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KR102378795B1 - 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극 - Google Patents

전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극 Download PDF

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KR102378795B1
KR102378795B1 KR1020200089073A KR20200089073A KR102378795B1 KR 102378795 B1 KR102378795 B1 KR 102378795B1 KR 1020200089073 A KR1020200089073 A KR 1020200089073A KR 20200089073 A KR20200089073 A KR 20200089073A KR 102378795 B1 KR102378795 B1 KR 102378795B1
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electrode
microfiber
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윤명한
김영석
김지웅
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광주과학기술원
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Abstract

본 발명의 일실시예는 복수개의 전도성 고분자 미세섬유를 포함하고, 상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분은 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합됨으로써 메쉬 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 신축성, 유연성 및 투과성을 가지면서도 구조적으로 안정하며 높은 전기적, 전기화학적 특성을 가지는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 및 이를 이용한 물리적 안정성 및 수계 안정성이 향상된 유연 전자소자용 전극을 제공할 수 있다.

Description

전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극{Conductive polymer microfiber mesh structure, manufacturing method thereof and electrode for flexible electronic device using the same}
본 발명은 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 별도의 가교제 없이 전도성 고분자 미세섬유 간 구조 융합을 통해 구조 안정성을 향상시킨 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극에 관한 것이다.
유연 전자소자(Flexible electronics)는 기판을 늘리거나 심각한 굽힘에도 소자의 특성을 잃지 않고 작동하며 외력을 제거하더라도 소자의 특성을 유지할 수 있는 차세대 전자소자로, 최근 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 전자소자나 전자 피부 등에 활용이 가능한 미래형 핵심 기술로 각광받고 있다.
유연 전자소자의 구현을 위해서는 유연 소자의 부품이 되는 기판, 전극 제조에 관한 기술의 개발이 필수적으로 선행되어야 할 것이다. 특히, 유연소자용 전극은 유연성, 신축성을 가지면서도 높은 전기적, 전기화학적 특성뿐만 아니라, 구조적 안정성 또한 유지될 것이 요구된다.
최근에는 전자소자의 전극 및 도선을 이루는 신축성 전도체에 대한 연구가 주류를 이루고 있다. 그러나 종래의 신축성 전도체를 이용한 유연 전자소자용 전극은 유연하고 신축성 있는 특성을 가지지만 구조적 안정성이 떨어지는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0071489호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 신축성, 유연성, 투과성 및 높은 전기적, 전기화학적 특성을 가지면서도 구조적 안정성을 향상시킨 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유연 전자소자용 전극을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 복수개의 전도성 고분자 미세섬유를 포함하고, 상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분은 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합됨으로써 메쉬 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 통한 후처리를 통해 결정성이 향상된 것일 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, 원통형의 미립자 형태일 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자로 이루어진 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극을 포함하는 유연 전자소자를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는, 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 제조방법은, 용매에 전도성 고분자를 용해하여 전도성 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 전도성 고분자 용액을 습식 방사하는 단계; 상기 습식 방사된 전도성 고분자 미세섬유의 결정성 향상을 위한 후처리 단계; 상기 후처리 한 미세 섬유를 길이방향과 수직한 절단면을 가지도록 복수횟수로 절단하여 원통형의 미립자 형태로 제조하는 단계; 상기 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 진공 여과하여 용매를 제거하는 단계; 및 상기 용매가 제거된 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 열건조하여 미립자 간 교차 부분을 구조 융합하는 단계;를 포함하고,
상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분은 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합됨으로써 메쉬 구조를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자는 pi 오비탈을 가지는 전도성 고분자일 수 있다.
예를 들어, 상기 pi 오비탈을 가지는 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 용매는 물, 아세톤, 에틸아세트산, 헥산, 에테르, 클로로포름, 디클로로메탄 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 결정성 향상을 위한 후처리 단계는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 이용한 처리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 높은 신축성, 유연성 및 투과성을 가지면서도 구조적으로 안정한 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 기반으로 하여 높은 전기적, 전기화학적 특성을 가지면서도 물리적 안정성 및 수계 안정성이 향상된 유연 전자소자용 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 시간에 따른 수계 안정성을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 질량에 따른 면저항(sheet resistance)을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 정전 용량(specific capacitance)을 3전극 시스템하에서 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 질량에 따른 투과도 변화를 나타내는 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 설명한다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 현미경 사진이고, 도 1의 (b)는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 섬유 간 교차부분을 확대하여 나타낸 사진이다.
도 1의 (a), (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 복수개의 전도성 고분자 미세섬유(1)를 포함하고, 상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분(2)에서는 상기 전도성 고분자 미세섬유 간 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합이 일어나, 상기 전도성 고분자 미세섬유들이 메쉬 구조를 형성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, 전도성 고분자를 직접 습식 방사하여 얻어진 것일 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자로 이루어진 것 일 수 있다.
이때, 상기 pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는, 전기를 통하게 할 수 있는 전도도를 갖는 유기 고분자로 C-C 결합과 C=C 결합이 교대로 존재하는 공액(conjugation) 구조를 가짐으로써 (π 전자밀도의 비편재화(delocalization)에 의해 전기적 특성을 가지는 전도성 고분자라면 제한 없이 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 통한 후처리를 통해 결정성이 향상된 것일 수 있다. 구체적으로는, 산성 용액 처리를 통해 불필요한 계면활성제가 제거되어 결정성이 향상된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, PEDOT:PSS로부터 PSS-사슬이 제거된 PEDOT 사슬일 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, 복수횟수로 섬유의 길이방향과 수직하게 절단된, 원통형의 미립자 형태일 수 있다.
상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 종래의 기술들과 달리 별도의 가교제 없이 전도성 고분자 미세섬유가 교차 부분에서 직접 구조 융합된 것을 특징으로 하므로, 종래 기술과 비교하여 구조적 안정성이 향상된 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용하면, 구조적 안정성 및 수계 안정성이 향상된 전극을 제공할 수 있는 효과가 있으며, 두꺼운 전자 소자 구조에서도 전기화학적 특성의 저하 없이 일정 수준의 전기화학적 특성 확보가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극은, 제1항에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유연 전자소자를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전자소자는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극 및 이를 포함하는 유연 전자소자는, 종래 기술보다 구조적으로 안정하며 전기 전도도가 높고 그 밖에 전기적, 전기화학적 특성이 향상된 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 제조방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 제조방법은, 용매에 전도성 고분자를 용해하여 전도성 고분자 용액을 제조하는 단계(S100), 상기 전도성 고분자 용액을 습식 방사하는 단계(S200), 상기 습식 방사된 전도성 고분자 미세섬유의 결정성 향상을 위한 후처리 단계(S300), 상기 후처리 한 미세 섬유를 물로 세척하는 단계(S400), 상기 세척한 미세 섬유를 길이방향과 수직한 절단면을 가지도록 복수횟수로 절단하여 원통형의 미립자 형태로 제조하는 단계(S500), 상기 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 진공 여과하여 용매를 제거하는 단계(S600) 및 상기 용매가 제거된 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 열건조하여 미립자 간 교차 부분을 구조 융합하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전도성 고분자 미세섬유는, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 전기를 통하게 할 수 있는 전도도를 갖는 유기 고분자로 C-C 결합과 C=C 결합이 교대로 존재하는 공액(conjugation) 구조를 가짐으로써 (π 전자밀도의 비편재화(delocalization)에 의해 전기적 특성을 가지는 전도성 고분자라면 제한 없이 포함될 수 있을 것이다.
이때, 상기 용매는 물, 아세톤, 에틸아세트산, 헥산, 에테르, 클로로포름, 디클로로메탄 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 결정성 향상을 위한 후처리 단계는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 이용한 후처리를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자 미세섬유를 상기 산성용액으로 처리함으로써, 상기 전도성 고분자 미세섬유 내의 불필요한 계면활성제를 제거하여 전도성 고분자 사슬의 stacking을 변화시킴으로써 결정화도를 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 고분자가 PEDOT:PSS인 경우, 소수성의 PEDOT+와 친수성의 PSS-사슬의 이차 결합으로 구성된 고분자 복합체에 산을 처리하면, 일부 PSS- 사슬이 산에서 생성된 양성자와 반응하여 PSSH(polystyrene sulfonic acid) 사슬로 전환되게 되고, 이를 세척단계를 통해 세척하게 되면 PSS 사슬이 제거된다. 이로 인하여 PEDOT 결정구조가 pi-pi stacking과 lamella stacking을 가지는 결정구조로 바뀌면서 결정화를 위한 유리한 상태에 놓이게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 별도의 가교제 없이도 결정성이 향상된 전도성 고분자 미세섬유 간의 구조융합을 통해 메쉬 형태를 형성하므로, 구조적으로 안정한 특징이 있다.
상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 결정성 향상을 위한 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 이용한 후처리, 진공 여과 처리 및 구조 융합을 위한 열건조 처리를 통해 별도의 가교제 없이 미세섬유 간 교차 부분에서 단단하게 구조 융합되는 것을 특징으로 하므로, 구조 안정성이 향상된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 제조방법은, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는 이용하는 것을 특징으로 하므로 전기 전도도가 높은 전도성 고분자 메쉬 구조체의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 제조예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체의 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 제조하였다.
이를 위해, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)폴리스타이렌 설포네이트를 물에 녹인 전도성 고분자 용액을 아세톤 응고욕에서 습식 방사하였다. 상기 습식 방사된 전도성 고분자 미세섬유에, 결정성 향상을 위하여 황산을 80% 내지 100%의 농도로 처리 후 물로 세척하였다. 상기 제작된 전도성 고분자 미세섬유를 복수횟수로 길이 방향과 수직하게 절단하여 미립자 형태로 제조하였다.
상기 제조된 미립자를 진공 여과를 통해 용매를 제거하였다. 상기 진공 여과된 미립자를 미세섬유 간 결정성 공유 및 구조 융합을 위하여 60℃에서 열건조하여, 전도성 고분자 미세섬유 간의 교차부분에서 구조 융합된 메쉬 구조체를 제조하였다.
<제조예 2> 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극을 제조하였다.
이를 위하여, 크롬과 금이 코팅된 유리 기판에 상기 제조예 1에 따라 제조한 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 증착하여 전극을 제조하였다.
<실험예 1> 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 기반 전극의 수계 안정성 측정 실험
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 수계 안정성을 측정하는 실험을 진행하였다.
이를 위하여, 상기 제조예 1에 따라 제조된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용하였다.
도 3은 제조예 1에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 시간에 따른 수계 안정성을 측정한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극은, 시간이 지나도 전극의 상대 저항값(relative resistance)은 비교적 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극은 높은 수계 안정성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2> 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 기반 전극의 전기적/전기화학적 특성 측정 실험
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 질량에 따른 전기적/전기화학적 특성 변화를 측정하는 실험을 진행하였다.
도 4는 단위 면적당 질량에 따른 면저항(sheet resistance)을 측정한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 전도성 고분자 미세섬유의 단위 면적당 질량이 증가할수록 면저항 값이 작아지는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 단위 면적당 정전 용량(specific capacitance)을 3전극 시스템하에서 측정한 그래프이다.
이때, 기준전극으로는 은/염화은 표준 전극을, 상대전극으로는 백금 와이어 기반 메쉬 전극을, 작업전극으로는 상기 제조예 2에 따라 제조된 전극을 이용하여 100mM의 NaCl 전해질 하에서 측정하였다.
도 5를 참조하면, 전도성 고분자 미세섬유의 단위 면적당 질량이 증가할수록 특정 정전 용량 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극은 종래 기술과 비교하여 높은 전기적, 전기화학적 특성을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3> 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 기반 전극의 단위 면적당 질량의 변화에 따른 투명도 측정 실험
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 질량에 따른 투명도를 측정하는 실험을 진행하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 이용한 전극의 단위 면적당 질량에 따른 투명도의 차이를 나타내는 사진이다.
도 6을 참조하면, 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체 제조 시 전도성 고분자 미세섬유의 로딩 양을 조절함으로써 그 두께를 제어할 수 있고, 이에 따라 투명도를 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체는, 필요에 의해 다양한 두께로 제어되어 적합한 신축성, 유연성 및 투명도를 가지도록 제조될 수 있으므로, 투명 유연 전자소자에 활용도가 높을 것임을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 전도성 고분자 미세섬유
2: 교차 부분

Claims (12)

  1. 복수개의 전도성 고분자 미세섬유를 포함하고,
    상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분은 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합됨으로써 메쉬 구조를 형성하는 것을 특징으로 하고,
    상기 전도성 고분자 미세섬유는, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 미세섬유는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 통한 후처리를 통해 결정성이 향상된 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 미세섬유는, 원통형의 미립자 형태인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 pi 오비탈을 가진 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체.
  6. 제1항에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극.
  7. 제1항에 따른 전도성 고분자 미세섬유 메쉬 구조체를 포함하는 전극을 포함하는 유연 전자소자.
  8. 용매에 전도성 고분자를 용해하여 전도성 고분자 용액을 제조하는 단계;
    상기 전도성 고분자 용액을 습식 방사하는 단계;
    상기 습식 방사된 전도성 고분자 미세섬유의 결정성 향상을 위한 후처리 단계;
    상기 후처리 한 미세섬유를 물로 세척하는 단계;
    상기 세척한 미세 섬유를 길이방향과 수직한 절단면을 가지도록 복수횟수로 절단하여 원통형의 미립자 형태로 제조하는 단계;
    상기 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 진공 여과하여 용매를 제거하는 단계; 및
    상기 용매가 제거된 미립자 형태의 전도성 고분자 미세섬유를 열건조하여 미립자 간 교차 부분을 구조 융합하는 단계;를 포함하고,
    상기 전도성 고분자 미세섬유 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 다른 전도성 고분자 미세섬유와 교차하며, 상기 교차된 부분은 별도의 가교제 없이 결정성을 공유하며 구조 융합됨으로써 메쉬 구조를 형성하는 것을 특징으로 하고,
    상기 전도성 고분자 미세섬유는, pi 오비탈을 가진 전도성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 섬유 메쉬 구조체의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 pi 오비탈을 가지는 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 섬유 메쉬 구조체의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 용매는 물, 아세톤, 에틸아세트산, 헥산, 에테르, 클로로포름, 디클로로메탄 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 섬유 메쉬 구조체의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 결정성 향상을 위한 후처리 단계는, 산 및 극성 용매를 포함하는 용액을 통한 후처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 섬유 메쉬 구조체의 제조방법.
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