KR20150045314A - 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150045314A KR20150045314A KR20130124880A KR20130124880A KR20150045314A KR 20150045314 A KR20150045314 A KR 20150045314A KR 20130124880 A KR20130124880 A KR 20130124880A KR 20130124880 A KR20130124880 A KR 20130124880A KR 20150045314 A KR20150045314 A KR 20150045314A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon particles
- thermally conductive
- conductive carbon
- sheet
- polymer resin
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract description 50
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims description 15
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid group Chemical group S(O)(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 5
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 4
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 3
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 claims description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 abstract 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JFDZBHWFFUWGJE-UHFFFAOYSA-N benzonitrile Chemical compound N#CC1=CC=CC=C1 JFDZBHWFFUWGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BBNQTYQMTXOCRH-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethylazepan-2-one Chemical compound CC1CCCCN(C)C1=O BBNQTYQMTXOCRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KBLZUSCEBGBILB-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethylthiolane 1,1-dioxide Chemical compound CC1(C)CCCS1(=O)=O KBLZUSCEBGBILB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229930188620 butyrolactone Natural products 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- -1 citric acid Chemical class 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/205—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, (1) 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 반응시켜 상기 열전도성 탄소 입자를 상기 고분자 수지로 코팅하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조하는 단계; (3) 상기 단계 (2)에서 제조된 시트를 질소 또는 불활성 기체 분위기에서 1000 내지 1800℃에서 가열하여 탄화시킨 후 2000 내지 2900℃에서 가열하여 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 단계 (3)에서 제조된 그라파이트 시트를 산으로 후처리하는 단계를 포함하는, 본 발명의 그라파이트 시트의 제조방법에 의하면, 최소화된 결함을 갖는 그라파이트 시트를 보다 짧은 시간 내에 효율적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 코팅된 열전도성 탄소 입자로부터 유도됨으로써 최소화된 결함을 갖는 그라파이트 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자소자는 경박단소 및 다기능화되면서 고집적화되고 있어 열밀도의 증가로 열의 방출 문제에 대한 대책이 요구되고 있다. 또한, 열의 방출이 디바이스의 신뢰성 및 수명과 밀접한 관련이 있어 중요하다. 이에 따라 다양한 방열 소재들이 개발되고 있으며, 방열패드, 방열시트, 방열도료 등의 형태로 시판되어 기존의 방열팬, 방열핀, 히트 파이프 등의 방열기구를 보조하거나 대체하고 있다.
이 중 방열시트는 그라파이트 시트, 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막시트 등의 형태로 제작되고 있는데, 그라파이트 시트의 경우 경량이고 슬림하면서도 열전도도가 구리 이상으로 매우 높아, 전자 회로를 구성하는 기판과 기판 사이, 플라즈마 텔레비전 등을 구성하는 PDP 등에 유용하게 사용되고 있다.
그라파이트 시트는 통상적으로 고분자 수지 필름을 가열하여 탄화 및 흑연화시킨 후 황산 등을 이용하여 유연화 처리함으로써 얻어지는데, 고분자 수지의 열분해에 의해 생성된 가스 등으로 인해 크랙(crack)이나 변형 등의 결함(defect)이 생기기 쉬울 뿐만 아니라 고분자 수지가 100% 전부 흑연화되어야 하기 때문에, 탄화 및 흑연화를 위한 가열 공정에 있어서 승온 및 등온 구간의 유지시간을 길게 해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 기존의 그라파이트 시트는 수평 열전도도는 우수한 반면 수직 방향(두께 방향)의 열전도도가 충분치 않고, 층간 박리가 잘 일어난다는 단점이 있었다.
이에, 층간 박리현상이 없고 수평 방향은 물론 수직 방향의 열전도도가 우수한 그라파이트 시트를 제조하려는 노력이 다양하게 수행되었다(대한민국 공개특허공보 제10-2012-0073792호 참조). 그러나, 종래의 방법에 의하면, 고분자 수지의 탄화/흑연화 공정시 생성되는 결함을 효율적으로 억제하기 힘들어 탄화/흑연화 공정에 소요되는 시간을 단축시키는 데에 한계가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 최소화된 결함을 갖는 그라파이트 시트를 보다 짧은 시간 내에 효율적으로 제조하는 방법, 및 이러한 방법에 의해 제조된 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(1) 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 반응시켜 상기 열전도성 탄소 입자를 상기 고분자 수지로 코팅하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 제조된 시트를 질소 또는 불활성 기체 분위기에서 1000 내지 1800℃에서 가열하여 탄화시킨 후 2000 내지 2900℃에서 가열하여 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)에서 제조된 그라파이트 시트를 산으로 후처리하는 단계
를 포함하는, 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 그라파이트 시트, 및 상기 그라파이트 시트를 포함하는 전자소자를 제공한다.
이와 같이, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자를 사용하는 본 발명의 방법에 의하면, 탄화/흑연화 공정시 발생하는 가스가, 열전도성 탄소 입자에 존재하는 기공이나 채널을 통해 배출될 수 있어 탄화/흑연화 공정시 발생하는 결함을 최소화시킬 수 있고, 따라서 탄화/흑연화 공정에 소요되는 시간을 기존 방법에 비해 훨씬 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용되는, 고분자 수지(폴리이미드(PI))로 코팅된 열전도성 탄소 입자(그라파이트 입자)의 일례를 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 있어서 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 압축 시트를 제조하는 공정의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 방법에 있어서 압축 시트를 가열하여 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 공정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 있어서 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 압축 시트를 제조하는 공정의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 방법에 있어서 압축 시트를 가열하여 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 공정의 모식도이다.
본 발명의 그라파이트 시트 제조방법은,
(1) 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 반응시켜 상기 열전도성 탄소 입자를 상기 고분자 수지로 코팅하는 단계(코팅 공정);
(2) 상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조하는 단계(압축 공정);
(3) 상기 단계 (2)에서 제조된 시트를 질소 또는 불활성 기체 분위기에서 1000 내지 1800℃에서 가열하여 탄화시킨 후 2000 내지 2900℃에서 가열하여 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 단계(탄화 및 흑연화 공정); 및
(4) 상기 단계 (3)에서 제조된 그라파이트 시트를 산으로 후처리하는 단계(유연화 공정)
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(1) 코팅 공정
본 발명의 코팅 공정에서는, 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 반응시켜 상기 열전도성 탄소 입자를 상기 고분자 수지로 코팅함으로써 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자를 제조한다. 이때 고분자 수지는 열전도성 탄소 입자의 주위를 코팅한다.
본 발명에 사용되는 열전도성 탄소 입자는 열전도도가 1 W/mK 이상인 것으로서, 그 구체적인 예로는 그라파이트, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT), 카본나노화이버(CNF), 그래핀 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 열전도성 탄소 입자로서 카본나노튜브가 사용되는 경우 단일벽 또는 다중벽 구조의 카본나노튜브가 모두 사용될 수 있고, 바람직하게는 염산, 황산, 질산 등의 무기산이나 구연산, 숙신산, 아세트산 등의 유기산으로 표면 개질된 것이 사용될 수 있다. 열전도성 탄소 입자는 구형상을 가질 수 있고, 판상과 같은 다른 다양한 형상을 가질 수 있다. 열전도성 탄소 입자의 직경은 0.5 내지 500㎛, 바람직하게는 10 내지 50㎛일 수 있다.
본 발명에 사용되는 고분자 수지 전구체는 고분자 수지를 형성시키는 단량체의 혼합물일 수도 있고, 가열 또는 화학적 반응에 의해 고분자 수지를 형성시키는 중간체일 수도 있다. 고분자 수지로는 열에 의해서 탄화되는 다양한 수지가 가능하고, 그의 구체적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아믹산, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 고분자 수지가 폴리이미드 수지일 경우 고분자 수지 전구체는 예컨대 폴리아믹산일 수 있다.
열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 사용되는 용매는 유기 극성용매일 수 있으며, 이의 예로는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸카프로락탐, 피롤리돈, 디메틸술폭시드, 헥사메틸술폰아미드, 디메틸술폰, 테트라메틸렌술폰, 디메틸테트라메틸렌술폰, 피리딘, 테트라히드로퓨란, 부티로락톤 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 유기 극성용매는 다른 용매, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 벤조니트릴, 크실렌 등과 함께 조합하여 사용할 수도 있다.
열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 100 내지 200℃에서 교반하여 반응시킴으로써, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자를 얻을 수 있다. 이때 고분자 수지 코팅층의 두께는 0.1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛일 수 있다.
이러한 코팅 공정을 통해 제조된, 고분자 수지(폴리이미드(PI))로 코팅된 열전도성 탄소 입자(그라파이트 입자)의 모식도를 도 1에 나타내었다.
(2) 압축 공정
본 발명의 압축 공정에서는, 상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조한다.
본 발명에서는 통상적인 압축 공정이 적용될 수 있으며, 열전도성 탄소 입자로 코팅된 고분자 수지 입자들을 캘린더(calender)와 같은 압착 롤러를 통과시킴으로써 압축시트를 제조할 수 있다. 이때, 공극이 없도록 압착하는 것이 바람직하며, 압축시트의 공극률은 약 1% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 0.5% 일 수 있다.
압축 공정에 의해 형성된 시트에서, 열전도성 탄소 입자 및 고분자 수지의 중량비는 50~95 : 5~50 일 수 있다.
필요에 따라, 압착 롤러 통과시 바인더(binder)를 추가로 첨가함으로써 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들 사이의 결합력을 더욱 증가시킬 수 있다. 바인더는 접착성을 갖는 통상적인 수지라면 무엇이든 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 바인더는 시트 100 중량부를 기준으로 약 5 중량부 이하, 바람직하게는 1 내지 3 중량부의 양으로 사용할 수 있다.
고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조하는 공정의 모식도를 도 2에 나타내었다.
(3) 탄화 및 흑연화 공정
본 발명의 탄화 및 흑연화 공정에서는, 상기 단계 (2)에서 제조된 압축 시트를 질소 또는 불활성 기체 분위기에서 1000 내지 1800℃에서 가열하여 탄화시킨 후 2000 내지 2900℃에서 가열하여 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조한다.
탄화 공정에서, 압축 시트를 1000 내지 1800℃, 바람직하게는 1200 내지 1500℃에서 약 1 내지 약 20시간 동안 가열함으로써 고분자 수지를 탄화시킨다.
이어, 흑연화 공정에서, 압축 시트를 2000 내지 2900℃, 바람직하게는 2300 내지 2500℃에서 약 1 내지 약 20시간 동안 가열함으로써 탄화된 고분자 수지를 흑연화하여 그라파이트 시트를 얻는다.
압축 시트를 소성로에서 가열하여 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 공정의 모식도를 도 3에 나타내었다.
(4) 유연화 공정
본 발명의 유연화 공정에서는, 상기 단계 (3)에서 제조된 그라파이트 시트를 산으로 후처리하여 그라파이트 시트에 유연성을 부여한다.
본 발명에 사용되는 산은 그라파이트 층간에 진입하여 산성 이온(음이온)을 발생시킴으로써 그라파이트 결정의 C축 방향을 팽창시킬 수 있는 것이면 무엇이든 사용가능하며, 바람직하게는 황산을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상의 농도의 진한 황산을 사용할 수 있다. 예컨대, 그라파이트 시트를 황산 용액 중에 침지시키고, 필요에 따라 통상적인 온도로 가열함으로써, 그라파이트 층간 C축 방향이 팽창되어 유연성을 갖는 그라파이트 시트를 얻는다.
상기 방법에 의해 제조된 그라파이트 시트는 10 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으며, 1200W/mK 이상의 수평 방향의 열 전도율을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 그라파이트 시트, 및 상기 그라파이트 시트를 포함하는 전자소자를 제공한다.
이와 같이, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자를 사용하는 본 발명의 방법에 의하면, 탄화/흑연화 공정시 발생하는 가스가, 열전도성 탄소 입자에 존재하는 기공이나 채널을 통해 배출될 수 있어 탄화/흑연화 공정시 발생하는 결함을 최소화시킬 수 있고, 따라서 탄화/흑연화 공정에 소요되는 시간을 기존 방법에 비해 훨씬 단축시킬 수 있다.
Claims (18)
- (1) 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 반응시켜 상기 열전도성 탄소 입자를 상기 고분자 수지로 코팅하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자들을 압축하여 시트를 제조하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 제조된 시트를 질소 또는 불활성 기체 분위기에서 1000 내지 1800℃에서 가열하여 탄화시킨 후 2000 내지 2900℃에서 가열하여 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)에서 제조된 그라파이트 시트를 산으로 후처리하는 단계
를 포함하는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열전도성 탄소 입자가 그라파이트, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT), 카본나노화이버(CNF), 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열전도성 탄소 입자가 0.5 내지 500㎛의 직경을 갖는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지 전구체가 고분자 수지를 형성시키는 단량체의 혼합물이거나, 고분자 수지를 형성시키는 중간체인, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지 전구체가 폴리아믹산인, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지가 폴리이미드 수지, 폴리아믹산, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (1)에서, 열전도성 탄소 입자를 포함하는 용액에 고분자 수지 전구체를 첨가한 후 100 내지 200℃에서 교반하여 반응시키는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (1)에서 제조된, 고분자 수지로 코팅된 열전도성 탄소 입자에서, 고분자 수지 코팅층의 두께가 0.1 내지 100㎛인, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (2)에서, 제조되는 시트의 공극률이 1% 이하가 되도록 압축하는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (2)에서 제조되는 시트에서, 열전도성 탄소 입자 및 고분자 수지의 중량비가 50~95 : 5~50인, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (2)의 압축시 바인더를 추가로 첨가하는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 바인더가 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (3)에서, 1200 내지 1500℃에서 1 내지 20시간 동안 가열하여 탄화를 수행하는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (3)에서, 2300 내지 2500℃에서 1 내지 20시간 동안 가열하여 흑연화를 수행하는, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 후처리에 사용되는 산이 황산인, 그라파이트 시트의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 그라파이트 시트.
- 제 16 항에 있어서,
상기 그라파이트 시트가 10 내지 100㎛의 두께를 갖는, 그라파이트 시트. - 제 16 항의 그라파이트 시트를 포함하는 전자소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130124880A KR102109800B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130124880A KR102109800B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150045314A true KR20150045314A (ko) | 2015-04-28 |
| KR102109800B1 KR102109800B1 (ko) | 2020-05-12 |
Family
ID=53037333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130124880A KR102109800B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102109800B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016175453A1 (ko) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 에스케이씨 주식회사 | 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 |
| CN107090275A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-25 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的石墨烯/聚酰亚胺复合碳膜及其制备方法 |
| CN107162594A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-09-15 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的聚酰亚胺基复合碳膜及其制备方法 |
| WO2018219000A1 (zh) * | 2017-05-27 | 2018-12-06 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的聚酰亚胺基复合碳膜及其制备方法 |
| US20200399435A1 (en) * | 2018-02-28 | 2020-12-24 | Pi Advanced Materials Co., Ltd. | Graphite sheet polyimide film comprising graphene-containing spherical pi-based filler, manufacturing method therefor, and graphite sheet manufactured using same |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07138070A (ja) * | 1993-11-15 | 1995-05-30 | Tokai Carbon Co Ltd | ガラス状炭素被覆炭素質材料の製造方法 |
| JP2010042959A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Kaneka Corp | グラファイトフィルムおよびグラファイトフィルムの製造方法 |
| JP2011225728A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Teijin Ltd | 熱伝導性ペースト |
| KR20120073792A (ko) | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 율촌화학 주식회사 | 방열 시트 |
| JP5019751B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2012-09-05 | 株式会社カネカ | グラファイトフィルムおよびグラファイトフィルムの製造方法 |
| KR20120109885A (ko) * | 2011-03-28 | 2012-10-09 | 금오공과대학교 산학협력단 | 열전도성 시트 및 이의 제조방법 |
| KR20120140447A (ko) * | 2011-06-21 | 2012-12-31 | 동의대학교 산학협력단 | 폴리이미드-그래핀 복합 재료 조성 및 그의 제조 방법 |
| JP2013145835A (ja) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Awa Paper Mfg Co Ltd | 放熱シートの製造方法 |
-
2013
- 2013-10-18 KR KR1020130124880A patent/KR102109800B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07138070A (ja) * | 1993-11-15 | 1995-05-30 | Tokai Carbon Co Ltd | ガラス状炭素被覆炭素質材料の製造方法 |
| JP5019751B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2012-09-05 | 株式会社カネカ | グラファイトフィルムおよびグラファイトフィルムの製造方法 |
| JP2010042959A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Kaneka Corp | グラファイトフィルムおよびグラファイトフィルムの製造方法 |
| JP2011225728A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Teijin Ltd | 熱伝導性ペースト |
| KR20120073792A (ko) | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 율촌화학 주식회사 | 방열 시트 |
| KR20120109885A (ko) * | 2011-03-28 | 2012-10-09 | 금오공과대학교 산학협력단 | 열전도성 시트 및 이의 제조방법 |
| KR20120140447A (ko) * | 2011-06-21 | 2012-12-31 | 동의대학교 산학협력단 | 폴리이미드-그래핀 복합 재료 조성 및 그의 제조 방법 |
| JP2013145835A (ja) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Awa Paper Mfg Co Ltd | 放熱シートの製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Polymer. 2003, Vol. 44, pp.1781-1784 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016175453A1 (ko) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 에스케이씨 주식회사 | 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 |
| CN107108227A (zh) * | 2015-04-30 | 2017-08-29 | Skc株式会社 | 石墨片及其制备方法 |
| US11040516B2 (en) | 2015-04-30 | 2021-06-22 | Skc Co., Ltd. | Graphite sheet and method for manufacturing same |
| US11541634B2 (en) | 2015-04-30 | 2023-01-03 | Skc Co., Ltd. | Graphite sheet and method for manufacturing same |
| CN107090275A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-25 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的石墨烯/聚酰亚胺复合碳膜及其制备方法 |
| WO2018219000A1 (zh) * | 2017-05-27 | 2018-12-06 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的聚酰亚胺基复合碳膜及其制备方法 |
| CN107162594A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-09-15 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种高导热的聚酰亚胺基复合碳膜及其制备方法 |
| US20200399435A1 (en) * | 2018-02-28 | 2020-12-24 | Pi Advanced Materials Co., Ltd. | Graphite sheet polyimide film comprising graphene-containing spherical pi-based filler, manufacturing method therefor, and graphite sheet manufactured using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102109800B1 (ko) | 2020-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zeng et al. | 3D graphene fibers grown by thermal chemical vapor deposition | |
| KR20150045314A (ko) | 코팅된 열전도성 탄소 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 | |
| US20070259186A1 (en) | High thermal conductive element, method for manufacturing same, and heat radiating system | |
| US20120219778A1 (en) | Composite material containing soft carbon fiber felt and hard carbon fiber felt | |
| KR20070039938A (ko) | 반도체용 열 싱크에 적합한 탄소 섬유 강화 탄소 복합재료의 제조 방법 | |
| CN109874344A (zh) | 离子束用的电荷转换膜 | |
| JP2009517321A (ja) | 炭素材料 | |
| CN113666748B (zh) | 一种石墨材料的制备方法及石墨材料 | |
| CN104118174A (zh) | 一种高导热的玻璃纤维棉毡 | |
| Jin et al. | Ultrahigh strength and modulus graphene‐based hybrid carbons with AB‐stacked and turbostratic structures | |
| TW202120775A (zh) | 石墨片的製造方法 | |
| Gao et al. | 3D‐Laminated Graphene with Combined Laser Irradiation and Resin Infiltration toward Designable Macrostructure and Multifunction | |
| CN103450857A (zh) | 一种导热率可控的复合石墨导热膜材料及其制备工艺 | |
| US9475702B2 (en) | Method for producing graphite sheet | |
| JP2005272164A (ja) | 高熱伝導性部材及びその製造方法、並びにそれを用いた放熱システム | |
| CN113939167A (zh) | 一种厚度方向高导热的石墨膜及其制备方法 | |
| JP2005536420A (ja) | カーボンハニカム体 | |
| JP2001519319A (ja) | 高熱伝導率炭素／炭素ハニカム構造 | |
| KR102149991B1 (ko) | 코팅된 고분자 수지 입자를 이용한 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 | |
| Zhu et al. | Highly flexible electrospun carbon/graphite nanofibers from a non-processable heterocyclic rigid-rod polymer of polybisbenzimidazobenzophenanthroline-dione (BBB) | |
| Ouyang et al. | Lightweight nanofibrous crosslinked composite aerogels with controllable shapes and superelasticity for pressure sensors | |
| KR102287921B1 (ko) | 그라파이트 시트 및 이의 제조방법 | |
| CN101570435B (zh) | 碳纤维增强型碳复合材料及其生产方法 | |
| RU2427530C1 (ru) | Способ получения многослойного углеродного теплоизоляционного материала и многослойный материал | |
| CN114434894A (zh) | 铜箔石墨膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |