금속 나노구조체와 맥신을 포함하는 나노복합체 기반 투명 히터 및 그 제조방법
Transparent heaters based on nanocomposites comprising metal nanostructures and Mxene and The manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명은 금속 나노구조체와 맥신을 포함하는 나노복합체 기반 투명 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 비교적 간단하며 대면적 증착에 적합한 용액 공정을 통해 투명 전도성 전극을 효과적으로 제조하며, 복잡하고 고온이 요구되는 공정 대신 저온 열처리 과정을 통해 투명 전도성 전극 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 투명 히터는 종래 투명 전극으로 사용되던 ITO 필름의 높은 광 투과율 및 낮은 면 저항 특성은 유지하되, 종래 ITO 필름의 단점인 열적 안정성과 느린 열 응답 특성은 보완하여, 380 내지 700 ㎚ 조건 하에서 68 내지 84%의 광 투과율을 나타내며, 1 내지 5 V의 인가 전압 조건에서 1 내지 50 Ω/sq의 면 저항값을 나타내고 100초 이내에 200 ℃ 이상 온도에 도달하는 발열 특성을 가진다.
청구항
번호청구항
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a) 투명 기판을 준비하는 단계;b) 나노와이어, 나노튜브 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 형태를 가진 금속 나노구조체가 분산된 용액을 상기 기판 상에 코팅한 후 80 내지 120 ℃ 온도 하에서 어닐링을 수행하여 금속 나노구조체층을 형성하는 단계; c) 맥신(MXene) 용액을 상기 기판 상에 코팅한 후 80 내지 120 ℃ 온도 하에서 어닐링을 수행하여 상기 금속 나노구조체를 구조적으로 보호하여 금속 나노구조체의 산화를 억제하는 보호층을 형성하는 단계; 및 d) 금속 페이스트(paste)를 이용하여 상기 기판 상에 금속 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 투명 히터 제조방법.

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제 1 항에 있어서, 상기 a 단계의 투명 기판은, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA), 에탄올, 탈이온수(Di water), 메틸에틸케톤, 톨루엔, 테트라클로로에틸렌 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 세척액으로 초음파 세척 처리된 것인, 투명 히터 제조방법.

3

제 1 항에 있어서, 상기 b 단계의 금속 나노구조체 분산 용액은, 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상을, 물, 에탄올, 미네랄 오일, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글라이콜 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 용매 내에 분산한 것인, 투명 히터 제조방법.

4

제 1 항에 있어서,상기 c 단계의 맥신 용액은, 용매에 전이금속 카바이드(carbides), 나이트라이드(nitrides), 카본 나이트라이드(carbon nitrides) 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상을, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 몰리브데넘(Mb), 탄소(C), 바나듐(V), 크로뮴(Cr) 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 금속과 조합한 맥신(MXene)을 분산시킨 것인, 투명 히터 제조방법.

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삭제

6

제 1 항에 있어서,상기 d 단계는, 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 텡스텐(W), 몰리브데넘(Mb) 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는 금속 페이스트를 이용하여, 상기 기판 상에 스프레이 코팅, 바 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 롤투롤 프린팅 및 스크린 프린팅 중 하나 이상의 기법으로 금속 전극을 형성하는 것인, 투명 히터 제조방법.

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제 1 항의 방법에 따라 제조되며,투명 기판; 상기 기판 표면에 형성된 금속 나노구조체층 및 상기 금속 나노구조체층 상에 형성되고 상기 금속 나노구조체를 구조적으로 보호하여 금속 나노구조체의 산화를 억제하는 맥신(MXene) 보호층을 포함하는 나노복합체층; 및 상기 나노복합체층 표면에 형성된 금속 전극; 을 포함하되,상기 나노복합체층은, 나노복합체층 전체 중량을 기준으로 상기 금속 나노구조체를 0.25 내지 5.0 중량%로 포함하고, 상기 맥신을 0.5 내지 3.0 중량%로 포함하는, 투명 히터.

8

제 7 항에 있어서,상기 투명 기판은, ITO(Indium Tin Oxide), 유리, PET, PI 폴리머, 프릿 글래스(flit glass), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO), 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 재질을 가지는, 투명 히터.

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삭제

10

삭제

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제 7 항에 있어서,상기 나노복합체층의 두께는 10 내지 1,000 nm인, 투명 히터.

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제 7 항에 있어서,상기 나노복합체층의 금속 나노구조체는, 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 이들의 조합 중 선택되는 1종 이상의 금속 나노와이어 또는 금속 나노튜브이며, 상기 금속 나노와이어는 10 내지 200 ㎚ 범위의 평균직경, 5 내지 100 ㎛의 길이를 가지는 것인, 투명 히터.

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제 7 항에 있어서,상기 나노복합체층은, 금속 나노구조체 간 1차원 선 접촉을 2차원 면 접촉으로 변환시켜 접촉 저항을 감소시킨 것인, 투명 히터.

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삭제

15

제 7 항에 있어서,상기 투명 히터는 380 내지 700 ㎚ 조건 하에서 68 내지 84 %의 광 투과율을 나타내는, 투명 히터.

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제 7 항에 있어서,상기 투명 히터는 1 내지 5 V의 인가 전압 조건에서 1 내지 50 Ω/sq의 면 저항값을 나타내고, 100초 이내에 200 ℃ 이상 온도에 도달하는 발열 특성을 나타내는, 투명 히터.

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제 7 항에 있어서,상기 투명 히터는 210분 이내의 동작 시간에서 3% 이내의 발열 변화율을 가지는, 투명 히터.

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제 7 항에 있어서,상기 투명 히터는 자가 발전형 모바일 전자기기 용도를 가지며,디스플레이 패널, 잠망경, 디프로스터, 스마트 윈도우, 항공/선박/자동차용 전자기기, 제빙기, 살균기, 전기 난방기, 전기 조리기구 또는 고글에 적용되는, 투명 히터.