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전도도가 향상된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법

  • 기술번호 : KST2014058496
  • 담당센터 : 서울동부기술혁신센터
  • 전화번호 : 02-2155-3662
요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 저온에서 수분상과 유기상 계면에서의 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 제조와 제조한 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자를 메타-크레졸(meta-cresol)과 클로로포름(CHCl3)을 공동용매로 사용한 고전도성(600내지 700 S/cm) 박막으로 제조하여 의사 캐패시터로서 (pseudo capacitor or redox capacitor or super capacitor)의 응용에 적용한 것으로, 저온 계면 중합을 이용하여 무기물에 전도성 고분자를 도입함으로 기존에 보고된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자보다 10 배 이상 상승 된 전도도(22 내지 26 S/cm)를 가지는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자를 제조하는 방법과 제조된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자를 강염기 용액으로 디도핑 한 후, 비교적 큰 크기의 유기산이 이차 도핑(secondary doping)된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 유기용액을 고전도성 박막(600 내지 700 S/cm)으로 제조하는 방법을 제공하며 전극으로 이용되었을 경우 높은 캐패시턴스 (1560 F/g)와 3000초 동안 충전/방전 칼바트로닉 효율을 99%이내로 유지하는 성능을 보임으로 차세대 캐패시터 전극으로서의 가능성을 제시하였다.본 발명에 따르면, 간단하고 저렴한 계면 중합법에 의해 기존에 보고된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 보다 10배 이상의 전도도(22 내지 26 S/cm)를 가지는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자와 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막을 대량으로 용이하게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명에서 제조될 수 있는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자는 실리카 입자의 크기에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 제조된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 자와 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막은 전도도와 capacitance에 있어서 높은 재현성(오차범위 99 % 이내)을 가진다.
Int. CL H01G 9/042 (2006.01.01) B82B 3/00 (2017.01.01)
CPC H01G 9/042(2013.01) H01G 9/042(2013.01)
출원번호/일자 1020110143967 (2011.12.27)
출원인 서울대학교산학협력단
등록번호/일자 10-1338550-0000 (2013.12.02)
공개번호/일자 10-2013-0075566 (2013.07.05) 문서열기
공고번호/일자 (20131206) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2011.12.27)
심사청구항수 18

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 서울대학교산학협력단 대한민국 서울특별시 관악구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 장정식 대한민국 서울특별시 관악구
2 김민규 대한민국 서울특별시 관악구

대리인

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최종권리자

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1 서울대학교산학협력단 서울특별시 관악구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application
2011.12.27 수리 (Accepted) 1-1-2011-1041371-14
2 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2012.12.05 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2012-0743308-82
3 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2013.01.14 수리 (Accepted) 4-1-2013-5007213-54
4 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2013.01.29 수리 (Accepted) 1-1-2013-0084576-64
5 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2013.01.29 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2013-0084511-18
6 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2013.06.25 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0435588-92
7 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2013.08.22 수리 (Accepted) 1-1-2013-0762705-83
8 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2013.08.22 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2013-0762692-77
9 등록결정서
Decision to grant
2013.11.13 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0780785-83
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2015.03.17 수리 (Accepted) 4-1-2015-5033829-92
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2015.05.13 수리 (Accepted) 4-1-2015-5062924-01
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2019.05.13 수리 (Accepted) 4-1-2019-5093546-10
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2019.05.23 수리 (Accepted) 4-1-2019-5101798-31
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2019.08.02 수리 (Accepted) 4-1-2019-5154561-59
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
(A) 수 나노미터 내지 수백 나노미터 직경의 실리카 입자를 수용액 상에 잘 분산 시켜서 실리카 입자의 표면을 음의 전하를 갖도록 실리카 입자 표면으로 개질 시키는 단계;(B) 수용액 상에 염산을 적가 하여, 염산 용액을 제조한 후에, 아닐린 단량체를 넣고 교반 하여서 양전하를 갖는 아닐리니움 이온(anilinium ion)을 형성하는 단계; 및,(C) 상기 실리카 입자가 분산된 수용액과 아닐리니움 이온이 분산된 수용액을 혼합, 교반 하여서 실리카 입자 표면에 아닐리니움 이온을 양전하-음전하 정 전기적 인력에 의하여 흡착하는 단계; 및(D) 상기 혼합 용액에 조용매(co-solvent)로서 클로로포름을 첨가여 -9 oC 이하의 온도에서 교반을 하여도 혼합용액이 동결하는 것을 방지하면서 수분상과 유기상 계면에서 중합이 일어나게 함으로써, 파라(para)방향으로의 중합을 유도하는 동시에 부가적인 메타(meta) 방향, 오쏘(ortho) 방향으로의 불필요한 중합을 방지하는 단계; 및,(E) 상기 클로로 포름이 첨가된 혼합 용액에 산화제를 -9 oC 에서 적가하여서, 아닐린 단량체가 수분상과 유기상 계면에서 수 시간 동안 중합되어 실리카 입자 표면에서 폴리 아닐린 층이 형성된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자를 제조하는 단계; 및,(F) 상기 실리카 폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자가 분산된 용액에 세척용액으로서 물을 첨가하고, 원심 분리기를 사용하여 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노입자를 분리 및 회수하는 단계;및, (G) 상기 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 자를 암모니아의 양이 물 100 중량부에 대하여 30 중량부인 암모니아 용액에 혼합하여 디도핑 시키는 단계; 및(H) 상기 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자를 이차 도펀트인 캠포술폰산과 혼합한 뒤 초음파 분쇄기를 이용하여 메타-크레졸/클로로포름 공동 용매에 24시간 녹이는 단계; 및(I) 상기 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자의 유기용액의 숙성 시간을 조절하는 단계; 및(J) 상기 용액을 기판 위에 드롭 캐스팅방법을 통하여 기판 위에 박막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
2 2
제1항에 있어서, 코어 물질인 실리카 입자의 크기가 7 내지 100 nm 의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
3 3
제1항에 있어서, 상기 아닐린 단량체를 중합시키는 산화제는 암모늄퍼설페이트 이외에 삼염화철, 쎄륨암모늄나이트레이트 중에서 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
4 4
제 1항에 있어서 조용매로서 클로로포름(CHCl3) 이외에 헥산(hexane), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene) 또는 크실렌(xylene) 중에 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
5 5
제1항에 있어서, 중합 온도는 -9 내지 -50 ℃ 인 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
6 6
제 1항에 있어서 중합시간이 폴리 아닐린의 중합 온도 범위에 따라 24 내지 48시간의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
7 7
제 1항에 있어서 산이 염산(HCl) 이외에 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 또는 인산(H3PO4) 중에서 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
8 8
제 1항에 있어서 조용매의 양이 단계 (C)용액 50 mL 부피부에 대하여 0
9 9
제 1항에 있어서 교반 속도가 100 내지 1000 rpm 의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
10 10
제 1항에 있어서 암모니아 용액 이외에 수산화나트륨 수용액, 수산화칼슘 수용액 또는 수산화칼륨 수용액 중에서 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
11 11
제 1항에 있어서 이차 도펀트인 캠포술폰산의 함량이 폴리 아닐린 1 몰부에 대하여 0
12 12
제 1항에 있어서 메타-크레졸/클로로포름 공동용액의 조성이, 클로로포름의 중량부가 메타-크레졸/클로로포름 공동용액 5 mL 부피부에 대하여 0 내지 0
13 13
제 1항에 있어서 메타-크레졸/크롤로 포름 공동용매에 녹이는 시간을 24시간 이외에 48시간, 72시간으로 하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
14 14
제 1항에 있어서 제조된 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 유기용액을 이용하여 박막을 형성할 시 사용되는 기판의 종류가 유리, 실리콘 웨이퍼 및 내화학성이 우수한 고분자 박막인 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
15 15
제 1항에 있어서 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막을 형성하는 방법으로 스핀 코팅 또는 드롭 캐스팅 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
16 16
제 1항에 있어서 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막의 두께를 조절하기 위하여 스핀 코팅의 경우에는 회전 속도를 300 내지 3000 rpm 으로 조절하는 것과 드롭 캐스팅의 경우에는 기판 위에 적가 하는 유기 용액의 양을 기판의 단위 면적(cm2) 당 0
17 17
제 1항에 있어서 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막을 제조하기 위해서 박막의 건조온도를 40 내지 90 oC 로 하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
18 18
제 1항에 있어서 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자의 디도핑에 사용되는 염기성 용액의 농도를 염기성 용액의 농도를 물 100 중량부에 대하여 0 내지 50 중량부로 조절하는 것을 특징으로 하는 실리카-폴리 아닐린 코어-쉘 나노 입자 박막 제조방법
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