KR20150139162A

KR20150139162A - 탄소나노튜브-수지 복합체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20150139162A
Application number: KR1020140067297A
Authority: KR
Inventors: 박종관
Original assignee: (주) 어큠
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-11

Abstract

본 발명은 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNT 분말과 혼합용액을 반응기 내에서 회전시켜 CNT 분말끼리 면접촉하도록 제어함으로써, 일정한 방향성을 가지며 밀집된 구조로 이루어진 CNT 결합체를 구성하고 CNT 함량을 높일 수 있고 방열특성을 극대화할 수 있는 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄소나노튜브-수지 복합체 및 그 제조방법{CARBON NANOTUBE-RESIN COMPLEX AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 탄소나노튜브-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNT 분말과 혼합용액을 반응기 내에서 회전시켜 CNT 분말끼리 면접촉하도록 제어함으로써, 일정한 방향성을 가지며 밀집된 구조로 이루어진 CNT 결합체를 구성하고 CNT 함량을 높일 수 있고 방열특성을 극대화할 수 있는 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기의 분야에 있어서 발열소자(發熱素子)의 방열은 중요한 과제로서, 소자를 효과적으로 냉각시키기 위하여 히트싱크가 사용되고 있다.

종래의 히트싱크는, 구리(copper) 및 알루미늄 재료(aluminium 材料)를 원료로 하여 절삭가공(切削加工), 다이캐스팅(die casting) 또는 열간압출(熱間壓出 ; hot extrusion)에 의하여 제조되고 있다. 또한 방열성을 높이기 위하여 금속제(金屬製)의 히트파이프(heat pipe)를 장착한 제품도 있다. 이들 금속제의 히트싱크는 중량이 무겁기 때문에, 전자기기의 경량화(輕量化)에 방해가 되고 있다. 또한 금속제의 히트파이프도 중량이 무겁고 모세관 현상(capillary phenomenon)을 발생시킬 필요가 있어 내부가 복잡한 구조로 되어 있기 때문에, 두께가 얇은 형상으로 하는 것이 곤란하고 가격도 고가이다.

수지에 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 첨가한 방열부품에 관한 특허출원도 있지만, 실제의 방열효과에 관한 데이터는 볼 수 없으며 수지에 카본 나노튜브를 균일하게 분산(分散)시키는 것은 곤란하기 때문에 기대되는 방열효과는 얻어지지 않았다.

일례로, 대한민국 공개특허 제10-2010-0027148호에는 수지재료(樹脂材料)에 의하여 일부 또는 전부가 형성된 수지제 히트싱크(樹脂製 heatsink)로서, 상기 수지재료는, 수지 중에 (a)탄소재료와 (b)세라믹스 분말(ceramic 粉末) 및/또는 연자성 분말(軟磁性粉末)이 균일하게 분산(分散)되어 있고, 또한 상기 수지재료 중에 있어서의 (a)의 비율이 15∼60부피%이고, (b)의 비율이 5∼40부피%이고, (a)와 (b)의 총합계 비율이 20∼80부피%인 것을 특징으로 하는 수지제 히트싱크가 개시되어 있다.

다만, 상기 공개특허에서 탄소재료인 탄소 나노튜브의 양을 중량%로 환산하면 총 중량에 대하여 3~5 중량% 밖에 들어있지 않다.

또한, 일본국의 내쇼널파나소닉의 경우 CNT 최대 함유율이 28중량%에 불과한 실정이다.

이와 같이 탄소나노튜브의 함유량이 적은 이유는 수지 내에 탄소나노튜브 분말을 분산하고, 함침하는 과정에서 탄소나노튜브가 불규칙적으로 배열하기 때문이며, 그로 인해 탄소나노튜브가 30중량%를 초과하게 되면 성형이 되지 않기 때문이다.

따라서 탄소나노튜브의 함량을 높여 방열 효율을 극대화할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 CNT 분말과 혼합용액을 반응기 내에서 회전시켜 CNT 분말끼리 면접촉하도록 제어함으로써, 일정한 방향성을 가지며 밀집된 구조로 이루어진 CNT 결합체를 구성하고 CNT 함량을 높일 수 있는 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 방열특성 및 전자파 차폐특성을 극대화시킬 수 있는 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브(CNT)-수지 복합체 제조방법은 CNT 분말이 서로 가결합하여 밀집된 구조의 CNT 결합체를 형성하는 S1단계와; 상기 CNT 결합체와 수지를 결합하는 S2단계;를 포함하며, 상기 CNT 결합체 내의 CNT 분말은 일정한 방향성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 CNT 결합체 내의 CNT 분말은 일정한 방향성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S1단계는 CNT 분말과 혼합용액을 넣은 통 형상의 제1반응기를 회전시키면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S1단계의 CNT 분말은 상기 혼합용액에 의해 서로 결합하되, 상기 제1반응기의 회전이 진행되면서 원주방향으로 배열되어 이웃하는 분말과 면접촉이 이루어지면서 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 혼합용액은 유기산과 알콜류의 용제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 유기산은 유기 실록산인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 용제는 에틸 알콜인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 혼합용액은 유기 실록산 20~40중량%와 에틸 알콜 60~80중량%로 이루어지며, 상기 혼합용액과 CNT 분말은 1 : 0.8~1.2 중량비인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 SS1단계는 상기 제1반응기가 30~50℃로 가열된 상태에서 0.1~10RPM으로 5~20분 동안 회전하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S1단계는 상기 제1반응기에 투입된 상기 혼합용액의 적어도 90%가 제거될 때까지 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S2단계는 상기 CNT 결합체가 들어있는 상기 제1반응기에 상기 수지를 넣고 회전시키면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S2단계는 상기 제1반응기가 120~250℃로 가열된 상태에서 회전하면서 이루어지는 S2-1단계와, 상기 S2-1단계 이후 가열 온도를 점차 낮추면서 회전이 이루어져 상기 수지가 경화되는 S2-2단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 S2단계는 3~4시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 수지는 올레핀계 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 나일론 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 40~80중량%와, 상기 수지 20~60중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 제조방법의 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 60~70중량%와, 상기 수지 30~40중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 60~70중량%와, 상기 수지 30~40중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체는 CNT와, 수지를 포함하며, 총 중량 중 상기 CNT 함량은 40~80중량%이며, 상기 CNT는 유기산에 의해 서로 면접촉이 이루어져 밀집된 구조를 형성하고 방향성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체는 열전도율이 적어도 200W/mㆍk인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체는CNT 함량이 60~70중량%이고, 열전도율이 300~450W/mㆍk인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체는 CNT의 평균적인 배향방향이 두께 방향인 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법에 의하면 CNT 분말과 혼합용액을 반응기 내에서 회전시켜 CNT 분말끼리 면접촉이 이루어지도록 제어함으로써, 일정한 방향성을 가지며 밀집된 구조로 이루어진 CNT 결합체를 구성하고 CNT 함량을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법에 의하면 방열특성 및 전자파 차폐특성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 S1단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 CNT가 혼합용액과의 계면에서 분산되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 CNT가 S1단계에서 원주방향으로 배열되는 모습을 도시한 도 1의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 S1단계의 진행이 완료되어 혼합용액이 증발된 CNT 결합체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 S2단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 CNT가 S2단계에서 제1반응기의 내측면에서부터 중심방향으로 결합이 이루어지는 모습을 도시하는 평면도이다.
도 7은 CNT-수지 복찹체를 용융시켜 내부에 기포를 제거하는 S3단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 펠렛을 용융시킨 후 사출 성형하여 히트싱크를 제조하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2의 히트싱크를 촬영한 사진이다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 실시예 2의 히트싱크의 절단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실험예 1이 진행되는 과정을 촬영한 사진이다.
도 12a 및 12b는 알루미늄 히트싱크가 부착된 기판의 전면 및 후면에서의 온도변화를 촬영한 사진들이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 히트싱크가 부착된 기판의 전면 및 후면에서의 온도변화를 촬영한 사진들이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 설명에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 도면번호를 부여하고, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 히트싱크 제조방법은 CNT 함량을 적어도 40중량%가 되도록 함으로써, 열전도율을 극대화할 수 있는 히트싱크를 제조하는 것으로서, S1단계 내지 S4단계를 포함하여 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 S1단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 CNT가 혼합용액과의 계면에서 분산되는 모습을 도시하는 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명의 CNT가 S1단계에서 원주방향으로 배열되는 모습을 도시한 평면도이며, 도 4는 본 발명의 S1단계의 진행이 완료되어 혼합용액이 증발된 CNT 결합체를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 S1단계는 CNT 분말(11)이 서로 결합하여 밀집된 구조의 CNT 결합체(13)를 형성하는 단계이다. 그리고 본 발명의 CNT 분말은 특별히 한정되지 않으며, 그라펜시트, 단층 카본나노튜브, 다층 카본나노튜브, 카본나노화이바 등을 예시할 수 있으며, CNT 결합체 내의 CNT 분말은 일정한 방향성을 가지도록 하는 것이 중요하다.

왜냐하면, 기존의 CNT를 이용한 히트싱크의 경우에는 CNT를 수지 내에 분산하는 것이 어렵기 때문에 히트싱크 총 중량에 대하여 CNT함량이 28중량%를 넘어서 성형할 수 없었다. 그러나 본 발명에서는 S1단계를 통해 CNT 분말을 일정한 방향을 가지는 치밀한 구조를 형성한 후에 수지와 혼합하게 되므로 CNT함량이 40중량% 이상인 CNT-수지 복합체 내지 히트싱크를 제조할 수 있다.

상기 S1단계는 통 형상으로 이루어지고, 내측면에 임펠러 돌기(W)가 다수 형성되어 있는 제1반응기(A)에서 이루어진다.

그리고 상기 제1반응기(A)는 회전가능하게 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 일반적인 반응기는 고정된 상태에서 교반날개만 회전하는 경우에는 반응물질이 난류(turbulent flow)를 형성하면서 혼합 내지 교반이 이루어지기 때문에 CNT 분말의 방향성을 형성할 수 없기 때문이다.

따라서 본 발명의 S1단계는 CNT 분말(11)과 혼합용액(12)을 넣은 상태에서 제1반응기(A) 자체를 회전하여 이루어지며, 그 회전속도는 0.1~10RPM, 바람직하게는 0.5~2RPM이다.

혼합용액(12) 및 CNT 분말(11)을 1 : 0.8~1.2의 중량비로 넣은 상태에서 회전을 하게 되면, 혼합용액과 CNT 분말의 계면에서부터 함침이 이루어지고(도 2 참조), 함침된 CNT 분말은 회전력에 의해 원주 방향으로 배열되며(도 3 참조), 이웃하는 분말과 면접촉이 이루어지고, 시간이 경과하면서 투입된 CNT 분말이 전부 혼합용액에 가라앉으면서 서로 결합하여 CNT 결합체(13)를 형성하게 된다.(도 4 참조)

상기 혼합용액은 유기산과 알콜류의 용제인 것이 바람직하다. 상기 유기산은 CNT 분말을 결합하고, 상기 용제는 CNT 분말을 분산하는 역할을 한다.

구체적으로 상기 유기산은 유기 실록산이며, 상기 용제는 에틸 알콜인 것이 바람직하다. 왜냐하면, CNT 분말 전부가 혼합용액에 가라앉는 동안 휘발성이 강한 에틸 알콜은 증발되고, CNT 분말의 결합에 관여하지 않은 대부분의 유기 실록산도 에틸 알콜과 반응을 통해 증발하게 된다. 이때, 혼합용액은 유기 실록산 20~40중량%와 에틸 알콜 60~80중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 유기 실록산이 40중량%를 초과하는 경우에는 CNT의 결합에 관여하지 않은 과량의 유기 실록산이 증발하기 어렵고 CNT 결합체의 중량이 커지는 문제가 있으며, 20중량% 미만인 경우에는 결합력이 약해지기 때문이다.

한편, 상기 S1단계는 상기 제1반응기가 30~50℃로 가열된 상태에서 0.1~10RPM으로 5~20분 동안 회전하면서 이루어지는 것이 바람직하다. 혼합용액과 CNT가 가열된 상태에서 저속으로 회전하기 때문에 유기 실록산의 경화가 이루어지지 않는 상태에서 CNT가 충분히 분산하여 재배열할 수 있는 유동성을 제공하게 된다. 그리고 상기 가열수단의 종류는 내부에 열매체가 순환하는 구조의 히터(H)는 물론, 전열선 등 다양하게 구성할 수 있다.

따라서 S1단계를 마치게 되면 CNT 분말이 일정한 방향을 가지면서 가결합하기 때문에 밀집된 구조의 CNT 결합체를 형성할 수 있다. 즉, S1단계에서는 실처럼 얽혀있는 CNT 분말을 분산시켜 직선에 가깝게 펴고, 유기 실록산에 의해 CNT를 코팅하여 가접합된 상태의 CNT 결합체를 형성하는 것이다.

또한, CNT 결합체는 상기 유기 실록산에 의해 CNT 표면이 코팅되는데, 상기 유기 실록산 코팅은 S2단계의 수지와의 결합력을 극대화시키는 역할을 한다.

도 5는 본 발명의 S2단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 CNT가 S2단계에서 제1반응기의 내측면에서부터 중심방향으로 결합이 이루어지는 모습을 도시하는 평면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면 본 발명에 따른 S2단계는 CNT 결합체(13)와 수지(15)를 결합하여 CNT-수지 복합체(15)를 형성하는 단계로서, 상기 CNT 결합체(13)가 들어있는 상기 제1반응기에 상기 수지를 넣고 회전시키면서 이루어질 수 있다.

상기 S2단계는 상기 제1반응기가 120~250℃로 가열된 상태에서 회전하면서 이루어지는 S2-1단계와, 상기 S2-1단계 이후 가열 온도를 점차 낮추면서 회전이 이루어져 상기 수지가 경화되는 S2-2단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 S2-1단계는 용융된 수지가 유동성을 충분히 가지도록 함으로써 CNT 결합체 내의 틈 사이로 수지가 충분히 침투할 수 있도록 하는 것이고, S2-2단계에서는 침투된 수지에 기공 내지 공극을 최소화하면서 경화될 수 있도록 점진적으로 온도를 낮추면서 이루어지는 것이다.

본 발명의 수지는 열가소성 수지로서, 폴리올레핀계 수지(polyolefin), 폴리아미드계 수지(polyamide), 엘라스토머계(elastomer), 스티렌계(styrene), 올레핀계(olefin), PVC계(polyvinyl chloride), 우레탄계(urethane), 에스테르계(ester), 아미드계(amide) 수지, 아크릴계 수지(acryl)를 예시할 수 있으며, 특히 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 폴리올레핀계 또는 나일론 6와 같은 나일론 수지(nylon)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 40~80중량%와, 상기 수지 20~60중량%으로 이루어질 수 있다. 특히 상기 CNT-수지 복합체가 CNT 결합체 60~70중량%와, 상기 수지 30~40중량%을 포함하는 경우에는 방열효과가 극대화될 뿐만 아니라 S4단계에서 성형도 원활히 이루어질 수 있는 장점이 있다.

그리고 CNT-수지 복합체 내부에 삽입된 CNT의 평균적인 배향방향이 두께 방향인 것이 바람직하다.

이를 좌표로 설명하면, xy 평면 상에 위치하고 z축 방향의 두께를 가지는 판 형상의 CNT-수지 복합체에 대하여 상기 다수의 CNT는 평균적인 배향 방향이 z축 방향으로 배열된 것이다. 여기에서 배향 방향은 상기 CNT-수지 복합체의 길이방향(x,y축)에서 두께방향(z축)으로 세워지는 정도라고 해석할 수 있다.

또한, 상기 CNT-수지 복합체의 길이방향(x,y축)과 상기 각각의 CNT가 이루는 각들의 평균이 적어도 45°인 것이며, 바람직하게는 90°인 것이다. 여기서, CNT가 이루는 각들의 평균이라는 것은 하나의 CNT의 각이 80°이고, 나머지 하나의 CNT의 각이 20°인 경우, 두 CNT의 평균 각은 '(80°+20°)/2 = 50°'이라는 것으로 정의할 수 있다. 다만, 각각의 CNT가 각을 정확하게 측정할 수 있는 막대 형상으로 이루어진 것이 아니고 다소 무질서하게 굴곡되는 것이라는 점을 고려하여 해석하여야 할 것이다.

이와 같이, CNT-수지 복합체 내에서 CNT가 두께방향으로 배향됨으로써, 열방출 효과를 극대화할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 CNT-수지 복합체 및 그 제조방법의 바람직한 일실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

1. S1단계

먼저, 유기 실록산 30중량%와, 에틸 알콜 70중량%로 이루어진 혼합용액을 마련하여 120℃로 가열된 제1반응기 내에 넣는다. 그리고 CNT 분말을 혼합용액 상에 넣고 상기 제1반응기를 0.5RPM으로 회전시킨다. 이 과정을 10분 동안 진행하는 과정에서 CNT 분말은 혼합용액 속에 모두 함침이 된다. 이후 한 시간 가량 방치하면 혼합용액의 대부분은 증발되어 없어지고, 원주 방향으로 CNT들끼리 결합한 원판 형상의 CNT 결합체를 얻을 수 있었다.

2. S2단계

다음으로, CNT 결합체가 들어있는 제1반응기에 nylon 6를 넣는다. 이때 CNT 결합체는 총 중량에 대하여 40중량%가 되고, nylon 6 수지는 60%가 되도록 한다.

그리고 제1반응기를 150℃로 가열된 상태에서 2시간 동안 회전하는 S2-1단계와, 상기 S2-1단계 이후 가열 온도가 10분당 -15~-20℃씩 감소하도록 제어하고, 상온이 되면 가열을 멈추고 수지가 경화될 때까지 방치하여 CNT-수지 복합체를 제조한다.

상기 CNT-수지 복합체의 방열특성을 살펴보기 위해 실시예 1의 CNT-수지 복합체를 성형하여 히트싱크를 제조하였으며, 그 과정은 아래 실시예 2와 같다.

3. S3 단계

도 7은 CNT-수지 복찹체를 용융시켜 내부에 기포를 제거하는 S3단계가 이루어지는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 내부에 스크류가 구비되고, 일단에는 CNT 결합체 투입구가 형성되고, 타단에는 노즐이 형성되고 길이 3m, 지름 40 cm 인 관 형상의 제2반응기(리드 장치)에 CNT 결합체를 소정 크기로 분쇄하여 넣는다. 이때 제2반응기는 300℃로 가열되고, 스크류의 회전에 의해 CNT 결합체는 용융되면서 노즐 쪽으로 이송되어 인출된다.

노즐을 통해 인출된 CNT 결합체는 절단과 냉각 과정을 거쳐 펠렛으로 성형한다.

4. S4 단계

도 8은 펠렛을 용융시킨 후 사출 성형하여 히트싱크를 제조하는 모습을 도시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 펠렛을 용융하여 사출기에 주입하여 2.7cm×2.7cm×1mm의 판 형상의 히트싱크로 성형한다.

도 9는 본 발명의 실시예 2의 히트싱크를 촬영한 사진이고, 도 10a 내지 10c는 본 발명의 실시예 2의 히트싱크의 절단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

[실험예 1]

실시예 2의 히트싱크와 알루미늄 소재의 히트싱크의 방열특성을 비교실험을 하였다. 도 11은 실험예 1이 진행되는 과정을 촬영한 사진으로서, 이를 참조하면 본 실험은 LED 칩 패키지(삼성 5630, 소비전력 6W)가 내장된 기판(FR 4) 후면에 알루미늄 히트싱크와 실시예 2의 히트싱크를 각각 붙인 후, 열화상 카메라로 온도 특성을 평가하였다. 이때, 히트싱크는 열전도 그리스로 부착하였으며, 10분 간격으로 40분 동안 기판의 전면과 후면을 각각 측정하였다.

도 12a 및 12b는 알루미늄 히트싱크가 부착된 기판의 전면 및 후면에서의 온도변화를 촬영한 사진들이다. 도 12a를 참조하면, 기판의 전면의 경우 LED 칩 패키지가 10분에서 40분이 되면서 그 온도가 70 내지 80 ℃까지 올라가고, 도 12b를 참조하면 기판의 뒷면의 경우 시간이 지남에 따라 40도에서 63 ℃까지 올라간다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 13a 및 13b는 본 발명의 히트싱크가 부착된 기판의 전면 및 후면에서의 온도변화를 촬영한 사진들이다. 도 13a를 참조하면, 기판의 전면의 경우 LED 칩 패키지가 10분에서 40분이 되면서 그 온도가 60 내지 77 ℃까지 올라가고, 도 13b를 참조하면 기판의 뒷면의 경우 시간이 지남에 따라 23℃에서 55℃까지 올라간다는 것을 확인할 수 있다.

종합하면, 본 발명의 히트싱크가 알루미늄 소재의 히트싱크에 비해 방열효과가 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 히트싱크 11 : CNT 분말
12 : 혼합용액 13 : CNT 결합체
15 : CNT-수지 복합체 A : 제1반응기
W : 임펠러 B : 제2반응기
C : 사출성형기 S : 스크류

Claims

탄소나노튜브-수지 복합체-수지 복합체 제조방법에 있어서,
CNT 분말이 서로 가결합하여 밀집된 구조의 CNT 결합체를 형성하는 S1단계와;
상기 CNT 결합체와 수지를 결합하는 S2단계;를 포함하며,
상기 CNT 결합체 내의 CNT 분말은 일정한 방향성을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 S1단계는 CNT 분말과 혼합용액을 넣은 통 형상의 제1반응기를 회전시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 S1단계의 CNT 분말은 상기 혼합용액에 의해 서로 결합하되, 상기 제1반응기의 회전이 진행되면서 원주방향으로 배열되어 이웃하는 분말과 면접촉이 이루어지면서 결합하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합용액은 유기산과 알콜류의 용제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 유기산은 유기 실록산인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 용제는 에틸 알콜인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 혼합용액은 유기 실록산 20~40중량%와 에틸 알콜 60~80중량%로 이루어지며,
상기 혼합용액과 CNT 분말은 1 : 0.8~1.2 중량비인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 S1단계는 상기 제1반응기가 30~50℃로 가열된 상태에서 0.1~10RPM으로 5~20분 동안 회전하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 S1단계는 상기 제1반응기에 투입된 상기 혼합용액의 적어도 90%가 제거될 때까지 진행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 S2단계는 상기 CNT 결합체가 들어있는 상기 제1반응기에 상기 수지를 넣고 회전시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 S2단계는 상기 제1반응기가 120~250℃로 가열된 상태에서 회전하면서 이루어지는 S2-1단계와, 상기 S2-1단계 이후 가열 온도를 점차 낮추면서 회전이 이루어져 상기 수지가 경화되는 S2-2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 S2단계는 3~4시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 수지는 올레핀계 수지인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 수지는 나일론 수지인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 40~80중량%와, 상기 수지 20~60중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 CNT-수지 복합체는 상기 CNT 결합체 60~70중량%와, 상기 수지 30~40중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체 제조방법.
CNT와, 수지를 포함하는 CNT-수지 복합체에 있어서,
총 중량 중 상기 CNT 함량은 40~80중량%이며,
상기 CNT는 유기산에 의해 서로 면접촉이 이루어져 밀집된 구조를 형성하고 방향성을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체.
제17항에 있어서,
열전도율이 적어도 200W/mㆍk인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체.
제17항에 있어서,
상기 CNT 함량이 60~70중량%이고, 열전도율이 300~450W/mㆍk인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체.
제17항에 있어서,
상기 CNT의 평균적인 배향방향이 두께 방향인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브-수지 복합체.