KR101559475B1 - 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터 - Google Patents
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Abstract
전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터가 개시된다, 본 발명의 히터는 전도성 물질인 단일벽탄소나노튜브와 알루미늄을 잉크로 제조하여 유리 글라스와 PET 필름 또는 PI 필름 기판위에 코팅한 후 전압을 인가해주었을 때 고온 발열하여 열을 전달할 수 있도록 구성함으로써, 주변 상황이나 개인의 취향에 맞추어서 휴대하기 편하도록 휘어지거나 투명하게 제작할 수 있으며, 원하는 발열온도로 제조할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 발열성 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 가지 전도성 물질들 중 단일벽탄소나노튜브와 알루미늄 두 가지 물질을 잉크로 제조하여 휘어지고 투명한 PET 또는 PI필름이나 유리 글라스기판위에 코팅 후 전압을 인가해주었을 때 고온 발열하도록 동작되는 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터에 관한 것이다.
요즘 많이 개발되고 사용량이 점점 늘어가는 발열제품들이 판매되고 있으며 사람들이 캠핑을 가거나 새로운 취미생활을 가지면서 급박하게 변해가는 추세에 맞추어 발열제품들의 연구가 많아지고 있다.
이중 전기가 인가되어 발열하는 통상의 면상발열체는, 공기를 오염시키지 않아 위생적일 뿐만 아니라 그 온도조절이 용이하고 소음이 없기 때문에 발열을 요하는 매트나 패드, 침대 매트리스, 보온 이불이나 담요, 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다. 뿐만 아니라 사무실이나 상점 등 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 창고, 막사 등의 산업용 난방장치와 각종 산업용 가열장치, 비닐 하우스와 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지 장치, 건강보조용, 축산용 등에도 이용되고 있다.
이러한 종래의 발열체가 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 한국 공개특허 10-2006-0050092호(명칭:면상발열체 및 그 제조방법)에 개시된 기술로, 도시된 바와 같이, 실질적으로 발열이 일어나며 복수개가 서로 일정 간격을 두고 배치된 사다리 형상의 발열 라인(11), 발열라인(11)의 양끝단들을 서로 연결하여 전기를 공급해주는 통전판막(12), 발열라인(11) 및 통전판막(12)을 모두 덮는 투명필름(13)을 포함한다. 여기서, 투명필름(13)은 발열라인(11)과 통전판막(12)의 위 아래를 모두 덮는 형태이다.
도 1에서, 발열라인(11)은 카본을 이용한 것이고, 통전판막(12)은 동이나 은을 얇은 판막 형태로 형성한 것이다. 이때, 통전판막(12)과 발열라인(11)간 연결은 도전성 접착제를 이용하여 부착한다. 그리고, 투명필름(13)은 PET 재질이다.
도 1과 같은 면상 발열체의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, PET 재질로 이루어진 투명필름 상에 도전성잉크(발열재)를 이용한 인쇄기를 이용하여 사다리 모양으로 배치되는 발열라인(11)을 인쇄한다.
다음으로, 이웃한 발열라인(11)의 양끝단들이 서로 연결될 수 있도록 도전성 접착제를 이용하여 동이나 은으로 된 얇은 통전판막(12)을 부착시킨다.
이어서, 발열라인(11) 및 통전판막(12) 상부에 투명필름(13)을 드라이 라미 방식 즉, 접착제 본딩 방식으로 접합하여 덮는다.
도 1과 같은 면상발열체는 사다리 모양으로 배치된 발열라인(11)의 발열에 의해 면상 발열체를 구현하고 있다.
그러나 이러한 발열제품들은 가볍고 휴대하기 편리하게 할 수 있거나 내부모습을 볼 수 있는 제품들이 많지 않다.
또한, 휘어지지 않기 때문에 휴대하기가 불편하다.
따라서, 트렌드에 맞추어 휘어지거나 투명하게 제작하여 간편하고 편리한 고온발열 히터를 개발하는 것이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고온에서도 버티며 열전도성과 전기적 특성이 우수한 물질들과 휘어지면서 투명한 기판을 이용하여 고온 발열할 수 있는 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET;polyethylene terephthalate) 필름 또는 폴리이미드(PI;polyimide) 필름으로 구성된 기판과, 상기 기판위에 전도성 물질인 단일벽탄소나노튜브 잉크(SWNT;single walled nanotube ink)를 코팅하여 형성되는 발열체, 및 상기 기판에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극에 전압을 가하여 상기 발열체가 발열하도록 동작되게 함으로써 달성될 수 있다.
단일벽탄소나노튜브 잉크는 증류수 100 ~ 200 ml에 단일벽탄소나노튜브 10 ~ 20 mg과 계면활성제로 소듐 도데실 벤젠설포네이트(SDBS;Soudium DodecylBenzeneSulfate) 0.25 ~ 0.5 g을 혼합하여 구성되게 하고, 상기 전극은 상기 기판의 양단에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 인쇄하고, 상기 전극 사이에 발열체가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터는 글라스로 구성된 기판과, 상기 기판위에 전도성 물질인 알루미늄 페이스트(Paste)를 인쇄하여 형성되는 발열체, 및 상기 기판에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극에 전압을 가하여 상기 발열체가 발열하도록 동작되게 함으로써 달성될 수도 있다.
이때, 상기 전극은 상기 기판의 양단에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 인쇄하고, 상기 발열체는 상기 전극에 전기적으로 연결되어 나선 모양의 루프패턴을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터에 의하면, 간단한 구성으로 휴대하기 쉬운 고온 발열 히터를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터에 의하면, SWNT잉크나 알루미늄의 페이스트를 원하는 온도로 발열할 수 있도록 그 양과 제조법을 달리할 수 있기 때문에 상황에 따라 적절한 히터를 제공하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터에 의하면, 짧은 시간에 다른 물질에 비해 열을 전달할 수 있기 때문에 여러 가지 용도로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 발열체를 도시한 참고도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 PET 필름을 이용한 고온발열 투명히터의 주요 구성도,
도 3은 도 2의 고온발열 투명히터의 단면도,
도 4는 PET필름을 이용한 투명히터의 제품 이미지,
도 5는 글라스를 이용한 투명히터의 주요 구성도,
도 6은 도 5의 고온 발열 투명히터의 단면도,
도 7은 글라스를 이용한 투명히터의 제품이미지,
도 8은 패턴의 피치와 선폭을 설명하기 위한 참고도면,
그리고,
도 9는 본 발명의 투명히터를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 PET 필름을 이용한 고온발열 투명히터의 주요 구성도,
도 3은 도 2의 고온발열 투명히터의 단면도,
도 4는 PET필름을 이용한 투명히터의 제품 이미지,
도 5는 글라스를 이용한 투명히터의 주요 구성도,
도 6은 도 5의 고온 발열 투명히터의 단면도,
도 7은 글라스를 이용한 투명히터의 제품이미지,
도 8은 패턴의 피치와 선폭을 설명하기 위한 참고도면,
그리고,
도 9는 본 발명의 투명히터를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
먼저, PET필름을 이용한 투명히터 제조에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 의한 PET필름을 이용한 투명히터는 단일벽탄소나노튜브 잉크를 제조하고, 제조된 잉크를 PET(polyethylene terephthalate)나 PI(polyimide) 필름 위에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 전극을 인쇄 후, 제조된 단일벽탄소나노튜브 잉크를 스프레이 방법으로 PET와 PI 필름 위에 코팅을 하여 투명 히터를 제작한다.
도 9의 본 발명의 투명히터를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면을 참고하면, PET(polyethylene terephthalate)나 PI(polyimide) 필름(110) 위에 제조된 단일벽탄소나노튜브 잉크를 스프레이 방법으로 코팅을 하여 발열부(130)를 구성한 다음 기판의 양 단부에 전극(120)을 형성하는 것이다.
단일벽탄소나노튜브(SWCNT;single walled carbon nanotube) 잉크를 제조하기 위하여 먼저 증류수 100 ~ 200 ml에 단일벽탄소나노튜브 10 ~ 20 mg과 계면활성제로 소듐 도데실 벤젠설포네이트(SDBS;Soudium DodecylBenzeneSulfate) 0.25 ~ 0.5 g을 혼합한다.
SWCNT의 양에 따라 분산되는 정도가 달라져서 잉크의 저항이 달라진다. 즉 양이 적으면 분산되는 양이 적어 잉크의 저항이 높아져서 적용이 어려워지고, 양이 많아지면 pulse sonic시 분산이 잘 되지 않아 잉크의 특성이 떨어지게 된다.
그리고 SDBS 분산제의 경우도 마찬가지로 양이 많아질수록 SWNT에 달라붙게 되는 양이 그만큼 늘어나게 되어 잉크의 저항이 높아지는 문제점이 있다.
증류수는 단일벽탄소나노튜브와 계면활성제를 분산시키는 용매로 작용하며, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 1,2-디 클로로 벤젠(1,2-Dichlorobenzene), 클로로포름, 디메틸포름아미드, 아세톤 및 그 혼합물 등을 사용할 수 있다.
계면활성제는 저분자량 분산제로 작용하는 것으로, 본 발명에서는 설명의 편의 상 소듐 도데실 벤젠설포네이트를 예를 들어 설명하였으나, 소듐 도데실 설페이트, 리튬 도데실 설페이트, 소듐 도데실 벤젠설포네이트, 소듐 도데실설포네이트 등의 음이온 계면활성제, 도데실트리메틸암모늄 브로마이드, 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 등의 양이온 계면활성제 등을 사용할 수 있음은 물론이다.
단일벽탄소나노튜브도, 이중벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브 등과 같은 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
이후, horn 타입의 초음파 처리(750W, 45%)를 1시간 동안 가하여 분산시킨 후, 원심분리(5,000 rpm)를 10분 동안 하여 무거운 큰 입자들을 침전시키고 상층 80%의 용액만 취하여 단일벽탄소나노튜브 잉크를 제조하는 것이다.
상술한 방법으로 단일벽탄소나노튜브 잉크가 제조되면, 이후 PET나 PI 필름 위에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 전극을 인쇄 후, 제조된 단일벽탄소나노튜브 잉크를 스프레이 방법으로 PET와 PI 필름 위에 코팅을 하여 투명 히터를 제작하는 것이다.
PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트;polyethylene terephthalate)와 PI(폴리이미드;polyimide) 필름은 투명한 기판으로 사용된다.
여기서 PET는 열가소성이고 PI는 열경화성이나, 본 발명에서는 필요한 경우 선택하여 사용할 수 있도록 하기 위하여 PET나 PI를 사용한다.
즉, PET는 열가소성이기 때문에 낮은 온도에 적용할 수 있고, PI는 고온에서 적용할 수 있기 때문이다. 그리하여 각각 원하는 경우에 따라서 PET로 할지 PI로 할지 기판으로 정하고 그 기판에 코팅을 하고 사용하면 되는 것이다.
또한, 본 발명에서는 기판에 카본실버페이스트로 인쇄된 전극을 통하여 전압이 가해지면 전류가 발열체인 단일벽탄소나노튜브 잉크를 통해 면상에 골고루 발열되도록 동작된다.
또한, 각 원하는 고온을 발열할 수 있도록 각각 잉크의 양과 제조법을 다르게 하여 각 상황에 맞게 개발하여야 한다.
즉, 기초적으로 면적에 따른 저항 측정 후 발열 온도를 측정할 수 있어서 먼저 샘플 크기 100mm*100mm에 SWCNT 5mg을 사용하여 저항과 발열 온도를 확인 후 SWCNT 양과 면적의 크기에 비례하게 저항이 변화하고 발열 온도도 비례적으로 변화하는 것을 확인하였다.
아래 표 1의 데이터는 면적과 SWCNT양에 따른 발열온도 변화 데이터이다.
| Sample 1 | Sample 2 | Sample 3 | Sample 4 | Sample 5 | |
| SWCNT양 | 5 mg | 15 mg | 30 mg | 40mg | 50 mg |
| 샘플크기 | 100mm x 100mm | 150mm x 300mm | |||
| 샘플면적 |
10000mm2 | 450000mm2 | |||
| 저항 | 1.1KΩ | 400Ω | 200Ω | 980Ω | 150Ω |
| 최고온도 | 180℃ | 235℃ | 350℃ | 100℃ | 260℃ |
이러한 방법으로 제조된 PET필름을 이용한 투명히터가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 고온발열히터의 대표도면과 도 3의 도 2의 단면도를 참고하면, PET 필름 또는 PI 필름으로 구비된 기판(110)에 좌우 전극을 설치하고(120), 전극사이에 발열체로 단일벽탄소나노튜브 잉크(130)를 구성한 것이다.
보다 발열성을 높이기 위하여 기판의 길이 방향으로 양단에 전극을 대향되게 설치하고, 그 사이에 발열체로 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 제조 방법에 의하여 구성된 PET필름을 이용한 투명히터가 도 4에 예시되어 있다.
다음은 글라스를 이용한 투명 히터 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 의한 글라스를 이용한 투명히터는 글라스(111) 위에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 전극(121)을 인쇄 후, 각 전극에 전기적으로 연결되게 알루미늄 페이스트를 스크린 방법으로 인쇄하여 발열체(131)를 완성한다.
알루미늄 페이스트(Aluminium Paste)에서 알루미늄 입자는 그 크기가 크면 클수록 비저항이 작아지기 때문에, 비저항 측면에서는 알루미늄 입자의 반지름이 큰 것을 사용할 수 있다. 그러나, 알루미늄 입자의 크기가 크면, 입자 크기가 큰 알루미늄 입자를 이용하여 형성한 표면이 다공질화(porous)되기 때문에 알루미늄 페이스트는 평균 반지름이 5 ㎛ 이하인 알루미늄 입자를 포함함이 바람직할 수 있다.
특히, 알루미늄 페이스트는 AL 미립자가 수평적으로 여러 층을 형성하고 있기 때문에 수분침투성에 견고한 장벽을 이루고 있어 수증기 수분에 대해 높은 저항성을 갖고 있기 때문에 휴대용 발열체로 사용하는 데 유리하다.
한편, 발열체(131)의 양 단자부는 각각 전극에 연결되어 나선 모양의 루프패턴을 형성하게 구성하는 것이 바람직하다.
이렇게 1차 제조된 투명히터는 150℃ 오븐에서 5분 동안 건조 후, 다시 800℃조건의 오븐에서 5분 동안 건조하여 최종적인 투명 히터를 제작한다.
이러한 2차에 걸친 건조 과정은 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 기판 위에 페이스트는 아직 액체 상태여서 800℃의 오븐에 바로 넣게 되면 표면이 갈라지거나 표면의 거칠기 등이 변하여 저항이 달라지는 것을 방지하고자, 150℃에서 1차 건조한 것이고, 800℃에서 5분의 건조시간은 5분 이상의 건조를 할 경우 저항이 높아지기 때문에 5분의 건조시간으로 고정한 것이다.
이러한 열처리 후의 샘플 저항을 측정한 데이터가 표2에 예시되어 있다.
| 알루미늄 잉크 | 600℃ 열처리 후 샘플 저항 | 800℃ 열처리 후 샘플 저항 |
| Sample 1 | X | X |
| Sample 2 | X | 15Ω |
| Sample 3 | 63Ω | 7Ω |
| Sample 4 | 50Ω | X |
| Sample 5 | 1200Ω | X |
표 2는 열처리 조건을 위하여 임의의 Sample(2mm x 10mm)로 제작하여 측정한 수치이다.
또한, 각 원하는 고온을 발열할 수 있도록 각각 잉크의 양과 제조법을 다르게 하여 각 상황에 맞게 개발하여야 한다.
표 1과 더불어 잉크의 종류와 디자인 패턴(pitch와 선폭)에 따라 저항 및 온도가 달라지는 데 아래 표 3은 패턴의 크기에 따른 저항 및 온도 측정표이다.
표 3은 사이즈 110 x 272mm에 AC 220V를 인가하고 200℃에서 열처리 1 시간에 카본 함량은 2.5g으로 고정하여 측정한 데이터이다.
상술한 표 1과 표 3을 바탕으로, 도 8의 패턴의 피치와 선폭을 설명하기 위한 참고도면에서와 같이, 피치와 선폭을 정하고 발열온도를 결정하는 것이다.
이러한 방법으로 제조된 글라스를 이용한 투명히터가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다.
도 5의 글라스를 이용한 투명히터의 주요 구성도와 도 6의 고온 발열 투명히터의 단면도를 참고하면, 도시된 바와 같이, 글라스로 구성된 기판(111)과 기판의 어느 일측에 구비된 전극(121)과 전극(121)에 전기적으로 각각 연결된 발열체(131)를 포함하여 구성한다.
특히 발열체(131)는 보다 발열성을 높이기 위하여 기판(111)에 나선 모양의 루프패턴을 형성한다.
이러한 제조 방법에 의하여 구성된 글라스를 이용한 투명히터가 도 7에 예시되어 있다.
상술한 방법으로 제조된 투명히터에 온도를 가하여 표면온도를 측정한 결과가 표 1에 도시되어 있다.
표 4는 220V 전원을 인가하기 전과 인가 후의 표면 온도를 측정한 결과표이다.
표 4는 각각의 전도성 물질인 단일벽탄소나노튜브와 알루미늄을 각 원하는 고온을 발열할 수 있도록 잉크로 제조 후, PET 또는 PI필름과 유리 기판위에 코팅하여 개발품에 220V로 전압을 인가해주었을 때, PET와 PI필름을 이용한 투명히터는 약 5초후에 최고온도(약 360℃)까지 도달하는 것을 확인하였고, 글라스를 이용한 투명히터는 약4분 정도에 최고온도(약 400℃)까지 도달하였다. 개발품의 발열 온도는 30 ℃ 부터 500 ℃ 정도의 원하는 온도로 조절할 수 있고, 짧은 시간에 다른 물질에 열을 전달할 수 있는 것을 확인하였다. 이러한 효과로 인하여 상황과 필요에 맞게 여러 가지에 접목시키고, 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
110,111 : 기판 120,121 : 전극
130,131 : 발열체
130,131 : 발열체
Claims (5)
- 삭제
- 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET;polyethylene terephthalate) 필름 또는 폴리이미드(PI;polyimide) 필름으로 구성된 기판;
증류수 100 ~ 200 ml에 단일벽탄소나노튜브 10 ~ 20 mg과 계면활성제로 소듐 도데실 벤젠설포네이트(SDBS;Soudium DodecylBenzeneSulfate) 0.25 ~ 0.5 g을 혼합하여 혼합물을 구성하고, 상기 혼합물을 원심분리를 행하여 무거운 입자들은 침전시키고 상층 80%의 용액만 취하여 제조된 전도성 물질인 단일벽탄소나노튜브 잉크(SWNT;single walled nanotube ink)를 상기 기판위에 코팅하여 형성되는 발열체;및
상기 기판에 형성된 전극;
을 포함하고, 상기 전극에 전압을 가하여 상기 발열체가 발열하도록 동작되는 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터.
- 제 2항에 있어서,
상기 전극은
상기 기판의 양단에 카본실버페이스트를 스크린 방법으로 인쇄하고, 상기 전극 사이에 발열체가 형성되는 전도성 잉크를 이용한 고온 발열 투명 히터. - 삭제
- 삭제
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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