DE112010003312T5 - Carbon nanotube metal particle complex composition and heated steering wheel using the same - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Metallteilchen Komplexzusammensetzung, die hergestellt wird durch: a) einen Schritt der Herstellung einer Kohlenstoffnanoröhrchen-Lösung, in der Kohlenstoffnanoröhrchen dispergiert sind; b) einen Schritt des Durchführens einer Säurebehandlung der Kohlenstoffnanoröhrchen-Lösung, die in Arbeitsschritt a) hergestellt wurde; c) einen Schritt des Neutralisierens der Kohlenstoffnanoröhrchen-Lösung, die in Arbeitsschritt b) hergestellt wurde; und d) einen Schritt des Mischens der Kohlenstoffnanoröhrchen-Lösung, die in Arbeitsschritt c) hergestellt wurde, und einer Metalllösung, die Metallteilchen enthält, um die Metallteilchen an die Oberflächen der Kohlenstoffnanoröhrchen zu binden. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein beheiztes Lenkrad, das eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Heizbeschichtungsschicht beinhaltet, die aus der Zusammensetzung gebildet ist.The present invention relates to a carbon nanotube-metal particle complex composition which is prepared by: a) a step of preparing a carbon nanotube solution in which carbon nanotubes are dispersed; b) a step of performing an acid treatment of the carbon nanotube solution which was produced in step a); c) a step of neutralizing the carbon nanotube solution that was produced in step b); and d) a step of mixing the carbon nanotube solution prepared in step c) and a metal solution containing metal particles to bond the metal particles to the surfaces of the carbon nanotubes. The present invention also relates to a heated steering wheel that includes a carbon nanotube heating coating layer formed from the composition.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Metallteilchen Komplexzusammensetzung und ein beheiztes Lenkrad, das eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Heizbeschichtungsschicht, die dieselbe verwendet, beinhaltet.The present invention relates to a carbon nanotube metal particle complex composition and a heated steering wheel incorporating a carbon nanotube heating coating layer using the same.
Im Allgemeinen wird ein Lenkrad eines Autos an das vordere Ende eines Lenkrohrs, das mit einem Lenkgetriebe verbunden ist, befestigt, so dass die Drehung des Lenkrads an das Lenkgetriebe über das Lenkrohr übertragen wird, um die Räder zu drehen. Das Lenkrad wird im Allgemeinen aus leichten Materialien, wie zum Beispiel PVC oder Urethan, hergestellt, um die Griffigkeit für den Fahrer zu erhöhen.In general, a steering wheel of a car is attached to the front end of a steering tube connected to a steering gear, so that the rotation of the steering wheel is transmitted to the steering gear via the steering tube to rotate the wheels. The steering wheel is generally made of lightweight materials, such as PVC or urethane, to increase grip for the rider.
Wenn ein Auto über einen langen Zeitraum im Winter auf der Straße geparkt ist, wird das Lenkrad durch die kalte Umgebungsluft gekühlt. Wenn ein Fahrer das Lenkrad greift, können sich seine oder ihre Hände somit kalt anfühlen. Dann wird eine Heizung betrieben, um die Temperatur zu erhöhen oder ein Lenkrad ist mit Leder oder Stoff überzogen, um Wärmeeffekte bereitzustellen und um zu verhindern, dass das Lenkrad Wärmeverlust erleidet. In dem Fall der Verwendung der Heizung muss ein Fahrer einen langen Zeitraum warten, bis die Temperatur steigt. In dem Fall der Verwendung eines Lenkradüberzugs sind Wärmeeffekte nicht signifikant. Somit sind beheizte Lenkräder, die einen Hitzdraht (Heizelement) darin haben und die die Temperatur des Lenkrads unter Verwendung eines Thermostats regeln, im Stand der Technik offenbart.When a car is parked in the street for a long time in winter, the steering wheel is cooled by the cold ambient air. When a driver grabs the steering wheel, his or her hands may feel cold. Then, a heater is operated to increase the temperature, or a steering wheel is covered with leather or cloth to provide heat effects and to prevent the steering wheel from losing heat. In the case of using the heater, a driver must wait a long time until the temperature rises. In the case of using a steering wheel cover, heat effects are not significant. Thus, heated steering wheels having a hot wire (heating element) therein and controlling the temperature of the steering wheel using a thermostat are disclosed in the prior art.
Ein herkömmlich beheiztes Lenkrad hat verschiedene Strukturen. Unter Bezugnahme auf
Bei dem herkömmlich beheizten Lenkrad wird jedoch ein kompliziertes Herstellungsverfahren eingesetzt, zum Beispiel Verfahren zur Herstellung eines Hitzdrahtpads und zum Bedecken des Pads, und es hat ein verschlechtertes Griffgefühl (zu weich). Das Lenkrad, an das ein Hitzdrahtpad angebracht ist, muss keine Mustertransferschicht aus Holz oder Metall haben, da eine Mustertransferschicht aus Holz oder Metall nicht durch ein hydraulisches Transferverfahren, bei dem ein Transferfilm gelöst wird und ein Muster auf einen Gegenstand unter Verwendung flüssiger Eigenschaften von Wasser übertragen wird, gebildet wird. Des Weiteren beinhaltet das Lenkrad notwendigerweise ein Thermostat, um die Temperatur das Hitzdrahtpads zu regulieren.However, in the conventionally heated steering wheel, a complicated manufacturing method is used, for example, methods of manufacturing a hot-wire pad and covering the pad, and it has a deteriorated feel (too soft). The steering wheel to which a hot-wire pad is attached need not have a pattern transfer layer of wood or metal because a pattern transfer layer of wood or metal is not solved by a hydraulic transfer method in which a transfer film is released and a pattern on an object using liquid properties of water is formed is formed. Furthermore, the steering wheel necessarily includes a thermostat to regulate the temperature of the hot wire pad.
Da das herkömmlich beheizte Lenkrad direkt von der Hand des Fahrers gegriffen wird, ist es weiter wünschenswert, dass das beheizte Lenkrad wenig Materialien beinhaltet, die einen sich kontinuierlich veränderndes Niveau an Widerstand oder eine sich veränderndes Niveau an negativem Widerstand haben, um einen drastischen Anstieg oder Abfall der Temperatur des Lenkrads zu verhindern. Somit können transparente Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) bei dem beheizten Lenkrad als ein Heizelement verwendet werden.Further, because the conventionally heated steering wheel is gripped directly by the driver's hand, it is desirable for the heated steering wheel to include few materials having a continuously varying level of resistance or a varying level of negative resistance, a drastic increase, or Fall of the temperature of the steering wheel to prevent. Thus, transparent carbon nanotubes (CNTs) in the heated steering wheel can be used as a heating element.
Hier ist es wichtig, die CNTs zu dispergieren und ausführliche Studien werden durchgeführt, um den Kontaktwiderstand zwischen CNTs zu verringern. Wenn sich der Kontaktwiderstand zwischen CNTs verringert, haben CNTs verringerte elektrische Leitfähigkeit und können als ein transparentes Elektrodenmaterial, was wie folgt offenbart ist, verwendet werden.Here, it is important to disperse the CNTs and extensive studies are being done to reduce the contact resistance between CNTs. As the contact resistance between CNTs decreases, CNTs have reduced electrical conductivity and can be used as a transparent electrode material, which is disclosed as follows.
Die
Wenn die CNT-Metallnanoteilchen Mischung, die durch Absorption gebildet wird, auf einem Kunststofflenkrad, dass eine dreidimensionale (3D) gebogene Struktur hat, abgeschieden wird, um CNTs als ein Heizelement zu verwenden, kann festgestellt werden, dass die Mischung keine einheitlichen Heizeigenschaften zeigt und ein sich veränderndes Niveau an Widerstand bei kontinuierlichem An-/Ausschalten hat. When the CNT metal nanoparticles mixture formed by absorption is deposited on a plastic steering wheel having a three-dimensional (3D) bent structure to use CNTs as a heating element, it can be said that the mixture does not exhibit uniform heating characteristics and has a varying level of resistance with continuous on / off switching.
Da das beheizte Lenkrad direkt von der Hand des Fahrers gegriffen wird, ist es wünschenswert, dass das beheizte Lenkrad wenig Materialien beinhaltet, die ein sich kontinuierlich veränderndes Niveau an Widerstand oder ein sich veränderndes Niveau an negativem Widerstand haben, um einen drastischen Anstieg oder Abfall der Temperatur des Lenkrads zu verhindern.Since the heated steering wheel is gripped directly by the driver's hand, it is desirable that the heated steering wheel include little materials having a continuously varying level of resistance or a varying level of negative resistance to cause a drastic increase or decrease in the Temperature of the steering wheel to prevent.
Wenn CNTs alleine dispergiert und auf einem beheizten Lenkrad abgeschieden sind, ist es aufgrund eines hohen Kontaktwiderstands schwierig, eine gewünschte Menge an Wärme für das beheizte Lenkrad zu erzeugen. Wenn Nanoteilchen alleine dispergiert und auf einem beheizten Lenkrad abgeschieden sind, tritt eine anfängliche Erwärmung aufgrund eines geringen Widerstandskoeffizienten auf.When CNTs alone are dispersed and deposited on a heated steering wheel, it is difficult to generate a desired amount of heat for the heated steering wheel due to high contact resistance. When nanoparticles are dispersed alone and deposited on a heated steering wheel, initial heating occurs due to a low coefficient of resistance.
Wenn Kohlenstoff anstelle von CNTs verwendet wird, verändert sich ein Widerstandsniveau beträchtlich abhängig von der Temperatur, was für ein beheiztes Lenkrad, das eine präzise Temperaturkontrolle erfordert, nicht geeignet ist.When carbon is used instead of CNTs, a resistance level varies considerably depending on the temperature, which is not suitable for a heated steering wheel that requires precise temperature control.
Ein Widerstandsniveau erhöht sich durch einen kontinuierlichen Temperaturanstieg. Ein kontinuierlicher Anstieg des Widerstands verringert einen Fluss an elektrischem Strom, was einen Kurzschluss verursacht, der durch exakte Verwendung von Kohlenstoff vermieden werden kann, um ergänzende Eigenschaften bereitzustellen.A resistance level increases by a continuous rise in temperature. A continuous increase in resistance reduces a flow of electrical current, causing a short circuit that can be avoided by the exact use of carbon to provide supplemental properties.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung der Probleme des Stands der Technik gerichtet und stellt ein beheiztes Lenkrad bereit, bei dem ein einfaches Herstellungsverfahren eingesetzt wird, das ein geeignetes Griffgefühl bereitstellt, eine Mustertransferschicht darauf hat, nicht notwendigerweise ein Thermostat beinhaltet, hervorragende Wärmetransfereffizienz hat und Konzentration von Wärme verhindert.The present invention is directed to solving the problems of the prior art, and provides a heated steering wheel employing a simple manufacturing method that provides a proper grip feeling, has a pattern transfer layer thereon, does not necessarily include a thermostat, has excellent heat transfer efficiency, and Concentration of heat prevented.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine Kohlenstoffnanoröhrchen(CNT)-Metallteilchen Komplexzusammensetzung, die durch chemisches Anbringen von Metallnanoteilchen zu einer CNT Lösung hergestellt wird, um eine einheitliche und kontinuierliche elektrische Leitfähigkeit zu haben, und ein beheiztes Lenkrad, das dieselbe verwendet und somit keine Veränderung im Widerstand erfährt, bereit.Further, the present invention provides a carbon nanotube (CNT) metal particle complex composition prepared by chemically attaching metal nanoparticles to a CNT solution to have uniform and continuous electrical conductivity and a heated steering wheel using the same and thus no change in resistance, ready.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung ein beheiztes Lenkrad bereit, das durch einheitliches Beschichten eines Kunststofflenkrads, dass eine 3-dimensionale (3-D) Struktur hat, mit einer ersten Lösung, die durch Mischen einer CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung mit einem Bindemittel hergestellt wird, hergestellt wird, wobei sie dabei Heizeigenschaften innerhalb eines genauen Temperaturbereichs hat und keine Veränderung im Widerstand gemäß einer Temperaturveränderung bei 160°C oder weniger aufgrund eines Haftvermögens an dem Kunststofflenkrad zeigt.In addition, the present invention provides a heated steering wheel made by uniformly coating a plastic steering wheel having a 3-dimensional (3-D) structure with a first solution prepared by mixing a CNT-metal particle complex composition with a binder while exhibiting heating properties within an accurate temperature range and exhibiting no change in resistance according to a temperature change at 160 ° C or less due to adhesiveness to the plastic wheel.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kohlenstoffnanoröhrchen(CNT)-Metallteilchen Komplexzusammensetzung durch ein Verfahren hergestellt, dass beinhaltet: a) Herstellung einer CNT Lösung, in der CNTs dispergiert sind; b) Behandeln der hergestellten CNT Lösung mit einer Säure; c) Neutralisieren der CNT Lösung; und d) Mischen der Lösung und einer Metalllösung, die Metallteilchen enthält, und Binden der Metallteilchen an die Oberflächen der CNTs.In accordance with one aspect of the present invention, a carbon nanotube (CNT) metal complex complex is prepared by a process that includes: a) preparing a CNT solution in which CNTs are dispersed; b) treating the prepared CNT solution with an acid; c) neutralizing the CNT solution; and d) mixing the solution and a metal solution containing metal particles and bonding the metal particles to the surfaces of the CNTs.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein beheiztes Lenkrad einen Kern, um Steifigkeit des Lenkrads aufrechtzuerhalten, eine Sektion aus synthetischem Harz, die auf einer Außenseite des Kerns gebildet ist, eine CNT Heizbeschichtungsschicht, die durch Beschichten einer Außenseite der Sektion aus synthetischem Harz mit einer CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung gebildet wird, und eine Elektrode, die elektrisch mit der CNT Heizbeschichtungsschicht verbunden ist, um Wärmeerzeugung zu induzieren, beinhaltet.In accordance with another aspect of the present invention, a heated steering wheel includes a core for maintaining rigidity of the steering wheel, a synthetic resin section formed on an outer side of the core, a CNT heating coating layer formed by coating an outside of the synthetic resin section Resin having a CNT-metal particle complex composition is formed, and an electrode which is electrically connected to the CNT Heizbeschichtungsschicht to induce heat generation includes.
Als solche stellt die vorliegende Erfindung ein beheiztes Lenkrad bereit, bei dem ein einfaches Herstellungsverfahren eingesetzt wird, aufgrund der Bildung einer Heizbeschichtungsschicht durch Aufsprühen einer Dispersionslösung, dass ein angemessenes Griffgefühl der Heizbeschichtungsschicht bereitstellt, das es ermöglicht, dass eine Mustertransferschicht aus Holz oder Metall auf der Heizbeschichtungsschicht gebildet ist, nicht notwendigerweise ein Thermostat beinhaltet, hervorragende Wärmetransfereffizienz der Heizbeschichtungsschicht hat und Wärmekonzentration verhindert.As such, the present invention provides a heated steering wheel employing a simple manufacturing method due to the formation of a heating coating layer by spraying a dispersion solution that provides an adequate feel of the heating coating layer that allows a pattern transfer layer of wood or metal on the Heating coating layer is formed, not necessarily includes a thermostat, has excellent heat transfer efficiency of the Heizbeschichtungsschicht and prevents heat concentration.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung eine Kohlenstoffnanoröhrchen(CNT)-Metallteilchen Komplexzusammensetzung, die durch chemisches Anbringen von Metallnanoteilchen zu einer CNT Lösung hergestellt wird, um eine kontinuierliche und gleichmäßige elektrischer Leitfähigkeit zu haben, und ein beheiztes Lenkrad bereit, das dieselbe verwendet und das somit keine Veränderung im Widerstand zeigt. In addition, the present invention provides a carbon nanotube (CNT) metal complex composition prepared by chemically attaching metal nanoparticles to a CNT solution to have continuous and uniform electrical conductivity and a heated steering wheel using the same, and thus none Change in resistance shows.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein beheiztes Lenkrad bereit, das durch gleichmäßiges Beschichten eines Kunststofflenkrads, dass eine 3-dimensionale (3-D) Struktur hat, mit einer ersten Lösung, die durch Mischen einer CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung mit einem Bindemittel hergestellt wird, hergestellt wird, wobei es dabei aufgrund von Haftvermögen an einem Kunststofflenkrad Wärmeeigenschaften innerhalb eines genauen Temperaturbereichs hat und keine Veränderung im Widerstand aufgrund einer Temperaturveränderung bei 160°C oder weniger hat.Further, the present invention provides a heated steering wheel which is prepared by uniformly coating a plastic steering wheel having a 3-dimensional (3-D) structure with a first solution prepared by mixing a CNT-metal particle complex composition with a binder. thereby having heat properties within an accurate temperature range due to adhesiveness to a plastic flywheel and having no change in resistance due to a temperature change at 160 ° C or less.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kohlenstoffnanoröhrchen(CNT)-Metallteilchen Komplexzusammensetzung durch ein Verfahren hergestellt, dass beinhaltet: a) Herstellen einer CNT Lösung, in der CNTs dispergiert sind; b) Behandeln der hergestellten CNT Lösung mit einer Säure; c) Neutralisieren der CNT Lösung; und d) Mischen der CNT Lösung und einer Metalllösung, die Metallteilchen enthält, und Binden der Metallteilchen an die Oberflächen der CNTs.According to the present invention, a carbon nanotube (CNT) metal complex complex is prepared by a process comprising: a) preparing a CNT solution in which CNTs are dispersed; b) treating the prepared CNT solution with an acid; c) neutralizing the CNT solution; and d) mixing the CNT solution and a metal solution containing metal particles, and bonding the metal particles to the surfaces of the CNTs.
Hier können die CNTs mindestens eines sein, das aus mehrwandigen Nanoröhrchen (MWNT), dünnwandigen Nanoröhrchen (TWNT) und einwandigen Nanoröhrchen (SWNT) ausgewählt wird.Here, the CNTs can be at least one selected from multi-walled nanotubes (MWNTs), thin-walled nanotubes (TWNTs), and single-walled nanotubes (SWNTs).
Die CNT Lösung kann durch dispergieren der CNTs in einem Lösungsmittel hergestellt werden.The CNT solution can be prepared by dispersing the CNTs in a solvent.
Die Säurebehandlung kann unter Verwendung mindestens einer, die aus Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure und Perchlorsäure ausgewählt wird, durchgeführt werden. The acid treatment may be carried out using at least one selected from nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid and perchloric acid.
Die Neutralisation kann unter Verwendung mindestens einer, die aus einer wässrigen Natrium hydroxidlösung, einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung und einer wässrigen Ammoniumhydroxidlösung ausgewählt wird, durchgeführt werden.The neutralization may be carried out using at least one selected from an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous ammonium hydroxide solution.
Wenn die CNTs mit einer Säure behandelt werden, werden im Allgemeinen Oxidgruppen zufällig gebildet und der pH steigt, was in Versauerung resultiert. Wenn diese CNTs durch Filtration verwendet werden, unterziehen sich die CNTs einer Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit aufgrund einer Vielzahl von fehlerhaften Elementen in den molekularen CNT Strukturen, die durch die Säure angegriffen werden. Um dieses Problem zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung Neutralisierung der CNTs durchgeführt, um den pH auf 6 oder höher, bevorzugt 7, anzupassen.When the CNTs are treated with an acid, oxide groups are generally formed randomly and the pH increases, resulting in acidification. When these CNTs are used by filtration, the CNTs undergo degradation of electrical conductivity due to a variety of defective elements in the molecular CNT structures that are attacked by the acid. In order to solve this problem, in the present invention, neutralization of the CNTs is carried out to adjust the pH to 6 or higher, preferably 7.
Wenn die Säure-behandelten CNTs nur durch Filtration verwendet werden, existieren Spuren von Säureionen, die dazu führen, dass hinzugefügte Metallnanoteilchen leicht durch übriggebliebene Säureionen oxidiert werden. In der vorliegenden Erfindung werden reine Metallnanoteilchen mit den säurebehandelten CNTs gemischt. Wenn Metallnanoteilchen mit den CNTs ohne Betrachtung des pH gemischt werden, können die Metallnanoteilchen somit vor der physikalischen Absorption von übriggebliebenen Säureionen durch Coulomb-Kraft oxidiert werden.When the acid-treated CNTs are used only by filtration, there are traces of acid ions that cause added metal nanoparticles to be easily oxidized by residual acid ions. In the present invention, pure metal nanoparticles are mixed with the acid-treated CNTs. Thus, when metal nanoparticles are mixed with the CNTs without consideration of the pH, the metal nanoparticles can be oxidized by coulombic force prior to physical absorption of residual acid ions.
Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung für das chemische Binden von Metallteilchen an CNTs, bei denen Carboxylgruppen eingeführt wurden, Neutralisation durchgeführt, um zu verhindern, dass Metallteilchen durch Säureionen angegriffen werden, wobei dabei verhindert wird, dass Säureionen bei einem Prozess des stabilisieren der CNTs und bei einem Prozess des chemischen Bindens der Metallteilchen teilnehmen.Therefore, in the present invention, for the chemical bonding of metal particles to CNTs in which carboxyl groups have been introduced, neutralization is performed to prevent metal particles from being attacked by acid ions, thereby preventing acid ions in a process of stabilizing the CNTs and participate in a process of chemical bonding of the metal particles.
Die CNT Lösung wird mit mindestens einer, die aus einer wässrigen Natriumhydroxidlösung, einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung und einer wässrigen Ammoniumhydroxidlösung ausgewählt wird, unter Verwendung von Ultraschall gemischt.The CNT solution is mixed with at least one selected from an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous ammonium hydroxide solution using ultrasound.
Die Metalllösung, die Metallteilchen enthält, kann ein Lösungsmittel; eine Lösung, die durch Mischen von mindestens einem, das aus TOAB, 1,2-Dichlorbenzol, N-Methylpyrrolidon (NMP) und N,N-Dimethylformamid (DMF) ausgewählt wird, mit Formaldehyd oder Acetaldehyd erhalten wird; und mindestens ein Metallsalz, das aus Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Ni, Al, Ag/Cu und Ag/Ni-Salzen ausgewählt wird, beinhalten.The metal solution containing metal particles may be a solvent; a solution obtained by mixing at least one selected from TOAB, 1,2-dichlorobenzene, N-methylpyrrolidone (NMP) and N, N-dimethylformamide (DMF) with formaldehyde or acetaldehyde; and at least one metal salt selected from Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Ni, Al, Ag / Cu and Ag / Ni salts.
Beispiel der Metallsalze beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, AgCl, AgI, AgBr, AgNO3, AgCN und KAg(CN)2. Bevorzugt können die Metallsalze durch Lösen in einer wässrigen HNO3 Lösung, gefolgt von Hinzufügen einer kleinen Menge an NH3 verwendet werden.Examples of metal salts include, but are not limited to, AgCl, AgI, AgBr, AgNO 3 , AgCN, and KAg (CN) 2 . Preferably, the metal salts can be used by dissolving in an aqueous HNO 3 solution followed by adding a small amount of NH 3 .
Die Metallteilchen, die an die Oberflächen der CNTs gebunden sind, können mindestens eines, das aus Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Ni, Al, Ag/Cu, Ag/Ni und Cu/Ni ausgewählt wird, beinhalten. Des Weiteren können die Metallteilchen, die an die Oberflächen der CNTs gebunden sind, einem Durchmesser von 10 bis 300 nm haben.The metal particles bonded to the surfaces of the CNTs may include at least one selected from Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Ni, Al, Ag / Cu, Ag / Ni, and Cu / Ni. Furthermore, the metal particles bound to the surfaces of the CNTs may have a diameter of 10 to 300 nm.
Das Verfahren kann des Weiteren das Herstellen einer Dispersionslösung durch dispergieren der Lösung von Schritt d) in mindestens einem, das aus MEK, MIBK, Aceton, Cyclohexanon, einer Keton-Lösung, Butoxyethylacetat, Butylcarbitolacetat (BCA) und eine Acetat-Lösung ausgewählt wird; und das Mischen der Dispersionslösung mit einem Bindemittel beinhalten.The method may further comprise preparing a dispersion solution by dispersing the solution of step d) in at least one selected from MEK, MIBK, acetone, cyclohexanone, a ketone solution, butoxyethyl acetate, butyl carbitol acetate (BCA), and an acetate solution; and mixing the dispersion solution with a binder.
Hier kann das Bindemittel mindestens eines sein, das aus einem Polyurethanharz, einem Polyesterharz und einem Acrylharz ausgewählt wird.Here, the binder may be at least one selected from a polyurethane resin, a polyester resin and an acrylic resin.
Beispiel 1example 1
2 mg MWNT und 100 ml destilliertes Wasser wurden in ein Becherglas gegeben und physikalisch bei 15.000 psi wie unter Verwendung eines Microfluidizers (M-110S) dispergiert, wobei dabei eine CNT Lösung erhalten wurde. Die CNT Lösung wurde per Ultraschall mit einer wässrigen Lösung, die Schwefelsäure und Salpetersäure 3:1 enthält, für 1 h unter Verwendung eines Ultraschallgeräts (ULH-700) gemischt.2 mg of MWNT and 100 ml of distilled water were placed in a beaker and physically dispersed at 15,000 psi as using a Microfluidizer (M-110S), thereby obtaining a CNT solution. The CNT solution was ultrasonically mixed with an aqueous solution containing sulfuric acid and nitric acid 3: 1 for 1 hour using an ultrasonicator (ULH-700).
Dann wurde die CNT Lösung mit einer wässrigen NaOH Lösung neutralisiert. Eine RX haltige Lösung wurde durch Mischen von TOAB in wässrigen DMF, 10 ml Toluol und 1 ml Acetaldehyd, gefolgt von der Zugabe einer wässrigen Salpetersäurelösung und 0.1 g AgCl und langsamer Zugabe von konzentriertem NH3 hergestellt. Anschließend wurde die RX haltige Lösung zu den MWNT, die NaOH enthalten, hinzugegeben und bei 80°C für 3 h gemischt, um eine Phasentransferreaktion durchzuführen, so dass Ag Teilchen extrahiert wurden und an die Oberfläche der CNTs gebunden wurden. Die Reaktionslösung wurden unter Verwendung einer Aluminiummembran (Anodisc, 200 nm) und eines Filters filtriert und dann in einer MEK Lösung dispergiert, gefolgt von der Zugabe eines Bindemittel (EXP-7, LG Chem Ltd.), wobei dabei eine CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde (siehe
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
2 mg MWNT und 100 ml destilliertes Wasser wurden in ein Becherglas gegeben und physikalisch bei 15.000 psi unter Verwendung eines Microfluidizers (M-110S) dispergiert, wobei dabei eine CNT Lösung erhalten wurde. Die CNT Lösung wurde per Ultraschall mit 10 ml NMP für 10 h unter Verwendung eines Ultraschallgeräts (ULH-700) gemischt.2 mg of MWNT and 100 ml of distilled water were placed in a beaker and physically dispersed at 15,000 psi using a Microfluidizer (M-110S), thereby obtaining a CNT solution. The CNT solution was ultrasonically mixed with 10 ml of NMP for 10 hours using an ultrasound machine (ULH-700).
Die Lösung wurde unter Verwendung einer Aluminiummembran (Anodisc, 200 nm) und eines Filters filtriert und dann wurde eine Silber Precursor-Lösung, die durch Mischen von 5 g Silbernitrat und 4.5 ml Butylamin mit 60 ml Toluol hergestellt wurde, filtriert, wobei dabei eine CNT-Metallnanoteilchen Mischung hergestellt wurde.The solution was filtered using an aluminum membrane (Anodisc, 200 nm) and a filter, and then a silver precursor solution prepared by mixing 5 g of silver nitrate and 4.5 ml of butylamine with 60 ml of toluene was filtered, thereby obtaining a CNT Metal nanoparticles mixture was prepared.
Die Mischung wurde thermisch bei 120°C oder weniger für 2 h behandelt und dann in einer MEK Lösung dispergiert, gefolgt von der Zugabe eines Bindemittel (EXP-7, LG Chem Ltd.), wobei dabei eine CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung hergestellt wurde.The mixture was thermally treated at 120 ° C or less for 2 hours and then dispersed in a MEK solution, followed by addition of a binder (EXP-7, LG Chem Ltd.), thereby preparing a CNT-metal particle complex composition.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
2 mg MWNT und 100 ml MEK wurden in ein Becherglas gegeben und physikalisch bei 15.000 psi unter Verwendung eines Microfluidizers (M-1105) dispergiert, wobei dabei eine CNT Lösung erhalten wurde. Die CNT Lösung wurde mit einem Bindemittel (EXP-7, LG Chem Ltd.) gemischt, wobei dabei eine Lösung hergestellt wurde.2 mg of MWNT and 100 ml of MEK were placed in a beaker and physically dispersed at 15,000 psi using a Microfluidizer (M-1105), thereby obtaining a CNT solution. The CNT solution was mixed with a binder (EXP-7, LG Chem Ltd.), thereby preparing a solution.
Experimentelles Beispiel 1Experimental Example 1
Ein 3D-strukturiertes Kunststofflenkrad (Urethan) wurde gleichmäßig mit jeder der in Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hergestellten Lösungen sprühbeschichtet. Jedes Lenkrad wurde bei 100°C oder weniger für 2 h unter Berücksichtigung der Deformationstemperatur des Urethanlenkrads getrocknet, gefolgt von der Messung des Flächenwiderstands an drei Punkten das Lenkrads (siehe
Wenn CNTs nur in Vergleichsbeispiel 2 verwendet werden, hat das Lenkrad einen hohen Flächenwiderstand von 106 oder mehr und ist somit nicht für ein beheiztes Lenkrad geeignet. Im Fall der CNT-Metallnanoteilchen Mischung gemäß Vergleichsbeispiel 1, ist Silber (Ag) nicht gleichmäßig dispergiert und somit sind die Widerstandsunterschiede zwischen den Punkten beträchtlich. D. h. eine CNT-Metallnanoteilchen Komplexzusammensetzung hat einen einheitlichen Oberflächenwiderstand und ist somit für ein Heizelement geeignet.When CNTs are used only in Comparative Example 2, the steering wheel has a high sheet resistance of 106 or more and thus is not suitable for a heated steering wheel. In the case of the CNT metal nanoparticle blend according to Comparative Example 1, silver (Ag) is not uniformly dispersed, and hence the difference in resistance between the dots is considerable. Ie. A CNT metal nanoparticle complex composition has a uniform surface resistance and thus is suitable for a heating element.
Experimentelles Beispiel 2 Experimental Example 2
Das Lenkrad, das unter Verwendung der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde mit Leder überzogen, um ein Endprodukt zu bilden (siehe
Experimentelles Beispiel 3Experimental Example 3
Das Lenkrad, das unter Verwendung der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde mit Leder überzogen, um ein Endprodukt zu bilden, welches in einer Tieftemperaturkammer bei –20°C für 6 h gekühlt wurde. Dann wurde das Produkt bei einer Raumtemperatur von 25°C platziert, wobei zu diesem Zeitpunkt eine Gleichspannung von 12 V unter Verwendung eines IT6720 Netzteils angelegt wurde und die Temperaturänderungen auf der Oberfläche des Lenkrads wurden unter Verwendung eines Thermoelements gemessen. Vergleichbar mit einem Ergebnis eines Haltbarkeitstests in
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung als solche unter Verwendung einer Phasentransferreaktion hergestellt werden, um Metallnanoteilchen gleichmäßig in CNTs zu dispergieren, während verhindert wird, dass Metallnanoteilchen von den CNTs bei der Herstellung einer Dispersionslösung getrennt werden.As such, according to the present invention, a CNT-metal particle complex composition can be prepared using a phase transfer reaction to uniformly disperse metal nanoparticles into CNTs while preventing metal nanoparticles from being separated from the CNTs in preparing a dispersion solution.
Bei der CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung kann eine Stromdichte von ungefähr 1000 x höher als die eines Kupferdrahts erhalten werden und der Kontaktwiderstand kann durch eine Chart-Transferpassage von Metallnanoteilchen, die an die CNTs gebunden sind, verringert werden, da der spezifische Widerstand aufgrund einer kovalenten Kohlenstoff-Kohlenstoffbindung als ein einzigartiges Merkmal von CNTs und eines Fließmusters des elektrischen Stroms durch die kovalenten Bindung verschwindet.In the CNT-metal particle complex composition, a current density of about 1000 times higher than that of a copper wire can be obtained and the contact resistance can be reduced by a chart transfer passage of metal nanoparticles bound to the CNTs, because the resistivity due to a covalent carbon -Carbon bonding as a unique feature of CNTs and a flow pattern of electrical current through the covalent bond disappears.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die CNTs und die Metallnanoteilchen nicht voneinander getrennt in einer Beschichtungslösung, die ein Bindemittel enthält, da die Metallteilchen gleichmäßig in jedem CNT Teilchen dispergiert sind und starke chemische Bindungen zwischen den Metallnanoteilchen und den CNTs erzeugt werden. Des Weiteren wird die CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung, die gleichmäßig auf einem 3D Kunststofflenkrad angewendet wird, sicher daran gebunden, wobei dabei die Bildung eines negativen Widerstands oder die Trennung der Metallnanoteilchen, was Kontaktwiderstand verursacht, verhindert wird. Die CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung wird nicht nur zur Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet, sondern ebenfalls um es möglich zu machen, dass das beheizte Lenkrad eine konstante und einheitliche Temperatur innerhalb eines erforderlichen Heizbereichs aufrechterhält.According to the present invention, the CNTs and the metal nanoparticles are not separated from each other in a coating solution containing a binder because the metal particles are uniformly dispersed in each CNT particle and strong chemical bonds are generated between the metal nanoparticles and the CNTs. Further, the CNT-metal particle complex composition uniformly applied to a 3D plastic wheel is securely bonded thereto, thereby preventing the formation of a negative resistance or the separation of the metal nanoparticles, which causes contact resistance. The CNT-metal particle complex composition is used not only to reduce electrical conductivity, but also to make it possible for the heated steering wheel to maintain a constant and uniform temperature within a required heating range.
Ein beheiztes Lenkrad gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Kern, um Steifigkeit des Lenkrads aufrecht zu erhalten, eine Sektion aus synthetischen Harzes, die auf einer Außenseite des Kerns gebildet ist, eine CNT Heizbeschichtungsschicht, die durch Beschichten einer Außenseite der Sektion aus synthetischen Harzes mit der CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung gebildet wird, und eine Elektrode, die elektrisch mit der CNT Heizbeschichtungsschicht verbunden ist, um Wärmebildung zu induzieren.A heated steering wheel according to the present invention includes a core for maintaining rigidity of the steering wheel, a synthetic resin section formed on an outer side of the core, a CNT heating coat layer formed by coating an outside of the synthetic resin section with the CNT metal particle complex composition is formed, and an electrode which is electrically connected to the CNT Heizbeschichtungsschicht to induce heat generation.
Die CNT Heizbeschichtungsschicht ist mit der CNT-Metallteilchen Komplexzusammensetzung, bei der die CNT Teilchen und Metallteilchen chemisch miteinander verbunden sind, beschichtet.The CNT heating-coat layer is coated with the CNT-metal particle complex composition in which the CNT particles and metal particles are chemically bonded together.
Eine Außenfläche der CNT Heizbeschichtungsschicht kann mit einem Überzug überzogen sein.An outer surface of the CNT heating coat layer may be coated.
Der Überzug kann jedes, das aus Leder, Stoff und Polyurethan (PU) ausgewählt wird, beinhalten.The cover may include any selected from leather, fabric and polyurethane (PU).
Eine Transferschicht kann durch ein hydraulisches Transferverfahren auf einer Außenfläche der CNT Heizbeschichtungsschicht gebildet sein. A transfer layer may be formed by a hydraulic transfer method on an outer surface of the CNT heating-coat layer.
Eine externe Beschichtungsschicht kann auf einer Außenseite der Transferschicht gebildet sein.An external coating layer may be formed on an outer side of the transfer layer.
Als nächstes werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.Next, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Der Kern
Die Sektion
Die CNT Heizbeschichtungsschicht
Die CNT Heizbeschichtungsschicht
Eine Elektrode
Ein CNT ist ein anisotropes Material, das einen Durchmesser und eine Länge von mehreren 100 Mikrometern (μm) hat. Bei einem CNT ist ein Kohlenstoffatom an drei andere Kohlenstoffatome gebunden, um eine hexagonale Honigwabenstruktur zu bilden. Eine Nanoröhrchen-Struktur wird durch Ziehen eines Honigwabenmusters auf einem flachen Blatt Papier und Rollen des Blatt Papiers gebildet. D. h., ein einzelnes Nanoröhrchen hat eine Form eines hohlen Rohrs oder Zylinders. Ein Nanoröhrchen wird so genannt, da das Rohr im Allgemeinen einen kleinen Durchmesser von ungefähr 1 Nanometer (1/1 Milliarde Meter) hat. Da die Nanoröhrchenstruktur durch Ziehen eines Honigwabenmusters auf einem flachen Blatt Papier und Rollen des Blatt Papiers gebildet wird, können CNTs in einen elektrischen Leiter in einer Armsesselstruktur oder einen Halbleiter in einer Zickzack-Struktur gebildet werden, gemäß einem Winkel, bei dem das Blatt Papier gerollt wird.A CNT is an anisotropic material that has a diameter and length of several 100 microns (μm). In a CNT, one carbon atom is bonded to three other carbon atoms to form a hexagonal honeycomb structure. A nanotube structure is formed by drawing a honeycomb pattern on a flat sheet of paper and rolling the sheet of paper. That is, a single nanotube has a shape of a hollow tube or cylinder. A nanotube is so called because the tube generally has a small diameter of about 1 nanometer (1/1 billion meters). Since the nanotube structure is formed by drawing a honeycomb pattern on a flat sheet of paper and rolling the sheet of paper, CNTs can be formed into an electrical conductor in an armchair structure or a semiconductor in a zigzag structure according to an angle at which the sheet of paper is rolled becomes.
Der Überzug
Eine allgemeine Information über ein Heizelement, das CNTs verwendet, ist im Detail in dem
Wie in den
Unter Bezugnahme auf
Ein Hitzdraht Heizelement, das für ein herkömmliches beheiztes Lenkrad verwendet wird, ermöglicht es einem beheizten Element lokal mit einem Hitzdraht in Kontakt zu kommen und somit ist die Wärmetransfereffizienz in Bezug auf das beheizte Element verringert und es benötigt einen langen Zeitraum, um die maximale Temperatur zu erreichen. Ein CNT Heizelement, das für das beheizte Lenkrad verwendet wird, gemäß der Erfindung ermöglicht es jedoch einem beheizten Element vollständig mit einer Heizschicht in Kontakt zu kommen, wobei die Wärmetransfereffizienz zu dem beheizten Element hervorragend ist und es einen kurzen Zeitraum benötigt, um die maximale Temperatur zu erreichen.A hot wire heating element used for a conventional heated steering wheel allows a heated element to locally contact a hot wire and thus the heat transfer efficiency with respect to the heated element is reduced and it takes a long time to reach the maximum temperature to reach. However, a CNT heating element used for the heated steering wheel according to the invention makes it possible for a heated element to fully come into contact with a heating layer, wherein the heat transfer efficiency to the heated element is excellent and it takes a short time to reach the maximum temperature to reach.
Wie in den
Wie bei einem elektrischen Netzwerkmodel von allgemeinem Kohlenstoff in
Wie oben beschrieben verwendet das beheizte Lenkrad gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren des Sprühens von CNTs und Leitern, die Metallteilchen beinhalten, anstelle eines Verfahrens des Anbringens eines Hitzdrahtpads, das bei der Herstellung eines herkömmlich beheizten Lenkrads verwendet wird, wobei dabei die Herstellungskosten bemerkenswert verringert werden. Des Weiteren kann es das beheizte Lenkrad gemäß der Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen, dass darin eine Mustertransferschicht aus Holz oder Metall gebildet wird, hat es ein sauberes Griffgefühl und verschiedene Formen und Widerstandsdesigns hat und beträchtlich Energie verglichen mit einem Lenkrad im Stand der Technik spart. Des Weiteren kann das beheizte Lenkrad gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgrund der Eigenschaften der CNTs (Kontrolle elektrischer Ladungen) kein Thermostat benötigen.As described above, the heated steering wheel according to the embodiments of the invention uses a method of spraying CNTs and conductors including metal particles, instead of a method of attaching a hot wire pad used in manufacturing a conventionally heated steering wheel, thereby remarkably reducing the manufacturing cost become. Further, the heated steering wheel according to the embodiments of the invention can enable a pattern transfer layer of wood or metal to be formed therein, it has a clean grip feeling and has various shapes and resistance designs, and saves considerably energy compared with a steering wheel in the prior art. Furthermore, according to the embodiments of the present invention, the heated steering wheel may not require a thermostat due to the characteristics of the CNTs (control of electric charges).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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