KR20150091846A - 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 베이스 막(base layer)을 준비하는 단계, 및 상기 베이스 막 상에, 탄소 구조체(carbon structure)가 분산된 복합 필름(composite film)을 형성하되, 상기 복합 필름은 B 스테이지(stage) 상태인 것을 포함한다.

Description

배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름 및 그 제조 방법{Composite film including aligned carbon structure and method of fabricating the same}
본 발명은 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 탄소 구조체가 분산된 B 스테이지(stage) 상태의 복합 필름을 경화시켜 제조된 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
그래핀(Graphene)의 열전도성은 현재까지 최고로 알려진 다이아몬드보다 2배 이상 높고, 기계적인 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 자기면적의 20%까지 늘어날 정도로 신축성이 좋아서 늘리거나 접어도 전기 전도성을 잃지 않는 것으로 알려져 있다.
또한 높은 전기 전도도와 더불어 그래핀이 가지고 있는 광학적 투명성(투과율 ∼98%)은 미래 투명전극 재료로서의 잠재력을 가지고 있다. 이러한 그래핀은 차세대 반도체 트랜지스터부터 투명하면서 구부러지는 터치스크린, 태양 전지, 또는 대한민국 특허공개공보 10-2012-0046631에서 개시된 것과 같이 발광소자에 이르기까지 무한한 응용 가능성이 예언되고 있다.
이와 함께 그래핀은 다양한 물질과 혼합하거나 복합구조가 됨으로써 새로운 특성이나 향상된 특성을 나타낼 것으로 기대된다. 예로서 전기가 통하지 않는 플라스틱에 1%의 그래핀만 섞어도 전기가 잘 통하게 되며, 플라스틱에 단지 0.1%의 극소량의 그래핀만 첨가해도 열에 대한 저항이 30%나 향상되는 것으로 알려져 있다.
또한, 유기막 내에 그래핀을 첨가하는 경우, 기계적, 전기적 특성이 개선되고, 기체/수분 차단특성이 향상된다. 이에 따라, 그래핀을 함유하는 유기막을 기체/수분 차단막, 전자파차폐필름, 전기전도성 필름 등으로 활용할 수 있다. 특히, 유기막 내의 그래핀을 배향시키는 경우, 전기적 특성, 기체/수분 차단 특성 등이 더 향상된다.
이를 위해, 대한민국 특허공개공보 10-2011-0045466(출원번호: 10-2007-0102067)에 개시된 것과 같이, 그래핀을 함유 액상물을 마련하고, 그라핀 함유 액상물을 모재에 코팅하여 코팅막을 형성하고, 코팅막으 압착하여 배향 그래핀 함유 코팅물을 제조하는 방법이 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 탄소 구조체를 용이하게 배향할 수 있는 복합 필름의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 생산 단가가 감소된 배향된 복합 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 탄소 구조체의 배향 방향 및 정도를 용이하게 조절할 수 있는 복합 필름의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 B 스테이지(stage) 상태의 복합 필름을 이용하여 탄소 구조체를 배향시키는 복합 필름의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법은, 베이스 막(base layer)을 준비하는 단계 및 상기 베이스 막 상에, 탄소 구조체(carbon structure)가 분산된 복합 필름(composite film)을 형성하되, 상기 복합 필름은 B 스테이지(stage) 상태인 것을 포함한다.
상기 복합 필름에 전기장을 인가하여, 상기 탄소 구조체를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 탄소 구조체가 평평한(flat) 일면을 포함하는 경우, 상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 전기장이 인가되는 방향과 평행해지도록, 상기 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함할 수 있다.
상기 전기장은, 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인가되고, 상기 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 평행해지도록, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함할 수 있다.
상기 탄소 구조체는 그래핀 플레이크(graphene flake)를 포함할 수 있다.
상기 복합 필름을 형성하는 단계는, 상기 탄소 구조체를 포함하는 복합물을 제조하는 단계, 및 상기 복합물을 상기 베이스 막 상에 코팅하여, 상기 복합 필름을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합물에 압력을 가하여, 상기 복합물을 상기 베이스 막 상에 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합물은 롤 코터(roll coater) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여, 상기 베이스 막 상에 코팅되는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합물을 제조하는 단계는, 용매에 상기 탄소 구조체를 분산시키는 단계, 상기 탄소 구조체가 분산된 상기 용매에 고분자 수지 및 경화제를 혼합하는 단계, 및 상기 용매를 기화시켜, 상기 탄소 구조체, 상기 고분자 수지, 및 상기 경화제를 포함하는 상기 복합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법은, 베이스 막을 준비하는 단계, 상기 베이스 막 상에, 탄소 구조체가 분산된 B 스테이지 상태의 복합 필름을 형성하는 단계, 상기 복합 필름에 전기장을 인가하여, 상기 복합 필름 내의 상기 탄소 구조체를 배향시키는 단계, 및 상기 복합 필름을 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 복합 필름에 전기장을 인가하는 단계와 상기 복합 필름을 경화시키는 단계는, 동시에 수행되는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합 필름에 전기장을 인가하는 단계는, 상기 제1 방향으로 전기장을 인가하는 단계, 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 전기장을 인가하는 단계를 포함하고, 상기 탄소 구조체가 평평한 일면을 포함하는 경우, 상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 평행해지도록, 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함할 수 있다.
B 스테이지 상태의 상기 복합 필름의 점도에 따라서, 전기장에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법은, 용매에 탄소 구조체를 분산시키는 단계, 상기 탄소 구조체가 분산된 상기 용매에 고분자 수지 및 경화제를 첨가하는 단계, 상기 용매를 기화시켜, 상기 탄소 구조체, 상기 고분자 수지, 및 상기 경화제를 포함하는 복합물을 제조하는 단계, 상기 복합물에 압력을 가한 상태에서 상기 복합물을 베이스 막에 코팅하여, 상기 베이스 막 상에 B 스테이지 상태의 복합 필름을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복합물에 가해진 압력에 의해, 상기 복합 필름 내의 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함한다.
상기 탄소 구조체가 평평한 일면을 포함하는 경우, 상기 압력이 가해지는 방향이 상기 탄소 구조체의 상기 일면에 대해 법선을 이루도록, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합 필름의 두께에 따라서, 상기 압력에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 복합물이 상기 베이스 막에 코팅되는 속도에 따라서, 상기 탄소 구조체의 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
B 스테이지 상태의 상기 복합물의 점도에 따라서, 상기 압력에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름을 제공한다.
상기 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름은, 베이스 막, 및 상기 베이스 막 상에 배치되고, 배향된 탄소 구조체를 포함하는 복합 필름을 포함하되, 상기 복합 필름은 B 스테이지 상태에서 상기 탄소 구조체를 배향한 후 경화된 것을 포함한다.
상기 복합 필름은 고분자 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 베이스 막 상에 B 스테이지 상태의 복합 필름이 형성되고, B 스테이지 상태의 복합 필름 내의 탄소 구조체들이 배향될 수 있다. 이에 따라, 상기 탄소 구조체들이 용이하게 배향될 수 있으며, 상기 탄소 구조체들의 정렬도 및 배향방향이 용이하게 조절될 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법에 사용되는 복합물의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름의 두께와 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름에 인가되는 전기장에 따른 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름에 인가되는 전기장의 세기에 따른 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름의 투습도를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법에 사용되는 복합물의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 베이스 막(110, base layer)이 준비된다. 상기 베이스 막(110)은 고분자 필름, 반도체 기판, 유리 기판 등 다양한 막들을 포함할 수 있다. 이형지(releasing film)와 같이, 차후에 합지시키는 공정을 용이하게 하기 위한 막이, 상기 베이스 막(110)으로 사용될 수 있다.
상기 베이스 막(110) 상에 탄소 구조체(135, carbon structure)가 분산된 복합 필름(130, composite film)이 형성될 수 있다. 상기 복합 필름(130)은 상기 탄소 구조체(135)를 포함하는 복합물(120, composite material)을 상기 베이스 막(110)에 코팅하여 형성될 수 있다. 상기 복합 필름(130)의 두께는 30μm 이하일 수 있다.
상기 탄소 구조체(135)는, 본 명세서에서, 그래핀 플레이크(graphene flake), 탄소 나노 튜브(carbon nano tube), 탄소 나노 로드(rod) 등 탄소를 포함하는 다양한 구성물을 포함하는 의미로 사용된다.
상기 복합물(120)에 압력을 가하여, 상기 복합물(120)이 상기 베이스 막(110) 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 복합물(120)은 도 1에 도시된 것과 같이, 롤 코터(roll coater)를 이용하여 상기 베이스 막(110) 상에 코팅될 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 달리, 상기 복합물(120)은 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 상기 베이스 막(110) 상에 코팅될 수 있다.
상기 탄소 구조체(135)가, 평평한 일면을 포함하는 경우, 상기 압력이 가해지는 방향이 상기 탄소 구조체(135)의 상기 일면에 대해 법선(perpendicular)을 이루도록, 상기 탄소 구조체(135)가 상기 압력에 의해 배향될 수 있다.
상기 복합 필름(130)은 B 스테이지(B-stage) 상태, 즉 상온에서 경화가 일어나지 않는 반 경화 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)는 상기 압력에 의해 용이하게 배향될 수 있다.
상기 복합 필름(130)의 두께에 따라서, 상기 압력에 의해, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)가 배향되는 정도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 복합 필름(130)의 두께가 얇을수록, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합물(120)이 상기 베이스 막(110)에 코팅되는 속도에 따라서, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)의 배향되는 정도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 복합물(120)이 상기 베이스 막(110)에 빠른 속도로 코팅될수록, 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합물(120)의 점도에 따라서, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)의 배향되는 정도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 복합물(120)이 점도가 낮아질수록, 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도가 향상될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 필름(130)의 두께, 상기 복합물(120)의 코팅 속도, 및 상기 복합물(120)의 점도를 조절하여, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도를 조절할 수 있다.
이후, 배향된 상기 탄소 구조체(135)를 갖는 상기 복합 필름(130)을 사용자하고자 하는 기판 위에 유기막을 합지(lamination)시켜 기판 위에 도포하고, 열 또는 UV를 조사하여 경화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 강성 기판(rigid substrate) 또는 연성 기판(flexible substrate)일 수 있다. 상기 유기막은 진공합지(vacuum lamination) 방법, 또는 롤 라미네이터(roll laminator) 방법 등으로 합지될 수 있다.
상기 복합물(120)을 제조하는 단계는, 용액 공정, in-situ 중합법, 액상공정 (melt processing)과 같이 고분자에 직접 그래핀 flake를 분산시키는 방법 등과 같이 다양한 방법들을 통하여 수행될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 2를 참조하면, 상기 복합물(120)을 제조하는 단계는, 용매에 상기 탄소 구조체(135)를 분산시키는 단계(S110), 상기 탄소 구조체(135)가 분산된 상기 용매에 고분자 수지 및 경화제를 혼합하는 단계(S120), 및 상기 용매를 기화시켜 상기 탄소 구조체(135), 상기 고분자 수지, 및 상기 경화제를 포합하는 상기 복합물(120)을 제조하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소 구조체(135)로 그래핀이 사용되는 경우, 상기 그래핀을 메틸에틸케톤(Methyl-Ethyl Ketone, MEK)에 투입하여 초음파로 분산시키고, 에폭시 수지(epoxy resin)와 경화제를 상기 메틸에틸케톤에 볼-밀링(ball-milling)이용하여 혼합하고, 상기 메틸에틸케톤을 기화시켜, 상기 그래핀이 포함된 복합물을 제조할 수 있다.
상술된 바와 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 복합물(120)을 이용하여 복합 필름을 형성하고, 상기 복합 필름에 전기장이 인가되어, B 스테이지 상태의 상기 복합 필름 내의 탄소 구조체가 배향될 수 있다. 또는, 도 1을 참조하여 설명된 방법으로 제조된 상기 복합 필름(130)에 전기장이 인가되어, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)가 다시 배향될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 베이스 막(110) 상에, 탄소 구조체(135)가 분산된 B 스테이지 상태의 복합 필름(130)이 형성될 수 있다. 상기 복합 필름(130)은 도 2를 참조하여 설명된 복합물(120)이 상기 베이스 막(110) 상에 코팅되어 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필름(130)은, 도 2를 참조하여 설명된 상기 복합물(120)이, 도 1을 참조하여 상술된 바와 같이 롤 코터(roll coater) 또는, 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 상기 베이스 막(110) 상에 코팅되어 형성될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 도 2를 참조하여 설명된 상기 복합물(120)을 다양한 방법으로 상기 베이스 막(110)에 코팅되어, 상기 복합 필름(130)이 형성될 수 있다.
상기 복합 필름(130)에 전기장이 인가될 수 있다. 상기 복합 필름(130)에 인가되는 상기 전기장의 방향에 따라서, 상기 탄소 구조체(135)가 배향되는 방향이 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 구조체(135)가 평평한 일면을 포함하는 경우, 상기 탄소 구조체(135)의 상기 일면이 상기 전기장이 인가되는 방향과 평행해지도록, 상기 전기장에 의해 상기 탄소 구조체(135)가 배향될 수 있다. 예를 들어, 상기 복합 필름(130)에 전기장을 인가하는 단계가, 제1 방향(E1)으로 전기장을 인가하는 단계, 및 상기 제1 방향(E1)과 다른 제2 방향(E2)으로 전기장을 인가하는 단계를 포함하는 경우, 상기 탄소 구조체(135)의 상기 일면이 상기 제1 방향(E1) 및 상기 제2 방향(E2)과 평행해지도록, 상기 탄소 구조체(135)가 배향될 수 있다.
B 스테이지 상태의 상기 복합 필름(130)의 점도에 따라서, 상기 전기장에 의해 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)가 배향되는 정도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 복합 필름(130)이 점도가 낮아질수록, 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합 필름(130)에 인가되는 상기 전기장의 세기에 따라서, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)가 배향되는 정도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 복합 필름(130)에 인가되는 상기 전기장이 강할수록, 상기 탄소 구조체(135)의 정렬도가 향상될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 복합 필름(130)에 인가되는 전기장의 방향, 상기 복합 필름(130)의 점도, 및 상기 복합 필름(130)에 인가되는 전기장의 세기를 조절하여, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)의 배향 방향 및 정렬도를 조절할 수 있다.
상기 전기장에 의해, 상기 복합 필름(130) 내의 상기 탄소 구조체(135)가 정렬된 후, 상기 복합 필름(130)에 열 또는 UV를 조사하여 상기 복합 필름(130)을 경화시킬 수 있다. 이와는 달리, 상기 복합 필름(130)에 전기장을 인가하는 단계와 상기 복합 필름(130)을 경화시키는 단계가 동시에 수행되어, 상기 탄소 구조체(135)를 배향시키는 동시에 상기 복합 필름(130)이 경화될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름의 두께와 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 그래핀을 메틸에틸케톤(Methyl-Ethyl Ketone, MEK)에 투입하여 초음파로 분산시키고, 에폭시 수지(epoxy resin)와 경화제를 상기 메틸에틸케톤에 볼-밀링(ball-milling)이용하여 혼합하고, 상기 메틸에틸케톤을 기화시켜, 상기 그래핀이 포함된 복합물을 제조하였다.
도 4 및 도 5는 각각, 도 1에 도시된 것과 같이 롤 코터(roll coater)를 이용하여 베이스 막에 상기 복합물을 코팅하여, 60μm 및 32 μm 두께의 B 스테이지 상태의 복합필름들을 제조한 후, 정렬도를 각각 측정하여 도시한 것이다. 도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 32 μm 두께의 복합 필름 내의 그래핀들의 정렬도가, 60 μm 두께의 복합 필름 내의 그래핀들의 정렬도보다 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 복합 필름의 두께를 얇게 하는 것이 복합 필름 내의 탄소 구조체의 정렬도를 향상시키는 효과적인 방법임을 확인할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름에 인가되는 전기장에 따른 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은, 도 4 및 도 5에서 설명된 복합물을 베이스 막에 코팅하여 생성된 복합 필름 내의 그래핀의 정렬도를 측정하여 도시한 것이고, 도 7은 30V/mm의 전기장을 30분간 인가한 후 상기 전기장의 방향에 대한 복합 필름 내의 그래핀의 각도의 분포를 측정하여 도시한 것이다.
도 6 및 7에서 알 수 있듯이, B 스테이지 상태의 복합 필름에 전기장을 인가하는 경우, 복합 필름 내의 그래핀들의 정렬도가 현저하게 향상됨을 확인할 수 있다. 즉, B 스테이지 상태의 복합 필름에 전기장을 인가하는 방법으로, 복합 필름 내의 탄소 구조체의 정렬도 및 배향방향을 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름에 인가되는 전기장의 세기에 따른 탄소 구조체의 정렬도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 도 4 및 도 5에서 설명된 복합물을 베이스 막에 코팅하여 생성된 복합 필름을 80℃ 상태에서, 전기장을 인가하지 않은 경우, 10 V/mm, 30V/mm, 100 V/mm, 200 V/mm 전기장을 60분간 인가한 경우, 전기장의 방향에 대해 15도 미만의 각을 갖는 그래핀의 비율을 측정한 것이다.
복합 필름에 전기장이 인가되지 않은 경우, 정렬도는 67.8%이지만, 10V/mm, 30 V/mm, 100 V/mm, 및 200 V/mm의 전기장이 인가되는 경우, 정렬도가 각각 80.2%, 81.1%, 84.5%, 및 87.5%로 증가되는 것으로 측정되었다. B 스테이지 상태의 복합 필름에 전기장을 인가하는 경우, 복합 필름 내의 그래핀의 정렬도가 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 전기장의 세기가 증가함에 따라 복합 필름 내의 그래핀의 정렬도가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 즉, B 스테이지 상태의 복합 필름에 인가되는 전기장의 세기를 조절하여, 복합 필름 내의 그래핀의 정렬도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 필름의 투습도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 폴리이미드 필름(polyimide film, PI)의 경우 투습도는 96.9 g/m2/day로 측정되었으며, 에폭시를 폴리이미드 필름 상에 합지한 경우 투습도는 48.26 g/m2/day로 측정되었으며, 배향되지 않은 그래핀이 함유된 에폭시를 폴리이미드 필름 상에 합지한 경우 투습도는 33.25 g/m2/day로 측정되었으며, 120℃에서 100 V/mm 전기장을 20분간 인가하여 배향된 그래핀이 함유된 에폭시를 폴리이미드 필름 상에 합지한 경우 투습도는 22.85 g/m2/day인 것으로 측정되었다.
본 발명의 실시 예에 따라 전기장을 인가하여 에폭시 내의 그래핀을 배향한 경우, 폴리이미드 필름 대비 약 76%, 에폭시가 코팅된 폴리이미드 필름 대비 약 53%, 배향되지 않은 그래핀을 함유하는 에폭시가 코팅된 폴리이미드 필름 대비 약 31% 투습도가 낮아진 것으로 측정되었다. 즉, 복합 필름 내의 그래핀을 배향하여, 복합 필름의 투습도 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 베이스 막
120: 복합물
130: 복합 필름
135: 탄소 구조체

Claims (20)

  1. 베이스 막(base layer)을 준비하는 단계; 및
    상기 베이스 막 상에, 탄소 구조체(carbon structure)가 분산된 복합 필름(composite film)을 형성하되,
    상기 복합 필름은 B 스테이지(stage) 상태인 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 필름에 전기장을 인가하여, 상기 탄소 구조체를 배향시키는 단계를 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 탄소 구조체가 평평한(flat) 일면을 포함하는 경우,
    상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 전기장이 인가되는 방향과 평행해지도록, 상기 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전기장은, 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인가되고,
    상기 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 평행해지도록, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 탄소 구조체는 그래핀 플레이크(graphene flake)를 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 필름을 형성하는 단계는,
    상기 탄소 구조체를 포함하는 복합물을 제조하는 단계; 및
    상기 복합물을 상기 베이스 막 상에 코팅하여, 상기 복합 필름을 형성하는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복합물에 압력을 가하여, 상기 복합물을 상기 베이스 막 상에 코팅하는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복합물은 롤 코터(roll coater) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여, 상기 베이스 막 상에 코팅되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 복합물을 제조하는 단계는,
    용매에 상기 탄소 구조체를 분산시키는 단계;
    상기 탄소 구조체가 분산된 상기 용매에 고분자 수지 및 경화제를 혼합하는 단계; 및
    상기 용매를 기화시켜, 상기 탄소 구조체, 상기 고분자 수지, 및 상기 경화제를 포함하는 상기 복합물을 제조하는 단계를 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  10. 베이스 막을 준비하는 단계;
    상기 베이스 막 상에, 탄소 구조체가 분산된 B 스테이지 상태의 복합 필름을 형성하는 단계;
    상기 복합 필름에 전기장을 인가하여, 상기 복합 필름 내의 상기 탄소 구조체를 배향시키는 단계; 및
    상기 복합 필름을 경화시키는 단계를 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 필름에 전기장을 인가하는 단계와 상기 복합 필름을 경화시키는 단계는, 동시에 수행되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 필름에 전기장을 인가하는 단계는,
    상기 제1 방향으로 전기장을 인가하는 단계; 및
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 전기장을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 탄소 구조체가 평평한 일면을 포함하는 경우, 상기 탄소 구조체의 상기 일면이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 평행해지도록, 전기장에 의해, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    B 스테이지 상태의 상기 복합 필름의 점도에 따라서, 전기장에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  14. 용매에 탄소 구조체를 분산시키는 단계;
    상기 탄소 구조체가 분산된 상기 용매에 고분자 수지 및 경화제를 첨가하는 단계;
    상기 용매를 기화시켜, 상기 탄소 구조체, 상기 고분자 수지, 및 상기 경화제를 포함하는 복합물을 제조하는 단계; 및
    상기 복합물에 압력을 가한 상태에서 상기 복합물을 베이스 막에 코팅하여, 상기 베이스 막 상에 B 스테이지 상태의 복합 필름을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 복합물에 가해진 압력에 의해, 상기 복합 필름 내의 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 탄소 구조체가 평평한 일면을 포함하는 경우,
    상기 압력이 가해지는 방향이 상기 탄소 구조체의 상기 일면에 대해 법선을 이루도록, 상기 탄소 구조체가 배향되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 복합 필름의 두께에 따라서, 상기 압력에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 복합물이 상기 베이스 막에 코팅되는 속도에 따라서, 상기 탄소 구조체의 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    B 스테이지 상태의 상기 복합물의 점도에 따라서, 상기 압력에 의해 상기 탄소 구조체가 배향되는 정도가 조절되는 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름의 제조 방법.
  19. 베이스 막; 및
    상기 베이스 막 상에 배치되고, 배향된 탄소 구조체를 포함하는 복합 필름을 포함하되,
    상기 복합 필름은 B 스테이지 상태에서 상기 탄소 구조체를 배향한 후 경화된 것을 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 복합 필름은 고분자 수지를 포함하는 배향된 탄소 구조체를 갖는 복합 필름.
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