KR101217507B1 - Manufacturing Method Composites having a Pattern - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 기판의 표면에 요철을 형성하고 전기영동법과 전해도금법의 동시 실시에 의해 나노입자와 금속재료를 전도성 기판의 일부에 선택적으로 부착하여 패턴이 구비되도록 한 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite material in which the irregularities are formed on the surface of the conductive substrate and the nanoparticles and the metal material are selectively attached to a part of the conductive substrate by the simultaneous implementation of the electrophoresis method and the electroplating method so that the pattern is provided. .
본 발명의 따른 패턴이 구비된 복합재료의 제조 방법은, 전도성 기판(120)과 금속재료 및 나노입자(160)를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 전도성 기판 일측에 패턴을 가지는 요철(172)로 이루어진 비전도층(170)을 형성하여 전도성 기판 일부가 비전도층을 통해 노출되도록 하는 요철형성단계(S200)와, 상기 나노입자 표면이 양(+)전하를 띠도록 하는 기능화단계(S300)와, 양(+)전하를 띤 나노입자와 전도성 기판 및 금속재료를 전해액이 담긴 복합처리조에 장입하고 전기영동법과 전해도금법을 동시에 실시하여 상기 비전도층 사이로 노출된 전도성 기판의 외면에 나노입자 및 금속재료를 동시 부착함으로써 나노입자가 삽입된 형태의 금속층(140)이 패턴을 갖도록 하는 패턴형성단계(S400)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 제조 공정이 간소해지며 다양한 특성을 가지는 복합재료의 제조가 가능한 이점이 있다.In the method of manufacturing a composite material having a pattern according to the present invention, a material preparation step (S100) of preparing a conductive substrate 120, a metal material, and nanoparticles 160 and irregularities having a pattern on one side of the conductive substrate ( Unevenness forming step (S200) to form a non-conductive layer 170 made of 172 to expose a portion of the conductive substrate through the non-conductive layer, and the functionalization step to have a positive charge on the surface of the nanoparticles ( S300), the positively charged nanoparticles, the conductive substrate and the metal material are charged into the composite treatment tank containing the electrolytic solution and simultaneously subjected to the electrophoresis method and the electroplating method to the nanoparticles on the outer surface of the conductive substrate exposed between the nonconductive layers. By attaching the particles and the metal material at the same time is characterized in that the pattern forming step (S400) to have a pattern of the metal layer 140 is inserted into the nanoparticles inserted form. According to the present invention configured as described above, there is an advantage that the manufacturing process is simplified and the production of a composite material having various characteristics is possible.
전기영동법, 전해도금법, 복합재료, 패턴, 요철, Electrophoresis, electroplating, composites, patterns, irregularities,
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시예가 채용된 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view schematically showing an internal configuration of a composite material employing an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예가 채용된 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the internal configuration of a composite material employing another embodiment of the present invention.
도 3 는 본 발명의 또 다른 실시예가 채용된 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 종단면도.3 is a longitudinal sectional view schematically showing an internal configuration of a composite material in which another embodiment of the present invention is employed;
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예가 채용된 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 종단면도.4 is a longitudinal sectional view schematically showing an internal configuration of a composite material in which another embodiment of the present invention is employed;
도 5 는 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도.5 is a flow chart showing a method for producing a composite material with a pattern according to the present invention.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 모식도.6 is a schematic view showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 모식도.7 is a schematic view showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 모식도.8 is a schematic view showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
도 9 는 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법에서 일 단계인 요철형성단계의 원리를 나타낸 일 실시예의 개념도.9 is a conceptual diagram showing an embodiment of the principle of the unevenness forming step which is one step in the method of manufacturing a composite material with a pattern according to the present invention.
도 10 은 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법에서 일 단계인 요철형성단계의 원리를 나타낸 다른 실시예의 개념도.10 is a conceptual diagram of another embodiment showing the principle of the unevenness forming step which is one step in the method of manufacturing a composite material with a pattern according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100. 복합재료 120. 전도성 기판100.
130. 금속재료 140. 금속층130.
150. 기공 160. 나노입자150.
170. 비전도층 172. 요철170. Non-conductive
180. 복합처리조 190. 감광성재료180.
192. 마스크 S100. 재료준비단계192.Mask S100. Material preparation stage
S200. 요철형성단계 S300. 기능화단계S200. Irregularities forming step S300. Functionalization stage
S400. 패턴형성단계 S420. 전기영동과정S400. Pattern forming step S420. Electrophoresis Process
S440. 전해도금과정 S460. 세척과정S440. Electroplating Process S460. Washing process
S480. 건조과정 S500. 환원단계S480. Drying process S500. Reduction step
S600. 패턴분리단계S600. Pattern Separation Step
본 발명은 전도성 기판의 표면에 요철을 형성하고 전기영동법과 전해도금법의 동시 실시에 의해 나노입자와 금속재료를 전도성 기판의 일부에 선택적으로 부착하여 패턴이 형성되도록 한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a composite material having a pattern formed by forming irregularities on the surface of the conductive substrate and selectively attaching nanoparticles and metal materials to a portion of the conductive substrate by simultaneous electrophoresis and electroplating to form a pattern. It is about a method.
카본나노튜브를 비롯한 나노입자는 전기전도도 및 강도가 우수하여 금속에 소량 첨가되더라도 원래 금속기지의 구조/기능적 특성보다 매우 향상된 특성을 가지는 복합재료를 얻을 수 있게 된다.Nanoparticles, including carbon nanotubes, have excellent electrical conductivity and strength, so that even if a small amount is added to the metal, a composite material having a much improved characteristic than the structure / functional properties of the original metal base can be obtained.
특히 최근에는 카본나노튜브를 다양한 재료에 첨가하여 요구되는 향상된 물성을 갖도록 한 복합재료가 개발되고 있다.In particular, recently, composite materials have been developed to have carbon nanotubes added to various materials to have improved physical properties required.
그리고, 대표적인 금속기판 재료의 하나인 구리(Cu)는 높은 전기전도도로 인하여 기존의 전기 전자부품에 있어서 신호전달용 소재로 널리 사용되고 있지만, 소재 자체의 열악한 기계적 물성이 소자 및 부품의 소형화에 걸림돌로 작용하는 문제점이 있다.In addition, copper (Cu), which is one of the representative metal substrate materials, is widely used as a signal transmission material in existing electric and electronic parts due to its high electrical conductivity, but the poor mechanical properties of the material itself are an obstacle to miniaturization of devices and components. There is a problem at work.
지금까지 구리 또는 구리합금 소재의 고강도화는 합금원소 첨가에 의한 고용 및 석출강화와 소성가공에 의한 가공경화에 의존하고 있는데, 합금원소의 첨가는 필연적으로 전기 전도도의 감소를 야기하는 문제점이 있다.Until now, high strength of copper or copper alloy material has been dependent on solid solution and precipitation hardening by addition of alloying elements and work hardening by plastic working. However, addition of alloying elements inevitably leads to a decrease in electrical conductivity.
또한, 금속기지와 카본나노튜브는 친화력이 약해서 부착하는데 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해서는 금속기지의 표면에 에칭을 이용한 요철을 형성하여 카본나노튜브를 증착하는 방법이 사용된다.In addition, the metal base and the carbon nanotubes are difficult to attach because of their low affinity. To overcome this problem, a method of depositing carbon nanotubes by forming irregularities using etching on the surface of a metal base is used.
그러나, 이러한 방법도 결국 카본나노튜브를 금속기지에 일체화하는 것이 아니므로 결합력이 저하되는 문제점이 있다.However, this method also has a problem in that the bonding force is lowered since the carbon nanotubes are not integrated with the metal base.
뿐만 아니라, 에칭 등의 공정이 추가됨에 따라 생산성이 저하되며, 제조 원가를 상승시키게 되므로 바람직하지 못하다. In addition, the productivity is reduced as the process, such as etching is added, it is not preferable because it increases the manufacturing cost.
한편, 카본나노튜브를 용융된 금속기지에 첨가하여 고강도 및 고전도성이 요구되는 복합재료를 제조하는데 많은 연구가 진행되고 있다.On the other hand, many studies have been conducted to prepare composite materials requiring high strength and high conductivity by adding carbon nanotubes to a molten metal base.
그러나, 카본나노튜브가 첨가된 용융금속은 계면에너지가 높아, 즉 접촉성질이 불량하여 응집된 카본나노튜브가 균일하게 분산하는데 어려움이 있으며, 응집된 카본나노튜브가 분산되더라도 비중차이로 인해 금속기지 내에 불균일하게 분포하는 문제점이 있다.However, molten metal to which carbon nanotubes are added has a high interfacial energy, that is, it is difficult to uniformly disperse the agglomerated carbon nanotubes due to poor contact properties. There is a problem of uneven distribution within.
또한 복합재료를 제조하는데 많은 공정수가 요구되어 생산성이 저하되며 제조 원가가 급상승하게 되어 가격 경쟁력이 낮은 문제점이 있다.In addition, a large number of processes are required to manufacture the composite material, which lowers the productivity and rapidly increases the manufacturing cost, thereby lowering the price competitiveness.
뿐만 아니라, 이러한 복합재료는 복합재료 형상으로 제조되며, 특정 기술에 적용되기 위해서는 패턴이 요구되기도 하는데, 이러한 패턴을 형성하는데 어려움이 있다.In addition, such a composite material is manufactured in the form of a composite material, and a pattern is required to be applied to a specific technique, but there is a difficulty in forming such a pattern.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전도성 기판일측에 요철을 가진 비전도성 재료를 부착하고, 전도성 기판 외면에 패턴과 동일 또는 반대되는 나노입자 및 금속층을 동시에 형성시킨 후 전도성 기판을 선택적으로 분리함으로써 패턴이 구비되도록 한 복합재료 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the conductive substrate is attached to a non-conductive material having irregularities on one side of the conductive substrate, the conductive substrate after forming the nanoparticles and metal layers the same or opposite to the pattern on the outer surface of the conductive substrate at the same time It is to provide a composite material and a method of manufacturing the same to provide a pattern by selectively separating the.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴이 구비된 복합재료는, 전기영동과정과 전해도금과정의 동시 실시에 의해 혼합 증착된 나노입자와 금속층을 포함하여 구성되 며, 상기 금속층 일측에는 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.Composite material provided with a pattern according to an embodiment of the present invention comprises a nanoparticles and a metal layer mixed deposition by simultaneous electrophoresis process and electroplating process, the pattern is formed on one side of the metal layer It features.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴이 구비된 복합재료는, 전도성 기판과, 전기영동과정과 전해도금과정의 동시 실시에 의해 상기 전도성 기판 일측에 혼합 증착된 나노입자 및 금속층을 포함하여 구성되며, 상기 전도성 기판의 일측에는 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.The composite material provided with the pattern according to another embodiment of the present invention is configured to include a conductive substrate, nanoparticles and metal layers mixed and deposited on one side of the conductive substrate by simultaneous electrophoresis and electroplating. One side of the conductive substrate is characterized in that the pattern is formed.
상기 패턴은 상기 금속층을 관통하는 것을 특징으로 한다.The pattern penetrates through the metal layer.
상기 금속층은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등 전도성 금속 중 하나 이상을 포함하여 구성되며, 상기 나노입자와 금속층 사이에는 다수 기공이 형성됨을 특징으로 한다.The metal layer includes at least one of conductive metals such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), iron (Fe), aluminum (Al), and magnesium (Mg). It is configured to, characterized in that a plurality of pores are formed between the nanoparticles and the metal layer.
본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법은, 전도성 기판과 금속재료 및 나노입자를 준비하는 재료준비단계와, 상기 전도성 기판 일측에 요철을 형성하는 요철형성단계와, 상기 나노입자 표면이 양(+)전하를 띠도록 하는 기능화단계와, 양(+)전하를 띤 나노입자와 전도성 기판 및 금속재료를 전해액이 담긴 복합처리조에 장입하여 상기 전도성 기판의 외면 일측에 패턴을 갖는 금속층을 형성하는 패턴형성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a composite material having a pattern according to the present invention includes a material preparation step of preparing a conductive substrate, a metal material, and nanoparticles, an unevenness forming step of forming irregularities on one side of the conductive substrate, and the surface of the nanoparticles A functionalization step of carrying a positive charge and a positively charged nanoparticle, a conductive substrate, and a metal material are charged into a composite treatment tank containing an electrolyte to form a metal layer having a pattern on one side of the outer surface of the conductive substrate. Characterized in that the pattern forming step.
상기 요철형성단계 이후에는, 상기 전도성 기판과 금속층을 선택적으로 분리하는 분리단계가 실시됨을 특징으로 한다.After the unevenness forming step, a separation step for selectively separating the conductive substrate and the metal layer is characterized in that it is carried out.
상기 재료준비단계는, 상기 전도성 기판 외면에 이형층을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.The material preparation step is characterized in that the process of forming a release layer on the outer surface of the conductive substrate.
상기 재료준비단계에서, 상기 전도성 기판은 금속층 및 나노입자와 다른 열 팽창계수를 갖는 것을 특징으로 한다.In the material preparation step, the conductive substrate is characterized by having a thermal expansion coefficient different from the metal layer and nanoparticles.
상기 요철형성단계는, 상기 전도성 기판 일측에 감광성재료를 도포한 후 빛을 조사하여 감광성재료 일측에 요철을 선택적으로 형성하는 과정임을 특징으로 상기 요철형성단계에서, 상기 감광성재료는 비전도성재질로 형성됨을 특징으로 한다.The unevenness forming step is a process of selectively forming unevenness on one side of the photosensitive material by applying light after applying the photosensitive material to one side of the conductive substrate, wherein the photosensitive material is formed of a non-conductive material. It is characterized by.
상기 요철형성단계는, 상기 전도성 기판 일측에 요철을 갖는 비전도층을 프린팅하는 과정임을 특징으로 한다.The unevenness forming step may be a process of printing a non-conductive layer having unevenness on one side of the conductive substrate.
상기 패턴형성단계는, 상기 나노입자를 전기영동법으로 전도성 기판 외면에 부착하는 전기영동과정과, 상기 금속재료를 전해도금법으로 전도성 기판 외면에 부착하는 전해도금과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The pattern forming step may include an electrophoretic process of attaching the nanoparticles to the outer surface of the conductive substrate by electrophoresis and an electroplating process of attaching the metal material to the outer surface of the conductive substrate by electroplating.
상기 패턴형성단계에서, 상기 금속층 일측에는 기공이 다수 형성됨을 특징으로 한다.In the pattern forming step, a plurality of pores are formed on one side of the metal layer.
상기 패턴형성단계는, 상기 전도성 기판에 음(-)극을 연결하고 금속재료에 양(+)극을 연결한 상태에서 전압을 소정 시간 인가하는 과정임을 특징으로 한다.The pattern forming step may be a process of applying a voltage for a predetermined time in a state in which a negative electrode is connected to the conductive substrate and a positive electrode is connected to the metal material.
상기 패턴형성단계에서, 상기 금속재료는 금속이온으로 이온화되어 음(-)극에 연결된 전도성 기판에 부착되는 것을 특징으로 한다.In the pattern forming step, the metal material is ionized with metal ions and is attached to a conductive substrate connected to a negative (−) electrode.
상기 패턴형성단계에서, 상기 금속재료는 전해액에 투입된 금속염의 이온화된 금속이온이 상기 전도성 기판 외면에 부착됨을 특징으로 한다.In the pattern forming step, the metal material is characterized in that the ionized metal ions of the metal salt added to the electrolyte is attached to the outer surface of the conductive substrate.
상기 패턴형성단계에서, 상기 금속재료는 전해액에 투입된 금속염의 이온화된 금속이온 및 양(+)극에 연결된 판상형의 금속재료가 이온화된 금속이온이 상기 전도성 기판 외면에 동시 부착되는 것을 특징으로 한다.In the pattern forming step, the metal material is ionized metal ions of the metal salt introduced into the electrolyte solution and the metal ion ionized plate-like metal material connected to the positive (+) is characterized in that attached to the outer surface of the conductive substrate at the same time.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 제조 공정이 간소해지며 다양한 특성을 가지는 복합재료의 제조가 가능한 이점이 있다.According to the present invention configured as described above, there is an advantage that the manufacturing process is simplified and the production of a composite material having a variety of characteristics is possible.
이하에서는 본 발명에 의한 복합재료의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the composite material according to the present invention.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 패턴을 구비한 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 일 실시예 및 다른 실시예의 종단면도가 도시되어 있다.1 and 2 show longitudinal cross-sectional views of one embodiment and another embodiment schematically illustrating the internal configuration of a composite material having a pattern according to the present invention.
도면과 같이, 본 발명에 의한 복합재료(100)는 기본적인 골격을 이루는 전도성 기판(120)과, 상기 전도성 기판(120)의 상면에 동시 증착된 금속층(140) 및 나노입자(160)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the
상기 전도성 기판(120)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등의 전도성금속으로 형성된 것으로, 상기 나노입자(160)와 금속층(140)의 부착 및 결합을 위하여 전처리는 행하지 않으며, 알코올 또는 아세톤을 이용한 표면 세척을 선택적으로 실시 가능하다.The
상기 금속층(140)은 전도성이 높은 금속재료(130)로부터 형성된다. 예컨대, 상기 금속층(140)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg)등 전도성이 높은 금속 중 하나 이상을 포함하여 구성된다.The
또한 상기 금속층(140)의 두께는 복합재료(100)의 요구되는 물성 즉, 구조적 역할 또는 기능적 역할에 따라 10㎚ 내지 500㎛의 두께 범위 내에서 다양하게 실시 가능하다.In addition, the thickness of the
상기 나노입자(160)는 금속층(140) 내부에 구비되며, 나노입자(160)의 강도, 강성, 내마모성 및 전기적/열적 특성을 향상시키기 위한 구성이다.The
또한, 상기 나노입자(160) 및 금속층(140)은 판상형의 전도성 기판(120) 외면으로부터 외측으로 서로 얽힌 상태로 부착되어 복합재료(100)의 강도, 강성, 내마모성 및 전도성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the
상기 나노입자(160)은 카본나노입자(카본나노튜브, 탄소나노섬유, 카본블랙 등), 세라믹나노입자, 금속나노입자 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되어질 수도 있다.The
그리고, 상기 나노입자(160)와 혼합된 상태로 증착된 금속층(140)에는 기공(150)이 선택적으로 형성되어질 수 있다.In addition, pores 150 may be selectively formed in the
즉, 상기 복합재료(100)에서 상기 나노입자(160)와 금속층(140)은 전기영동법과 전해도금법의 동시 실시에 의해 전도성 기판(120)의 외면에 동시에 부착되며, 도 1과 같이 상기 전도성 기판(120) 외면에 금속층(140)이 증착되는 중에 금속층(140) 내부에 나노입자(160)가 삽입되는 형태를 가질 수도 있고, 도 2와 같이 상기 전도성 기판(120)의 외면에 나노입자(160)와 금속재료(130)가 동시에 증착되면서 기공(150)을 가진 입자형 금속층(140) 내부에 나노입자(160)의 일부가 삽입된 형태를 가질 수도 있다.That is, in the
상기 금속층(140)과 나노입자(160)는 복합재료(100)의 기본적인 형체를 만드는데 사용되는 전도성 기판(120)에 동시에 부착되었다가 전도성 기판(120)으로부터 분리됨으로써 상기 복합재료(100)을 구성하게 된다.The
즉, 상기 금속층(140)과 나노입자(160)는 전기영동법(electrophoretic deposition) 및 전해도금법을 동시에 실시함으로써 전도성 기판(120) 외면에 동시에 증착되어 형성된다.That is, the
보다 상세하게는, 상기 나노입자(160)는 전기영동법을 통해 전도성 기판(120) 외면에 부착되고, 상기 금속층(140)은 전해도금법을 통해 전도성 기판(120) 외면에 부착되며, 상기 전기영동법과 전해도금법은 동시에 실시된다.In more detail, the
한편, 상기 금속층(140) 및 나노입자(160)는 패턴을 갖도록 증착된다. 즉, 상기 금속층(140)과 나노입자(160)는 전도성 기판(120)에 증착될 때 일부에만 선택적으로 증착됨으로써 패턴을 형성하게 되며, 이러한 패턴은 금속층(140)을 관통하는 형상을 갖도록 형성된다.Meanwhile, the
이를 위해 상기 금속층(140)과 나노입자(160)가 전도성 기판(120)에 증착되기 전에 상기 전도성 기판(120) 상면에는 비전도층(170)이 구비되며, 상기 비전도층(170)에는 금속층(140)에 패턴이 형성될 수 있도록 패턴과 대응되거나 반대되는 요철(172)이 형성된다.To this end, before the
그리고, 상기 금속층(140)과 나노입자(160)는 전도성 기판(120)에 증착될 때 상기 비전도층(170)의 천공된 구멍 내부에만 증착되어 비전도층(170)과 금속층(140) 및 나노입자(160)는 한 개의 층을 형성하게 된다.When the
상기 비전도층(170)은 전도성 기판(120) 외면에 프린팅기법에 의해 비전도성 재질로 프린팅하여 요철(172)이 구비되도록 형성할 수도 있을 것이다.The
한편, 상기 복합재료(100)는 사용 조건에 따라 다양하게 구성을 제거하여 사용할 수 있도록 구성된다.On the other hand, the
이하 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 복합재료의 또 다른 실시예의 구성을 살펴본다.Hereinafter, a configuration of another embodiment of the composite material will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3 및 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예가 채용된 복합재료의 내부 구성을 개략적으로 보인 종단면도가 도시되어 있다.3 and 4 show longitudinal cross-sectional views schematically showing the internal construction of a composite material in which another embodiment of the present invention is employed.
이들 도면과 같이, 상기 복합재료(100)에서 비전도층(170)은 도 3과 같이 선택적으로 제거되어 전도성 기판(120)과 금속층(140) 및 나노입자(160)가 서로 결합된 상태를 가질 수도 있으며, 도 4와 같이 비전도층(170)과 금속층(140) 및 나노입자(160)는 부착된 상태를 유지하고 상기 전도성 기판(120)만 분리하여 사용할 수도 있을 것이다.As shown in these figures, the
이때, 상기 전도성 기판(120)의 상면에는 이형층(도시되지 않음)을 구비하여 전도성 기판(120)과 금속층(140)이 용이하게 분리될 수 있도록 구성할 수도 있다.In this case, a release layer (not shown) may be provided on an upper surface of the
상기 이형층은 전도성 기판(120)과 금속층(140)이 분리될 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경 실시가 가능하다. 즉, 상기 이형층은 전도성 기판(120) 외면에 별도의 코팅 공정을 실시하여 이형코팅층을 형성하거나, 상기 전도성 기판(120)과 금속층(140)이 용이하게 분리될 수 있도록 하는 이형필름층을 부착하는 것도 가능하다.The release layer may be variously modified within the range in which the
그리고, 상기 이형층은 얇은 두께를 가져서 전도성 기판(120)과 금속층(140)이 정전기적인 인력이 충분히 작용할 수 있는 범위 내라면 반드시 전도성을 가질 필요는 없다. In addition, the release layer has a thin thickness so that the
또한 상기 전도성 기판(120)은 이형층을 구비하지 않고 금속재료(130) 및 나노입자(160)와 다른 열팽창계수를 갖는 재료로 형성하여 금속층(140) 및 나노입자(160)로부터 분리되도록 구성할 수도 있다.In addition, the
이하 첨부된 도 5 내지 도 9를 참조하여 복합재료(100)의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 5는 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 모식도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 모식도이며, 도 9는 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조방법에서 일 단계인 패턴형성단계의 원리를 나타낸 일 실시예의 개념도이다.Figure 5 is a flow chart showing a manufacturing method of a composite material with a pattern according to the present invention, Figure 6 is a schematic diagram showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, Figure 7 according to another embodiment of the present invention Figure 9 is a schematic diagram showing a manufacturing method, Figure 9 is a conceptual diagram showing an embodiment of the principle of the pattern forming step as a step in the method of manufacturing a composite material with a pattern according to the present invention.
이들 도면과 같이, 상기 복합재료(100)를 제조하는 방법은, 크게 전도성 기판(120)과 금속재료(130) 및 나노입자(160)를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 전도성 기판(120) 일측에 요철(172)을 형성하는 요철형성단계(S200)와, 상기 나노입자(160) 표면이 양(+)전하를 띠도록 하는 기능화단계(S300)와, 양(+)전하를 띤 나노입자(160)와 전도성 기판(120) 및 금속재료(130)를 전해액이 담긴 복합처리조(180)에 장입하여 상기 전도성 기판(120)의 외면 일측에 패턴을 갖는 금속층(140)을 형성하는 패턴형성단계(S400)로 이루어진다.As shown in these figures, the method of manufacturing the
상기 재료준비단계(S100)에서 전해액은 물 또는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 프로파놀, DMF(dimethylformamide), DMA(dimethylacetamide) 등 5 이상의 상대 유전율을 가지는 다양한 용매가 선택적으로 적용 가능하다.In the material preparation step (S100), various solvents having a relative dielectric constant of 5 or more, such as water or ethanol, methanol, acetone, propanol, DMF (dimethylformamide), and DMA (dimethylacetamide) may be selectively applied.
그리고 상기 재료준비단계(S100)에서 상기 전도성 기판(120)은 전도성 금속판재가 적용가능하며, 외면에 이형층을 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 전도성 기판(120)은 전도성을 가지는 재료의 범위 내에서 고분자 및 고분자혼합물로 적용 가능하며, 이때 상기 전도성 기판(120)은 패턴분리단계(S600)에서 용융되어 제거될 수 있다.In the material preparation step S100, a conductive metal plate may be applied to the
또한 상기 전도성 기판(120)은 카본시트나 카본패블릭도 선택적으로 적용될 수 있다.In addition, the
상기 재료준비단계(S100)가 완료되면 요철형성단계(S200)가 실시된다. 상기 요철형성단계(S200)는 전술한 패턴을 형성하기 위해 요구되는 전단계로서, 다양한 실시예로서 형성 가능하다.When the material preparation step (S100) is completed, the unevenness forming step (S200) is carried out. The irregularities forming step (S200) is a previous step required to form the above-described pattern, it can be formed in various embodiments.
즉 도 6과 같이, 상기 요철형성단계(S200)에서 상기 전도성 기판(120) 상면에 비전도성을 가지는 감광성재료(190)를 놓고, 상기 감광성재료(190)의 상측에는 구멍이 천공된 마스크(192)를 위치시킨 후 하방향으로 빛을 조사하여 상기 감광성재료(190)를 선택적으로 제거함으로써 요철(172)을 형성할 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, the
그리고, 상기 요철(172)은 전도성 기판(120)에 다양한 형상을 갖도록 형성할 수 있다.In addition, the
즉 도 6과 같이 상기 요철(172) 사이의 틈을 통해 전도성 기판(120) 상면을 선택적으로 에칭(etching)하여 함몰된 형상을 갖도록 할 수도 있으며, 도 7과 같이 전도성 기판(120) 및 감광성재료(190)의 상면 전체에 비전도층(170)을 형성한 후 상기 전도성 기판(120)과 감광성재료(190)를 분리하여 상방향으로 돌출된 요 철(172)을 형성할 수도 있을 것이다.That is, as shown in FIG. 6, the upper surface of the
한편, 상기 요철형성단계(S200)는 도 8과 같이 프린팅 기법을 통해 요철(172)을 형성할 수도 있다.Meanwhile, the unevenness forming step S200 may form the
즉, 상기 전도성 기판(120) 상면에 프린팅 기법을 이용하여 비전도층(170)을 형성하되, 상기 비전도층(170)이 요철 형상을 갖도록 하는 과정이다.That is, the
따라서, 상기 전도성 기판(120) 상면 중 프린팅 기법에 의해 비전도층(170)이 형성되지 않은 중앙부분은 외부로 노출된 상태가 되며, 아래에서 설명하게 될 패턴형성단계(S400)에서 금속층(140) 및 나노입자(160)를 증착할 수 있게 된다.Therefore, the central portion of the upper surface of the
상기와 같은 다양한 실시예로서 요철형성단계(S200)가 완료되면 기능화단계(S300)가 실시된다. 상기 기능화단계(S300)는 나노입자(160) 표면이 양(+)전하를 띠도록 하는 과정으로, 이민기, 아민기 등의 관능기를 도입함으로써 가능하다.In various embodiments as described above, when the unevenness forming step S200 is completed, the functionalizing step S300 is performed. The functionalization step (S300) is a process of allowing the surface of the
상기 기능화단계(S300)는 PEI(polyethylenimine) 또는 THF(Tetrahydrofuran) 용액을 이용하여 나노입자(160) 표면에 이민기를 도입하거나, 나노입자(160) 표면을 산화한 후 TETA(triethylenetetramine)처리를 하여 아민기/이민기를 도입하거나, 질소 또는 암모니아 가스 분위기에서 플라즈마 처리를 통해 나노입자(160) 표면에 아민기를 도입하는 방법이 선택적으로 실시될 수 있다.In the functionalization step (S300), an imine group is introduced to the surface of the
즉, 상기 나노입자(160)는 전해액에서 충분히 세척하고 필터링한 후 진공오븐에서 건조하게 되면, 상기 나노입자(160) 표면은 이민기가 도입되어 양(+)전하를 띠게 된다.That is, when the
그리고, 상기 기능화단계(S300)을 거친 나노입자(본 발명의 실시예에서는 카 본나노튜브를 사용함)는 선택적으로 전해액에서 충분히 세척하고 필터링한 후 70℃의 진공오븐에서 10시간 동안 건조한 후, 다시 전해액에 담겨져 bath type과 beam type 초음파하에서 분산 처리할 수 있다.Then, the nanoparticles (the carbon nanotube is used in the embodiment of the present invention) subjected to the functionalization step (S300) are selectively washed and filtered sufficiently in an electrolyte solution and then dried for 10 hours in a vacuum oven at 70 ℃, again It is immersed in electrolyte and can be dispersed under bath-type and beam-type ultrasonic waves.
또한, 상기 기능화단계(S300)는 프라즈마 처리를 통해 나노입자(160) 표면에 아민기, 이민기 등 관능기가 도입되어 양(+)전하를 띠게 하는 것이 가능하다.In addition, the functionalization step (S300) is capable of introducing a positive charge by introducing a functional group such as an amine group, an imine group on the surface of the
상기 기능화단계(S300) 이후에는 패턴형성단계(S400)가 실시된다. 상기 패턴형성단계(S400)는, 기능화된 나노입자(160)와 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등 전도성이 높은 금속 중 하나 이상을 선택적으로 포함하는 금속재료(130)를 상기 전도성 기판(120) 외측에 동시에 부착하여 금속층(140) 및 나노입자(160)가 일체화되도록 하는 과정이다.After the functionalization step (S300), a pattern forming step (S400) is performed. The pattern forming step (S400), the
이때 상기 금속층(140)은 복합재료(100)의 요구되는 물성 즉, 구조적 역할 또는 기능적 역할에 따라 10㎚ 내지 500㎛의 두께 범위 내에서 다양하게 증착 가능하다.In this case, the
보다 상세하게는 상기 패턴형성단계(S400)는 상기 나노입자(160)를 전기영동법으로 전도성 기판(120) 외면에 부착하는 전기영동과정(S420)과, 상기 금속재료(130)를 전해도금법으로 전도성 기판(120) 외면에 부착하는 전해도금과정(S440)으로 이루어지며, 상기 전기영동과정(S420)과 전해도금과정(S440)은 동시에 실시된다.More specifically, the pattern forming step (S400) is an electrophoretic process (S420) of attaching the
이하 상기 패턴형성단계(S400)를 첨부된 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9 to which the pattern forming step S400 is attached.
도 9에는 본 발명에 의한 복합재료의 제조방법에서 일 단계인 패턴형성단계(S400)의 원리를 나타낸 개념도가 도시되어 있다.9 is a conceptual diagram showing the principle of the pattern forming step (S400) which is one step in the method of manufacturing a composite material according to the present invention.
도면과 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 복합처리조(180) 내부에는 분산된 양(+)전하를 띤 나노입자(160)가 전해액과 함께 장입되며, 상기 전도성 기판(120)은 음(-)극에, 금속재료(130)는 양(+)극에 각각 연결한 후 상기 전도성 기판(120)과 금속재료(130)를 일정 간격으로 이격한 다음 고정한다.As shown in the figure, in the embodiment of the present invention, the
상기 금속재료(130)는 구리(Cu)판으로 구성되고, 나노입자(160)는 카본나노튜브가 적용되며, 상기 전도성 기판(120)과 구리(Cu)의 이격한 간격은 0.8 cm로 하였다.The
그리고, 상기 전도성 기판(120)의 외면에는 비전도성 재질로 형성된 요철(172)이 형성된 상태이다.In addition, an
이후 상기 전도성 기판(120)과 나노입자(160)에 일정 시간 동안 전압을 인가하게 된다.Thereafter, a voltage is applied to the
이때 양(+)전하를 띤 카본나노튜브는 음(-)전하를 띤 전도성 기판(120)의 표면에 전기영동법을 통해 증착되어 나노입자(160)를 형성하게 되며, 상기 금속재료(130)에는 양(+)극이 연결되어 전해액으로 이온화(Cu→Cu2++2e-)된 후, 이온화된 Cu2+는 음(-)극이 연결된 상기 전도성 기판(120) 및 나노입자(160) 외면에 부착되어 금속층(140)을 형성하게 된다.At this time, the positively charged carbon nanotubes are deposited on the surface of the negatively-charged
보다 상세하게는 상기 비전도층(170)에는 금속층(140) 및 나노입자(160)가 증착되지 않으며, 전도성 기판(120)의 외면 중에서 전해액에 노출되어 있는 부분에만 선택적으로 금속층(140) 및 나노입자(160)가 증착된다.In more detail, the
따라서, 상기 패턴형성단계(S400)가 완료되면 상기 전도성 기판(120) 외면에는 나노입자(160)와 금속층(140)이 동시에 증착되어 복합재료(100)를 형성하게 되며, 상기 복합재료(100)에는 패턴이 형성될 수 있게 된다.Accordingly, when the pattern forming step S400 is completed, the
보다 구체적으로는 상기 전도성 기판(120)의 외면에는 나노입자(160)가 먼저 부착되고 나노입자(160) 외면을 금속층(140)이 둘러싸는 형태(도 2 참조)의 복합재료(100)이 제조될 수도 있으며, 상기 금속층(140)이 전도성 기판(120) 외면에 먼저 증착되고 금속층(140)이 증착되는 과정중에 금속층(140) 내부에 나노입자(160)가 끼워지는 형태(도 1 참조)를 가짐으로써 기공(150)이 형성된 복합재료(100)을 제조할 수도 있다.More specifically, the outer surface of the
상기 패턴형성단계(S400) 이후에는 패턴이 형성된 복합재료(100)가 부착된 전도성 기판(120)을 복합처리조(180)에서 빼내어 전해액으로 세척하는 세척과정(S460)이 실시된다.After the pattern forming step S400, a washing process S460 is performed in which the
세척이 완료된 복합재료(100)은 진공오븐에 장입되어 70℃에서 약 10시간 동안 건조함으로써 건조과정(S480)이 진행된다.The completed
그리고, 상기 건조과정(S480) 이후에는 건조된 전도성 기판(120), 나노입자 및 금속층(140)을 환원분위기의 열처리로에서 환원하는 환원단계(S500)가 선택적으로 실시될 수 있다.In addition, after the drying process (S480), a reduction step (S500) of reducing the dried
상기 환원단계(S500) 이후에는 패턴분리단계(S600)가 실시된다. 상기 패턴분 리단계(S600)는 패턴이 형성된 복합재료(100)를 비전도층(170) 또는 전도성 기판(120)으로부터 분리하는 과정으로, 다양한 방법으로 가능하다.After the reduction step (S500), a pattern separation step (S600) is carried out. The pattern separation step S600 is a process of separating the
즉, 상기 재료준비단계(S100)에서 전도성 기판(120) 외면에 이형층이 구비된 경우에는 복합재료(100)를 도 4와 같이 전도성 기판(120)으로부터 용이하게 복합재료(100)을 분리할 수 있게 된다.That is, when the release layer is provided on the outer surface of the
다른 실시예로는, 상기 재료준비단계(S100)에서 전도성 기판(120)을 준비할 때 금속재료(130) 및 나노입자(160)보다 낮은 융점을 가지는 전도성 재료를 적용하여 전도성 기판(120)을 가열 및 용융시켜 제거함으로써 도 4와 같은 상태의 복합재료(100)만 남도록 할 수도 있다.In another embodiment, the
또 다른 실시예로는, 도 1과 같은 상태에서 상기 비전도층(170)이 감광성재료(190)로 적용된 경우 빛을 조사하여 선택적으로 제거함으로써 상기 복합재료(100)가 도 3과 같은 상태를 갖도록 제조할 수도 있을 것이다.In another embodiment, when the
또 다른 실시예로, 상기 전도성 기판(120)은 나노입자(160), 금속재료(130) 및 비전도층(170)의 열팽창계수와 상이하도록 구성함으로써 가열에 의해 전도성 기판(120)과 복합재료(100)가 분리되도록 할 수도 있을 것이다.In another embodiment, the
상기한 과정에 따라 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조는 완료된다.According to the above process, the production of the composite material with a pattern according to the present invention is completed.
한편, 본 발명에 의한 패턴이 구비된 복합재료의 제조 방법에서는, 금속재료(130)를 구성함에 있어서 다른 실시예의 적용이 가능하다.On the other hand, in the method of manufacturing a composite material provided with a pattern according to the present invention, other embodiments can be applied in the construction of the
즉, 도 10은 본 발명에 의한 복합재료 제조방법의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 개념도로서, 다른 실시예에서 상기 금속재료(130)는 단일의 재료가 아닌 다수 종류의 복합금속이 적용되었다.That is, FIG. 10 is a conceptual view illustrating a manufacturing method of another embodiment of the composite material manufacturing method according to the present invention. In another embodiment, the
즉, 상기 금속재료(130)는 2종 이상의 금속을 포함하는 단일상의 합금 또는 복합금속이 적용되어질 수도 있으며, 상기 전해액에 도금액을 용해하여 적용하고 이온화된 금속재료(130)와 판상의 금속재료(130)가 서로 다른 재질로 구성되도록 할 수도 있을 것이다.That is, the
이때, 상기 전도성 기판(120)의 외면에는 나노입자(160)와 2종 이상의 금속을 포함하는 합금 또는 복합금속 상이 동시에 증착될 수 있게 된다.At this time, the outer surface of the
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.
즉, 본 발명의 실시예의 패턴형성단계(S400)에서는 판상형의 금속재료가 이온화된 금속이온이 전도성 기판 외면에 부착되도록 하여 금속층이 형성되도록 구성하였으나, 필요에 따라서는 전해액에 금속염을 투입하고, 투입된 금속염을 이온화하여 전도성 기판 외면에 부착되도록 구성할 수도 있을 것이다.That is, in the pattern forming step (S400) of the embodiment of the present invention, but the metal layer is formed so that the ionized metal ions are attached to the outer surface of the conductive substrate to form a metal layer, but if necessary, a metal salt is added to the electrolyte, The metal salt may be ionized and attached to the outer surface of the conductive substrate.
또한, 전해액에 투입된 금속염이 이온화된 금속이온과, 양(+)극에 연결된 판상형의 금속재료가 이온화된 금속이온이 상기 전도성 기판 외면에 동시 부착되도록 구성할 수도 있을 것이다. In addition, the metal ion introduced into the electrolyte solution may be configured such that the ionized metal ion and the metal ion ionized by the plate-shaped metal material connected to the positive electrode are simultaneously attached to the outer surface of the conductive substrate.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 전도성 기판 일측에 요철을 가진 비전도성 재료를 구비하고, 전도성 기판 외면에 패턴과 동일 또는 반대되는 나노입자 및 금속층을 동시에 형성시킨 후 전도성 기판을 선택적으로 분리함으로써 패턴이 구비된 복합재료의 제조가 가능하다.As described above, in the present invention, a non-conductive material having irregularities on one side of the conductive substrate is formed, and the nanoparticles and metal layers that are the same or opposite to the pattern are simultaneously formed on the outer surface of the conductive substrate, and then the patterns are selectively separated. It is possible to manufacture the provided composite material.
따라서, 나노입자와 금속재료가 전도성 기판의 외측에 혼합된 상태로 치밀하게 결합되며, 간단한 분리 과정을 통해 용이하게 생산 가능하므로 가격경쟁력이 향상되는 이점이 있다.Therefore, the nanoparticles and the metal material are tightly coupled in a mixed state on the outside of the conductive substrate, and can be easily produced through a simple separation process, thereby improving the price competitiveness.
그리고, 본 발명에서는 금속층 내부에 선택적으로 기공을 형성함으로써 기계적/전기적/열적 특성을 선택적으로 변경 및 향상시킬 수 있게 되어 다양한 용도에 적용 가능한 이점이 있다.Further, in the present invention, by selectively forming pores in the metal layer, it is possible to selectively change and improve the mechanical / electrical / thermal characteristics, which is applicable to various applications.
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