톱니 형상 슬릿 정전분무 노즐 개발과 투명 전극에의 응용에 관한 연구

Abstract

투명전극의 제조는 주로 ITO 물질을 사용하여 스퍼터링 방법으로 제조되고 있다. 하지만 ITO는 유연한 기판에 적용되기 어려운 단점이 있어, 최근에는 휘어지는 투명전극을 만들기 위한 여러가지 다른 방법들이 연구되고 있다. 그 중 한 방법으로 메탈 나노입자 또는 나노와이어를 정전분무법을 사용하여 유연한 기판에 코팅하여 투명전극을 제작하는 방법이 적용되고 있다. 정전분무는 액체를 미립화하는 방법 중 하나로써 정전기력을 이용한다. 캐필러리 튜브로 주입되는 전도성 액체에 고전압이 인가되면, 캐필러리 출구부분 팁에서 콘 형상의 메니스커스가 형성되는데, 이는 유체의 표면장력과 전기력이 균형을 이루어 발생하는 것이다. 콘의 끝에서 액주가 형성되고 액주의 끝에서는 유체의 불안정성에 의해서 액적으로 분리가 된다. 이렇게 발생한 액적은 서로 같은 극의 전하를 띠고 있기 때문에 반발력을 가지게 되고, 따라서 미립화된 액적이 서로 분리된다. 정전분무법을 이용하여 단분산분포를 가지는 액적을 제조하고 이것을 이용하여 표면 코팅에 적용을 한다. 대면적의 표면 코팅을 위해서 기존의 슬릿 노즐에 스프레잉 팁을 장착하여 정전분무법을 적용하였다. 안정된 콘젯 모드의 정전분무를 가시화를 통하여 확인하였고, 또한 전류, 직경, 유량의 관계를 확인함으로써 콘젯 모드를 확인하였다. 또한 톱니형상의 슬릿 노즐의 각 팁에서 발생하는 액적의 크기가 편차 5% 이내로 일정함을 확인하였고, 유량 또한 6% 이내로 일정함을 확인하였다. 발생된 입자의 기하표준편차는 1.10 미만으로 단분산 분포를 가짐을 확인하였다. 이렇게 제안되고 개발된 톱니형상 슬릿 노즐을 이용하여 정전분무법으로 투명전극을 제조하였다. 은 나노 와이어를 이소프로필 알콜에 분산시킨 후 정전분무를 사용하여 PET 필름에 코팅하였다. 분무 유량은 30~60 mL/h를 설정하였고, 해당 유량에서 콘젯 모드를 발생시킬 수 있는 인가 전압을 설정하여 적용하였다. 이렇게 완성된 투명전극의 표면저항과 투과도를 측정하였다. 표면저항은 최소 5.5 Ω/sq, 투과도는 최대 78%를 나타내었다. 또한 유연성을 확인하기 위해서 최소곡률반경 2,4,6 mm의 조건으로 2,000회의 굽힘 시험을 수행하였다. 굽힘 시험 이후 최대 18%의 표면저항 변화가 있는 것을 확인하였다. 완성된 2매의 대면적 투명전극을 이용하요 터치 패널을 제작하였다. 터치 패널로 손글씨를 입력하였고, 입력된 글씨가 문자인식 프로그램에서 잘 인식됨을 확인하였다.