KR100302828B1 - 전기 변색장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절할 수 있는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하고, 전기 변색장치에 적용되는 전해질층을 높은 전기 전도도를 갖는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 또는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용하므로써 전기 변색장치의 응답시간을 더욱 빠르게 할 수 있고, 그 수명을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 색상을 구현할 수 있는 전기 변색장치의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 변색장치의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하고, 전해질층을 높은 전기 전도도를 갖는 고분자 전해질을 이용하여 전기 변색장치의 성능을 극대화시킬 수 있는 전기 변색장치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기변색이란 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절하는 것으로 산화 또는 환원시 수반되는 전자의 이동으로 자외선(Ultraviolet)이나, 가시광선, 근적외선 영역에서의 에너지 흡수 변화에 따라 색깔의 변화를 가져오는 현상을 말한다.
이러한 현상을 이용한 전기 변색장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전기 변색층(110)이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(Active Electrode)(120)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층(140)과, 이온의 저장고(Ion Storage)로 사용되는 상대전극(Reservoir Electrode)(130)으로 이루어진다.
여기서, 상기 전기 변색층(110)과 전해질층(140)의 상태에 따라 고체형과 액체형으로 분류되는데, 고체형에서는 전기 변색층(110)과 전해질층(140)을 박막의 형태로 사용하며, 금속산화물이나 전도성 고분자 등이 전기 변색재료로 일부 적용되고 있고, 액체형은 유기 변색물질(benzidine 유도체 및 viologen이나 dipyridine 유도체)의 경우와 같이 전기 변색물질 자체가 전해질에 녹아 있는 용액을 사용하는 경우를 말한다.
그러나, 액체형의 경우 용액에 녹아 있는 상태로 전기변색이 일어나므로 전체 용액의 색을 변화시키기 위하여 전압을 걸어줄 경우 긴 시간이 요구될 뿐만 아니라 전력의 소모가 큰 문제점이 있었다. 그리고, 액체상의 전기 변색거울은 봉합이 잘 안될 경우 용액이 새어나올 수 있고 용액의 점성을 높이기 위하여 증점제(Thickner) 및 각종 첨가제를 사용해야만 하므로 전기 변색장치(100)가 복잡한 단점이 있었다.
한편, 상기 전기 변색층(110)은 전이 금속산화물이나 유기 변색물질, 전도성 고분자 등이 사용되는데, 상기 전이 금속산화물의 전기 변색물질은 환원형과 산화형으로 다시 나뉘어진다. 그 예로서 삼산화텅스텐(WO3)이나 삼산화몰리브덴(MoO3)과 같이 전자를 얻어 환원될 때 색을 띠는 환원(양극)형 발색물질과, 이산화이리듐(IrO2)이나 삼산화로듐(RhO3)과 같이 전자를 잃고 산화될 때 색을 띠는 산화(음극)형 발색물질을 들 수 있다. 이와 같은 무기물들은 박막의 형태로 증착되어 전기 변색현상을 나타내는 장점을 가지고 있다. 그러나, 색대비나 산화-환원 안정성(싸이클 수 : 106회 이상) 등의 전기 변색성은 우수하나 박막 제조시 진공 증착법(Vacuum Evaporation), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition) 등의 어려운 방법을 이용해야만 하며, 가공성이 적어 대면적의 표시소자 제작이 난해한 단점이 있고, 균일하게 박막을 입히거나, 박막의 두께 조절시 기술적으로 어려운 점이 노정되는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 유기 변색물질로는 헤테로고리나 공유 결합기를 가진 유기 화합물 등이 있으며, 그 일 예로 제초제로 알려진 Viologen(1,1-disubstituted 4,4＇-bipyridinium ions, I)등이 있다. 이때, 상기 viologen은 2,2＇-bipuridyl system이나 diphthalocyanines과 만찬가지로 전자를 얻어 환원될 때 색을 띠는 환원형 발색물질이고, 환원될 때 생성되는 라디칼 양이온은 청자색을 띠게 된다. 이러한 색변화는 처음 환원반응까지는 가역적이고 부반응 없이 여러번 순환, 반복될 수 있으나 더 환원시키면 가역성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
또한, 전도성 고분자의 경우 산화-환원(또는 도핑-비도핑)되면 공유 결합내의 전자밀도가 바뀌어 새로운 에너지 준위로의 전자의 전이가 가능해져 색의 변화를 도모할 수 있으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, poly(isothianaphthene), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 그리고 polyfuran 등은 전기적인 변색성을 보이는 대표적인 예이다. 그런데, 그 중 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜은 공기 중에서 안정하고 색대비 효과가 커서 현재 실용화와 관련된 많은 연구가 이루어지고 있으며, 여러 종류의 색변화를 나타내는 장점을 가지고 있어서 향후 전기 변색물질로의 사용이 크게 기대되는 물질이다. 더불어, 이들 전도성 고분자는 다른 무기물질이나 유기물질이 갖지 못하는 독특한 기계적, 광학적 성질 및 가공성을 지니고 있으므로 후술하는 본 발명에서의 주요 관건이 되고 있다.
한편, 상기 두 개의 가역적인 전극은 통상 전기변색 성질을 지니는 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극(120)과, 이온의 저장고(Ion Storage)로 사용되는 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 상대전극(130)으로 이루어지는데, 이들은 전도성 유리(ITO glass) 위에 어떠한 전기 변색물질이 사용되는냐에 따라서 각각의 작용이 달라진다. 즉, 작업전극(120)으로서 WO3와 같은 환원 발색물질(양극형의 전기변색물질)이 사용되는 경우 상대적극엔 Ni, Co 또는 iridium dxide로 된 산화 발색물질이 이용될 수 있고, 전도성 고분자를 사용하는 경우 전도성 고분자 전극이 작업전극(120)이 되고, 상대전극(130)에는 환원 발색물질인 WO3이 사용될 수 있다. 이와 같은 전기 변색장치(100)는 액체형에 비해 구조가 간단하고, 양쪽 전극 사이의 전하이동이 효율적으로 진행되므로 소자의 전기 변색특성 및 가역성이 더 좋아지게 되는 것이다.
한편, 전해질층(140)은 전압의 변화에 따라 전자를 움직이게 하는 기능을 수행하는 것으로 주로 액체 전해질이 사용되고 있는데, 이러한 액체 전해질은 휴대가 불편하고 흘러 내리는 단점이 있어 현재에는 거의 사용되고 있지 않는 현실이다. 그리고, 전해질층(140)은 가능한한 비전기 변색특성의 물질로서 반드시 안정한 광학적 특성을 지녀야 하며, 투명하고 이온 전도도가 10-3∼10-6S/㎝ 범위의 값을 가져야 전기 변색소자로서 사용이 가능하다.
본 발명의 목적은 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절할 수 있는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하고, 전해질층을 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 또는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용하여 전기 변색장치의 응답시간을 더욱 빠르게 할 수 있고 그 수명을 더욱 길게 할 수 있는 전기 변색장치의 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 변색장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 전기 변색장치에 적용된 전기 변색층을 구현하기 위하여 전기화학적 합성에 사용되는 고분자 단량체 및 전해질, 용매의 조건을 나타내는 표.
도 3은 본 발명에 따른 전기 변색층에 적용된 변색물질의 구조 및 변색물질의 합성시 사용된 카운터 이온을 나타내는 화학 구조식.
도 4는 본 발명에 따른 전기 변색장치에 적용된 전기 변색층을 구현하기 위하여 설치된 작업전극 및 상대전극을 포함한 장치도.
도 5 및 도 6, 도 7은 본 발명에 따른 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층이 적용된 전기 변색장치의 흡수 스펙트라를 여러 가지 전압에서 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 8 및 도 9, 도 10은 본 발명에 따른 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층이 적용된 전기 변색장치의 optical response를 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 11 및 도 12, 도 13은 본 발명에 따른 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층으로 적용한 전기 변색장치의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프.
도 14 및 도 15, 도 16은 본 발명에 따른 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층으로 적용한 전기 변색장치의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과를 나타내는 그래프.
도 17 및 도 18, 도 19는 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 각각 전기 변색층으로 사용하여 제작한 전기 변색장치를 여러 가지 전압하에서의 흡수 스펙트라를 측정하고, 도핑과 비도핑 때의 흡수 스펙트럼의 결과를 나타내는 그래프.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 전기 변색층으로 사용하여 제작한 전기 변색장치의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층으로 각각 적용한 전기 변색장치의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과를 나타내는 그래프.
도 24는 본 발명에 따른 전기 변색장치의 전해질층에 적용된 Polyethyleneim ine-SO3 _고분자 전해질을 설명하기 위한 화학 구조식.
도 25 및 도 26은 본 발명에 다른 전기 변색장치의 전해질층에 적용된 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 및 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 임피던스를 측정한 결과를 나타내는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 전기 변색장치 110 : 전기 변색층
120 : 작업전극 130 : 상대전극
140 : 전해질층 150 : 기준전극
160 : 혼합용액
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 전기 변색층이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(Active Electrode)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층과, 이온의 저장고(Ion Storage)가 되는 상대전극(Reservoir Electrode)으로 이루어진 전기 변색장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전기 변색층은, 증류수에 전해질 p-toluenesulfonic acid를 녹인 용액 속에 진공증류(Vacuum Distillantion)를 통하여 정제된 아닐린(aniline)을 첨가시킨 다음 자석젓개로 저어주어 혼합용액을 수득하는 단계와, 상기 혼합용액에 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극 및 백금판(Fisher Scientific Co.)으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(Reference Electrode)을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리아닐린(Polyaniline)을 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 퇴적시키는 단계와, 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전기 변색장치(100)의 제작에 있어서 전기 변색층(110)에 사용되는 단량체로는 aniline, N-phenyl-1-naphtyanniline, thiophene, 2,2＇-bithiophene, 3-methylthiophene 등이 있으며, 상기 전기 변색층(110)을 구현하기 위한 전해질로는 LiClO4, tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium hexafluorophos-phate 등을 사용하고, 용매로는 acetonitrile, H2O를 사용하였다.
이때, 상기 전기 변색층(110)을 구현하기 위하여 전기화학적 합성에 사용되는 고분자 단량체 및 전해질, 용매의 조건은 도 2에 도시된 바와 같고, 본 발명을 통하여 구현된 전기 변색층(110)의 변색물질의 구조 및 변색물질의 합성시 사용된 카운터 이온(counter ion)은 도 3에 도시된 바와 같다.
한편, 전기 변색장치(100)는 이미 설명한 바와 같이 전기 변색층(110)이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(120)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층(140)과, 이온의 저장고(Ion Storage)가 되는 상대전극(130)으로 이루어지는데, 본 발명에서는 상기 구성의 엘리먼트 중에서 전기 변색층(110) 및 전해질층(140)의 제조방법과, 상기 작업전극(120)으로 사용되는 전도성 유리의 세척방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4은 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 크게 폴리아닐린의 전기화학적 합성 또는 폴리아닐린 유도체의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성에 의하여 제조되어진다.
이때, 상기 폴리아닐린의 전기화학적 합성을 설명하면 다음과 같다.
통상적으로 진공증류(Vacuum Distillantion)를 통하여 정제한 아닐린(aniline)은 무색 또는 담황색의 액체이고 알코올, 벤젠에 용해되는 특성이 있는데, 먼저 0.91mL(∼0.1mol)의 아닐린을 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)을 녹인 용액 속에 첨가시켜 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극(120) 및 백금판(Fisher Scientific Co.)으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(Reference Electrode)(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도(scan rate)를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리아닐린(Polyaniline)을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시킨다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7V정도 유기시키고 약 20분 정도 방치하게 되면 자연스럽게 폴리아닐린이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 폴리아닐린 유도체의 전기화학적 합성은 다시 폴리ο-톨루이딘(Poly-ο-toluidine)의 전기화학적 합성 및 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)의 전기 화학적 합성으로 대별되는데, 상기 폴리ο-톨루이딘의 전기 화학적 합성은 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 ο-톨루이딘(ο-toluidine)을 첨가시키면서 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리ο-톨루이딘을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시키다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 20분 정도 방치하게 되면 자연스럽게 폴리ο-톨루이딘이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)의 전기 화학적 합성은 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 2-에톡시아닐린(ethoxyaniline)을 첨가시키면서 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시키다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 20분 정도 방치하게 되면 폴리에톡시아닐린이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
여기서, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 흡수 스펙트라를 여러 가지 전압에서 측정한 결과는 도 5 및 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이 나타났다.
즉, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)는, 낮은 전압(-3V)에서는 고분자의 환원된 상태에 해당하는 색상을 나타내고, 높은 전압(+3V)에서는 산화된 상태에 기인되는 색상을 나타냄을 알 수 있다.
그리고, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 optical response를 측정한 결과는 도 8 및 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이 나타났다.
즉, function generator와 오실로스코우프를 사용하여 전기 변색장치(100)에 1㎐의 주파수와 +6V의 전위차를 흘려주어 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 하여 potential pulse를 측정하여 응답시간 및 수명(싸이클 수)을 측정한 결과, 상기 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 응답시간이 50㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 3.6×104으로 나타남을 알 수 있다.
그리고, 폴리ο-톨루이딘의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 응답시간이 75㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 1.5×104으로 나타남을 알 수 있고, 상기 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 응답시간이 120㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 1×104으로 나타남을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴(Acetonitrile)에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(Lithium Perchlorate;LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.86g(∼0.2mol)의 아닐린(aniline)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.2∼+1.3V로 유지시키면서 약 2시간 정도 방치하여 폴리아닐린 분말을 수득한다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트(tetraethylammonium tetrafluoroborate;[CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 아닐린을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 순환시킨 후 전압을 +1.3∼+1.4V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.02mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate;(CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 아닐린을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.8∼+2.0V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는다.
상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.8V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
여기서, 상기 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층(110)으로 적용한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선은 도 11 및 도 12, 도 13에 도시된 바와 같다.
이는 도핑에 의해 고분자 골격에 이미 존재하고 있던 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)이 지배적으로 작용하여 양과 음으로 하전된 전하 운반체의 발생확율를 다르게 만들기 때문이다.
그리고, 상기 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층(110)으로 적용한 전기 변색장치(100)의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과는 도 14 및 도 15, 도 16에 도시된 바와 같다.
즉, Function generator를 사용하여 1㎐를 흘려보내 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 한 결과, ClO4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 14에 도시된 바와 같이 응답시간이 50ms로 측정되고, 싸이클 수는 3.6×104로 나타남을 알 수 있고, BF4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 15에 도시된 바와 같이 응답시간이 65ms로 측정되고, 싸이클 수는 1.5×104로 나타남을 알 수 있고, PF4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 16에 도시된 바와 같이 응답시간이 40ms로 측정되고, 싸이클 수는 6.5×104로 나타남을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.7g(∼0.2mol)의 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.6∼+1.7V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 1.86g(∼0.2mol)의 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +2.1∼+2.2V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +2.1V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.22mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 1.7g(∼0.2mol)의 티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +2.3∼+2.4V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +2.4V정도 유기시키고 약 20분 동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 상기 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.663g(∼0.01mol)의 바이티오펜(bithiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +0.9∼+0.95V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.9V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 1.09g(∼0.05mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 1.66g(∼0.01mol)의 바이티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1V로 유지시키면서 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
또한, 그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.36g(∼0.01mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 1.66g(∼0.01mol)의 바이티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.1∼+1.2V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면, 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리3메틸티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜(3-methylthiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.5V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.02mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.5∼+1.6V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.
여기서, 상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층(110)이 각각 적용된 전기 변색장치(100)의 물리적 특성을 비교하면 다음과 같다.
먼저, 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 각각 전기 변색층(110)으로 사용하여 제작한 전기 변색장치(100)를 여러 가지 전압하에서의 흡수 스펙트라를 측정하고, 도핑과 비도핑 때의 흡수 스펙트럼의 결과는 도 17 및 도 18, 도 19에 도시된 바와 같다.
즉 낮은 전압(-3V)에서 전기 변색장치(100)는 고분자의 환원된 상태에 따른 색상(붉은색)을 나타내었고, 높은 전압(+3V)에서는 산화된 상태에 따른 색상(푸른색)을 각각 나타내었다. 전압이 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 피크는 단파장으로의 이동을 나타내었고, 결과적으로 excitation에 의해 흡수 스펙트럼의 피크는 단파장으로 이동하였다.
그리고, 상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 전기 변색층(110)으로 사용하여 제작한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선은 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같다. 즉, 폴리티오펜의 전기 변색층(110)을 적용한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선에서 전압을 올려주며 측정한 산화피크와 전압을 내려주며 측정한 환원피크 모두 비대칭적으로 나타났으며, 이는 전해질 용액 내에 존재하고 있던 카운터 이온들이 고분자 골격에 도핑되어 들어갔기 때문이다.
상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층(110)으로 각각 적용한 전기 변색장치(100)의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과는 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같다.
즉, Function generator를 사용하여 1㎐를 흘려보내 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 하고 6V의 전위차 사이에서 응답시간과 싸이클 수를 측정한 결과, 폴리티오펜을 사용한 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 22에 도시된 바와 같이 응답시간이 71ms로 측정되고, 싸이클 수는 7×103로 나타남을 알 수 있고, 폴리3-메틸티오펜을 사용한 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 23에 도시된 바와 같이 응답시간이 100ms로 측정되고, 싸이클 수는 2.5×103로 나타남을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전해질층(140)은 10mL의 에탄올에 1.OOg의 Polyethyleneimine을 녹임과 동시에 별도의 에탄올 30mL에 2.00g의 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid를 녹인 후, 상기 Polyethyleneimine이 포함된 용액을 상기 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid가 포함된 용액에 첨가하면서 자석젓개로 1시간 정도 저어주게 되면 도 24에 도시된 바와 같은 맑은 옥색을 띠는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질을 사용할 수 있고, 또는, 50mL의 Propylene carbonate 용액에 50mL의 Ethylene carbonate 용액을 섞어 자석젓개로 저어줌과 동시에 100℃의 온도를 유지하면서 10.6g의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 첨가하여 혼합물을 얻는 후, 상기 혼합물을 정제된 50mL의 아세토니트릴(acetonitrile)에 서서히 가함과 동시에 4g의 Polyethylene oxide를 1.5:1의 비율로 첨가하므로써 얻어지는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용할 수 있다.
이때, 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 및 Polyethyleneoxide- ClO4 -고분자 전해질의 임피던스를 측정한 결과는 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같다.
즉, 도 25에 도시된 바와 같이 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질은 내부저항이 0에서 시작하는 이상적인 half circle 형태의 스펙트럼과 5.8×10Ω의 저항값을 나타내없고, 도 26에 도시된 바와 같이 상기 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 임피던스 스펙트럼 형태는 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질과 비교하여 비이상적인 모양을 보이지만 저항은 780Ω의 낮은 값을 나타내었다.
이때, 도 25 및 도 26의 임피던스 결과로부터 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질의 이온 전도도는 3.18×10-6S/㎝이고, 상기 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 이온 전도도는 1.478×10-5S/㎝임을 각각 알 수 있다.
한편, 상기 작업전극(120)으로 이용되는 이용되는 전도성 유리는 전기 변색층(110)인 고분자가 직접 코팅되어지므로 전기 변색장치(100)의 제작에 있어서 매우 중요하며, 상기 전도성 유리의 조건에 따라 전기 변색장치(100)의 안정성 등에 큰 영향을 주므로 가능한한 불순물을 깨끗하게 제거하여야만 하는데 그 과정을 설명하면, 먼저, 질소가스로 불어주어 전도성 유리 표면에 잔존하는 먼지를 제거한 다음, 농도 6wt％로 조절되어 음이온성·비이온성 계면활성제 및 첨가물이 포함된 Sodium hydroxide 용액을 사용하여 초음파 세척기 안에서 상기 전도성 유리를 다시 세척한다.
그 후, 상기 초음파 세척기 안에서 증류수를 세 번정도 바꾸어 주며 전도성 유리를 세척한 다음, 다시 에탄올을 이용하여 세척함과 동시에 질소가스를 이용하여 건조하므로써 최상의 조건을 갖춘 전도성 유리를 수득하여 사용하게 되는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법에 의하면, 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절할 수 있는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하므로써 전기 변색장치의 응답시간이 더욱 빨라지고, 그 수명(싸이클 수)이 길어질 뿐만 아니라 다양한 색상을 구현할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한, 전기 변색장치에 적용되는 전해질층을 높은 전기 전도도를 갖는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 또는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용하므로써 전기 변색장치의 응답시간이나 싸이클 수를 더욱 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한, 전기 변색장치에 적용되는 작업전극인 전도성 유리의 표면에 잔존하는 불순물을 깨끗하에 제거하므로써 전기 변색장치의 안정성 및 응답시간을 크게 향상시키는 유용한 효과가 있다.
그리고, 상기 전기 변색장치를 실용화한 전기 변색 유리창은 건물 또는 항공기, 선박의 창으로 사용될 수 있으며, 실내로 들어오는 강한 빛이나 태양열, 그리고 자외선 등을 마음대로 조절할 수 있는 실용적인 효과가 있다.
즉, 실내로 들어오는 강한 빛이나 태양열의 투과도를 조절할 수 있어 추운 계절에는 실내로 최대의 태양열이 들어올 수 있도록 전기 변색층을 투명하게 조절하고, 더운 여름에는 태양 광선이 전기 변색층을 반사해 나가도록 하므로써 실내 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있게 되어 냉·온방을 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있는 것이다.
또한, 자동차의 후사경에 응용하여 야간 운전시 뒷차량으로부터 조사되는 강한 불빛으로 인하여 운전자의 시야를 방해하는 현상을 방지할 수 있어 운전자의 안전운행을 기할 수 있는 효과가 있다.
이와같이 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어진 전기 변색장치는 다양한 응용과 실용화를 통하여 실생활에 많은 유익함을 줄 수 있고 에너지 절약 등을 기할 수 있을 뿐만 아니라 멋스러운 분위기까지 자아낼 수 있는 탁월한 효과가 있는 것이다.
Claims (18)
- 적어도 전기 변색층이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(Active Electrode)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층과, 이온의 저장고(Ion Storage)가 되는 상대전극(Reservoir Electrode)으로 이루어진 전기 변색장치를 제조하는 방법에 있어서,상기 전기 변색층은,증류수에 전해질 p-toluenesulfonic acid를 녹인 용액 속에 진공증류(Vacuum Distillantion)를 통하여 정제된 아닐린(aniline)을 첨가시킨 다음 자석젓개로 저어주어 혼합용액을 수득하는 단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극 및 백금판(Fisher Scientific Co.)으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(Reference Electrode)을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리아닐린(Polyaniline)을 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 퇴적시키는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,증류수에 전해질 p-toluenesulfonic acid를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 ο-톨루이딘(ο-toluidine)을 첨가시킨 다음 자석젓개로 저어주어 혼합용액을 수득하는 단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리ο-톨루이딘(Poly-ο-toluidine)을 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 퇴적시키는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리ο-톨루이딘을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,증류수에 전해질 p-toluenesulfonic acid를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 2-에톡시아닐린(ethoxyaniline)을 첨가시킨 다음 자석젓개로 저어주어 혼합용액을 수득하는 단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)을 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 퇴적시키는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리에톡시아닐린을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴(Acetonitrile)에 전해질 리튬퍼크로러에이트(Lithium Perchlorate;LiClO4)를 녹인 용액 속에 아닐린(aniline)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; ClO4 _)을 사용한 폴리아닐린의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.2∼+1.3V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트(tetraethylammonium tetrafluoroborate;[CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 아닐린을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; BF4 _)을 사용한 폴리아닐린의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.3∼+1.4V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate;(CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 아닐린(aniline)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; PF6 _)을 사용한 폴리아닐린의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.8∼+2.0V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.8V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; ClO4 _)을 사용한 폴리티오펜(Polythiophene)의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.6∼+1.7V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; BF4 _)을 사용한 폴리티오펜의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +2.1∼+2.2V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +2.1V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 티오펜을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; PF6 _)을 사용한 폴리티오펜의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +2.3∼+2.4V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +2.4V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 바이티오펜(bithiophene)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; ClO4 _)을 사용한 폴리바이티오펜(Polybithiophene)의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +0.9∼+0.95V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.9V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리바이티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 바이티오펜(bithiophene)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; BF4 _)을 사용한 폴리바이티오펜(Polybithiophene)의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리바이티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 바이티오펜을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; PF6 _)을 사용한 폴리티오펜의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.1∼+1.2V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리바이티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 3-메틸티오펜(3-methylthiophene)을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; ClO4 _)을 사용한 폴리3-메틸티오펜(Poly3-methylthiophene)의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리3-메틸티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; BF4 _)을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.5V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리3-메틸티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기 변색층은,용매 아세토나이트릴에 전해질 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액을 수득하는 카운터 이온(Counter ion ; PF6 _)을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 합성단계와,상기 혼합용액에 전도성 유리로 구성된 작업전극 및 백금판으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 다수 회 순환시킨 후 전압을 +1.5∼+1.6V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는 단계와,상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리3-메틸티오펜 분말을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해질층은,에탄올에 Polyethyleneimine을 녹임과 동시에 별도의 에탄올에 2-acrylamido -2-methylpropanesulfonic acid를 녹이는 단계와,상기 Polyethyleneimine이 포함된 용액을 상기 2-acrylamido-2-methylpropan esulfonic acid가 포함된 용액에 첨가하면서 자석젓개로 수 시간동안 저어주는 단계를 통하여 수득되는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질인 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해질층은,Propylene carbonate 용액에 Ethylene carbonate 용액을 섞어 자석젓개로 저어주는 단계와,100℃의 온도를 유지하면서 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 첨가하여 혼합물을 얻는 단계와,상기 혼합물을 정제된 아세토니트릴(acetonitrile)에 서서히 가한 다음 Polyethylene oxide를 첨가하는 단계를 통하여 수득되는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질인 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 작업전극으로 이용되는 전도성 유리는,질소가스로 불어주어 표면에 잔존하는 먼지를 제거하는 단계와,농도 6wt％로 조절되어 음이온성·비이온성 계면활성제 및 첨가물이 포함된 Sodium hydroxide 용액을 사용하여 초음파 세척기 안에서 세척하는 단계와,상기 초음파 세척기 안에서 증류수를 다수 회 교체하며 세척하는 단계와,에탄올을 이용하여 세척하는 단계와,질소가스를 이용하여 건조하는 단계를 통하여 세척 건조되어 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 변색장치의 제조방법.
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