선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그림 5(a)에 나타난 것처럼은 나노와이어 히터에 120°C정도의 온도가 지속적으로발생하면 100분 이후부터 약간씩 저항이 증가하기 시작하여 발열 온도가 점차 감소하였고 172분에 저항이 급격하게 증가하여 히터가 더 이상 작동하지 않았다. 본 연구에서는 은 나노와이어 히터의 고온 안정성을향상시키기 위해서 ZnO 보호막을 은 나노와이어 전극 위에 코팅하였다. 그림 5(b)에 ZnO 보호막이 형성된은 나노와이어 히터에 전압을 지속적으로 인가하면서 시간에 따른 히터의 온도와 저항 변화를 나타내었다.
- 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 ZnO 보호막을 코팅하여 일반적인 은 나노와이어 히터에 비해 고온에서도 작동할 수 있는 은 나노와이어 투명 전극 히터를 제작하였다. 또한 유연한 기판에 필름 히터를 제작하여 기계적 변형에 따른 은 나노와이어 필름 히터의 특성을 평가하였다.
제안 방법
- PEN 기판에 제작된 유연 은 나노와이어 필름 히터의 기계적 변형에 대한 안정성을 확인하기 위하여 필름 히터의 굽힘 시험을 진행하고 굽힘 시험 전후의 저항 및 발열 온도의 변화를 관찰하였다. 300초 동안 10V의 전압을 인가하며 온도 변화를 측정하였고 굽힘 시험은 굽힘 반경 3.5 mm로 총 500회 진행하였다. 그림 4(a)에 굽힘 횟수에 따른 은 나노와이어 히터의 최고 온도와 저항변화율을 나타내었으며, 그림 4(b)에 굽힘 횟수에 따른 히터의 발열 특성을 나타내었다.
- PEN 기판에 제작된 유연 은 나노와이어 필름 히터의 기계적 변형에 대한 안정성을 확인하기 위하여 필름 히터의 굽힘 시험을 진행하고 굽힘 시험 전후의 저항 및 발열 온도의 변화를 관찰하였다. 300초 동안 10V의 전압을 인가하며 온도 변화를 측정하였고 굽힘 시험은 굽힘 반경 3.
- ZnO 보호막에 의해 열적 안정성이 증가하는 이유는 은 나노와이어 표면에 ZnO가 코팅됨으로써 은 나노와이어의 직경 증가에 따른 Gibbs-Thomson potential의 감소 때문이다 [14]. ZnO 보호막에 의한 은 나노와이어 히터의 고온 안정성을 평가하기 위해 히터에 다양한 전압을 인가하여 발열 특성을 평가하였다. 그림 5(c)에 나타난 것처럼 20 V 인가전압에서 최대 191.
- 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 ZnO 보호막을 코팅하여 일반적인 은 나노와이어 히터에 비해 고온에서도 작동할 수 있는 은 나노와이어 투명 전극 히터를 제작하였다. 또한 유연한 기판에 필름 히터를 제작하여 기계적 변형에 따른 은 나노와이어 필름 히터의 특성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 은 나노와이어를 이용하여 유연 필름 히터를 제작하였고, ZnO 보호막을 이용하여 은 나노와이어 히터의 고온 안정성을 향상시켰다. PEN 기판 위에 제작 된 유연 필름 히터는 기판의 굽힘 변형에도 은 나노와이어 전극의 저항 변화가 거의 없었으며 히터의 발열 특성도 안정적으로 유지되었다.
- 또한 히터의 장기 발열 시험을 통해 고온에서 장시간 작동 시 은나노와이어 전극의 저항이 급격하게 증가함을 확인하였다. 은 나노와이어 필름 히터의 열 안정성을 향상시키기 위해 sol-gel법으로 제작한 ZnO층을 은 나노와이어 필름 위에 스핀 코팅하여 ZnO 보호막을 형성하였고, 이를 통해 190°C 이상의 고온에서도 안정적인 필름 히터를 제작하였다. 본 연구를 통해 제작한 은나노와이어 필름 히터는 우수한 유연성과 고온 안정성으로 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 은 나노와이어 히터의 고온 안정성을 평가하기 위해 전압을 지속적으로 인가하면서 히터의 온도와 저항 변화를 10분마다 측정하였다. 그림 5(a)에 나타난 것처럼은 나노와이어 히터에 120°C정도의 온도가 지속적으로발생하면 100분 이후부터 약간씩 저항이 증가하기 시작하여 발열 온도가 점차 감소하였고 172분에 저항이 급격하게 증가하여 히터가 더 이상 작동하지 않았다.
- 제작한 투명 히터의 발열 특성을 확인하기 위해 300초 동안 일정한 전압을 히터 양단에 가해 발생하는 열을 측정했다. 전압은 각각 7, 10, 12 V 조건으로 인가하였으며 필름 히터의 온도는 적외선 카메라를 이용해 측정하였다. 그림 2에 유리 기판 위에 제작한 은 나노와이어 히터의 전압에 따른 온도와 각 조건에서의 최고 온도를 나타내었다.
- 제작한 투명 히터의 발열 특성을 확인하기 위해 300초 동안 일정한 전압을 히터 양단에 가해 발생하는 열을 측정했다. 전압은 각각 7, 10, 12 V 조건으로 인가하였으며 필름 히터의 온도는 적외선 카메라를 이용해 측정하였다.
- 은 나노와이어 용액을 1,000, 3,000, 5,000 rpm으로 30초간 스핀코팅하고 100˚C에서 1분간 열처리하여 은나노와이어 전극을 형성하였다. 히터를 제작하기 위해은 나노와이어 필름 전극양단에 은 페이스트를 이용해 contact pad를 형성하고 DC 소스미터(model 2400,Keithley)를 이용해 300초간 일정한 전압을 인가하며 매 5초마다 적외선 카메라(G100EX, Avio)를 이용해 필름 히터의 온도를 측정하였다. ZnO 보호막을 형성하기 위해 2-methoxyethanol (CH3OCH2CH2OH, Sigma Aldrich)에 zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 ·2H2O, Sigma Aldrich), ethanolamine (NH2CH2CH2OH,Sigma Aldrich)을 각각 섞어서 ZnO precursor를 제작하였다.
대상 데이터
- ZnO 보호막을 형성하기 위해 2-methoxyethanol (CH3OCH2CH2OH, Sigma Aldrich)에 zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 ·2H2O, Sigma Aldrich), ethanolamine (NH2CH2CH2OH,Sigma Aldrich)을 각각 섞어서 ZnO precursor를 제작하였다.
성능/효과
- (a)에 나타난 것처럼은 나노와이어 히터에 120°C정도의 온도가 지속적으로발생하면 100분 이후부터 약간씩 저항이 증가하기 시작하여 발열 온도가 점차 감소하였고 172분에 저항이 급격하게 증가하여 히터가 더 이상 작동하지 않았다.
- 1,000, 3,000,5,000 rpm으로 스핀코팅 한 은 나노와이어 히터의 최고 온도는 각각 116.0, 73.4, 54.1°C로 측정되었으며 인가한 전압이 같을 경우 은 나노와이어의 밀도가 클수록 히터의 발열이 많이 일어남을 확인할 수 있다.
- 본 연구에서는 은 나노와이어를 이용하여 유연 필름 히터를 제작하였고, ZnO 보호막을 이용하여 은 나노와이어 히터의 고온 안정성을 향상시켰다. PEN 기판 위에 제작 된 유연 필름 히터는 기판의 굽힘 변형에도 은 나노와이어 전극의 저항 변화가 거의 없었으며 히터의 발열 특성도 안정적으로 유지되었다. 또한 히터의 장기 발열 시험을 통해 고온에서 장시간 작동 시 은나노와이어 전극의 저항이 급격하게 증가함을 확인하였다.
- ZnO 보호막이 코팅된 은 나노와이어 히터의 경우 120°C정도의 온도에서 360분간 지속적으로 작동하여도 저항의 변화가 거의 없었으며 발열 특성이 잘 유지됨을 확인할 수 있었다.
- 은 나노와이어 전극의 밀도변화에 따른 히터 특성변화는 유리 기판에 제작된 히터와 동일한 경향성을 나타내었다. 그러나 유리 기판과 PEN 기판에서의 은 나노와이어 히터 특성을 비교하면 동일 조건에서 유리 기판에 제작된 히터의 최고 발열 온도가 더 높았다. 또한 PEN 기판에 제작된 히터의 경우 전압 인가 이후 온도상승 및 전압 인가 중단 이후 온도 하강 곡선의 기울기가 유리 기판을 사용한 경우에 비해서 큰 것을 알 수 있다.
- 그림 1에 유리와 PEN 기판 위에 스핀코팅 속도 변화에 따른 은 나노와이어 전극의 SEM (scanning electron microscope) 이미지를 나타내었다. 그림 1에 나타난 것처럼 같은 스핀코팅 조건하에서 은 나노와이어의 밀도 차이는 없기 때문에 유리 기판뿐만 아니라 PEN 기판에서도 안정적으로 은 나노와이어 전극을 형성할 수 있음을 확인하였다.
- PEN 기판 위에 제작 된 유연 필름 히터는 기판의 굽힘 변형에도 은 나노와이어 전극의 저항 변화가 거의 없었으며 히터의 발열 특성도 안정적으로 유지되었다. 또한 히터의 장기 발열 시험을 통해 고온에서 장시간 작동 시 은나노와이어 전극의 저항이 급격하게 증가함을 확인하였다. 은 나노와이어 필름 히터의 열 안정성을 향상시키기 위해 sol-gel법으로 제작한 ZnO층을 은 나노와이어 필름 위에 스핀 코팅하여 ZnO 보호막을 형성하였고, 이를 통해 190°C 이상의 고온에서도 안정적인 필름 히터를 제작하였다.
- 이를 통해 ZnO 보호막은 고온에서 은 나노와이어의 손상을 방지할 수 있음을 확인하였다. ZnO 보호막에 의해 열적 안정성이 증가하는 이유는 은 나노와이어 표면에 ZnO가 코팅됨으로써 은 나노와이어의 직경 증가에 따른 Gibbs-Thomson potential의 감소 때문이다 [14].
- 이러한 경향성은 비록 발열 정도에는 차이가 있지만 그림 2(b), (c)의 3,000 rpm,5,000 rpm으로 코팅한 필름 히터의 경우에서도 동일하게 나타난다. 이를 통해 동일한 면저항을 가진 은나노와이어 필름 히터에 인가하는 전압에 따라 발열 온도를 제어할 수 있음을 확인하였다. 1,000, 3,000,5,000 rpm으로 스핀코팅 한 은 나노와이어 히터의 최고 온도는 각각 116.
- 이러한 문제점을 해결하기 위해 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 투명한 전극 소재를 사용한 필름 히터가 개발되어 자동차 및 건물 유리, 디스플레이의 등과 같은 투과도가 중요한 분야에 적용되고 있다 [6,7]. 투명 전도성 재료를 사용하면 면 전체에 균일하게 발열이 이루어지는 면상 발열체의 제작이 가능하므로 기존의 선상 발열체 구조보다 더욱 즉각적이고 효율적으로 열 공급이 가능하다. ITO는 높은 전기 전도도와 투과도 특성 때문에 투명 히터의 전극 소재로서 주로 사용되고 있으나 기계적 변형에 매우 취약하기 때문에 유연 투명 필름 히터에 적용이 어렵다.
후속연구
- 은 나노와이어 필름 히터의 열 안정성을 향상시키기 위해 sol-gel법으로 제작한 ZnO층을 은 나노와이어 필름 위에 스핀 코팅하여 ZnO 보호막을 형성하였고, 이를 통해 190°C 이상의 고온에서도 안정적인 필름 히터를 제작하였다. 본 연구를 통해 제작한 은나노와이어 필름 히터는 우수한 유연성과 고온 안정성으로 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.