KR101497412B1 - 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구성된 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 히트 싱크는 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 탄소나노튜브가 공유 결합되는 금속기 원소는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다. 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합 소재를 제조할 수 있다. 이러한 열전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 열전도성 복합 소재로 구성되는 히트 싱크는 다양한 장치들에 탑재되어 해당되는 장치의 안정적인 동작을 가능하게 한다. 이러한 히트 싱크는 예를 들어 후술되는 실시예와 같이, 방열판, 라디에이터, 방열 파이프 등으로 구성될 수 있다.

히트 싱크, 방열판, 탄소나노튜브, 복합 소재

Description

공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구성된 히트 싱크{HEAT SINK WITH COMPOUND MATERIAL HAVING COVALENT BOND CARBON NANOTUBE}

본 발명은 방열 또는 흡열을 위한 히트 싱크에 관한 것으로, 구체적으로는 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성된 히트 싱크(heat sink)에 관한 것이다.

일반 가정에서 산업용에 이르기까지 다양한 종류의 히트 싱크(heat sink)가 사용되고 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 장착되는 CPU(Central Processing Unit)의 경우 고속의 연산 동작에 의해 고열이 발생하기 때문에 반드시 냉각판 혹은 방열판이 장착되어야 한다. 냉매의 종류에 따라 공냉 방식과 수냉 방식이 있다. 히트 싱크는 난방 시스템이나 냉방 시스템에서 발열 또는 흡열을 위한 장치로 사용되고 있다. 예를 들어, 라디에이터(radiator)의 경우 온수에 의해 가열된 표면에서 열을 방사하도록 하거나, 특수 오일을 가열하여 표면에서 열을 방사하도록 한다. 가정용 보일러 시스템의 경우 온돌 바닥의 내부에 방열 파이프를 매설하고 매설된 방렬 파이프를 통해서 온수를 흘려 바닥을 가열한다.

이와 같은 다양한 형태의 히트 싱크가 사용되고 있는데, 히트 싱크는 주변 환경에 직접적으로 노출되기 때문에 견고성이 높아야 하며 열적 스트레스에 의해 쉽게 변형되거나 손상되지 않는 것이 좋다. 또한 무게가 무겁지 않아서 최종 탑재되는 제품의 무게를 무겁게 하지 않는 것이 좋다. 이러한 조건을 만족하는 새로운 히트 싱크가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 열적 스트레스에 의해 쉽게 변형되거나 손상되지 않으며 내구성이 강하고 경량으로 구성될 수 있는 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성된 히트 싱크를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 히트 싱크에 관한 것이다. 본 발명의 히트 싱크는 열을 발산하거나 흡수하기 위한 흡방열 표면을 갖되, 상기 흡방열 표면은 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 금속기 원소는 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다.

본 발명의 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구성된 히트 싱크에 의하면, 열전도성 복합 소재로 구성되는 히트 싱크는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 열전도성 복합 소재로 구성되는 히트 싱크는 다양한 장치들에 탑재되어 해당되는 장치의 안정적인 동작을 가능하게 한다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명의 히트 싱크는 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 탄소나노튜브가 공유 결합되는 금속기 원소는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함한다. 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합 소재를 제조할 수 있다. 이러한 열전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 이러한 특징을 갖는 열전도성 복합 소재로 구성되는 히트 싱크는 다양한 장치들에 탑재되어 해당되는 장치의 안정적인 동작을 가능하게 한다. 이러한 히트 싱크는 예를 들어 후술되는 실시예와 같이, 방열판, 라디에이터, 방열 파이프 등으로 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열판을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열판(10)은 발열체(20)의 상부에 장착된다. 발열체(20)는 예를 들어, 다양한 구조의 컴퓨터 시스템에 장착되는 CPU(Central Processing Unit)일 수 있다. 최근 CPU의 연산 속도는 매우 빠르게 고속으로 진행되기 때문에 고열이 발생됨으로 반드시 방열판(10)을 장착하여야 한다. 방열판(10)은 흡방열 표면을 갖되 흡방열 표면은 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 이러한 열전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 방열판(10)의 구조는 효과적인 열 방출을 위한 다양한 구조로 제작될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 라디에이터를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 라디에이터(30)는 온수가 공급되어 가열되는 방식이나 또는 특수 오일을 전기를 인가하여 가열하는 방식 모두가 적용될 수 있다. 라디에이터(30)는 흡방열 표면을 갖되 흡방열 표면은 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 이러한 열전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 라디에이터(30)의 구조는 효과적인 열 방출을 위하여 다양한 구조로 제작될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 방열 파이프를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 방열 파이프(40)는 온수가 유동하기 위한 관구조를 갖는다. 방열 파이프(40)는 예를 들어, 온돌 바닥(50)의 내부에 매설된다. 방열 파이프(40)는 방열 표면을 갖되 방열 표면은 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 열전도성 복합 소재로 구성하여 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 쉽게 손상되거나 변형되지 않는 안정적인 구조를 가질 수 있다. 이러한 열전도성 복합 소재는 역학적 강도가 강철과 같이 크고 이에 반하여 중량을 20% 이상 줄일 수 있어서 탑재되는 제품의 중량을 경감시킬 수 있다. 방렬 파이프(40)의 구조는 효과적인 열방출을 위하여 다양한 구조로 제작될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구 성된 히트 싱크의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구성된 히트 싱크는 다양한 종류의 히트 싱크에 사용되어 과도한 열적 스트레스가 인가되는 동작 환경에서도 해당되는 제품의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열판을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 라디에이터를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 방열 파이프를 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 방열판 20: 발열체

30: 라디에이터 40: 방열 파이프

50: 온돌 바닥

Claims (2)

1. 열을 발산하거나 흡수하기 위한 흡방열 표면을 갖되, 상기 흡방열 표면은 탄소나노튜브와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 복합 소재로 구성되고,

   상기 금속기 원소는 알루미늄, 구리, 은, 철의 순금속 또는 이들 중 선택된 하나 이상을 기저로 하는 합금 또는 이들로 구성된 복합재를 포함하며,

   상기 복합 소재는 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 하나 이상의 금속기 원소가 공유 결합된 전기 전도성 복합 소재로 구성하고, 상기 전기 전도성 복합 소재는 탄소 나노 튜브와 금속기 원소를 전처리 과정을 통하여 탄소나노튜브와 금속기 원소를 공유 결합시키고 이를 모합금으로 하여 해당되는 금속에 추가적으로 용해시키는 방법으로 복합 소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.
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