KR101831044B1 - 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 입자 및 기재의 코팅방법 - Google Patents

전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 입자 및 기재의 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 넓은 주파수 영역대(수백 MHz ~ 수 GHz)의 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있는 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 상기 제조방법에 의하여 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자 및 상기 금속/탄소 하이브리드 입자를 기재에 코팅하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 (a) 금속 입자 분말을 준비하는 단계, (b) 탄소 입자 분말을 준비하는 단계, (c) 상기 (a) 단계에서의 금속 입자 분말과 상기 (b)단계에서의 탄소 입자 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 금속 입자에 상기 탄소 입자를 코팅하는 단계를 포함하는 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 이러한 제조방법에 의해 제조되는 입자 및 코팅방법에 관한 것이다.

Description

전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 입자 및 기재의 코팅방법{The fabrication method of metal/carbon hybrid particles for coating the electromagnetic wave shielding fabric}
본 발명은 넓은 주파수 영역대(수백 MHz ~ 수 GHz)의 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있는 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법, 상기 제조방법에 의하여 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자 및 상기 금속/탄소 하이브리드 입자를 기재에 코팅하는 방법에 관한 것이다.
대기, 수질, 토양 오염 등의 환경 오염은 우리가 오감을 통하여 확인이 가능하지만 제4의 공해인 전자파는 보이지도, 들리지도 않으며 느낄 수도 없다는데 그 심각성이 있다.
최근 전자기기의 사용량이 급증함에 따라 전자파 노출 빈도가 증가하고 있으며, 전자파에 노출될 경우 인체 기능 저하, 생식 기능 파괴, 임산부 유산 및 기형아 출산 등 다양한 질병에 걸릴 수 있다는 보고가 있다. 특히, TV, 전자레인지 등의 생활가전은 수백 MHz 영역대의 주파수를 가진 전자파를 방출하는 한편, 스마트폰 등의 무선통신기기는 수 GHz이상의 고주파수의 전자파를 방출하게 된다.
종래 기술에 따른 전자파 차폐 기술 중 대다수는 고분자 내에 금속 또는 자성입자를 함유하여 저주파 영역에서 반사 차폐 기능을 부여하는 것을 원리로 하는 것이다. 특허문헌 0001에는 고분자와 금속재료로 전자파 차폐재를 제조하는 기술이 개시되어 있다. 금속재의 경우 높은 전기 전도성으로 인하여 표면 반사를 통한 저주파 영역의 전자파 차폐율이 높으나, 고주파를 차폐하기 위해서는 전도성이 높은 물질을 사용할 필요가 있다. 이에 따라 개발된 고주파 차폐재로 사용되는 종래 기술은 전도성 충전재인 탄소나노튜브를 사용하여 전자파 차폐의 특성을 증가하고자 하는 것이다.
특허문헌 0002에는 표면층이 탄소나노튜브로 코팅된 마이크로 캡슐과 탄소섬유 및 고분자를 하이브리드화하여 제조된 전자파 차폐용 고분자 복합재가 개시되어 있다.
그러나 상기와 같이 종래의 기술들은 고주파 영역 또는 저주파 영역과 같이 특정 파장영역에만 효과적이므로, 생활 속의 넓은 주파수대의 전자파를 모두 차폐할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 전자파 차폐 효과를 가지는 섬유를 제조하는 방법은 섬유의 체적 고유저항 수치를 낮추는 것으로, 섬유를 도전성 물질로 코팅하는 후가공 방법과, 금속 섬유를 사용하는 두 가지 방법이 알려져 있다.
도전성 물질에 의한 후가공 방법은 다시 알루미늄 진공증착법, 스퍼터링, 무전해 도금법을 통한 금속 피막 형성법, 도전성 수지 코팅법, 금속 박막 라미네이팅법, 구리 화합물 고착법 등으로 분류할 있으며, 제조방법이 복잡할 뿐만 아니라 차폐 가능한 전자파의 주파수 범위도 주로 30 MHz~ 1 GHz 범위 내로 한정되어 있다.
최근 LTE 등 무선 통신에서는 1 GHz 이상의 고주파 광대역 전자파 사용이 증가하는 추세임을 고려하여 보면, 이러한 고주파 전자파를 포함한 수십~수백 MHz 영역대의 주파수까지 광범위하게 차폐할 수 있는 섬유의 개발이 시급하다고 볼 수 있다.
한국공개특허 제2011-0053058호 한국공개특허 제2013-0096899호
상기한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는 다양한 전자 제품이 배출하는 넓은 주파수대의 전자파를 동시에 차폐할 수 있는 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 넓은 주파수대의 전자파를 차폐 및 흡수하는 금속/탄소 하이브리드 입자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 넓은 주파수대의 전자파를 차폐 및 흡수하는 금속/탄소 하이브리드 입자를 기재에 코팅하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법은, (a) 금속 입자 분말을 준비하는 단계, (b) 탄소 입자 분말을 준비하는 단계, (c) 상기 (a) 단계에서의 금속 입자 분말과 상기 (b)단계에서의 탄소 입자 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계 및 (d) 상기 탄소 입자에 상기 금속 입자를 코팅하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 탄소 입자는 그라파이트, 박리된 그라파이트 및 그래핀 중 어느 하나 이상이고, 상기 금속 입자는 상기 탄소 입자보다 경도가 낮은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 금속 입자는 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 주석, 아연, 금, 은 및 상기 금속의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 (d)단계는 상기 (c)단계의 혼합분말에 상기 탄소 나노입자보다 경도가 높은 볼을 이용하여 밀링 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 볼은 스테인리스스틸(STS), 텅스텐카바이드 또는 알루미나로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 전자파는 100 MHz~10 GHz 범위인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법은, 상기 (a) 단계에서의 금속 입자의 직경은 1~150㎛이며, 상기 (b)단계에서의 탄소 입자의 두께는 1㎛이하이며 직경은 50㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에서, 상기 밀링 공정은 스테인리스스틸(STS) 볼의 직경이 3~10mm이고, 3 내지 8시간 볼 밀링하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 상기 방법 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서의 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법은, (a) 금속/탄소 하이브리드 입자와 용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계 및 (b) 상기 혼합용액을 기재에 코팅하는 단계를 포함하되, 상기 용매는 아세톤인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법은, 상기 기재는 섬유인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법은, 상기 코팅하는 (b) 단계는 상기 혼합용액에 섬유를 침적시키는 단계, 섬유가 침적된 혼합용액에 초음파를 조사하는 단계 및 섬유를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법에 의하면, 간단한 제조공정으로 탄소 입자를 금속 입자 상에 고르게 분산시킬 수 있고 또 탄소 입자와 금속 입자가 견고하게 결합된 금속/탄소 하이브리드 입자를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자는 수백 MHz에서 수 GHz까지 넓은 주파수대의 전자파를 차폐할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자는 섬유를 포함한 다양한 기재에 고르게 코팅되어 우수한 전자파 차폐 효과를 나타낼 수 있는 이점이 있다.
도 1은 탄소 입자 분말에 금속 입자가 코팅되어 금속/탄소 하이브리드 입자가 생성되는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 방법으로 제조된 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 일 실시예의 전자현미경 사진이다.
도 3은 볼 밀링 시간에 따른 하이브리드 분말의 형상 변화 전자현미경사진이다(카르보닐 철과 박리된 그라파이트 하이브리드 입자).
도 4은 본 발명 금속/탄소 하이브리드 입자가 펠트에 코팅된 상태의광학현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기장 및 자기장 감소율을 나타낸 결과이다(a : 전자레인지, b : 스마트 폰, c : 공유기).
명세서 전체에서 '차폐'란 주위로부터 도달한 전자파가 투과하지 않는 것으로 정의한다. 즉, 후술할 금속/탄소 하이브리드 입자가 기재에 코팅되는 경우, 도달한 전자파는 하이브리드 입자와 접촉한 후 반사되거나 또는 하이브리드 입자로 흡수되어 기재를 통과하지 않는 것을 의미한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함한다'고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재되지 않은 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 첨부된 도면 1 및 2를 참조하여, 본 발명에 의한 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법과 제조된 입자에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자의 제조방법은, (a) 금속 입자 분말을 준비하는 단계, (b) 탄소 입자 분말을 준비하는 단계, (c) 상기 (a) 단계에서의 금속 입자 분말과 상기 (b)단계에서의 탄소 입자 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계 및 (d) 상기 금속 입자에 상기 탄소 입자를 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 (a)단계는 본 발명의 금속/탄소 하이브리드 입자 제조에 사용되는 금속 입자를 분말화하여 준비하는 단계이다. 상기 금속 입자는 수백 MHz 영역대의 주파수를 지닌 전자파를 차폐하는 효과가 있으면서 후술할 탄소 입자보다 경도가 낮은 금속이라면 특별히 제한하지 않지만, 철, 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 아연, 금, 은 또는 이들의 합금인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 금속 입자의 직경은 1~150㎛, 보다 바람직하게는 1~20㎛인 것이 바람직하다.
상기 금속 입자가 1㎛ 미만이면 입자의 비표면적이 너무 적어 탄소 입자의 코팅이 용이하지 않고, 반대로 150㎛를 초과하게 되면 탄소입자의 표면을 균질한 두께로 코팅하기 어려워지기 때문에, 상기 금속 입자는 상기 범위인 것이 바람직하다.
상기 (b)단계는 본 발명의 금속/탄소 하이브리드 입자 제조에 사용되는 탄소 입자를 분말화하여 준비하는 단계이다. 상기 탄소 입자는 수 GHz 영역대의 주파수를 지닌 전자파를 차폐하는 효과가 있다. 여기서, 상기 탄소 입자는 탄소 입자는 두께는 1㎛이하이며 직경은 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 탄소 입자의 두께가 1㎛를 초과하면 고주파수 영역대의 전자파를 차폐하기 어렵고, 직경이 50㎛를 초과하게 되면 교반 과정에서 볼과 충돌 시 절단되어 구조가 파괴될 우려가 있기 때문에, 상기 탄소 입자의 직경과 길이는 상기 범위인 것이 바람직하다.
한편, 상기 (a) 단계 이후에 상기 (b) 단계를 실시하는 경우에 관해서만 기재하고 있으나, 상기 (b) 단계 이후에 상기 (a) 단계를 실시할 수 있고, 또 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 동시에 실시할 수도 있다.
상기 (c) 단계는 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 통하여 준비된 금속 입자와 탄소 입자를 혼합하는 단계이다. 즉, 후술할 (d) 단계를 수행하기 전에, 상기 금속 입자와 상기 탄소 입자가 고르게 분포하도록 혼합하는 단계이다.
여기서, 상기 금속 입자와 상기 탄소 입자를 고르게 혼합할 수 있다면 상기 혼합하는 방법은 특별히 제한하지 않는다.
상기 (d) 단계는 상기 금속 입자에 상기 탄소 입자를 결합시키는 단계이다.
상술한 바와 같이, 상기 금속 입자는 상기 탄소 입자에 비하여 경도가 낮고, 상기 금속 입자와 상기 탄소 입자에 외력을 가하게 되면 상기 탄소 입자가 상기 금속 입자 위로 코팅되어 상기 금속 입자와 상기 탄소 입자는 결합된다(도면 2).
이러한 원리에 착안하여 본 발명에서는, 상기 (c)에서 제조된 혼합분말에 볼 밀링 공정을 수행하여 상기 금속 입자에 탄소 입자를 균일하게 분산 코팅시킨다.
여기서 상기 볼은 상기 탄소 나노입자보다 경도가 큰 물질이라면 특별히 제한하지 않지만, 스테인리스스틸(STS), 텅스텐카바이드 또는 알루미나로 제조된 것이 바람직하다.
상기 밀링 공정에서의 볼 : 혼합분말의 무게비는 20 : 1 내지 1O : 1, 보다 바람직하게는 15:1이다. 상기 스테인레스(STS) 볼이 상기 혼합분말 무게에 비하여 2O : 1을 초과하는 경우에는 심한 기계적 에너지가 탄소 나노 입자에 인가되어 탄소 입자의 파괴를 초래할 수 있으며, 반대로 1O : 1 미만인 경우에는 탄소 입자가 금속 분말에 코팅되기 위한 충분한 기계적 에너지가 인가되지 못할 우려가 있으므로, 상기 범위인 것이 바람직하다.
또한 상기 밀링 공정에서의 회전속도는 5O ~ 2OO rpm, 보다 바람직하게는 1OO rpm인 것이 바람직하다. 상기 회전속도가 5O rpm미만인 경우에는 탄소 입자가 금속 분말에 코팅되기 위한 충분한 기계적 에너지가 인가되지 못할 우려가 있으며, 반대로 2OO rpm을 초과하는 경우에는 심한 기계적 에너지가 탄소 입자에 인가되어 탄소 입자의 파괴를 초래할 수 있으므로, 상기 범위인 것이 바람직하다.
또한 상기 밀링 공정에서의 교반시간은 3 ~ 48 시간, 보다 바람직하게는 8 ~ 24시간인 것이 바람직하다. 상기 반응시간이 3시간 미만인 경우에는 상기 탄소 입자가 상기 금속 입자로 충분히 코팅되지 않고, 반대로 48시간 이상으로 교반시키는 경우에는 상기 탄소 입자가 상기 금속 입자로 모두 삽입될 수 있어 금속입자에게 기대할 수 있는 수백 MHz 의 전자파를 충분히 차폐할 수 없으므로 상기 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 밀링 공정은 탄소 입자 간의 반데르발스 힘을 약화하여 분산을 용이하게 하기 위해 에탄올을 추가로 넣고 습식 볼 밀링을 수행하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 방법에 의하여 제조되는 금속/탄소 하이브리드 입자는 결합력이 우수하고 또 금속입자에 의한 MHz의 전자파 차폐효과 그리고 탄소입자에 의한 GHz대의 전자파를 함께 차폐할 수 있다.
이하에서는, 상기 방법에 의하여 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자를 사용하여 기재에 코팅하는 방법에 관하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법은, (a) 금속/탄소 하이브리드 입자와 용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계 및 (b) 상기 혼합용액을 기재에 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 금속/탄소 하이브리드 입자와 용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(a)는 금속에 탄소 입자가 코팅된 하이브리드 입자와 용매를 혼합하는 단계로서, 상기 용매는 하이브리드 입자의 용이한 분산을 위해 극성 용매인 것이 바람직하며, 물, 아세톤, 에탄올 또는 상기 용매의 혼합물일 수 있다.
이렇게 금속/탄소 하이브리드 입자와 용매가 혼합된 혼합용액은 공지의 코팅 방법인 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 노즐 코팅, 프린팅 등 다양한 코팅 방법을 통하여 기재에 코팅시킬 수 있다.
여기서, 기재는 전자파의 차폐가 요구되는 물품이라면 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 섬유일 수 있다.
탄소 입자는 고주파수 영역대의 전자파의 차폐 및 흡수에 효율적이기는 하지만, 반데르발스 힘에 의해 서로 엉켜있는 구조를 지니기 때문에 수백 마이크로미터 크기의 직경을 지닌 섬유에 균질하게 코팅하기가 어려운 단점이 있었으나, 본 발명에 의한 금속/탄소 하이브리드 입자를 사용한 코팅방법에 의하면 쉽게 코팅할 수 있고 또 섬유와 견고하게 결합되는 장점이 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하여 설명하기로 하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다고 할 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 금속/탄소 하이브리드 입자 제조
입경 2~3 ㎛를 갖는 카르보닐 철(CIP) 입자에 7~11 ㎛를 갖는 박리된 그라파이트(Exfoliated Graphite, FLG) 혼합하여 총 30 g(CIP 29.52 g + FLG 0.48 g)의 혼합 분말을 제조하였다.
이어서 상기 혼합 분말을 밀링기에 투입하고, STS 볼(ball) : 혼합 분말 = 15 : 1 (무게비)가 되도록 STS 볼 450g과 에탄올 180ml 를 사용하여 100 rpm으로 24시간 밀링하였고, 제조된 금속(CIP)/탄소 하이브리드 입자의 모습의 전자현미경으로 촬영한 사진을 도 2에 나타내었다.
도 2로부터 알 수 있듯이, 탄소입자인 그라파이트가 철 입자 표면에 균일하게 분산 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2 : 기재에 대한 금속/탄소 하이브리드 입자 코팅방법
실시예 1에서 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자와 아세톤을 혼합하여 혼합용액을 제조하였다. 이 때, 금속/탄소 하이브리드 입자와 아세톤은 100:1(부피비)로 혼합하였다. 이어서 상기 혼합용액에 펠트를 장입하고 초음파를 15분 조사한 후 상온에서 건조하였다. 전자파 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자가 펠트에 코팅된 전자현미경 사진은 도 4와 같다. 도 4로부터 알 수 있듯이, 금속/탄소 하이브리드 입자가 펠트의 섬유상에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다.
실시예 3 : 금속/탄소 하이브리드 입자 제조시 조건 변경
본 발명 중 금속/탄소 하이브리드화의 효과를 조사하기 위해, 아무것도 코팅되지 않은 펠트, 금속 입자만이 단일 코팅된 펠트를 대조군으로 제조하여, 본 발명을 통해 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자가 코팅된 펠트의 전자파 차폐 성능과 비교하였다.
또한, 박리된 그라파이트의 코팅효과를 확인하기 위하여, 볼 밀링 조건을 변화시켜 박리된 그라파이트가 코팅되지 않은 하이브리드 입자, 그라파이트가 코팅된 하이브리드 입자를 수득하고, 이들 하이브리드 입자 각각이 코팅된 펠트의 전자파 차폐 성능을 비교하였다.
구체적으로 박리된 그라파이트가 금속 입자에 전혀 코팅되지 않은 하이브리드 입자는 1시간의 볼 밀링 공정, 박리된 그라파이트가 금속 입자 에 코팅되어 있는 하이브리드 입자는 24 시간의 볼 밀링 공정을 통하여 제조하였다.
이 때, 박리된 그라파이트의 함량은 5 vol.%로 고정하고, 볼과 분말의 무게비 (Ball/powder weight ratio)는 15:1로 진행하였다. 혼합한 분말과 볼, 에탄올 180ml를 챔버에 장입하였다. 밀링 속도는 100 rpm으로 유지하였고, 과열을 방지하기 위해 1시간 밀링 후 1시간 휴식의 과정을 반복 진행하였다.
볼 밀링 공정 후, 각 코팅 입자를 초음파 기기를 이용하여 아세톤에 분산시켰고, 디핑 (Dipping) 방법을 이용하여 펠트에 코팅하였다. 하이브리드 분말을 400 ml의 아세톤에 100:1의 부피비로 혼합하여, 펠트(9 cm × 20 cm)를 혼합액에 완전히 장입한 상태로 15분간 초음파를 이용하여 코팅하였다. 코팅 공정 후 펠트는 24시간 동안 상온건조 하였다.
도 3은 카르보닐 철(CIP)에 박리된 그라파이트를 1시간, 24시간 볼 밀링한 하이브리드 입자의 형상을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 촬영한 사진이다.
1시간 볼 밀링한 하이브리드 입자에서 금속 분말의 형상은 구형에 가까우며, 박리된 그라파이트의 뭉침 현상이 나타나고 있다. 밀링이 진행됨에 따라 구형의 금속 분말은 점점 판상화가 진행되어 감을 알 수 있는데, 볼 밀링 과정에서 강한 전단 응력을 받은 금속 분말이 극심한 소성 변형을 경험하였음을 알 수 있다.
또한, 초기에 응집되어 있던 박리된 그라파이트가 볼 밀링이 진행됨에 따라 금속 분말의 소성변형에 의해 점차 균일하게 분산되며 금속 분말의 표면으로 코팅 되어감을 알 수 있다. 도 3에서 24시간 밀링 한 하이브리드 분말에서 납작해진 카르보닐 철의 표면에 그라파이트가 부분적으로 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.
도 5(a), (b), (c)는 각각 전자레인지, 스마트 폰, 공유기를 전자파 방출원으로 하여 각 차폐재(코팅 전 펠트, CIP, 밀링시간 별 하이브리드 입자가 코팅된 펠트)의 전자파 차폐성능을 비교한 그래프이다.
이 때, 전자파 발생원으로부터 동일한 거리에서 차폐재가 없는 경우 측정한 전·자기장의 세기를 기준으로 각 차폐재의 전자파 차폐 성능을 표준화하였다.
도 5(a)의 전자레인지를 전자파 발생원으로 하여 실험한 결과로부터 알 수 있듯이, CIP가 코팅된 펠트의 경우, 14.95%의 자기장 감소율과 37.23%의 전기장 감소율을 보였다.
한편 CIP와 박리된 그라파이트 하이브리드 분말로 코팅한 경우, 자기장 감소율은 각각 3.69%(1h), 7.37%(24h), 전기장 감소율은 각각 74.47%(1h), 72.34%(24h)로 확인되었다.
즉, 전자레인지를 전자파 발생원으로 한 경우, 하이브리드 분말이 코팅된 펠트는 단일 CIP로 코팅된 펠트보다 다소 낮은 전기장 차폐능을 보이지만, 매우 우수한 전기장 차폐능을 보인다. 이 경우, 그라파이트의 성상에 따른 차폐능의 차이는 미비하였다.
도 5(b)의 스마트 폰을 전자파 발생원으로 하여 실험한 결과로부터 알 수 있듯이, CIP가 코팅된 펠트의 경우, 78.60%의 자기장 감소율과 25%의 전기장 감소율을 보였다.
한편 CIP와 박리된 그라파이트 하이브리드 분말로 코팅한 경우, 자기장 감소율은 각각 52.59%(1h), 54.84%(24h), 전기장 감소율은 0%(1h), 33.33%(24h)로 확인되었다.
즉, 스마트 폰을 전자파 발생원으로 한 경우, 하이브리드 분말이 코팅된 펠트는 단일 CIP로 코팅된 펠트보다 낮은 전기장 차폐능을 보이지만, 우수한 전기장 차폐능을 보인다. 특히, 그라파이트가 뭉쳐있지 않고 CIP 입자를 코팅하고 있을 때, 우수한 자기장 및 전기장 차폐능을 보임을 알 수 있다.
도 5(c)의 공유기를 전자파 발생원으로 하여 실험한 결과로부터 알 수 있듯이, CIP가 코팅된 펠트의 경우, 40.33%의 자기장 감소율과 22.86%의 전기장 감소율을 보였다.
한편 CIP와 박리된 그라파이트 하이브리드 분말로 코팅한 경우, 자기장 감소율은 각각 57.61%(1h), 70.78%(24h), 전기장 감소율은 각각 20.63%(1h), 36.19%(24h)로 확인되었다.
즉, 공유기를 전자파 발생원으로 한 경우, 하이브리드 분말이 코팅된 펠트는 단일 CIP로 코팅된 펠트보다 우수한 자기장 및 전기장 차폐능을 보인다. 특히, 그라파이트가 뭉쳐있지 않고 CIP 입자를 코팅하고 있을 때, 우수한 자기장 및 전기장 차폐능을 보임을 알 수 있다.
상기의 결과로부터 알 수 있듯이, 금속 입자분말과 탄소 입자분말을 3 내지 48시간 볼 밀링하여 수득한 하이브리드 분말은 우수한 차폐효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

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  12. 공유기로부터 발생하는 100 MHz~10 GHz 범위의 전기장 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법으로서,
    (a) 직경이 2~3㎛인 카르보닐 철 입자 분말을 준비하는 단계;
    (b) 두께가 1㎛이하이며 직경은 7~11㎛인 박리된 그라파이트 입자 분말을 준비하는 단계;
    (c) 상기 (a) 단계에서의 카르보닐 철 입자 분말과 상기 (b)단계에서의 박리된 그라파이트 입자 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 박리된 그라파이트 입자에 상기 카르보닐 철 입자 분말을 코팅하는 단계를 포함하되, 스테인리스스틸(STS), 텅스텐카바이드 또는 알루미나로 제조된 3~10mm의 직경을 갖는 볼과 상기 혼합 분말을 무게비로 15 : 1로 혼합한 후, 회전속도 100 rpm에서 24시간 볼 밀링공정을 수행하여 전기장 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 제조하고,
    (e) 상기 (d)단계에서 제조된 금속/탄소 하이브리드 입자와 아세톤을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    (f) 상기 혼합용액을 펠트에 코팅하는 단계를 포함하되,
    상기 코팅하는 (f) 단계는, 상기 혼합용액에 섬유를 침적시키는 단계, 섬유가 침적된 혼합용액에 초음파를 조사하는 단계 및 섬유를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유기로부터 발생하는 100 MHz~10 GHz 범위의 전기장 차폐용 금속/탄소 하이브리드 입자를 이용하여 기재에 코팅하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5095136B2 (ja) * 2006-06-20 2012-12-12 京セラケミカル株式会社 半導体封止用樹脂組成物の製造方法
JP2013229541A (ja) * 2011-06-17 2013-11-07 Toda Kogyo Corp 電磁波干渉抑制体
KR101327871B1 (ko) * 2011-12-27 2013-11-11 한국신발피혁연구원 에너지 절감효과 및 전자파 차폐성이 우수한 바닥재의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 바닥재

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