KR101488898B1 - TRANSPARENT HEATING SUBSTRATE USING CARBON NANO TUBE AND METHOD OF MANUFACTURING THE Substrate - Google Patents
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Abstract
투명하며 두께를 조절하여 발열온도를 조절할 수 있는 발열체를 구비한 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법이 개시된다. 이를 위하여 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브를 이용한 발열층을 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판을 제공한다. 또한, 기판을 준비하는 단계, 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 준비하는 단계, 상기 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 상기 기판 상에 도포하는 단계, 및 상기 탄소나노튜브 슬러리가 도포된 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열체의 제작방법을 제공한다. 간단한 공정을 통하여 경제성이 우수한 투명 발열기판을 제작할 수 있다. 본 발명의 투명 발열기판은 투명한 발열층의 두께를 제어하여 발열층의 비저항을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 간단한 방법으로 발열온도를 다양한 범위에서 제어할 수 있다. Disclosed is a transparent heating substrate using a carbon nanotube having a heating body which is transparent and whose heating temperature can be controlled by controlling the thickness, and a method for manufacturing the same. There is provided a transparent heating substrate using a carbon nanotube including a substrate and a heating layer using carbon nanotubes formed on the substrate. The method also includes preparing a substrate, preparing a carbon nanotube slurry mixture, applying the carbon nanotube slurry mixture to the substrate, and heat treating the substrate to which the carbon nanotube slurry has been applied A method of manufacturing a transparent heating element using carbon nanotubes is provided. A transparent heating substrate having excellent economical efficiency can be manufactured through a simple process. The transparent heat generating substrate of the present invention can control the thickness of the transparent heat generating layer to change the specific resistance of the heat generating layer. Thus, the heat generating temperature can be controlled within a wide range by a simple method.
Description
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명하며 두께를 조절하여 발열온도를 조절할 수 있는 발열체를 구비한 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes having a heat generating body which is transparent and capable of controlling a heating temperature by controlling its thickness, ≪ / RTI >
일반적으로 발열이 필요한 토스트기 같은 음식 조리 장치나 다리미 등에는 발열체로서 니크롬선이나 기타 금속 발열체가 널리 사용된다. Nichrome wire or other metal heating element is widely used as a heating element in food cookers such as toasters and irons where heat is generally required.
그러나 이러한 금속발열체는 불투명한 소재이므로 금속 발열체 안에서의 가열과정을 육안으로 확인하기 어렵다. 따라서 별도의 타이머 등을 적용하여 적절한 조리시간 등을 설정하거나, 사람의 직감에 의하여 가열과정의 시간을 짐작하여 적용하는 것이 보편적이다. However, since the metal heating element is an opaque material, it is difficult to visually confirm the heating process in the metal heating element. Therefore, it is common to set an appropriate cooking time by applying a separate timer or the like, or to estimate the time of the heating process by human intuition.
또한, 발열이 되는 가열선 등의 발열체 및 이에 전원을 인가하기 위한 전기 배선이 복잡하게 설치되어 있으며, 이러한 발열체를 설치하기 위해서는 일정한 공간이 필수적으로 필요하게 되어 장치의 부피가 커지는 원인이 되기도 한다. 나아가, 전력 공급은 가정용인 220V의 전압을 통하여 이루어지므로, 고전압 전기의 절연이 필요하고, 많은 전력이 소비되는 등의 문제가 발생된다. In addition, a heating element such as a heating wire which generates heat and an electric wiring for applying power to the heating element are complicatedly installed. In order to install such a heating element, a certain space is indispensably required, which leads to an increase in the volume of the device. Furthermore, since the electric power is supplied through a 220V voltage for home use, high voltage electrical insulation is required, and a large amount of electric power is consumed.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO)을 사용하여 제조되는 투명전극을 적용한 투명 발열체의 사용이 제시되고 있다. 이는 도전성을 가지는 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 수 내지 10% 정도 첨가하여 더욱 더 도전성을 높인 것을 말하는데, ITO를 스퍼터링 타겟(sputtering target)으로 가공하여 유리판에 스퍼터링을 하면, 투명한 도전막을 얻을 수 있다. In order to solve these problems, the use of a transparent heating element using a transparent electrode made of indium tin oxide (ITO) has been proposed. This means that the conductivity is further enhanced by adding about 10 to about 10% of tin oxide (SnO 2 ) to the conductive indium oxide (In 2 O 3 ). By sputtering ITO on a sputtering target, , A transparent conductive film can be obtained.
그러나 이 방식의 경우는 ITO를 구성하는 원료 중 인듐(Indium)의 가격이 고가이고 ITO원료를 합성 제조하는 공정이 까다로울 뿐만 아니라 유리 등에 도포시에 진공 증착기 안에서 스퍼터링 방식의 가공을 하여야 하는 등 그 공정이 매우 복잡하고 까다로운 문제점이 있다. 또한, 높은 저항으로 인하여 저전압(40V 이하)에서는 사용이 제한적이고, ITO의 경우에는 표면저항이 제조 조건에 따라 수 옴(Ω)에서 수천 옴(Ω)까지 변화시키는 것이 가능하지만 수 옴(Ω)까지 낮추기 위해서는 많은 비용과 까다로운 공정이 필요하다. However, in this method, the indium (indium) price is high among the raw materials constituting the ITO, and the process of synthesizing and manufacturing the ITO raw material is not only difficult but also requires sputtering processing in a vacuum evaporator This is a very complex and tricky problem. In addition, it is possible to change the surface resistance from several ohms to several ohms (Ω) according to the manufacturing conditions in the case of ITO, It requires a lot of cost and difficult process.
이와 다른 방식으로 탄소나노튜브나 도전성 폴리머를 사용하여 형성된 박막을 이용할 수도 있는 데, 이러한 기술의 경우 대체적으로 투명도를 해치지 않고는 표면저항을 수백 옴(Ω) 이하로 낮추는 것이 매우 어렵다는 문제점이 있다.Alternatively, a thin film formed using a carbon nanotube or a conductive polymer may be used. However, in this technique, it is generally difficult to lower the surface resistance to several hundreds of ohms or less without impairing transparency.
따라서, 표면저항을 용이하게 조절하여 발열량을 넓은 범위에서 비교적 자유롭게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 저전력 사용으로 경제적으로 유리할 뿐만 아니라 공정면에서도 간단한 투명발열체의 제작이 요청되고 있다.
Therefore, it is demanded to manufacture a transparent heat generating element not only economically advantageous in terms of low power consumption, but also simple in terms of process, as well as being able to freely change a large amount of heat generation by easily adjusting the surface resistance.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 투명한 발열체를 구현할 수 있고, 이러한 투명한 발열체의 두께를 조절하여 발열온도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 비교적 간단하고 저전력으로 온도제어가 용이한 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판을 제공하는데 있다. Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a carbon nanotube which can realize a transparent heating element, can control the heating temperature by controlling the thickness of the transparent heating element, and can easily control the temperature with low power, And to provide a transparent heat generating substrate using the same.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 전술한 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법을 제공하는데 있다.
A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transparent heating substrate using the carbon nanotubes.
상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브를 이용한 발열층을 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판을 제공한다.In order to achieve the first object of the present invention, there is provided a transparent heating substrate using carbon nanotubes including a substrate and a heating layer using carbon nanotubes formed on the substrate.
또한, 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 기판을 준비하는 단계, 탄소나노튜브, 바인더, 용매 및 분산제를 포함하는 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 준비하는 단계, 상기 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 상기 기판 상에 도포하는 단계, 및 상기 탄소나노튜브 슬러리가 도포된 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열체의 제작방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a carbon nanotube slurry comprising the steps of preparing a substrate, preparing a carbon nanotube slurry mixture containing carbon nanotubes, a binder, a solvent and a dispersant, Coating a nanotube slurry mixture on the substrate, and heat treating the substrate coated with the carbon nanotube slurry. The present invention also provides a method of manufacturing a transparent heating element using carbon nanotubes.
본 발명에 의하면 간단한 공정을 통하여 경제성이 우수한 투명 발열기판을 제작할 수 있다. 본 발명의 투명 발열기판은 투명한 발열층의 두께를 제어하여 발열층의 비저항을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 간단한 방법으로 발열온도를 다양한 범위에서 제어할 수 있다.According to the present invention, a transparent heating substrate having excellent economic efficiency can be manufactured through a simple process. The transparent heat generating substrate of the present invention can control the thickness of the transparent heat generating layer to change the specific resistance of the heat generating layer. Thus, the heat generating temperature can be controlled within a wide range by a simple method.
또한, 통상 40 V 이하의 저전력의 인가전압을 사용하여 온도를 제어할 수 있으므로 경제적인 면에서 우수하고, 절연을 위한 설비 및 비용이 감소될 수 있다. Further, since the temperature can be controlled using an applied voltage of a low power of typically 40 V or less, it is excellent in terms of economy, and facilities and cost for insulation can be reduced.
그리고 본 발명에 따른 투명 발열기판을 음식물을 가열하여 가공하는 조리기에 사용하면, 가열과정에서 발열기판 내측에 위치한 음식물의 열에 의한 상태변화를 관찰할 수 있다. 따라서 음식물의 조리 완료 시점을 육안으로 관찰할 수 있기 때문에 조리 완료 시점을 예측할 수 있다. 그러므로 조리 완료 시점을 알려주는 별도의 프로그램 설정이나 타이머가 불필요하고, 정확한 조리 완료 시점을 알 수 있게 된다. 또한, 조리 과정 등을 육안으로 확인할 수 있어서 시각적인 흥미를 유발시키는 조리기기를 제작할 수 있다. When the transparent heat generating substrate according to the present invention is used in a cooker for heating and processing food, it is possible to observe a change in the state of the food placed inside the heating substrate in the heating process. Therefore, since the time of completion of the cooking of the food can be visually observed, it is possible to predict when the cooking is completed. Therefore, it is unnecessary to set a separate program or a timer to indicate the completion time of the cooking, and it is possible to know the exact cooking completion time. In addition, the cooking process can be confirmed visually, so that a cooking appliance that can generate visual interest can be manufactured.
마찬가지로, 본 발명의 발열기판을 다리미나 식기 건조기 등 가열이 필요한 장치에 응용하면, 가열정도나 식기 건조 정도를 눈으로 직접 확인할 수 있는 장점이 있다.Similarly, when the heat-generating substrate of the present invention is applied to an apparatus requiring heating such as an iron or a dish dryer, there is an advantage that the degree of heating and the degree of drying of the dish can be visually confirmed.
한편, 본 발명의 투명 발열기판을 목욕 거울에 부착시키면 거울에 김서림이 발생되는 것을 방지하여 거울을 선명한 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 투명 발열기판을 설거지통 하부에 설치하면 설거지가 완료된 후, 설거지통의 잔류 수분을 건조시켜 곰팡이 증식을 제거할 수 있다.
On the other hand, when the transparent heat generating substrate of the present invention is attached to a bath mirror, it is possible to prevent fogging of the mirror, thereby keeping the mirror in a clear state. In addition, when the transparent heat generating substrate according to the present invention is installed in the bottom of the dishwasher, the residual moisture in the dishwasher can be dried to remove the fungal growth after the completion of the washing.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 투명 발열기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 적용례를 나타내기 위한 사시도이다. 1 is a perspective view illustrating a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the transparent heat generating substrate of FIG.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transparent heating substrate using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
4 is a flow chart for explaining another embodiment of a method of manufacturing a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to the present invention.
5 is a perspective view showing an application example of a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a transparent heating substrate using carbon nanotubes according to preferred embodiments of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판을 제공한다. 도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 일실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 투명 발열기판을 설명하기 위한 단면도이다.First, the present invention provides a transparent heating substrate using carbon nanotubes. FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the transparent heat generating substrate of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 발열기판(10)은 기판(100)을 포함한다. 상기 기판(100)은 후술하는 탄소나노튜브발열층(100)이 형성되는 베이스의 역할을 한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a
본 발명에서는 발열기판(10) 외부에서 발열기판(10) 내부 또는 발열기판(10)에 둘러싸인 가열대상을 관찰할 수 있도록 하는 것이 바람직하고 또한, 열이 발생하므로 이 발열에 따른 내열성을 구비해야 하므로 투명하면서도 내열성이 우수한 소재를 선택할 수 있다. In the present invention, it is preferable that the heating object surrounded by the
즉, 내열성이 우수한 투명 합성수지 기판, 일반 유리기판, 강화유리 기판 등을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 본 발열기판(10)이 적용되는 제품에서 요구되는 내열 온도 수준이나 인체 무해성 등이 서로 다를 수 있으므로, 적용 제품에 따라 서로 다른 소재의 기판을 선택하여 사용할 수 있다.That is, it is preferable to use a transparent synthetic resin substrate, a general glass substrate, a tempered glass substrate, or the like having excellent heat resistance, and more specifically, a heat resistance temperature level required by a product to which the present
상기 합성수지를 사용하는 경우, 다양한 합성수지 중에서 투명성과 내열성을 동시에 만족시키는 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly Methly MethAcrylate; PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene; PTFE), 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC) 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
When the above synthetic resin is used, it is preferable to use a synthetic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), or polycarbonate (PC), which satisfy both transparency and heat resistance in various synthetic resins You can choose to use it.
그리고 본 발명의 일 실시예에 의한 발열기판은 상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브 발열층(200)을 포함한다. The heating substrate according to an embodiment of the present invention includes a carbon
구체적으로, 상기 탄소나노튜브 발열층(200)은 탄소나노튜브 슬러리를 상기 기판(100) 상에 도포한 후 열처리하여 형성한다. 구체적으로, 상기 탄소나노튜브 발열층은 탄소나노튜브 60 내지 80 중량부, 바인더 3 내지 10 중량부, 및 용매 및 분산제 5 내지 15 중량부를 포함한다. Specifically, the carbon
상기 탄소나노튜브(Carbon NanoTube; CNT)는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 소재로서, 관의 지름이 수 내지 수십 나노미터에 불과하다. 이러한 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 다이아몬드처럼 매우 우수하고, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 또한, 탄소섬유는 1%만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15%가 변형되어도 견딜 수 있는 내구성이 있다. The carbon nanotubes (CNTs) are formed of six carbon hexagons connected to each other to form a tubular shape, and the diameter of the tube is only several to several tens of nanometers. These carbon nanotubes have an electrical conductivity similar to that of copper, and their thermal conductivity is as good as diamond, and their strength is 100 times better than steel. In addition, carbon fiber is broken even when it is deformed by only 1%, while carbon nanotubes have durability that can withstand 15% deformation.
상기 탄소나노튜브를 60 중량부 미만 사용하면 전도성이 저하되어 발열량이 충분하지 못하게 된다. 반면, 상기 탄소나노튜브를 80 중량부를 초과하여 사용하면, 바인더의 양이 상대적으로 적어져서 상기 기판(100) 상에 내구성 있도록 안정적이고 견고하게 형성되지 못하는 문제점이 있다. When the carbon nanotube is used in an amount less than 60 parts by weight, the conductivity is lowered and the amount of heat generated is insufficient. On the other hand, when the carbon nanotubes are used in an amount exceeding 80 parts by weight, the amount of the binder is relatively small, so that the carbon nanotubes can not be stably and firmly formed on the
특히 본 발명에 의한 발열기판이 토스터기, 식기 건조장치 등 수시로 가열 및 냉각이 반복되는 장치에 사용되는 경우, 탄소나노튜브 성분을 80 중량부 이상 사용하게 되면 이러한 반복되는 가열 냉각 과정에서 탄소나노튜브 발열층(200)이 박리되는 문제점이 발생할 수 있다. In particular, when the heat-generating substrate according to the present invention is used in an apparatus in which heating and cooling are repeated frequently, such as a toaster and a dish dryer, if the carbon nanotube component is used in an amount of 80 parts by weight or more, The
상기 바인더로는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 또는 폴리올레핀계 수지를 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 바인더는 상기 탄소나노튜브와 혼합되어, 전원이 인가되는 경우 발열을 원활하게 하고, 또한, 탄소나노튜브 성분이 균일하고 견고하게 상기 기판(100) 상에 고정 형성되도록 하는 작용을 한다. 상기 바인더는 약 3 내지 10 중량부 사용하는데, 사용량이 3 중량부 미만이면 잉크나 페이스트 형태가 될 수 없고, 반면 사용량이 10 중량부를 초과하면 전도도가 저하되는 문제점이 발생한다. As the binder, a polyacrylic, polyurethane, polyester, or polyolefin resin may be used, or a mixture thereof may be used. The binder is mixed with the carbon nanotubes to smoothly generate heat when power is applied, and to securely and uniformly form the carbon nanotubes on the
또한, 상기 탄소나노튜브 슬러리는 용매 및 분산제 5 내지 15 중량부를 포함한다. 상기 용매 및 분산제는 예를 들면, 이소프로필 알코올(IsoPropyl Alcohol; IPA)에 분산성분의 성분을 혼합한 것으로 분산 역할을 하는 물질로는 Triton X-100 등의 상용분산제를 사용할 수 있다. 상기 용매 및 분산제는 용매 85 내지 99중량% 및 분산제 1 내지 15 중량% 사용하는 것이 바람직하다.Also, the carbon nanotube slurry includes 5 to 15 parts by weight of a solvent and a dispersant. The solvent and the dispersant may be, for example, isopropyl alcohol (IPA) mixed with a component of a dispersion component, and a dispersing agent such as Triton X-100 may be used as a dispersant. The solvent and the dispersant are preferably used in an amount of 85 to 99% by weight of a solvent and 1 to 15% by weight of a dispersant.
상기 용매 및 분산제는 상기 슬러리에서 상기 탄소나노튜브와 상기 바인더와 균일하게 분산되어 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 용매 및 분산제를 5 중량부 미만 사용하면 슬러리의 점도가 높아져서 상기 기판(100) 전체면에 균일한 두께로 도포하는 것이 어려워질 뿐만 아니라, 일정한 분산효과를 기대하기 어렵다. 한편, 상기 용매 및 분산제를 15 중량부를 초과하여 사용하면, 분산효과나 도포의 균일성은 향상되지 않고 후술하는 열처리 시간이 증가되는 문제점이 발생한다. The solvent and the dispersant serve to uniformly disperse and mix the carbon nanotubes and the binder in the slurry. If the solvent and the dispersant are used in an amount of less than 5 parts by weight, the viscosity of the slurry becomes high and it becomes difficult to coat the entire surface of the
여기서 필요에 따라 글라스 프릿트(glass frit) 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 글라스 프릿트는 기계적 강도와 화학적 내구성이 우수한 전자재료용의 분말유리의 일종이다. 본 발명에서 글라스 프릿트를 사용하면, 그물 형상의 매트릭스를 형성하여 탄소나노튜브 성분을 포함하는 발열층이 더욱 더 균일하고 기밀성이 향상되어 견고하게 기판 상에 부착될 수 있다. 따라서, 발열기판 전체면에서 균일한 열 발생이 가능해지고 또한, 발열층이 기판으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다 And may further comprise 1 to 5 parts by weight of glass frit, if necessary. Glass frit is a kind of powder glass for electronic materials which is excellent in mechanical strength and chemical durability. In the present invention, when a glass frit is used, a net-like matrix is formed so that the heat generating layer including the carbon nanotube component is more uniform and the airtightness is improved, so that it can be firmly attached to the substrate. Therefore, it is possible to generate uniform heat on the entire surface of the heat generating substrate, and to prevent the heat generating layer from peeling off the substrate
상기 글라스 프릿트를 1 중량부 미만 사용하면 부착 성능의 향상 정도가 미미해서 글라스 프릿트를 첨가하지 않는 경우와 구별되는 효과를 기대할 수 없고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 절연성이 증가하고 발열이 효과적으로 일어나지 않게 될 뿐만 아니라, 발열층 두께 조절에 의한 온도 조절을 미세하게 할 수 없는 문제점이 발생한다.When the glass frit is used in an amount of less than 1 part by weight, the degree of improvement of the adhesion performance is insignificant, and an effect distinct from the case where glass frit is not added can not be expected. When the glass frit is used in an amount exceeding 5 parts by weight, And the temperature can not be finely controlled by adjusting the thickness of the exothermic layer.
본 발명에 의한 발열기판(10)에서는 상기 탄소나노튜브를 이용한 발열층(200)의 두께를 조절하여 발열기판의 비저항을 조절할 수 있고, 상기 비저항이 변경됨에 따라 발열량도 조절되므로, 결과적으로 발열층(200)의 두께를 조절함으로서 손쉽게 발열온도를 조절할 수 있다. In the
즉, 본 발명에서는 발열층의 도포 두께를 균일하게 하고, 또한, 도포 두께를 정밀하게 제어하는 것이 기기의 발열온도를 조절하는 관건이다. 이를 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 상기 탄소나노튜브 슬러리에 상기 정한 양의 비율로 탄소나노튜브와 상기 바인더가 혼합되어야 할 뿐만 아니라, 정밀하게 도포 두께를 제어하기 위해서는 상기 슬러리의 점도가 5,000 내지 20,000 cP의 범위를 유지하여야 한다. That is, in the present invention, it is the key to controlling the heating temperature of the device to make the coating thickness of the heating layer uniform and to precisely control the coating thickness. For this purpose, as described above, in order to control the coating thickness precisely, not only the carbon nanotubes and the binder must be mixed in the carbon nanotube slurry in the above-described ratio, but the viscosity of the slurry is in the range of 5,000 to 20,000 cP .
그리고 본 실시예에 의한 발열기판(10)에 전원을 인가하기 위한 구성 즉, 상기 탄소나노튜브 발열층(200) 상에 형성된 전극(300)과 상기 전극에 연결되어 전원을 인가하는 전력 공급선(400)을 더 포함할 수 있다.In order to supply power to the
상기 전극은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 상기 발열층(200)의 양측에 형성되고, 구리, 은, 금을 비롯한 금속 등의 도전체를 인쇄하여 형성하며, 전력 공급선은 일반적인 전선 등으로 구성할 수 있다.
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrodes are formed on both sides of the
본 발명은 상기 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법을 제공한다. 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법의 일실시 예를 설명하기 위한 순서도이다. The present invention provides a method of manufacturing a transparent heating substrate using the carbon nanotubes. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transparent heating substrate using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 기판을 준비하는 단계(단계 S100), 탄소나노튜브 슬러리를 준비하는 단계(단계 S200), 상기 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 상기 기판 상에 도포하는 단계(단계 S300) 그리고, 상기 탄소나노튜브 슬러리가 도포된 기판을 열처리하는 단계(단계 S400)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the method for fabricating a transparent heat generating substrate according to the present invention includes the steps of preparing a substrate (step S100), preparing a carbon nanotube slurry (step S200), forming a carbon nanotube slurry mixture on the substrate (Step S300), and heat treating the substrate coated with the carbon nanotube slurry (step S400).
먼저 본 실시 예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 기판을 준비하는 단계(단계 S100)을 포함한다. 상기 기판을 통하여 발열기판(10) 내부 또는 발열기판(10)에 둘러싸인 가열대상을 관찰할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 또한, 발열이 발생하므로 내열성이 구비되어야 하므로, 투명하면서도 내열성이 우수한 소재를 선택할 수 있다. 따라서, 내열성이 우수하면서 투명도가 있는 소재의 기판을 적용하고자 하는 장치에 맞는 규격으로 절단하여 준비할 수 있다. 이러한 기판(100)으로는 예를 들면, 일반 유리, 강화유리, 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly Methly MethAcrylate; PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene; PTFE), 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC) 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
First, a method of manufacturing a transparent heating substrate according to this embodiment includes preparing a substrate (step S100). It is preferable that the heating object surrounded by the
그리고 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 탄소나노튜브 슬러리를 준비하는 단계(단계 S200)를 포함한다. The method for fabricating a transparent heating substrate according to the present embodiment includes preparing a carbon nanotube slurry (step S200).
상기 탄소나노튜브 슬러리는 탄소나노튜브, 바인더, 용매 및 분산제를 가지고, 제조된 슬러리의 구성 요소 성분비는 상술한 바와 같이, 탄소나노튜브 약 60 내지 80 중량부, 상기 바인더 약 3 내지 10 중량부, 용매 및 분산제 약 5 내지 15중량부이고, 선택적으로 본 투명 발열기판의 용도 및 가열온도에 따라 글라스 프릿트 1 내지 5 중량부를 더 사용할 수 있다. The carbon nanotube slurry has carbon nanotubes, a binder, a solvent, and a dispersant. As described above, the composition of the slurry includes about 60 to 80 parts by weight of carbon nanotubes, about 3 to 10 parts by weight of the binder, 5 to 15 parts by weight of a solvent and a dispersant, and 1 to 5 parts by weight of glass frit may be further used depending on the use of the transparent heat generating substrate and the heating temperature.
상기 발열원의 원료 중의 하나인 바인더는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 및 폴리올레핀계의 수지를 사용하고, 이에 탄소나노튜브 원료와 상기 용매 및 분산제를 혼합하여 분산시킨 후 슬러리를 균일하게 교반하여 5,000 내지 20,000 cP의 점도를 가지는 슬러리를 제조한다. Polyester resin, polyurethane resin, polyester resin, and polyolefin resin are used as the binder of one of the raw materials of the heat source. After the carbon nanotube raw material, the solvent and the dispersant are mixed and dispersed, the slurry is uniformly stirred to give 5,000 To 20,000 cP.
본 발명은 도포된 발열층의 두께를 조절하여 비저항 및 발열온도를 조절하는 것이므로, 특히 발열층을 균일하게 도포하는 것이 필수적이다. 동시에 발열온도를 통상적으로 가정용 건조나 음식조리기기에 사용되는 40 내지 120 ℃로 조절하고자 하는 경우 발열층의 두께는 수 내지 수십 ㎛에 불과하다. 따라서 그 도포 두께를 미세하게 조절하는 것이 필요하다. The present invention regulates the resistivity and the exothermic temperature by controlling the thickness of the applied exothermic layer, so it is particularly necessary to apply the exothermic layer uniformly. At the same time, when the exothermic temperature is usually controlled to 40 to 120 DEG C, which is used in domestic drying or food cooking equipment, the thickness of the exothermic layer is only several to several tens of mu m. Therefore, it is necessary to finely adjust the coating thickness.
이를 위해서는 상기 점도 범위 즉, 5,000 내지 20,000cP를 가지는 것이 바람직하다. 여기서 점도가 5,000cP 미만이면, 지나치게 묽어서 도포 두께를 정밀하게 제어하기 어렵다. 반대로 20,000cP를 초과하면 지나치게 끈적끈적하여 기판 전체 면상에 국부적으로 두께 차이가 발생되지 않도록 균일하게 도포하는 것이 어려워진다.
For this purpose, it is preferable that the viscosity range is 5,000 to 20,000 cP. If the viscosity is less than 5,000 cP, it is difficult to precisely control the coating thickness due to excessive dilution. On the other hand, if it is more than 20,000 cP, it becomes too sticky, and it becomes difficult to uniformly coat the entire surface of the substrate so as not to cause a local difference in thickness.
이어서, 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 상기 탄소나노튜브 슬러리를 상기 기판 상에 도포하는 단계(단계 S300)를 포함한다. Next, a method for manufacturing a transparent heat generating substrate according to this embodiment includes coating the carbon nanotube slurry on the substrate (step S300).
본 단계에서는 상기 준비된 슬러리를 상기 기판 상에 실크스크린 및 다양한 인쇄방식을 사용하여 얻고자 하는 발열온도에 따라 적정한 두께를 도포한다.
In this step, the prepared slurry is coated on the substrate in an appropriate thickness according to the heating temperature to be obtained by using a silk screen and various printing methods.
계속하여, 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 상기 탄소나노튜브 슬러리가 도포된 기판을 열처리하는 단계(단계 S400)을 포함한다. Subsequently, the method for manufacturing a transparent heat generating substrate according to this embodiment includes a step of heat treating the substrate coated with the carbon nanotube slurry (step S400).
본 단계에서는 상기 슬러리가 도포된 기판을 진공챔버가 아닌 대기압 환경에서 약 80 내지 120 ℃의 온도로 열처리하여 상기 슬러리에 포함된 유기물 및 용매를 휘발시킨다. 이러한 공정에 의하여 상기 기판 상에 발열층이 형성된다.
In this step, the substrate coated with the slurry is subjected to a heat treatment at a temperature of about 80 to 120 DEG C in an atmospheric pressure environment rather than a vacuum chamber to volatilize the organic substances and the solvent contained in the slurry. By this process, a heating layer is formed on the substrate.
본 발명에 따른 투명 발열기판 제작방법의 다른 실시예로서, 전극 형성 단계(단계 S500) 및 전력선 형성단계(단계 S600)를 더 포함할 수 있다. As another embodiment of the method for manufacturing a transparent heat generating substrate according to the present invention, the method may further include an electrode forming step (step S500) and a power line forming step (step S600).
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 제작방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 4 is a flow chart for explaining another embodiment of a method of manufacturing a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to the present invention.
도 4를 참조하면, 투명 발열기판의 제작방법과 관련된 실시예의 단계 S100 내지 S400을 실시한 후, 상기 열처리된 기판 상에 도전성 물질로 전극을 형성하는 단계(단계 S500)과 상기 전극에 전력공급선을 연결하는 단계(단계 S600)를 더 수행할 수 있다. 여기서, 상기 전극 형성은 구리, 금, 은 등의 금속 같은 전도성 물질을 스크린 인쇄방식으로 형성하여 수행될 수 있다.
Referring to FIG. 4, steps S100 to S400 of an embodiment related to a method of manufacturing a transparent heat generating substrate are performed, and then electrodes are formed on the heat-treated substrate using a conductive material (step S500) (Step S600). Here, the electrode may be formed by forming a conductive material such as copper, gold, or silver on a screen printing method.
이와 같이 제작된 투명 발열기판은 다양한 용도로 적용될 수 있다. 도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판의 적용례를 나타내기 위한 사시도이다. The transparent heat generating substrate thus manufactured can be applied to various applications. 5 is a perspective view showing an application example of a transparent heat generating substrate using carbon nanotubes according to the present invention.
도 5를 참조하면, 이는 투명 발열기판을 식빵을 굽기 위한 토스터기에 적용한 것을 나타낸 것이다. 토스터기의 외관 하우징을 투명한 재질로 구성하고 하우징 안에 설치되는 발열판을 본 발명에 의한 투명 발열기판으로 사용하면, 식빵을 토스터기에 넣고 작동시키는 경우, 식빵이 구워지는 과정을 눈으로 확인할 수 있다. Referring to Fig. 5, this shows that a transparent heat generating substrate is applied to a toaster for baking a bread. When the outer housing of the toaster is made of a transparent material and the heating plate installed in the housing is used as the transparent heat-generating substrate according to the present invention, when the bread is put in a toaster and operated, the process of baking the bread can be visually confirmed.
따라서 별도의 타이머 등을 설치하지 않아도 오히려 더 정확하게 자신이 원하는 만큼 식빵이 구워졌을 때 장치의 작동을 정지시킬 수 있다. 그 외에도, 발열이 필요한 다양한 장치에 적용될 수 있다. Therefore, it is possible to stop the operation of the apparatus when the bread is baked more precisely, rather than installing a separate timer or the like. In addition, it can be applied to various devices requiring heat generation.
예를 들면, 기존의 전력회로, 디스플레이회로, 오디오 회로에 간단히 부착할 수 있으며, 식기 건조장치, 목욕탕 거울, 전기다리미의 바닥에 설치하거나, 설거지통(수전) 하부에 설치하여 곰팡이나 미생물의 번식을 방지할 수 있다.
For example, it can be easily attached to existing power circuit, display circuit and audio circuit. It can be installed on the bottom of dish dryer, bathroom mirror, electric iron, or on the bottom of the dishwasher (faucet) Can be prevented.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 보다 구체적으로 기술한다. 다만 본 실시예 및 실험예는 상술한 발명의 특정예의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의하여 권리범위 등이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific examples and experimental examples of the present invention will be described in more detail. It should be understood, however, that the embodiments and examples are for the purpose of promoting understanding of the specific examples of the invention described above, and the scope of rights and the like should not be construed thereby.
실시예Example
[실시예 1][Example 1]
1. 토스트기기에 사용하기 위하여 가로 세로가 각각 13㎝으로 절단된 3㎜ 두께의 강화유리를 준비하였다. 1. Toughened glass with a thickness of 3 mm was prepared, each of which was cut to a width of 13 cm for use in a toast machine.
2. 다중벽 탄소나노튜브 (한국 '카본 나노텍'사) 6.8g 및 폴리우레탄 수지 0.52 g과 용매로 및 분산제로 이소프로필 알코올 0.91g에 Triton X-100 0.07g을 혼합한 0.97g의 용매 및 분산제를 혼합한 후 교반기에서 20분간 교반하였다. 교반 후 측정된 점도는 12,000cP였다. 2. A mixture of 6.8 g of multi-walled carbon nanotubes (Carbon Nanotec, Korea) and 0.52 g of polyurethane resin, 0.97 g of a solvent and 0.097 g of Triton X-100 mixed with 0.91 g of isopropyl alcohol as a dispersant, And the mixture was stirred in a stirrer for 20 minutes. The viscosity measured after stirring was 12,000 cP.
3. 상기 준비된 슬러리를 실크스크린 방식으로 상기 강화유리 기판에 0.81 ㎛ 두께로 도포하였다. 3. The prepared slurry was applied to the tempered glass substrate in a thickness of 0.81 탆 by a silk screen method.
4. 이어서, 상기 강화유리 기판을 약 110 ℃의 온도에서 30분간 열처리하여 발열층을 형성하였다. 이 때, 측정된 발열층의 두께는 0.65 ㎛ 였다. 4. Next, the tempered glass substrate was heat-treated at a temperature of about 110 DEG C for 30 minutes to form a heating layer. At this time, the measured thickness of the heating layer was 0.65 mu m.
5. 이어서, 은(Ag)을 상기 발열기판 양측에 인쇄하여 한 쌍의 전극 패턴을 형성하였다. 5. Then, silver (Ag) was printed on both sides of the heating substrate to form a pair of electrode patterns.
6. 마지막으로, 상기 전극에 전원을 인가할 수 있도록 전력선을 연결하였다. 6. Finally, a power line is connected to the electrode so as to apply power.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 3. 항목의 슬러리 도포두께를 1.58 ㎛로 하고, 이에 따라 4. 항목에서 측정된 발열층의 두께는 1.35 ㎛였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the slurry coating thickness of item 3 was 1.58 탆 and the thickness of the heating layer measured in item 4 was 1.35 탆.
[실시예 3][Example 3]
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 3. 항목의 슬러리 도포두께를 3.58 ㎛로 하고, 이에 따라 4. 항목에서 측정된 발열층의 두께는 3.21 ㎛였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the slurry coating thickness of item 3 was 3.58 탆 and the thickness of the heating layer measured in item 4 was 3.21 탆.
[실험예][Experimental Example]
상기 실시예 1 내지 3에 의하여 제작된 투명 발열기판에 38V의 전원을 인가하여 비저항 및 3분 경과 후의 발열온도를 측정하여 아래 [표 1]로 정리하였다. The resistivity and the exothermic temperature after 3 minutes were measured by applying a power of 38 V to the transparent heat generating substrate manufactured according to Examples 1 to 3 and summarized in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
상기 실험결과에 의하면, 발열층의 두께를 ㎛ 단위로 미세하게 조절함에 따라 발열온도는 큰 차이를 나타내었고, 비교적 적은 전압(38V)을 사용한 경우에도 충분히 높은 발열량을 나타냄을 알 수 있었다.
According to the experimental results, it was found that the exothermic temperature showed a large difference by finely adjusting the thickness of the exothermic layer in the order of μm, and a sufficiently high calorific value was exhibited even when a relatively small voltage (38 V) was used.
10 : 투명 발열기판 100 : 기판
200 : 탄소나노튜브 발열층 300 : 전극
400 : 전력 공급선 10: transparent heat generating substrate 100: substrate
200: Carbon nanotube heating layer 300: Electrode
400: Power supply line
Claims (10)
상기 탄소나노튜브 발열층은
탄소나노튜브 60 내지 80 중량부;
폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 및 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 바인더 3 내지 10 중량부;
용매 및 분산제 5 내지 15 중량부; 및
글라스 프릿트 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판.Board; And a carbon nanotube heating layer formed on the substrate to a thickness of several micrometers to several tens of micrometers, wherein the carbon nanotube substrate is used for a cooker in which heating and cooling are repeated,
The carbon nanotube heating layer
60 to 80 parts by weight of carbon nanotubes;
3 to 10 parts by weight of a binder selected from the group consisting of polyacrylic, polyurethane, polyester and polyolefin resins;
5 to 15 parts by weight of a solvent and a dispersant; And
And 1 to 5 parts by weight of glass frit.
상기 탄소나노튜브 발열층 상에 형성된 전극; 및
상기 전극에 연결되어 전원을 인가하는 전력 공급선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판. The method according to claim 1,
An electrode formed on the carbon nanotube heating layer; And
And a power supply line connected to the electrode and applying power to the electrode.
기판을 준비하는 단계;
탄소나노튜브 60 내지 80 중량부와 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 및 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 바인더 3 내지 10 중량부와 용매 및 분산제 5 내지 15 중량부 및 글라스 프릿트 1 내지 5 중량부을 포함하는 탄소나노튜브, 바인더, 및 용매 및 분산제의 혼합물을 교반하여 형성되는 5,000 내지 20,000cP의 점도를 가지는 탄소나노튜브 슬러리 혼합물을 준비하는 단계;
상기 탄소나노튜브 슬러리를 상기 기판 상에 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 두께로 도포하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브 슬러리가 도포된 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 제작방법.A method for manufacturing a transparent heating substrate using carbon nanotubes used in a cooker in which heating and cooling are repeated,
Preparing a substrate;
60 to 80 parts by weight of carbon nanotubes and 3 to 10 parts by weight of a binder selected from the group consisting of polyacrylic, polyurethane, polyester and polyolefin resins, 5 to 15 parts by weight of a solvent and a dispersant, Preparing a carbon nanotube slurry mixture having a viscosity of 5,000 to 20,000 cP, which is formed by stirring a mixture of a carbon nanotube, a binder, and a solvent and a dispersant;
Coating the carbon nanotube slurry on the substrate to a thickness of several mu m to several tens of mu m; And
And heat treating the substrate to which the carbon nanotube slurry is applied.
상기 전극에 전력공급선을 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 제작방법. 8. The method of claim 7, further comprising: forming an electrode on the heat-treated substrate;
And connecting a power supply line to the electrode. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
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