KR101163733B1 - Carbon nanotube-water borne polymer composite solution and fabrication method of field emitter using the same, and flexible field emission device fabricated using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액을 이용한 전계 방출 소자에 대한 전자 방출원의 제조 방법과 이에 의해 제조된 플렉서블한 전계 방출 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물에 분산된 탄소 나노 튜브 분산액에 수성 고분자를 첨가하여 제조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액를 이용하여 플렉서블 기질에 코팅함으로서 기질에 대한 탄소 나노 튜브의 부착성을 향상시킴과 동시에 플렉서블한 전계 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing an electron emission source for a field emission device using a carbon nanotube-aqueous polymer composite solution, and to a flexible field emission device manufactured by the same, and more particularly to a carbon nanotube dispersion dispersed in water. The present invention relates to a method for manufacturing a flexible field emission device, while improving adhesion of a carbon nanotube to a substrate by coating the flexible substrate using a carbon nanotube-polymer composite solution prepared by adding an aqueous polymer to the substrate.
전계 방출(Field Emission ; FE)이란 진공 내에 있는 금속 표면에 고전계가 인가될 경우, 금속 표면의 전위 장벽이 얇아지면서 고체의 페르미 에너지 아래에 속박된 금속 내의 전자들이 양자 역학적으로 터널링(tunneling)하여 진공 내로 방출되는 현상을 일컫는다.
Field emission (FE) means that when a high electric field is applied to a metal surface in a vacuum, the potential barrier on the metal surface becomes thin and the electrons in the metal bound below the solid Fermi energy are quantum mechanically tunneled and vacuumed. Refers to a phenomenon that is released into the body.
상기 전계 방출 원리를 이용한 장치는 발광 효율이 우수하고 가볍고 얇으며 소형화가 가능하고 환경친화적이어서 일반 조명광원, 디스플레이 및 LCD 백라이트 유닛(back light unit)에 응용 가능하다. 또한 안정적으로 높은 전류 밀도를 요하는 THz 진공소자, X-선 튜브(X-ray tube), 이온 게이지(ionization gauge) 등의 전자 소스(electron source) 분야에 응용 가능하다.
The device using the field emission principle is excellent in luminous efficiency, light, thin, compact and environmentally friendly, and thus can be applied to general illumination light sources, displays, and LCD back light units. In addition, it can be applied to the field of electron source such as THz vacuum element, X-ray tube, ionization gauge, etc., which require stable high current density.
상기 전계 방출(Field Emission) 효과에 있어서, 낮은 인계 전계와 전자 방출의 고안정성을 얻기 위해서는 전계 방출을 위한 전자 방출원 재료는 지름 대비 직경이 커야하며, 물리적, 화학적 안정성이 우수해야 한다. 이러한 전계 방출 소자용 전자 방출원으로 탄소 나노 튜브에 대한 많은 연구가 이루어진 결과, 탄소 나노 튜브는 큰 종회비와 높은 전기전도도로 인해 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮으며 화학적 안정성이 높아 상기 전계 방출 소자들에 이상적인 전자 방출원으로 적용되고 있다.
In the field emission effect, in order to obtain a low phosphorus electric field and high stability of electron emission, the electron emission source material for the field emission should have a large diameter to diameter and excellent physical and chemical stability. As a result of much research on carbon nanotubes as the electron emission source for the field emission device, carbon nanotubes have excellent field concentration effect, low work function and high chemical stability due to large aspect ratio and high electrical conductivity. It is being applied as an ideal electron emission source for field emission devices.
즉, 지금까지 알려진 여러 전자 방출 소자 재료와 비교해서, 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nanotube)는 수 nm의 지름과 수 um의 길이를 갖는 큰 길이 비를 가지고 있기 때문에 낮은 인계 전계 하에서 전자를 방출할수 있으며, 전자 터널링에 대한 낮은 일함수, 우수한 기계적 강도, 화학적 안정성을 겸비하고 있다.
In other words, carbon nanotubes (CNTs) have a large length ratio with a diameter of several nm and a length of several um, compared to many electron emitting device materials known to date, and thus can emit electrons under a low turnover field. It has a low work function, excellent mechanical strength and chemical stability against electron tunneling.
탄소나노튜브는 흑연면의 개수에 따라서 단일벽 나노튜브, 이중벽 나노튜브 및 다중벽 나노튜브 분류될수 있으며, 이 흑연면이 말리는 각도에 따라 암체어(Armchair)구조 및 지그재그(Zigzag)구조를 갖는다. 상기의 다양한 구조적 특징으로 인해, 탄소나노튜브는 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가질 수 있으며, 높은 탄소나노튜브의 종횡비(직경 대비 길이의 비;aspect ratio) 및 넓은 비표면적을 갖고 있기 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노차원 전자소자에 적용시키려는 연구가 진행되고 있다.
Carbon nanotubes can be classified into single-walled nanotubes, double-walled nanotubes and multi-walled nanotubes according to the number of graphite surfaces, and have an armchair structure and a zigzag structure according to the angle at which the graphite surfaces are dried. Due to the various structural features described above, carbon nanotubes have excellent mechanical robustness and chemical stability, can have both semiconductor and conductor properties, and have high aspect ratios (aspect ratio of diameter to length) and a wide ratio of high carbon nanotubes. Because of its surface area, research is being conducted to apply it to flat panel display devices, transistors, energy storage and nano-dimensional electronic devices.
최근에는 탄소 나노 튜브를 활용하여 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display), LCD의 Backlight, X-ray tube 소스 등으로의 응용 뿐만 아니라, 더욱 응용범위를 확대하여 광고용 광원, 스마트 윈도우, 플렉서블 디스플레이로도 응용하는 시도가 이루어지고 있다.
Recently, carbon nanotubes are not only applied to field emission displays, LCD backlights, and X-ray tube sources, but also to expand the scope of application to commercial light sources, smart windows, and flexible displays. Attempts are being made.
탄소 나노 튜브를 활용하여 낮은 개시 전계 (Turn-on field)과 장시간 전류 안정성 같은 우수한 특성을 갖는 전계 방출 소자를 제조하기 위해서는 기질에 탄소 나노 튜브 도포 한 후, 기질에 대해 수직방향으로 탄소 나노 튜브를 정렬하는 표면 활성화 공정이 필요하다. 이때, 탄소 나노 튜브와 기질과의 부착성이 중요할 뿐만 아니라, 균일한 전계 방출 특성을 얻기 위해서는 용매내에 탄소 나노 튜브의 균일한 분산이 중요하다.
In order to fabricate field emission devices having excellent characteristics such as low turn-on field and long-term current stability by utilizing carbon nanotubes, carbon nanotubes are applied to a substrate, and carbon nanotubes are perpendicular to the substrate. There is a need for a surface activation process to align. In this case, the adhesion between the carbon nanotubes and the substrate is not only important, but uniform dispersion of the carbon nanotubes in the solvent is important to obtain uniform field emission characteristics.
현재까지 알려진 탄소나노튜브 전자 방출원 제조방법으로는 탄소나노튜브를 화학 기상 증착법을 이용하여 캐소드(cathode) 기판 위에 직접 성장하여 제조하는 직접 성장법, 유무기 바인더와 탄소나노튜브를 혼합한 페이스트를 스크린 프린팅하여 제조하는 방법(대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 특2003-0083790호), 탄소나노튜브가 분산된 용액에 전계를 인가하여 기판에 증착시켜 제조하는 전기 영동법, 탄소나노튜브 분산용액을 에어브러쉬를 이용하여 캐소드에 증착시켜 제조하는 스프레이법 등이 있다.
Known methods for producing carbon nanotube electron emission sources include a direct growth method in which carbon nanotubes are grown directly on a cathode substrate by chemical vapor deposition and a paste mixed with an organic-inorganic binder and carbon nanotubes. Method of manufacturing by screen printing (Korean Patent Office Publication No. 2003-0083790), electrophoresis method by applying an electric field to a solution in which carbon nanotubes are dispersed and depositing it on a substrate, airbrush the carbon nanotube dispersion solution Spray method to be deposited on the cathode by using a.
상기 탄소 나노 튜브 기반의 전계 방출 소자를 제조하는 여러 방법 중에서, 탄소 나노 튜브와 유기바인더, 무기 충전재로 이루어진 탄소 나노 튜브 페이스트를 사용하는 스크린 인쇄 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 인쇄방법은 페이스트 내에 탄소 나노 튜브와 무기 충전재간의 부족한 분산, 소성 과정 동안에 발생하는 비정질 카본에 의한 오염과 탄소 나노 튜브와 기질간의 낮은 부착력 같은 문제점들 가지고 있다. 또한, 페이스트 내에 유기 바인더와 무기 충전재를 녹이기 위해 높은 소성 온도를 필요로 하기 때문에 플렉서블한 고분자 기질의 적용에 한계점을 갖는다.
Among various methods of manufacturing the carbon nanotube-based field emission device, a screen printing method using carbon nanotube paste made of carbon nanotubes, organic binders, and inorganic fillers is most widely used. However, the printing method has problems such as insufficient dispersion between the carbon nanotubes and the inorganic filler in the paste, contamination by amorphous carbon generated during the firing process, and low adhesion between the carbon nanotubes and the substrate. In addition, there is a limitation in the application of a flexible polymer substrate because a high firing temperature is required to dissolve the organic binder and the inorganic filler in the paste.
상기 탄소 나노 튜브 페이스트를 사용하는 스크린 인쇄 방법의 문제점을 해결하기 위해 한국공개특허 제2010-0029538호에는 캐소드 기판 상부에 탄소나노튜브와 바인더를 혼합한 일액형 탄소나노튜브 바인더 혼합액을 스프레이법을 이용하여 코팅하고, 상기 바인더를 경화시켜 전자방출막을 형성한 후, 테이핑 과정에 의한 표면 활성화를 통해 탄소나노튜브 전자 방출원을 형성하는 것을 특징으로 하는 일액형 탄소나노튜브 바인더 혼합액을 이용한 전자 방출원 제조방법 및 이에 의해 제조된 전계 방출 소자용 탄소 나노 튜브 전자 방출원이 개발되었다.
In order to solve the problem of the screen printing method using the carbon nanotube paste, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2010-0029538 uses a spray method of a one-component carbon nanotube binder mixture liquid in which carbon nanotubes and a binder are mixed on a cathode substrate. By coating, curing the binder to form an electron emission film, and manufacturing an electron emission source using a one-component carbon nanotube binder mixture liquid, which forms a carbon nanotube electron emission source through surface activation by a taping process. The method and the carbon nanotube electron emission source for the field emission device manufactured thereby were developed.
그러나, 상기 특허에서는 일액형 탄소 나노 튜브-고분자 바인더 용액을 사용함에 따라 기판에 대한 탄소 나노 튜브의 부착성을 증가시키면서 동시에 플렉서블 기판에도 적용할 수 있는 장점은 있으나, 고분자 바인더를 첨가하고 혼합시키기 위해서 환경에 유해한 극성 또는 비극성 유기 용제를 사용하므로, 이러한 유기용제에 탄소 나노 튜브의 분산 효율은 극히 제한적이며 탄소 나노 튜브의 유기 용제에 대한 분산효율을 증가시키기 위해서는 질산, 염산 같은 산용액을 사용하여 탄소 나노 튜브의 기능화 처리를 추가적으로 실시해야 하며, 이러한 기능화 처리에 의해 탄소 나노 튜브의 손상과 이를 통한 전계 방출 특성의 저하를 초래하는 단점을 가지고 있는 문제점이 있다. However, the patent has the advantage of increasing the adhesion of the carbon nanotubes to the substrate by using a one-component carbon nanotube-polymer binder solution, but at the same time can be applied to the flexible substrate, but to add and mix the polymer binder Due to the use of polar or non-polar organic solvents that are harmful to the environment, the dispersion efficiency of carbon nanotubes in these organic solvents is extremely limited. Functionalization of the nanotubes should be additionally performed, and there is a problem in that the functionalization treatment has the disadvantage of causing damage to the carbon nanotubes and deterioration of the field emission characteristics.
또한, 한국공개특허 제2009-0008696호에는 전도성 금속 기판상에 증착되는 폴리머 층; 및 상기 폴리머 층에 결합되고 수직 방향으로 형성되는 다수의 탄소나노튜브;를 구비하는 탄소나노튜브 대면적 에미터(emitter)를 제조하기 위하여, 증류수에 탄소나노튜브와 폴리머를 분산시켜 복합체 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전기영동법을 이용하여 전극에 증착하여 에미터를 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 에미터에 증착된 탄소나노튜브-폴리머 복합체를 전자빔을 가하여 경화시키는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-폴리머복합체를 이용한 전계방출용 대면적 에미터의 제조방법이 공지되어 있다.
In addition, Korean Patent Publication No. 2009-0008696 discloses a polymer layer deposited on a conductive metal substrate; And a plurality of carbon nanotubes bonded to the polymer layer and formed in a vertical direction. In order to prepare a carbon nanotube large area emitter, a carbon nanotube and a polymer are dispersed in distilled water to prepare a composite solution. (Step 1); Depositing the carbon nanotube-polymer composite of
그러나, 상기 전기영동법의 경우 대면적화, 패턴화가 어렵고, 기질의 선택에 제한점을 갖고 있으며, 또한, 상기 특허에서 사용한 수용성 고분자는 고분자내에 습도 및 수분에 매우 민감한 하이드록실 그룹을 가지고 있기 때문에 소자 제작 후에 전류 방출의 안정성을 감소시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.
However, in the case of the electrophoresis method, it is difficult to make a large area and patterning, and has a limitation in the selection of the substrate. In addition, since the water-soluble polymer used in the patent has a hydroxyl group very sensitive to humidity and moisture in the polymer, There was a problem that causes the stability of the current discharge.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 분산제를 사용하여 물 내에 분산된 탄소 나노 튜브 분산용액에 유화중합법에 의해 합성된 수성 고분자를 첨가하여 친환경적이고 탄소 나노 튜브-고분자 복합 용액을 제조하는 간단한 방법과 이를 사용하여 기질에 코팅함으로서 기질에 대한 탄소 나노 튜브의 부착성이 향상된 우수한 전계 방출원의 제조 방법을 제공하는것을 해결하려는 과제로 한다.
The present invention is proposed to overcome the problems of the prior art as described above, by adding an aqueous polymer synthesized by the emulsion polymerization method to a carbon nanotube dispersion solution dispersed in water using a dispersant, it is eco-friendly and carbon nanotubes It is an object of the present invention to provide a simple method for preparing a polymer composite solution and a method for producing an excellent field emission source having improved adhesion of carbon nanotubes to a substrate by coating the substrate using the same.
또한, 상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합 용액을 사용하여 플렉서블한 전계 방출 소자를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide a flexible field emission device using the carbon nanotube-polymer composite solution.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소 나노 튜브, 물, 분산제 및 수성 고분자 바인더를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물을 제공하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
In order to solve the above problems, the present invention is to provide a carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for producing a field emission source characterized in that it comprises a carbon nanotube, water, dispersant and an aqueous polymer binder. By means.
또한, 본 발명은 물과 분산제 혼합용액에 탄소 나노 튜브를 분산시켜 탄소 나노 튜브 분산용액을 제조하는 단계와; 유화중합법에 의해 합성된 수성 고분자 바인더를 상기 탄소 나노 튜브 분산용액에 첨가하여 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 제조하는 단계와; 상기 제조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 기질에 코팅 및 건조하는 단계와; 상기 기질 코팅의 표면활성화 공정을 통해 전계 방출 소자를 제조하는 단계;를 포함하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액 제조와 이를 이용한 플렉서블 전계 방출 소자의 제조 방법을 과제의 해결수단으로 한다.
In addition, the present invention comprises the steps of preparing a carbon nanotube dispersion solution by dispersing the carbon nanotubes in a mixed solution of water and dispersant; Adding an aqueous polymer binder synthesized by an emulsion polymerization method to the carbon nanotube dispersion solution to prepare a carbon nanotube-polymer composite solution; Coating and drying the prepared carbon nanotube-polymer composite solution on a substrate; Producing a field emission device through the surface activation process of the substrate coating; Carbon nanotube-aqueous polymer composite solution, characterized in that it comprises a; and a method of manufacturing a flexible field emission device using the same By means.
본 발명에 따르면 간단한 제조 방법으로 제조된 탄소 나노 튜브-수성고분자 복합용액을 이용하여 탄소 나노 튜브와 기판 간에 우수한 부착력을 갖는 전계 방출 소자를 제작 할 수 있다.
According to the present invention, a field emission device having excellent adhesion between the carbon nanotubes and the substrate may be manufactured using the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution prepared by a simple manufacturing method.
또한, 분산제를 사용하기 때문에 간단한 방법으로 물에 탄소 나노 튜브 구조의 손상 없이 효과적으로 분산 시킬 수 있으며, 분산제의 선택에 따라 간단하게 점도를 조절할 수 있기 때문에 다양한 코팅법을 적용할 수 있고, 질산, 염산, 황산 같은 산처리를 통한 탄소 나노 튜브 표면 처리 공정을 생략할 수 있다.
In addition, since the dispersing agent is used, it can be effectively dispersed in water without damaging the carbon nanotube structure by a simple method, and various coating methods can be applied because the viscosity can be easily adjusted according to the selection of the dispersing agent, nitric acid, hydrochloric acid The carbon nanotube surface treatment process through acid treatment such as sulfuric acid can be omitted.
또한, 유화중합법으로 합성된 수성 고분자 바인더를 사용함에 따라 물에 분산된 탄소 나노 튜브의 분산도를 감소시키지 않고 간단하게 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 준비할 수 있다.
In addition, by using the aqueous polymer binder synthesized by the emulsion polymerization method, it is possible to simply prepare a carbon nanotube-polymer composite solution without reducing the dispersion of the carbon nanotubes dispersed in water.
또한, 고분자를 사용함에 따라 상온에서도 우수한 전계 방출 소자를 제작할 수 있기 때문에 유리 기판뿐만 아니라 플렉서블한 고분자 기판 같은 다양한 기판에도 적용할 수 있다.
In addition, since the use of the polymer can produce an excellent field emission device even at room temperature, it can be applied to various substrates such as flexible polymer substrates as well as glass substrates.
또한, 본 발명의 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 이용하여 디스플레이에 대한 전계 방출 소자뿐만 아니라 광고용 광원, 스마트 윈도우용 광원으로도 적용할 수 있다.
In addition, the carbon nanotube-polymer composite solution of the present invention can be applied to not only field emission devices for displays but also light sources for advertisements and light windows for smart windows.
또한, 전계 방출 소자 제작에 대한 모든 공정에 물을 사용하기 때문에 친환경적인 장점이 있다.
In addition, there is an environmentally friendly advantage because water is used in all processes for the field emission device fabrication.
도 1은 본 발명의 탄소 나노 튜브 분산액에 첨가하는 수성 고분자 함량 변화에 따른 원심 분리 후의 농도 변화 곡선.
도 2는 본 발명의 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액을 이용하여 제작한 전계 방출원의 사진, 각각 (a) 0.1 mg/ml, (b) 0.8 mg/ml, (c) 3.2 mg/ml의 수성 고분자 함량을 갖는 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 전계 방출원.
도 3은 본 발명의 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액을 이용하여 제작한 전계 방출원의 전계-전류밀도 특성 곡선.
도 4는 본 발명의 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액을 이용하여 플렉서블 기질에 코팅한 사진과 전계 방출 패턴 사진.1 is a concentration change curve after centrifugation according to the change of the aqueous polymer content added to the carbon nanotube dispersion of the present invention.
Figure 2 is a photograph of the field emission source prepared using the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution of the present invention, (a) 0.1 mg / ml, (b) 0.8 mg / ml, (c) 3.2 mg / ml Carbon nanotube-aqueous polymer composite field emission source having an aqueous polymer content.
3 is a field-current density characteristic curve of a field emission source prepared using the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution of the present invention.
4 is a photograph and a field emission pattern photograph coated on a flexible substrate using the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution of the present invention.
본 발명은 탄소 나노 튜브, 물, 분산제 및 수성 고분자 바인더를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
The present invention features a carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for preparing a field emission source, characterized in that it comprises a carbon nanotube, water, a dispersant, and an aqueous polymer binder.
또한, 본 발명은 물과 분산제의 혼합용액에 탄소 나노 튜브를 분산시키고 점도를 조절하여 탄소 나노 튜브 분산용액을 제조하는 단계와; 유화중합법에 의해 합성된 수성 고분자 바인더를 상기 탄소 나노 튜브 분산용액에 첨가하여 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 제조하는 단계와; 상기 제조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 기질에 코팅하는 단계와; 상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액이 코팅된 기질을 물을 이용하여 세척하고 건조하는 단계와; 상기 기질의 건조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합코팅을 접착성 테이프를 이용하여 테이핑하는 표면활성화 공정을 통해 전계 방출 소자를 제조하는 단계;를 포함하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액 제조와 이를 이용한 플렉서블 전계 방출 소자의 제조 방법을 기술구성의 특징으로 한다.
In addition, the present invention comprises the steps of dispersing the carbon nanotubes in a mixed solution of water and a dispersant and adjusting the viscosity to prepare a carbon nanotube dispersion solution; Adding an aqueous polymer binder synthesized by an emulsion polymerization method to the carbon nanotube dispersion solution to prepare a carbon nanotube-polymer composite solution; Coating the prepared carbon nanotube-polymer composite solution on a substrate; Washing and drying the substrate coated with the carbon nanotube-polymer composite solution using water; Manufacturing a field emission device through a surface activation process of taping the dried carbon nanotube-polymer composite coating of the substrate using an adhesive tape; and a carbon nanotube-aqueous polymer comprising: The composite solution production method and the method of manufacturing the flexible field emission device using the same feature the technical configuration.
이하에서는 본 발명을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 통해 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
본 발명에서 사용되는 탄소 나노 튜브는 단일벽, 다중벽 및 이중벽 탄소 나노 튜브로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 전계 방출 소자의 장시간 전류 안정성과 낮은 작동 전압을 고려하면 다중벽 탄소 나노 튜브를 사용하며,다중벽 탄소 나노 튜브 중에서도 5~7 nm의 직경을 갖는 다중벽 탄소 나노 튜브를 사용하는 것이 바람직하다.
The carbon nanotubes used in the present invention may be one or more selected from the group consisting of single-walled, multi-walled and double-walled carbon nanotubes, and considering the long-term current stability and low operating voltage of the field emission device, Among the multiwall carbon nanotubes, it is preferable to use multiwall carbon nanotubes having a diameter of 5 to 7 nm.
또한, 탄소 나노 튜브 외에도 와이어 형태를 갖는 산화아연 (ZnO, Zinc oxide), 갈륨비소 (GaAs, Gallium Arsenic), 질화갈륨 (GaN, Gallium Nitride), 규소와이어 (Silicon wire) 등과 그래핀(graphene)을 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 사용되는 탄소 나노 튜브는 열처리, 산처리 또는 이들의 혼합 공정을 거친 고순도의 탄소 나노 튜브를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
In addition to carbon nanotubes, zinc oxide (ZnO), gallium arsenide (GaAs, Gallium Arsenic), gallium nitride (GaN, Gallium Nitride), silicon wire, etc. Can be used as a substitute. In addition, the carbon nanotubes to be used is more preferably used a high purity carbon nanotubes subjected to heat treatment, acid treatment or a mixture thereof.
본 발명에서 탄소 나노 튜브를 물에 분산시키기 위해 분산제를 사용하였으며, 본 발명에 사용 가능한 분산제는 소듐도데실벤젠설페이트(sodium dodecyl benzene sulfate, NaDDBS), 소듐도데실설페이트(sodium dodecylsulfate, SDS), 트리톤 엑스백(Triton X-100), 검아라빅(Gum Arabic, GA), 소듐클로레이트(sodium chlorate, SC), 리튬도데실설페이트(lithium dodecylsulfate, LDS), 트윈(Tween-series), Novec fluorosurfactant (FC4430) 및 터지톨(Tergitol-series)과 같은 양이온성, 음이온성, 비이온성 계면 활성제 군에서 1종 이상을 사용할 수 있다.
In the present invention, a dispersant was used to disperse the carbon nanotubes in water, and dispersants usable in the present invention are sodium dodecyl benzene sulfate (NaDDBS), sodium dodecylsulfate (SDS), and triton. Triton X-100, gum arabic (GA), sodium chlorate (SC), lithium dodecylsulfate (LDS), twin-series, Novec fluorosurfactant ( FC4430) and cationic, anionic and nonionic surfactant groups such as tertitol-series may be used.
또한, 다양한 코팅법을 적용하기 위해서 탄소 나노 튜브용액의 점도를 조절해야한다. 이를 실현하기 위해서 음이온성 계면활성제 또는 양이온성 계면활성제 중 1종과 고점도를 갖는 비이온성 분산제 1종을 같이 혼합하여 사용할 수 있다.
In addition, it is necessary to adjust the viscosity of the carbon nanotube solution in order to apply a variety of coating methods. In order to realize this, one kind of anionic surfactant or cationic surfactant and one kind of nonionic dispersant having high viscosity may be mixed and used together.
상기 분산제는 물에 탄소 나노 튜브 100 중량 대비 1,000 내지 5,000 중량비로 첨가된다. 이는 1000 중량비 미만이면 탄소 나노 튜브에 극소수의 분산제가 흡착되어 탄소 나노 튜브의 분산력을 감소시키고, 5,000 중량비를 초과하면 분산제 간의 미셀(micelle) 형성으로 인해 탄소 나노 튜브의 분산력을 또한 감소시키기 때문이다.
The dispersant is added to the water in a weight ratio of 1,000 to 5,000 to 100 weight of the carbon nanotubes. This is because very few dispersants are adsorbed to the carbon nanotubes at less than 1000 weight ratios to reduce the dispersibility of the carbon nanotubes, and at 5,000 weight ratios, the dispersing power of the carbon nanotubes is also reduced due to micelle formation between dispersants.
또한, 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액 조성물의 점도를 높이기 위해서는 물에 양이온성 또는 음이온성 분산제는 탄소 나노 튜브 100 중량 대비 1,000내지 5,000 중량비로 첨가되고, 고점도의 비이온성 분산제를 탄소 나노 튜브 100 중량 대비 1,000내지 20,000 중량비로 첨가한다. 상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액 조성물의 점도범위는 100 cps 이상 ~ 10,000 cps 이하인 것이 바람직하다. 또한, 분산제를 사용하기 때문에 탄소 나노 튜브의 손상 없이 물에 효과적으로 분산 시킬 수 있으며, 물을 이용하기 때문에 친환경적이다.
In addition, in order to increase the viscosity of the carbon nanotube-polymer composite solution composition, a cationic or anionic dispersant is added to water in a ratio of 1,000 to 5,000 by weight based on 100 weight of carbon nanotubes, and a high viscosity nonionic dispersant is added to 100 weights of carbon nanotubes. Add in 1,000 to 20,000 weight ratio. The viscosity range of the carbon nanotube-polymer composite solution composition is preferably 100 cps or more to 10,000 cps or less. In addition, because it uses a dispersant, it can be effectively dispersed in water without damaging the carbon nanotubes, it is eco-friendly because it uses water.
또한, 물과 분산제 혼합물 안에 탄소 나노 튜브의 분산을 더욱 활성화하기 위해서 초음파 처리를 실시한다. 초음파 처리는 베스(bath) 타입 또는 혼(horn) 타입의 초음파 처리기를 사용할 수 있으며, 70 W내지 500 W의 파워에서 30분 내지 1시간동안 초음파 처리를 하는 것이 바람직하다. 30분 이하 처리시에는 물 내에 탄소 나노 튜브의 원활한 분산이 어려우며 1시간 이상 처리시에는 초음파 처리에 의한 탄소 나노 튜브의 손상을 야기한다. In addition, sonication is performed to further activate the dispersion of the carbon nanotubes in the water and dispersant mixture. The sonication may be a bath or horn type sonicator, and it is preferable to sonicate for 30 minutes to 1 hour at a power of 70 W to 500 W. It is difficult to smoothly disperse the carbon nanotubes in water when treated for 30 minutes or less and cause damage to the carbon nanotubes by sonication when treated for 1 hour or more.
한편, 본 발명에서는 탄소 나노 튜브와 기질과의 부착성을 향상시키기 위해서 수성 고분자 바인더를 사용하였다. 사용된 수성 고분자 바인더는 물과 탄소 나노 튜브가 혼합 및 분산된 수용액에 첨가하여 고르게 분산시킬 수 있도록 유화중합법에 의해 합성된 수성 고분자를 탄소 나노 튜브 분산용액에 탄소 나노 튜브 100 중량 대비 50 내지 2,000 중량비로 첨가한다.
Meanwhile, in the present invention, an aqueous polymer binder was used to improve the adhesion between the carbon nanotubes and the substrate. The aqueous polymer binder used was added to an aqueous solution in which water and carbon nanotubes were mixed and dispersed to uniformly disperse the aqueous polymer synthesized by an emulsion polymerization method in a carbon nanotube dispersion solution of 50 to 2,000 with respect to 100 weight of carbon nanotubes. Add by weight.
상기 수성 고분자 바인더가 50 중량비 미만이면 탄소 나노 튜브와 기질과의 부착성이 약하여 테이프를 이용한 표면활성화 공정 이후에 대부분의 탄소 나노 튜브가 기질로부터 탈락되기 때문에 기질상부에 전자 방출에 기여하는 탄소 나노 튜브의 밀도가 감소하여 전계 방출 특성을 감소시키는 문제점이 있고, 반면에 첨가되는 수성 고분자 바인더가 2,000 중량비를 초과하면 음극과 탄소 나노 튜브간의 접촉 저항이 증가하고, 기질에 탄소 나노 튜브가 고분자에 의해 대부분 함침되기 때문에 전계 방출 특성이 또한 감소되는 문제점이 있다.
If the aqueous polymer binder is less than 50 weight ratio, the adhesion between the carbon nanotubes and the substrate is weak, so that most of the carbon nanotubes are removed from the substrate after the surface activation process using a tape, thereby contributing to electron emission on the substrate. When the density of the decreases the field emission characteristics, on the other hand, when the added aqueous polymer binder exceeds 2,000 weight ratio, the contact resistance between the cathode and the carbon nanotubes increases, and the carbon nanotubes on the substrate are mostly There is a problem that the field emission characteristic is also reduced because of impregnation.
상기의 수성 고분자 바인더는 유화 중합법에 의해 합성될 수 있으며, 수성 고분자를 제조하기 위한 유화 중합은 물, 계면활성제, 단량체, 산화제를 사용할 수 있다. 단량체는 아크릴, 우레탄, 에폭시 중 1종 이상이 사용될 수 있고, 계면활성제는 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면 활성제 중 1종 이상이 사용될 수 있으며, 산화제로는 과황산암모늄(ammonium persulfate), 황산톨루엔철(Ⅲ)(iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate) 및 세륨 황산염(cerium(Ⅳ) sulfate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
The aqueous polymer binder may be synthesized by an emulsion polymerization method, and the emulsion polymerization for preparing the aqueous polymer may use water, a surfactant, a monomer, and an oxidizing agent. The monomer may be one or more of acrylic, urethane and epoxy, and the surfactant may be one or more of anionic, cationic and nonionic surfactants, and ammonium persulfate and sulfuric acid may be used as the oxidizing agent. One or more selected from the group consisting of toluene iron (III) p-toluenesulfonate and cerium (IV) sulfate may be used.
본 발명에서는 상기 수성 고분자를 사용하기 때문에 탄소 나노 튜브의 분산을 감소시키지 않고, 탄소 나노 튜브 분산용액에 혼합할 수 있을 뿐만 아니라 수성 고분자는 물을 이용하여 제조하기 때문에 친환경적인 이점이 있다.
In the present invention, since the aqueous polymer is used, not only the dispersion of the carbon nanotubes may be reduced, but also the carbon nanotubes may be mixed in the dispersion solution, and the aqueous polymer may be manufactured using water.
한편, 상기의 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액을 이용하여 소정의 기질에 코팅하여 전계 방출원을 형성한다. 코팅방법은 스프레이코팅(spray coating), 바코팅(bar coating), 롤투롤 코팅(roll-to-roll coating), 잉크젯 코팅(ink-jet coating), 그라비아 코팅(gravure coating) 방법 중 1종 내지 2종을 선택하여 도포한다. 도포 방법에 따라 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액의 점도를 상기의 탄소 나노 튜브 분산 용액을 준비하는 단계에서 조절하여 사용한다.
Meanwhile, the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution is coated on a predetermined substrate to form a field emission source. Coating methods include spray coating, bar coating, roll-to-roll coating, ink-jet coating, and gravure coating. Select and apply species. According to the coating method, the viscosity of the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution is adjusted and used in preparing the carbon nanotube dispersion solution.
기질은 유리 기판, 수정, 글래스웨이퍼, 실리콘웨이퍼뿐만 아니라, 고분자의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플렉서블한 기판을 사용할 수 있으며, 기질의 한 면에 전도성 고분자, 금속 산화물, 탄소 나노 튜브, 그래핀 중 선택된 1종을 증착하여 낮은 면저항을 갖도록 준비한다.
The substrate may be a glass substrate, crystal, glass wafer, silicon wafer, as well as flexible substrates such as polymer polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), etc. Prepared to have a low sheet resistance by depositing one selected from conductive polymers, metal oxides, carbon nanotubes, graphene.
본 발명에 따른 전계 방출원 제조 방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 전계 방출 소자 제조방법은, 물과 분산제의 혼합용액에 탄소 나노 튜브를 분산시키고 점도를 조절하여 탄소 나노 튜브 분산용액을 제조하는 단계와; 유화중합법에 의해 합성된 수성 고분자 바인더를 상기 탄소 나노 튜브 분산용액에 첨가하여 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 제조하는 단계와; 상기 제조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액을 기질에 코팅하는 단계와; 상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액이 코팅된 기질을 물을 이용하여 세척하고 건조하는 단계와; 상기 기질의 건조된 탄소 나노 튜브-고분자 복합코팅을 접착성 테이프를 이용하여 테이핑하는 표면활성화 공정을 통해 전계 방출 소자를 제조하는 단계;를 포함하여 구성된다.
A method for producing a field emission source and a method for manufacturing a flexible field emission device manufactured by the method include dispersing a carbon nanotube in a mixed solution of water and a dispersant and adjusting a viscosity to prepare a carbon nanotube dispersion solution; Adding an aqueous polymer binder synthesized by an emulsion polymerization method to the carbon nanotube dispersion solution to prepare a carbon nanotube-polymer composite solution; Coating the prepared carbon nanotube-polymer composite solution on a substrate; Washing and drying the substrate coated with the carbon nanotube-polymer composite solution using water; And manufacturing a field emission device through a surface activation process of taping the dried carbon nanotube-polymer composite coating of the substrate with an adhesive tape.
이하, 본 발명의 전계방출소자의 제조방법을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method of manufacturing the field emission device of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
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실시예Example
1~6] 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 용액 제조 1 ~ 6] Preparation of Carbon Nanotube-Aqueous Polymer Composite Solution
열기상화학법에 의해 합성되고 열처리 및 산처리 공정을 통해 정제된 다중벽 탄소 나노 튜브 40 mg을 2000 mg의 분산제가 함유된 물 200 ml에 첨가한 후, 10분 동안 500W의 초음파 처리를 통해서 분산시켰다.
40 mg of multi-walled carbon nanotubes synthesized by thermochemical chemistry and purified through heat treatment and acid treatment were added to 200 ml of water containing 2000 mg of dispersant, followed by dispersing by sonication of 500 W for 10 minutes. I was.
다음으로, 탄소 나노 튜브와 수성 고분자의 최적 비율을 산출하기 위해 탄소 나노 튜브가 분산된 용액에 아크릴산 혹은 메타아크릴산, 아크릴레이트 혹은 메타아크릴레이트와 유화제를 합성 성분으로 포함하면서 코어 혹은 쉘을 가지고 있는 수성 고분자의 함량을 하기 표 1과 같이 달리하여 첨가 및 혼합한 후, 스프레이 코팅을 실시하여 플라스틱 또는 유리 기질에 도포하였다.
Next, in order to calculate the optimum ratio of the carbon nanotubes and the aqueous polymer, an aqueous solution having a core or shell containing acrylic acid or methacrylic acid, acrylate or methacrylate and an emulsifier as a synthetic component in a solution in which the carbon nanotubes are dispersed. The content of the polymer was added and mixed in the same manner as in Table 1 below, followed by spray coating, and applied to a plastic or glass substrate.
상기 도포가 완료된 기질을 증류수를 사용하여 세척한 이후에 건조로를 사용하여 80 내지 100℃의 온도 범위에서 건조하고, 건조가 완료된 기질을 접착성을 가지는 테이프를 사용하여 표면 활성화 공정을 실시하여 전계 방출원을 제작하였다.
After the applied substrate was washed with distilled water, the substrate was dried in a temperature range of 80 to 100 ° C. using a drying furnace, and the surface of the dried substrate was subjected to a surface activation process using an adhesive tape. The circle was produced.
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시험예Test Example
1] 탄소 나노 튜브 - 수성 고분자 분산 특성 확인 1] Carbon Nanotube-Determination of Dispersion Characteristics of Aqueous Polymers
상기 실시예 1~6에 제시된 수성 고분자 함량을 변화시켜 탄소 나노 튜브 분산액에 첨가시켰을 경우의 분산도 변화를 측정하였다. 분산도는 UV-vis spectrophotometer를 사용하여 원심 분리 이후의 농도 변화를 측정하여 얻었다. 도 1에서 보는 바와 같이, 수성 고분자의 첨가량 변화에 따라 탄소 나노 튜브의 분산도는 변화가 없는 것을 확인하였다.The change in dispersion degree when the aqueous polymer content shown in Examples 1 to 6 was added to the carbon nanotube dispersion was measured. Dispersion was obtained by measuring the concentration change after centrifugation using a UV-vis spectrophotometer. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the dispersion degree of the carbon nanotubes did not change as the amount of the aqueous polymer added changed.
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시험예Test Example
2] 2]
전계Field
방출원Emission source
표면 형상 특성 확인 Check surface shape characteristics
상기 실시예 1~6의 전계 방출원을 전자현미경(SEM)으로 관찰하여 테이프를 이용한 표면 활성화 공정 이후에 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합 전계 방출원의 표면 형상을 확인하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 수성 고분자의 첨가 함량에 따라 표면 활성화 공정 이후의 표면 형상이 상이하게 변화하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 기질에 대한 탄소 나노 튜브를 부착시켜주는 수성 고분자의 함량이 변화함에 따라 표면 활성화 공정 이후에 기질로부터 떨어지는 탄소 나노 튜브의 밀도가 변화하기 때문이다.
The field emission sources of Examples 1 to 6 were observed with an electron microscope (SEM) to confirm the surface shape of the carbon nanotube-water-based polymer composite field emission source after the surface activation process using a tape. The results are shown in FIG. As can be seen in Figure 2, it can be seen that the surface shape after the surface activation process is changed differently according to the addition content of the aqueous polymer. This is because the density of the carbon nanotubes falling from the substrate changes after the surface activation process as the content of the aqueous polymer attaching the carbon nanotubes to the substrate changes.
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시험예Test Example
3] 3]
전계Field
방출 특성 확인 Check emission characteristics
상기 실시예 1~6에 따른 전계 방출원의 전계 방출 특성을 확인하기 위하여 우선 면저항이 낮은 ITO가 증착된 애노드 (anode)와 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합체가 코팅된 캐소드 (cathode)로 구성된 2극 형태의 소자를 낮은 진공도 (~10-6 Torr)를 갖는 진공 챔버에 장착한 후 평가하였다. 또한, 제조된 전자 방출원의 방출 패턴을 확인하기 위해 형광체(phorsphor)가 코팅된 애노드를 사용하였다.
In order to confirm the field emission characteristics of the field emission source according to Examples 1 to 6, first, a bipolar electrode composed of an anode having low sheet resistance and a cathode coated with a carbon nanotube-aqueous polymer composite was coated. The device in form was evaluated after mounting in a vacuum chamber with a low degree of vacuum (˜10 −6 Torr). In addition, an anode coated with a phosphor was used to confirm the emission pattern of the prepared electron emission source.
도 3은 수성 고분자의 함량 변화에 따른 인가 전계 변화에 따른 방출 전류 밀도 곡선 (J-E 곡선)이다. 수성 고분자의 함량이 0.1 mg/ml에서 0.8 mg/ml으로 증가함에 따라 탄소 나노 튜브로부터 전자가 방출되는 개시 전계 (turn-on field)가 1.54 V/um에서 1.20 V/um으로 감소하였다. 이는 수성 고분자의 함량이 증가함에 따라 표면 활성화 공정 이후에 기질에 남아있는 탄소 나노 튜브의 밀도가 증가하게 되고 이에 따라 단위 면적당 전자를 방출하는 전자 방출원의 밀도가 증가하기 때문이다.
3 is a discharge current density curve (JE curve) according to the applied electric field change according to the change of the content of the aqueous polymer. As the content of the aqueous polymer increased from 0.1 mg / ml to 0.8 mg / ml, the turn-on field at which electrons were released from the carbon nanotubes decreased from 1.54 V / um to 1.20 V / um. This is because as the content of the aqueous polymer increases, the density of the carbon nanotubes remaining in the substrate after the surface activation process increases, thereby increasing the density of the electron emission source that emits electrons per unit area.
그러나, 수성 고분자의 함량이 1.6 mg/ml 이상일 경우 전계 방출 특성이 다시 감소하였다. 이는 수성 고분자의 함량이 많을 경우, 캐소드와 탄소 나노 튜브간의 접촉 저항의 증가와 더불어 수성 고분자내에 대부분의 탄소 나노 튜브가 함침되어 기질 표면에 노출되는 탄소 나노 튜브의 밀도가 다시 감소하기 때문이다. 수성 고분자 함량에 따른 탄소 나노 튜브 - 수성 고분자 복합 전계 방출원에 대한 개시전계를 표 2에 요약하였다.
However, when the content of the aqueous polymer is 1.6 mg / ml or more, the field emission characteristics were reduced again. This is because when the content of the aqueous polymer is large, the contact resistance between the cathode and the carbon nanotubes increases, and most of the carbon nanotubes are impregnated in the aqueous polymer, thereby decreasing the density of the carbon nanotubes exposed on the substrate surface. The starting field for the carbon nanotube-aqueous polymer composite field emitter according to the aqueous polymer content is summarized in Table 2.
도 4는 탄소 나노 튜브 - 수성 고분자 복합 용액을 이용하여 플렉서블한 폴리에틸린 테레프탈레이트 (PET) 기질에 코팅 한 후의 사진과 이를 이용하여 형광체가 코팅된 애노드를 사용하여 전계 방출 패턴을 측정한 사진이다. 이를 통해 본 발명의 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액을 이용하면 기질의 제약을 받지 않고 전계 방출원의 제작을 실현할 수 있음을 의미한다.
FIG. 4 is a photograph showing coating of a flexible polyethylen terephthalate (PET) substrate using a carbon nanotube-aqueous polymer composite solution and a field emission pattern measured using a phosphor coated anode using the same. FIG. . This means that the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution of the present invention can realize the field emission source without being constrained by the substrate.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As mentioned above, although it demonstrated with reference to the preferred embodiment of this invention, those of ordinary skill in the art can carry out this invention within the range which does not deviate from the thought and range of this invention described in the claim below. It will be understood that various modifications and changes can be made.
Claims (14)
It comprises a carbon nanotube, water, a dispersing agent and an aqueous polymer binder, wherein the dispersing agent is added in a weight ratio of 1,000 to 5,000 to 100 weight of the carbon nanotubes, the aqueous polymer binder in a 50 to 2,000 weight ratio of 100 carbon nanotubes Carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for producing a field emitter, characterized in that the addition
The carbon nanotubes of claim 1, wherein the carbon nanotubes are at least one selected from the group consisting of single-walled, multi-walled, double-walled carbon nanotubes subjected to at least one of heat treatment and acid treatment. Tube-Aqueous Polymer Composite Solution
상기 다중벽 탄소 나노 튜브는 5~7 nm의 직경을 갖는 다중벽 탄소 나노 튜브를 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물
The method of claim 2,
The multi-walled carbon nanotubes are carbon nanotubes-aqueous polymer composite solution composition for producing a field emission source, characterized in that the use of multi-walled carbon nanotubes having a diameter of 5 ~ 7 nm.
The method of claim 1, wherein the dispersant is sodium dodecyl benzene sulfate (NaDDBS), sodium dodecylsulfate (SDS), Triton X-100, gum arabic (Gum Arabic , GA), sodium chlorate (SC), lithium dodecylsulfate (LDS), tween-series, Novec fluorosurfactant (FC4430) and tergitol-series Carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for producing a field emission source, characterized in that at least one kind
상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액 조성물의 점도를 높이기 위하여 고점도의 비이온성 분산제를 탄소 나노 튜브 100 중량 대비 1,000내지 20,000 중량비로 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물
The method of claim 1,
In order to increase the viscosity of the carbon nanotube-polymer composite solution composition, a carbon nanotube-aqueous polymer composite solution for preparing a field emission source is further added with a high viscosity nonionic dispersant at a weight ratio of 1,000 to 20,000 based on 100 weight of carbon nanotubes. Composition
상기의 수성 고분자 바인더는 물과; 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 계면활성제와; 아크릴, 우레탄, 에폭시 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체와; 과황산암모늄(ammonium persulfate), 황산톨루엔철(Ⅲ)(iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate) 및 세륨 황산염(cerium(Ⅳ) sulfate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화제;를 포함하여 사용하는 유화중합법에 의해 합성된 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물
The method of claim 1,
The aqueous polymer binder is water; At least one surfactant selected from the group consisting of anionic, cationic and nonionic surfactants; At least one monomer selected from the group consisting of acryl, urethane, and epoxy; During the emulsification, including at least one oxidant selected from the group consisting of ammonium persulfate, iron (III) p-toluenesulfonate and cerium (IV) sulfate Carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for producing a field emitter, characterized in that synthesized by a law
상기 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물의 점도범위는 100 cps 이상 ~ 10,000 cps 이하인 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조용 탄소 나노 튜브-수성 고분자 복합용액 조성물
The method of claim 1,
The viscosity range of the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition is 100 cps or more to 10,000 cps or less, characterized in that the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition for field emission production
Dispersing the carbon nanotubes in a mixed solution of water and a dispersant and adjusting the viscosity to prepare a carbon nanotube dispersion solution; Adding an aqueous polymer binder synthesized by an emulsion polymerization method to the carbon nanotube dispersion solution to prepare a carbon nanotube-polymer composite solution composition; Coating the prepared carbon nanotube-polymer composite solution composition on a substrate; Washing and drying the substrate coated with the carbon nanotube-polymer composite solution composition using water; Manufacturing a field emission source through a surface activation process of taping the dried carbon nanotube-polymer composite coating of the substrate using an adhesive tape;
상기 기질은 유리 기판, 수정, 글래스웨이퍼, 실리콘웨이퍼, 플라스틱, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조방법.
The method of claim 10,
The substrate is a field emitter, characterized in that at least one selected from the group consisting of glass substrate, quartz, glass wafer, silicon wafer, plastic, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) and polycarbonate (PC) Manufacturing method.
상기 기질은 한 면에 전도성 고분자, 금속 산화물, 탄소 나노 튜브, 그래핀 중 선택된 1종을 증착하여 낮은 면저항을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조방법.
The method of claim 11,
The substrate is a method for producing a field emission source characterized in that it has a low sheet resistance by depositing one selected from a conductive polymer, metal oxide, carbon nanotube, graphene on one side.
상기 코팅단계에서 탄소 나노 튜브 - 수성 고분자 복합용액 조성물을 기질에 코팅하는 방법은 스프레이코팅(spray coating), 바코팅(bar coating), 롤투롤 코팅(roll-to-roll coating), 잉크젯 코팅(ink-jet coating), 그라비아 코팅(gravure coating) 방법중에 선택된 1종 이상의 방법을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조 방법.
The method of claim 10,
In the coating step, a method of coating the carbon nanotube-aqueous polymer composite solution composition on a substrate may include spray coating, bar coating, roll-to-roll coating, and inkjet coating. -Jet coating), gravure coating (gravure coating) method of producing a field emission source characterized in that a mixture of at least one method selected.
상기 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액 조성물은 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 따른 탄소 나노 튜브-고분자 복합용액 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 방출원 제조 방법.The method of claim 10,
The carbon nanotube-polymer composite solution composition is a method for producing a field emission source using the carbon nanotube-polymer composite solution composition according to any one of claims 1 to 9.
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2011
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