잉크젯 프린팅용 구리나노잉크의 합성 및 특성평가

[카리]

미래 인쇄 전자 기술은 대면적 기판에 적용할 수 있는 저가의 소재 및 공정기술을 갖추는 것이 핵심이다. 이에 바탕을 두고 PCB 기판, 플렉시블 기판 등 다양한 기능성 소자를 제작하는 것이 추세이다. 소자 제작에는 다양한 적층 공정에서 전극 소재가 필요하며 기존의 증착 방법 이외의 신규 소재 및 공정기술 개발이 요구되는 가운데 최근 금속 나노입자 기반 금속성 잉크를 이용한 잉크젯 프린팅 기술에 대한 연구가 활발하다. 대표적 금속성 잉크인 은나노잉크는 높은 전도성 및 열 안정성을 가지고 있으나 고가의 가격으로 인해 사용의 한계가 있다. 이를 대체하기 위한 구리나노잉크는 높은 전도성을 가지고 있으며, 가격이 저렴한 장점이 있다. 하지만 쉽게 산화가 이루어져 전도성을 잃기 쉬운 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 구리나노입자와 구리착화합물을 혼합하여 구리나노잉크를 개발하였다.

구리착화합물은 구리나노입자 표면에 존재하여 입자의 산화를 방지하기 위해 사용되었다. 개발한 잉크는 잉크젯 프린터를 이용하여 프린팅에 적합한 특성을 가지도록 하였으며, 박막의 형태로 Si/SiO2 기판상에 패턴을 증착하여 금속성 잉크로서의 적합성을 평가하였다. 구리나노입자 및 구리착화합물은 X-ray Diffraction (XRD), Thermo-Gravimetric Analyzer (TGA), Transmission Electron Microscope (TEM)로 분석하였다. 합성된 잉크의 입자 크기 분포는 Dynamic Light Scattering (DLS)로 측정하였고, 30일 동안의 저항 변화를 관찰하였다. 프린팅 후 패턴은 다양한 기판에 적용하기 위하여 200 ℃에서 600 ℃까지의 비교적 낮은 온도에서 200 ℃ 간격으로 열처리되었다. 열처리 후, Scanning Electron Microscope (SEM)를 사용하여 패턴의 표면적 특성을 관찰하였고, X-ray Diffraction (XRD)을 사용하여 구리나노입자의 결정 구조 및 결정학적 방향을 분석하였다. 프린트된 구리 패턴의 면저항은 4-Point Probe Station에 의해 측정되었다. 본 연구의 결과는 합성된 구리나노잉크가 다양한 인쇄 전자 장치에 적합함을 보여준다.

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