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Jun 07, 2023

신속한 용해

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 17703(2016) 이 기사 인용 2497 액세스 8 인용 지표 세부 정보 투명 용지는 다음과 같은 이유로 전자 장치의 대체 기판입니다.

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 17703(2016) 이 기사 인용

2497 액세스

8 인용

측정항목 세부정보

투명 종이는 독특한 특성으로 인해 전자 장치의 대체 기판입니다. 그러나 현재 에너지 집약적 및/또는 시간 소모적 절차로 인해 투명 용지의 확장 가능한 생산이 제한됩니다. 이 보고서에서 우리는 용해-분리 전략을 사용하여 재생 셀룰로오스 섬유(RCF)로 광학적으로 투명한 종이를 제조하는 신속한 공정을 보여줍니다. RCF는 평균 폭이 19.3μm이고 길이가 수백 마이크론이며 진공 여과를 통해 투명 종이로 준비됩니다. 이 새로운 용해-분리 접근법은 높은 생산 효율성을 가능하게 하는 동시에 뛰어난 광학적, 기계적 특성을 지닌 투명 종이를 생성합니다.

미세 크기의 목재 섬유 및/또는 셀룰로오스 나노섬유로 구성된 광학적으로 투명한 종이는 태양전지, 트랜지스터, 유기발광다이오드와 같은 전자 장치에 사용하기 위한 유리 및 플라스틱의 대체 기판으로 지난 몇 년 동안 엄청난 주목을 받아 왔습니다. 터치 스크린 및 안테나1,2,3,4,5,6. 투명 종이는 우수한 광투과도, 강한 인장 강도, 낮은 표면 거칠기, 우수한 열 안정성 등의 전형적인 특성을 갖고 있어 기존 용지를 대체할 수 있는 가능성이 있습니다. 결과적으로, 효율적이고 환경 친화적인 대규모 제조 공정은 생산 비용 및 지속 가능성 측면에서 차세대 "녹색" 전자 제품에 중요합니다. 진공 여과 및 주조 접근법은 광학적으로 투명한 나노종이를 제조하는 것으로 보고되었지만, 이는 셀룰로오스 나노섬유의 낮은 현탁 농도를 활용하고 섬유의 나노 크기에 의해 제한되는 시간 소모적이고 에너지 집약적인 나노섬유 분해 단계에 의존합니다7,8,9 ,10,11,12. 이러한 요인들은 투명 나노종이의 확장성과 저비용 제조를 심각하게 방해합니다. 캐스팅 또는 압출 방법은 대규모 투명 재생 셀룰로오스 필름을 제조하는 데 일반적으로 사용되지만 N-메틸모르폴린 N-산화물(NMMO)17 및 N,N-디메틸아세트아미드/염화리튬과 같은 용매가 사용됩니다( DMAc/LiCl)18은 환경 문제를 야기할 뿐만 아니라 과도한 용매 제거 단계로 인해 생산 효율성을 저하시킵니다. 마이크로 크기의 셀룰로오스 섬유로 만든 투명 종이는 나노종이에 비해 ~90%의 광투과율과 월등히 높은 탈수 효율을 나타내지만, 이러한 높은 투명도를 갖는 종이를 생산하는 데는 공정이 1시간이 소요되어 대량 생산이 현실적이지 않습니다4.

이 보고서에서는 광학적으로 투명한 종이가 빠른 용해 및 분리 전략을 통해 미세 크기의 재생 셀룰로오스 섬유(RCF)로 형성됩니다. 첫째, 원료 셀룰로오스 섬유가 이온성 액체(IL)에 완전히 용해됨에 따라 셀룰로오스 사슬 사이의 수소 결합이 분해됩니다(용해 과정). 그런 다음, 얻은 셀룰로오스 용액을 재생 용액에 적가하고 격렬하게 교반하여 마이크로 크기의 RCF를 생성합니다(탈착 공정). 재생 솔루션 매개변수를 조정함으로써 다양한 섬유 크기와 형태를 가진 마이크로 크기의 RCF가 수확되고 전통적인 제지 공정을 통해 광학적으로 투명한 종이를 신속하게 제조할 수 있습니다. RCF로 만든 투명지는 이전에 보고된 투명지에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다. (1) 광학적 특성과 기계적 강도를 극도로 희생하지 않고 경제적이고 효율적인 여과 방법을 적용하여 투명지의 대량 생산이 가능합니다. (2) 미세한 RCF(20분)와 60μm 두께의 투명 종이(10분)를 준비하는 데 시간이 더 적게 걸립니다. 이러한 용해-분리 전략은 롤투롤(roll-to-roll) 제조 공정을 통해 투명 종이를 빠르고 저렴하게 생산할 수 있다는 점을 보여줍니다.