KR102463506B1 - 금속-탄소 복합체 및 이를 포함하는 고 열전도성 방열소재 - Google Patents
금속-탄소 복합체 및 이를 포함하는 고 열전도성 방열소재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 다공성 촉매를 제공하는 단계; 상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계; 상기 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계; 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 금속을 위치시키고 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계; 를 포함하는 금속-탄소 복합체의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 금속-탄소 복합체의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 금속-탄소 복합체 내부에 탄소소재 세부 네트워크를 형성하는 3 차원 탄소 구조체를 포함하고, 기공률이 감소되는 금속-탄소 복합체의 제조방법, 이에 의하여 제조되는 금속-탄소 복합체 및 상기 금속-탄소 복합체를 포함하는 높은 열전도도 및 이방성을 최소화할 수 있는 방열소재에 관한 것이다.
최근 자동차, 전기전자 분야 등에서 사용되고 있는 전자 기기는 경량화, 박형화, 소형화, 다기능화가 추구되고 있다. 이러한 전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하는데, 이러한 방출 열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다.
방열은 차세대의 5G/6G, 전기자동차 등에 활용되는 소자 구현을 위해 필수적인 기술이고, 방열소재는 디바이스의 가동 중에 발생되는 열을 가능한 빠르게 외부로 방출시키기 위한 목적으로 사용되는 소재이다.
일반적으로 전자소자의 열을 제거하는데 이용되는 방열소재는 주로 금속으로, 높은 열 전도도를 갖는 구리 또는 낮은 단가를 갖는 알루미늄을 주로 사용한다. 그러나, 보다 높은 열 전도도를 위하여 다른 물질과 복합체를 만들어 보다 우수한 열 전도도를 갖도록 하는 연구가 계속되고 있고, 탄소구조체 중에 하나인 그래핀, 다이아몬드, 탄소나노튜브, 풀러렌 등을 이용한 복합소재 제조 연구가 이루어지고 있다.
이러한 방열 소재는 금속과 탄소소재라는 이종 소재를 혼합하여 제조하게 되므로 서로 다른 재질의 재료를 혼합하는 과정에서 발생되는 불균일성을 가능한 억제하여 고밀도 및 균일 물성을 나타내어야 하며, 이에 따라 탄소소재를 금속내에 균일 분산하는 기술과 배향성을 향상시키는 기술이 중요하다.
종래 탄소소재 및 금속을 포함하는 복합소재들은 탄소소재와 금속이 상기 복합소재 내부에서 서로 연결되어 있지 않거나 기계적인 힘으로 연결되어 있어서, 계면에서의 열 전달 손실이 매우 크게 발생하고, 상기 복합소재 내부의 탄소소재의 배향성에 따라 열전도도의 이방성이 크게 나타나는 문제점이 있었다. 최근에는 탄소나노소재를 활용한 복합소재의 응용에 대한 많은 연구 개발이 되고 있으나, 종래 복합소재가 가지는 이방성 등의 문제점은 아직 해결되지 않았다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 원자간 화학적 결합을 형성하고 있는 높은 열전도도와 이방성을 최소화할 수 있는 새로운 구조의 소재 개발이 필요하다.
본 발명의 일 과제는 금속-탄소 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 상기 제조방법을 이용하여 제조된 금속-탄소 복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 과제는 상기 금속-탄소 복합체가 포함된 고 열전도성 방열 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는 다공성 촉매를 제공하는 단계; 상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계; 상기 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계; 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 금속을 충진시키고 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계;를 포함하는 금속-탄소 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다공성 촉매는 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 다공성 촉매의 기공률은50 % 내지 99 %일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다공성 촉매의 기공 크기는 10 nm내지 1 cm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소 소재는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소 소재를 합성시키는 단계는, 5 초 내지 10 시간 동안 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔 중 어느 하나의 탄소공급원을 주입하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소 소재를 합성시키는 단계는, 200 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소 소재를 합성시키는 단계 이후에, 표면에 탄소 소재가 합성된 다공성 촉매를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 냉각하는 단계는 1분 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 3 차원 탄소 구조체를 형성하는 단계는, 염산, 질산, 황산 또는 이들을 포함하여 구성되는 산성 화합물 중 어느 하나를 이용하여 다공성 촉매를 제거하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계 및 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계 사이에, 상기 3 차원 다공성 탄소결정 구조체의 표면에 계면금속을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 계면금속은 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 계면금속을 증착하는 단계에서, 증착되는 계면금속의 두께는 1 nm 내지 100 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서, 침투되는 금속 분말은 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서, 상기 다공성 탄소 구조체 내부에 충진되어 복합화된 금속은 금속분말 또는 금속층 형태이고, 상기 금속분말의 크기 또는 금속층의 두께는 10 nm 내지 1 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는, 열처리, 가압처리, 전해도금, 무전해도금, 플라즈마 처리 및 고주파 처리 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는, 몰드를 이용하여 수행되고, 상기 몰드의 형태는 다각형의 블록 형태, 구 형태, 관 형태, 선 형태 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는, 5 초 내지 10 시간 동안 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔 중 어느 하나의 탄소공급원을 주입하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는, 200 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서, 상기 금속-탄소 복합체 내부에 탄소소재 세부 네트워크가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계 이후에, 형성된 금속-탄소 복합체를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 냉각하는 단계는 1 분 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 감소시키는 단계는, 열간 프레스, 냉간 프레스, 방전 플라즈마 소결, 전기 소결 단조, 무압 소결 및 마이크로파 소결 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계에서 조절된 금속-탄소 복합체의 기공률은 0 % 내지 80 %일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 제조방법을 이용하여 제조된 금속-탄소 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체의 기공률은 10 % 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체는 상기 금속-탄소 복합체 100 wt%에 대하여 0.001 wt% 내지 50 wt%의 탄소소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 금속-탄소 구조체를 포함하는 고 열전도성 방열소재를 제공한다.
본 발명이 제공하는 금속-탄소 복합구조체의 제조방법은 기공률을 감소시키는 단계를 포함하는 바, 금속 내부에 유기적으로 연결되어 함입된 탄소소재를 포함하고 1 % 미만의 기공률을 가지는 금속-탄소 복합체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 3 차원 다공성 탄소 구조체에 금속을 충진시키는 방법을 이용하여 수행되는 바, 단순히 몰드의 형태를 바꾸는 것만으로도 형태를 바꿀 수 있어, 다양한 형태의 금속-탄소 복합체를 빠르게 대량 생산하기에 적합하다.
또한, 본 발명의 제조방법은 3 차원 탄소 구조체를 합성하기 위한 촉매의 밀도를 조절하여 내부의 3 차원 탄소 구조체의 구조 및 부피 비율을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 촉매의 종류에 따른 상이한 용해도를 이용하고, 금속의 종류를 상이하게 함으로써, 금속-탄소 복합구조체의 내부 구성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속-탄소 복합구조체는 금속 내부에 유기적으로 연결된 탄소소재를 포함하고, 상기 금속-탄소 복합구조체 내부에 탄소소재가 함입되어, 열전도도 특성이 향상되고, 그로 인해 우수한 방열 능력을 가질 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 금속-탄소 복합구조체는 고 열전도성 방열 소재에 사용될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 금속-탄소 복합체 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 3 차원 다공성 탄소 구조체의 공극에 금속 분말이 침투된 상태의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 기공률이 감소된 금속-탄소 복합체의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 금속-탄소 복합체의 제조방법의 각 제조 단계의 모식도 및 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 3 차원 다공성 탄소 구조체의 라만 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 열확산도를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 열전도도를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 3 차원 다공성 탄소 구조체의 공극에 금속 분말이 침투된 상태의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 기공률이 감소된 금속-탄소 복합체의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 금속-탄소 복합체의 제조방법의 각 제조 단계의 모식도 및 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 3 차원 다공성 탄소 구조체의 라만 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 열확산도를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 열전도도를 비교한 그래프이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 발명의 일 양태는 금속-탄소 복합체의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 다공성 촉매를 제공하는 단계(S10); 상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계(S20); 표면에 탄소 소재가 합성된 다공성 촉매를 냉각하는 단계(S30); 상기 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계(S40); 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 표면에 계면금속을 형성하는 단계(S50); 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 내부에 금속을 충진시키고, 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60); 상기 금속-탄소 복합체를 냉각하는 단계(S70); 및 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계(S80);를 포함한다.
먼저, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 다공성 촉매를 제공하는 단계(S10)를 포함한다.
상기 다공성 촉매는 이후의 공정에서, 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하기 위하여 사용되는 것으로, 표면에 탄소소재가 합성되기에 용이하고, 탄소소재와 분리되어 제거되기 쉬운 물질, 예를 들면, Ti(티타늄), Cr(크롬), Ni(니켈), Fe(철), Cu(구리), Al(알루미늄), Au(금), Ag(은), Zn(아연), Co(코발트), Pt(백금), Zr(지르코늄), V(바나듐), Rh(로듐), Ru(루테늄) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 예를 들면, 니켈을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 다공성 촉매의 기공크기는 10 nm 내지 1 cm이고, 기공률은 50 % 내지 99 %이고, 다각형의 블록형태, 구 형태, 관 형태, 선 형태 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 다공성 촉매를 제공하는 단계(S10)에서 제공되는 다공성 촉매는 이후, 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하기 위한 것으로, 상기 다공성 촉매의 기공크기, 기공률 및 형태는 3 차원 다공성 탄소 구조체의 기공크기, 기공률 및 형태를 조절하는 인자가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 예를 들면, 상기 다공성 촉매를 제공하는 단계(S10)에서 제공되는 다공성 촉매는 가로세로 2 cm, 높이 1 cm, 기공률 80 %, 기공크기가 평균 0.3 mm인 3 차원 블록형태의 니켈 폼일 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 다공성 촉매의 밀도를 조절하여 내부의 3 차원 탄소 구조체의 구조 및 부피 비율을 조절할 수 있고, 상기 다공성 촉매의 종류에 따른 상이한 용해도를 이용하여, 제조되는 금속-탄소 복합구조체의 내부 탄소소재의 구성을 조절할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다공성 촉매 표면에 형성되는 탄소소재는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 그래핀일 수 있다.
상기 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양으로 연결된 얇은 막 구조 형태의 탄소소재로, 물리적, 화학적 안정성이 뛰어나고 구부리거나 늘려도 물리적 특성을 잃지 않는 물질로, 열전도 특성이 우수하여 열을 방출하는 방열소재에 응용되고 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)는 상기 다공성 촉매에 탄소공급원을 주입하고, 열을 가하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)는 고온의 챔버에서 기상의 탄소공급원을 상기 다공성 촉매와 접촉시키는 방법, 예를 들면, 열화학증착 장비를 이용하여 열화학증착 (TCVD; thermal chemical vapor deposition) 공정을 이용하여 수행될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 다공성 촉매를 열화학증착 장비 챔버에 삽입한 후, 상기 챔버 내에 기상의 탄소공급원을 진공 또는 대기압상에서 공급하면서 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 열처리하면, 상기 기상의 탄소공급원에 존재하는 탄소성분들이 서로 결합하여 상기 다공성 촉매의 표면에 탄소소재, 예를 들면, 육각형의 판상 구조를 형성하면서 그래핀이 생성될 수 있고, 이를 소정의 냉각 속도로 냉각하면 균일한 배열 상태를 갖는 탄소소재를 수득할 수 있게 된다.
이때, 상기 다공성 촉매는 상기 탄소공급원과 접촉함으로써 탄소공급원으로부터 제공된 탄소성분들이 서로 결합하여 탄소소재가 합성되도록 도와주는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소공급원은 상기 다공성 촉매에 탄소를 공급하는 역할을 수행하며, 300 ℃ 이상의 온도에서 기상으로 존재할 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기상 탄소공급원은 예를 들면, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상, 예를 들면, 메탄일 수 있다.
상기 탄소공급원은 챔버 내에 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 챔버 내에서는 상기 탄소공급원만 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.
또한, 상기 탄소공급원과 더불어 수소를 사용할 수 있는데, 상기 수소는 다공성 촉매의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위하여 사용될 수 있으며, 공급 가스의 유량의 1 % 내지 99 %, 예를 들면, 20 %로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)는 200 ℃ 내지 1,200 ℃, 예를 들면, 900 ℃ 내지 1,100 ℃의 온도에서, 5 초 내지 10 시간, 예를 들면, 1 분 내지 1 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)에서의 열처리는 소정의 온도에서 일정한 시간 동안 유지함으로써 탄소소재의 합성 정도를 조절하는 요소가 될 수 있으며, 합성되는 탄소소재의 두께를 조절하는 인자가 될 수 있다.
예를 들면, 상기 합성 온도 및 시간의 조건에서, 상기 다공성 촉매의 표면에 형성되는 상기 탄소소재의 두께는 0.3 nm 내지 300 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)의 온도를 유지하기 위한 열원으로서는 유도가열(induction heating), 복사열, 레이져, IR, 마이크로파, 플라즈마, UV, 표면 플라즈몬 가열 등을 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 열원은 열화학증착 장비 챔버에 부착되어 챔버 내부를 소정 온도까지 승온시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20) 이후에, 표면에 탄소 소재가 합성된 다공성 촉매를 냉각하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각하는 단계(S30)는 상기 다공성 촉매 표면에 합성된 탄소소재가 균일하게 성장하여 일정하게 배열될 수 있도록 하기 위한 공정으로서, 급격한 냉각은 생성되는 탄소소재의 균열 등을 야기할 수 있으므로, 가급적 일정 속도로 서서히 냉각시킬 수 있으며, 예를 들면, 1 분 내지 10 시간 동안, 예를 들면, 분당 0.1 ℃ 내지 10 ℃의 속도로 온도를 낮추어 수행될 수 있고, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능할 수 있다. 상기 냉각하는 단계(S30)의 수행 시간 또한, 상술한 탄소소재를 합성시키는 단계(S20)의 수행 온도 및 시간과 더불어 합성되는 탄소소재의 두께를 조절하는 인자가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소소재를 합성시키는 단계(S20) 및 냉각하는 단계(S30)는 1 사이클 과정으로 수행할 수 있으나, 이를 반복하여 치밀한 구조의 탄소소재를 합성하는 것도 가능하다.
다음으로, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계(S40)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계(S40)는 산성 화합물을 이용하여 표면에 탄소소재가 형성된 다공성 촉매를 제거하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산성 화합물은 염산, 질산, 황산 또는 이들을 포함하여 구성되는 산성 화합물 중 어느 하나, 예를 들면, pH 4 이하의 질산일 수 있고, 상기 질산을 10 분 내지 10 일, 예를 들면, 48 시간 동안 연속 또는 회분식 흐름을 이용하여 상기 표면에 탄소소재가 형성된 다공성 촉매에 접촉시켜 수행될 수 있다.
이때, 상기 산은 금속으로 구성된 상기 다공성 촉매와 반응하여, 상기 다공성 촉매를 제거, 즉, 에칭(etching) 할 수 있고, 결국, 3 차원 다공성 탄소 구조체만이 남을 수 있다.
상기 3 차원 다공성 탄소 구조체는 상기 제거된 다공성 촉매의 표면에 형성된 것으로, 상기 다공성 촉매의 기공크기, 기공률 및 형태에 영향을 받은 것일 수 있고, 예를 들면, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 기공률은 50 % 내지 99 %, 기공크기는 10 nm 내지 1 cm일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 표면에 계면금속을 형성하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
상기 계면금속을 형성하는 단계(S50)는 이어지는 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)에서, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 및 금속의 열전달 및 계면에서의 접착력 등의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 수행되는 것으로, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)에서 제공되는 금속의 종류에 따라, 상기 계면 금속의 종류가 달라질 수 있다.
예를 들면, 상기 계면금속은 Ti(티타늄), Cr(크롬), Ni(니켈), Fe(철), Cu(구리), Al(알루미늄), Au(금), Ag(은), Zn(아연), Co(코발트), Pt(백금), Zr(지르코늄), V(바나듐), Rh(로듐), Ru(루테늄), W(텅스텐) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있으며, 형성되는 계면금속의 두께는 1 nm 내지 10 μm일 수 있다.
상기 계면금속을 형성하는 단계(S50)는 탄소소재의 표면에 상기 두께의 범위의 금속을 형성할 수 있는 방법이라는 이를 제한하지 않고 이용하여 수행될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 공극에 금속을 충진시키고, 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 3 차원 다공성 탄소 구조체의 내부, 즉, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 공극에 금속 분말이 충진되어 복합화된 상태의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 3 차원 다공성 탄소 구조체는 공극을 포함하고, 일정 부피를 가지는 3 차원으로 연결된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다공성 탄소 구조체 내부에 충진되어 복합화된 금속은 금속분말 또는 금속층 형태일 수 있고, 상기 탄소 구조체 내부에 충진되어 복합화된 금속이 금속분말 형태인 경우, 상기 금속 분말의 크기는 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 기공크기인 10 nm 내지 1 cm보다 작은 크기인 10 nm 내지 1 mm, 예를 들면, 1 μm 내지 10 μm일 수 있다. 또한, 상기 금속이 금속층 형태인 경우, 상기 금속층의 두께는 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 기공크기인 10 nm 내지 1 cm보다 작은 크기인 10 nm 내지 1 mm, 예를 들면, 1 μm 내지 10 μm 일 수 있다.
상기 금속분말은 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체를 구성하는 탄소소재와 복합화 하여 우수한 방열특성을 나타낼 수 있는 금속, 예를 들면, Ti(티타늄), Cr(크롬), Ni(니켈), Fe(철), Cu(구리), Al(알루미늄), Au(금), Ag(은), Zn(아연), Co(코발트), Pt(백금), Zr(지르코늄), V(바나듐), Rh(로듐), Ru(루테늄), W(텅스텐) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 예를 들면, Cu(구리)일 수 있다.
상기 금속 및 3 차원 다공성 탄소 구조체를 복합화하는 공정은, 열처리, 가압처리, 전해도금, 무전해도금, 플라즈마 처리 및 고주파 처리 중 어느 하나 이상의 방법, 예를 들면, 고온의 챔버에서 기상의 탄소공급원을 상기 금속분말 및 3 차원 다공성 탄소 구조체와 접촉시키는 방법, 예를 들면, 열화학증착 장비를 이용하여 열화학증착 (TCVD; thermal chemical vapor deposition) 공정을 이용하여 수행될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 및 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 충진된 금속을 열화학증착 장비 챔버에 삽입한 후, 상기 챔버 내에 기상의 탄소공급원을 진공 또는 대기압상에서 공급하면서 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 열처리하여 수행될 수 있는데, 이때, 상기 기상의 탄소공급원에 존재하는 탄소성분들이 서로 결합하여 상기 금속 분말의 표면에 탄소소재를 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소공급원은 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 및 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 충진된 금속에 탄소를 공급하는 역할을 수행하며, 300 ℃ 이상의 온도에서 기상으로 존재할 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기상 탄소공급원은 예를 들면, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상, 예를 들면, 메탄일 수 있다.
상기 탄소공급원은 챔버 내에 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 챔버 내에서는 상기 탄소공급원만 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.
또한, 상기 탄소공급원과 더불어 수소를 사용할 수 있으며, 공급 가스의 유량의 1 % 내지 99 %, 예를 들면, 96 %로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)는 200 ℃ 내지 1,200 ℃, 예를 들면, 900 ℃ 내지 1,100 ℃의 온도에서, 5 초 내지 10 시간, 예를 들면, 1 분 내지 1 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)는, 몰드를 이용하여 수행될 수 있고, 상기 몰드의 형태는 다각형의 블록 형태, 구 형태, 관 형태, 선 형태 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.
본 발명의 제조방법은 3 차원 다공성 탄소 구조체에 금속을 충진시키는 방법을 이용하여 수행되는 바, 단순히 몰드의 형태를 바꾸는 것만으로도 형태를 바꿀 수 있어, 다양한 형태의 금속-탄소 복합체를 빠르게 대량 생산하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)의 상술한 복합화 공정에서, 상기 금속-탄소 복합체 내부, 즉 상기 금속의 표면에 탄소소재 세부 네트워크가 형성될 수 있다.
종래 탄소소재 및 금속을 포함하는 복합소재들은 탄소소재와 금속이 상기 복합소재 내부에서 서로 연결되어 있지 않거나 기계적인 힘으로 연결되어 있어서, 계면에서의 열 전달 손실이 매우 크게 발생하고, 상기 복합소재 내부의 탄소소재의 배향성에 따라 열전도도의 이방성이 크게 나타나는 문제점이 있었다.
본 발명의 금속-탄소 복합체는 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)에서 원자간 화학적 결합을 통하여 형성되는 탄소소재 세부 네트워크로 인하여, 높은 열전도도와 이방성을 최소화할 수 있는 특성을 가질 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60) 이후에, 형성된 금속-탄소 복합체를 냉각하는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각하는 단계(S70)는 금속-탄소 복합체 내부에 탄소소재가 원활하게 성장하게 하기 위한 공정으로서, 급격한 냉각은 생성되는 탄소소재의 균열 등을 야기할 수 있으므로, 가급적 일정 속도로 서서히 냉각시킬 수 있으며, 예를 들면, 1 분 내지 10 시간 동안, 예를 들면, 분당 0.1 ℃ 내지 10 ℃의 속도로 온도를 낮추어 수행될 수 있고, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계(S80)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계(S80)를 수행한 후, 형성되는 기공률이 감소된 금속-탄소 복합체의 모식도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60)에서 형성된 금속-탄소 복합체는 내부에 다수의 공극을 포함하는 반면, 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 감소시키는 단계(S80)를 수행한 이후의 금속-탄소 복합체는 내부의 공극이 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 감소시키는 단계(S80)는, 열간 프레스(hot pressing), 냉간 프레스(cold pressing), 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering), 전기 소결 단조(electro sinter forging), 무압 소결(pressureless sintering) 및 마이크로파 소결(microwave sintering) 중 어느 하나 이상의 방법, 예를 들면, 방전 플라즈마 소결(SPS; spark plasma sintering)을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 방전 플라즈마 소결법은(SPS) 통전 가압 소결법이라고도 불리우며, 기계적인 가압을 받는 압분체의 입자 사이에 직접 펄스 전기에너지를 투입하여 불꽃 방전에 의해 순간적으로 발생하는 고온방전 플라즈마의 높은 에너지를 이용하여 소결하는 방법이다.
상기 방전 플라즈마 소결법은 다른 소결법에 비하여 저온, 단시간에 소결이 가능하여, 고품위의 균질한 소결체의 제작이 가능하고, 열효율이 높은 장점이 있다.
본 발명의 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계(S80)는 상기 방전 플라즈마 소결법을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 기공률을 감소시키는 단계(S80)에 의하여 조절된 금속-탄소 복합체의 기공률은 0 % 내지 80 %, 예를 들면, 1 % 미만, 바람직하게는 0 %일 수 있고, 상기 금속-탄소 복합체 내부에 공극이 없는 경우, 열 확산도 및 열 전도도가 향상될 수 있다.
본 발명의 금속-탄소 복합체의 제조방법은 다공성 촉매의 종류를 변경하거나, 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 공정에서 몰드의 형태를 변경하거나, 상기 기공률을 제어하는 간단한 방법만으로, 다양한 용도 및 형태로 사용되는 방열소재의 대량생산이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 다공성 촉매를 제공하는 단계(S10); 상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계(S20); 표면에 탄소 소재가 합성된 다공성 촉매를 냉각하는 단계(S30); 상기 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계(S40); 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 표면에 계면금속을 형성하는 단계(S50); 상기 3 차원 다공성 탄소 구조체의 내부에 금속을 충진시키고, 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계(S60); 상기 금속-탄소 복합체를 냉각하는 단계(S70); 및 상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계(S80);를 수행하여 제조되는 금속-탄소 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체에 포함되는 금속은 Ti(티타늄), Cr(크롬), Ni(니켈), Fe(철), Cu(구리), Al(알루미늄), Au(금), Ag(은), Zn(아연), Co(코발트), Pt(백금), Zr(지르코늄), V(바나듐), Rh(로듐), Ru(루테늄) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 예를 들면, Cu(구리)일 수 있고, 상기 금속-탄소 복합체에 포함되는 탄소소재는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 그래핀일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속-탄소 복합체 100 wt%에 대하여 포함되는 탄소소재는 0.001 wt% 내지 50 wt%일 수 있으며, 상기 금속-탄소 복합체의 기공률은 10 % 이하, 예를 들면, 1 % 미만, 예를 들면, 0 %일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속-탄소 복합체는 금속-탄소 복합체 내부에 탄소소재가 세부 네트워크를 형성하여 위치할 수 있고, 기공률은 1 % 미만, 예를 들면 0 %일 수 있어, 종래 기계적인 힘으로 연결되고, 복합소재 내부에서 서로 연결되어 있지 않은 탄소소재 및 금속을 포함하는 복합소재와 비교하여, 높은 열전도도를 가지고, 이방성을 최소화할 수 있는 특징이 있다.
나아가, 본 발명의 금속-탄소 복합체는 고 열전도성 방열소재로 사용될 수 있으며, 다양한 용도 및 형태의 방열소재로의 이용이 가능하다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1-1 내지 1-3. 금속-탄소 복합체의 제조
가로세로 2 cm, 높이 1 cm, 기공률 80 % 및 기공크기가 평균 0.3 mm인 니켈 촉매를 열화학증착(TCVD; thermal chemical vapor deposition) 장비에 넣고 메탄가스 분위기, 1,000 ℃에서 60 분간 반응시켜, 상기 니켈 촉매 표면에 그래핀을 합성하였다.
상기 표면에 그래핀이 형성된 니켈 촉매를 30 %의 질산을 이용하여 48 시간 동안 에칭시켜, 3 차원 탄소 구조체인 그래핀 폼을 제작하였다.
상기 제작된 그래핀 폼을 가로 및 세로 2.2 cm, 높이 1.5 cm의 보트에 넣은 후, 5 μm 크기의 구리 분말을 넣고 흔들어 상기 그래핀 폼의 기공 사이에 상기 구리 분말이 고르게 침투되도록 하였다.
상기 그래핀 폼과 구리 분말이 담긴 보트(몰드)를 열화학증착 장비에 넣고 메탄 가스 분위기, 1,000 ℃에서 60 분간 반응시켜 금속-탄소 복합체를 합성하였다.
상기 합성된 금속-탄소 복합체를 방전 플라즈마 소결법(spark plasma sintering)을 이용하여 기공률이 1 % 미만이 되도록 압착하여, 기공률이 0 %인 금속-탄소 복합체를 제조하였다. 재현성 확인을 위하여 상기 과정을 2 번 더 반복하여 총 3 개의 금속-탄소 복합체를 제작하였다.
비교예 1-1 내지 1-3. 금속-탄소 복합체의 제조
상기 실시예 1에서, 기공률을 40 %로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 총 3 개의 금속-탄소 복합체를 제조하였다.
실험예 1. 구조 확인
상기 실시예 1의 금속-탄소 복합체의 제조방법의 각 제조 단계의 모식도 및 단계별로 단면을 전사주사현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 을 이용하여 관찰하고, 이를 도 4에 도시하였다.
구체적으로, 도 4의 a)는 니켈 촉매의 표면에 그래핀이 형성된 상태의 모식도 및 SEM 이미지이고, 도 4의 b)는 니켈 촉매가 에칭된 후, 남은 3 차원 형태의 그래핀 폼의 모식도 및 SEM 이미지이고, 도 4의 c)는 상기 그래핀 폼에 구리 분말이 충진되어 복합화된 상태의 모식도 및 SEM 이미지이고, 도 4의 d)는 압착되어 기공률이 0%로 감소된 금속-탄소 복합체의 모식도 및 SEM 이미지이다.
도 4를 참조하면, 상기 실시예 1의 실험의 모식도 및 실제 SEM 이미지가 유사한 것을 확인할 수 있었고, 상기 실시예 1의 방법을 이용하여, 원하는 형태의 금속-탄소 복합체를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 라만 분광 확인
상기 실시예 1에서, 제조되는 3 차원 형태의 그래핀 폼을 라만 장비를 이용하여 확인하고, 그래프를 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 약 1,600 cm-1 및 약 2,700 cm-1에서 peak이 발견되는 것을 확인할 수 있었고, 니켈 촉매는 에칭되어 제거되고, 그래핀 폼이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 방열 특성 확인
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 금속-탄소 복합체의 열확산도 및 열전도도의 변화 그래프를 비교하여 도 6 및 도 7에 각각 도시하였다.
도 6 및 도 7를 참조하면, 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비하여 열확산도 및 열전도도가 우수한 것을 확인할 수 있었고, 기공률이 적을수록 방열 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었고, 실시예 1의 금속-탄소 복합체를 포함하는 방열소재는 우수한 방열 특성을 가질 것을 예상할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (26)
- 다공성 촉매를 제공하는 단계;
상기 다공성 촉매 표면에 탄소소재를 합성시키는 단계;
상기 다공성 촉매를 제거하여 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계;
상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 금속을 충진시키고 복합화하여 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 금속-탄소 복합체를 압착하여 상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계;
를 포함하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 촉매는 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 다공성 촉매의 기공률은 50 % 내지 99 %인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 촉매의 기공 크기는 10 nm내지 1 cm인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 탄소 소재는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 탄소 소재를 합성시키는 단계는,
5 초 내지 10 시간 동안 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔 중 어느 하나의 탄소공급원을 주입하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 탄소 소재를 합성시키는 단계는,
200 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 탄소 소재를 합성시키는 단계 이후에,
표면에 탄소 소재가 합성된 다공성 촉매를 냉각하는 단계를 더 포함하고,
상기 냉각하는 단계는 1 분 내지 10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 3 차원 탄소 구조체를 형성하는 단계는,
염산, 질산, 황산 또는 이들을 포함하여 구성되는 산성 화합물 중 어느 하나를 이용하여 다공성 촉매를 제거하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 3 차원 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계 및 상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계 사이에,
상기 3 차원 다공성 탄소결정 구조체의 표면에 계면금속을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 계면금속은 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 계면금속을 증착하는 단계에서,
증착되는 계면금속의 두께는 1 nm 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서,
상기 금속은 Ti, Cr, Ni, Fe, Cu, Al, Au, Ag, Zn, Co, Pt, Zr, V, Rh, Ru, W 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서,
상기 다공성 탄소 구조체 내부에 충진되어 복합화된 금속은 금속분말 또는 금속층 형태이고,
상기 금속분말의 크기 또는 금속층의 두께는 10 nm 내지 1 mm인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는,
열처리, 전해도금, 무전해도금 및 플라즈마 처리 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는,
몰드를 이용하여 수행되고,
상기 몰드의 형태는 다각형의 블록 형태, 구 형태, 관 형태, 선 형태 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는,
상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 금속을 충진시킨 후 5 초 내지 10 시간 동안 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔 중 어느 하나의 탄소공급원을 주입하여 복합화가 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계는,
상기 3 차원 다공성 탄소 구조체 내부에 금속을 충진시킨 후 200 ℃ 내지 1,200 ℃에서 복합화가 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계에서,
상기 금속-탄소 복합체 내부에 탄소소재 세부 네트워크가 형성되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체를 형성하는 단계 이후에,
형성된 금속-탄소 복합체를 냉각하는 단계를 더 포함하고,
상기 냉각하는 단계는 1분 내지 10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계는,
열간 프레스, 냉간 프레스, 방전 플라즈마 소결, 전기 소결 단조, 무압 소결 및 마이크로파 소결 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체의 기공률을 조절하는 단계에서 조절된 금속-탄소 복합체의 기공률은 0 % 내지 80 %인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체의 제조방법. - 제 1 항의 제조방법을 이용하여 제조된 금속-탄소 복합체.
- 제 23 항에 있어서,
기공률은 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체. - 제 23 항에 있어서,
상기 금속-탄소 복합체 100 wt%에 대하여 0.001 wt% 내지 50 wt%의 탄소소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-탄소 복합체. - 제 23 항의 금속-탄소 구조체를 포함하는 고 열전도성 방열소재.
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-
2020
- 2020-10-07 KR KR1020200129122A patent/KR102463506B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol.14, p.1177-1183, 2013 |
| Matter, Vol.3, p.487-489, 2020 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220046715A (ko) | 2022-04-15 |
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