KR20140016045A - 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅 방법 - Google Patents

열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅 방법에 관한 것으로, 소재의 표면에 코팅되되, 복층구조에서 최소 5nm 내지 최대 100nm 크기를 가지는 그래핀과 3 내지 10㎛ 크기를 가지는 흑연입자가 중량비로 1 : 2 내지 8의 비율로 혼합된 코팅층과; 상기 코팅층 상면에 형성되되, 절연성을 가지는 폴리디메틸실록산수지로 이루어진 코팅 보호막; 으로 이루어지는 열전도성과 고 방열성을 가지는 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅방법을 제공하는 것을 그 특징으로 한다. 상기 코팅층의 형성은, 용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연의 혼합물 30 내지 90중량부와, 실리콘분산제 2 내지 10중량부가 혼합된 혼합물을 초음파분산하고 정전방식으로 소재의 표면에 코팅되도록 하고, 상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매로 이루어지도록 한다.
본 발명에 따르면, 저비용으로 우수한 방열효과를 달성하는 그래핀 혼합 물질을 이용함으로써 초소형 고성능 제품의 열전도 고 방열 내열 코팅제로 사용될 수 있는 효과가 있다.

Description

열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅 방법{Thermally conductive and emissive heat resistant graphene composite coating and its application method}
본 발명은 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 내열성이 높으며 열전도성과 방열 효율성이 높은(이하 '열전도 고 방열'이라 함) 그래핀이 흑연과 혼합되어 비용절감 및 우수한 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅방법에 관한 것이다.
열전도(k, heat conductivity)에 관계되는 음향양자의 진동(phonon vibration)과 열전자(thermion)의 흡열 및 방열계수(∈, emissivity) 등은 물질의 일함수(work function) 및 에너지 밴드갭 이론과 밀접한 관계가 있다. 알미늄, 구리, 은 등과 같은 금속은 열 전도도는 높지만 일함수가 높아 흡열 및 방열 효율성이 낮게 나타나고 있다. 이러한 단점의 보완으로써 소재인 금속으로부터의 흡열(:absorption coefficient)과 방열 계수(흡열 계수와 같음)가 높은 물질을 코팅하여 금속 소재의 온도를 낮추어야 할 필요성이 있다. 알미늄, 구리 및 은의 열적 특성은 표 1과 같다.
항 목 일함수(eV) 열전도도(k)
(W/mK)		 방열계수(∈) 비고
알미늄 4.06-4.26 235 0.03 표면처리에
따라 차이 있음
알미늄
흑색아노다이즈		 0.88
구리 4.53-5.10 401 0.05
은 4.52-4.74 428 0.02
차세대 전자소자는 경박단소 및 다기능화 하면서 고집적화하고 있어 열 밀도의 증가로 열의 방출 문제에 대한 필요성이 요구되고 있으며, 또한 열의 방출이 디바이스의 신뢰성 및 수명과 밀접한 관련이 있다.
고 방열 재료의 소재 성분을 살펴보면 열방사성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합소재가 대분을 차지하고 있다(대한민국 등록특허 제10-1035011호, 대한민국 등록특허 제10-0682325호, 대한민국 특허출원 제10-2009-0135425호). 열방사성 필러로써는 흑연, 산화구리, 산화철, 이산화망간, 산화코발트, 산화크롬 등을 사용하고 있으며, 바인더로써는 실란, 실리콘 화합물, 에폭시, 우레탄 등의 유기 고분자 또는 유무기 혼성 물질 등을 사용하고 있다. 그러나 유무기 혼합물질을 사용하게 되면 바인더가 열방사성 필러 입자를 당의정과 같이 표면을 둘러싸게 되어 음향양자의 진동이 바인더에 의하여 방해를 받아 열전도 효율성이 떨어지는 단점이 있다. 그리고 산화물 반도체를 사용하게 되면 에너지 밴드갭이 넓기(wide bandgap) 때문에 전자가 전도대로 여기(exciting)된 후 천이되기 위하여서는 많은 에너지가 필요하며 이러한 열이 잠열로써 방열 코팅제의 내부에 잔류할 수 있기 때문에 열 방출이 효율적으로 이루어지기 어렵게 된다.
이러한 종래의 기술은 대부분이 방열 구조상의 제작, 개선에 주력하고 열방열 소재로는 대부분 알미늄 소재를 사용하고 있어 LED 램프의 경우 약 85%가 열손실로 전환되어 고온의 방출 열로 인해 결합 부위의 온도가 계속 증가함으로서 LED 반도체의 수명저하를 일으키게 된다. LED 램프의 발열량은 상당한 수준이기 때문에 방열대책을 마련하지 않으면 패키징 소재의 열화가 발생되어 기능이 저하되므로 이를 해결하기 위한 열 방출 코팅제에 대한 기술 개발이 시급하게 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 방열판 구조를 그대로 이용하여 방열판에 코팅제를 도포하여 방열판의 방열 효율을 효과적으로 향상시키기 위한 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 및 그 코팅 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소재의 표면에 코팅되되, 복층구조에서 최소 5nm 내지 최대 100nm 크기를 가지는 그래핀과 3 내지 10 크기를 가지는 흑연입자가 중량비로 1 : 2 내지 8의 비율로 혼합된 코팅층과; 상기 코팅층 상면에 형성되되, 절연성을 가지는 폴리디메틸실록산수지로 이루어진 코팅 보호막; 으로 이루어지는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제를 제공하는 것을 그 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 코팅층의 형성은, 용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연의 혼합물 30 내지 90중량부와, 실리콘분산제 2내지 10중량부가 혼합된 혼합물을 초음파분산하고 정전방식으로 소재의 표면에 코팅되도록 하고, 상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매로 이루어지도록 한다.
또한, 본 발명은 표면 처리된 소재를 예열하는 단계와; 상기 예열된 소재 표면에 복층구조에서 최소 5nm 내지 최대 100nm 크기를 가지는 그래핀과 3 내지 10 크기를 가지는 흑연입자가 중량비로 1 : 2내지 8의 비율로 혼합되어 용매에 분산된 코팅제를 정전방식으로 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계와; 상기 코팅층 상면에 폴리디메틸실록산수지로 정전방식으로 코팅보호막을 형성하는 단계; 그리고 200 내지 250 온도에서 1 내지 4시간 소성하는 단계;로 이루어지는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 코팅방법을 제공하는 것을 다른 특징으로 한다.
그리고, 상기 코팅층의 형성은, 용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연의 혼합물 30 내지 90중량부와, 실리콘분산제 2내지 10중량부가 혼합된 혼합물을 초음파분산하고 정전방식으로 소재의 표면에 코팅되며, 상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매로 이루어지고, 상기 코팅보호막은 폴리디메틸실록산(PDMS) 600중량부와 증류수 400중량부를 혼합하여 이루어진 혼합용액을 이용하여 코팅층 상면에 정전방식으로 도포되도록 한다.
본 발명에 따르면, 저비용으로 우수한 방열효과를 달성하는 그래핀 혼합 물질을 이용함으로써 초소형 고성능 제품의 열전도 고 방열코팅제로 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 고전압상태에서도 각종 신호를 안정적으로 처리할 수 있어 순간 고전압에 고속회전을 요구하는 각종 모터용 PCB로도 폭넓게 사용할 수 있으며, 통신, 우주항공, 교통 및 군사용 기기 분야에서도 유용한 소재로 활용될 뿐만 아니라 국내 전자산업의 경쟁력 강화, 수입 대체 효과 및 수출 산업에 크게 기여할 수 있는 다른 효과도 있다.
도 1은 열전도 고 방열 메카니즘을 나타낸 모식도.
도 2는 본 발명에 의한 열전도 고 방열코팅층 형성과정을 나타낸 도.
일반적으로 최근 각광받고 있는 신소재인 그래핀은 열전도 방열특성이 우수하다고 알려져 있어 열전도 고 방열재료로 이용되고 있다. 이러한 그래핀은 우수한 특성을 가지기는 하나, 그 비용이 매우 비싸서 범용적인 사용이 매우 제한적이다. 따라서 이러한 그래핀의 특성을 유지하되 비용이 저렴하도록 하기위해서는 그 사용량을 줄이고, 임의의 물질이 혼합되어 특성을 최대한 발휘되도록 함이 적절하다. 본 발명자들은 다양한 시행착오와 실험을 통하여 이러한 혼합물질로 흑연이 적당하다는 것을 알 수 있었으며 이에 본 발명을 완성하게 되었다.
먼저 일반적인 그래핀과 흑연 분말의 열적 특성을 살펴보면 아래 표 2와 같다.
항 목 에너지 밴드갭
(eV)		 열전도도(k)
(W/mK)		 방열계수(∈) 분자구조
그래핀 0-0.2 (4840±440)-
(5300±480)		 0.9 at 900℃ 2D, sp2, π전자
흑연 약0.04 약300 0.75 3D, sp2, π전자
일반적인 열전도도의 기본식은 식 1과 같다.
Figure pat00001
(k: 열전도도, W/mK, Ｑ: 열량, W, Ａ: 접촉면적, ｄ: 열 흐름 거리, △Ｔ: 온도차)
또한 동시에 열 저항을 고려하여야 한다. 열 저항은 식 2와 같다.
Figure pat00002
열 저항은 어떤 특정 두께를 가진 물질에서 열 흐름을 방해하는 특성을 나타낸다. 이러한 열전도도 k와 열 저항 R간의 관계는 식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
표 2에서 보는 바와 같이 그래핀이나 흑연 모두 좁은 에너지 밴드갭(narrow bandgap)의 특성을 나타내므로 π전자가 거의 금속의 자유 전자가 갖는 전자 운동 자유도와 같은 운동성을 나타내어 열전도도가 높게 나타난다. 다시 말하면 온도가 높아지면 격자가 열에너지를 받게 되어 전자의 진동이 크게 되고 이것이 탄성파, 즉 포논의 운동이 되어 흐르는 열량이 크게 되며, 이에 비례하여 열전도도가 높아지게 된다. 이와 같이 그래핀과 흑연은 sp2혼성의 2차원적, 3차원적 공유 결합성 결정인데, 층 사이에 π전자가 개재되어 있어서 전기나 열을 잘 전도하므로, 준금속 재료로 간주된다.
이와 같이 물체가 넓은 밴드갭을 가지는 경우는 열에너지는 격자진동에 의해서-포논에 의해서 운반된다. 한편 좁은 밴드갭을 가진 준금속 물질이면 격자원자의 열진동에 의한 열전도와 함께 고온부에서 에너지를 얻은 자유전자가 저온부로 이동하여 격자원자와 충돌하여 격자에 에너지를 주는 과정을 거쳐 열을 전달하게 된다. 즉 어떤 물질의 열전도도 k는 식 4와 같이 그 격자성분 kph와 전자성분 Kel의 합으로 주어진다.
Figure pat00004
그 결과 준금속 재료인 그래핀과 흑연은 매우 높은 열전도도를 나타내게 된다. 한편 넓은 에너지 밴드갭을 가진 물질에서는 전자성분의 값이 매우 낮으므로 열전도는 전적으로 격자진동에 의존하게 된다.
다음으로 방열에 대하여 살펴보면 모든 물체는 물체의 온도가 절대영도 보다 높기 때문에 전자기 복사를 방출하며 모든 물체는 다른 물체들로부터 오는 복사열을 흡수하게 된다. 즉 복사는 전자기 에너지의 방출을 통한 열전달이며 모든 물체는 에너지를 복사하며 온도가 올라감에 따라 복사하는 양도 증가한다. 그래핀이나 흑연의 원자가 외부로부터 전자기 에너지를 흡수하여 좀 더 높은 에너지상태인 여기(들뜬)상태로 되며, 여기된 원자가 바닥상태로 전이하기 위해서는 에너지를 잃어야 한다. 여기된 상태의 에너지 준위 Ｅ1에서 바닥상태 Ｅ0로 전이할 때 에너지 밴드갭이 좁을 경우 여분의 에너지는 방출하게 된다. 전자기 에너지에 대한 에너지 보존법칙은 식 5와 같다.
Figure pat00005
(h: 플랑크 상수로써 6.63x10Js=4.14x10eVs, f: 방출된 전자기 에너지의 진동수)
식 5는 원자에 의한 에너지의 방출(또는 흡수)뿐만 아니라 원자핵, 분자 또는 가열된 고체 등으로 부터의 모든 종류의 방사에도 적용된다. 즉 진동하고 있는 원자로 구성된 모든 것의 에너지는 양자화(quantization)되어 있다.
이는 다시 말하면 에너지도 연속이 아니고, 어떤 최소의 에너지소량으로 되었다는 에너지양자(energy quanta)라는 개념이 도입할 수 있으며, 이는 방출된 전자기 에너지의 진동수 f일 때 플랑크(Planck)는 이런 진동 주파수에 대한 에너지 E는 에너지양자 hf의 정수값 E = nhf만을 취할 수 있다는 개념을 도입하였다.
표 2에서 보는 바와 같이 그래핀 및 흑연의 색상은 흑색으로써 에너지의 흡수효율이 높으며, 에너지 밴드갭이 매우 좁기 때문에 여기상태의 전자가 자유전자와 같은 행태를 띄고 있으며, 바닥상태로 돌아갈 때의 소모에너지는 매우 적다. 따라서 여분의 에너지는 알짜에너지가 되어 표면에 전자과잉 상태로 되어 파동 형태 등으로 열전자 에너지를 발산시키게 된다. 다시 말하면 포논에너지는 양자화된 에너지(quantized energy)로써 입자이면서 파동성을 가지고 있다. 열원으로부터 지속적인 전자기 형태의 에너지의 공급을 받게 되면 열전자인 π전자는 여기상태로 되며, 들뜬 열전자는 표면에서 전자과잉 상태를 이루게 된다. 에너지 밴드갭이 좁다는 것은 에너지 장벽이 낮다는 것을 의미하고 있으며, 열전자는 낮은 에너지 장벽을 터널링 효과(tunneling effect)에 의하여 쉽게 방출되므로 열 방출 효율이 높게 나타내게 된다. 이를 도시한 도 1을 참조하여 열전자 방출 메카니즘을 간략히 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 열원으로부터 열이 전자파의 형태로 방열판에 전달(a)되고, 이러한 방열판(10)에 도달된 열은 방열판 자체내에서 포논 진동에 의하여 열전자 형태로 이동(b)이 이루어진다. 이러한 열전자들은 방열코팅층(20)으로 전달되고, 전달된 열전자들에 의하여 방열코팅층은 표면이 열전자과잉상태가 이루어지며, 이러한 과잉된 표면 열전자는 외부로 열전자들을 방출(c)하여 방열이 이루어지게 된다. 따라서 이러한 과잉 열전자들을 쉽게 방출하여 방열이 이루어지도록 하기위해서는 방열코팅층의 열전도도가 최소 400W/mK 이상이어야 하며, 방열효율이 80%이상 이루어져야 원활한 방열이 이루어진다. 또한, 방열코팅층은 충분한 고내열성을 가져야 물성의 변화없이 장시간 사용할 수 있게 된다. 이러한 제반요건을 만족하기 위해서 그래핀 단독으로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 즉, 상술하다시피 그래핀 단독으로는 너무나 비용이 고가여서 범용적인 사용이 힘들다. 또한, 그래핀 단독으로는 과도한 열전도가 일어나며, 이는 방열에서 반드시 바람직한 것은 아니다. 따라서 열전도도가 최소 400W/mK 이상을 가지며, 방열효율이 80%이상이 되도록 하고 200이상 고내열성을 가지는 열전도 고 방열코팅층이 형성되도록 그래핀과 흑연의 적절한 혼합으로 코팅층이 형성되도록 하였다.
본 발명에서는 열전도 고 방열 물질을 소재면에 코팅하기 위하여서는 그래핀과 흑연을 적절한 중량비로 혼합하되, 용매에 분산시킨 후, 정전도장을 실시하여 코팅층이 형성되도록 한다. 이하 자세히 설명하기로 한다.
발명에서는 열전도 고 방열 물질을 소재면에 코팅하기 위하여서는 그래핀과 흑연을 적절한 중량비로 혼합하되, 용매에 분산시킨 후, 정전도장을 실시하여 코팅층이 형성되도록 한다. 이하 자세히 설명하기로 한다.
1. 그래핀과 흑연의 선택
그래핀의 크기에 따라서 열전도성 및 방열성이 차이가 있으며, 크기가 작으면 분포밀도가 높으므로 열전도성 및 방열성이 높으며, 입자가 크면 분포밀도가 낮으므로 열전도성 및 방열성이 떨어진다. 그래핀에도 복층구조(multilayer)를 가진 것이 있고, 단층구조(single-layer)를 가진 종류가 있으나, 본 발명에서는 복층구조에서 입자 크기 범위가 최소 5nm, 최대 100nm, 입자 분포가 30nm 내지 40nm에서 90%이상의 분포도를 나타내는 그래핀을 사용하였다.
그리고 흑연은 입자 분포 범위가 3~10㎛정도인 것을 사용하였으며, 통상 그래핀과 흑연의 혼합비는 중량비로 1 : 2 내지 8의 비율로 혼합되도록 하였다. 본 발명의 목적이 고내열성을 유지하되 동일한 열전도 고 방열효과를 나타내는 것이 목적이므로 고가의 그래핀에 흑연이 혼합되도록 하였으며, 그래핀과 흑연의 혼합비가 1 : 8 이상일 경우에는 충분한 열전도 고 방열성을 가진 물성을 나타낼 수 없음을 알 수 있었다.
2. 용매의 선택
본 발명에서는 그래핀 및 흑연을 혼합하기 위하여 용매를 사용하였으며, 이러한 용매는 일반적으로 널리 사용되는 디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매를 사용하였다.
3. 분산제의 선택
상기 용매에 그래핀과 흑연이 골고루 혼합되기 위하여 분산제를 사용하였으며, 현재 범용적으로 널리 사용되는 에폭시변형 분산제, 아크릴계분산제 및 메톡시변형분산제 등과 같은 유기분산제는 고내열성을 가지지 못하므로 사용하지 못하며, 고내열성을 가지고 열적안정성을 가지는 실리콘계 분산제를 사용하였다. 이러한 실리콘계 분산제는 독일 데구사(Degussa), 다우케미컬 등과 같은 회사에서 출시되는 범용적인 실리콘계 분산제를 사용하였으며, 실시예에서는 독일 데구사 제품인 제품명 테고740W(TEGO 740W)를 사용하였다. 이러한 분산제는 사용되는 용매 1000중량부에 대하여 2내지 10중량부 사용되는 것이 바람직하며, 2중량부 이하일 경우 충분한 분산효과가 나타나지 않으며, 10중량부 이상 사용될 경우 방열성능의 저하 및 방열코팅 저하를 나타내게 됨을 알 수 있었다.
4. 보호코팅막 형성
그래핀과 흑연이 혼합된 코팅층은 전기전도성을 가지므로 이의 표면에 졀연층인 보호코팅막이 형성되도록 한다. 이러한 보호코팅막은 방열의 성능을 저하시키지 말아야하며, 절연성을 가져야 하고 충분한 내열성을 가져야 한다. 이러한 보호코팅막으로는 지속적인 350까지의 내열성을 가진 절연체 폴리디메틸실록산(PDMS (poly-dimethylsiloxane))을 사용하였으며, 제품명은 SILIKOPHEN P40W(Degussa) 수지를 사용하였다.
4. 코팅과정
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연이 혼합된 코팅제 30 내지 90중량부(그래핀 : 흑연(10:20 내지 10:80 중량부)을 혼합하고 분산제를 용매에 대하여 2 내지 10중량부 혼합한 후, 초음파 분산시킨다. 이와는 별도로 200~250로 충분히 예열한 소재면에 정전도장을 실시하여 열전도 고 방열코팅층이 형성되도록 한다.
이때 코팅층의 두께는 통상적인 열전도성 및 방열코팅에서 사용되는 용도에 따라 10 내지 20㎛ 또는 0.5 내지 1.0mm정도의 두께로 이루어 지도록 한다. 이 후, 코팅된 열전도 고 방열코팅제의 표면상태를 보호하기 위하여 지속적인 350까지의 내열성을 가진 절연체 PDMS 수지를 적절한 두께로 코팅하고 가열로에서 200~250의 온도로 1~4시간 동안 소성하여 열전도 고 방열 내열 코팅을 완성시킨다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
DMF, EtOH 및 NMP의 1,000중량부에 분산제를 5중량부로 혼합한 후 혼합된 용제에 평균크기 30nm 그래핀을 10중량부와 3~10㎛ 크기를 가지는 흑연을 40중량부로 혼합하여 초음파 분산시킨다. 200로 예열된 알미늄 등의 방열판에 정전 도장하여 도막 도께 약 0.78mm를 형성시키고, 형성된 도막위에 보호 도막으로 내열성 절연체인 PDMS를 PDMS 600중량부와 증류수 400중량부를 혼합하여 방열 코팅위에 10~20㎛로 정전 코팅하고 이를 전기로에서 230에서 2시간 소성시켜 열전도 고 방열 내열 코팅을 완성한다.
실시예 1과 동일한 과정을 거치나 단지 그래핀과 흑연의 중량비를 10:50으로 변경하여 코팅제를 제조한다.
실시예 1과 동일한 과정을 거치나 단지 그래핀과 흑연의 중량비를 10:60으로 변경하여 코팅제를 제조한다.
이상의 3가지 코팅제를 제조하여 방열판위에 코팅한 결과의 열전도도의 결과치는 레이저섬광분석(Laser flash analysis)에 의하여 실시예에 의한 시편을 각각 3번씩 측정한 결과는 아래의 표 3과 같이 나타났다. 이의 결과치에 의하여 알미늄 단독의 방열 소재에 의하는 것 보다 소재에 열전도 고 방열 코팅함이 더욱 높은 열전도성을 나타냄을 확인 할 수 있다.
항목 두께 밀도 비열 열확산도 열확산도 편차 열전도도
(mm) (g/cc) (J/g ℃) (mm/s) (mm/s) (%) (W/mK)
실시예1 0.782 1.93 280.00 0.970 0.0078891 0.79 523.645
0.960 0.0071003 0.71 518.246
0.964 0.0077182 0.77 520.406
실시예2 0.786 1.97 250.00 0.883 0.0073190 0.73 434.215
0.896 0.0078227 0.78 440.608
0.876 0.0076390 0.76 430.608
실시예3 0.771 1.99 228.50 0.909 0.0082925 0.83 414.167
0.930 0.0085863 0.86 423.735
0.946 0.0081312 0.81 431.025
상기 표 3에서 보는 바와 같이 알미늄 방열판의 평균 열전도도는 약230W/mK인 반면 방열판에 열전도 고 방열 코팅한 결과는 약 200W/mK가 더 상승함을 확인할 수 있으므로 효율적인 열전도 고 방열이 일어남을 확인할 수 있다.
이러한 저비용의 우수한 열전도 고 방열특성을 나타내는 본 발명에 의한 코팅제 및 코팅방법은 향후 세계 조명시장을 크게 지배할 수 있는 LED 조명 분야에 필수적으로 사용되는 소재로써 기술 자립에 의한 파급효과는 물론 친환경 자동차 등 다양한 분야로써 적용 가능성이 매우 높아 큰 파급효과가 예상된다.
또한 고전압상태에서도 각종 신호를 안정적으로 처리할 수 있어 순간 고전압에 고속회전을 요구하는 각종 모터용 PCB로도 폭넓게 사용할 수 있으며, 열전도 고 방열 내열 소재 개발로써 수평방향으로의 열전도성이 우수하면서 내열성이 우수한 소재를 확보하여 향후 도래될 것으로 예상되는 통신, 우주항공, 교통 및 군사용 기기 분야에서도 유용한 소재로 활용될 수 있다. 아울러 국내 전자산업의 경쟁력 강화, 수입 대체 효과 및 수출 산업에 크게 기여할 수 있다.

Claims (7)

  1. 소재의 표면에 코팅되는 코팅제에 있어서,
    소재의 표면에 코팅되되, 복층구조에서 최소 5nm 내지 최대 100nm 크기를 가지는 그래핀과 3 내지 10㎛ 크기를 가지는 흑연입자가 중량비로 1 : 2 내지 8의 비율로 혼합된 코팅층과;
    상기 코팅층 상면에 형성되되, 절연성을 가지는 폴리디메틸실록산수지로 이루어진 코팅 보호막;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅층의 형성은, 용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연의 혼합물 30 내지 90중량부와, 실리콘분산제 2 내지 10중량부가 혼합된 혼합물을 초음파분산하고 정전방식으로 소재의 표면에 코팅됨을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매로 이루어짐을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제.
  4. 표면 처리된 소재를 예열하는 단계와;
    상기 예열된 소재 표면에 복층구조에서 최소 5nm 내지 최대 100nm 크기를 가지는 그래핀과 3 내지 10 크기를 가지는 흑연입자가 중량비로 1 : 2내지 8의 비율로 혼합되어 용매에 분산된 코팅제를 정전방식으로 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계와;
    상기 코팅층 상면에 폴리디메틸실록산수지로 정전방식으로 코팅보호막을 형성하는 단계; 그리고
    200 내지 250 온도에서 1 내지 4시간 소성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 코팅방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 코팅층의 형성은,
    용매 1000중량부에 대하여 그래핀과 흑연의 혼합물 30 내지 90중량부와, 실리콘분산제 2내지 10중량부가 혼합된 혼합물을 초음파분산하고 정전방식으로 소재의 표면에 코팅됨을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 코팅방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 용매는,
    디메틸포름아미드(DMF(Dimethylformamide)), 에틸알콜(EtOH) 및 메틸피롤리딘(NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone))의 혼합용매로 이루어짐을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 코팅방법.
  7. 제 4항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 코팅보호막은,
    폴리디메틸실록산(PDMS) 600중량부와 증류수 400중량부를 혼합하여 이루어진 혼합용액을 이용하여 코팅층 상면에 정전방식으로 도포됨을 특징으로 하는 열전도성과 방열성을 가진 그래핀이 혼합된 내열 코팅제 코팅방법.
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