플라스틱 필름에 탄소 나노튜브 배선을 제조하는 간단하고 저렴한 접근 방식을 제안합니다.

[아름이]

플라스틱 필름에 탄소 나노튜브 배선을 제조하는 간단하고 저렴한 접근 방식을 제안합니다.
날짜:
2023년 3월 2일
원천:
도쿄이과대학
요약:
연구원들은 플라스틱 필름에 다중벽 탄소 나노튜브(MWNT)를 제조하는 저렴한 방법을 개발했습니다. 제안된 방법은 간단하고 주변 조건에서 적용할 수 있으며 MWNT를 재사용하고 추가 단계 없이 조정 가능한 저항의 유연한 와이어를 생성합니다. 현재 제조 방법의 몇 가지 단점을 제거하여 유연한 탄소 배선 장치용 탄소 배선의 대규모 제조에 유용합니다.

전체 이야기
일본 도쿄 과학 대학의 연구원들은 플라스틱 필름에 다중벽 탄소 나노튜브(MWNT)를 제조하는 저렴한 방법을 개발했습니다. 제안된 방법은 간단하고 주변 조건에서 적용할 수 있으며 MWNT를 재사용하고 추가 단계 없이 조정 가능한 저항의 유연한 와이어를 생성합니다. 현재 제조 방법의 몇 가지 단점을 제거하여 유연한 탄소 배선 장치를 위한 탄소 배선의 대규모 제조에 유용합니다.

탄소 나노튜브(CNT)는 탄소 원자로 만들어진 원통형 튜브형 구조로 고강도, 저중량, 우수한 열 및 전기 전도성과 같은 매우 바람직한 물리적 특성을 나타냅니다. 따라서 강화 재료, 에너지 저장 및 변환 장치, 전자 장치를 포함한 다양한 응용 분야에 이상적인 재료입니다. 그러나 이러한 엄청난 잠재력에도 불구하고 유연한 CNT 기반 장치를 제조하기 위해 플라스틱 기판에 통합하는 것과 같이 CNT를 상업화하는 데 어려움이 있었습니다. 전통적인 제조 방법은 고온 및 클린룸과 같이 세심하게 통제된 환경이 필요합니다. 또한 저항 값이 다른 CNT를 생산하려면 반복 전송이 필요합니다.

LIFT(laser-induced forward transfer) 및 TF(thermal fusion)와 같은 보다 직접적인 방법이 대안으로 개발되었습니다. LIFT 방식에서는 레이저를 사용하여 CNT를 기판에 직접 전사하는 반면, TF에서는 CNT를 폴리머와 혼합한 다음 레이저로 선택적으로 제거하여 다양한 저항 값을 갖는 CNT 와이어를 형성합니다. 그러나 이 두 가지 방법 모두 비용이 많이 들고 고유한 문제가 있습니다. LIFT는 고가의 펄스 레이저와 특정 저항 값을 가진 CNT 준비가 필요한 반면 TF는 활용되지 않고 낭비되는 많은 양의 CNT를 사용합니다.

보다 간단하고 저렴한 접근 방식을 개발하기 위해 이쿠노 타카시 부교수는 최근 일본 도쿄 과학 대학의 동료인 고마츠 히로아키, 스기타 요스케, 마츠나미 타카히로와 함께 새로운 방법을 제안했습니다. 저비용 레이저를 사용하여 주변 조건(실온 및 대기압)에서 플라스틱 필름에 다중벽 CNT(MWNT) 배선 제작.

2023년 2월 8일 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 저널에 발표된 획기적인 기술은 약 10μm 두께의 MWNT 필름으로 폴리프로필렌(PP) 필름을 코팅한 다음 mW UV 레이저에 노출시키는 것입니다. 결과는 MWNT와 PP의 조합으로 만들어진 전도성 배선입니다.

Ikuno 박사는 "이 프로세스를 통해 복잡한 프로세스 없이도 웨어러블 센서용 배선 및 유연한 장치를 쉽게 '그리기'할 수 있습니다."라고 강조합니다.

연구원들은 이러한 와이어의 형성이 MWNT와 PP 필름 사이의 열전도도 차이 때문이라고 생각했습니다. MWNT/PP 필름이 레이저에 노출되면 MWNT 층의 높은 열전도율로 인해 와이어 길이를 따라 열이 확산되어 MWNT-PP 인터페이스에서 고온이 발생하고 PP 필름의 다른 곳에서는 온도가 낮아집니다. . 온도가 가장 높은 레이저 바로 아래에서 PP는 MWNT 필름으로 확산되어 두꺼운 PP/MWNT 합성물을 형성하고, 상대적으로 온도가 낮은 레이저 가장자리에는 얇은 PP/MWNT 층이 형성됩니다.

제안된 방법은 또한 단순히 조사 조건을 변경하여 동일한 공정 내에서 (반복 전사 없이) 다른 저항 값을 갖는 탄소 와이어를 제조할 수 있으므로 추가 단계가 필요하지 않습니다. PP/MWNT 필름을 낮은 스캐닝 속도, 많은 수의 레이저 노출 또는 고출력 레이저 사용을 통해 높은 레이저 에너지에 노출하면 MWNT 농도가 더 높은 두꺼운 와이어가 생성됩니다. 결과적으로 MWNT의 저항률이 낮고 와이어가 두꺼울수록 와이어의 단위 길이당 저항이 낮아집니다(저항은 저항률과 와이어 두께 사이의 비율에 정비례함).

레이저 광에 대한 MWNT/PP 필름의 노출을 정밀하게 제어함으로써 연구원들은 0.789kΩ/cm에서 114kΩ/cm까지의 광범위한 저항 값을 갖는 MWNT 와이어를 성공적으로 제작했습니다. 게다가 이 전선은 매우 유연하여 반복적으로 구부러져도 저항을 유지했습니다.

또한 이 방법은 현재 기술의 시급한 문제 중 하나인 LIFT 및 TF 기술이 제조 공정에서 사용되지 않는 CNT를 재사용할 수 없다는 문제를 해결했습니다. 제안된 방법에서 레이저 조사 중에 PP 필름에 통합되지 않은 MWNT는 회수되어 재사용될 수 있으므로 저항 값의 변화가 거의 또는 전혀 없는 새로운 MWNT 와이어를 생성할 수 있습니다.

단순성, CNT의 효율적인 활용 및 고품질 와이어를 만드는 기능을 통해 새로운 방법은 유연한 센서 및 에너지 변환 및 저장 장치를 위한 유연한 탄소 배선의 대규모 제조를 실현할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이쿠노 박사는 "기존 방법에 비해 공정 비용이 크게 절감될 것으로 기대한다. 이는 곧 대량으로 폭넓게 응용될 것으로 예상되는 저비용 플렉서블 센서의 실현에 기여할 것"이라고 말했다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/