用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯、其制造方法及含有其的迈科烯有机油墨技术

本说明书中公开了用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯、其制造方法、含有其的迈科烯有机油墨及用途(例如，柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽材料、柔性加热器、传感器材料、储能材料)。具体而言，使用邻苯二酚衍生物(例如，ADOPA)有机配体的迈科烯的简单、快速、可扩张的表面

【技术实现步骤摘要】
用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯、其制造方法及含有其的迈科烯有机油墨


[0001]在本说明书中公开了用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯(MXene)、其制造方法、含有其的迈科烯有机油墨、以及用途(例如，柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽材料、柔性加热器、传感器材料、储能材料)。
[0002][关于国家支援研发的说明][0003]本研究在韩国科学技术研究院的主管下，通过国土交通部的建设技术研究事业(EMP屏蔽建筑材料及附属材料开发，课题固有编号：1615010726)、科学技术信息通信部的个人基础研究事业(过渡金属碳化物迈科烯二维纳米材料合成及利用其的电磁波屏蔽/吸收/控制技术的开发，课题固有编号：1711084370)和科学技术信息通信部的未来材料发现支援(基于二维纳米材料的毫米波屏蔽/吸收/放热多功能复合材料源技术的开发，课题固有编号：1711098073)的支援而完成。

技术介绍

[0004]迈科烯材料作为过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、过渡金属碳氮化物(transition metal carbide，transition metal nitride，transition metal carbonitride)，是二维晶体结构的纳米材料，具有优异的电导率、表面物性控制率、溶液工序性等特性，是在柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽、柔性加热器、传感器、储能电极、发光二极管显示器等非常多样的领域中应用的可能性突出的材料。
[0005]具有高的电导率特性的迈科烯(MXene)通常可以由称为MAX的陶瓷材料合成。具体而言，MAX是表示M的过渡金属(钛(Ti)、铌(Nb)、钒(V)、钽(Ta)、钼(Mo)、铬(Cr))和表示A的14族元素(铝(Al)或硅(Si)等)和表示X的碳或氮这3种成分的层叠结构的化合物，通过利用了如氢氟酸(HF)之类的强酸的蚀刻工序(etching process)来选择性地只去除铝等A成分，从而获得只保留过渡金属和碳(或氮)的二维形态的迈科烯(MX
‑
ene)。由于在强酸和水溶液相中的合成途径，迈科烯的表面生成
‑
OH、＝O、
‑
F、
‑
Cl等末端官能团(terminal groups)，其中，特别是，因
‑
OH官能团而使迈科烯具有亲水性特性。像这样合成的迈科烯具有优异的水分散特性，这样的迈科烯能够用于使用了溶液工序的柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽、柔性加热器、传感器、储能电极、发光二极管显示器等，从而在制造具有高电导率的膜和涂层时具有优点。
[0006]像这样，虽然利用化学蚀刻工序制造的迈科烯因存在于表面的大量的
‑
OH或＝O(羟基或氧化物(hydroxyl or oxide))、
‑
F、
‑
Cl等官能团而具有容易在水中进行分散的优点，但也具有分散于水溶液相的迈科烯容易被水分子本身和溶解于水的溶解氧氧化而变为金属氧化物，丧失电导率特性等易氧化的特性。此外，由于表面亲水性的特性，只能够水分散的迈科烯具有以下缺点：由于与具有疏水性的其它材料(高分子、有机物质)的结合力低，从而难以与有机单分子或有机高分子形成均匀状态的复合材料。此外，实际上为了应用于对电子产业有利的膜以及作为涂覆溶液工序的喷涂、旋涂、喷墨印刷，需要除了水分散以外
的分散于各种有机溶剂的有机迈科烯油墨。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009](专利文献1)韩国公开专利公报第10
‑
2017
‑
0036507号
[0010](专利文献2)韩国公开专利公报第10
‑
2019
‑
0076341号

技术实现思路

[0011]所要解决的课题
[0012]为了解决如上所述的问题，一方面，本专利技术的目的在于，提供一种通过化学手段表面改性的二维迈科烯，通过用邻苯二酚衍生物使二维迈科烯的表面化学改性，从而在乙醇等各种有机溶剂中显示出优异的分散性，电导率、溶液加工性、以及涂覆性优异，同时提高氧化稳定性。
[0013]另一方面，本专利技术的目的在于，提供一种二维迈科烯的表面改性方法，即使利用短的反应时间也显示优异的工序收率。
[0014]另一方面，本专利技术的目的在于，提供一种具有液晶(liquid crystal)特性的迈科烯有机油墨，能够利用有机溶剂分散性提高的表面改性的迈科烯而应用于需要取向的各种领域。
[0015]另一方面，本专利技术的目的在于，提供一种迈科烯有机油墨，其因优异的电导率和涂覆性，能够用于如柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽材料、柔性加热器、传感器材料、储能材料、发光二极管显示器等各种领域。
[0016]课题的解决方法
[0017]为了实现上述目的，本专利技术的一实施例提供用邻苯二酚衍生物通过化学手段进行表面改性的二维迈科烯。
[0018]另外，本专利技术的一实施例提供用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯的制造方法，其包括以下步骤：
[0019](1)通过酸蚀刻(acid etching)工序而获得分散有二维迈科烯的迈科烯水溶液的步骤；以及
[0020](2)将使通过上述步骤(1)而获得的迈科烯水溶液和邻苯二酚衍生物分散于有机溶剂而得到的有机溶液进行混合及搅拌，用上述邻苯二酚衍生物对上述二维迈科烯进行表面改性的步骤。
[0021]另外，本专利技术的一实施例提供一种迈科烯有机油墨，其中，含有用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯，上述表面改性的二维迈科烯分散在有机溶剂中。
[0022]专利技术效果
[0023]一方面，根据本专利技术的用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯可以以高浓度稳定分散于各种有机溶剂，特别是各种乙醇(alcohol)类溶剂，因此可以用于制造具有液晶相的高浓度的迈科烯有机油墨，与在水溶液中不同，可以确保氧化稳定性，还可以提高长期稳定性，通过调节邻苯二酚衍生物的多酚基元中取代的各种末端官能团的组成和长度，从而易于导入其他的后续工序，并且可以赋予各种功能。
[0024]另一方面，根据本专利技术的表面改性的二维迈科烯以及含有其的迈科烯有机油墨能
够与各种有机单分子和有机高分子形成复合体，因优异的电导率和涂覆性而可以用于柔性电极、导电性粘合/粘接材料、电磁屏蔽材料、柔性加热器、传感器材料、储能材料、发光二极管显示器等各种领域。
附图说明
[0025]图1和图2图示了根据本专利技术的一实施例的表面改性的二维迈科烯的制造方法。
[0026]图3表示了未表面改性的迈科烯和根据本专利技术的一实施例的表面改性的二维迈科烯在各种有机溶剂中的分散性的比较结果。
[0027]图4表示了未表面改性的迈科烯和根据本专利技术的一实施例的各种表面改性的二维迈科烯在乙醇中的分散性的比较结果。
[0028]图5表示了根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用邻苯二酚衍生物进行表面改性的二维迈科烯。2.根据权利要求1所述的表面改性的二维迈科烯，其中，所述邻苯二酚衍生物包含多酚基元，该多酚基元显示包含2至5个羟基(
‑
OH)的苯基的形态。3.根据权利要求1所述的表面改性的二维迈科烯，其中，所述邻苯二酚衍生物由下述化学式1至8中的任一个来表示：化学式1化学式2化学式3化学式4化学式5化学式6化学式7化学式8
其中，X选自氢原子(
‑
H)、酯基(
‑
COOR)、酰胺基(
‑
CONHR)、硫酯基(
‑
COSR)、烃基(
‑
R)和醚基(
‑
R
‑
O
‑
R
’‑
)，R和R
’
各自独立地选自C1‑
25
的脂肪族烃和芳香族烃，n为1至10的整数。4.根据权利要求3所述的表面改性的二维迈科烯，其中，R和R
’
各自独立地为选自C1‑
25
烷基、C2‑
25
烯基、C2‑
25
炔基、C6‑
25
芳基中的饱和或不饱和的环或链状烃；或者包含1至25个碳和选自氮、氧和硫中的至少一个杂原子的饱和或不饱和的杂环状烃。5.根据权利要求4所述的表面改性的二维迈科烯，其中，所述饱和或不饱和的链状烃在链的中间或侧链不包含或包含选自氮、氧、硫、亚磺酰基和磺酰基中的至少一种。6.根据权利要求4所述的表面改性的二维迈科烯，其中，所述环或链状烃和杂环状烃各自独立地未取代或者被C1‑5烷基、C6‑
25
芳基、氟、氯、溴和碘中的一个以上的取代基取代。7.根据权利要求4所述的表面改性的二维迈科烯，其中，R和R
’
各自独立地为选自C1‑
13
烷基、C2‑
13
烯基、C2‑
13
炔基、C6‑

【专利技术属性】
技术研发人员：具锺珉，印仁植，高台仑，金大信，杜世铉，金善俊，洪淳晩，黄承商，白京烈，李圣秀，赵祥浩，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：