KR20070035832A - 전자파 차폐 소재 - Google Patents

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KR20070035832A
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Abstract

본 발명은 투명한 전자기파 차폐제, 차폐 피막층 및 차폐 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 모재에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액에 열처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
따라서 전기장과 자기장의 동시 차폐원리를 이용하여 전자기기의 내장 및 외장용 케이스등에 적용 가능한 투명도가 제어된 전자기파 차폐용 소재를 개발하는 것이 가능하다. 또한 전자기파 차폐 소재와 더불어 전자기파 차폐 피막층을 형성할 수도 있고, 전자기파 차폐 필름을 형성할 수도 있어, 적용 영역을 확대할 수 있다.
전자기파 차폐

Description

전자파 차폐 소재{Interception material of electromagnetic waves}
도 1은 본 발명에 따른 제 1실시예의 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 제 2실시예의 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 제 3실시예의 모식도.
도 4는 본 발명에 따른 제1혼합방법의 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 제2혼합방법의 모식도.
도 6은 본 발명에 따른 전기적 특성 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 나노크기 자성입자 20 : 나노구조 탄소소재
30 : 제1실시예의 모재 40 : 제2실시예의 모재
50 : 제3실시예의 모재 100 : 투명기판
본 발명은 전자파 차폐소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명 전자기파 차폐소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이, 휴대폰, 노트북 등의 전자기기가 불필요한 전자기파를 복사하여 다른 전자기기에 방해를 주거나 인체에 영향을 미침으로 인해 문제가 날로 심각해지고 있다. 각종 전자기기에서 발생하는 전자파로 인한 폐해가 실험적으로 인정되어 미국, 유럽 등 선진국에서는 전자파 장애(EMI : electronic interference )/전자파 적합성(EMC : electromagnetic compatibility )에 대한 각종 환경 규제를 제정하여 규격을 만족한 제품만 판매를 허용하는 실정이다.
광대역 주파수(10 MHz~ 30 GHz )의 전자기파를 안전하게 차폐하기 위한 재료는 전기장에 의한 차폐와 자기장에 의한 차폐가 동시에 작동하는 것이 유리하다. 따라서, 금속의 전기적 특성, 자성 세라믹의 자기적 특성 및 고분자의 기계적 특성을 갖는 재료를 개발하여 다양한 분야에서 활용하는 것이 시급한 실정이다.
종래의 투명 전자기파 차폐재료는 필름 형태의 투명 전도막을 형성한 것으로서, 강화유리 형태로는 일본의 Asahi Glass, 미국의 Viratec 등에서 개발하였고, 수지필름 형태로는 일본의 Sumitomo, Kurary 등에서 개발하였다. 그러나 이는 전기장에 의한 차폐 원리가 중심이며 전기장과 자기장의 작용에 의한 차폐는 충분히 보고되고 있지 않다.
따라서, 전자장과 자기장의 작용에 의한 차폐가 가능한 전자파 차폐소재에 관한 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 투명한 전자기파 차폐제의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 모재에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액에 열처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 투명 소재가 단량체인 경우, 상기 모재에 중합 반응을 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 투명 소재가 유기실란인 경우, 상기 모재를 가수 분해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 나노크기의 자성입자는 나노크기를 갖는 자성 금속, 그 합금계 금속, 페라이트 또는 철계 산화물 중에서 적어도 한 종류 이상임을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 용액에 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계는 상기 각각의 입자를 분산하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 용액에 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계는 상기 나노구조 탄소 소재에 자성 입자를 도핑하여 첨가하는 것을특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조 방법을 제공한다.
상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 초음파를 가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 분산제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 분산제를 첨가하고, 초음파를 가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법을 제공한다.
투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 용액에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액을 투명 기판에 피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조방법을 제공한다.
상기 분산 처리된 용액을 투명 기판에 피막을 형성하는 단계는 투명 기판의 상층부 또는 상하 양측에 형성하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조방법을 제공한다.
투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 용액에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액을 접착면을 가지는 소재에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅 필름을 제작하는 방법을 제공한다.
상기 분산 처리된 용액을 접착면을 가지는 소재에 코팅하는 단계는 접착성을 지니는 투명한 필름상에 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 흘림 코팅법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating) 또는 닥터 브레이드 코팅법(doctor blade coating) 중에서 적어도 하나 이상의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 코팅 필름의 제조방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전기장과 자기장의 동시 차폐원리를 이용하여 전자기기의 내장 및 외장용 케이스등에 적용 가능한 투명도가 제어된 전자기파 차폐용 소재를 개발하는 것이 가능하다. 또한 전자기파 차폐 소재와 더불어 전자기파 차폐 피막층을 형성할 수도 있고, 전자기파 차폐 필름을 형성할 수도 있어, 적용 영역을 확대할 수 있다.
본 발명의 기본 개념은 광학적으로 가시광선을 투과하는 재료에 전기적 특성과 자기적 특성을 갖는 분산상을 첨가하여, 전기적 전자기파 차폐원리와 자기적 전자기파 차폐원리를 동시에 발현하며, 가시광선의 투과특성을 유지하는 것이다. 본 발명에서 대상으로 하는 나노 구조 탄소소재는 그물망 구조를 형성하여 전자기파의 흡수에 유리한 전도도를 갖도록 하며, 균일하게 분산된 자성 입자의 도움으로 저주파 영역에서 고주파 영역까지 넓은 범위의 전자기파를 차단하는 것이 가능하다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예 를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 전자기파의 차폐기능을 발현하는 나노구조 탄소소재와 나노크기 자성입자가 금속, 세라믹 및 고분자 재료로 이루어진 모재에 혼합분산되어 있는 모식도이다. 도 4와 도 5는 모재에 나노구조 탄소소재와 나노크기 자성입자를 혼합하는 방법에 관한 모식도이다.
도 1을 참조하면 나노구조 탄소소재와 자성 산화물이 분산된 부위는 근본적으로 가시광선을 투과하는 광학적 특성을 유지한다. 본 발명에서 제공하는 전자파 차폐제는 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 모재에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액에 열처리를 하는 단계로 제조된다.
상기 모재를 생성하는 단계에서 상기 금속, 세라믹 또는 고분자는 투명 소재인 경우를 의미하며, 이는 본 발명이 투명한 전자기파 차폐제를 제공하기 위한 조건이다. 상기 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하게 되는데, 상기 물질자체를 액체로 만들지아니하고, 용매에 녹여 용액 상태를 만드는 경우, 고온이 요구되지 않기 때문에 에너지를 절약할 수 있다.
이때 상기 모재를 생성함에 있어서, 투명 소재로 단량체를 사용하는 경우, 중합 반응을 하는 단계를 포함할 수 있다. 중합 반응은 상기 용액 상태의 모재를 생성한 후 중합 반응을 할 수도 있고, 상기 모재에 혼합된 물질을 분산 처리한 후 에 중합반응 할 수도 있다. 중합 반응의 순서에 구애받지 않는다는 의미이다.
또한 상기 모재를 생성함에 있어서, 투명 소재로 유기실란을 사용하는 경우, 가수 분해 반응을 하는 단계를 포함할 수 있다. 가수 분해 반응 역시 상기 중합 반응과 마찬가지로 순서에 구애받지 않는다.
상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계에서, 나노구조 탄소소재는 탄소나노튜브(CNT)와 탄소나노파이버(CNF)등이다. 또한 본 발명에서 대상으로 하는 자성 입자는 나노크기를 갖는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe)등의 자성 금속과 그 합금계 금속, 페라이트 및 나노크기 철계 산화물이다. 상기 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자는 각각 별도로 모재에 혼합되어도 되고, 두가지 이상의 물질이 혼합되어도 된다. 이때 나노구조 탄소 소재만 혼합되는 경우, 전기장에 의한 전자기파를 차폐하게 되고, 나노구조 탄소 소재와 함께 나노구조 자성 입자를 함께 혼합하게 되면 전기장과 자기장에 의한 전자기파를 함께 차폐할 수 있게된다. 이때 혼합되는 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자는 투명도를 유지할 정도의 소정의 분량을 첨가하여야 한다. 소정의 분량이라 함은 전기를 흐르게 하는 최소한의 정도이상 투명도를 유지하는 정도를 한계로 한다고 할 것이다. 상기 소정의 분량의 실시예로는 탄소나노튜브(CNT)의 양은 0.18wt%이상 20wt%이하로 볼 것이다.
상기 나노크기 철계 산화물의 예로는 Fe2O3, Fe3O4 등이 있다.
상기 물질을 모재에 혼합하는 방법을 설명하면, 도 4와 같이 나노 구조 탄소 소재와 자성 입자 등을 별도로 분산하여 첨가할 수 있다. 또한 도 5와 같이 나노 구조 탄소 소재와 자성 입자를 도핑하여 첨가할 수도 있다.
상기 모재에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계는 분산제를 미량 첨가할 수도 있고, 초음파를 가하여 분산을 촉진할 수도 있으며, 분산제를 첨가한 후 초음파를 가하여 분산을 촉진할 수도 있다.
상기 분산을 촉진하는 방법을 통해서, 상기 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자를 소량 첨가하더라도 전기 전도도를 높일 수 있어 투명한 전자기파 차폐제를 제조할 수 있게 되는 것이다.
상기 분산 처리된 용액에 열처리를 함으로써 차폐제를 완성하게 된다.
상기 발명은 분산을 촉진시켜 소량의 전기 전도성을 가지는 물질을 첨가시키더라도 전기 전도도를 가지게 하여 투명함을 유지하는 전자기파 차폐제를 제조하는 것이다.
도 2는 전자기파의 차폐기능을 발현하는 나노구조 탄소소재와 나노크기 자성입자가 코팅층의 매트릭스 물질에 혼합분산되어 모재의 투명 기판의 상층에 피막을 형성한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조방법는 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계, 상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계, 상기 용액에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계, 상기 분산 처리된 용액을 투명 기판에 코팅하는 단계를 포함하고 있다.
투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조 방법은 상기 투명한 전자파 차폐제의 제조 방법을 준용한다.
이때 코팅층을 구현하기 위한 다른 방법은 코팅층의 메트릭스 물질은 전도성 고분자 및 상용의 절연성 투명한 고분자 물질을 사용하는 것이 가능하다. 나노구조 탄소소재와 자성 산화물을 분산된 코팅원료는 접착성을 지닌 투명한 필름위에 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 흘림 코팅법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating) 중에서 적어도 하나 이상의 방법으로 코팅할 수 있다.
도 3은 나누구조 탄소소재와 나노크기 자성입자가 필름형태로 제작되어 투명 기판에 부착된 모식도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 기판상에 필름형태로 제작되어 부착되는 경우, 필름의 메트릭스 물질은 전도성 고분자 및 상용의 절연성 투명 고분자 물질을 사용하는 것이 가능하다. 나노구조 탄소소재와 자성 산화물이 분산된 코팅원료는 접착성을 지난 투명한 필름위에 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 흘림 코팅법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating) 또는 닥터 브레이드 코팅법(doctor blade coating) 중에서 적어도 하나 이상의 방법으로 코팅되고 건조되어 가시광선의 투과도가 제어된 전자기파 차폐 소재 필름으로 부착된다.
도 6은 도 1과 같이 부도체 특성을 갖는 매트릭스에 나노구조 탄소소재를 분 산하여 전기적 특성의 변화를 관찰한 결과이다. 제너럴 이펙티브 미디아(General Effective Meadia : GEM)이론으로 검증한 결과에 의하면 탄소 나노튜브의 단지 0.54vol%의 첨가량에서 저항이 급속히 감소하여 우수한 전기적 특성을 발현하는 것을 알 수 있다. 이것은 매트릭스의 광학적 특성과 같은 물리적 특성 변화를 최소화하며, 전기적 특성을 나타냄을 의미한다. 도 6의 결과는 도2 및 도3에서도 우수한 전기적 특성과 광학적 특성을 갖는 코팅층과 접착층을 제조한 것을 뒷받침한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따르면 전기장과 자기장의 동시 차폐원리를 이용하여 전자기기의 내장 및 외장용 케이스등에 적용 가능한 투명도가 제어된 전자기파 차폐용 소재를 개발하는 것이 가능하다.
또한 전자기파 차폐 소재와 더불어 전자기파 차폐 피막층을 형성할 수도 있고, 전자기파 차폐 필름을 형성할 수도 있어, 적용 영역을 확대할 수 있다.

Claims (14)

  1. 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계;
    상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계;
    상기 모재에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계;
    상기 분산 처리된 용액에 열처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 소재가 단량체인 경우, 상기 모재에 중합 반응을 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 소재가 유기실란인 경우, 상기 모재를 가수 분해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 나노크기의 자성입자는 나노크기를 갖는 자성 금속, 그 합금계 금속, 페라이트 또는 철계 산화물 중에서 적어도 한 종류 이상임을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 용액에 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계는 상기 각각의 입자를 분산하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 용액에 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계는 상기 나노구조 탄소 소재에 자성 입자를 도핑하여 첨가하는 것을특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 초음파를 가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 분산제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합된 물질을 분산하는 단계는 분산제를 첨가하고, 초음파를 가하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐제의 제조방법.
  10. 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계;
    상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계;
    상기 용액에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계;
    상기 분산 처리된 용액을 투명 기판에 피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 분산 처리된 용액을 투명 기판에 피막을 형성하는 단계는 투명 기판의 상층부 또는 상하 양측에 형성하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅액의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 투명 기판에 피막을 형성하는 단계는 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 흘림 코팅법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating) 중에서 적어도 하나 이상의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 코팅액의 제조방법.
  13. 투명 소재인 금속, 세라믹 또는 고분자 중 적어도 하나 이상의 물질을 용매에 녹여 용액 상태의 모재를 생성하는 단계;
    상기 모재에 투명도를 유지하는 소정의 분량의 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노화이버(CNF) 또는 나노크기의 자성입자 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하는 단계;
    상기 용액에 혼합된 상기 물질을 분산 처리하는 단계;
    상기 분산 처리된 용액을 접착성을 가지는 소재에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명한 전자파 차폐 코팅 필름을 제작하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 분산 처리된 용액을 접착면을 가지는 소재에 코팅하는 단계는 접착성을 지니는 투명한 필름상에 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 흘림 코팅법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating) 또는 닥터 브레 이드 코팅법(doctor blade coating) 중에서 적어도 하나 이상의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 코팅 필름의 제조방법.
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