KR20130076427A - 자성체 및 이를 채용한 복합 안테나 재료 - Google Patents

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KR20130076427A
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magnetic
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silicate glass
composite antenna
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KR1020110145013A
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금준식
김낙현
김현진
양승기
이중희
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 출원에서는, 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 높은 투자율과 낮은 투자손실을 보이는 새로운 자성체, 상기 새로운 자성체 및 폴리머를 채용한 복합 안테나 재료, 및 상기 복합 안테나 재료를 채용한 안테나가 개시된다.

Description

자성체 및 이를 채용한 복합 안테나 재료{Magnetic substance and composite material for antennas employing the same}
본 개시는 자성체(magnetic substance) 및 이를 채용한 복합 안테나 재료(composite material for antennas)에 관한 것이다.
휴대전화, 무선 LAN, 등과 같은 무선 통신 시스템에 있어서, 점점 더 높은 속도의 데이터 전송률이 요구되고 있다. 고속의 데이타 전송율을 신뢰성있게 구현하기 위한 가장 중요한 요소 중의 하나가 안테나이다. 안테나는, 예를 들면, 신호가 실린 반송파와 같은 전파를 수집하거나 발산한다.
휴대용 무선 통신 시스템은 작으면서도 효과적인 안테나를 요구한다. 나아가, 휴대용 무선 통신 시스템은, 다기능의 구현 및 휴대성 향상 측면에서, 내장형 안테나(internal antenna)를 요구하는 경향이 강해지고 있다.
소형 내장형 안테나(compact internal antenna)는, 고유전체(high-k dielectric)로 이루어진 유전체 기판(dielectric carrier)에 회로패턴(a pattern of circuit features)을 형성함으로써 제작되었다. 또는, 고유전체 대신에 고투자율(high magnetic permeability)을 갖는 페라이트(ferrite)를 이용한 내장형 안테나도 제안되고 있다.
유전체를 사용한 안테나에 있어서는, 공진가능한 주파수 대역폭(bandwidth of resonant frequency)이 좁다. 그에 따라, 대역폭 확장을 위해서는 유전체 안테나(dielectric antenna)는 큰 크기를 가져야 한다. 그에 따라, 유전체 안테나는 소형 내장형 안테나로서 적용되기에 적합하지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 투자율을 갖는 자성체(magnetic substance)를 사용한 안테나가 제안되었다. 그러나, 자성체 안테나(magnetic substance antenna)는 높은 주파수에서 높은 투자율과 높은 투자손실(magnetic permeability loss)을 보이는 것으로 알려져 있다. 그에 따라, 자성체 안테나는 높은 주파수에서 낮은 효율을 보이는 것으로 알려져 있다.
또한, 유전체 및 자성체는 소성 공정(sintering process)을 통하여 성형(molding)된다. 이러한 성형 방법에 따른 한계로 인하여, 유전체 안테나 및 자성체 안테나는 휴대용 무선 통신 시스템에 자유로이 장착되기가 어려우며, 낮은 신뢰성을 보이고 있다.
본 출원은, 일 측면에 따르면, 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 높은 투자율과 낮은 투자손실을 보이는 새로운 자성체를 개시한다.
본 출원은, 다른 측면에 따르면, 상기 새로운 자성체 및 폴리머를 채용한 복합 안테나 재료를 개시한다.
본 출원은, 또 다른 측면에 따르면, 상기 복합 안테나 재료를 채용한 안테나를 개시한다.
본 개시의 일 측면에 따른 자성체는 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다:
<화학식 1>
Ba2 - pSrp Co2 -y- zZnyM1 z Fe12 - qM2 q O22,
여기서,
M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
p는 약 0 내지 약 1이고,
y는 약 0.1 내지 약 0.9이고,
z는 약 0 내지 약 0.8 이며,
q는 약 0 내지 약 1이다.
본 개시의 다른 측면에 따른 자성체 제조방법은,
분산매의 존재하에, Ba 원소기준으로 2-p 몰부의 Ba-전구체, Sr 원소기준으로 약 p 몰부의 Sr-전구체, Co 원소기준으로 약 2-y-z 몰부의 Co-전구체, Zn 원소기준으로 약 y 몰부의 Zn-전구체, M1 원소기준으로 약 z 몰부의 M1-전구체, Fe 원소기준으로 약 12-q 몰부의 Fe-전구체 및 M2 원소기준으로 약 q 몰부의 M2-전구체를 혼합하여 슬러리 혼합물(slurry mixture)을 형성하는 단계로서, 상기 M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M1-전구체는 Mn-전구체, Cu-전구체, Ni-전구체 및 Mg-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, 상기 M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M2-전구체는 La-전구체 및 Y-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, p는 약 0 내지 약 1이고, y는 약 0.1 내지 약 0.9이고, z는 약 0 내지 약 0.8 이며, q는 약 0 내지 약 1인 단계;
상기 슬러리 혼합물을 건조하여 건조 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 건조 혼합물을 하소하여 자성체를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 개시의 다른 측면에 따른 자성체 제조방법의 다른 구현예는,
제 7 항에 있어서, 제2 분산매의 존재하에서, 상기 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하여 제2 슬러리 혼합물을 형성하는 단계;
상기 제2 슬러리 혼합물을 건조하여 제2 건조 혼합물(dry mixture)을 형성하는 단계;
상기 제2 건조 혼합물을 압축(compression)하여 압축 혼합물(compressed mixture)을 형성하는 단계;
상기 압축 혼합물을 소결(sintering)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 복합 안테나 재료는,
열가소성 폴리머 수지 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분산되어 있는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체 분말;을 포함한다:
<화학식 1>
Ba2 - pSrp Co2 -y- zZnyM1 z Fe12 - qM2 q O22,
여기서,
M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
p는 약 0 내지 약 1이고,
y는 약 0.1 내지 약 0.9이고,
z는 약 0 내지 약 0.8이며,
q는 약 0 내지 약 1이다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 안테나는,
본 개시에 따른 복합 안테나 재료로 형성된 안테나 캐리어; 및
상기 안테나 캐리어의 표면에 형성된 공진 회로 패턴;을 포함한다.
본 개시의 자성체는, 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 높은 상대투자율 및 낮은 투자손실을 보임으로써, 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 매우 우수한 공진 효율을 유도할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 자성체는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 2 이상의 상대 투자율 및 약 0.9 이하의 투자 손실을 보일 수 있다.
본 개시의 복합 안테나 재료 역시, 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 높은 상대투자율 및 낮은 투자손실을 보임으로써, 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 매우 우수한 공진 효율을 유도할 수 있다. 본 개시의 복합 안테나 재료는, 예를 들면, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 2 이상의 상대 투자율 및 약 0.9 이하의 투자 손실을 보일 수 있다. 또한, 본 개시의 복합 안테나 재료는, 통상의 플라스틱에 버금가는 성형의 용이성을 보일 수 있다. 그에 따라, 우수한 투자율 및 투자손실 특성을 보이는 안테나 캐리어를, 원하는 모양과 크기로 자유로이 성형할 수 있다. 그에 따라, 무선 통신 시스템의, 안테나 캐리어에 대한 디자인 종속성이 크게 낮아질 수 있다.
더우기, 본 개시의 안테나 캐리어는 높은 투자율과 낮은 투자 손실을 발휘하기 때문에, 본 개시의 안테나 캐리어의 크기가 작더라도, 공진 회로 패턴이 매우 우수한 공진 효율을 갖도록 유도할 수 있다. 그에 따라, 본 개시의 안테나는, 소형 내장형 안테나로서도 매우 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은, 실시예 1 내지 4의 자성체 분말에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 실시예 1 내지 실시예 4의 자성체 분말에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 실시예 9 내지 실시예 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 유전율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 실시예 9 내지 실시예 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 유전 손실 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실시예 15 내지 실시예 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 유전율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실시예 15 내지 실시예 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 유전 손실 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 19의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 50 wt%)의 주사전자현미경 사진(1,000 배율)이다.
도 12는 실시예 19의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 50 wt%)의 주사전자현미경 사진(5,000 배율)이다.
도 13은 실시예 20의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 68 wt%)의 주사전자현미경 사진(1,000 배율)이다.
도 14는 실시예 20의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 68 wt%)의 주사전자현미경 사진(5,000 배율)이다.
도 15는, 실시예 21의 안테나 캐리어의 사진이다.
도 16은, 실시예 22의 안테나의 사진이다.
본 개시의 일 측면에 따른 자성체는 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다:
<화학식 1>
Ba2-pSrp Co2-y-zZnyM1 z Fe12-qM2 q O22,
여기서,
M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
p는 약 0 내지 약 1이고,
y는 약 0.1 내지 약 0.9이고,
z는 약 0 내지 약 0.8이며,
q는 약 0 내지 약 1이다.
또는, 화학식 1에 있어서, z는 약 0.1 내지 약 0.4일 수 있다.
화학식 1에 따른 자성체는 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 높은 투자율과 낮은 투자손실을 보인다. 예를 들면, 화학식 1에 따른 자성체는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 2 이상의 상대 투자율, 또는, 약 3 내지 약 5의 상대 투자율을 보일 수 있다. 또한, 화학식 1에 따른 자성체는, 예를 들면, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 0.9 이하의 투자 손실, 또는, 약 0.1 내지 약 0.5의 투자 손실을 보일 수 있다.
화학식 1의 자성체는, 예를 들면, Y-타입 육방정(hexagonal) 페라이트 구조를 가질 수 있다.
본 개시의 자성체의 다른 구현예는 실리케이트 글라스(silicate glass)를 더 포함할 수 있다.
실리케이트 글라스는, 예를 들면, 실리카 글라스(silica glass), 퓸드 실리카 글라스(fumed silica glass), 보로실리케이트 글라스(borosilicate glass), 알루미노실리케이트 글라스(aluminosilicate glass), 리튬실리케이트 글라스(lithium silicate glass), 칼륨실리케이트 글라스(potassium ilicate glass), 나트륨실리케이트 글라스(sodium silicate glass), 바륨실리케이트 글라스(barium silicate glass), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
실리케이트 글라스의 함량은, 예를 들면, 화학식 1로 표시되는 화합물 100 중량부를 기준으로, 약 0.5 내지 약 5 중량부일 수 있다.
본 개시의 자성체의 다른 구현예에 있어서, 자성체는 분말형태일 수 있다. 이 경우, 자성체의 평균입자크기는 약 0.5 내지 약 5 ㎛, 또는, 약 1 내지 약 3 ㎛일 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 자성체 제조방법은,
분산매의 존재하에, Ba 원소기준으로 2-p 몰부의 Ba-전구체, Sr 원소기준으로 약 p 몰부의 Sr-전구체, Co 원소기준으로 약 2-y-z 몰부의 Co-전구체, Zn 원소기준으로 약 y 몰부의 Zn-전구체, M1 원소기준으로 약 z 몰부의 M1-전구체, Fe 원소기준으로 약 12-q 몰부의 Fe-전구체 및 M2 원소기준으로 약 q 몰부의 M2-전구체를 혼합하여 슬러리 혼합물(slurry mixture)을 형성하는 단계로서, 상기 M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M1-전구체는 Mn-전구체, Cu-전구체, Ni-전구체 및 Mg-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, 상기 M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M2-전구체는 La-전구체 및 Y-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, p는 약 0 내지 약 1이고, y는 약 0.1 내지 약 0.9이고, z는 약 0 내지 약 0.8이며, q는 약 0 내지 약 1인 단계;
상기 슬러리 혼합물을 건조하여 건조 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 건조 혼합물을 하소하여 자성체를 형성하는 단계;를 포함한다.
분산매로서는, 예를 들면, 물, 알코올 화합물, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 물은, 구체적인 예를 들면, 탈이온수, 증류수, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 알코올 화합물은, 구체적인 예를 들면, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
예를 들면, 분산매의 사용량은, Ba-전구체, Sr-전구체, Co-전구체, Zn-전구체, M1-전구체, Fe-전구체 및 M2-전구체의 총 중량의 100 중량부를 기준으로 하여, 약 40 중량부 내지 약 70 중량부일 수 있다.
Ba-전구체는, 예를 들면, BaCO3, BaCl2, BaF2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Sr-전구체는, 예를 들면, SrCO3, SrCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Co-전구체는, 예를 들면, Co3O4, CoO, CoCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Zn-전구체는, 예를 들면, ZnO, Zn, ZnCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Mn-전구체는, 예를 들면, MnO2, Mn, MnCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Cu-전구체는, 예를 들면, CuO, Cu2O, Cu, CuCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Ni-전구체는, 예를 들면, NiO, Ni, NiCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Mg-전구체는, 예를 들면, MgO, Mg, MgCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Fe-전구체는, 예를 들면, Fe2O3, Fe, FeCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있다. La-전구체는, 예를 들면, La2O3, LaCl3 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Y-전구체는, 예를 들면, Y2O3 일 수 있다.
슬러리 혼합물의 형성 단계는, 예를 들면, 애뉼러밀(annular mill), 바스켓밀(basket mill), 애트리션밀(Attrition mill) 또는 볼밀(ball mill)을 사용하여 수행될 수 있다.
슬러리 혼합물에는 분산제를 추가로 투입할 수 있다. 분산제로서는, 예를 들면, 폴리카르복실산 암모늄 수용액, 폴리카르복실산 소다염 수용액, 폴리카르복실산아민염 수용액, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
슬러리 혼합물의 건조 단계에 있어서, 건조 온도는 사용된 분산매의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 분산매로서 증류수가 사용될 경우, 건조 온도는, 약 100 내지 약 120 ℃ 일 수 있다.
슬러리 혼합물의 건조 단계는, 예를 들면, 분무건조법(spray drying)에 의하여 수행될 수 있다. 분무건조법에서는, 슬러리 혼합물을 노즐을 통하여, 열풍 또는 대기 중으로 고압분사함으로써, 건조된 과립 혼합물(dry granule mixture)을 형성시킬 수 있다.
하소 단계는, 열처리를 통하여, 건조 혼합물을 페라이트 자성체로 전환시키기 위한 것이다. 하소 단계에서는, 예를 들면, 건조 혼합물의 구성성분의 열분해 작용, 건조 혼합물의 구성성분의 상전이 작용 및 건조 혼합물의 휘발성 성분의 제거 작용 중의 적어도 하나의 작용이 수행될 수 있다.
하소 단계의 온도가 너무 낮으면, 자성체의 구성성분의 상전이가 효과적으로 일어나지 않을 수 있다. 그에 따라, 형성된 자성체에 Y-타입 페라이트 상(phase)이 아닌 다른 상(phase)이 공존함으로써, 형성된 자성체의 투자율이 감소할 수 있다. 하소 단계의 온도가 너무 높으면, 자성체의 구성성분의 상전이가 과도하게 일어나서 또 다른 상이 형성될 수 있다. 그에 따라, 형성된 자성체에 Y-타입 페라이트 상이 아닌 또 다른 상이 공존함으로써, 형성된 자성체의 투자손실이 증가할 수 있다. 즉, 하소 단계의 온도가 너무 낮거나 너무 높으면, 화학식 1로 표시되는 Y-타입 페라이트 상 이외에, M-타입 페라이트 상, Z-타입 페라이트 상, W-타입 페라이트 상 등과 같은 다른 상이 형성될 가능성이 높아진다. 이들 다른 상들은 고투자율과 저투자손실을 구현하는데 방해요소로 작용할 수 있다. 하소 단계의 온도는, 예를 들면, 약 800 내지 약 1,000 ℃일 수 있다.
하소 시간이 너무 짧으면, 건조 혼합물의 구성성분의 열분해 작용, 건조 혼합물의 구성성분의 상전이 작용 및 건조 혼합물의 휘발성 성분의 제거가 효과적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 그에 따라, 잔류된 불순물에 의하여 투자손실에 악영향이 미칠 수 있다. 하소 시간이 너무 길면, 생산성이 저하될 수 있다. 하소 시간은, 예를 들면, 약 1 시간 내지 약 10 시간 일 수 있다. 또는, 예를 들면, 하소 시간은 약 2 시간 내지 약 4 시간일 수 있다.
본 개시의 자성체 제조방법의 또 다른 구현예는, 하소 단계 후에, 하소된 자성체를 분쇄하여 자성체 분말을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 분말 형태의 자성체는, 추후의 복합 안테나 재료 제조 공정에 곧바로 투입될 수 있다. 자성체 분말의 평균입자크기는, 예를 들면, 약 0.5 내지 약 3 ㎛ 일 수 있다.
자성체 분말 형성 단계는, 예를 들면, 건식분쇄(dry mill)에 의하여 수행될 수 있다. 자성체 분말 형성 단계는, 다른 예를 들면, 습식분쇄(wet mill) 및 건조(drying)에 의하여 수행될 수 있다. 습식분쇄는, 예를 들면, 앞에서 설명한 슬러리 혼합물 형성단계와 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 건조는, 예를 들면, 앞에서 설명한 슬러리 혼합물의 건조 단계와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 개시의 자성체 제조방법의 또 다른 구현예는, 제2 분산매의 존재하에서, 상기 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하여 제2 슬러리 혼합물을 형성하는 단계;
상기 제2 슬러리 혼합물을 건조하여 제2 건조 혼합물(dry mixture)을 형성하는 단계;
상기 제2 건조 혼합물을 압축(compression)하여 압축 혼합물(compressed mixture)을 형성하는 단계;
상기 압축 혼합물을 소결(sintering)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실리케이트 글라스는, 상기 소결 단계에서, 자성체의 결정 성장을 촉진시킬 수 있다. 그에 따라, 실리케이트 글라스를 투입함으로써, 상기 소결 단계의 온도를 낮출 수 있다. 실리케이트 글라스는, 예를 들면, 약 500 ℃ 이하의 온도에서 용융된다. 적정량의 실리케이트 글라스는 자성체의 특성에 악영향을 미치지 않는다. 실리케이트 글라스를 투입하여 소결 온도를 낮춤으로써, 화학식 1로 표시되는 Y-타입 페라이트 상 이외에, M-타입 페라이트 상, Z-타입 페라이트 상, W-타입 페라이트 상 등과 같은 다른 상이 형성될 가능성을 더욱 억제할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 이들 다른 상들은 고투자율과 저투자손실을 구현하는데 방해요소로 작용할 수 있다.
제2 분산매로서는, 예를 들면, 물, 알코올, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 알코올은 분산성을 좋게 하며, 기화 온도가 낮아서 쉽게 용매가 없어지는 효과가 있다. 알코올은, 예를 들면, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 분산매의 사용량은, 예를 들면, 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스의 총 중량의 100 중량부를 기준으로 하여, 약 40 중량부 내지 약 70 중량부일 수 있다.
실리케이트 글라스는, 예를 들면, 실리카 글라스(silica glass), 퓸드 실리카 글라스(fumed silica glass), 보로실리케이트 글라스(borosilicate glass), 알루미노실리케이트 글라스(aluminosilicate glass), 리튬실리케이트 글라스(lithium silicate glass), 칼륨실리케이트 글라스(potassium ilicate glass), 나트륨실리케이트 글라스(sodium silicate glass), 바륨실리케이트 글라스(barium silicate glass), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
실리케이트 글라스의 사용량이 너무 작으면, 소결 온도가 낮아지지 않을 수 있다. 실리케이트 글라스의 사용량이 너무 많으면, 소결 온도가 과도하게 낮아질 수 있으며, 그에 따라, 자성체의 바람직하지 않은 상변화, 공진 주파수의 하향 및 고투자손실의 자성체 생성이 발생될 수 있다. 실리케이트 글라스의 사용량은, 예를 들면, 상기 하소된 자성체의 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.5 내지 약 5 중량부일 수 있다.
하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하는 단계는, 예를 들면, 애뉼러밀(annular mill), 바스켓밀(basket mill), 애트리션밀(Attrition mill) 또는 볼밀(ball mill)을 사용하여 수행될 수 있다.
자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하는 단계에서, 분산제를 추가로 투입할 수 있다. 분산제로서는, 예를 들면, 폴리카르복실산 암모늄 수용액, 폴리카르복실산 소다염 수용액, 폴리카르복실산아민염 수용액, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하는 단계에서, 결합제를 추가로 투입할 수 있다. 결합제는 하소된 자성체와 실리케이트 글라스를 결합시킨다. 결합제는, 예를 들면, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
결합제는, 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스가 구형의 그래뉼을 형성하는 것을 더욱 촉진할 수 있다. 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스가 구형의 그래뉼을 형성하면, 이후의 압축 단계에서, 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스 혼합물 입자의 흐름성 및 성형성이 매우 향상될 수 있다. 결합제의 사용량은, 예를 들면, 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스 총 중량 100 중량부를 기준으로, 약 0.5 내지 약 5 중량부일 수 있다.
제2 슬러리 혼합물의 건조 단계에 있어서, 건조 온도는 사용된 제2 분산매의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 분산매로서 물이 사용될 경우, 건조 온도는, 약 100 내지 약 120 ℃ 일 수 있다. 제2 슬러리 혼합물의 건조 단계는, 예를 들면, 분무건조법(spray drying)에 의하여 수행될 수 있다. 분무건조법에서는, 제2 슬러리 혼합물을 노즐을 통하여, 열풍 또는 대기 중으로 고압분사함으로써, 건조된 과립 혼합물(dry granule mixture)을 형성시킬 수 있다.
하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하는 단계에서 결합제가 추가로 투입된 경우, 제2 슬러리 혼합물의 건조 단계 이후 및 제2 건조 혼합물의 압축 단계 이전에, 열처리를 통한 결합제 제거 단계가 더 포함될 수도 있다. 결합제 제거 단계의 온도는, 예를 들면, 약 240 내지 약 450 ℃일 수 있다. 결합제 제거를 위한 열처리 시간은, 예를 들면, 약 2 내지 약 15 시간일 수 있다.
건조 혼합물을 압축하는 단계는, 자성체와 실리케이트 유리를 더욱 밀착시킨다. 그에 따라 건조 혼합물의 밀도가 조절될 수 있다. 건조 혼합물의 압축은, 예를 들면, 압축성형법(compression molding)에 의하여 수행될 수 있다. 즉, 임의의 금형에 건조 혼합물을 투입한 후 압력을 가한다. 압축 압력은, 예를 들면, 약 700 kg/cm2 내지 약 1,200 kg/cm2일 수 있다. 건조 혼합물을 압축함으로써, 이후 소결단계에서 하소된 자성체가 순수한 Y-타입 육방정 페라이트를 형성하는 것을 촉진할 수 있다.
압축 혼합물 소결 단계는, 열처리를 통하여, 하소된 자성체가 최종적인 결정구조인 Y-타입 육방정 페라이트를 형성하도록 한다.
소결 온도를 적정 범위에서 유지함으로써, 하소된 자성체 중의 Y-타입 육방정 페라이트의 순도를 극대화시킬 수 있으며, 그에 따라, 불순물로 인한 투자손실을 극소화시킬 수 있다. 실리케이트 글라스의 사용으로 인하여, 소결 온도를 약 1,250 ℃ 이하로 낮출 수 있다. 그에 따라, 소결 온도는, 예를 들면, 약 1,100 내지 약 1,250 ℃ 일 수 있다. 소결 시간은, 예를 들면, 약 1 내지 약 10 시간일 수 있다. 압축 혼합물의 소결은, 냉각 단계를 사이에 두고, 2회 이상 반복될 수도 있다.
실리케이트 글라스를 함유하는 자성체 제조방법의 다른 구현예는, 소결 단계 후에, 소결된 실리케이트 글라스-함유 자성체를 분쇄하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 분말 형태의 실리케이트 글라스-함유 자성체는, 추후의 복합 안테나 재료 제조 공정에 곧바로 투입될 수 있다. 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말의 평균입자크기는, 예를 들면, 약 1 내지 약 5 ㎛ 일 수 있다.
실리케이트 글라스-함유 자성체 분말 형성 단계는, 예를 들면, 건식분쇄(dry mill)에 의하여 수행될 수 있다. 건식분쇄는, 예를 들면, 디스크밀(disk mill)에 의하여 수행될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 복합 안테나 재료는,
열가소성 폴리머 수지 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분산되어 있는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체 분말;을 포함한다:
<화학식 1>
Ba2-pSrp Co2-y-zZnyM1 z Fe12-qM2 q O22,
여기서,
M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
p는 약 0 내지 약 1이고,
y는 약 0.1 내지 약 0.9이고,
z는 약 0 내지 약 0.8이며,
q는 약 0 내지 약 1이다.
또는, 화학식 1에 있어서, z는 약 0.1 내지 약 0.4일 수 있다.
본 개시의 안테나 복합 재료는, 예를 들면, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 1.5 이상의 상대 투자율, 또는, 약 2 내지 약 3.5의 상대 투자율을 보일 수 있다.
또한, 본 개시의 안테나 복합 재료는, 예를 들면, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 약 0.2 이하의 투자 손실, 또는, 약 0.05 내지 약 0.1의 투자 손실을 보일 수 있다.
열가소성 폴리머 수지는, 예를 들면, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리페닐렌에테르(polyphenylene ether), PC-ABS수지(polycarbonate-acrilonitrile/butadiene/styrene), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체 분말의 평균입자크기가 너무 작으면, 높은 투자율이 발현되기 어려울 수 있으며, 너무 크면, 투자율 손실이 과도하게 발생할 수 있다. 상기 자성체 분말의 평균입자크기는, 예를 들면, 약 0.5 내지 약 5 ㎛, 또는, 약 1 내지 약 3 ㎛일 수 있다.
상기 자성체 분말은 실리케이트 글라스(silicate glass)를 더 포함할 수 있다. 실리케이트 글라스는, 예를 들면, 실리카 글라스(silica glass), 퓸드 실리카 글라스(fumed silica glass), 보로실리케이트 글라스(borosilicate glass), 알루미노실리케이트 글라스(aluminosilicate glass), 리튬실리케이트 글라스(lithium silicate glass), 칼륨실리케이트 글라스(potassium ilicate glass), 나트륨실리케이트 글라스(sodium silicate glass), 바륨실리케이트 글라스(barium silicate glass), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 실리케이트 글라스의 함량은, 예를 들면, 화학식 1로 표시되는 화합물 100 중량부를 기준으로, 약 0.5 내지 약 5 중량부일 수 있다.
복합 안테나 재료 중 상기 자성체 분말의 함량이 너무 작으면, 투자율 값이 너무 낮아서 안테나의 소형화 및 광대역화가 어려울 수 있다. 복합 안테나 재료 중 상기 자성체의 함량이 너무 크면, 투자손실의 증가로 인한 안테나 방사효율이 감소하여 안테나로 사용이 불가능하며, 사출성이 나빠져서 낙하 신뢰성 등에 문제점이 생길 수 있다. 복합 안테나 재료 중 상기 자성체의 함량은, 예를 들면, 약 40 wt% 내지 약 80 wt%일 수 있다.
상기 자성체 분말은, 상기 자성체 분말과 상기 열가소성 폴리머 수지 사이의 접착력을 강화시키기 위하여, 커플링제로 표면처리될 수 있다. 커플링제는, 예를 들면, 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 알루미네이트계 커플링제, 지르코네이트계 커플링제, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
복합 안테나 재료는, 예를 들면, 용융된 열가소성 폴리머 수지와 상기 자성체 분말을 압출기(extruder)를 사용하여 혼합한 후, 용융된 열가소성 폴리머 수지와 상기 자성체 분말의 혼합물을 냉각한 다음, 상기 냉각된 혼합물을 분쇄 또는 절단함으로써 제조될 수 있다. 그에 따라, 복합 안테나 재료는, 예를 들면, 분말 또는 펠렛의 형태를 가질 수 있다.
본 개시에 따른 복합 안테나 재료는, 통상적인 플라스틱 성형 방법에 따라 용이하게 성형될 수 있다. 그에 따라, 본 개시에 따른 복합 안테나 재료를 사용함으로써, 원하는 크기와 모양을 갖는 안테나 캐리어를 매우 용이하게 얻을 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 안테나는,
열가소성 폴리머 수지 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분산되어 있는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체 분말;을 포함하는 복합 안테나 재료로 형성된 안테나 캐리어; 및
상기 안테나 캐리어의 표면에 형성된 공진 회로 패턴;을 포함한다:
<화학식 1>
Ba2-pSrp Co2-y-zZnyM1 z Fe12-qM2 q O22,
여기서,
M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
p는 약 0 내지 약 1이고,
y는 약 0.1 내지 약 0.9이고,
z는 약 0 내지 약 0.8이며,
q는 약 0 내지 약 1이다.
또는, 화학식 1에 있어서, z는 약 0.1 내지 약 0.4일 수 있다.
안테나 캐리어의 자성체 분말은 실리케이트 글라스(silicate glass)를 더 포함할 수 있다.
안테나 캐리어의 자성체 분말의 평균입자크기가 너무 작으면, 높은 투자율이 발현되기 어려울 수 있으며, 너무 크면, 투자율 손실이 과도하게 발생할 수 있다. 자성체 분말의 평균입자크기는, 예를 들면, 약 0.5 내지 약 5 ㎛, 또는, 약 1 내지 약 3 ㎛일 수 있다.
안테나 캐리어의 형상과 크기는 특별히 제한되지 않으며, 안테나의 설계 사양에 따라, 또는, 원하는 바에 따라, 자유로이 선택될 수 있다.
안테나 캐리어는, 공진회로 패턴을 지지하기 위한 지지체로서의 역할을 할 뿐만아니라, 공진 회로 패턴의 공진 특성에 영향을 미친다. 본 개시의 안테나 캐리어는 높은 투자율과 낮은 투자 손실을 발휘함으로써, 공진회로 패턴의 공진 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 개시의 안테나 캐리어는, 높은 주파수에서도 높은 투자율과 낮은 투자 손실을 발휘함으로써, 높은 주파수에 대해서도 공진회로 패턴의 공진 효율을 향상시킬 수 있다. 더우기, 본 개시의 안테나 캐리어는 높은 투자율과 낮은 투자 손실을 발휘하기 때문에, 본 개시의 안테나 캐리어의 크기가 작더라도, 공진 회로 패턴이 매우 우수한 공진 효율을 갖도록 유도할 수 있다. 그에 따라, 본 개시의 안테나는, 소형 내장형 안테나로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.
공진 회로 패턴은, 예를 들면, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 또는 이들의 혼합물과 같은 전기전도성 물질을 포함할 수 있다. 공진 회로 패턴은, 예를 들면, 인쇄, 인화, 도금, 증착, 스퍼터링(sputtering), 접착 또는 기계적 고정에 의하여 안테나 캐리어의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 공진 회로 패턴은 적어도 하나의 곡절(曲折)부에 의해 구분되는 적어도 하나의 수평 성분 회로와 적어도 하나의 수직 성분 회로를 포함할 수 있다. 공진 회로 패턴은, 예를 들면, 미앤더(meander) 타입, 스파이럴(spiral) 타입, 스텝(step) 타입, 루프(loop) 타입, 또는 이들의 조합일 수 있다.
안테나는, 예를 들면, 역 L 안테나(Inverted L Antenna; ILA) 형태, 역 F 안테나(Inverted F Antenna; IFA) 구조 또는 모노 폴 안테나(monopole antenna) 구조를 가질 수 있다.
<실시예>
실시예 1 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,100℃)
분산매로서 증류수 7,000 g, 산화철(Fe2O3) 4,420 g, 탄산바륨(BaCO3) 1,813 g, 산화코발트(Co3O4) 374 g, 산화아연(ZnO) 263 g, 산화구리(CuO) 56 g, 및 산화망간(MnO2) 75 g 을, 애뉼러밀(나노인텍 사)을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 혼합하여, 제1 슬러리 혼합물을 얻었다.
이렇게 얻은 제1 슬러리 혼합물을, 분무건조기(동진기연, Spray Dryer DJE-003R)를 사용하여, 220 ℃에서 건조하여, 제1 과립형 건조 혼합물을 얻었다.
이렇게 얻은 제1 과립형 건조 혼합물을, 1000℃의 전기로에서, 3 시간 동안 하소하여, Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe12O22의 조성을 갖는 자성체를 얻었다.
이렇게 얻은 하소된 자성체 6,000 g, 증류수 6,000 g 및 실리케이트 글라스(이산화규소, 산화붕소, 산화리튬, 산화칼륨 및 산화바륨의 중량비 = 11:4:3:1:1) 60 g 을, 애뉼러밀(나노인텍 사, "Annular Mill")을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 분쇄 및 혼합하여, 제2 슬러리 혼합물을 얻었다.
이렇게 얻은 제2 슬러리 혼합물을, 분무건조기(동진기연, Spray Dryer DJE-003R)를 사용하여, 220 ℃에서 건조하여, 제2 과립형 건조 혼합물을 얻었다.
이렇게 얻은 제2 과립형 건조 혼합물을 1,200 kgf/cm2 의 압력으로 압축성형하였다.
이렇게 얻은 압축된 제2 과립형 건조 혼합물을, 1,100℃의 전기로에서, 3 시간 동안 소결하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체를 얻었다.
이렇게 얻은 소결된 실리케이트 글라스-함유 자성체를, 디스크밀(나노인텍, "Disk Mill")을 사용하여, 500 rpm에서 6 시간 동안 건식 분쇄하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다. 이렇게 얻은 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말의 평균입자크기는 3 ㎛ 이었다.
실시예 2 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,150℃)
소결온도가 1,100℃ 대신에 1,150℃인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 3 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,200℃)
소결온도가 1,100℃ 대신에 1,200℃인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 4 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,250℃)
소결온도가 1,100℃ 대신에 1,250℃인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
도 1은, 실시예 1 내지 4의 자성체 분말에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화 측정결과이다. 도 2는, 실시예 1 내지 실시예 4의 자성체 분말에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화 측정결과이다. 상대 투자율과 투자손실은, 동축선법을 이용하여 "Agilent Technologies"의 "E5071 network" 장비를 이용하여 측정하였다.
도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 자성체 분말은, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 2 내지 5의 상대투자율(μr)을 보였다. 또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 자성체 분말은, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0 내지 0.9의 투자 손실(Tanδμ)을 보였다.
100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 2 이상의 상대투자율(μr) 및 0.9 이하의 투자 손실(Tanδμ)을 보인다는 것은, 본 개시의 자성체가 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 매우 우수한 공진 효율을 유도할 수 있다는 것을 의미한다.
특히, 실시예 2(소결온도 1,150 ℃)의 자성체 분말은, 2 GHz에서, 4.2의 상대투자율 및 0.42의 투자손실이라는 엄청나게 우수한 성능을 보였다.
실시예 5 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .3 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,150℃)
분산매로서 증류수 7,000 g, 산화철(Fe2O3) 4,420 g, 탄산바륨(BaCO3) 1,813 g, 산화코발트(Co3O4) 374 g, 산화아연(ZnO) 263 g, 및 산화구리(CuO) 112 g 을, 애뉼러밀(나노인텍 사)을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 혼합하여, 제1 슬러리 혼합물을 얻었다. 이렇게 얻은 제1 슬러리 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 6 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Mn 0 .3 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,150℃)
분산매로서 증류수 7,000 g, 산화철(Fe2O3) 4,420 g, 탄산바륨(BaCO3) 1,813 g, 산화코발트(Co3O4) 374 g, 산화아연(ZnO) 263 g, 및 산화망간(MnO2) 150 g 을, 애뉼러밀(나노인텍 사)을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 혼합하여, 제1 슬러리 혼합물을 얻었다. 이렇게 얻은 제1 슬러리 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 7 --- Ba 1 .5 Sr 0 .5 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 12 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,150℃)
분산매로서 증류수 7,000 g, 산화철(Fe2O3) 4,420 g, 탄산바륨(BaCO3) 1,364 g, 탄산스트론튬(SrCO3) 345 g, 산화코발트(Co3O4) 374 g, 산화아연(ZnO) 263 g, 산화구리(CuO) 56 g, 및 산화망간(MnO2) 75 g 을, 애뉼러밀(나노인텍 사)을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 혼합하여, 제1 슬러리 혼합물을 얻었다. 이렇게 얻은 제1 슬러리 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 8 --- Ba 2 Co 1 Zn 0 .7 Cu 0 .15 Mn 0 .15 Fe 11 .5 Y 0 .5 O 22 의 제조 (소결온도 : 1,150℃)
분산매로서 증류수 7,000 g, 산화철(Fe2O3) 4,190 g, 탄산바륨(BaCO3) 1,813 g, 산화코발트(Co3O4) 374 g, 산화아연(ZnO) 263 g, 산화구리(CuO) 56 g, 산화망간(MnO2) 75 g, 및 산화이트륨(Y2O3) 257 g을, 애뉼러밀(나노인텍 사)을 사용하여, 2000 rpm에서 3 시간 동안 혼합하여, 제1 슬러리 혼합물을 얻었다. 이렇게 얻은 제1 슬러리 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실리케이트 글라스-함유 자성체 분말을 얻었다.
실시예 2 및 실시예 5 내지 8의 자성체 분말에 대한, 2 GHz 에서의, 상대투자율, 투자손실, 상대유전율 및 유전손실 측정값을 표 1에 요약하였다.
구분 자성체
화학식		 상대
투자율		 투자
손실		 상대
유전율		 유전
손실
실시예 2 Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe12O22 4.21 0.42 12.7 0.006
실시예 5 Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .3Fe12O22 4.39 0.78 13.2 0.009
실시예 6 Ba2Co1Zn0 .7Mn0 .3Fe12O22 3.87 0.52 14.3 0.039
실시예 7 Ba1 .5Sr0 .5Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe12O22 4.14 0.34 12.6 0.005
실시예 8 Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe11 .5Y0 .5O22 3.58 0.37 11.17 0.007
실시예 9 ----- 복합 안테나 재료의 제조( PC ; 자성체 43 wt %)
실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g, 폴리카보네이트(PC)(제일모직, HF-1023IM) 1,300 g, 및 커플링제(Sila-Ace, S-530) 10 g 을, 용융압출기(바우테크, "Twin Extruder")를 사용하여, 용융혼합하였다. 이때, 폴리카보네이트의 용융온도는 240 ℃이었다.
용용 혼합된 재료는 냉각 및 절단되어 5 mm의 직경을 갖는 펠렛으로 형성되었다. 이렇게 얻은 펠렛이 실시예 9의 복합 안테나 재료이다.
실시예 10 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC ; 자성체 58 wt %)
실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 사용량이 1,000 g이고 폴리카보네이트 사용량이 720 g인 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 11 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC ; 자성체 73 wt %)
실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 사용량이 1,000 g이고 폴리카보네이트 사용량이 360 g인 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 12 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC ; 자성체 76 wt %)
실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 사용량이 1,000 g이고 폴리카보네이트 사용량이 300 g인 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
도 3은, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화 측정결과이다. 도 4는, 실시예 9 내지 실시예 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화 측정결과이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 1.4 이상의 상대투자율(μr)을 보였다. 또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.3 이하의 투자 손실(Tanδμ)을 보였다.
100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 1.4 이상의 상대투자율(μr) 및 0.3 이하의 투자 손실(Tanδμ)을 보인다는 것은, 본 개시의 복합 안테나 재료가 매우 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐서 매우 우수한 공진 효율을 유도할 수 있다는 것을 의미한다.
표 2에, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 2 GHz에서의, 상대투자율(μr)과 투자 손실(Tanδμ)을 요약하였다.
구분 자성체 분말 함량 (wt%) 상대 투자율 투자 손실
실시예 9 43 1.12 0.02
실시예 10 58 1.41 0.09
실시예 11 73 1.78 0.20
실시예 12 76 1.82 0.21
표 2에 나타난 바와 같이, 자성체의 함량이 증가할 수록 상대 투자율이 증가하였다. 또한, 자성체의 함량이 각각 43 wt% 및 58 wt%인 실시예 9 및 실시예 10의 복합 안테나 재료에 비하여, 자성체의 함량이 각각 73 wt% 및 76 wt%인 실시예 11 및 실시예 12의 복합 안테나 재료의 상대 투자율이 현격하게 증가하였다.
또한, 자성체의 함량이 80 wt%를 초과하더라도 상대 투자율의 더 이상의 증가는 미미한 것으로 나타났다.
도 5는, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 유전율 변화 측정결과이다. 도 6은, 실시예 9 내지 실시예 12의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 유전 손실 변화 측정결과이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 3 이상의 상대 유전율(εr)을 보였다. 또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.01 이하의 유전 손실(Tanδε)을 보였다.
표 3에, 실시예 9 내지 12의 복합 안테나 재료에 대한, 2 GHz에서의, 상대 유전율(εr)과 유전 손실(Tanδε)을 요약하였다.
구분 자성체 분말 함량 (wt%) 상대 유전율 유전 손실
실시예 9 43 3.69 0.009
실시예 10 58 4.01 0.009
실시예 11 73 7.08 0.012
실시예 12 76 7.38 0.012
표 3에 나타난 바와 같이, 자성체의 함량이 증가할 수록 상대 유전율이 증가하였다. 또한, 자성체의 함량이 각각 43 wt% 및 58 wt%인 실시예 9 및 실시예 10의 복합 안테나 재료에 비하여, 자성체의 함량이 각각 73 wt% 및 76 wt%인 실시예 11 및 실시예 12의 복합 안테나 재료의 상대 유전율이 현격하게 증가하였다.
실시예 13 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC ; 자성체 43 %)
실시예 5에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 (Ba2Co1Zn0.7Cu0.3Fe12O22)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 14 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC ; 자성체 43 wt %)
실시예 7에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 (Ba1.5Sr0.5Co1Zn0.7Cu0.15Mn0.15Fe12O22)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 13 및 14의 복합 안테나 재료에 대한, 2 GHz 에서의, 상대투자율, 투자손실, 상대유전율 및 유전손실 측정값을 표 4에 요약하였다. 표 4에는 실시예 10의 복합 안테나 재료에 대한 측정값을 병기하였다.
구분 자성체
화학식		 상대
투자율		 투자
손실		 상대
유전율		 유전
손실
실시예 10 Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe12O22 1.41 0.09 4.01 0.009
실시예 13 Ba2Co1Zn0 .7Cu0 .3Fe12O22 1.41 0.14 4.39 0.01
실시예 14 Ba1 .5Sr0 .5Co1Zn0 .7Cu0 .15Mn0 .15Fe12O22 1.46 0.10 4.28 0.009
실시예 15 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PPO ; 자성체 43 wt %)
폴리카보네이트 대신에 폴리페닐렌옥사이드(PPO)(Sabic 사, "NORYL") 960 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 16 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PPO ; 자성체 68 wt %)
폴리카보네이트 대신에 폴리페닐렌옥사이드(Sabic 사, "NORYL") 450 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 17 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PPE ; 자성체 50 wt %)
폴리카보네이트 대신에 개질된 폴리페닐렌에테르(PPE)(제일모직, HR-8070) 960 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 18 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PPE ; 자성체 68 wt %)
폴리카보네이트 대신에 개질된 폴리페닐렌에테르(제일모직, HR-8070) 450 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 19 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC - ABS ; 자성체 50 wt %)
폴리카보네이트 대신에 PC-ABS(제일모직, HR-8070) 960 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
실시예 20 ----- 복합 안테나 재료의 제조 ( PC - ABS ; 자성체 68 wt %)
폴리카보네이트 대신에 PC-ABS(제일모직, HR-8070) 450 g을 사용하고, 실시예 2에서 얻은 실리케이트-글라스 함유 자성체 분말 1,000 g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법을 사용하여, 복합 안테나 재료를 제조하였다.
도 7은, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 투자율 변화 측정결과이다. 도 8은, 실시예 15 내지 실시예 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 투자 손실 변화 측정결과이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 1.4 이상의 상대투자율(μr)을 보였다. 도 7에서도, 자성체 함량 증가에 따라 상대투자율이 증가하는 경향을 볼 수 있다.
또한, 도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.3 이하의 투자 손실(Tanδμ)을 보였다.
도 9는, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 상대 유전율 변화 측정결과이다. 도 10은, 실시예 15 내지 실시예 20의 복합 안테나 재료에 대한, 주파수에 따른 유전 손실 변화 측정결과이다.
도 9에 나타난 바와 같이, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 4 이상의 상대 유전율(εr)을 보였다. 도 9에서, 자성체 함량 증가에 따라 상대 유전율이 증가하는 경향을 볼 수 있다.
또한, 도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 15 내지 20의 복합 안테나 재료는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.3 이하의 유전 손실(Tanδε)을 보였다. 도 10에서, 자성체 함량 증가에 따라 유전 손실이 증가하는 경향을 볼 수 있다. 실시예 19의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 50 wt%)와 실시예 20의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 68 wt%)는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.15 이하의 매우 낮은 유전 손실(Tanδε)을 보였다. 또한, PC-ABS를 사용한 경우에는, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 자성체 함량 변화에 따른 유전손실의 변화가, 다른 폴리머를 사용한 경우에 비하여, 매우 작은 것으로 나타났다.
도 11은 실시예 19의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 50 wt%)의 주사전자현미경 사진(1,000 배율)이다. 도 12는 실시예 19의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 50 wt%)의 주사전자현미경 사진(5,000 배율)이다. 도 13은 실시예 20의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 68 wt%)의 주사전자현미경 사진(1,000 배율)이다. 도 14는 실시예 20의 복합 안테나 재료(PC-ABS, 자성체 68 wt%)의 주사전자현미경 사진(5,000 배율)이다.
도 11 내지 도 14에 나타난 바와 같이, 자성체 함량의 증가에 따라, 더 많은 자성체가 입자가 존재함을 알 수 있다. 또한, 도 11 내지 도 14에 나타난 자성체 입자의 크기는 1 내지 5 ㎛이다.
실시예 21 ----- 안테나 캐리어 제조
실시예 21에서는, 실시예 11의 복합 안테나 재료(폴리카보네이트, 자성체 73 wt%)를 사용하여 사출성형법으로 안테나 캐리어를 제조하였다.
먼저, 사출성형을 용이하게 하기 위하여, 실시예 11의 복합 안테나 재료를 90 ℃의 오븐에서 6 시간 동안 건조하였다. 건조된 실시예 11의 복합 안테나 재료를, 사출성형기("FANUC" 사, ROBOSHOT S-2000i)를 사용하여, 사출성형하여 실시예 21의 안테나 캐리어를 제조하였다. 도 15는, 실시예 21의 안테나 캐리어의 사진이다.
실시예 21에서 확인할 수 있는 바는, 본 개시의 복합 안테나 재료는, 통상의 플라스틱에 버금가는 성형의 용이성을 보였다는 것이다. 그에 따라, 우수한 투자율 및 투자손실 특성을 보이는 안테나 캐리어를, 원하는 모양과 크기로 자유로이 성형할 수 있게 되었다. 그에 따라, 무선 통신 시스템의, 안테나 캐리어에 대한 디자인 종속성이 크게 낮아질 수 있다.
실시예 22 ----- 안테나의 제조
먼저, 사출성형을 용이하게 하기 위하여, 실시예 11의 복합 안테나 재료를 90 ℃의 오븐에서 6 시간 동안 건조하였다. 건조된 실시예 11의 복합 안테나 재료를, 사출성형기("FANUC" 사, ROBOSHOT S-2000i)를 사용하여, 사출성형하였다. 공진 회로 패턴 고정용 돌기를 갖도록 사출성형된 안테나 캐리어의 표면에 공진 회로 패턴을 형성시켰다.
도 16은, 실시예 22의 안테나의 사진이다. 여기서, 공진 회로 패턴은, 안테나 캐리어의 공진 회로 패턴 고정용 돌기를 가열 리벳팅(heat-rivetting)함으로써 고정되었다. 물론, 상기 고정 돌기 역시 실시예 11의 복합 안테나 재료로 이루어져 있다. 상기 고정 돌기는, 통상의 플라스틱과 버금가는 정도로 매우 용이하게 가열 리벳팅될 수 있었다.
이로부터, 본 개시의 복합 안테나 재료의 가공성(easy-to-manufacture performance)이 매우 우수함을 알 수 있다. 그에 따라, 본 개시의 복합 안테나 재료를 사용함으로써, 우수한 투자율 및 투자손실 특성을 보이는 안테나 캐리어를, 원하는 모양과 크기로 자유로이 성형할 수 있게 되었으며, 무선 통신 시스템의, 안테나 캐리어에 대한 디자인 종속성이 크게 낮아질 수 있다.

Claims (21)

  1. 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체:
    <화학식 1>
    Ba2-pSrp Co2-y-zZnyM1 z Fe12-qM2 q O22,
    여기서,
    M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
    M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
    p는 0 내지 1이고,
    y는 0.1 내지 0.9이고,
    z는 0 내지 0.8이며,
    q는 0 내지 1이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 z는 0.1 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 자성체.
  3. 제 1 항에 있어서, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 2 이상의 상대 투자율, 또는, 3 내지 5의 상대 투자율을 보이는 것을 특징으로 하는 자성체.
  4. 제 1 항에 있어서, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.9 이하의 투자 손실, 또는, 0.1 내지 0.5의 투자 손실을 보이는 것을 특징으로 하는 자성체.
  5. 제 1 항에 있어서, 실리케이트 글라스(silicate glass)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체.
  6. 제 1 항에 있어서, 평균입자크기가 0.5 내지 5 ㎛, 또는, 1 내지 3 ㎛인 분말형태인 것을 특징으로 하는 자성체.
  7. 분산매의 존재하에, Ba 원소기준으로 2-p 몰부의 Ba-전구체, Sr 원소기준으로 p 몰부의 Sr-전구체, Co 원소기준으로 2-y-z 몰부의 Co-전구체, Zn 원소기준으로 y 몰부의 Zn-전구체, M1 원소기준으로 z 몰부의 M1-전구체, Fe 원소기준으로 12-q 몰부의 Fe-전구체 및 M2 원소기준으로 q 몰부의 M2-전구체를 혼합하여 슬러리 혼합물(slurry mixture)을 형성하는 단계로서, 상기 M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M1-전구체는 Mn-전구체, Cu-전구체, Ni-전구체 및 Mg-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, 상기 M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 M2-전구체는 La-전구체 및 Y-전구체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물이고, p는 0 내지 1이고, y는 0.1 내지 0.9이고, z는 0 내지 0.8이며, q는 0 내지 1인 단계;
    상기 슬러리 혼합물을 건조하여 건조 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 건조 혼합물을 하소하여 자성체를 형성하는 단계;를 포함하는 자성체 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 하소 단계의 온도는, 800 내지 1,000 ℃인 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 하소 단계 후에, 하소된 자성체를 분쇄하여 자성체 분말을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 제2 분산매의 존재하에서, 상기 하소된 자성체 및 실리케이트 글라스를 혼합하여 제2 슬러리 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제2 슬러리 혼합물을 건조하여 제2 건조 혼합물(dry mixture)을 형성하는 단계;
    상기 제2 건조 혼합물을 압축(compression)하여 압축 혼합물(compressed mixture)을 형성하는 단계;
    상기 압축 혼합물을 소결(sintering)하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 실리케이트 글라스는, 실리카 글라스(silica glass), 퓸드 실리카 글라스(fumed silica glass), 보로실리케이트 글라스(borosilicate glass), 알루미노실리케이트 글라스(aluminosilicate glass), 리튬실리케이트 글라스(lithium silicate glass), 칼륨실리케이트 글라스(potassium ilicate glass), 나트륨실리케이트 글라스(sodium silicate glass), 바륨실리케이트 글라스(barium silicate glass), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 실리케이트 글라스의 사용량은, 상기 하소된 자성체의 100 중량부를 기준으로 하여, 0.5 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 소결 온도는, 1,100 내지 1,250 ℃인 것을 특징으로 하는 자성체 제조방법.
  14. 열가소성 폴리머 수지 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분산되어 있는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 자성체 분말;을 포함하는 복합 안테나 재료:
    <화학식 1>
    Ba2-pSrp Co2-y-zZnyM1 z Fe12-qM2 q O22,
    여기서,
    M1는 Mn, Cu, Ni 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
    M2는 La 및 Y로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이고,
    p는 0 내지 1이고,
    y는 0.1 내지 0.9이고,
    z는 0 내지 0.8이며,
    q는 0 내지 1이다.
  15. 제 14 항에 있어서, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 1.5 이상의 상대 투자율, 또는, 2 내지 3.5의 상대 투자율을 보이는 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  16. 제 14 항에 있어서, 100 MHz 내지 3 GHz의 대역폭 전체에 걸쳐서, 0.2 이하의 투자 손실, 또는, 0.05 내지 0.1의 투자 손실을 보이는 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머 수지는, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenylene oxide), 폴리페닐렌에테르(polyphenylene ether), PC-ABS수지(polycarbonate-acrilonitrile/butadiene/styrene), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 자성체 분말의 평균입자크기는, 0.5 내지 5 ㎛, 또는, 1 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 자성체 분말은 실리케이트 글라스(silicate glass)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 복합 안테나 재료 중 상기 자성체의 함량은, 40 wt% 내지 80 wt%인 것을 특징으로 하는 복합 안테나 재료.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 복합 안테나 재료로 형성된 안테나 캐리어; 및
    상기 안테나 캐리어의 표면에 형성된 공진 회로 패턴;을 포함하는 안테나.
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