 금속 나노입자 용액에 표면 개질제를 첨가하여 제1 금속 나노입자의 응집을 제어할 수 있다. According to one embodiment, before mixing the first metal nanoparticle solution with the carbon solution, aggregation of the first metal nanoparticles may be controlled by adding a surface modifier to the first metal nanoparticle solution.
또한, 표면 개질제는 제1 금속 나노입자와 탄소의 결합을 유도할 수 있다.Additionally, the surface modifier can induce bonding between the first metal nanoparticle and carbon.
실시예에 따라서는, 표면 개질제는 카르복실(carboxyl), 아민(amine), 이민(imine), 싸이올기 (thiol group), 하이드록실(hydroxyl) 및 카르보닐(carbonyl) 관능기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 가지는 유기분자이거나, 카르복실(carboxyl), 아민(amine), 이민(imine), 싸이올기 (thiol group), 하이드록실(hydroxyl) 및 카르보닐(carbonyl) 관능기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 가지는 고분자일 수 있다.Depending on the embodiment, the surface modifier is selected from the group consisting of carboxyl, amine, imine, thiol group, hydroxyl, and carbonyl functional group. It is an organic molecule having one or more or selected from the group consisting of carboxyl, amine, imine, thiol group, hydroxyl, and carbonyl functional groups. It may be a polymer having one or more of the following.
보다 상세하게는, 표면 개질제는 시트르산 (Citric acid, CA), 아미노벤조산(Aminobenzoic acid), 아미노사이클로헥세인카르복실산(Aminocyclohexanecarboxylic acid), 아미노뷰티르산(Aminobutyric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylene-diamine-tetraacetic acid), 머캡토벤조익산 (4-Mercaptobenzoic acid), 벤젠다이싸이올 (Benzene-1,4-dithiol), 에틸렌다이아민(Ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine) 및 아세틸아세톤(Acetylacetone)으로 이루어진 유기분자 군으로 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.More specifically, the surface modifiers include citric acid (CA), aminobenzoic acid, aminocyclohexanecarboxylic acid, aminobutyric acid, and ethylenediaminetetraacetic acid (Ethylene). -diamine-tetraacetic acid), 4-Mercaptobenzoic acid, Benzene-1,4-dithiol, Ethylenediamine, Diethylenetriamine and Acetylacetone ( It may be any one selected from the group of organic molecules consisting of Acetylacetone, but is not limited thereto.
또한, 표면 개질제는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리알릴아민(Polyallyamine), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid), 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜메틸이써싸이올 (Poly(ethylene glycol)methyl ether thiol), 아세토아세트산에틸(Ethylacetoacetate) 및 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)으로 이루어진 고분자 군으로 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In addition, surface modifiers include polyethyleneimine, polyallylamine, polyacrylic acid, polypropylene glycol, polyethylene glycol, and polyethylene glycol methyl isthiol (Poly( It may be any one selected from the polymer group consisting of ethylene glycol)methyl ether thiol, ethyl acetoacetate, and polyvinylpyrrolidone (PVP), but is not limited thereto.
일 실시형태에 따르면, 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계에서, 금속-탄소 복합체 용액에 금속염 및 바인더를 첨가할 수 있다.According to one embodiment, in the step of obtaining the metal-carbon heating sheet, a metal salt and a binder may be added to the metal-carbon composite solution.
금속-탄소 복합체 용액에 금속염을 첨가하여 금속-탄소 복합체 용액의 금속 이온 농도를 조절할 수 있다.The metal ion concentration of the metal-carbon composite solution can be adjusted by adding a metal salt to the metal-carbon composite solution.
금속-탄소 복합체 용액에 바인더를 첨가하여 밀도가 낮은 탄소 기공층에 기계적 강도를 제공할 수 있다.By adding a binder to the metal-carbon composite solution, mechanical strength can be provided to the low-density carbon porous layer.
보다 상세하게는, 용매 휘발을 통한 복합체 시트(발열시트) 제조 시 복합체 시트가 수축되어 균일하게 형성되지 못하는 한계점이 있다. 따라서 용매 휘발에 의한 수축을 억제하기 위해 합성 용액 내에서 이미 수축된 복합체 시트를 제조하였다. 합성 용액에 금속염을 첨가하여 금속 이온의 농도를 증가시킴으로써 전기 이중층의 두께가 제한되고 이로 인해 복합체가 수축되는 효과가 있다. 이를 통해 용매 휘발 후 균질한 복합체 발열시트를 제조할 수 있다.More specifically, when manufacturing a composite sheet (heating sheet) through solvent volatilization, there is a limitation in that the composite sheet shrinks and cannot be formed uniformly. Therefore, in order to suppress shrinkage due to solvent volatilization, a composite sheet that had already shrunk in the synthesis solution was prepared. By increasing the concentration of metal ions by adding metal salts to the synthesis solution, the thickness of the electric double layer is limited, which has the effect of shrinking the composite. Through this, a homogeneous composite heating sheet can be manufactured after solvent volatilization.
바인더는 제1 금속 나노입자 및 탄소와 각각 물리적 결합을 매개함으로써 제1 금속 나노입자와 탄소가 연결될 수 있도록 한다. 광조사에 의해 탄소가 환원되면서 생성되는 기체로 인해 인해 내부 압력이 발생하고, 이로 인해 기공 구조가 형성된다. 순간적인 기공 구조 형성에 의한 탄소 구조의 붕괴를 억제하기 위해 바인더를 추가할 수 있다.The binder mediates physical bonds with the first metal nanoparticles and carbon, respectively, allowing the first metal nanoparticles and carbon to be connected. Internal pressure is generated due to the gas generated when carbon is reduced by light irradiation, which leads to the formation of a pore structure. A binder can be added to suppress the collapse of the carbon structure due to instantaneous pore structure formation.
금속염은 염화 금(Au chloride), 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 황산 은(Ag sulfate), 염화 은(Ag chloride), 은 아세틸아세토네이트(Ag acetylacetonate), 질산 구리(II)(Cu(II) nitrate trihydrate), 아세트산 구리(Cu acetate), 황산 구리(Copper(II) sulfate), 염화 구리(Copper(II) chloride), 구리 아세틸아세토네이트(Cu(II) acetylacetonate), 질산 니켈(Nickel(II) nitrate hexahydrate), 아세트산 니켈(Nickel(II) acetate tetrahydrate), 황산 니켈(Nickel(II) sulfate hexahydrate), 염화 니켈(Nickel(II) chloride). 니켈 아세틸아세토네이트(Nickel(II) acetylacetonate), 아세트산 주석(Tin(IV) acetate), 주석 황산염(Tin(II) sulfate), 염화 주석(Tin(II) chloride) 및 주석 아세틸아세토네이트(Tin(II) acetylacetonate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.Metal salts include Au chloride, Ag nitrate, Ag acetate, Ag sulfate, Ag chloride, Ag acetylacetonate, and copper (II) nitrate. )(Cu(II) nitrate trihydrate), Cu acetate, Copper(II) sulfate, Copper(II) chloride, Copper(II) acetylacetonate, nitric acid Nickel(II) nitrate hexahydrate, Nickel(II) acetate tetrahydrate, Nickel(II) sulfate hexahydrate, Nickel(II) chloride. Nickel(II) acetylacetonate, Tin(IV) acetate, Tin(II) sulfate, Tin(II) chloride, and Tin(II) acetylacetonate. ) Any one selected from the group consisting of acetylacetonate) can be used.
바인더는 카르복실(carboxyl), 아민(amine), 이민(imine), 싸이올기 (thiol group), 하이드록실(hydroxyl) 및 카르보닐(carbonyl) 관능기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 가지는 유기분자이거나, 카르복실(carboxyl), 아민(amine), 이민(imine), 싸이올기 (thiol group), 하이드록실(hydroxyl) 및 카르보닐(carbonyl) 관능기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 가지는 고분자일 수 있다.The binder is an organic molecule having at least one selected from the group consisting of carboxyl, amine, imine, thiol group, hydroxyl, and carbonyl functional group. Or, it is a polymer having at least one selected from the group consisting of carboxyl, amine, imine, thiol group, hydroxyl, and carbonyl functional group. You can.
보다 상세하게는, 바인더는 시트르산 (Citric acid, CA), 아미노벤조산(Aminobenzoic acid), 아미노사이클로헥세인카르복실산(Aminocyclohexanecarboxylic acid), 아미노뷰티르산(Aminobutyric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylene-diamine-tetraacetic acid), 머캡토벤조익산 (4-Mercaptobenzoic acid), 벤젠다이싸이올 (Benzene-1,4-dithiol), 에틸렌다이아민(Ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine) 및 아세틸아세톤(Acetylacetone)으로 이루어진 유기분자 군으로 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.More specifically, the binder is citric acid (CA), aminobenzoic acid, aminocyclohexanecarboxylic acid, aminobutyric acid, and ethylenediaminetetraacetic acid (Ethylene- diamine-tetraacetic acid, 4-Mercaptobenzoic acid, Benzene-1,4-dithiol, Ethylenediamine, Diethylenetriamine and Acetylacetone ), but is not limited thereto.
또한, 바인더는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리알릴아민(Polyallyamine), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid), 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜메틸이써싸이올 (Poly(ethylene glycol)methyl ether thiol), 아세토아세트산에틸(Ethylacetoacetate) 및 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)으로 이루어진 고분자 군으로 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In addition, the binder is polyethyleneimine, polyallylamine, polyacrylic acid, polypropylene glycol, polyethylene glycol, and poly(ethylene glycol). It may be any one selected from the polymer group consisting of (glycol)methyl ether thiol), ethyl acetoacetate (Ethylacetoacetate), and polyvinylpyrrolidone (PVP), but is not limited thereto.
바인더는 표면 개질제와 동일한 물질을 사용할 수도 있고, 상이한 물질을 사용할 수도 있다.The binder may be the same material as the surface modifier, or may be a different material.
일 실시형태에 따르면, 활성화 단계에서 광조사는 1 msec 내지 100 sec 동안 수행할 수 있다. 1msec는 0.001sec를 의미한다.According to one embodiment, in the activation step, light irradiation may be performed for 1 msec to 100 sec. 1msec means 0.001sec.
광조사는 단시간 처리가 가능하다. 공정의 생산성을 높이고, 원치 않는 부반응을 억제하기 위해서는 짧은 시간의 열처리가 필수적이다. 일반적인 열처리 공정은 10분 이상이 소요되지만, 고 에너지 밀도를 갖는 광을 조사할 경우 대상 물질의 온도를 순식간에 상승시킬 수 있기 때문에 1 msec 내지 100 sec의 짧은 시간 동안만 조사해도 충분한 열 에너지를 전달할 수 있다. 광조사 시간이 상기 범위보다 부족하면 발열시트의 활성화가 충분히 일어나지 않고, 상기 범위를 초과하면 발열시트가 손상될 수 있다.Light irradiation can be performed in a short period of time. Short-term heat treatment is essential to increase process productivity and suppress unwanted side reactions. A typical heat treatment process takes more than 10 minutes, but when irradiating light with high energy density, the temperature of the target material can be raised instantly, so sufficient heat energy can be delivered even if irradiated for only a short time of 1 msec to 100 sec. You can. If the light irradiation time is shorter than the above range, the heating sheet may not be sufficiently activated, and if it exceeds the above range, the heating sheet may be damaged.
발열시트 활성화 단계에서, 광조사에 사용되는 광원의 속도는 5 mm/sec 내지 1500 mm/sec일 수 있다. 광원의 속도는 타겟 물질 상에서 광원이 빛을 발산하며 이동하는 속도를 의미한다. 광원이 레이저인 경우, 광원의 속도는 레이저의 스캔 속도를 의미한다. 광원의 속도가 상기 범위를 초과하면, 발열시트는 탄소 기공층을 형성할만큼 빛을 충분히 흡수하지 못하여 제1 나노입자까지 광 에너지가 도달하지 못하고, 따라서 타겟 필름에 열을 공급할 수 없게 된다. 반면, 광원의 속도가 상기 범위 미만일 경우에는 발열시트의 상단부에 광 에너지가 과도하게 가해져 발열시트가 손상되는 한계점이 있다.In the heating sheet activation step, the speed of the light source used for light irradiation may be 5 mm/sec to 1500 mm/sec. The speed of the light source refers to the speed at which the light source emits light and moves on the target material. When the light source is a laser, the speed of the light source means the scanning speed of the laser. If the speed of the light source exceeds the above range, the heating sheet does not absorb enough light to form a carbon porous layer, so the light energy does not reach the first nanoparticles, and thus heat cannot be supplied to the target film. On the other hand, if the speed of the light source is less than the above range, there is a limit where light energy is excessively applied to the upper part of the heating sheet and the heating sheet is damaged.
발열시트 활성화 단계에서, 광조사에 사용되는 광원의 전력은 0.1 W 내지 20 W일 수 있다. 광원의 전력 또한 광원의 속도와 마찬가지로 전력이 일정 범위 이상으로 약하면 발열시트가 탄소 기공층을 충분히 형성하지 못하여 타겟 필름에 열 에너지를 전달할 수 없다. 광원의 전력이 과도하면 발열시트가 손상되는 한계점이 있다.In the heating sheet activation step, the power of the light source used for light irradiation may be 0.1 W to 20 W. Similar to the speed of the light source, if the power of the light source is weak beyond a certain range, the heating sheet cannot sufficiently form a carbon pore layer and cannot transfer heat energy to the target film. If the power of the light source is excessive, there is a limit to damage to the heating sheet.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속-탄소 발열시트는 전술된 금속-탄소 발열시트의 제조방법에 따라 제조된다. 또한, 금속-탄소 발열시트는 제1 금속 나노입자와 탄소의 복합체로 형성되며, 탄소는 금속-탄소 발열시트에서 지지체 역할을 한다. 금속 나노입자는 광 흡수율이 매우 높아 금속 나노입자를 포함하는 금속-탄소 발열시트는 열 전도성이 우수하다.The metal-carbon heating sheet according to an embodiment of the present invention is manufactured according to the above-described metal-carbon heating sheet manufacturing method. Additionally, the metal-carbon heating sheet is formed from a composite of first metal nanoparticles and carbon, and carbon serves as a support in the metal-carbon heating sheet. Metal nanoparticles have a very high light absorption rate, so metal-carbon heating sheets containing metal nanoparticles have excellent thermal conductivity.
금속-탄소 발열시트는 제1 금속 나노입자를 포함하고, 제1 금속 나노입자는 금, 은, 구리, 니켈, 주석 및 이들의 합금 조성물 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The metal-carbon heating sheet includes first metal nanoparticles, and the first metal nanoparticles may be any one selected from gold, silver, copper, nickel, tin, and alloy compositions thereof.
금속 나노입자는 금속의 종류 및 입자 크기에 따라 특정 파장에서 강한 광 흡수 효율을 나타내는 플라즈몬 특성을 가진다. 특히, 은 나노입자의 경우 입자의 크기 및 캡핑 고분자를 조절하여 400nm 내지 600 nm 파장에서 강한 흡광도를 나타내도록 합성할 수 있다. 따라서 은 나노입자는 조사하는 광을 강하게 흡수하여 열을 발생할 수 있으며 열처리 효율이 높다.Metal nanoparticles have plasmonic properties that exhibit strong light absorption efficiency at specific wavelengths depending on the type of metal and particle size. In particular, silver nanoparticles can be synthesized to exhibit strong absorbance at a wavelength of 400 nm to 600 nm by adjusting the particle size and capping polymer. Therefore, silver nanoparticles can strongly absorb irradiated light and generate heat, and heat treatment efficiency is high.
금속-탄소 발열시트는 탄소를 포함하고, 탄소는 그래핀 산화물, 환원 그래핀, 그래핀, 탄소나노튜브, 흑연, 맥신(Mxene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The metal-carbon heating sheet contains carbon, and the carbon may be any one or more selected from the group consisting of graphene oxide, reduced graphene, graphene, carbon nanotubes, graphite, and Mxene.
특히, 그래핀 산화물은 열전도도가 낮으며 치밀구조의 필름으로 제작이 가능하다. 광 조사를 통해 그래핀 산화물이 환원되면 열전도도가 증가하며 열분해 거동에 의해 발생하는 내부 압력으로 인해 기공구조 형성이 가능하다. 환원된 그래핀 산화물 시트의 기공도는 탄소층을 결착하는 금속 나노입자의 밀도에 따라 결정될 수 있다. 즉, 금속 나노입자의 밀도가 높은 경우 치밀층이 형성되고, 금속 나노입자의 밀도가 낮은 경우 기공층이 형성될 수 있다.In particular, graphene oxide has low thermal conductivity and can be produced as a film with a dense structure. When graphene oxide is reduced through light irradiation, thermal conductivity increases, and pore structures can be formed due to internal pressure generated by thermal decomposition behavior. The porosity of the reduced graphene oxide sheet can be determined depending on the density of metal nanoparticles binding the carbon layer. That is, when the density of metal nanoparticles is high, a dense layer may be formed, and when the density of metal nanoparticles is low, a porous layer may be formed.
일 실시형태에 따르면, 금속-탄소 발열시트는 두께가 4 μm 내지 30 μm일 수 있다. According to one embodiment, the metal-carbon heating sheet may have a thickness of 4 μm to 30 μm.
일 실시형태에 따르면, 상단부의 두께는 2 μm 내지 15 μm이고, 하단부의 두께는 0.2 μm 내지 2 μm 일 수 있다.According to one embodiment, the upper portion may have a thickness of 2 μm to 15 μm, and the lower portion may have a thickness of 0.2 μm to 2 μm.
발열시트는 광흡수율이 매우 높은 금속 나노입자를 열전도성이 우수한 기공 구조의 탄소 지지체에 형성하여 이루어졌으며, 시트의 형상을 유지하기 위해서는 4 μm 내지 30 μm 두께의 후막으로 형성되어야 한다. 하지만 금속 나노입자는 1 μm 이하의 두께에서 제한적으로 광 흡수가 가능하다. 따라서, 발열시트의 대부분을 거대 기공이 포함된 탄소 지지층으로 구성함으로써 발열시트에서 전체적으로 광 흡수되는 것을 방지한다. 즉, 발열시트는 타겟 필름과 맞닿는 얇은 두께의 부분에만 금속 나노입자의 함유량이 높다.The heating sheet is made by forming metal nanoparticles with a very high light absorption rate on a carbon support with a pore structure with excellent thermal conductivity. In order to maintain the shape of the sheet, it must be formed as a thick film with a thickness of 4 μm to 30 μm. However, metal nanoparticles are capable of limited light absorption at a thickness of 1 μm or less. Therefore, by composing most of the heating sheet with a carbon support layer containing large pores, overall light absorption in the heating sheet is prevented. In other words, the heating sheet has a high content of metal nanoparticles only in the thin part that contacts the target film.
금속-탄소 발열시트에서 상단부의 탄소 및 제1 금속 나노입자의 질량비는 1:2 내지 1:7 이고, 하단부의 탄소 및 제1 금속 나노입자의 질량비는 1:10 내지 1:20일 수 있다.In a metal-carbon heating sheet, the mass ratio of carbon and first metal nanoparticles at the upper part may be 1:2 to 1:7, and the mass ratio of carbon and first metal nanoparticles at the lower part may be 1:10 to 1:20.
금속-탄소 발열시트의 상단부인 탄소 기공층은 탄소 및 제1 금속 나노입자로 구성되고, 활성화된 금속-탄소 발열시트의 하단부인 탄소 치밀층도 탄소 및 제1 금속 나노입자로 구성되지만, 탄소와 제1 금속 나노입자의 구성비에 차이가 있다.The carbon porous layer, which is the upper part of the metal-carbon heating sheet, is composed of carbon and first metal nanoparticles, and the carbon dense layer, which is the lower part of the activated metal-carbon heating sheet, is also composed of carbon and first metal nanoparticles, but carbon and There is a difference in the composition ratio of the first metal nanoparticles.
일 실시형태에 따르면, 활성화된 금속-탄소 발열시트는 기공 구조를 포함하고, 기공 구조의 기공은 직경이 0.1 μm 내지 5 μm 일 수 있다.According to one embodiment, the activated metal-carbon heating sheet includes a pore structure, and the pores of the pore structure may have a diameter of 0.1 μm to 5 μm.
금속-탄소 발열시트는 미세 기공이 아닌 거대 기공을 포함하며, 이로 인해 산란 효과 없이 빛이 통과하기 용이하다. 즉, 타겟 필름으로의 열 전달 효율이 높아진다.The metal-carbon heating sheet contains macropores rather than micropores, which allows light to easily pass through without a scattering effect. In other words, heat transfer efficiency to the target film increases.
본 발명에 따른 전도성 필름 제조방법은 타겟 필름 상에 금속-탄소 발열시트의 제조방법에 따라 제조되는 금속-탄소 발열시트를 배치하는 단계, 및 상기 금속-탄소 발열 시트의 상단부에 광조사하는 단계를 포함하고, 상기 광조사로 상기 타겟 필름이 전도성을 갖는다.The conductive film manufacturing method according to the present invention includes the steps of placing a metal-carbon heating sheet manufactured according to the manufacturing method of a metal-carbon heating sheet on a target film, and irradiating light to the upper end of the metal-carbon heating sheet. It includes, and the target film becomes conductive due to the light irradiation.
상기 광조사하는 단계에서, 조사된 광 에너지는 탄소 기공층을 투과하여 탄소 치밀층에서 열 에너지로 전환되고, 타겟 필름에 열에너지로 공급된다. In the light irradiation step, the irradiated light energy passes through the carbon porous layer, is converted into heat energy in the carbon dense layer, and is supplied as heat energy to the target film.
타겟 필름은 제2 금속 나노입자를 포함할 수 있고, 타겟 필름이 발열시트와 맞닿는 면에 제2 금속 나노입자 층을 포함할 수 있다. 제2 금속 나노입자는 금, 은, 구리, 니켈, 주석 및 이들의 합금 조성물 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 타겟 필름의 금속 나노입자는 발열시트에서 발생한 열로 인해 녹아 타겟 필름의 금속 나노입자끼리 연결되며 이로 인해 전기 전도도가 증가하고 비저항은 감소한다.The target film may include second metal nanoparticles, and may include a second metal nanoparticle layer on the surface where the target film contacts the heating sheet. The second metal nanoparticle may be any one selected from gold, silver, copper, nickel, tin, and alloy compositions thereof. The metal nanoparticles in the target film melt due to the heat generated from the heating sheet and connect to each other, thereby increasing electrical conductivity and decreasing specific resistance.
타겟 필름이 배치된 발열시트에 광조사하는 단계에서, 광조사는 1 msec 내지 100 sec 동안 수행할 수 있다. 광조사 시간이 상기 범위보다 부족하면 타겟 필름에 충분한 열이 전달되지 못하고, 상기 범위를 초과하면 발열시트가 손상될 수 있다. In the step of irradiating light to the heating sheet on which the target film is placed, light irradiation may be performed for 1 msec to 100 sec. If the light irradiation time is shorter than the above range, sufficient heat cannot be transferred to the target film, and if it exceeds the above range, the heating sheet may be damaged.
상기와 같은 이유로 광조사에 사용되는 광원의 속도는 2 mm/sec 내지 1500 mm/sec일 수 있고, 광원의 전력은 0.1 W 내지 20 W 일 수 있다.For the above reasons, the speed of the light source used for light irradiation may be 2 mm/sec to 1500 mm/sec, and the power of the light source may be 0.1 W to 20 W.
또한, 상기 광조사하는 단계에서, 발열시트로부터 타겟 필름에 제공되는 온도는 200 ℃내지 900 ℃일 수 있다.Additionally, in the light irradiation step, the temperature provided to the target film from the heating sheet may be 200°C to 900°C.
[준비예 1] 은 나노입자 용액[Preparation Example 1] Silver nanoparticle solution
에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 121.75 mL에 환원제인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)(분자량: 10,000) 7.6 g을 첨가한 후 80 ℃에서 교반하여 용해시킨다. 다시 상온으로 쿨링 후 질산 은(Ag nitrate) 6.43 g 첨가한다. 120 ℃에서 1 시간 동안 반응시킨 후 상온으로 냉각한다. 7000 rpm에서 15 분 동안 원심분리하여 침전물인 은 나노입자를 얻는다.Add 7.6 g of polyvinylpyrrolidone (molecular weight: 10,000), a reducing agent, to 121.75 mL of ethylene glycol and stir at 80°C to dissolve. After cooling to room temperature again, 6.43 g of silver nitrate (Ag nitrate) is added. React at 120°C for 1 hour and then cool to room temperature. Centrifuge at 7000 rpm for 15 minutes to obtain silver nanoparticles as a precipitate.
증류수(DI water)에 은 나노입자를 0.036 wt% 농도로 분산시켜 은 나노입자 용액을 제조한다.A silver nanoparticle solution is prepared by dispersing silver nanoparticles in distilled water (DI water) at a concentration of 0.036 wt%.
[실시예 1-1] 은-그래핀 산화물 복합체 용액[Example 1-1] Silver-graphene oxide composite solution
준비예 1에서 제조한 은 나노입자 용액 660 mL에 바인더인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) (분자량: 360,000) 0.024 g을 첨가하여 30 분 이상 충분히 교반한다. 증류수(DI water)에 1.5 mg/mL 농도로 분산된 그래핀 산화물 용액 15 g에 폴리비닐피롤리돈을 함유한 은 나노입자 용액을 떨어뜨리며 교반한다. 교반한 용액을 7000 rpm에서 20 분 동안 원심분리하여 침전물인 은-그래핀 산화물 복합체를 얻는다.Add 0.024 g of polyvinylpyrrolidone (molecular weight: 360,000) as a binder to 660 mL of the silver nanoparticle solution prepared in Preparation Example 1 and stir sufficiently for at least 30 minutes. A solution of silver nanoparticles containing polyvinylpyrrolidone was dropped into 15 g of a graphene oxide solution dispersed at a concentration of 1.5 mg/mL in distilled water (DI water) and stirred. The stirred solution is centrifuged at 7000 rpm for 20 minutes to obtain a silver-graphene oxide complex as a precipitate.
증류수(DI water)에 은-그래핀 산화물 복합체를 0.7 wt%의 농도로 분산하여 은-그래핀 산화물 복합체 용액을 제조한다.A silver-graphene oxide complex solution is prepared by dispersing the silver-graphene oxide complex in distilled water (DI water) at a concentration of 0.7 wt%.
[실시예 1-2] 은-그래핀 산화물 발열시트[Example 1-2] Silver-graphene oxide heating sheet
실시예 1-1에서 제조한 은-그래핀 산화물 복합체 용액 5 g에 용매의 이온 농도 조절을 위한 질산 은(Ag nitrate) 0.0849 g과, 바인더인 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)(분자량: 360,000) 0.0233 g을 첨가한다. 폴리비닐피롤리돈이 충분히 용해되도록 1시간 이상 교반한다. 교반한 용액 2.3 g을 AAO 멤브레인 필터(membrane filter)를 이용하여 진공 여과(vacuum filtration)한다. AAO 멤브레인 필터 위에 형성된 약 6 μm 두께의 은-그래핀 산화물 발열시트를 얻는다. 은-그래핀 산화물 발열시트의 상단부 두께는 4 μm 이고, 하단부 두께는 1 μm 이다. 상단부의 그래핀 산화물 및 은 나노입자의 질량비는 1:4 이고, 하단부의 그래핀 산화물 및 은 나노입자의 질량비는 1:12 이다.To 5 g of the silver-graphene oxide composite solution prepared in Example 1-1, 0.0849 g of silver nitrate (Ag nitrate) to control the ion concentration of the solvent, and polyvinylpyrrolidone as a binder (molecular weight: 360,000) Add 0.0233 g. Stir for more than 1 hour to ensure that the polyvinylpyrrolidone is sufficiently dissolved. 2.3 g of the stirred solution was vacuum filtered using an AAO membrane filter. A silver-graphene oxide heating sheet with a thickness of approximately 6 μm was formed on an AAO membrane filter. The thickness of the upper part of the silver-graphene oxide heating sheet is 4 μm, and the thickness of the lower part is 1 μm. The mass ratio of the graphene oxide and silver nanoparticles at the top is 1:4, and the mass ratio of the graphene oxide and silver nanoparticles at the bottom is 1:12.
[실시예 1-3] 은-그래핀 산화물 발열시트 활성화(Activation)[Example 1-3] Activation of silver-graphene oxide heating sheet
실시예 1-2에서 제조된 은-그래핀 산화물 발열시트의 하단부에 파장이 532nm이고 전력이 0.9 W, 스캔 속도가 600 mm/sec (중첩도 90%)인 레이저를 3 sec 동안 조사하여 발열시트를 활성화시킨다. 레이저가 조사된 발열시트는 기공 구조가 형성된다. 형성된 기공의 직경은 0.1 μm 내지 5 μm 의 값을 갖는다.A laser with a wavelength of 532 nm, a power of 0.9 W, and a scan speed of 600 mm/sec (90% overlap) was irradiated to the lower part of the silver-graphene oxide heating sheet prepared in Example 1-2 for 3 sec to form a heating sheet. Activate . A pore structure is formed in the laser-irradiated heating sheet. The diameter of the formed pores ranges from 0.1 μm to 5 μm.
10 mm 길이의 발열시트를 600 mm/sec의 스캔 속도로 선(line) 스캔함으로써 17 msec의 시간동안 광소성한다. 선 스캔을 1 회 반복함으로써 17 msec의 시간동안 광소성한다. 반복 선 스캔을 23 μm 이동하면서 177 회 중첩 조사함으로써 3 sec의 시간동안 광소성한다.A 10 mm long heating sheet is photofired for 17 msec by line scanning at a scan speed of 600 mm/sec. Photofiring is performed for a time of 17 msec by repeating the line scan once. Repeated line scans are photocalcinated for a time of 3 sec by overlapping irradiation 177 times while moving 23 μm.
도 2a는 준비예 1에 따른 은 나노입자 용액의 SEM(주사전사현미경) 이미지이다. 도 2a를 참고하면, 은 나노입자의 크기는 60nm 내지 100nm이고, 은 나노입자 합성 시, 환원제인 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 은 나노입자의 균일한 분산도를 유지할 수 있으며, 폴리비닐피롤리돈의 첨가 양을 조절하여 은 나노입자 크기를 조절할 수 있다.Figure 2a is a scanning electron microscope (SEM) image of the silver nanoparticle solution according to Preparation Example 1. Referring to Figure 2a, the size of the silver nanoparticles is 60 nm to 100 nm, and when synthesizing the silver nanoparticles, uniform dispersion of the silver nanoparticles can be maintained by adding polyvinylpyrrolidone, a reducing agent, and polyvinylpyrrolidone The size of silver nanoparticles can be adjusted by adjusting the amount of money added.
도 2b는 준비예 1에 따른 은 나노입자 용액의 UV-Vis 흡광도 그래프이다. Figure 2b is a UV-Vis absorbance graph of the silver nanoparticle solution according to Preparation Example 1.
UV-Vis 흡광도 그래프를 통해 사용하는 광원의 532 nm 파장 부근에서 은 나노입자가 강한 흡광도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 금속 나노입자의 플라즈몬 특성 때문이며, 특정 파장에 대한 높은 흡광도 특성은 발열 시트의 높은 열처리 효율과 직결된다.Through the UV-Vis absorbance graph, it can be seen that silver nanoparticles exhibit strong absorbance around the 532 nm wavelength of the light source used. This is due to the plasmonic characteristics of metal nanoparticles, and the high absorbance characteristics for a specific wavelength are directly related to the high heat treatment efficiency of the heating sheet.
도 3은 실시예 1-1에 따른 은-그래핀 산화물 복합체 용액의 SEM(주사전사현미경) 이미지이다. 도 3을 참고하면, 직경이 약 60nm 내지 100nm인 은 나노입자가 그래핀 산화물 시트에 쌓여 있는 모습을 확인할 수 있다.Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the silver-graphene oxide composite solution according to Example 1-1. Referring to Figure 3, it can be seen that silver nanoparticles with a diameter of about 60 nm to 100 nm are stacked on a graphene oxide sheet.
도 4a는 실시예 1-2에 따른 AAO 멤브레인 필터(membrane filter) 상에 형성된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 SEM(주사전사현미경) 이미지이다.Figure 4a is a cross-sectional SEM (scanning electron microscopy) image of a silver-graphene oxide heating sheet formed on an AAO membrane filter according to Example 1-2.
도 4a를 참고하면, 발열시트의 두께가 4 μm 내지 6 μm 임을 알 수 있다. 도 4a는 필터에 금속-탄소 복합체 용액을 여과시켜 형성한 금속-탄소 발열시트의 모습으로, 위쪽이 도 1의 탄소 치밀층에 해당하고, 아래쪽이 도 1의 탄소 거대 기공층에 해당한다.Referring to Figure 4a, it can be seen that the thickness of the heating sheet is 4 μm to 6 μm. Figure 4a shows a metal-carbon heating sheet formed by filtering a metal-carbon composite solution through a filter. The upper part corresponds to the carbon dense layer of Figure 1, and the lower part corresponds to the carbon macroporous layer of Figure 1.
도 4b는 실시예 1-2에 따라 제조된 은-그래핀 산화물 발열시트의 은-그래핀 산화물 발열시트 단면의 은에 대한 단면 에너지 분산 X선 분광법(Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 분석 결과이다.Figure 4b is a cross-sectional energy-dispersive It is a result.
도 4b를 참고하면, 발열시트 상단부에 비해 하단부(탄소 치밀층)의 은 나노입자 밀도가 높음을 알 수 있다. 이로 인해 광조사 시 금속 나노입자의 함량이 높은 하단부에서 열이 주로 발생하고, 타겟 필름에 직접적으로 열이 전달될 수 있다.Referring to Figure 4b, it can be seen that the silver nanoparticle density at the lower part (carbon dense layer) is higher than the upper part of the heating sheet. For this reason, when light is irradiated, heat is mainly generated at the bottom where the content of metal nanoparticles is high, and heat can be transferred directly to the target film.
도 5a는 실시예 1-3에 따라 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 저배율 SEM (주사전사현미경) 이미지이다. Figure 5a is a low-magnification SEM (scanning electron microscope) image of a cross-section of a silver-graphene oxide heating sheet activated according to Examples 1-3.
도 5a를 참고하면, 발열시트 중 레이저가 직접적으로 조사된 발열시트의 윗 부분은 그래핀 산화물의 환원 및 폴리비닐피롤리돈의 탄화로 인해 이산화탄소 등의 기체가 발생하며 층이 벌어져 거대 기공 구조가 형성되었다. 반면, 레이저가 충분히 투과하지 못하는 발열시트의 아랫 부분은 기공 구조가 거의 형성되지 않아 비교적 밀도가 높은 구조가 형성되었다. 특히 활성화된 발열시트 아랫 부분의 경우, EDS 분석 결과에서 확인할 수 있듯이 은 나노입자의 밀도가 높아 열 발생에 유리하다.Referring to Figure 5a, the upper part of the heating sheet that is directly irradiated with the laser generates gases such as carbon dioxide due to the reduction of graphene oxide and carbonization of polyvinylpyrrolidone, and the layers spread to form a large pore structure. was formed. On the other hand, in the lower part of the heating sheet where the laser did not sufficiently penetrate, almost no pore structure was formed, resulting in a relatively dense structure. In particular, the lower part of the activated heating sheet has a high density of silver nanoparticles, which is advantageous for heat generation, as can be seen from the EDS analysis results.
도 5b는 실시예 1-3에 따라 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트의 단면 고배율 SEM(주사전사현미경) 이미지이다. 도 5b를 참고하면, 은 나노입자의 크기가 60 nm 내지 100 nm이며, 이를 통해 활성화 후에도 발열시트의 은 나노입자의 크기는 크게 변하지 않은 것을 확인할 수 있다. 따라서 활성화된 이후에도 발열시트는 532 nm 파장의 레이저를 흡수 가능함을 알 수 있다.Figure 5b is a cross-sectional high-magnification SEM (scanning electron microscopy) image of the silver-graphene oxide heating sheet activated according to Examples 1-3. Referring to Figure 5b, the size of the silver nanoparticles is 60 nm to 100 nm, and it can be seen that the size of the silver nanoparticles of the heating sheet does not change significantly even after activation. Therefore, it can be seen that even after activation, the heating sheet can absorb laser with a wavelength of 532 nm.
[실험예 1][Experimental Example 1] 발열시트 열 발생 평가Heating sheet heat generation evaluation
실시예 1-3에서 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트와 종이 기판 또는 흑연 기판을 밀착하여 배치하고, 발열시트의 상단부에 레이저를 조사한다. 레이저를 조사하는 동안 발열시트의 온도 변화를 열화상 카메라를 이용하여 비접촉식으로 측정한다. The silver-graphene oxide heating sheet activated in Example 1-3 is placed in close contact with a paper substrate or graphite substrate, and a laser is irradiated to the upper part of the heating sheet. During laser irradiation, the temperature change of the heating sheet is measured non-contactly using a thermal imaging camera.
실험예 1에 따른 결과는 도 6a 내지 도 6c에 나타내었다.The results according to Experimental Example 1 are shown in FIGS. 6A to 6C.
도 6a는 레이저 전력에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6a를 참고하면, 온도 변화는 레이저의 스캔 속도가 800mm/sec일 때 측정되었으며, 레이저의 전력(power)이 증가함에 따라 발열시트에서 발생하는 최고 온도가 증가한다.Figure 6a is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet according to laser power. Referring to Figure 6a, the temperature change was measured when the scan speed of the laser was 800 mm/sec, and as the power of the laser increased, the maximum temperature generated in the heating sheet increased.
도 6b는 레이저 반복 스캔 횟수에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6b 참고하면, 온도 변화는 레이저의 전력이 1.1 W, 레이저의 스캔 속도가 800mm/sec일 때 측정되었으며, 반복 스캔 횟수가 증가함에 따라 열 발생 시간이 증가한다.Figure 6b is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet according to the number of repeated laser scans. Referring to Figure 6b, the temperature change was measured when the laser power was 1.1 W and the laser scan speed was 800 mm/sec, and the heat generation time increased as the number of repetitive scans increased.
도 6c는 레이저 스캔 속도에 따른 은-그래핀 산화물 발열시트의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6c를 참고하면, 온도 변화는 레이저의 전력이 1.1 W일 때 측정되었으며, 레이저의 스캔 속도가 감소함에 따라 열 발생 시간은 증가한다. 즉, 동일한 면적을 스캔 시, 스캔 속도가 감소하면 면적을 스캔하는 총 시간이 증가하므로 열 발생 시간이 증가한다.Figure 6c is a graph showing the temperature change of the silver-graphene oxide heating sheet according to the laser scanning speed. Referring to Figure 6c, the temperature change was measured when the laser power was 1.1 W, and as the scan speed of the laser decreased, the heat generation time increased. In other words, when scanning the same area, if the scan speed decreases, the total time to scan the area increases, and thus the heat generation time increases.
[실험예 2] 발열시트 응용 평가[Experimental Example 2] Heating sheet application evaluation
실시예 1-3에서 활성화된 은-그래핀 산화물 발열시트와 타겟 필름을 밀착하여 배치한다. 활성화한 발열시트의 상단부에 레이저를 조사한다. 타겟 필름은 폴리이미드(polyimide) 필름 상에 은 나노입자를 스프레이 코팅(spray coating)한 필름을 사용한다. 타겟 필름의 은 나노입자의 크기는 60 ~ 100 nm이며, 은 나노입자 층의 두께는 약 6 μm이다.The silver-graphene oxide heating sheet activated in Example 1-3 and the target film were placed in close contact. The laser is irradiated to the upper part of the activated heating sheet. The target film uses a film in which silver nanoparticles are spray coated on a polyimide film. The size of the silver nanoparticles in the target film is 60 to 100 nm, and the thickness of the silver nanoparticle layer is about 6 μm.
타겟 필름의 은 나노입자는 발열시트에서 발생한 열로 인해 녹아 은 나노입자끼리 연결되며 전기 전도도가 증가하고 비저항이 감소한다. The silver nanoparticles in the target film melt due to the heat generated from the heating sheet, connecting the silver nanoparticles, increasing electrical conductivity and decreasing specific resistance.
도 7a는 실험예 2에서 레이저 반복 스캔 횟수를 1회로 하였을 때 레이저 전력(power) 및 스캔 속도에 따른 타겟 필름인 은 나노입자 필름의 비저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 7a is a graph showing the resistivity measurement results of a silver nanoparticle film, which is a target film, according to laser power and scanning speed when the number of repeated laser scans was set to 1 in Experimental Example 2.
10 mm 길이의 발열시트를 800 mm/sec의 스캔속도로 선(line) 스캔함으로써 12.5 msec의 시간동안 광소성한다. 선 스캔을 1 회 반복함으로써 12.5 msec의 시간동안 광소성한다. 반복 선 스캔을 23 μm 이동하면서 177 회 중첩 조사함으로써 2.2 sec의 시간동안 광소성한다. A 10 mm long heating sheet is optically fired for 12.5 msec by line scanning at a scan speed of 800 mm/sec. Photofiring is performed for a time of 12.5 msec by repeating the line scan once. Photofiring is performed for a time of 2.2 sec by overlapping irradiation 177 times while moving repetitive line scans by 23 μm.
10 mm 길이의 발열시트를 400 mm/sec의 스캔속도로 선(line) 스캔함으로써 25 msec의 시간동안 광소성한다. 선 스캔을 1 회 반복함으로써 25 msec의 시간동안 광소성한다. 반복 선 스캔을 23 μm 이동하면서 177 회 중첩 조사함으로써 4.4 sec의 시간동안 광소성한다.A 10 mm long heating sheet is optically fired for 25 msec by line scanning at a scan speed of 400 mm/sec. Photofiring is performed for a time of 25 msec by repeating the line scan once. Repeated line scans are photocalculated for a time of 4.4 sec by overlapping irradiation 177 times while moving 23 μm.
도 7b는 실험예 2에서 레이저 반복 스캔 횟수를 5회로 하였을 때 레이저 전력(power) 및 스캔 속도에 따른 타겟 필름인 은 나노입자 필름의 비저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 7b is a graph showing the resistivity measurement results of a silver nanoparticle film, which is a target film, according to laser power and scanning speed when the number of repeated laser scans was set to 5 in Experimental Example 2.
10 mm 길이의 발열시트를 800 mm/sec의 스캔속도로 선(line) 스캔함으로써 12.5 msec의 시간동안 광소성한다. 선 스캔을 5 회 반복함으로써 62.5 msec의 시간동안 광소성한다. 반복 선 스캔을 23 um 이동하면서 177 회 중첩 조사함으로써 11 sec의 시간동안 광소성한다. A 10 mm long heating sheet is optically fired for 12.5 msec by line scanning at a scan speed of 800 mm/sec. Photofiring is performed for a time of 62.5 msec by repeating the line scan 5 times. Photofiring is performed for a time of 11 sec by overlapping irradiation 177 times while moving the repetitive line scan by 23 um.
10 mm 길이의 발열시트를 400 mm/sec의 스캔속도로 선(line) 스캔함으로써 25 msec의 시간동안 광소성한다. 선스캔을 5 회 반복함으로써 125 msec의 시간동안 광소성한다. 반복 선스캔을 23 μm 이동하면서 177 회 중첩 조사함으로써 22.1 sec의 시간동안 광소성한다.A 10 mm long heating sheet is optically fired for 25 msec by line scanning at a scan speed of 400 mm/sec. Photocalcination is performed for a time of 125 msec by repeating the line scan 5 times. Photocalcination is performed for a time of 22.1 sec by overlapping irradiation 177 times while moving the repetitive line scan 23 μm.
도 7a 및 도 7b를 참고하면, 레이저 전력(power)이 증가함에 따라 발열시트에서 높은 열이 발생하므로 은 타겟 필름의 비저항이 감소한다. 스캔 속도 감소 및 반복 횟수가 증가함에 따라 열 발생 시간이 증가하므로 비저항이 감소한다. 이는 실험예 1의 결과와 동일한 경향성을 보인다. 이를 통해 발열시트에서 열 발생 및 전달이 가능함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B, as laser power increases, high heat is generated in the heating sheet, and thus the specific resistance of the silver target film decreases. As the scan speed decreases and the number of repetitions increases, the heat generation time increases and the resistivity decreases. This shows the same tendency as the results of Experimental Example 1. This shows that heat generation and transfer are possible from the heating sheet.
[비교예 1] 일반 열처리 시 은 나노입자의 비저항 측정[Comparative Example 1] Measurement of resistivity of silver nanoparticles during general heat treatment
실험예 2에 있어, 발열시트를 사용하지 않고 핫 플레이트(hot plate)를 사용하여 일반 열처리한 타겟 필름인 은 나노입자 필름의 비저항 변화를 비교대상으로 준비하였다.In Experimental Example 2, the change in specific resistance of a silver nanoparticle film, which was a target film that was subjected to general heat treatment using a hot plate without using a heating sheet, was prepared as an object of comparison.
실험예 2에서 타겟 필름으로 사용한 것과 동일한 은 나노입자 필름을 핫 플레이트(hot plate)에서 온도 및 시간(10 min, 3 sec)을 달리하여 열처리하였다. 열처리 후 은 나노입자 필름의 비저항을 측정한 결과를 도 8에 나타내었다. 이를 통해 은 나노입자 필름을 충분히 열처리했을 때 비저항은 약 30 μΩcm 임을 알 수 있다. The same silver nanoparticle film used as the target film in Experimental Example 2 was heat-treated on a hot plate at different temperatures and times (10 min, 3 sec). The results of measuring the specific resistance of the silver nanoparticle film after heat treatment are shown in Figure 8. Through this, it can be seen that when the silver nanoparticle film is sufficiently heat treated, the specific resistance is about 30 μΩcm.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents thereof as well as the claims described later.
Claims (11)
상기 제1 금속 나노입자 용액을 탄소 용액과 혼합하여 금속-탄소 복합체 용액을 제조한 후, 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계; 및
상기 금속-탄소 발열시트의 상단부에 광조사하여, 상기 금속-탄소 발열시트의 상단부의 밀도가 상기 금속-탄소 발열시트의 하단부의 밀도보다 작아지도록 활성화하는 단계;를 포함하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
Preparing a first metal nanoparticle solution containing first metal nanoparticles;
Mixing the first metal nanoparticle solution with a carbon solution to prepare a metal-carbon composite solution, and then obtaining a metal-carbon heating sheet; and
Irradiating light to the upper end of the metal-carbon heating sheet, activating the upper end of the metal-carbon heating sheet so that the density of the upper end of the metal-carbon heating sheet is lower than the density of the lower end of the metal-carbon heating sheet. Manufacturing method.
상기 금속-탄소 발열시트를 얻는 단계에서,
상기 금속-탄소 복합체 용액은 코팅, 프린팅 및 여과로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 공정으로부터 금속-탄소 발열시트를 얻는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
In the step of obtaining the metal-carbon heating sheet,
The metal-carbon composite solution is a method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that the metal-carbon heating sheet is obtained from any one process selected from the group consisting of coating, printing, and filtration.
상기 제1 금속 나노입자 용액을 상기 탄소 용액과 혼합하기 전에,
상기 제1 금속 나노입자 용액에 표면 개질제를 첨가하여 상기 제1 금속 나노입자의 응집을 제어하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
Before mixing the first metal nanoparticle solution with the carbon solution,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that agglomeration of the first metal nanoparticles is controlled by adding a surface modifier to the first metal nanoparticle solution.
상기 금속-탄소 복합체 용액을 제조한 후에,
상기 금속-탄소 복합체 용액에 금속염 및 바인더를 첨가하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
After preparing the metal-carbon composite solution,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that adding a metal salt and a binder to the metal-carbon composite solution.
상기 활성화 단계에서,
상기 광조사는 1 msec 내지 100 sec 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
In the activation step,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that the light irradiation is performed for 1 msec to 100 sec.
상기 활성화된 금속-탄소 발열시트는,
상단부가 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고,
하단부가 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성되는 것을 특징으로 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
The activated metal-carbon heating sheet,
The upper part is composed of a carbon pore layer containing low-density first metal nanoparticles,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that the lower part is composed of a carbon dense layer containing high-density first metal nanoparticles.
상기 활성화된 금속-탄소 발열시트는,
상기 상단부의 두께가 2 μm 내지 15 μm이고,
상기 하단부의 두께가 0.2 μm 내지 2 μm 인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to paragraph 1,
The activated metal-carbon heating sheet,
The upper portion has a thickness of 2 μm to 15 μm,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that the thickness of the lower part is 0.2 μm to 2 μm.
상기 탄소 기공층에서 기공의 직경은 0.1 μm 내지 5 μm 인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 발열시트의 제조방법.
According to clause 6,
A method of manufacturing a metal-carbon heating sheet, characterized in that the diameter of the pores in the carbon porous layer is 0.1 μm to 5 μm.
A metal-carbon heating sheet manufactured according to claim 1.
상기 활성화된 금속-탄소 발열시트는,
상단부가 저밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 기공층으로 구성되고,
하단부가 고밀도 제1 금속 나노입자가 포함된 탄소 치밀층으로 구성되는 것을 특징으로 금속-탄소 발열시트.
According to clause 9,
The activated metal-carbon heating sheet,
The upper part is composed of a carbon pore layer containing low-density first metal nanoparticles,
A metal-carbon heating sheet characterized in that the lower part is composed of a dense carbon layer containing high-density first metal nanoparticles.
상기 금속-탄소 발열 시트의 상단부에 광조사하는 단계;를 포함하고,
상기 광조사로 상기 타겟 필름이 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 포함하는 전도성 필름 제조방법.
Placing the metal-carbon heating sheet manufactured according to claim 1 on the target film; and
Comprising: irradiating light to the upper end of the metal-carbon heating sheet,
A method of manufacturing a conductive film, characterized in that the target film becomes conductive due to the light irradiation.
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