KR101687407B1 - 전자파 차폐 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

전자파 차폐 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 넓은 주파수 영역의 전자파수를 고 차폐능으로 차폐할 수 있는 전자파 차폐 필터로, 다공성 고분자 필름; 및 상기 다공성 고분자 필름에 표면에 침적되는 은나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자파 차폐 필터 및 이의 제조방법{Electromagnetic wave shielding fliter and method for producing the same}
본 발명은 우수한 전자파 차폐능 및 넓은 영역의 파장대를 커버할 수 있는 전자파 차폐 필터 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
전자파란 전자제품이나 이들에 의해 발생하는 전기/자기적 파장을 의미하며, 과학기술의 발전에 따라 전자파를 발생시키는 전자, 전기 및 통신관련 기기의 사용이 급증하는 추세에 있으며, 이러한 문명의 이기들은 인류에게 편의를 제공하는 동시에 여러 폐해를 발생시키기도 한다.
상기 전자파에 의해 발생되는 대표적인 폐해로 각종 전자제품의 오작동을 초래하고, 인체에 체온 상승 작용 등 여러 증상 및 질병을 일으킬 수 있는 것으로 보고되고 있다. 특히, 최근에는 스마트 기기의 소형화 및 웨어러블화 됨에 따라 전자파의 차폐가 더욱더 필요한 실정이다.
이러한 이유로 전자제품이나 통신기기 등에서 방출되는 전자파가 사회와 인체에 미치는 영향에 대한 관심이 급증하고 있으며, 전자파를 차폐할 수 있는 재료 또는 필터 등의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
그러나, 종래의 전자파 차폐 필름, 필터등은 금속기반의 차폐로, 협소한 주파수대의 전자파만을 차폐할 수 있었으며, 넓은 주파수의 전자파를 차폐하기 위해서는 필름 또는 필터 등의 두께가 두꺼워지며, 여러가지의 차폐 재료를 사용하여야 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 얇은 두께로 넓은 주파수 영역의 전자파를 차폐할 수 있는 전자파 차폐 필터 및 간단한 방법에 의해 이를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 전자파 차폐 필터는 다공성 고분자 필름; 및 상기 다공성 고분자 필름에 침적되는 금속 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 필터
일 실시예로, 상기 금속 나노입자는 은, 금, 구리, 팔라듐 또는 백금 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 금속나노 입자는 구형의 은나노 입자로, 직경은 20 내지 200nm 일 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 다공성 고분자 필름은 SBS 고분자일 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 다공성 고분자 필름은 결정성 설탕 몰드에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항의 전자파 차폐 필터의 전자파 주파수 커버영역은 200MHz 내지 12GHz일 수 있다.
또한, 전자파 차폐 필터의 제조방법은, 결정성 설탕 몰드에 의해 다공성 SBS 고분자 필름을 제조하는 단계 및 상기 제조된 다공성 SBS 고분자 필름에 금속 나노입자를 침적 시키는 단계를 포함한다.
일 실시예로, 상기 다공성 SBS 고분자 필름을 제조하는 단계는, 상기 결정성 설탕 몰드에 10 내지 30중량%의 SBS 고분자 용액을 몰딩 후 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 금속 나노입자를 침적시키는 단계는 상기 다공성 SBS 고분자 필름을 금속 나노입자 전구체 용액에 침지시켜 상기 다공성 SBS 고분자 필름에 상기 금속 나노입자 전구체를 흡수시키는 단계; 및 상기 금속 나노입자 전구체가 흡수된 다공성 SBS 고분자 필름에 환원용액을 떨어트려 금속 나노 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 금속 나노입자 전구체 용액은 AgNO3, AgCl, HAuCl4, CuCl2, PtCl2 및 PtCl4 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 금속 나노입자 전구체 용액은 은나노 입자 전구체 용액으로, 10 내지 20중량%의 실버 트리플루오로아세테이트(Silver trifluoroacetate)일 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 환원용액은 40 내지 60중량%의 하이드라진 하이드레이트(Hydrazin hydrate)일 수 있다.
또 다른 일 실시예로, 상기 금속 나노입자가 침적된 다공성 SBS 고분자 필름을 증류수에 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 본 발명은, 넓은 주파수 영역대의 전자파를 높은 필터력으로 차폐할 수 있는 전자파 차폐 필터이다.
또한, 이러한 전자파 차폐 필터를 간단한 제조공정에 의해 제조할 수 있어 생산력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 다공성 SBS 고분자 필름의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 은나노 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 전자파 차폐 필터의 일실시예 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 전자파 주파수에 따른 차폐능의 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다공성 필름의 제조공정을 나타내는 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "특징으로 한다", "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
*
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 전자파 차폐 필터는 다공성 고분자 필름 및 상기 다공성 고분자 필름에 침적되는 금속 나노입자를 포함한다.
금속 나노입자는 은, 금, 구리, 팔라듐 또는 백금 중 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 구형의 은나노 입자가 적용될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시형태인 은나노 입자를 대상으로 설명하고자 한다.
은나노 입자의 침적 대상이 되는 고분자 필름은 다공성을 가진다. 다공성을 가지게 되면 전자파 차폐능을 가지는 은나노 입자의 침적 면적을 넓힐 수 있을뿐만 아니라, 다공성에서 전자파의 난반사를 유도해 전자파의 차폐를 증폭시킬 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 즉, 단순히 은나노 입자의 표면적을 넓히는 것만으로는 고차폐능에 한계가 있으며, 이러한 고차폐능을 가지기 위해서는 전자파의 난반사를 일을킬 수 있는 매개체가 필요하며, 이러한 매개체는 다공성 성질로 간단히 발현할 수 있음을 실험적으로 발견하였다.
고분자 필름은 다공성을 생성할 수 있는 다양한 고분자 수지를 사용할 수 있다. 다만, 플렉서블 디바이스에의 적용 측면에서 볼때 플렉서블한 고무적 특성을 가지면서, 은나노 입자를 침착시키기에 적합한 성질을 가져야 한다. 이런 측면에서 많은 실험을 통해 SBS 고분자 수지가 은나노 입자 침적(沈積)시 은나노 입자 용액 에 팽윤 되면서 복합화를 이룰 수 있다는 것을 발견하였다. 즉, SBS 고분자는 은나노 입자의 Solubility에 가장 적합한 고분자임을 실험적 결과로 발견하였다. 본 발명에서 SBS 고분자는 스티렌과 부타디엔의 ABA 형태의 트리블록공중합체로, 폴리(스티렌-b-브타디엔-b-스티렌)(poly(styrene-b-butadiene-b-styrene))을 말한다. 다공성 SBS 고분자 필름의 일실시예는 도 1의 SEM 사진과 같다.
다공성 고분자 필름에는 은나노 입자가 침적된다. 은나노 입자는 구형, 침상, 막대 형상등의 다양한 형상의 은나노 입자뿐만 아니라, 은나노 와이어도 포함 될 수 있다.
은나노 입자는 직경이 20 내지 200nm인 범위로 사용할 수 있다. 한가지 크기의 은나노 입자를 사용하는 것보다 직경이 다른 2가지 이상의 은나노 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 큰 직경을 가지는 은나노 입자와 큰 나노 입자의 직경에 1/2 이하의 직경을 가지는 은나노 입자 2종을 사용할 수 있다. 이러한 크기가 다른 은나노 입자를 사용함으로써 비표면적을 넓힐 수 있어 보다 우수한 고차폐능을 발현할 수 있다.
은나노 입자의 일실시예는 도 2의 SEM 사진과 같다. 은나노 입자는 은나노 입자들간에 뭉쳐져서 형성될 수 있다. 뭉쳐져 형성되는 것은 실험의 일예로 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 분산형태로 구현될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 전자파 차폐 필터의 제조공정을 설명한다.
본 발명의 다공성 SBS 고분자는 프레임이 되는 결정성 설탕 몰드에 의해 형성될 수 있다. 도 5에 나타나 듯이, 다공성 SBS 고분자는 (a) 결정성 설탕 몰드를 준비하는 단계; (b) 결정성 설탕 몰드에 SBS 고분자 용액을 몰딩 및 건조하는 단계; 및 (c) 결정성 설탕을 녹이고 몰딩된 SBS 고분자를 세척하는 단계로 형성될 수 있다.
결정성 설탕 몰드는 도 5의 (a)에 나타나 있듯이, 다공성의 기본이 되는 구형형상의 결정체 형상일 수 있다. 결정성 설탕에 10 내지 30%의 SBS 고분자 용액을 몰딩한 후 건조하는 단계를 거쳐 SBS 고분자 몰딩 성형체를 제조한다. 이렇게 제조된 SBS 고분자 몰딩 성형체는 물에서 결정성 설탕을 완전히 녹여 내어 다공성의 SBS 고분자 필름으로 제조한다. 상기 SBS 고분자 용액은 SBS 고분자를 톨루엔(Toluene)에 10 내지 30% 녹여 사용한다.
본 발명은 상기 제조된 다공성 SBS 고분자 필름에 은나노 입자를 침적시키는 단계를 포함한다. 침적(沈積) 시킨다 함은, 은나노 입자가 다공성 SBS 고분자 필름에 일정 부분 결합되어 떨어지지 않게 결합되는 것을 의미한다.
은나노 입자를 다공성 SBS 고분자 필름에의 침적시키는 단계는 다공성 SBS 고분자 필름을 은나노 입자 전구체 용액에 침지시켜 다공성 SBS 고분자 필름에 상기 은나노 입자 전구체를 흡수시키는 단계를 거칠 수 있다. 은나노 입자 전구체가 다공성 SBS 고분자 필름에 흡수된다는 것은, SBS 고분자 고유의 성질에 의해 달성 될 수 있다. SBS 고분자는 은나노 입자 전구체 용액에 의해 일정부분 팽윤(Swelling)을 하게 되며, 이렇게 팽윤된 공간에 은나노 입자 전구체가 일정 부분 결합되어 고분자-은나노 입자 전구체의 복합화가 이루어진다. 이때, 은나노 입자 전구체 용액은 실버 트리플루오로아세테이트(Silver trifluoroacetate)가 에탄올(ethanol)에 10 내지 20% 녹아 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 금속 나노입자 전구체 용액으로는 AgNO3, AgCl, HAuCl4, CuCl2, PtCl2 및 PtCl4 중 선택된 1종 이상을 포함하여 사용할 수 있다.
상기 은나노 입자 전구체가 흡수된 다공성 SBS 고분자 필름에 환원용액을 떨어트려 은나노 전구체를 은나노 입자로 환원시켜 은나노 입자를 다공성 SBS 필름에 침적 시킬 수 있다. 이때, 환원용액은 에탄올 및 물의 혼합용매(1:1 ethanol/water mixture)에 40 내지 60%의 하이드라진 하이드레이트(Hydrazin hydrate)가 포함된 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조된 은나노 입자가 침적된 다공성 SBS 필름은 이물질 및 불필요한 용액을 제거하기 위해 증류수에 2 내지 3회 세척한 후, 건조하여 최종 생성물인 전자파 차폐 필터를 제조할 수 있다. 도 3은 최종 생성물인 전자파 차폐 필터의 일 실시예이다.
도 4는 상기와 같이 제조된 전자파 차폐 필터의 전자파 차폐력 및 차폐 주파수 범위에 대해 테스트한 결과로, 200MHz 내지 10GHz의 범위의 전자파 주파수 영역에서 우수한 차폐력을 보여주고 있다. 즉, 본발명의 일실시예로 제작된 전자파 필터는 저주파뿐만 아니라 고주파 영역에서도 높은 차폐능을 보여주고 있다. 도 4에 도시되어 있지는 않지만, 테스트 결과 12GHz 주파수까지 우수한 차폐력을 보임을 확인 하였다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다.

Claims (5)

  1. 결정성 설탕 몰드에 의해 다공성 SBS 고분자 필름을 제조하는 단계 및 상기 제조된 다공성 SBS 고분자 필름에 은나노 입자를 침적 시키는 단계를 포함하고,
    상기 SBS 고분자 필름을 제조하는 단계는,
    (a) 결정성 설탕 몰드를 준비하는 단계;
    (b) 결정성 설탕 몰드에 10 내지 30중량%의 SBS 고분자 용액을 몰딩 및 건조하는 단계; 및
    (c) 결정성 설탕을 녹이고 몰딩된 SBS 고분자를 세척하는 단계를 포함하며,
    상기 은나노 입자를 침적시키는 단계는,
    상기 다공성 SBS 고분자 필름을 은나노 입자 전구체 용액에 침지시켜 상기 다공성 SBS 고분자 필름에 상기 은나노 입자 전구체를 흡수시키는 단계; 및
    상기 은나노 입자 전구체가 흡수된 다공성 SBS 고분자 필름에 환원용액을 떨어트려 은나노 전구체를 은나노 입자로 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 필터의 제조방법
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 은나노 입자 전구체 용액은 10 내지 20중량%의 실버 트리플루오로아세테이트(Silver trifluoroacetate)인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 필터의 제조방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 환원용액은 40 내지 60중량%의 하이드라진 하이드레이트(Hydrazin hydrate)인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 필터의 제조방법
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 은나노 입자가 침적된 다공성 SBS 고분자 필름을 증류수에 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 필터의 제조방법
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