KR20120037464A - 전자파 장애로부터 기판을 차폐하는 방법 - Google Patents

전자파 장애로부터 기판을 차폐하는 방법 Download PDF

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Abstract

전자파 장애로부터 기판을 차폐하는 방법은 전자파 장애(EMI) 차폐 조성물을 기판에 제공하는 것을 포함하는 것으로 제공된다. EMI 차폐 조성물은 반응성 유기 화합물 및 전도성 충전제를 포함하며, 이는 상기 유기 화합물의 경화 중에, (연속적이거나 반-연속적인) 중합체 풍부 영역 사이에 위치한 금속의 연속적인, 3-차원 네트워크로 구성된 불균질 구조로 자가-어셈블링될 수 있다. 결과적으로 생성된 조성물은 특히 높은 열 전도도 및 전기 전도도를 갖는다.

Description

전자파 장애로부터 기판을 차폐하는 방법{METHOD FOR SHIELDING A SUBSTRATE FROM ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE}
관련 출원 상호 참조
본 출원은 35 U. S. C. § 119(e) 하에서, 2009년 6월 12일에 출원된 미국 가특허출원 번호 제61/186,492호(발명의 명칭: "ELECTROMAGNETIC SHIELDING MATERIALS") 및 2009년 6월 12일에 출원된 미국 가 특허출원 번호 제61/186,415호(발명의 명칭: "CURABLE CONDUCTIVE MATERIAL FOR LIGHT STRIKE PROTECTION")의 우선권 주장 출원으로서, 상기 출원들의 기재 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다.
본 발명의 기술 분야
본 발명은 전기 전도성 중합체 코팅물(coatings)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 전자파 장애 차폐 코팅제로서 사용되는 전기 전도성 조성물에 관한 것이다.
전자파 장애(EMI)는 전자 통신에서 발생하는 일반적인 문제이다. 외래 방사선은(foreign radiation) 전자 부품 내에 바람직하지 않은 전류를 유발함에 따라 정상적인 작동을 혼란시키는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 문제점은 특히 항공 전자 공학 어플리케이션과 관련이 있는데, 이는 외래 주파수가 항공 관제를 혼란시킬 수 있고 승객의 안전을 위태롭게 할 수 있기 때문이다. 외래 방사선은, 예컨대 무선 통신, 송전(electricity transmission), 전자 장치, 번개, 공전(static), 및 심지어는 무기로부터의 핵 전자기 펄스(EMP)와 같은 다수의 원인들로부터 발생할 수 있다. 이러한 영향의 차단을 돕기 위해, 무엇보다도 인클로저(enclosure), 코팅물, 개스킷(gasket), 접착제, 실란트(sealant), 와이어 슬리브(wire sleeves), 금속 메쉬 또는 여과기(filter)에 의해 전자 장치 또는 부품을 완전히 차폐하는 것이 일반적이다. 이러한 모든 해결책들의 공통적인 속성은, 차폐 재료가 전기 전도성이며 동시적으로 낮은 전기적 임피던스(electrical impedance)를 가진다는 점이다. 일반적으로, 차폐의 수준은 재료의 전도도에 비례한다.
이는 알루미늄 및 강철과 같은 금속들이 일반적으로 EMI 인클로저의 제조에 사용되는 이유이다. 이러한 인클로저에 대한 한 가지 단점은, 특히 항공 우주 및 운송의 관점에서, 금속의 사용과 관련된 중량 패널티(weight penalty)이다. 경량의 차폐 재료에 대한 필요성은 제조소(manufactures)로 하여금 열가소성 또는 복합재 박스를 생산하도록 촉구해왔다. 차폐는 이들 시스템에서 다수의 방법들, 즉 금속 박 또는 와이어를 중합체에 끼워 넣는 것(embedding), 얇은 금속 코팅물의 증착 또는 도금, 및 금속 페인트와 같은 방법들을 통해 이루어진다. 불행하게도, 이러한 기술들은, 다른 제한 사항들 중에서도, 제한된 차폐 유효성, 대규모의 제조 가능성 문제, 부식 문제, 중합체 기판들의 제한된 선택을 포함하여, 각각 그들의 단점들을 갖고 있다. 이들 중합체 복합재들의 다수가 은, 니켈, 또는 구리와 같은 고가의 금속들로 구성되기 때문에, 재료 비용 역시 문제될 수 있다.
추가의 EMI 차폐물들은 중량 감소를 위해 또는 광학적 투명성(transparency)의 필요성에서 금속 와이어 스크린 또는 메쉬를 사용할 수 있다. 금속 와이어 스크린들은 그들의 본질적으로 높은 전기 전도도(이는 효과적인 EMI 차폐의 요건이다) 때문에 사용된다. 그러나, EMI 스크린들은 또한 GHz 주파수에서의 제한된 차폐 유효성, 세심한 주의가 필요한 스크린의 취급, 인클로저 내에 스크린의 포함(incorporation) 및 접지(grounding), 및 실지로 손상된 인클로저의 보수(repair)와 같은 그들의 제한 사항들을 갖는다.
또한, 다수의 기존의 EMI 차폐 재료들은 지면에 투명한 통로를 제공하지 않으며, 이는 항공기 스킨과 같은 어플리케이션에 바람직하다. 절연 수지 매트릭스에 끼워지는 익스팬디드 금속 박(expanded metal foils)(EMF)과 같은 EMI 차폐 재료들은 일반적으로 직교 전도도(orthogonal conductivity)를 갖지 않는다. 패널(panel)을 EMF 재료와 전기적으로 연결하기 위해, 제조자는 수지 매트릭스를 완전히 사포로 닦아야 하며 EMF의 양쪽을 모두 노출시켜야 한다. 이러한 경우 접해 있는 전도성 스트랩(strap)은 패널을 가로질러 부착되어야 하며, 돋아난 상처 결함을 발생시키지 않도록 주의를 기울여야 한다.
하이 엔드(high end) 차폐 어플리케이션은 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 60dB을 초과하는 차폐 수준을 필요로 한다. 종종 항공 우주 및 군사 어플리케이션에 필요한 매우 높은 차폐 수준은, 90db을 초과하는 수준을 요구한다. 최신식 재료들은 경량이고, 저렴하며, 적용 및 보수가 용이면서도 이러한 엄격한 요건들에 부합할 것이 종종 요구된다.
본 발명은 현재의 재료들과 방법들에서의 이러한 인지된 필요성 및 제한 사항들에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 2008년 3월 26일에 출원된 미국특허출원 제12/055,789호(공개 번호 제2010/0001237호)에 기재된 재료들은 일반적으로 본 명세서에 그 전체 내용이 참고로서 포함 및 결합되며, 상기 재료들은 경화 중에 원위치에서(in-situ) 형성되고 기판에 적용되어 EMI 차폐를 제공하는 전도성 매트릭스로서 사용된다.
기존의 EMI 차폐 재료들에 대한 여러 가지 문제들을 다루기 위한 노력으로, 본 발명의 구현예는 반응성 유기 화합물 및 전기 전도성 충전제를 포함하는 EMI 조성물을 사용하며, 이는 상기 유기 화합물의 경화 중에 (연속적이거나 반-연속적인) 중합체 풍부 영역(polymer rich domains)(이의 전기적 및 임의적으로 열적 전도도는 벌크 금속들의 것의 몇 차수 이내이다)의 사이에 위치한 금속의 연속적인, 3-차원의 네트워크로 구성된 불균질 구조로 자가-어셈블링 가능하다. 현재 최신식 조성물들은 종종 견고한 EMI 차폐 어플리케이션에 요구되는 경량, 분산성(dispensability), 및 접착력과 같은 특성들과 함께 높은 전도도가 결여되어 있다. 성공적인 재료에 필요한 밀도, 유동학 및 접착 특성들을 유지시키면서 매우 높은 수준의 전도도를 얻기 위해 필요한 충전제 부하(loading)를 얻을 수 있는 경우는, 오직 본 발명의 구현예들을 통해서만 가능하다.
본 발명의 일 양태에서, 전자파 장애로부터 기판을 차폐하는 방법은, 기판을 제공하는 단계, 전자파 장애(EMI) 차폐 조성물을 기판에 제공하는 단계를 포함하는 것으로 제공되며, 여기에서 상기 전자파 장애 차폐 조성물은 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 충전된, 경화성 재료를 포함한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 경화성 재료는 경화성 유기 화합물 및 충전제를 포함하며, 상기 충전제 및 유기 화합물은 유기 화합물의 경화 중에 상호작용을 나타내며, 상기 상호작용은 충전제를 전도성 경로 내로 자가-어셈블링하도록 유발한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 경화성 조성물은 에폭시 수지, 및 에폭시 경화제(curative), 및 지방산 코팅된 전도성 충전제를 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 에폭시 수지는 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르를 포함하며, 에폭시 경화제는 프탈산 무수물 및 디에틸렌트리아민 사이의 반응을 기초로 하는 폴리아민 무수물 부가물(adduct)을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 조성물은 사전-정의된 선 두께 및 사전-정의된 개구(aperture) 크기를 포함하는 예정된 패턴으로 기판에 적용되며, 바람직한 구현예에서, 기판에 적용된 조성물은 광학적으로 투명하다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 조성물은 약 1MHz 내지 약 40GHz에서 20dB 이상의 차폐 유효성을 가지며, 더 바람직하게, 조성물은 약 1MHz 내지 약 40GHz에서 약 80dB 이상의 차폐 유효성을 제공한다.
본 발명의 추가의 양태에서, EMI 차폐 조성물을 기판에 제공하는 단계는, 하나 이상의 불연속적인 전도성 경로를 포함하는 EMI 차폐 시스템의 손상된 부분을 확인하는 단계; EMI 차폐 조성물을 손상된 부분 상에 증착시키는 단계; 및 증착된 조성물을 경화시켜 손상된 부분에 하나 이상의 불연속적인 전도성 경로를 완성하는 하나 이상의 자가-어셈블링된 전도성 경로를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, EMI 차단 시스템은 전도성 시트 금속, 금속 박, 금속 메쉬, 탄소-금속 섬유 공-직물(co-weaves), 금속화 탄소, 또는 충전된 전도성 중합체 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 추가의 구현예에서, EMI 차폐 시스템은 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 충전된, 경화성 재료를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태는 EMI 차폐 재료의 비파괴 검사 방법을 제공하며, 상기 방법은, EMI 차폐를 제공할 수 있는 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계; 조성물의 전기적 특성을 측정하는 단계; 및 복합재의 열화도(degradation)를 결정하기 위해 조성물의 측정된 전기적 특성을 조성물의 사전 열화된(degraded) 샘플의 전기 전도도와 동일시하는 단계를 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 조성물은 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 경화성 재료를 포함한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 전기적 특성은 전기 저항률(electrical resistivity)을 포함한다.
형성된 불균질 구조로 인해, EMI 차폐 조성물은 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 균일하게 위치한 입자들로 구성된 균질한 구조를 갖는 기존의 조성물들보다 상당히 낮은 입자 농도에서 전도성 입자들의 침투(percolated) 네트워크를 유발할 수 있다. 또한, 경화 중에 형성된 불균질 구조는 입자들의 소결을 가능하게 함에 따라 입자들 간의 접촉 저항을 제거하고, 후속하여 열 전도도 및 전기 전도도의 상당한 개선에 이르게 한다. 또한, 소결된 금속의 연속적인 경로는 열 집약적 또는 전계(electric field) 집약적인 어플리케이션에서 발생할 수 있는 상당한 양의 열 및 전류의 이동을 가능하게 한다. 연속적인 경로들의 관련된 자가-어셈블링 및 보다 낮은 충전제 부하의 조합은, EMI 재료들이 보다 경량이고, 보다 가공하기 용이하며, 기판에 대해 개선된 습윤(wetting) 및 접착을 할 수 있는 더 많은 수지를 가질 수 있도록 한다.
이의 등방성 성질로 인해, 복합재는 모든 직교 방향에서 전도성이며; 이에 따라 복합재 구조의 z-방향에 상당히 개선된 전기 전도도 및 열 전도도를 제공한다. 후속하여, 이러한 개선은 계면에서 저항을 상당히 감소시킬 수 있음에 따라, 전자 부품의 성능 개선 및 차폐에 매우 중요한 열전달 및 접지(grounding)를 향상시킨다.
또한, 이의 높은 전도성, 등방성 성질로 인해, 이는 전자파 장애에 대한 차단을 목적으로 다기능성 재료로 사용될 수 있는데, 이러한 목적에는 정전하(static charge) 축적의 제거, 얼음을 용융시키기 위한 열 도관(heat conduit)(예컨대 제빙 재료), 및 낙뢰에 대한 차단이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 형성된 구조는 본질적으로 미가공(natural) 개구의 역할을 하는 3차원 메쉬와 유사한 기하학적 구조를 가지며; 이에 따라 특정 파장에 대해 증가된 차폐를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 유기 성분은 반응하여 공유결합을 형성할 수 있기 때문에, 이는 각각 반응성 또는 비-반응성(예컨대 열가소성 또는 사전 반응된 열경화성) 상기 기판들과 함께 용이하게 공-경화(co-cured)되거나 상기 기판들 상에 용이하게 경화될 수 있다.
또한, 경화되지 않은(A-스테이지화(staged) 또는 B-스테이지화되지만, C-스테이지화되지 않은) 조성물은 바람직한 취급 특성들을 가지며, 다양한 적용 형태들에 대해 용이하게 개조될 수 있다. 이러한 형태들에는 분산 가능한 접착제, 인쇄 가능한 잉크, 폼-인-플레이스(form-in-place) 개스킷, 분무 코팅물, 접착제 필름, 또는 섬유 프리프레그(prepreg) 또는 일방향성 테이프와 같은 섬유 보강 복합재 재료에 혹은 이러한 재료와 함께 사용되는 수지로서 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 조성물은 경화 후에 EMI 인클로저 그 자체를 형성할 수 있다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은 하나 이상의 층들이 전도성 자가-어셈블링 조성물로 구성되도록 둘 이상의 층들의 라미네이트된(laminated) 구조를 생성하는데에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예에서, 경화되지 않은 조성물은 기존의 EMI 재료와 함께 사용되어 독특한 혼성 구조를 생성하며, 이에 따라 EMI 차단 및 중량의 매력적인 조합을 생성한다. 그 예들에는 고체 금속 박 및 금속 스크린 또는 메쉬를 끼워넣기 위해 B-스테이지화된 필름으로 사용되는 자가-어셈블링 재료가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은 EMI 재료들의 보수 중에 EMI 재료들의 상이한 부분들의 어셈블링과 관련된 계면들을 전기적으로 이어줄(bridging) 수 있다. 본 발명의 추가의 구현예들에서, 상기 재료는 경화되지 않은 분무 코팅믈, 경화되지 않은(C-스테이지화되지 않은) 필름 접착제, 또는 임의적으로 전도성 충전제로 충전된 수지 또는 2차 접착제를 사용하여 결합된 가요성 경화된 필름으로서 적용될 수 있다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 보수되거나 결합되는 기존의 또는 인접한 기판은 자가-어셈블링 불균질 재료와 조성물이 동일할 수 있거나, 이에 제한되는 것은 아니지만 금속 박 또는 스크린을 기초로 하는 것들과 같은 기존의 EMI 시스템들을 기반으로 할 수 있다.
또한, 이의 높은 전도성, 등방성 성질로 인해, 여기에서 논의된 재료들에 그 자체에 정량적인 비-파괴 검사가 실시된다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 경화된 조성물의 전도도는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 차단부(protected part)의 제조 중에 결함을 평가하거나, EMI 재료의 손상 정도를 평가하거나, 실지로 재료들의 성능 중 재료의 열화도를 평가할 목적으로 측정될 수 있다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 본 발명의 재료, 구조, 및 공정은 예컨대, 핵무기로부터의 전자기 펄스(EMP)에 대한 차단을 추가로 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 자가-어셈블링 재료들은 부품들을 연결하기 위한 접착제뿐만 아니라 EMI 차폐물의 역할을 한다. 본 발명의 구현예들에서, 자가-어셈블링 재료는 재료의 접착 특성을 통해 금속 부품들을 비-금속 부품들에 연결하는데에 사용된다. EMI 차폐를 제공하기 위해 비-금속 부품 상에도 동일한 재료가 코팅될 수 있으며, 전도성 경로들은 코팅된 비-금속 부품 및 금속 부품 사이의 재료를 통해 제공된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 경화된 자가-어셈블링된 재료는 복합재 항공기 또는 다른 기판의 스킨을 따라 지면에 투명한 통로를 제공한다. 낙뢰 차단 및 EMI 차폐 특성을 개선하는 것 외에도, 이러한 지면으로의 통로는 또한 제조자로 하여금 접지면으로 연결하기 위해 항공기의 전도성 스킨층을 이용하면서 접지 와이어 및 노동의 양을 감소시키게 한다. 경화 프로세스를 통해, 자가-어셈블링 재료는 인접한 금속 프레임 또는 다른 전도성 필름에 전기적 접속을 제공한다. 이러한 전기 접속 형성의 용이성은 자가-어셈블링 접착제 필름의 직교 전도도 및 경화 프로세스 중에 유동할 수 있는 능력 때문이다.
본 발명의 추가의 양태에서, 감소된 충전제 부하에서 특히 높은 전기 전도도 및 전자기 차폐 유효성을 갖는 복합재 또는 높은 전도성의, 자가-어셈블링 접착제는 전자파 장애(EMI) 차폐물/여과기를 생성하기 위해, 공지된 두께 및 개구 크기의 특정 패턴의 상호접속 트레이스(trace)로 기판에 적용된다.
본 발명의 일 구현예에서, 자가-어셈블링 접착제는 예컨대 제팅(jetting), 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 플렉소그래피, 소프트 또는 오프셋 리소그래피, 마스크 및 분무, 및 스텐실 인쇄와 같은 여러 기술들을 이용하여 패턴으로 분배된다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 메쉬 패턴은 자가-어셈블링 전도성 접착제의 중첩 트레이스를 기판상에 분배함으로써 생성된다. 상기 재료는 공-경화된 필름으로서, 경화된 복합재 상에 마지막 단계로서, 또는 복합재 제조 중에 또는 보수 중에 스플라이싱제(splicing agent)로서 외부 층에 적용될 수 있다. 패턴화는 또한 광학적으로 투명한 기판상에 EMI 차폐를 제공하는데에 유용할 것이다. 이러한 경우, 통신 주파수는 반사될 것이지만, 물품(article)은 여전히 가시광선에 대해 투명할 것이다. 이러한 구현예의 바람직한 예시적 용도는 창문, 디스플레이, 터치 스크린, 모니터 및 LCD 스크린, 및 캐노피(예컨대 항공기 캐노피)를 차폐하는 것일 것이다. 이러한 패턴화는 일반적으로 약 1 내지 약 3밀(mils)의 선 두께 및 약 2 내지 약 15밀 또는 그 이상의 개구 크기(바람직한 주파수 유효성에 따라 달라짐)를 포함하는 격자 패턴을 포함한다.
추가의 구현예에서, 상기 조성물은 보드- 및/또는 부품-레벨의 차폐에 전자 부품을 차폐하기 위해 컨포멀 코팅물(conformal coating)의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 전기 전도성 조성물은 전기 절연 컨포멀 제 1 층 위에 제 2 층으로서 적용될 것이다. 제 1 층은 조성물 또는 최신식 재료를 가질 수 있는 전기 절연 층으로 구성되어야 한다. 현재 코팅물은 전자 부품에 의해 발생한 열을 충분히 방산 하는데 필요한 상당한 전도도가 결여되어 있기 때문에, 우수한 EMI 차폐와 결합된 조성물의 높은 열 전도도는 두 개의 층 시스템으로서 특히 유용할 것이다.
요약하면, 본 발명의 구현예들은 반응-유도된 상 분리로 인해 자가-어셈블링하는 재료들을 사용하며, 여기에서 반응-유도된 상 분리는 결과적으로 생성된 중합체(예컨대, 비스페놀 F 및 폴리아민 무수물 부가물 경화제를 반응시킴으로써 생성됨) 및 코팅된 충전제의 사이에서 발생하여 높은 전자기 차폐능을 갖는 재료들을 생성시킨다. 차폐 수준은 샘플 전체에 걸쳐 은의 균질한 분배를 갖는 복합재들에 비해 ~2-10배 높은 것으로 나타났다. 또한, 경화된, 자가-어셈블링된 조성물에서 달성된 수준은 낮은 충전제 부하에서 얻어졌다.
따라서, 하기의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있고, 본 기술분야에 대한 본 발명의 기여가 보다 잘 인식될 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 보다 중요한 특징들을 어느 정도 대략적으로 약술하였다. 명백히, 이하에서 기술되는 본 발명의 추가의 특징들이 있으며, 이는 하기에 기재된 청구항의 주제를 형성할 것이다. 이러한 측면에서, 본 발명의 몇몇 구현예들을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명이 상세한 설명 및 구성, 그리고 하기 설명에 기술되어 있거나 도면에 설명되어 있는 구성 요소들의 배열에 대한 이의 적용에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 구현예들을 가질 수 있으며 여러 방법들로 실행 및 수행될 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 용어 및 술어가 설명을 위한 것이며 임의의 측면에 제한하여 간주되어서는 안된다는 점이 이해되어야 한다. 당업계의 통상의 기술자는 이러한 개시 내용을 기초로 하는 개념 및 이것이 이러한 개발의 몇몇 목적들을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템을 나타내기 위한 기본 원리로서 손쉽게 활용될 수 있음을 인식할 것이다. 청구항이 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않는 이상 이러한 등가의 구조를 포함하는 것으로서 간주된다는 점이 중요하다.
본 발명의 첫 번째 구현예에서, 전자기 방사선으로부터 기판을 차폐하는 방법은, 기판을 제공하는 단계, 및 전자기 방사선 차폐 조성물을 상기 기판에 제공하는 단계를 포함하는 것으로서 제공되며, 여기에서 상기 전자기 방사선 차폐 조성물은 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 충전된, 경화성 재료를 포함한다. 전도성 충전제는 선행 기술의 재료들의 많은 단점들을 다루는 전도성 EMI 차폐 재료를 제공하기 위해 중합체 매트릭스의 경화 중에 전도성 경로 내로 자가-어셈블링한다.
자가-어셈블링 및 구조 형성의 메커니즘은 구성 재료들의 적절한 선택 및 특정한 가공 조건을 고수함으로써 달성된다. 본 발명의 일 구현예에서, 충전제 성분은 전도성 충전제(열적, 전기적 또는 둘 다)를 포함하며, 유기 화합물은 단량체 및 임의적으로 경화제를 포함한다. 유기 재료의 반응 중에 충전제 풍부 영역의 형성은 직접적인 충전제-대-충전제 입자 접촉이 일어나도록 한다. 열의 존재 하에, 입자들은 함께 추가로 소결될 수 있다. 소결은 사전에 비-소결된 충전제 입자들간의 접촉 저항을 제거하며, 이에 따라 복합재의 열 및/또는 전기 전도도를 상당히 개선시킨다.
완전히 이해되는 것이 아니며 이론상으로 제한받고자 하는 것도 아니지만, 자가-어셈블링 및 영역 형성 및 소결은 유기 재료의 경화 온도, 경화 시간, 및 경화 중에 가해지는 압력의 수준에 영향을 받기 쉬운 것으로 생각된다. 다시 말해서, 영역 형성 및 소결은 동역학적으로 구동되는 공정이다. 또한 추가의 구현예에서, 샘플이 가열되는 속도(rate)는 영역 형성 및 소결의 정도에 영향을 줄 것이다. 전체로서, 가공 조건은 최소한의 충전제 부하에서 특성들의 최상의 조합을 갖는 전도성 접착제를 얻도록 맞추어질 수 있으며, 이는 종종 보다 낮은 비용 및 높은 충전제 부하에 의해 악영향을 받는 다른 특성들을 이용할 기회로 바뀐다. 몇몇의 경우에는, 접착제가 높은 소결 온도를 견딜 수 없는 어플리케이션에 사용될 때, 특히 높은 전도도를 얻기 위해 보다 높은 압력 또는 종래와는 다른 소결 기술들이 사용될 수 있다.
충전제 성분 및 반응성 유기 화합물들은 혼합시 균질한 혼합물을 생성하도록 선택된다. 그러나, 경화 중에, 이러한 경우 유기 화합물로부터 형성된 결과적인 중합체가, 조성물이 충전제 풍부 영역을 갖는 불균질한 화합물로 자가-어셈블링될 수 있도록 충전제와 반발 상호작용을 갖는 것으로 생각되는데, 상기 풍부 영역에서 충전제 조성물의 농도는 벌크 충전제보다 훨씬 더 높다 따라서, 화합물의 전체 (벌크) 충전제 농도가 변하지 않으면서, 충전제 입자들 및 유기 성분은 원위치에서 높은 농도의 각각의 영역들로 자가-어셈블링한다. 이러한 현상은, 만일 있다 하더라도 매우 적은 초기의 충전제-충전제 접촉을 갖는 혼합물로부터 원위치에서 형성된 상호연결된 충전제 입자들의 자가-어셈블링된 네트워크를 유발할 수 있다.
충전제 성분 및 유기 화합물 사이에 반발 상호작용을 일으키기 위해 사용될 수 있는 몇몇 접근법들이 존재한다. 그러나, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 이는 충전제 입자를 무-극성 코팅물로 코팅시키고, 비교적 무-극성인 수지 및 극성 경화제를 포함하는 반응성 유기 화합물에 코팅된 충전제를 혼합시킴으로써 달성된다. 경화되지 않은 상태에서, 수지, 경화제, 및 충전제는 비교적 균질한 혼합물을 형성하며, 여기에서 코팅된 충전제 및 수지는 상호 양립 가능하고 비교적 균질한 혼합물을 형성한다. 그러나, 열을 적용하면, 경화제는 수지와 반응하여 그 위에 극성 모이어티(moieties)를 갖는 중합체를 형성하여, 충전제 상의 무-극성 코팅물 및 중합체 상의 극성 모이어티 사이의 반발 상호작용이 나타난다. 이러한 반발 상호작용은 중합체-풍부 및 충전제-풍부 영역(이들 각각의 농도는 각각 중합체 및 충전제의 벌크 농도보다 상당히 높다)의 자가-어셈블링을 유발한다. 또한, 광범위한 영역 형성은 대부분의 충전제 입자들 사이에서 상당한 입자 대 입자 접촉을 갖는 연속적인 충전제-풍부 영역들을 생성시킬 수 있다.
충전제의 존재 하에 유기 화합물의 경화시 반발 효과를 일으킬 수 있는 다른 유형의 상호작용들은, 정전기 상호작용, 수소 결합 상호작용, 쌍극자-쌍극자 상호작용, 유발 쌍극자 상호작용, 소수성-친수성 상호작용, 반데르발스 상호작용, 및 금속 상호작용(유기금속 화합물 및 금속 충전제와의 상호작용과 같은 상호작용)으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 유기 화합물(들)로부터 형성된 중합체들의 분자량 차이와 같은 엔트로피 관련된 효과로부터 다른 형태의 반발 상호작용들이 발생할 수 있다. 또한, 전계와 같은 외부 자극의 결과로서 반발 상호작용이 발생할 수 있다.
충전제의 존재 하에 유기 화합물의 경화시 형성된 영역은 벌크 (평균) 충전제 농도보다 높은 농도를 갖는 충전제-풍부 영역들 및 벌크 (평균) 충전제 농도보다 낮은 농도를 갖는 유기 풍부 영역들을 초래한다. 평균 충전제 농도보다 농도가 높은 영역은 경화된 조성물의 바디(body) 전체에 걸쳐 연장되는 전도성 충전제 재료의 반-연속적이거나 연속적인 경로를 형성할 수 있다. 이러한 경로는 낮은 저항 루트(route)를 제공하며, 이를 통해 전자 및/또는 열적 포논(phonon)이 이동할 수 있다. 다시 말해서, 경로 또는 채널(channel)은 매우 증대된 열 또는 전기 전도도를 가능하게 한다. 이러한 전도성 경로는 충전제 입자들을 함께 소결시킴으로써 추가로 강화될 수 있다. 이러한 높은 전도성 경로는 넓은 스펙트럼의 주파수를 가로질러 전자기 방사선을 더 잘 흡수하기 위한 EMI 차폐에 특히 이롭다.
소결은, 당업계에 공지되어 있듯이, 표면 용융 현상으로서, 여기에서 입자들은 재료의 벌크 용융 온도 미만의 온도에서 함께 융합된다. 이러한 거동은 보다 낮은 에너지 상태로 완화되려는 재료의 경향에 의해 초래된다. 이를테면, 충전제 유형, 크기, 및 모양의 선택은 충전제 입자들의 소결성에 크게 영향을 미칠 수 있다. 얇은, 넓은, 평평한 판들과 같은 특정 입자들은 종종 여러 밀링(milling) 공정을 통해 큰 입자들을 전단시킴으로써 형성된다. 이러한 공정은 다량의 내부 응력을 제공할 뿐만 아니라 다량의 표면적을 생성시킨다. 특정 양의 열이 입자들에 더해지는 경우, 이들은 녹아서 함께 융합되는 경향을 가질 것이며, 이에 따라 내부 변형(strain)이 완화되고 입자들의 전체 표면 에너지가 감소될 것이다. 이러한 이유로, 본 발명에서 사용하기에 바람직한 충전제 입자들은, 어느 정도의 열 또는 전기 전도도를 포함하고 쉽게 소결되는 것들이다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 바람직한 충전제는, 추가로 소결 가능한 충전제의 구조로의 변형을 제공하는 냉간 가공(cold working)이 가해진 금속 입자를 포함한다.
소결 온도는 충전제로서 선택된 재료뿐만 아니라 충전제 입자의 기하학적 구조에 따라 달라질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기 화합물의 경화 및 충전제의 소결이 동시에 일어나도록 균형을 맞추는 것이 유리하다. 이러한 구현예에서, 경화 온도 및 프로파일은 충전제의 소결 온도에 부합하도록 선택되어, 유기 화합물이 충전제에 대해 반발하게 되고 충전제 입자들이 함께 강제되며, 일단 입자 대 입자 접촉이 일어나면 개별적인 충전제 입자들이 소결될 수 있다. 이는 완전히 경화된 조성물 전체에 걸쳐 관찰되는 연속적인 충전제 구조에 원인이 있는 것으로 생각된다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 소결 온도는 은 플레이크(silver flake) 충전제에 대해 약 100℃ 이상, 더 바람직하게는 약 150℃, 보다 더 바람직하게는 150℃를 초과하는 온도이다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 저온 경화가 바람직할 수 있다. 예컨대 열 감응성 기판에 경화성 조성물을 코팅/적용하는 경우, 경화제 및 경화 메커니즘은 50℃ 미만의 온도, 대안적으로는 실온 미만(20 - 25℃)에서 경화된, 자가-어셈블링된 재료를 얻도록 맞추어질 수 있다. 본 발명의 구현예들에서, 경화 단계 중에 소결이 일어나지 않는 경우, 예컨대 저온 경화 환경에서, 입자들은 초기에 경화되지 않은 자가-어셈블링된 경로를 형성할 수 있다. 이러한 경우 소결 단계는 추후에 추가될 수 있다. 이러한 추후-추가된 소결 단계는, 주위 가열(ambient heating)을 통해 또는 전기적으로 유발된 가열을 통해, 경화된, 자가-어셈블링된 재료의 가열을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 자가-어셈블링 조성물은 열의 첨가 없이 경화될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 조성물에 열을 적용함으로써 조성물이 경화된다. 열 경화는 일반적으로 컨벡션 오븐(convection oven) 또는 오토클레이브(autoclave)와 같은 경화 오븐에서 수행되며, 이에 따라 조성물의 온도를 증가시키기 위해 열풍(hot air) 또는 방사열이 사용된다. 본 발명의 택일적인 구현예들에서, 전자기장에서의 유도 경화, 고주파 경화, 적외선 경화, 전자 빔 경화, 자외선 경화, 및 가시광선에 의한 경화와 같은 다른 경화 방법들이 사용될 수 있다. 또한, 경화 반응은 발열성 경화 반응의 사용을 통해 스스로 가속화될 수 있다. 예컨대, 조성물이 플라스틱과 같은 온도 감응성 기판상에 코팅되는 경우, 비-열적 경화가 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 충전제는 무기 충전제를 포함한다. 이용가능한 충전제들은 알루미늄, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 백금, 금, 티타늄, 납, 및 텅스텐과 같은 순 금속(pure metal); 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 붕소 질화물, 실리콘 탄화물, 아연 산화물과 같은 금속 산화물 및 세라믹스를 포함한다. 탄소 함유 충전제들은 흑연, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 및 탄소 섬유로 이루어질 수 있다. 적합한 충전제들은 추가적으로 전술한 충전제들의 조합물 및 합금을 포함한다. 추가적인 충전제들은 용융 실리카 분말과 같은 무기 산화물 분말, 알루미나 및 티타늄 산화물, 및 알루미늄, 티타늄, 실리콘 및 텅스텐의 질산염을 포함한다. 입자성 재료들은 수 나노미터 내지 수십 마이크론 범위의 입자 크기를 갖는 형태(versions)를 포함한다.
본 발명의 구현예에서, 충전제는 경화된 조성물의 전체 부피를 기준으로 하여 약 40부피% 이하로 존재한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 충전제는 경화된 조성물의 전체 부피를 기준으로 하여 약 30부피% 이하로 존재한다. 본 발명의 보다 바람직한 구현예에서, 충전제는 경화된 조성물의 전체 부피를 기준으로 하여 약 15부피% 이하로 존재한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 충전제는 전기 전도성, 열 전도성, 또는 전기 전도성 및 열 전도성인 재료를 포함한다. 비록 금속 및 금속 합금은 본 발명의 몇몇 구현예들에서 사용하기에 바람직하지만, 충전제는 전도성의 소결가능한 비-금속 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 택일적인 구현예에서, 충전제는 혼성 입자를 포함할 수 있으며, 여기에서 한 유형의 충전제(예컨대 비-전도성 충전제)는 은과 같은 전도성의, 소결가능한 재료로 코팅된다. 이러한 방법으로, 충전제 입자들의 소결성 및 소결된 재료의 전도도를 유지시키면서 사용되는 은의 전체 양은 감소될 수 있다.
본 발명의 구현예에서, 완성된 재료에 불균질 구조를 제공하기 위해, 충전제 성분은 유기 화합물과 상호작용할 수 있어야 한다. 상기에서 논의한 바와 같이 본 발명의 바람직한 구현예에서, 이는 극성 유기 화합물과 무-극성 충전제의 상호작용을 통해 수행된다. 금속과 같은 바람직한 충전제 재료를 위해, 충전제는 바람직한 극성도를 포함하는 재료로 코팅된다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 충전제 코팅물은 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 및 팔미트산과 같은 무-극성 지방산 코팅물을 포함한다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 충전제 코팅물은 알칸, 파라핀, 포화되거나 불포화된 지방산, 알켄, 지방산 에스터(fatty ester), 왁스로 만든 코팅물, 또는 올리고머 및 공중합체와 같은 몇몇 무-극성 재료들 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 추가의 구현예들에서, 무-극성 코팅물은 소수성 꼬리를 갖는 오가노티타네이트(ogranotitanates) 또는 실란 함유 소수성 꼬리 또는 작용성 실리콘과 같은 실리콘 기반의 코팅물을 포함한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 코팅물(또는 계면활성제, 커플링제, 표면 개질제 등)은 입자들이 경화성 조성물에 결합되기 이전에 충전제 입자에 적용된다. 코팅 방법의 예들에는 수성 알코올로부터의 코팅물의 증착, 수용액으로부터의 증착, 미가공 충전제 상에의 벌크 증착(예컨대 분무 용액 및 원뿔 혼합기를 사용하여, 밀(mill) 또는 아트리터(Attritor)에서 코팅물 및 충전제를 혼합함), 및 기상 증착이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 추가의 구현예에서, 코팅물은 유기 성분들(즉, 수지 및 경화제) 사이의 반응에 앞서 충전제를 처리하기 위해 조성물에 첨가된다.
본 발명의 택일적인 구현예에서, 충전제/코팅물 및 중합체의 극성은 반대로 되며, 여기에서 충전제/코팅물은 극성 모이어티를 포함하고 유기 화합물은 무-극성 중합체를 포함한다. 유사하게, 본 발명의 구현예에서, 극성을 제외한 반발 효과는 자가-어셈블링을 일으키기 위해 사용되며, 충전제 및 유기 성분들의 활성 특성은 교환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기 화합물은 에폭시 수지 및 경화제를 포함한다. 이러한 구현예에서, 유기 화합물은 전체 조성물의 약 60 내지 약 100부피%를 포함한다. 이러한 구현예에서, 유기 화합물은 대략 70 내지 85중량%의 비스페놀 F와 같은 비스페놀 화합물의 디글리시달 에테르, 및 15 내지 30중량%의 경화제(예컨대, 프탈산 무수물 및 디에틸렌트리아민 사이의 반응을 기초로 하는 폴리아민 무수물 부가물)를 포함한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 적합한 유기 화합물들은 실록산, 페놀릭, 노볼락, 아크릴레이트(또는 아크릴릭), 우레탄, 우레아, 이미드, 비닐 에스터, 폴리에스터, 말레이미드 수지, 시아네이트 에스터, 폴리이미드, 폴리우레아, 시아노아크릴레이트, 벤즈옥사진, 불포화된 디엔 중합체, 및 이들의 조합물과 같은 유형의 단량체, 반응성 올리고머, 또는 반응성 중합체들을 포함한다. 경화 화학은 유기 화합물에 활용되는 중합체 또는 수지에 따라 달라질 것이다. 예컨대, 실록산 매트릭스는 첨가 반응 경화성 매트릭스, 축합 반응 경화성 매트릭스, 퍼옥사이드 반응 경화성 매트릭스, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 경화제의 선택은, 충전제 입자들의 전도성 경로 내로의 바람직한 자가-어셈블링을 제공하기 위해, 여기에 약술한 바와 같이 충전제 성분 및 가공 조건의 선택에 따라 달라진다.
또 다른 구현예에서, 이의 등방성 성질로 인해, 조성물은 모든 직교 방향에서 전도성이며; 이에 따라 복합재 구조의 z-방향에 상당히 개선된 전기 전도도 및 열 전도도를 제공한다. 후속하여, 이러한 개선은 복합재 라미네이트에 존재하는 비-전도성 수지층과 관련된 열 축적(heat buildup) 및 용량성 효과(capacitive effect)의 상당한 감소를 가능하게 한다. 또한, 재료는 복합재 기판의 층들 내의 또는 복합재 기판의 층들 사이의 인접한 탄소 섬유들을 이어줌으로써 열 및 전자 전달을 촉진할 수 있다. 본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링된 재료의 높은 전도성, 등방성 성질로 인해, 하기에서 훨씬 상세하게 논의하는 바와 같이 그 자체에 정량적인 비파괴 검사가 수행된다.
경화되지 않은(A-스테이지화되거나 B-스테이지화되지만, C-스테이지화되지 않은) 자가-어셈블링 조성물은 바람직한 취급 특성을 가지며 다양한 적용 형태들에 대해 용이하게 개조될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은 유기 화합물의 경화 중에 반응성 또는 비-반응성 기판에 결합할 수 있는 유동성 접착제(예컨대 액체 또는 페이스트)를 포함한다. 따라서, 자가-어셈블링된 조성물은, 특정 적용 기술들을 강화하고 기판에 보다 강한 기계적 접속을 가능하게 하여 후속하여 접착제 내의 전도성 네트워크 및 기판 사이의 전기 접속을 강화시키는 접착 특성을 포함한다. 결과적으로, 추가적으로 EMI 차폐를 제공하면서 두 개의 인접한 표면들을 함께 결합시킬 수 있는 접착제가 초래된다. 이러한 하나의 예시는 폼-인-플레이스 개스킷 또는 컨포멀 컨포멀 코팅물이다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은 2-부의 시스템(two-part system)으로서 제공되며, 여기에서 혼합시, 경화 반응이 시작하도록 경화성 유기 성분은 "A-면(A-side)"으로 존재하며 경화제는 "B-면(B-side)"으로 존재한다. 충전제 및 임의의 다른 선택적인 성분들은 A-면, B-면 또는 둘 다에 존재할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 조성물은 일반적으로 복합재 어플리케이션에 사용되는 B-스테이지화된 필름 접착제의 형태이다. 또한, 필름 접착제는 취급 특성을 강화하기 위해 부직포 베일(veil)과 같은 임의의 캐리어 직물(carrier fabric)을 갖는다. 또 다른 구현예에서, 베일은 조성물의 EMI 차폐능을 추가로 강화하기 위해 전기 전도성일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 조성물은, 조성물에 용매를 첨가함으로써 스프레이로서 기판에 적용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 용매는 복합재 구조에 대한 일반적인 가공 조건 하에 증발될 수 있으면서도 유기 화합물을 (전부 또는 부분적으로) 용해시키기에 적합한 구조를 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 에폭시 수지가 사용되는 경우, 용매는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 톨루엔, 자일렌, 벤질 알코올, 부틸 아세테이트, 사이클로헥사논, 디메톡시에탄, 트리클로로에틸렌, 글라이콜 에테르, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 용매의 선택 역시 사용되는 경화제에 의해 좌우될 것이다. 바람직한 일 구현예에서, 에폭시 수지에 대해 용매로 작용하고 폴리아민 무수물 부가물에 대해 비-용매로 작용하는 아세톤과 같은 화학 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 용매는 0.25 내지 1.5중량부의 비-용매 성분들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 조성물은 코팅되거나 인발성형된(pultruded) 섬유, 복합재 프리프레그, 테이프 등을 제조하기 위해 섬유 보강재(예컨대 섬유, 섬유 토우(tows), 직조 섬유(woven fiber) 또는 직물 등)와 함께 사용된다. 다시 말해서, 조성물은 일반적인 프리프레그 및 관련 재료들을 형성하기 위해 사용되는 일반적인 수지 성분의 역할을 한다. 추가의 구현예에서, 여기에서 논의되는 자가-어셈블링된 재료는 다루기 쉬우며 수지 전환 성형(resin transfer molding), 수지 필름 주입(resin film infusion) 및 진공 보조 수지 전환 성형(vacuum assisted resin transfer molding)과 같은 침투(infiltration) 기술들을 포함한 많은 공지된 제조 기술들을 용이하게 한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은 한 층이 전도성 자가-어셈블링 조성물 및 하부(underlying) 층(들)을 포함하도록 둘 이상의 층들의 라미네이트 구조를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 조성물은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 반응 사출 성형, 압출 성형, 및 수지 전환 성형과 같은 기술들을 통해 인클로저 구조 자체를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 경화되지 않은 조성물은, 독특한 혼성 구조를 만들어냄에 따라 EMI 차폐 차단 및 중량의 매력적인 조합을 생성하기 위해 기존의 EMI 차폐 시스템과 함께 사용된다. 그 예들에는 고체 금속 박, 금속 스크린 또는 메쉬, 익스팬디드 금속 박(EMF), 금속화 섬유, 금속화 직조 섬유, 금속화 부직포(예컨대, 베일), 또는 금속-탄소 섬유 공-직물을 끼워넣기 위해 B-스테이지화된 필름으로 사용되는 자가-어셈블링 재료가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구현예들의 방법 및 재료는, 다양한 수단(코팅물, 접착제, 개스킷, 형성된 인클로저, 개스킷, 커넥터 등)을 통해 여러 기판, 부품, 기계, 비히클, 및 기구에 EMI 차폐를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법 및 재료는 전자장치 인클로저, 공간(room) 인클로저, 자동차 구조물 또는 항공 우주 구조물에 EMI 차폐 코팅물을 제공한다.
택일적인 구현예들에서, 본 발명의 자가-어셈블링 재료는 탄소 섬유 보강된 중합체(CFRP) 재료의 중합체 수지 성분으로서 또는 이러한 성분과 함께 사용될 수 있다. 이들 CFRP, 또는 복합재, 재료들은, 수지에 끼워진 직조-섬유, 수지 내의 일방향성 섬유 또는 테이프, 또는 수지가 함침된 인발성형된 섬유와 같은 여러 다양한 형태들로 이루어질 수 있다. 섬유 보강재는 여러 다양한 유형의 섬유들 및 유리, 탄소, 붕소, 아라미드, 실리콘 카바이드 등으로 제조된 섬유들과 같은 많은 섬유 형태들과 일방향성 토우 또는 직물과 같은 섬유 형태들로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 유기 성분이 반응하여 공유 결합을 형성할 수 있기 때문에, 이는 각각 반응성 또는 비-반응성(예컨대 열가소성 또는 사전에 반응된 열경화성) 기판들과 함께 용이하게 공-경화되거나 이러한 기판들 상에 용이하게 경화될 수 있다. 또한, 수지 화학의 적절한 선택은 하우징을 페인트칠하기 위해 사용되는 탑코트(topcoat) 층 및 프라이머(primer)와 같은 전자장치 인클로저의 외부 부품상에서 일반적으로 발견되는 하나 이상의 층들의 교체(replacement)를 제공할 수 있다.
또한, 이의 높은 전도성, 등방성 성질로 인해, 이는 EMI에 대한 차폐, 정전기 분산을 통한 정전하의 축적 제거, 얼음을 녹이기 위한 열 도관(예컨대, 제빙 재료), 낙뢰 또는 다른 전류에 대한 차단을 목적으로 다기능성 재료로 사용될 수 있다. 또한, 조성물의 다기능성은, 이의 복합재 구조로의 통합(integration)에 앞서 금속 구조물들(예컨대 EMF)을 접착제 필름과 결합시킨다는, 보유하고 있는 문제점들을 극복한다. 또한, 형성된 구조는 본질적으로 미가공 개구의 역할을 하는 3차원 메쉬과 유사한 기하학적 구조를 가지며; 이에 따라 특정 파장에 대해 증가된 차폐를 제공한다.
전술한 바와 같이, EMI 차폐물 - 섬유 프리프레그 기판의 제조는 오토클레이빙(autoclaving) 경화, 오토클레이브 이외의(out of autoclave) 경화, 또는 압출 성형과 같은 일반적인 복합재 가공 기술 동안 재료들을 함께 공-경화시킴으로써 수행될 수 있다. 택일적으로, 자가-어셈블링 접착제는 하부 복합재 기판이 경화된 이후에 경화가 적용될 수 있다. 또한, 자가-어셈블링 접착제는 열가소성 기판에 경화될 수 있다. 추가의 구현예에서, 일반적으로 복합재 가공 및 경화시 발생하는 증가된 압력 수준은, 조성물의 자가-어셈블링 후에 일어나는 충전제 입자들의 소결을 추가로 조력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 자가-어셈블링 재료는 조인트(joint), 볼트(bolt), 파스너(fastener), 리벳(rivet) 등을 결합하고/결합하거나 밀봉하기 위해 EMI 접착제로서 사용될 수 있다. 상기 재료는 조인트 내에 또는 조인트의 주위에 연속적인 전기적 통로를 제공하기 위해 연결 부분들을 가로지르는 전기적 연속성 및 기계적 무결성(integrity)을 모두 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 자가-어셈블링 재료는 EMI 차폐를 제공하기 위해 기판에 패턴으로서 적용된다. 패턴화는 광학적으로 투명한 기판에 EMI 차폐를 제공하고 EMI 차폐물의 전체 중량을 감소시키는데에 특히 유용하다. 이러한 경우, 통신 주파수는 반사될 것이지만, 물품은 가시광선에 대해 여전히 투명할 것이다. 본 구현예의 바람직한 예시적 용도는 창문, 디스플레이, 터치 스크린, 모니터 및 LCD 스크린, 및 캐노피(예컨대, 항공기 캐노피)를 차폐하는 것일 것이다. 광학적으로 투명한 기판의 예들에는 유리, 폴리카보네이트, 및 폴리메틸메타크릴레이트가 있다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 본 발명의 자가-어셈블링 재료는 손상된 EMI 차폐 재료를 보수하기 위해 사용된다. 이러한 보수 방법은 시트 금속, 금속 박, 금속 메쉬 및 다른 이러한 선행기술 시스템들과 관련된 보수의 난점들을 극복한다. 본 발명의 재료들의 독특한 자가-어셈블링 전도성 구조로 인해, 재료가 보수 부위에 적용되는 경우 자가-어셈블링 재료가 원위치에서 상호접속을 형성할 것이기 때문에 금속-대-금속 계면들은 정렬(alignment)을 필요로 하지 않는다. 보수 과정에 본 발명의 조성물들을 사용하는 특별한 방법에는 경화되지 않은 재료를 보수될 부분상에 분무하거나 페인팅하는 것, 또는 B-스테이지화되거나 C-스테이지화된 시트를 사전-형성한 후에 그 시트를 손상된 영역에 적용하는 것이 포함된다. 사전에 경화된 자가-어셈블링 재료는 또한 2차 보수 경화를 견딜 수 있고 새롭게 형성된 보수 코팅물에 잘 부착될 수 있다. 시트 금속 구조를 개량(retrofitting)하는 것과는 대조적으로, 자가-어셈블링 재료를 손상된 영역 상에 분무하고 경화시킴으로써 인클로저를 보수할 수 있는 능력은 상당한 가치를 제공할 것이다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 EMI 차폐 재료는 전도성 시트 금속, 금속 박, 금속 메쉬, 탄소-금속 섬유 공-직물, 금속화 탄소, 또는 충전된 전도성 중합체와 같은 선행 기술의 EMI 차폐 시스템을 보수하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 구현예들의 독특한 자가-어셈블링 재료는, 손상된 영역에의 용이한 적용을 가능하게 하며, 기존의 전도성 경로와의 "자동(automatic)" 정렬을 가능하게 하여 선행 기술 시스템 및 본 발명의 자가-어셈블링된 보수 재료 사이에 연속적인 전도성 통로를 형성한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 전도성 재료는 복합재 구조물에 EMI 차폐를 적용하기 위해 자동화 제조 장치를 사용할 수 있다. 그 예들에는, 분무된 재료가 수금형(male mold) 구조물 상의 경화되지 않은 섬유 보강된 중합체 스킨에 적용되거나, 이형제로 전처리된 표면 암금형(female mold) 구조물에 적용되도록, 자동화 분무 장치를 이용하여 분무 형태로 자가-어셈블링 재료를 단일 탄소 섬유 필라멘트에 적용하는 것이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 자가-어셈블링 재료는, 자동화 섬유 또는 테이프 배치 장치 등(예컨대, 자동화 토우 배치 및 자동 테이프 층 기계)을 사용하여 다중 일방향성 필라멘트(예컨대, 토우 또는 테이프)와 함께 적용될 수 있다. 인접한 필라멘트들의 경화 후에 연속적인 전기 전도성 경로를 형성할 수 있는 능력은 최신식 재료들과 관련된 중량 및 제조와 같은 전술한 문제점들을 극복한다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 자가-어셈블링 전도성 재료는 표면에 적용된 재료의 비-파괴 검사(NDI)를 가능하게 한다. NDI 기술은 복합재 항공 우주 구조물 및 EMI 차폐된 공간과 같은 큰 샘플의 제조에 중요하다. NDI 방법은 수행에 필수적인 구조물이 최고 품질 기준으로 제조되도록 하면서도 제조 시간 및 비용의 상당한 절약을 가능하게 한다. 본 발명의 재료들은 차폐물의 일생에 걸쳐 EMI 차폐물들에 대한 간단한 정량적인 비-파괴 검사 기술들을 할 수 있게 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 경화된 자가-어셈블링된 재료는 모든 3차원(너비, 길이 및 두께)에서 전기 전도성이다. 따라서, 전기 저항 크기는 옴계(ohmmeter)에 연결된 4-포인트 프로브와 같은 표준 장치를 이용하여 코팅물의 표면상에서 쉽게 얻을 수 있다. 이러한 경우, 전기 저항 값은 전자파 장애 차폐의 수준에 관한 성능과 연관될 수 있다. 표면 저항은 코팅물의 두께뿐만 아니라 재료의 부피 전도도에 따라 달라진다.
비록 본 발명이 특정 구현예들과 관련하여 기재하고 있지만, 이러한 구현예들은 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것임을 인식해야 한다. 당업계의 통상의 기술자는 본 발명의 조성물, 기구 및 방법들이 다른 방법들과 구현예들로 구성될 수 있으며 수행될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 그 밖의 구현예들 역시 하기 기재된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 속하기 때문에, 본 명세서의 설명은 본 발명을 제한하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.
도 1은 여러 재료들의 차폐 유효성의 그래프이며, 몇몇은 본 발명의 구현예들에 따른 것들이다.
도 2는 시트 저항 대 본 발명의 구현예에서 코팅물의 차폐 유효성의 산포도(scatter plot)이다.
본 실시예에 기재된 자가-어셈블링 EMI 차폐 조성물은 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르(DGEBF) 수지, 디에틸렌 트리아민 및 프탈산 무수물(pthalic anyhydride)과의 반응을 기초로 하는 아민 부가물 경화제, 및 은 플레이크로 구성되었다. 두 가지 다른 유형의 은 플레이크를 사용하였으며, 구체적으로; 플레이크 "A"는 약 1㎡/g의 표면적, 공기 중에 538℃에서 약 0.4%의 중량 감소, 및 스테아르산 코팅물을 가졌으며, 플레이크 "B"는 약 1.5㎡/g의 표면적, 공기 중에 538℃에서 1%의 중량 감소, 및 장쇄 지방산 코팅물을 가졌다.
두 가지 방법에 의해 상기 샘플의 차폐 유효성 시험을 하였다. 방법 I은 MIL-STD-285의 수정된 형태였으며, 2.6 내지 18GHz의 주파수의 평면파(plane wave)에서 시험하는데에 사용하였다. 시험될 샘플들은 본 발명의 G11 에폭시 보드 또는 고체 디스크(40밀의 두께) 상의 본 발명의 코팅제(1-2밀의 두께)로 이루어졌다. 시험의 방법 I에 대한 모든 샘플들은 약 2인치×3인치의 크기로 제조하였다. 상기 샘플을 관심 있는 EM 주파수가 가능한 특정 도파관(waveguides)에 삽입하였다. 상기 도파관을 신호 발생기 및 스펙트럼 분석기 사이에 연결하였다.
방법 II는 MIL-DTL-83528의 수정된 형태였으며, 30MHz 내지 1GHz의 주파수의 평면파에서 시험하는데에 사용하였다. 본 발명의 코팅물(1-2밀의 두께)을 24"×24"×0.0625" 크기의 비-전도성 G11 에폭시 보드 기판에 적용하였다. 코팅된 샘플을 두 개의 밀봉된 차폐 공간을 나누는 개구에 위치시켰다. 신호 발생기 장치를 한 공간에 위치시키고, 스펙트럼 분석기 장치는 두 번째 공간에 위치시켰다.
상기 두 가지 시험 방법들에 대해, 송신된(transmitted) 전계(Et)의 규모를 측정하였으며, 이를 입사(incident) 전계(Ei)의 규모와 비교하였다. 두 값들의 비율은 재료 차폐 유효성(SE)의 정의를 돕는다:
SE(dB) = 20 log(Ei/Et)
샘플의 감쇠(attenuation) 레벨이 잡음 플로어(noise floor) 레벨인 경우, 송신된 신호를 증폭(amply)시키기 위해 전치 증폭기(pre-amp)를 측정기에 삽입하였다. 이러한 증폭은 고차폐(high shielding) 재료에 특히 유용하다. 코팅되지 않은 G11 에폭시 보드 기판을 코팅된 기판과 함께 시험하였다. 코팅되지 않은 기판의 SE는 5dB 미만이었으며, 이는 최종 데이터에서 뺐다.
실시예 1
비교를 위해, 본 발명이 아닌 기존의 전도성 입자-충전된 접착제를 제조하여 시험하였다. 재료는 12.7중량%의 DGEBF, 1.5중량%의 디에틸렌트리아민 및 85.8중량%(40부피%)의 은 플레이크 유형 A(전술함)를 함유하였다. 상기 성분들을 Hauschild DAC 150 FV 혼합기 내에서 균일해질 때까지 혼합하였다. 폼-인-플레이스 개스킷 또는 접착제를 모방하기 위해 재료를 40밀 두께의 디스크로 성형하였다. 그 다음 주형(mold)을 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 그 결과 생성된 재료는 일반적인 균질한 형태(morphology)를 나타내었으며, 여기에서 충전제는 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 균일하게 위치시켰다. 시트 저항(Ω/스퀘어)은 너무 높아서 Bridge Technology SRM 4 포인트 프로베 헤드를 갖춘 Keithly 580 멀티미터에 의해 측정할 수 없었다. 차폐 유효성(SE)은 전술한 방법 I에 의해 시험했을 때 2.6GHz 내지 18GHz의 주파수에서 평균 18데시벨이었다.
실시예 2
하기 포뮬레이션을 이용하여 본 발명의 자가-어셈블링 접착제를 제조하였다: 27.8중량%의 DGEBF, 10.7중량%의 아민 부가물 경화제, 및 61.5중량%(15부피%)의 은 플레이크 유형 A. 실시예 1의 방법에 따라 상기 재료를 성형, 경화 및 시험하였다. 시트 저항은 0.001Ω/스퀘어 미만으로 측정되었으며, SE는 평균 105데시벨이었다. 실시예 1과 비교했을 때, 본 실시예의 자가-어셈블링 접착제 재료는, 전도성 입자의 보다 낮은 농도에서 훨씬 뛰어난 SE를 나타내었다.
실시예 3
25.3중량%의 DGEBF, 9.7중량% 아민 부가물 경화제, 및 65.0중량%(17부피%)의 은 플레이크 유형 A를 이용하여 본 발명의 자가-어셈블링 접착제 필름을 제조하였다. 상기 성분들을 Hauschild DAC 150 FV 혼합기에서 균일해질 때까지 혼합하였다. 드로우다운 바(drawdown bar)를 이용하여, 재료의 1.5밀 두께의 필름을 0.125" 두께의 G11 에폭시 보드의 비-전도성 기판상에 직접적으로 주조하였다. 그 다음 코팅된 기판을 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 경화된 필름의 시트 저항은 0.05Ω/스퀘어였다. SE는 방법 I에 의해 시험했을 때 8GHz 내지 12GHz의 주파수에서 평균 72데시벨이었다.
실시예 4
본 발명의 전도성의 일부 경화된 필름을 실시예 2에 기재된 포뮬레이션을 이용하여 제조하였다. 3밀 두께의 필름을 드로우다운 바를 이용하여 5200 이형 필름의 비-전도성 기판상에 주조하였다. 코팅된 기판을 9O℃에서 8분 동안 부분적으로 경화시키거나, B-스테이지화하였다. 이로 인해 복합재 레이업(layup) 과정에 필요한 적절한 수준의 택(tack) 및 가요성을 나타내는 재료를 얻었다.
그 다음 B-스테이지화된 필름을 탄소 섬유 보강된 중합체(CFRP)의 3개의 경화되지 않은 겹들(plies)에 제공된 그대로(구체적으로 탄소 흑연 직물에 함침된 Cycom 934 수지를 갖는 Toray T300 3k 평직) 적용하였다. 그 다음 결합된 4개의 층 복합재 샘플을 -26인치의 Hg에서 이형제로 코팅된 플랫 공구 표면에 진공 배깅시켰다(bagged). 필(peel) 플라이 및 블리더 천(bleeder cloth) 층을 CFRP 표면상에 사용하면서, 전도성 B-스테이지화된 필름을 공구 표면에 대었다(faced). 177℃에서 1시간 동안 진공 배깅시키면서 4개의 층 복합재 샘플을 경화시켰다.
경화된 샘플의 SE는 방법 I에 의해 시험했을 때 8GHz 내지 12GHz에서 평균 114데시벨이었다. 3겹의 경화된 CFRP의 비-전도성 기판만의 분리된 샘플은 8GHz 내지 12GHz에 걸쳐 평균 83데시벨이었다. 이러한 방법 I 시험의 상한은 115-120데시벨인 것으로 평가되었다.
실시예 5
포뮬레이션 36.0중량%의 DGEBF, 26.8중량%의 아민 부가물 경화제, 및 50.2중량%(10부피%)의 은 플레이크 유형 B를 이용하여 본 발명의 페이스트의 배치(batch)를 제조하였다. 그 다음 용매 블렌드를 100중량부의 페이스트 대 50부의 용매 블렌드의 비율에 의해 페이스트로 혼합하였다. 용매 블렌드는 50중량%의 아세톤, 18중량%의 톨루엔, 16중량% 메틸 에틸 케톤, 11중량% 에틸 아세테이트, 및 5중량%의 리그로인(ligroine)으로 이루어졌다. 1중량% 미만의 유동학적 개질제를 혼합물에 첨가하였다.
그 결과 생성된 페인트 혼합물을 잠시 수동으로 혼합한 후에 표준 페인트 교반기(shaker) 상에서 5분간 혼합시켰다. 그 다음 페인트 혼합물을 1.4㎜ 팁(tip) 크기 및 30psi의 공기압을 갖는 HVLP 중력 공급 스프레이 건에 적재하였다. 그 후에 페인트 혼합물을 비전도성 G11 에폭시 보드 기판상에 분무하였다. 그 다음 코팅된 기판을 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다.
그 결과 생성된 경화된 전도성 코팅물은 1.5밀의 두께였으며, 4 포인트 프로베에 의해 측정했을 때 0.11Ω/스퀘어의 시트 저항을 제공하였다. SE는 30MHz 내지 1GHz에서 방법 I에 의해 시험하였으며, 2.6GHz 내지 12GHz에서 방법 II에 의해 시험하였다.
임의의 개구 또는 기판 효과를 보여주기 위해, 경화되지 않은 비-전도성 G11 에폭시 보드의 SE 또한 동일한 주파수에서 시험하였다. 또한, 시험 셋업(setup)에 의해 계측가능한 최대 SE를 측정하기 위해, 0.05인치 두께의 고체 알루미늄 플레이트를 유사하게 시험하였다. 도 1은 분무 페인팅된 전도성 코팅물, 코팅되지 않은 G11 기판 및 고체 알루미늄 플레이트의 SE를 나타낸다. 예상대로, 코팅되지 않은 G11 에폭시 보드에 의한 SE의 증가 및 다른 모든 샘플들의 SE의 감소로 나타내어진 바와 같이, 240MHz 미만의 평면파 주파수에서 비-이상적인 개구 효과가 관찰되었음에 유의하라.
실시예 6
무-용매 페이스트가 10.3중량% DGEBF, 3.9중량% 아민 부가물 경화제, 및 85.8중량%(40부피%)의 은 플레이크 유형 B을 함유하는 것을 제외하고는, 실시예 5에서 설명한 바와 같이 본 발명의 분무 페인트 재료를 제조하고, 적용하고 시험하였다. 그 결과 생성된 경화된 코팅물은 0.015Ω/스퀘어의 표면 저항을 갖는 1.5밀의 두께였다. 상기 코팅물의 SE를 도 1에 나타내었다.
실시예 7
부-용매 페이스트 포뮬레이션이 실시예 2의 포뮬레이션인 것만 제외하고는, 실시예 5에서 설명한 바와 같이 본 발명의 분무 페인트 재료를 제조하고 적용하였다. 상기 페인트 혼합물을 G11 에폭시 보드, PET, 폴리카보네이트 및 열가소성 우레탄을 포함한 여러 비-전도성 기판들 상에 분무 코팅하였다. 상기 샘플들을 표 1에 나타낸 온도에서 1시간 동안 경화시켰다. 경화된 전도성 코팅물은 모든 샘플들에 대해 1.5-2.0밀의 두께였다. 코팅물-기판 접착력을 3M™ #250 테이프를 이용하여 ASTM D3359에 따라 측정하였다. 시트 저항을 4 포인트 프로베에 의해 측정하였으며, SE를 방법 I에 의해 8GHz 내지 12GHz의 주파수에서 측정하였다. 초기 시험 후에, 샘플 5AC와 같이 재-시험하기에 앞서 샘플 5A를 87시간의 ASTM B-117 염수 분무(salt fog)에 노출시켰다. 모든 결과들은 표 1에 나타내었다.
표 1
Figure pct00001
실시예 8
시트 저항 및 경화된 자가-어셈블링된 코팅물의 SE 사이의 상관관계를 결정하기 위해 본 발명의 일련의 샘플들을 제조하였다. 본 발명의 몇몇 분무 페인트 코팅물을 실시예 5와 일치되는 방법으로 제조하였다. 본 발명의 추가의 무-용매 필름 코팅물을 실시예 3에 따라 제조하였다. 모든 샘플들을 0.125" 두께의 G11 에폭시 보드상에 경화시켰다.
샘플의 제조시 몇몇 상이한 조성물들을 사용하였다. 조성물들은 40-86중량% 사이의 다양한 레벨의 전도성 충전제 및 다양한 유형의 전도성 충전제(예컨대 은 플레이크 A, 은 플레이크 B, 추가의 은 플레이크 및 은-코팅된 구리 플레이크)로 이루어졌다. 상기 은-코팅된 구리 플레이크는 약 1㎡/g의 표면적 및 공기 중에 538℃에서 약 0.7중량%의 중량 감소를 가졌다. 일련의 샘플들 내에서, 코팅 두께는 약 1-9밀이었으며 경화 온도는 100-160℃ 사이였다.
시트 저항 대 코팅물의 SE의 산포도를 도 2에 나타내었다. 도시된 SE는 방법 I에 의해 시험했을 때 8-12GHz 사이에서의 평균값이다. 이러한 데이터는 8-12GHz 주파수 내에서의 SE의 대략적인 범위를 측정하기 위해 간단한 시트 저항 검사 측정을 수행할 수 있음을 설명한다. 최종 성능을 측정하기 위한 간단한 비-파괴 시험의 이러한 과정은 거대한 항공 우주 구조물 또는 EMI 차폐 셸터(shelters)의 제조 및 품질 관리에 중요할 것이다.

Claims (30)

  1. 전자파 장애로부터 기판을 차폐(shielding)하는 방법으로서, 상기 방법이 기판을 제공하는 단계, 상기 기판에 전자파 장애(EMI) 차폐 조성물을 제공하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 전자파 장애 차폐 조성물이 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링(self-assembling)될 수 있는 충전된, 경화성 재료를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 경화성 재료가 경화성 유기 화합물 및 충전제를 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 충전제 및 유기 화합물이 상기 유기 화합물의 경화 중에 상호 작용을 나타내며, 상기 상호 작용이 상기 충전제를 전도성 경로 내로 자가-어셈블링하도록 유발하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 경화됨에 따라 조성물을 통해 전도성 경로를 형성하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 경화성 조성물이 에폭시 수지, 에폭시 경화제, 및 지방산 코팅된 전도성 충전제를 포함하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에폭시 수지가 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르를 포함하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 에폭시 경화제가 프탈산 무수물 및 디에틸렌트리아민 사이의 반응을 기초로 하는 폴리아민 무수물 부가물을 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 전기 전도성 충전제를 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 충전제가 무-극성 코팅물(non-polar coating)로 코팅되는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 무-극성 코팅물이 스테아르산을 포함하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 경화물(cure)을 경화시키는 자가-어셈블링 후에 소결된 전도성 경로를 형성하기 위해 충전제 입자들이 소결 가능한(sinterable) 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 상기 기판에 사전-정의된 선 두께 및 사전-정의된 개구(aperture) 크기를 포함하는 예정된(predetermined) 패턴으로 적용되는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 기판에 적용된 조성물이 광학적으로 투명한 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 약 1MHz 내지 약 40GHz에서 20dB 이상의 차폐 유효성을 갖는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 약 1MHz 내지 약 40GHz에서 약 80dB 이상의 차폐 유효성을 제공하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 40부피% 미만의 전도성 충전제를 포함하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 15부피% 미만의 전도성 충전제를 포함하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 전자기 펄스(electromagnetic pulses)로부터 추가적 차단(protection)을 제공하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 기판이 전자 장치를 수용하는(housing) 인클로저(enclosure)를 한 부분 이상 포함하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 인클로저가 마이크로전자 회로(microelectronic circuit)를 포함하는 방법.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 인클로저가 비히클(vehicle)을 포함하는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 자가-어셈블링된 재료가 하나 이상의 전기 장치를 위해 지면(ground)에 통로를 추가로 제공하는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 분무 적용되는 방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 기판에 적용하기에 앞서 상기 조성물이 B-스테이지화된 필름(B-staged film)으로 형성되는 방법.
  25. 제 1항에 있어서, EMI 차폐 조성물을 기판에 제공하는 단계가,
    하나 이상의 불연속적인 전도성 경로를 포함하는 EMI 차폐 시스템의 손상된 부분을 확인하는 단계;
    EMI 차폐 조성물을 상기 손상된 부분 상에 증착시키는 단계; 및
    상기 손상된 구역에 하나 이상의 불연속적인 전도성 경로를 완성하는 하나 이상의 자가-어셈블링된 전도성 경로를 제공하기 위해 증착된 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제 25항에 있어서, EMI 차단 시스템이 전도성 시트 금속, 금속 박, 금속 메쉬, 탄소-금속 섬유 공-직물(co-weaves), 금속화 탄소, 또는 충전된 전도성 중합체 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  27. 제 25항에 있어서, EMI 차폐 시스템이 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 충전된, 경화성 재료를 포함하는 방법.
  28. EMI 차폐 재료의 비-파괴 검사 방법으로서, 상기 방법이,
    EMI 차폐를 제공할 수 있는 전기 전도성 조성물을 제공하는 단계;
    조성물의 전기적 특성을 측정하는 단계; 및
    복합재의 열화도(degree of degradation)를 결정하기 위해 조성물의 측정된 전기적 특성을 조성물의 사전 열화된(degraded) 샘플의 전기 전도도와 동일시하는(equating) 단계를 포함하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 조성물이 경화 프로세스 중에 전도성 경로를 형성하도록 자가-어셈블링될 수 있는 경화성 재료를 포함하는 방법.
  30. 제 28항에 있어서, 전기적 특성이 전기 저항률을 포함하는 방법.
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