Random networks of single-walled carbon nanotubes(SWNTs) have been received significant attention for applications such as transparent electrodes for flat panel displays, various sensors, solar cells, field-effect transistors. In this study, we compare the electrical behavior of network films of as-prepared, purified, cut SWNTs and hybrid of SWNT networks and gold nanoparticles as a function of transmittance under mediation of defects. SWNT network films in the range of 40~99% transmittance were prepared on glass substrate by vacuum filtration methods. SWNTs were characterized by TGA, Raman spectroscopy, and properties of SWNT network films were measured by scanning electron microscopy, UV/VIS/NIR spectra photometer and sheet resistance. The change of electrical properties of SWNT network films is dependent on their structural modifications, but sheet resistance of SWNT net work films does not always depend on the degree of defects. Sheet resistance of cut SWNT network films was lower than purified SWNT network films about below 91% transmittance.
We found that there are two critical points and exponents based on percolation theory in sheet resistance versus transmittance or extraction volume in DMF solution graphs. The $2^{nd}$ critical points were observed for all SWNT network films but their origins are not certain. The relationships between transmittance and extraction volume in DMF solution can be found through percolation theory. These results are expected to offer considerable scope for the development of carbon nanotube based electronic devices, especially for devices using transparent conducting films.
얇은 LCD, OLED 및 평판 디스플레이의 수요가 사무기기 및 TV 등 대형기기와 휴대전화, 전자 수첩 등의 휴대용 소형 기기를 중심으로 해서 증가하고 있어 이와 동시에 화소 전극으로 이용되는 투명 전극의 수요도 급속히 증가하고 있다. 일반적으로 대다수 회로와 전극 및 그밖에 다른 부품들은 금속이나 실리콘 등의 재료로 만들어져 왔다. 하지만 투명 전극과 반도체를 비롯하여 다양한 트랜지스터와 회로 및 그밖에 다른 요소들로 구성되는 투명 전자제품이 최근 활발히 연구되고 있다. 투명 전자회로를 제작하면 이 회로를 창문 같이 커다란 영역에 장착하는 게 가능해지고 유리창에도 다양한 기능을 지원하는 새로운 전자제품을 실장할 수도 있다. 심지어는 벽이나 책상, 또는 그밖에 다른 곳에도 전자기기를 접착식으로 장착할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 지금까지 개발된 재료 중 ITO (Indium Tin Oxide) 전극이 대부분 사용되고 우수한 물성을 나타내고 있지만 기계적 강도가 약하고 쉽게 부스러지기 때문에 차세대 플렉서블 디스플레이용으로는 적합하지 않다. 이에 반해 탄소나노튜브 분산액을 이용하여 제조된 네트워크 필름은 유연성, 내구성이 뛰어나면서도 투과도, 전도도도 우수한 측면이 있어 기존 ITO의 대체 재료로서 충분한 가능성을 지니고 있다. 탄소나노튜브의 벽면 결함 정도에 따른 조절된 상태에서 탄소나노튜브 네트워크 필름의 전기적 특성에 대한결과는 보고되어 있으나 탄소나노튜브의 벽면 결함정도가 조절된 상태에서 투과도에 따른 네트워크 필름의 전기적 특성에 대한 연구는 없는 상태이다. 이에 본 연구에서는 (1) 화학적 처리를 하지 않은 단일벽 탄소나노튜브, 산처리((2)정제와 (3)커팅)를 시행한 단일벽 탄소나노튜브를 유기용매에 분산시킨 후 진공여과법을 통하여 네트워크 필름을 제조하였다. 그리고 (4) 화학적 처리를 하지 않은 단일벽 탄소나노튜브 필름에 금 나노입자를 환원시켜 복합체를 만든 후 (1)~(4)의 4가지 종류 필름의 전기적 특성을 40~99%의 다양한 투과도에서 조사하였다. 그 결과 금 나노입자를 환원시킨 단일벽 탄소나노튜브 네트워크 필름이 모든 투과도 영역에서 가장 낮은 면저항을 보였다. 특징적인 것은 네트워크가 일반적으로 정제나 커팅 같은 화학적 처리를 거치면 탄소나노튜브 벽면에 결함이 생성되고 결함의 정도가 클수록 면저항 값이 증가하는 것으로 알려져 있으나 반드시 그렇지는 않았다. 탄소나노튜브 네트워크 필름의 전기 전도도는 전도성 경로의 수와 임계점에서의 전도성 경로의 수와의 차에 비례한다는 percolation 이론에 의해 설명이 가능하다. 투과도의 경우 percolation 이론에 직접 적용이 어렵기 때문에 투과도의 함수로써 표현한 각 네트워크 필름의 면저항 결과를 우리가 사용한 나노튜브 분산액의 양 대 면저항의 결과로 변환한 후 percolation 이론에 적용한 결과, 기존에 한 개의 임계점이 존재한다고 알려진 사실과는 다르게 흥미롭게도 두 개의 임계점을 발견할 수 있었고 투과도와 나노튜브 분산액의 양과의 관계도 파악할 수 있었다. 우리가 처음 발견한 두 번째 임계점의 발생 원인에 대한 원인에 대해서는 집중적인 연구가 필요하다. 이러한 결과는 탄소나노튜브 네트워크 필름을 이용한 투명 전극을 목적에 맞게 제조하는데 중요한 통합적 안목을 제공했다는 측면에서 매우 중요하다.
