KR102178678B1 - Thermal sheet comprising vertical-aligned graphene and a fabrication thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점착층, 및 상기 점착층 상에 형성된 그래핀-수지 복합층을 구비하고, 상기 그래핀-수지 복합층은 층의 평면에 대해 그래핀이 수직 배열된 방열 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 방열 시트는 그래핀이 수직 배열되어 형성됨에 따라 수평 방향뿐만 수직 방향에서 방열성을 나타내, 다양한 전자 기기 제품에 적용되어 전자 기기의 오작동 및 발열을 저감하고, 수명을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a heat dissipation sheet and a method of manufacturing the same, and more particularly, an adhesive layer, and a graphene-resin composite layer formed on the adhesive layer, wherein the graphene-resin composite layer is It relates to a heat radiation sheet in which graphene is vertically arranged and a method of manufacturing the same.
As the heat dissipation sheet is formed by vertically arranging graphene, it exhibits heat dissipation in not only the horizontal direction but also in the vertical direction, and is applied to various electronic device products to reduce malfunction and heat generation of electronic devices, and increase lifespan.
Description
본 발명은 전자 부품 또는 전자 기기와의 접촉면에 수직 방향으로 열의 방출을 가능하고, 높은 열전도도를 갖도록 수직 배열된 그래핀을 포함하는 방열 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat dissipation sheet including graphene vertically arranged to emit heat in a direction perpendicular to a contact surface with an electronic component or an electronic device, and to have high thermal conductivity, and a method of manufacturing the same.
전자 기기의 고밀도화/박형화가 급속히 진행되어 IC와 파워 부품으로부터 발생하는 열의 영향이 심각해지고 있다. 일례로, 컴퓨터, 휴대용 개인단말기, 통신기 등의 전자제품은 그 시스템 내부에서 발생한 과도한 열에너지를 외부로 확산시키지 못해 잔상문제 및 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다. 이러한 열에너지는 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오동작을 유발하며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다.As electronic devices are becoming more dense and thinner, the effects of heat generated by ICs and power components are becoming serious. For example, electronic products such as computers, portable personal terminals, and communication devices have serious concerns about the afterimage problem and system stability as they cannot diffuse excessive heat energy generated inside the system to the outside. This thermal energy shortens the life of the product, causes breakdowns, and malfunctions, and in severe cases, may also cause explosions and fires.
최근 각종 기기의 소형화/고성능화가 발열량의 증가를 초래하여 열을 어떻게 효율 좋게 이동시키고 배열하는가는 개발 초기의 기본 설계의 테마로 되고 있으며, 특히 열전도도성이 높고 얇고 가볍다는 특징을 지닌 방열 시트에 대한 요구가 강해지고 있다.Recently, the miniaturization/high performance of various devices has led to an increase in calorific value, so how to efficiently move and arrange heat has become the theme of the basic design at the beginning of development, especially for heat dissipation sheets that have high thermal conductivity and are thin and light. The demands are growing.
방열 시트는 알루미늄과 같은 금속 호일을 주로 사용하고 있으며, 최근에는 열전도도를 높이기 위한 방법으로 열전도도가 다른 2개의 복합 기재층으로 제작되 높은 방열 특성을 갖도록 금속층, 금속 박막 또는 메시로 이루어진 방열 기재층, 및 방열 코팅층으로 이루어진 방열 시트를 제시하고 있다(대한민국 특허공개 제2012-73792호).The heat dissipation sheet mainly uses a metal foil such as aluminum, and recently, it is made of two composite substrate layers with different thermal conductivity as a method to increase the thermal conductivity, and a heat dissipation substrate made of a metal layer, a metal thin film, or a mesh to have high heat dissipation properties. A heat dissipation sheet consisting of a layer and a heat dissipation coating layer is proposed (Korean Patent Publication No. 2012-73792).
최근에는 열전도도를 높이기 위해 금속 박막 상에 흑연 재질을 도포한 방열 시트가 제시되었다. 흑연은 알루미늄이나 구리보다 열전도도가 빠르고 우수한 이방성의 열전도 특성을 가지고 있어 흑연을 활용한 방열 시트에 대한 연구가 가속화되고 있다.Recently, a heat dissipation sheet coated with a graphite material on a metal thin film has been proposed to increase thermal conductivity. Graphite has faster thermal conductivity than aluminum or copper and has excellent anisotropic thermal conductivity, and thus research on heat dissipation sheets using graphite is accelerating.
그 예로, 국제공개 제2008-53843호에서는 비늘조각상, 타원구상 또는 봉상의 흑연 입자를 포함하는 열전도 시트, 대한민국 특허공개 제2013-43720호는 스마트폰 배면에 장착되는 방열 시트로서, 팽창흑연을 포함하는 흑연 시트, 보호필름층, 점착층, 이형 필름으로 구성된 방열 흑연 시트를 제시하고 있다.For example, in International Publication No. 2008-53843, a heat conductive sheet containing graphite particles in the shape of scales, ellipses or rods, and Korean Patent Publication No. 2013-43720 is a heat dissipation sheet mounted on the back of a smartphone, including expanded graphite. It proposes a heat-dissipating graphite sheet composed of a graphite sheet, a protective film layer, an adhesive layer, and a release film.
이에 본 발명에서는 흑연 재질 중 하나인 그래핀을 방열 시트에 도입하는 기술에 대해 연구를 지속하면서 그래핀에 의한 열전도 특성이 접촉면에 수직 방향에서 나타난다면 보다 빠른 열방출이 일어날 수 있다는 개념에 착안하여 다각적인 연구를 수행하였다.Therefore, in the present invention, while continuing research on the technology of introducing graphene, which is one of the graphite materials, into the heat dissipation sheet, focusing on the concept that faster heat dissipation can occur if the thermal conduction property by graphene appears in the direction perpendicular to the contact surface. Multilateral studies were conducted.
그 결과, 그래핀을 수직 방향으로 배열(3-D)한 방열 시트를 제작하였고, 상기 제작된 방열 시트의 열전도 특성을 측정한 결과 우수한 열전도 특성을 가짐을 확인하여 본 발명을 완성하였다.As a result, a heat dissipating sheet in which graphene was arranged in a vertical direction (3-D) was prepared, and the result of measuring the heat conduction characteristics of the prepared heat dissipating sheet was confirmed to have excellent heat conduction characteristics, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 열전도 특성을 갖는 방열 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat dissipation sheet having high thermal conductivity properties and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 점착층, 및 상기 점착층 상에 형성된 그래핀-수지 복합층을 구비하고, 상기 그래핀-수지 복합층은 층의 평면에 대해 그래핀이 수직 배열된 것을 특징으로 하는 방열 시트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises an adhesive layer, and a graphene-resin composite layer formed on the adhesive layer, and the graphene-resin composite layer is that graphene is vertically arranged with respect to the plane of the layer. It provides a heat radiation sheet characterized by.
이때 그래핀은 Fe3O4, Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 자성체와 결합된다.At this time, graphene is combined with one type of magnetic material selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn, and combinations thereof.
추가로 상기 방열 시트는 점착층과 그래핀-수지 복합층 사이에 금속층을 더욱 포함한다.In addition, the heat dissipation sheet further includes a metal layer between the adhesive layer and the graphene-resin composite layer.
또한, 본 발명은 층의 평면에 대해 그래핀이 수직 배열된 그래핀-수지 복합층을 준비하는 단계; 및In addition, the present invention comprises the steps of preparing a graphene-resin composite layer in which graphene is vertically arranged with respect to the plane of the layer; And
상기 그래핀-수지 복합층 상에 점착층을 형성하는 단계를 포함하여 제조하는 방열 시트의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a heat dissipation sheet prepared, including forming an adhesive layer on the graphene-resin composite layer.
이때 그래핀-수지 복합층은 전기 분무, 자기장 또는 전기장 인가 방식에 의해 그래핀을 수직 배열한다.At this time, the graphene-resin composite layer vertically arranges graphene by electric spraying, magnetic field, or electric field application method.
또한, 점착층의 형성은 점착층 형성용 조성물을 그래핀-수지 복합층에 도포하거나 시트 제조 후 합지를 통해 이루어진다.In addition, the adhesive layer is formed by applying the composition for forming the adhesive layer to the graphene-resin composite layer or by laminating after sheet preparation.
본 발명에 따른 방열 시트는 그래핀이 접촉면에 수직 배열되어 형성됨에 따라 수직 방향에서의 방열성이 향상되어, 다양한 전자 기기 제품에 적용되어 전자 기기의 오작동 및 발열을 저감하고, 수명을 증가시킬 수 있다.The heat dissipation sheet according to the present invention improves heat dissipation in the vertical direction as graphene is vertically arranged on the contact surface, and is applied to various electronic device products to reduce malfunction and heat generation of electronic devices, and increase lifespan. .
도 1은 본 발명의 제1구현예에 따른 방열 시트를 보여주는 단면도
도 2는 본 발명의 제2구현예에 따른 방열 시트를 보여주는 단면도
도 3은 그래핀-수지 복합층의 주사전자현미경 사진1 is a cross-sectional view showing a heat dissipation sheet according to a first embodiment of the present invention
2 is a cross-sectional view showing a heat dissipation sheet according to a second embodiment of the present invention
3 is a scanning electron microscope photograph of the graphene-resin composite layer
본 발명에서는 방열 시트의 방열 기능을 수행하기 위한 층으로 그래핀-수지 복합층을 형성하고, 상기 그래핀-수지 복합층이 그래핀을 수직 배열시켜 종래 그래핀 방열 시트의 열전도 특성이 접촉면에 수평으로 높게 발현되었던 것을 접촉면에 수직한 방향으로도 높은 방열특성을 갖도록 하는 방열 시트를 제시한다.In the present invention, a graphene-resin composite layer is formed as a layer for performing a heat dissipation function of a heat dissipation sheet, and the graphene-resin composite layer vertically arranges graphene, so that the heat conduction characteristics of the conventional graphene heat dissipation sheet are horizontal to the contact surface. We present a heat-dissipating sheet that has high heat dissipation characteristics even in a direction perpendicular to the contact surface.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제1구현예에 따른 방열 시트를 보여주는 단면도이다. 각 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 이때 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다.
1 is a cross-sectional view showing a heat dissipation sheet according to a first embodiment of the present invention. It is preferable that the shape of elements in each drawing is understood as being exaggerated in order to emphasize a clearer description. In this case, elements indicated by the same reference numerals in the drawings mean the same elements. Also, when it is described that a layer is “on” another layer, the layer may exist in direct contact with the other layer, or a third layer may be interposed therebetween.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1구현에 따른 방열 시트(10)는 점착층(11) 상상에 그래핀-수지 복합층(15)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the
이때 상기 그래핀-수지 복합층(15)은 층(layer), 즉 점착층(11)의 평면(또는 점착층과의 접촉면)에 대해 그래핀이 수직 방향으로 배열된 상태로 존재한다.At this time, the graphene-
그래핀의 수직 배열 구조는 결정면이 수직이 되도록 적층된 구조로서, 종래 CVD 등의 방법에 의해 제조된 그래핀이 수평으로 적층된 구조와는 구조적인 차이 뿐만 아니라 모폴로지에 있어서도 큰 차이가 있으며, 특히 열전도 특성에 차이가 있다. 즉, 수직 배열된 그래핀은 2차원적 구조를 갖는 수평 적층된 그래핀에서 기대할 수 없던 수직 방향(Z 축 방향)에서의 열전도 특성(즉, 방열 특성)을 확보할 수 있다. 이러한 그래핀의 수직 배열은 전기 분무, 자기장 또는 전기장 인가 방식에 의해 수행할 수 있으며, 이후 내용에서 자세히 설명한다.The vertical arrangement structure of graphene is a structure in which the crystal plane is stacked vertically, and there is a large difference in morphology as well as a structural difference from a structure in which graphene prepared by a conventional method such as CVD is horizontally stacked. There is a difference in heat conduction characteristics. That is, vertically arranged graphene can secure heat conduction characteristics (ie, heat dissipation characteristics) in the vertical direction (Z axis direction), which was not expected in horizontally stacked graphene having a two-dimensional structure. The vertical arrangement of graphene may be performed by electric spraying, magnetic field or electric field application method, which will be described in detail later.
사용되는 그래핀은 그 제조방법을 한정하지 않으며, 직접 제조하거나 시판되는 플레이크(flake) 형태의 그래핀을 직접 구입하여 사용이 가능하며, 그 크기는 수십 나노 미터에서 수 마이크로미터인 것이 사용될 수 있다. 일례로, 본 실시예에서는 화학적 박리법을 통해 직접 제조하여 너비가 2∼3 마이크로미터인 것을 사용하였다.The graphene used is not limited to its manufacturing method, and it is possible to directly manufacture or purchase commercially available graphene in the form of flakes, and the size of the graphene may be from several tens of nanometers to several micrometers. . As an example, in this example, a product having a width of 2 to 3 micrometers was used by directly manufacturing through a chemical exfoliation method.
이때 그래핀은 필요한 경우 자성체와 결합시켜 사용할 수 있다. 자성체는 공지된 바의 강자성체, 상자성체, 반자성체 모두가 사용 가능하며, 상기 자성체에 의해 방열 특성 뿐만 아니라 제조 공정에서 그래핀의 수직 방향으로의 배열에 대한 방향성을 더욱 높일 수 있다.At this time, graphene can be used in combination with a magnetic material if necessary. The magnetic material may be a known ferromagnetic material, a paramagnetic material, or a diamagnetic material, and by the magnetic material, not only the heat dissipation property but also the orientation of the graphene in the vertical direction in the manufacturing process can be further increased.
사용 가능한 자성체로는 Fe3O4, Fe, Ni, Co, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 사용될 수 있으며, 이들은 전구체 형태로 그래핀과 반응하여 결합된다. As a usable magnetic material, one selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe, Ni, Co, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn, and combinations thereof may be used, They react and bond with graphene in the form of a precursor.
전구체로는 각각을 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다. 일례로, Fe3O4의 경우 전구체로 FeCl2·4H2O, FeCl3·6H2O 등이 사용될 수 있다. The precursor may be one selected from the group consisting of alkoxides, chlorides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, and mixtures thereof, each containing, and is not particularly limited in the present invention. For example, in the case of Fe 3 O 4 , FeCl 2 ·4H 2 O, FeCl 3 ·6H 2 O, etc. may be used as a precursor.
이러한 자성체는 그래핀 1 중량부에 대해 0.01 내지 0.1 중량부로 사용할 수 있으며, 이러한 함량 범위 내에서 상기 언급한 효과를 확보할 수 있다.Such a magnetic material may be used in an amount of 0.01 to 0.1 parts by weight based on 1 part by weight of graphene, and the above-mentioned effects can be secured within this content range.
또한, 본 발명에서 언급하는 그래핀-수지 복합층(15) 내 수지는 그래핀의 수직 배열 상태를 고정 및 지지하기 위한 목적으로 사용한다.In addition, the resin in the graphene-
수지는 전기적으로 절연성을 갖거나 전도성을 갖는 물질 모두 사용하여 형성할 수 있다. 대표적으로, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드수지, 폴리이미드, 폴리페닐렌옥사이드, 실리콘수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르수지, 폴리에테르-에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드, 불소함유중합체, 폴리염화비닐수지, PVB(폴리비닐부티랄), PVA(폴리비닐알콜), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오즈 등 절연 특성을 갖는 고분자과 함께, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 등의 전도성을 갖는 고분자가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 PEDOT, 에폭시, 폴리아크릴레이트를 각각 사용하여 기판에 대해 그래핀을 수직 배열하도록 하였다.The resin can be formed using both electrically insulating or conductive materials. Typically, polyacrylate, polymethacrylate, polystyrene, polyester, polyolefin, polyamide resin, polyimide, polyphenylene oxide, silicone resin, phenolic resin, epoxy resin, polyurethane, polyester resin, polyether- Along with polymers having insulating properties such as ether ketone, polyphenylene sulfide, fluoropolymer, polyvinyl chloride resin, PVB (polyvinyl butyral), PVA (polyvinyl alcohol), ethyl hydroxyethyl cellulose, etc. A polymer having conductivity such as acetylene, polythiophene, and PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) may be used. In one embodiment of the present invention, PEDOT, epoxy, and polyacrylate are each used on the substrate. On the other hand, graphene was arranged vertically.
이러한 수지의 함량은 그래핀 1 중량부에 대해 수지를 0.2 내지 10 중량부로 사용한다. 만약 상기 수지의 함량이 상기 범위 미만이면 수직 배열된 그래핀의 고정 또는 지지할 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 방열 특성이 저하될 수 우려가 있다.The content of this resin is 0.2 to 10 parts by weight of the resin based on 1 part by weight of graphene. If the content of the resin is less than the above range, the vertically arranged graphene cannot be fixed or supported. Conversely, if it exceeds the above range, there is a concern that heat dissipation properties may be deteriorated.
한편, 제1구현예에 따른 방열 시트(10)의 구성 요소 중 하나인 점착층(11)은 전자 기기에 방열 시트(10)를 부착하기 위한 것으로, 표면 점착성을 갖는 물질이면 이 또한 공지된 바의 어떠한 재질도 사용 가능하다.On the other hand, the adhesive layer 11, which is one of the components of the
바람직하기로, 점착층(11)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 고무계 수지, 폴리우레탄계 수지, 초산비닐 수지, 에폭시계 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.Preferably, the adhesive layer 11 may be one selected from the group consisting of acrylic resins, silicone resins, rubber resins, polyurethane resins, vinyl acetate resins, epoxy resins, and combinations thereof.
상기 점착층(11)의 형성은 점착층 형성용 조성물을 그래핀-수지 복합층에 도포하거나 시트 제조 후 합지할 수 있다.The adhesive layer 11 may be formed by applying a composition for forming an adhesive layer to a graphene-resin composite layer or laminating after sheet manufacturing.
이때 그래핀-수지 복합층(15)과 접하지 않는 점착층(11)의 타측에는 이형 필름(미도시)을 부착한다. 상기 이형 필름은 발열 시트가 전자 기기에 부착되기 전까지 이물질이 부착되지 않도록 하며, 전자 기기에 부착시 이를 벗겨 내 사용한다.At this time, a release film (not shown) is attached to the other side of the adhesive layer 11 not in contact with the graphene-
상기 언급한 제1구현예에 따른 방열 시트(10)는 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 이때 각 전자 기기에 따라 스펙이 달라질 수 있으나, 상기 점착층(11) 및 그래핀-수지 복합층(11)은 넓은 범위의 두께로 제조될 수 있다.The
구체적으로, 점착층(11)은 그래핀-수지 복합층(15)이 표면으로 노출되지 않도록 형성되며, 그 두께는 전자 기기 발열체와의 점착력을 방해하지 않는 수준으로 하되 얇을수록 유리하며, 바람직하기로 50nm∼0.1mm, 바람직하기로 100nm∼50㎛의 두께로 형성한다.Specifically, the adhesive layer 11 is formed so that the graphene-
또한, 그래핀-수지 복합층(15)은 0.5㎛∼0.5mm, 더욱 바람직하기로 1.0㎛∼0.1mm의 두께를 갖도록 한다. 만약, 그 두께가 상기 범위 미만이면 적절한 방열 효과를 확보할 수 없고, 상기 두께를 초과하면 방열 효과가 오히려 저하되거나 크랙이 발생할 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
In addition, the graphene-
추가로, 제1구현예에 따른 방열 시트(10)는 점착층(11), 및 그래핀-수지 복합층(15) 중 어느 한 층에 열전도성 물질인 열전도성 필러를 더욱 포함할 수 있으며, 바람직하기로 그래핀-수지 복합층(15)에 포함된다.In addition, the
이러한 열전도성 필러는 탄소계 필러, 금속 필러, 금속 화합물 필러, 수지계 필러 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. The thermally conductive filler may be one selected from the group consisting of a carbon-based filler, a metal filler, a metal compound filler, a resin-based filler, and a combination thereof.
구체적으로, 탄소계 필러는 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브 등이 가능하고, 금속 필러는 금, 구리, 납, 텅스텐, 은, 동, 아연, 몰리브덴, 주석, 티탄, 알루미늄, Invar, Kovaar, 등이 가능하며, 상기 금속 필러 재질의 산화물, 수산화물, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물, 즉, 알루미나, 수산화알루미늄, 실리카, 마그네시아, 질화규소, 질화알미늄, 질화붕소, 탄화규소, 탄화알루미늄, GaAs 등이 가능하며, 수지계 필러로는 에폭시, 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 등이 가능하다. Specifically, carbon-based fillers can be carbon black, graphite, carbon nanotubes, and the like, and metal fillers are gold, copper, lead, tungsten, silver, copper, zinc, molybdenum, tin, titanium, aluminum, Invar, Kovaar, etc. It is possible, and oxides, hydroxides, carbides, nitrides, or carbonitrides of the metal filler material, that is, alumina, aluminum hydroxide, silica, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, aluminum carbide, GaAs, etc. are possible. , Epoxy, polyethylene, high-density polyethylene, etc. are possible as the resin filler.
상기 열전도성 필러는 점착층(11), 및 그래핀-수지 복합층(15)의 제조 과정 중에 첨가되거나 제조 후 일측 또는 양측에 코팅하여 사용한다.The thermally conductive filler is added during the manufacturing process of the adhesive layer 11 and the graphene-
바람직하기로, 그래핀-수지 복합층(15)에 열전도성 필러를 도입할 경우 전기 분무 공정 중 원료물질로 투입하여 사용한다. 방열 시트(10)에서 열전도성 필러는 열전도도를 높이기 위한 목적으로 사용되기 때문에, 열전도도를 감소시키지 않는 범위로 사용되어야 한다.Preferably, when introducing a thermally conductive filler into the graphene-
열전도성 필러를 도입하더라도 방열 시트가 높은 열전도성을 가짐과 동시에 낮은 열저항성을 갖고, 물리적인 안정성을 유지하여야 한다. 이러한 방열 시트(10)의 물성에 영향을 주는 열전도성 필러 인자는 입자의 형태, 입자의 크기, 첨가량 등이 있으며, 이는 최종 적용하고자 하는 방열 시트의 열전도도 스펙에 부합될 수 있을 정도로 사용한다.Even if a thermally conductive filler is introduced, the heat dissipation sheet must have high thermal conductivity, low thermal resistance, and maintain physical stability. Thermally conductive filler factors that affect the physical properties of the
열전도성 필러는 구형, 로드형, 플레이크형 등 다양한 형태가 가능하나 열 흐름을 좋게 하여 열전도도를 높이기 위해선 구형의 필러를 사용한다.Thermally conductive fillers can be in various shapes such as spherical, rod type, and flake type, but a spherical filler is used to improve thermal conductivity by improving heat flow.
입자 크기의 경우 입자 크기가 커지고 사용 함량이 증가함에 따라 열전도도가 높아지나 온도가 높아질수록 열전도도가 오히려 감소하게 되므로, 열전도성 필러의 입자 크기 및 사용 함량의 제어가 필요하며, 이는 재질에 따라 약간의 변형이 가능하다. In the case of particle size, the thermal conductivity increases as the particle size increases and the content used increases, but the thermal conductivity rather decreases as the temperature increases.Therefore, it is necessary to control the particle size and content of the thermal conductive filler. Some variations are possible.
바람직하기로, 열전도성 필러는 금속, 금속 화합물 및 수지계 필러 구형 입자의 경우 10nm∼50㎛을 사용하고, 카본나노튜브와 같은 로드나 플레이크형 탄소계 필러의 경우 길이가 600nm∼1mm인 것을 사용하며, 그 함량은 한정하지 않는다.
Preferably, the thermally conductive filler is 10 nm to 50 μm in the case of spherical particles of metal, metal compound and resin filler, and in the case of a rod or flake-type carbon-based filler such as carbon nanotubes, a length of 600 nm to 1 mm is used. , The content is not limited.
또한, 본 발명에 따른 방열 시트는 방열 효과를 높이기 위해 금속층을 더욱 포함한다. 상기 금속층은 그래핀-수지 복합층의 상부 또는 하부에 설치될 수 있으며, 바람직하기로 그래핀의 수직 방향으로의 방열 효과를 위해 점착층과 그래핀-수지 복합층 사이에 위치한다.In addition, the heat dissipation sheet according to the present invention further includes a metal layer to increase the heat dissipation effect. The metal layer may be installed above or below the graphene-resin composite layer, and is preferably positioned between the adhesive layer and the graphene-resin composite layer for a heat dissipation effect in the vertical direction of the graphene.
도 2는 본 발명의 제2구현예에 따른 방열 시트를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a heat dissipation sheet according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 방열 시트는 점착층(11)과 그래핀-수지 복합층(15) 사이에 금속층(13)이 위치한다. Referring to FIG. 2, in the heat dissipation sheet, a
금속층(13)은 금속, 세라믹, 또는 금속이 피복된 고분자 성형체가 사용될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 구리, 주석, 아연, 텅스텐, 철 및 은 등으로부터 선택된 1종의 순수 금속, 또는 상기 금속들 중에서 2종 이상이 선택되어 구성된 합금으로부터 성형된 금속 성형체가 사용될 수 있다. 또한, 탄산칼슘(CaCO3), 산화알루미늄(Al2O3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물로부터 성형된 세라믹 성형체가 가능하다.The
상기 금속층(13)은 시트 또는 박막 형태로 사용될 수 있으며, 노트북용으로는 0.1mm 이하의 두께, 구체적으로는 0.01∼0.1mm범위의 두께를 가질 수 있으며, 플라즈마 디스플레이용으로는 0.1mm 이상의 두께, 구체적으로는 0.1∼5.0mm범위의 두께를 가질 수 있으며, 모바일 기기용으로는 0.005∼0.1mm범위의 두께를 가질 수 있다.
The
전술한 바의 본 발명의 제1 및 제2구현예에 따른 방열 시트는 다양한 방법으로 제조가 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.The heat dissipation sheet according to the first and second embodiments of the present invention as described above can be manufactured by various methods, and is not particularly limited in the present invention.
구체적으로, 층의 평면에 대해 그래핀이 수직 배열된 그래핀-수지 복합층을 준비하는 단계; 및 상기 그래핀-수지 복합층 상에 점착층을 형성하는 단계를 거쳐 본 발명에 따른 방열 시트를 제조한다.Specifically, preparing a graphene-resin composite layer in which graphene is vertically arranged with respect to the plane of the layer; And through the step of forming an adhesive layer on the graphene-resin composite layer to prepare a heat radiation sheet according to the present invention.
그래핀-수지 복합층의 제조는 건식 또는 습식 코팅 방법 모두 사용될 수 있으며, 바람직하기로 습식 코팅 방법이 가능하다. 특히, 그래핀을 수직 방향으로 배열하기 위해서 전기 분무, 자기장 및 전기장을 인가하는 방법이 바람직하게 사용된다.The graphene-resin composite layer may be prepared by either a dry or wet coating method, preferably a wet coating method. In particular, in order to arrange graphene in a vertical direction, a method of applying an electric spray, a magnetic field, and an electric field is preferably used.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 그래핀-수지 복합층은 그래핀 및 바인더를 포함하는 용액을 제조한 후, 상기 용액을 금속층 상에 전기 분무하여 그래핀을 수직방향으로 배열시킨다.According to an embodiment of the present invention, after preparing a solution including graphene and a binder in the graphene-resin composite layer, the solution is electrosprayed on the metal layer to arrange the graphene in a vertical direction.
그래핀은 에지를 따라 전자가 이송되는 전기적 특성이 있기 때문에, 전기 분무 공정시 인가되는 전기장의 흐름에 의해 그래핀이 금속층 상에 적층시 그래핀의 방향성을 조절할 수 있다. Since graphene has an electrical characteristic in which electrons are transported along the edge, the directionality of graphene can be adjusted when graphene is deposited on a metal layer by the flow of an electric field applied during the electrospray process.
전기 분무는 그래핀 용액과 바인더 용액을 혼합 사용하거나 각각 준비하고, 노즐이 구비된 전기 분무 장치를 이용하여 상기 기판 상에 바인더 용액과 그래핀 용액을 순차적으로 전기 분무 후 건조하는 단계를 거쳐 수행한다.Electrospraying is performed by mixing or preparing a graphene solution and a binder solution, respectively, and sequentially electrospraying the binder solution and the graphene solution on the substrate using an electric spray device equipped with a nozzle, followed by drying. .
이때 전기 분무는 통상의 전기 분무 장치가 사용될 수 있으며, 본 발명에서 그 구성을 특별히 한정하지는 않는다. 다만, 그래핀의 수직 방향으로의 배열을 용이하게 하기 위해 일부 공정 파라미터를 한정한다. 바람직하기로, 전기 분무는 전압을 5∼50V에서 수행하고, 그래핀/바인더 용액을 주입하는 시린지를 5∼20cm의 거리로 기판과 이격하여 배치하고, 분무 유량을 0.01 ml/h∼5 ml/h에서 수행한다. 또한, 시린지의 노즐 직경이 0.005∼0.5mm인 분무 장치를 사용한다.In this case, a conventional electric spray device may be used as the electric spray, and the configuration is not particularly limited in the present invention. However, some process parameters are limited in order to facilitate the arrangement of graphene in the vertical direction. Preferably, electric spraying is carried out at a voltage of 5 to 50 V, a syringe for injecting a graphene/binder solution is placed at a distance of 5 to 20 cm apart from the substrate, and the spray flow rate is 0.01 ml/h to 5 ml/ run on h In addition, a spray device having a nozzle diameter of 0.005 to 0.5 mm is used.
건조는 15∼200℃에서 수행한다.
Drying is carried out at 15 to 200°C.
본 발명의 다른 구현예에서는 수직 방향으로 전기 전도 특성을 갖는 그래핀의 특성을 이용한 것으로, 자기장 인가를 통한 그래핀의 수직 방향으로 배열하는 방법이다.In another embodiment of the present invention, the characteristic of graphene having electrical conduction characteristics in a vertical direction is used, and a method of arranging graphene in a vertical direction through application of a magnetic field.
구체적으로, 그래핀 및 바인더를 포함하는 코팅액을 제조하고, 상기 코팅액을 금속층 상에 코팅한 다음, 이를 N극과 S극 사이에 배치하고 자기장을 인가하여 그래핀을 수직 방향으로 배열한 후 경화를 수행한다.Specifically, a coating solution containing graphene and a binder is prepared, the coating solution is coated on a metal layer, and then the coating solution is placed between the N and S electrodes, and a magnetic field is applied to arrange the graphene in a vertical direction, and then curing is performed. Perform.
이때 자기장의 인가는 상-하 방향으로 자기장을 걸어 그래핀을 수직으로 배열시키며, 상기 자기장을 걸어주기 위한 수단으로는 자성체, 바람직하기로 이전에서 언급한 강자성체를 결합하여 사용한다. At this time, the magnetic field is applied by applying a magnetic field in an up-down direction to vertically arrange graphene, and as a means for applying the magnetic field, a magnetic material, preferably a ferromagnetic material mentioned previously, is used in combination.
바람직하기로, 상기 코팅액은 점도가 10 내지 20,000cP이고, 그래핀이 0.1 내지 50 중량% 농도로 포함되도록 한다. 또한, 자기장의 인가는 Br 10.0∼15.0 G(gauss), Hc 11∼13 KOe, BH(max) 20∼50 MGOe,및 밀도 7∼8 하에서 상-하 방향 자장 인가 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.Preferably, the coating solution has a viscosity of 10 to 20,000 cP, and graphene is included in a concentration of 0.1 to 50% by weight. In addition, the application of the magnetic field is preferably performed by applying a magnetic field in the up-down direction under Br 10.0 to 15.0 G (gauss), Hc 11 to 13 KOe, BH (max) 20 to 50 MGOe, and density 7 to 8.
코팅액의 건조는 통상 15∼200℃에서 수행하며, 이 온도에서 경화 공정 또한 수행할 수 있다. 경화는 열경화 또는 광경화가 가능하며, 이때 경화 메카니즘에 따른 경화제, 촉매 등은 공지된 바의 조성을 따르며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.Drying of the coating solution is usually performed at 15 to 200°C, and a curing process may also be performed at this temperature. The curing may be thermal curing or photocuring, and at this time, the curing agent, catalyst, etc. according to the curing mechanism follow a known composition and are not particularly limited in the present invention.
도 3은 실시예 2에서 제조된 그래핀-수지 복합층의 주사전자현미경 사진으로, 자기장 인가를 통해 수직 방향으로 배열된 그래핀을 보여준다.
3 is a scanning electron micrograph of the graphene-resin composite layer prepared in Example 2, showing graphenes arranged in a vertical direction through application of a magnetic field.
본 발명의 다른 구현예에서는 수직 방향으로 전기 전도 특성을 갖는 그래핀의 특성을 이용한 것으로, 전기장 인가를 통한 그래핀의 수직 방향으로 배열하는 방법이다.In another embodiment of the present invention, the characteristic of graphene having electrical conduction characteristics in a vertical direction is used, and a method of arranging graphene in a vertical direction through application of an electric field.
구체적으로, 그래핀 및 바인더를 포함하는 코팅액을 제조하고, 상기 코팅액을 금속층 상에 코팅한 다음, 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 배치한 후 여기에 전류을 주입하여 그래핀을 수직 방향으로 배열한 후 경화를 수행한다.Specifically, a coating solution containing graphene and a binder is prepared, the coating solution is coated on a metal layer, and then placed between an anode and a cathode, and current is injected thereto to transfer graphene in a vertical direction. After arranging, curing is performed.
이때 전기장의 인가는 상-하 방향으로 AC 또는 DC 전류를 인가하여 그래핀을 수직으로 배열시키며, 필요한 경우 상기 코팅액에 자성체, 바람직하기로 강자성체를 결합하여 사용한다. At this time, the electric field is applied by applying AC or DC current in the up-down direction to vertically arrange graphene, and if necessary, a magnetic material, preferably a ferromagnetic material, is combined with the coating solution to be used.
바람직하기로, 상기 코팅액은 점도가 10 내지 20,000cP이고, 그래핀이 0.1 내지 50 중량% 농도로 포함되도록 한다. 또한, 전기장의 인가는 0.01mA 내지 100mA를 상-하 방향 전류 인가 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.Preferably, the coating solution has a viscosity of 10 to 20,000 cP, and graphene is included in a concentration of 0.1 to 50% by weight. In addition, it is preferable to apply the electric field by applying a current of 0.01 mA to 100 mA in the up-down direction.
코팅액의 건조는 통상 15∼200℃에서 수행하며, 이 온도에서 경화 공정 또한 수행할 수 있다. 경화는 열경화 또는 광경화가 가능하며, 이때 경화 메카니즘에 따른 경화제, 촉매 등은 공지된 바의 조성을 따르며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
Drying of the coating solution is usually performed at 15 to 200°C, and a curing process may also be performed at this temperature. The curing may be thermal curing or photocuring, and at this time, the curing agent, catalyst, etc. according to the curing mechanism follow a known composition and are not particularly limited in the present invention.
상기 언급한 전기 분무, 자기장 및 전기장 인가를 통해 수직 배열된 그래핀을 포함하는 그래핀-수지 복합층의 제조에 사용하는 용매는 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 대표적으로, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 다이에틸렌글리콜다이메틸에테르, 다이에틸렌글리콜다이메틸에틸에테르, 메틸메톡시프로피오네이트, 에틸에톡시프로피오네이트(EEP), 에틸락테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸아이소부틸케톤, 사이클로헥사논, 디메틸포름아마이드 (DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), γ-부티로락톤, 다이에틸에테르, 에틸렌글리콜다이메틸에테르, 디글라임(Diglyme), 테트라하이드로퓨란(THF), 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 자이렌, 헥산, 헵탄, 옥탄 등이 있으며, 이들을 각각 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 디메틸포름아마이드를 사용하였다.The solvent used for preparing the graphene-resin composite layer including graphene vertically arranged through the aforementioned electric spray, magnetic field and electric field application is not particularly limited in the present invention. Typically, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, ethyl acetate, butyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ethyl ether, methyl methoxy propionate, ethyl ethoxy propionate ( EEP), ethyl lactate, propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol methyl ether, propylene glycol propyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol methyl acetate, diethylene glycol ethyl acetate, Acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), γ-butyro Lactone, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diglyme, tetrahydrofuran (THF), methyl cellosolve, ethyl cellosolve, diethyl ether, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol ethyl ether , Dipropylene glycol methyl ether, toluene, xylene, hexane, heptane, octane, and the like. These may be used individually or in combination, and dimethylformamide was used in the present invention.
상기 용매의 함량은 그래핀 1 중량부에 대하여 0.5 내지 1000 중량부의 범위로 사용할 수 있으며, 상기 언급한 농도 범위로 제조될 수 있도록 적절히 사용한다. The content of the solvent may be used in the range of 0.5 to 1000 parts by weight based on 1 part by weight of graphene, and it is appropriately used so that it can be prepared in the above-mentioned concentration range.
이때 전기 분무를 위한 조성물, 또는 자기장 및 전기장 인가를 위한 코팅액은 상기 언급한 바의 자성체, 탄소계 필러, 금속 필러, 금속 화합물 필러, 수지계 필러를 더욱 포함할 수 있고, 추가로 촉매, 경화제, 보조 경화제, 개시제, 계면활성제와 가소제, 증점제, 희석제 등과 같은 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.
At this time, the composition for electric spraying or the coating solution for applying a magnetic field and an electric field may further include a magnetic material, a carbon-based filler, a metal filler, a metal compound filler, and a resin-based filler, and additionally, a catalyst, a curing agent, and an auxiliary agent. It may further include additives such as a curing agent, an initiator, a surfactant and a plasticizer, a thickener, and a diluent.
상기 언급한 바의 방법을 통해 금속층(13)에 그래핀-수지 복합층(15)을 형성한 다음, 상기 그래핀-수지 복합층(15)이 형성되지 않은 금속층(13)의 이형 필름이 형성된 점착층(11)을 부착한다. 일례로, 아크릴 수지 등의 점착성 물질을 이형 필름 상에 페이스트 상으로 얇게 코팅한 후 경화시켜 점착 시트 형태로 제조 후 금속층(13)과 합지할 수 있다.After forming the graphene-
본 발명에 따른 방열 시트는 그래핀의 구조 상 종래 2차원적으로 열전도가 일어나 방열 기능을 수행하던 것과 달리 그래핀이 수직 배열됨에 따라 3차원적(수직방향 또는 Z 방향)으로도 열전도가 향상되어 방열 기능이 요구되는 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다.The heat dissipation sheet according to the present invention improves heat conduction in three dimensions (vertical direction or Z direction) as graphene is vertically arranged, unlike conventional two-dimensional heat conduction due to the structure of graphene to perform heat dissipation function. It can be applied to various electronic devices requiring a heat dissipation function.
예를 들면, 노트북, 모바일, TV, 인쇄회로기판(PCB), LED 등 다양한 전자 제품에 적용하여 열 전달을 원활히 해줘 종래 전자 기기의 구동시 발생하는 열을 효과적으로 방출함으로써 종래 열로 인해 발생하던 기기의 오동작을 저감하고 신뢰성을 높이며 수명 또한 증가시킨다.For example, it is applied to various electronic products such as laptops, mobiles, TVs, printed circuit boards (PCBs), LEDs, etc. to facilitate heat transfer, effectively dissipating heat generated during driving of conventional electronic devices. It reduces malfunction, increases reliability, and increases life.
더욱이, 상기 방열 시트의 그래핀-수지 복합층을 제조하기 위한 전기 분무 방법은 종래 증착을 위한 고가 장비와 비교하여 비용 측면에서도 이점이 있을 뿐만 아니라 제조시간 또한 단축시킬 수 있고 상온 상압에서 공정이 가능함에 따라 대량 생산 공정에 쉽게 적용할 수 있다.
Moreover, the electrospray method for manufacturing the graphene-resin composite layer of the heat dissipation sheet has advantages in terms of cost compared to the conventional expensive equipment for deposition, as well as shortening the manufacturing time, and the process is possible at room temperature and pressure. It can be easily applied to mass production processes according to
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of
이하 본 발명을 실시예를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are only examples for explaining the present invention, but the present invention is not limited thereto.
[실시예][Example]
실시예 1: 전기 분무를 통한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Example 1: Preparation of a heat dissipating sheet having a graphene-resin composite layer formed through electric spraying
먼저, 금속층으로 두께 80㎛의 알루미늄(Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄(Al) 박막의 한 면에 전기 분무 공정을 통해 10㎛ 두께의 그래핀-수지 복합층을 형성하였다. First, an aluminum (Al) thin film having a thickness of 80 μm was prepared as a metal layer, and a graphene-resin composite layer having a thickness of 10 μm was formed on one surface of the aluminum (Al) thin film through an electrospray process.
전기 분무 공정을 통한 그래핀-수지 복합층은 그래핀 0.001g을 DMF 1ml에 분산시켜 그래핀 용액을 준비하고, PEDOT 1g과 DMF 5ml을 용해시켜 바인더 용액을 준비하였다. 상기 그래핀 용액과 바인더 용액은 전기 분무 장치의 시린지에 각각 주입하였다. 기판 상에 상기 알루미늄을 장착한 후, 시린지의 니들과 기판과의 거리를 10cm로 조절한 후, 니들과 기판 사이에 20 kV의 전기장을 인가하여 증착을 수행하였다. 바인더 용액으로 기판 상에 5분 동안 증착을 수행한 다음, 그래핀 용액을 전기 분무한 후, 100℃에서 건조하여 알루미늄 박막 상에 그래핀-수지 복합층을 형성하였다.The graphene-resin composite layer through the electrospray process was prepared by dispersing 0.001 g of graphene in 1 ml of DMF to prepare a graphene solution, and dissolving 1 g of PEDOT and 5 ml of DMF to prepare a binder solution. The graphene solution and the binder solution were respectively injected into a syringe of an electric spray device. After mounting the aluminum on the substrate, the distance between the needle of the syringe and the substrate was adjusted to 10 cm, and then an electric field of 20 kV was applied between the needle and the substrate to perform deposition. After performing deposition on the substrate with a binder solution for 5 minutes, the graphene solution was electrosprayed and dried at 100° C. to form a graphene-resin composite layer on the aluminum thin film.
이어, 아크릴 점착제를 그래핀-수지 복합층이 형성되지 않은 알루미늄 박막의 타측에 30㎛ 두께로 그라비아 코팅 후 경화하여 점착층을 형성하여, 아크릴 점착층/Al 박막/그래핀-수지 복합층으로 이루어진 방열 시트를 제작하였다.Then, the acrylic adhesive was gravure coated on the other side of the aluminum thin film on which the graphene-resin composite layer was not formed, and then cured to form an adhesive layer to form an adhesive layer, consisting of an acrylic adhesive layer/Al thin film/graphene-resin composite layer. A heat dissipation sheet was produced.
실시예 2: 자기장 인가를 통한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Example 2: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed by applying a magnetic field
그래핀 0.1g, 에폭시 수지 0.7g, 경화제(Igacure 2959) 0.03g, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(희석제) 0.3g을 혼합하여 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 80㎛ 두께의 알루미늄(Al) 기판 상에 닥터 블레이드법으로 코팅하여 코팅막을 형성하였다.A coating solution was prepared by mixing 0.1 g of graphene, 0.7 g of epoxy resin, 0.03 g of curing agent (Igacure 2959), and 0.3 g of trimethylolpropane triacrylate (diluent). The coating solution was coated on an aluminum (Al) substrate having a thickness of 80 μm by a doctor blade method to form a coating film.
코팅막이 형성된 알루미늄 기판을 자석이 상하 배치된 장치에 배치하고, Br :12.8∼14.0 G, Hc : 12∼14.9 KOe, BH(max) : 20∼40 MG.Oe, 및 밀도 : 7.58 조건으로 자장을 걸어주었다. 이에 UV로 3분 동안 조사하여 수지를 경화하였다.The aluminum substrate on which the coating film was formed was placed in a device in which magnets were arranged above and below, and a magnetic field was applied under the conditions of Br: 12.8 to 14.0 G, Hc: 12 to 14.9 KOe, BH(max): 20 to 40 MG.Oe, and density: 7.58. Walked. This was irradiated with UV for 3 minutes to cure the resin.
이어 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴 점착제를 이용하여 방열 시트를 제조하였다.Then, in the same manner as in Example 1, a heat dissipation sheet was manufactured using an acrylic adhesive.
실시예 3: 자기장 인가를 통한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Example 3: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed by applying a magnetic field
그래핀 대신 Fe3O4 결합 그래핀을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 방열 시트를 제조하였다. 이때 그래핀의 Fe3O4의 결합은 FeCl2ㅇ4H2O 전구체 수용액에 그래핀을 첨가 후 30분 동안 교반하고, 여기에 암모니아를 첨가하여 수행하였다.Except for using the Fe 3 O 4 bonded graphene instead of graphene, a heat dissipation sheet was manufactured in the same manner as in Example 2 above. At this time, the binding of Fe 3 O 4 of graphene was performed by adding graphene to the FeCl 2 ㅇ4H 2 O precursor aqueous solution, stirring for 30 minutes, and adding ammonia thereto.
실시예 4: 전기장 인가를 통한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Example 4: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed by applying an electric field
그래핀 0.1g, 에폭시 수지 0.7g, 경화제(Igacure 2959) 0.03g, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(희석제) 0.3g을 혼합하여 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 80㎛ 두께의 알루미늄(Al) 기판 상에 닥터 블레이드법으로 코팅하여 코팅막을 형성하였다.A coating solution was prepared by mixing 0.1 g of graphene, 0.7 g of epoxy resin, 0.03 g of curing agent (Igacure 2959), and 0.3 g of trimethylolpropane triacrylate (diluent). The coating solution was coated on an aluminum (Al) substrate having a thickness of 80 μm by a doctor blade method to form a coating film.
코팅막이 형성된 알루미늄 기판을 양극 및 음극이 상하 배치된 장치에 배치하고, DC 전압을 걸고 2mA 전류를 인가하였다. 이에 UV로 3분 동안 조사하여 수지를 경화하였다.The aluminum substrate on which the coating film was formed was placed in an apparatus in which an anode and a cathode were arranged above and below, and a DC voltage was applied and a 2mA current was applied. This was irradiated with UV for 3 minutes to cure the resin.
이어 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴 점착제를 이용하여 방열 시트를 제조하였다.Then, in the same manner as in Example 1, a heat dissipation sheet was manufactured using an acrylic adhesive.
비교예 1: 분무 코팅에 의한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Comparative Example 1: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed by spray coating
전기 분무 대신 분무 코팅을 수행하여 그래핀-수지 복합층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 방열 시트를 제작하였다.A heat dissipation sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that spray coating was performed instead of electric spraying to form a graphene-resin composite layer.
비교예 2: 단순 코팅에 의한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Comparative Example 2: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed by simple coating
자기장 인가 없이 그래핀-수지 복합층을 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 수행하여 방열 시트를 제작하였다. A heat dissipating sheet was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the graphene-resin composite layer was formed without applying a magnetic field.
비교예 3: 그라파이트를 사용한 그래핀-수지 복합층이 형성된 방열 시트 제조Comparative Example 3: Preparation of a heat dissipation sheet having a graphene-resin composite layer formed using graphite
그래핀 대신 그라파이트를 사용한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 수행하여 방열 시트를 제작하였다. Except for using graphite instead of graphene, a heat dissipation sheet was manufactured in the same manner as in Example 2.
실험예 1: 방열성 평가Experimental Example 1: Evaluation of heat dissipation
열원(LED 램프)이 설치된 알루미늄 샤시를 피시험체로 하여, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 시편에 대하여 방열성을 평가하였다. 초기 100℃로 설정된 피시험체에 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 시편을 붙이고, 1시간 후의 피시험체 온도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Using an aluminum chassis equipped with a heat source (LED lamp) as a test object, heat dissipation was evaluated for the specimens according to each of the Examples and Comparative Examples. Specimens according to the above examples and comparative examples were attached to the test object initially set at 100° C., and the temperature of the test object after 1 hour was measured. The results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조한 방열 시트의 경우 단순 분무 또는 단순 코팅한 비교예 1, 2의 방열 시트에 비해 온도를 효과적으로 낮출 수 있음을 알 수 있다. As shown in Table 1, in the case of the heat dissipation sheet prepared in Examples 1 to 4 of the present invention, it can be seen that the temperature can be effectively lowered compared to the heat dissipation sheet of Comparative Examples 1 and 2 simply sprayed or simply coated.
또한, 실시예 2와 비교예 3을 비교하면, 재질 면에서도 그래핀을 사용한 경우 열전도도 특성이 더욱 우수함을 알 수 있다.
In addition, when comparing Example 2 and Comparative Example 3, it can be seen that the thermal conductivity properties are more excellent when graphene is used in terms of material.
본 발명에 따른 방열 시트는 다양한 전자 기기 제품에 적용 가능하다.
The heat dissipation sheet according to the present invention can be applied to various electronic device products.
10: 방열 시트 11: 점착층
13: 금속층 15: 그래핀-수지 복합층 10: heat dissipation sheet 11: adhesive layer
13: metal layer 15: graphene-resin composite layer
Claims (13)
상기 그래핀-수지 복합층은 층의 평면에 대해 그래핀이 수직 배열되고,
상기 그래핀은 Fe3O4, Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 자성체와 결합된 것을 특징으로 하는 방열 시트.It has an adhesive layer, and a graphene-resin composite layer formed on the adhesive layer,
In the graphene-resin composite layer, graphene is vertically arranged with respect to the plane of the layer,
The graphene is characterized in that combined with one type of magnetic material selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn, and combinations thereof Heat dissipation sheet.
상기 그래핀-수지 복합층 상에 점착층을 형성하는 단계를 포함하여 제조하고,
상기 그래핀은 Fe3O4, Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 자성체와 결합된 것을 특징으로 하는 제1항의 방열 시트의 제조방법.Preparing a graphene-resin composite layer in which graphene is vertically arranged with respect to the plane of the layer;
And forming an adhesive layer on the graphene-resin composite layer,
The graphene is characterized in that combined with one type of magnetic material selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe, Al, Cr, Mo, Na, Ti, Cu, Au, Si, Ag, Zn, and combinations thereof The method of manufacturing the heat dissipation sheet of claim 1.
The method of claim 11, wherein the adhesive layer is formed by applying the adhesive layer-forming composition to the graphene-resin composite layer or laminating after the sheet is manufactured.
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