투명전도성필름 (Transparent conducting film-TCF)이란 가시광선 영역(380-780nm)에서 투과율이 80% 이상이고, 우수한 전기전도성을 가지는 박막을 의미한다. TCF는 전도성 대비 투과도 특성에 따라 전자 및 광학 분야에서 다양하게 응용된다. 현재, 인듐-틴옥사이드(Indium tin oxide-ITO)는 높은 전기전도성 및 투과율을 갖고 있기 때문에 TCF의 재료로서 많이 사용되고 있다. 그러나, ITO-TCF는 기계적으로 유연성이 떨어질 뿐만 아니라 제조공정이 매우 복잡하고 비용이 높다는 단점이 있다. 또한, ITO는 자원고갈로 인하여 가격이 상승하고 있어 대체물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 단일벽탄소나노튜브(Single Walled Carbon Nanotube-SWCNT)는 탄소원자들의 강한 결합에 의하여 ...
투명전도성필름 (Transparent conducting film-TCF)이란 가시광선 영역(380-780nm)에서 투과율이 80% 이상이고, 우수한 전기전도성을 가지는 박막을 의미한다. TCF는 전도성 대비 투과도 특성에 따라 전자 및 광학 분야에서 다양하게 응용된다. 현재, 인듐-틴옥사이드(Indium tin oxide-ITO)는 높은 전기전도성 및 투과율을 갖고 있기 때문에 TCF의 재료로서 많이 사용되고 있다. 그러나, ITO-TCF는 기계적으로 유연성이 떨어질 뿐만 아니라 제조공정이 매우 복잡하고 비용이 높다는 단점이 있다. 또한, ITO는 자원고갈로 인하여 가격이 상승하고 있어 대체물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 단일벽탄소나노튜브(Single Walled Carbon Nanotube-SWCNT)는 탄소원자들의 강한 결합에 의하여 인장강도 및 열 안정성 등이 우수한 물질로 알려져 있다. SWCNT 박막은 높은 투과율과 전기전도성을 가지고 있고, ITO에 비해서 훨씬 유연성이 뛰어나기 때문에 대체가 가능한 물질 중 하나이다. 기존에 사용되고 있는 SWCNT-TCF 제조 공정은 다른 합성 방법들로부터 성장이 된 SWCNT를 화학적(유기용매, 계면활성제, 전해질, 고분자, 공정) 또는 기계적(초음파, 볼밀링, 연마와 마찰) 분산 기술을 이용하여 기판에 코팅하고, 강한 산을 이용하여 계면활성제를 제거하는 방식이다. 이 제조 방법은 분산 및 전사 기술 또는 높은 비용을 필요로 한다. 본 연구에서는 SWCNT 용액 제조 및 분산/전사 공정을 생략하여, 정전스프레이-부동촉매 화학기상증착 (Electrostatic Spray Assisted Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition-ESAFCCVD) 방법으로 바로 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 기판에 한 단계로 성공적으로 성장을 시켰다. 우리는 PET 기판을 퍼네스 유리관의 끝부분(x=20.5~23.5cm)에 위치시키고, 1000◦C에서 전구체 용액(0.01M Ferrocene과 에탄올 0.2wt%의 물)을 30분 동안 분사하여 코팅하여 필름을 제조하였다. 성장 후, 질산으로 후-처리(post treatment)를 하고 증류수로 세척을 하였다. 그러나 이 제조공정에서 SWCNT가 PET 기판과 쉽게 분리된다는 문제점이 발생하였으나, PET 기판의 표면을 질산 (HNO3 treatment) 및 알곤플라즈마 (Argon plasma treatment) 전-처리(pre-treatment)를 함으로써 보완하였다. 전-처리 목적은 PET 기판표면의 소수성을 향상시키기 위해서다. PET 기판의 표면의 전-처리 공정은 필름의 순도 및 기판과 SWCNT간의 접착성 (adhesiveness)을 향상시키는데 도움이 되는 것을 확인하였다. 결론적으로, 우리는 (94.5±2.5%)의 투과율과 3.18㏀/sq-13.9㏀/sq의 면 저항 값을 가진 필름을 한 단계로 제조하였고, 이 SWCNT-TCF은 정전기 방지 박막으로 응용될 것으로 보인다.
투명전도성필름 (Transparent conducting film-TCF)이란 가시광선 영역(380-780nm)에서 투과율이 80% 이상이고, 우수한 전기전도성을 가지는 박막을 의미한다. TCF는 전도성 대비 투과도 특성에 따라 전자 및 광학 분야에서 다양하게 응용된다. 현재, 인듐-틴옥사이드(Indium tin oxide-ITO)는 높은 전기전도성 및 투과율을 갖고 있기 때문에 TCF의 재료로서 많이 사용되고 있다. 그러나, ITO-TCF는 기계적으로 유연성이 떨어질 뿐만 아니라 제조공정이 매우 복잡하고 비용이 높다는 단점이 있다. 또한, ITO는 자원고갈로 인하여 가격이 상승하고 있어 대체물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 단일벽탄소나노튜브(Single Walled Carbon Nanotube-SWCNT)는 탄소원자들의 강한 결합에 의하여 인장강도 및 열 안정성 등이 우수한 물질로 알려져 있다. SWCNT 박막은 높은 투과율과 전기전도성을 가지고 있고, ITO에 비해서 훨씬 유연성이 뛰어나기 때문에 대체가 가능한 물질 중 하나이다. 기존에 사용되고 있는 SWCNT-TCF 제조 공정은 다른 합성 방법들로부터 성장이 된 SWCNT를 화학적(유기용매, 계면활성제, 전해질, 고분자, 공정) 또는 기계적(초음파, 볼밀링, 연마와 마찰) 분산 기술을 이용하여 기판에 코팅하고, 강한 산을 이용하여 계면활성제를 제거하는 방식이다. 이 제조 방법은 분산 및 전사 기술 또는 높은 비용을 필요로 한다. 본 연구에서는 SWCNT 용액 제조 및 분산/전사 공정을 생략하여, 정전스프레이-부동촉매 화학기상증착 (Electrostatic Spray Assisted Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition-ESAFCCVD) 방법으로 바로 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 기판에 한 단계로 성공적으로 성장을 시켰다. 우리는 PET 기판을 퍼네스 유리관의 끝부분(x=20.5~23.5cm)에 위치시키고, 1000◦C에서 전구체 용액(0.01M Ferrocene과 에탄올 0.2wt%의 물)을 30분 동안 분사하여 코팅하여 필름을 제조하였다. 성장 후, 질산으로 후-처리(post treatment)를 하고 증류수로 세척을 하였다. 그러나 이 제조공정에서 SWCNT가 PET 기판과 쉽게 분리된다는 문제점이 발생하였으나, PET 기판의 표면을 질산 (HNO3 treatment) 및 알곤플라즈마 (Argon plasma treatment) 전-처리(pre-treatment)를 함으로써 보완하였다. 전-처리 목적은 PET 기판표면의 소수성을 향상시키기 위해서다. PET 기판의 표면의 전-처리 공정은 필름의 순도 및 기판과 SWCNT간의 접착성 (adhesiveness)을 향상시키는데 도움이 되는 것을 확인하였다. 결론적으로, 우리는 (94.5±2.5%)의 투과율과 3.18㏀/sq-13.9㏀/sq의 면 저항 값을 가진 필름을 한 단계로 제조하였고, 이 SWCNT-TCF은 정전기 방지 박막으로 응용될 것으로 보인다.
The transparent conducting film (TCF)s are relatively low absorption (high transparency>80%) of light with electrically high conductive material. They are significant for number of applications such as electronics and optical devices. Indium tin oxide (ITO) is the most typically used transparen...
The transparent conducting film (TCF)s are relatively low absorption (high transparency>80%) of light with electrically high conductive material. They are significant for number of applications such as electronics and optical devices. Indium tin oxide (ITO) is the most typically used transparent conducting films because it has a good transparency and conductivity. However, ITO has several critical disadvantages, one of those is that the fabrication process is complicated. In besides, it has including high cost, brittleness, poor flexibility. ITO has performance limitations. Thus, many researchers are working to find an ITO replacement material. Single walled carbon nanotube (SWCNT) based TCFs are one of possible material as an ITO film replacement. SWCNTs are special offering good electrical and optical performance. Thermal stability and flexibility are excellent because of it has the very strong carbon atomic bonding. Also it has high tensile strength and elastic modulus, which provides them much more flexibility than ITO. For fabrication of SWCNT films, some approaches based on the direct growth of SWCNTs on the glass substrate have been reported. However, this method is not suitable for plastic substrates as high temperature is required for the chemical vapor deposition process. The spray coating method is widely used but it requires complex process as a preparation of SWCNTs solution and transferring to plastic substrate steps. In this study, we have resolved this problem of spray coating method and successfully grown SWCNTs on PET (Polyethylene terephthalate) substrate using the electrostatic spray assisted floating catalyst chemical vapor deposition (ESA-FCCVD) method by only one step. We set the PET substrate at end of furnace tube(x(center)=20.5~22.5cm) while the precursor solution was dispersed electrically and injected into the heated reaction zone (1000◦C) for 30minutes. The precursor solution was mixture of 0.01M Ferrocene with Ethanol and 0.2wt% of DI (de-ionized) water. After the growth process, SWCNT films were treated with HNO3 and washed with DI water. The only problem was happened in this new fabrication method, was peeling off of SWCNTs from PET substrate. We solved this problem by the pre-treatment the PET surface with Nitric acid and Argon plasma. The purpose of the pre-treatment was to improve the hydrophobicity of the PET substrate. We have found that these pre-treatment also reduces the impurities of CNTs and improves adhesion of SWCNT over PET substrate. As a result, highly pure SWCNTs are grown on PET substrate. Furthermore, the Post-treatment was effective on improving electrical conductivity of SWCNTs as well. Finally, we obtained sufficiently high transmittance (94.5±2.5), and appropriate low sheet resistance (3.18㏀/sq-13.9㏀/sq) SWCNT-TCFs, which is useful for electrostatic discharge protection film.
The transparent conducting film (TCF)s are relatively low absorption (high transparency>80%) of light with electrically high conductive material. They are significant for number of applications such as electronics and optical devices. Indium tin oxide (ITO) is the most typically used transparent conducting films because it has a good transparency and conductivity. However, ITO has several critical disadvantages, one of those is that the fabrication process is complicated. In besides, it has including high cost, brittleness, poor flexibility. ITO has performance limitations. Thus, many researchers are working to find an ITO replacement material. Single walled carbon nanotube (SWCNT) based TCFs are one of possible material as an ITO film replacement. SWCNTs are special offering good electrical and optical performance. Thermal stability and flexibility are excellent because of it has the very strong carbon atomic bonding. Also it has high tensile strength and elastic modulus, which provides them much more flexibility than ITO. For fabrication of SWCNT films, some approaches based on the direct growth of SWCNTs on the glass substrate have been reported. However, this method is not suitable for plastic substrates as high temperature is required for the chemical vapor deposition process. The spray coating method is widely used but it requires complex process as a preparation of SWCNTs solution and transferring to plastic substrate steps. In this study, we have resolved this problem of spray coating method and successfully grown SWCNTs on PET (Polyethylene terephthalate) substrate using the electrostatic spray assisted floating catalyst chemical vapor deposition (ESA-FCCVD) method by only one step. We set the PET substrate at end of furnace tube(x(center)=20.5~22.5cm) while the precursor solution was dispersed electrically and injected into the heated reaction zone (1000◦C) for 30minutes. The precursor solution was mixture of 0.01M Ferrocene with Ethanol and 0.2wt% of DI (de-ionized) water. After the growth process, SWCNT films were treated with HNO3 and washed with DI water. The only problem was happened in this new fabrication method, was peeling off of SWCNTs from PET substrate. We solved this problem by the pre-treatment the PET surface with Nitric acid and Argon plasma. The purpose of the pre-treatment was to improve the hydrophobicity of the PET substrate. We have found that these pre-treatment also reduces the impurities of CNTs and improves adhesion of SWCNT over PET substrate. As a result, highly pure SWCNTs are grown on PET substrate. Furthermore, the Post-treatment was effective on improving electrical conductivity of SWCNTs as well. Finally, we obtained sufficiently high transmittance (94.5±2.5), and appropriate low sheet resistance (3.18㏀/sq-13.9㏀/sq) SWCNT-TCFs, which is useful for electrostatic discharge protection film.
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