KR20170068378A - Heat element including nano-material filler - Google Patents
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Abstract
나노물질 필러를 포함하는 발열체 및 그 제조방법과 상기 발열체를 포함하는 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 발열체는 매트릭스(matrix) 재료와 와 나노 물질 형태의 필러를 포함한다. 상기 나노 물질 형태의 필러는 나노 시트 필러 또는 나노 로드 필러일 수 있다. 상기 나노 시트 필러는 전기전도도가 주어진 값 이상, 예를 들면 1,250S/m인 나노 시트일 수 있다. 상기 필러는 산화물(oxide), 보라이드(boride), 카바이드(carbide), 칼코게나이드(chalcogenide) 중 적어도 하나 혹은 적어도 둘을 포함할 수 있다. 상기 매트릭스 재료는 유리물 프리트일 수 있다. 상기 유리물 프리트는 일 예로 실리콘 산화물(silicon oxide)이거나 실리콘 산화물에 첨가물이 첨가된 것일 수 있다.A heating element including a nanomaterial filler, a method of manufacturing the same, and an apparatus including the heating element. The disclosed heating element includes a matrix material and a filler in the form of a nanomaterial. The nanomaterial-type filler may be a nanosheet filler or a nanorod filler. The nanosheet filler may be a nanosheet having an electrical conductivity of at least a given value, for example 1,250 S / m. The filler may include at least one or at least two of oxide, boride, carbide, chalcogenide. The matrix material may be a glass water frit. The free glass frit may be, for example, silicon oxide or an additive to silicon oxide.
Description
본 개시는 발열체에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 나노물질 필러를 포함하는 발열체 및 발열체를 포함하는 장치 그리고 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
발열체는 그래파이트(graphite), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카본 블랙 (Carbon black) 등 카본을 주 원소로 한 유기 발열체와, Ag, Ni-Cr계, Mo, W 등의 금속으로 이루어진 금속 발열체 및 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드 등 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열체가 있다. 발열체의 형태는 발열체가 봉상 형태로 있는 봉상 발열체와 특정 기판 상에 발열체를 후막으로 올려서 사용하는 면상 발열체가 있다. 유기 발열체는 제작이 쉽고 가격이 저렴한 장점이 있으나, 고온에서 산소와 반응하기 때문에 고온 내구성이 떨어질 수 있다. 금속 발열체는 전기전도도가 높고 제어가 쉽기 때문에 발열 특성이 좋으나, 고온에서는 산화가 되어 특성이 저하될 수 있다. 세라믹 발열체는 산소와 반응성이 낮기 때문에, 고온 내구성이 우수하지만, 전기전도도가 금속 발열체에 비해 상대적으로 낮고, 고온에서 소결이 이루어진다. 봉상 발열체는 제조하기 쉬우나, 캐버티(cavity)내의 온도를 균일하게 맞추기가 어렵다. 반면, 면상 발열체는 면 전체가 발열되는 바, 캐버티내의 온도를 균일하게 맞출 수 있다.The heating element includes an organic heating element having carbon as its main element, such as graphite, carbon nanotube, and carbon black, a metal heating element made of a metal such as Ag, Ni-Cr, Mo, W, Ceramics such as silicon carbide, molybdenum silicide, and the like. The shape of the heating element is a rod-like heating element in which the heating element is in the shape of a rod, and a plane heating element which is used by raising the heating element on the backing layer on a specific substrate. The organic heating element has advantages of easy production and low cost, but it may be deteriorated in high temperature durability because it reacts with oxygen at high temperature. The metal heating element has high electrical conductivity and easy control, so it has good heat generating property, but it may be oxidized at high temperature and its characteristics may be deteriorated. Ceramic heating elements are excellent in high temperature durability because they are low in reactivity with oxygen, but their electric conductivity is relatively low as compared with metal heating elements, and sintering is performed at a high temperature. The rod-shaped heating element is easy to manufacture, but it is difficult to uniformly adjust the temperature in the cavity. On the other hand, the surface heating element can uniformly adjust the temperature in the cavity as the whole surface is heated.
본 개시는 전기 전도도를 향상시켜 발열 특성을 높일 수 있는 발열체를 제공한다.The present disclosure provides a heating element that can improve the electrical conductivity and enhance the heating property.
본 개시는 소결온도를 상대적으로 낮출 수 있고, 공정성을 향상시킬 수 있는 발열체 제조방법을 제공한다.The present disclosure provides a method of manufacturing a heating element capable of relatively lowering the sintering temperature and improving the processability.
본 개시는 상기 발열체를 포함하여 발열효율을 높일 수 있는 장치가 제공된다.The present disclosure provides an apparatus including the heating element and capable of increasing the heating efficiency.
본 개시에서 일 실시예에 의한 발열체는 매트릭스(matrix) 재료와 나노 물질 형태의 필러를 포함한다. 여기서, 상기 나노 물질 형태는 나노 시트 또는 나노 로드이다.In the present disclosure, a heating element according to an embodiment includes a matrix material and a nanomaterial type filler. Here, the nanomaterial form is a nanosheet or a nanorod.
이러한 발열체에서, 상기 매트릭스 재료는 유리물 프리트(glass frit) 또는 유기물을 포함할 수 있다.In such a heating element, the matrix material may include a glass frit or an organic material.
상기 유리물 프리트는 실리콘 산화물(silicon oxide), 리튬 산화물(lithium oxide), 니켈 산화물(nickel oxide), 코발트 산화물(cobalt oxide), 보론 산화물(boron oxide), 칼륨 산화물(Potassium oxide), 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 티타늄 산화물(Titanium oxide), 망간 산화물(Manganese oxide), 구리 산화물(Copper oxide), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide), 인 산화물(Phosphorus oxide), 아연 산화물(Zinc oxide), 비스무스(Bismuth oxide), 납 산화물(Lead oxide) 및 나트륨 산화물(sodium oxide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The free-water frit may be selected from the group consisting of silicon oxide, lithium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, boron oxide, potassium oxide, aluminum oxide Aluminum oxide, titanium oxide, manganese oxide, copper oxide, zirconium oxide, phosphorus oxide, zinc oxide, bismuth oxide, ), Lead oxide, and sodium oxide.
상기 유리물 프리트는 실리콘 산화물에 첨가물이 첨가된 것이고, 상기 첨가물은 리튬(Li), 니켈(Ni), 코발트(Co), 보론(B), 칼륨(K), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 인(P), 아연(Zn), 비스무스(Bi), 납(Pb) 및 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Wherein the additive is one or more selected from the group consisting of lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), boron (B), potassium (K), aluminum (Al), titanium ), Manganese (Mn), copper (Cu), zirconium (Zr), phosphorus (P), zinc (Zn), bismuth (Bi), lead (Pb) and sodium (Na).
상기 유기물은 유기 폴리머(organic polymer)일 수 있다.The organic material may be an organic polymer.
상기 유기 폴리머는 PI(polyimide), PPS(polyphenylenesulfide), PBT(Polybutylene terephthalate), PAI(polyamideimide), LCP(liquid crystalline polymer), PET(Polyethylene terephthalate), PPS(Polyphenylene Sulfide) 및 PEEK(polyeheretherketone) 중 어느 하나일 수 있다.The organic polymer may be any one of polyimide (PI), polyphenylenesulfide (PPS), polybutylene terephthalate (PBT), polyamideimide (PAI), liquid crystalline polymer (LCP), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone It can be one.
상기 필러는 산화물(oxide), 보라이드(boride), 카바이드(carbide) 및 칼코게나이드(chalcogenide) 중 적어도 하나 혹은 적어도 둘을 포함할 수 있다.The filler may comprise at least one or at least two of oxide, boride, carbide and chalcogenide.
상기 필러의 두께는 1nm ~1,000nm 정도이고, 상기 필러의 길이는 0.1㎛~ 500㎛ 정도이며, 상기 필러의 함량은 0.1 vol% ~ 100 vol% 정도일 수 있다. 필러의 함량의 상한은 100vol%가 안될 수도 있다.The filler may have a thickness of about 1 nm to about 1,000 nm, the filler may have a length of about 0.1 to 500 μm, and the filler may have a filler content of about 0.1 to 100 vol%. The upper limit of the content of the filler may not be 100 vol%.
상기 필러는 적어도 1,250S/m의 전기 전도도를 갖는 나노 물질을 포함할 수 있다.The filler may comprise a nanomaterial having an electrical conductivity of at least 1,250 S / m.
본 개시에서 일 실시예에 의한 발열체의 제조방법에서, 나노 물질 형태의 필러가 제조되고, 이 필러와 매트릭스 재료가 혼합된다. 이후, 기판 상에 상기 필러와 상기 매트릭스 재료를 포함하는 혼합물이 코팅되고, 상기 기판 상의 코팅물은 열처리된다. 상기 나노 물질 형태는 나노 시트 또는 나노 로드이다.In the method of manufacturing a heating element according to one embodiment of the present disclosure, a filler in the form of a nanomaterial is manufactured, and the filler and the matrix material are mixed. Thereafter, a mixture comprising the filler and the matrix material is coated on the substrate, and the coating on the substrate is heat treated. The nanomaterial form is nanosheet or nanorod.
이러한 제조방법에서, 상기 필러는 다음과 같이 제조될 수 있다.In this manufacturing method, the filler can be produced as follows.
곧, 나노 물질이 포함된 수용액을 형성하고, 상기 나노 물질 수용액에 대한 나노 물질의 농도(g/L)를 계산한다. 이어서, 원하는 무게의 나노 물질이 포함되도록 상기 나노 물질수용액 부피를 측정한다. 상기 측정된 나노 물질 수용액에서 솔벤트(solvent)를 제거한다.That is, an aqueous solution containing the nanomaterial is formed and the concentration (g / L) of the nanomaterial in the aqueous solution of the nanomaterial is calculated. Then, the volume of the nanomaterial aqueous solution is measured so that the desired weight of nanomaterial is included. The solvent is removed from the measured aqueous nanomaterial solution.
상기 기판 상의 코팅물을 열처리는 다음과 같이 실시할 수 있다.The heat treatment of the coating on the substrate can be carried out as follows.
상기 기판 상의 코팅물을 건조한 다음, 상기 건조된 결과물을 소결할 수 있다.After drying the coating on the substrate, the dried product can be sintered.
상기 기판은 상기 매트릭스 재료와 동일한 조성을 갖거나 다른 조성을 갖는 기판일 수 있다.The substrate may be a substrate having the same composition as the matrix material or having a different composition.
상기 기판은 실리콘 웨이퍼 또는 금속기판일 수 있다.The substrate may be a silicon wafer or a metal substrate.
상기 코팅은 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯(ink jet), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)법으로 수행할 수 있다.The coating may be performed by screen printing, ink jet, dip coating, spin coating, or spray coating.
본 개시에서 일 실시예에 의한 장치는 나노 물질 필러를 포함하는 발열체를 포함한다. 이때, 상기 장치에 포함된 발열체는 상술한 일 실시예에 의한 발열체일 수 있다.An apparatus according to one embodiment in this disclosure comprises a heating element comprising a nanomaterial filler. At this time, the heating element included in the apparatus may be a heating element according to the embodiment described above.
이러한 장치에서, 상기 발열체의 한쪽에 단열부재와 열 반사부재 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 발열체는 상기 장치 내부의 주어진 영역에 열을 공급하는 열원으로 마련된 것일 수 있다. 또한, 상기 발열체는 상기 장치 외부의 주어진 영역에 열을 공급하는 열원으로 마련된 것일 수 있다.In such an apparatus, one of the heat insulating member and the heat reflecting member may be further provided on one side of the heat generating member. The heating element may be provided as a heat source for supplying heat to a given area inside the apparatus. The heating element may be a heat source for supplying heat to a given area outside the apparatus.
개시된 발열체는 매트릭스 재료와 나노물질 형태(예, 나노시트나 나노로드 또는 나노시트 형태나 나노로드 형태)의 필러(filler)를 포함한다. 따라서 기존의 필러를 사용했을 때보다 퍼컬레이션(percolation)이 잘 일어날 수 있다. 또한, 개시된 나노물질 형태의 필러를 사용할 경우, 기존의 필러보다 적은 양으로 매트릭스 재료의 표면을 덮을 수 있는 바, 기존과 동일 함량의 필러를 사용했을 때, 전기전도도는 기존의 경우보다 높아질 수 있다. 또한, 개시된 나노물질 형태의 필러의 경우, 나노물질 간에 면 접촉하기 때문에, 소결성이 좋아지는 바, 소결온도를 낮출 수도 있다. 따라서 개시된 발열체의 제조과정은 기존보다 상대적으로 낮은 온도에서 진행할 수 있다.The disclosed heating elements include matrix materials and nanomaterials (e.g., nanosheets, nanorods, nanosheets, or nanorods) fillers. Therefore, percolation can occur more easily than with conventional fillers. In addition, when the disclosed nanomaterial-type filler is used, the surface of the matrix material can be covered with a smaller amount than the existing filler, and the electric conductivity can be higher than that of the conventional case when the same amount of filler is used . In addition, in the case of the disclosed nanomaterial type filler, since the surface contact between the nanomaterials is improved, the sintering property is improved, and the sintering temperature may be lowered. Therefore, the manufacturing process of the disclosed heating element can be performed at a relatively lower temperature than the conventional one.
도 1은 일 실시예에 의한, 나노물질 필러를 포함하는 발열체의 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 발열체에서 기판과 발열체 사이에 절연층이 배치된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 나노물질 필러를 포함하는 발열체 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 발열체 제조방법에서, 박리된 RuO(2+x) 나노시트(x=0)에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 의한 발열체 제조방법으로 형성된 발열체의 SEM 사진을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 의한 발열체 제조방법으로 형성된 발열체와 비교하기 위한 비교 발열체에 대한 SEM 사진을 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 의한 발열체에서, 필러 분산도와 필러 소결도가 1(100%)이고, 필러 부피분율이 10 vol%일 때, 전기 전도도와 필러의 전기 전도도 사이의 상관관계는 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 의한 발열체를 포함하는 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 일부 영역을 확대한 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 의한, 발열체를 포함하는 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a heating element including a nanomaterial filler according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a case where an insulating layer is disposed between a substrate and a heating element in the heating element of FIG. 1. FIG.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heating element including a nanomaterial filler according to an embodiment.
4 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the exfoliated RuO (2 + x) nanosheet (x = 0) in the method of manufacturing a heating element according to an embodiment.
5 is a SEM photograph of a heating element formed by a method of manufacturing a heating element according to an embodiment.
6 is a SEM photograph of a comparative heating element for comparison with a heating element formed by a method of manufacturing a heating element according to an embodiment.
7 is a graph showing a correlation between electrical conductivity and electric conductivity of a filler when the filler dispersion and filler sintering degree are 1 (100%) and the filler volume fraction is 10 vol% in a heating body according to an embodiment .
8 is a cross-sectional view showing an apparatus including a heating element according to an embodiment.
9 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG.
10 is a sectional view showing an apparatus including a heating element according to another embodiment.
면상 발열체를 제조할 때, 메트릭스(matrix)를 이루는 유리물 프리트(glass frit)와 발열이 가능한 필러를 섞어서 복합체로 만드는 경우가 있는데, 이런 경우 필러들이 서로 연결이 되어야 전기가 통하여 발열이 가능하게 된다. 세라믹 소재를 필러로 사용한 발열체의 경우, 기존에는 구형 혹은 다면체의 3차원적 구조체를 사용하는데, 예를 들어 구형 혹은 다면체의 RuO2 입자들이 필러로 사용된다. 이런 형태의 RuO2를 사용하면, 이론적으로 유리물 프리트 입자의 표면 전체가 RuO2 입자로 덮여야 RuO2 간의 퍼컬레이션(percolation)이 이루어져 발열이 안정적으로 일어날 수 있다. 그러나 구형 혹은 다면체의 RuO2 입자들을 필러로 사용하면 RuO2 간의 접촉면이 작기 때문에, 소결을 위해 높은 온도가 필요하며, 퍼컬레이션이 되기 위한 RuO2 함량이 높아질 수 있다.In the case of producing a planar heating element, a glass frit constituting a matrix is mixed with a heatable filler to form a composite. In this case, the fillers must be connected to each other to generate heat through electricity . In the case of a heating element using a ceramic material as a filler, a spherical or polyhedral three-dimensional structure is conventionally used. For example, spherical or polyhedral RuO 2 particles are used as a filler. Using this type of RuO 2, the theory water glass frit entire surface of the particles be covered with a RuO 2 particles are peokeol illustration (percolation) between RuO 2 consists of heat can take place reliably. However, when spherical or polyhedral RuO 2 particles are used as a filler, the contact surface between RuO 2 is small, so a high temperature is required for sintering, and the RuO 2 content for the peracation may be increased.
개시된 발열체는 면상 발열체이며, 나노 물질의 필러를 사용한다. 따라서 기존의 필러를 사용했을 때보다 퍼컬레이션이 잘 일어나고, 소결 온도를 낮출 수 있다. 나노 물질의 일 예로 나노 시트를 사용할 수 있는데, 적은 양의 나노 시트로 매트릭스 재료의 표면을 덮을 수 있고 인접한 나노 시트는 면접촉되어 소결성이 좋아진다. 이러한 특성으로 인해 기존의 RuO2 입자를 필러로 사용하였을 때보다 나노물질을 필러로 사용할 경우, 같은 함량에서 전기 전도도는 보다 높아질 수 있다.The disclosed heating element is a planar heating element, and a filler of a nanomaterial is used. Therefore, the pelletization can be performed more easily than the conventional filler, and the sintering temperature can be lowered. An example of a nanomaterial is a nanosheet, which can cover the surface of the matrix material with a small amount of nanosheets, and adjoining nanosheets are surface-contacted to improve sinterability. Due to these properties, the electrical conductivity can be higher at the same content when the nanomaterial is used as a filler than when the existing RuO 2 particles are used as a filler.
이하, 나노 물질 필러를 포함하는 발열체 및 발열체를 포함하는 장치 그리고 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, an apparatus including a heating element including a nanomaterial filler and a heating element and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the layers or regions shown in the figures are exaggerated for clarity of the description.
도 1은 일 실시예에 의한 면상 발열체를 보여준다.FIG. 1 shows a planar heating element according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 기판(30) 상에 발열체(40)가 존재한다. 기판(30)은 단일층이거나 복수의 층을 포함할 수 있다. 발열체(40)는 일련의 과정, 예를 들면 도포(coating)와 건조과정을 거쳐 기판(30)에 형성된 것일 수 있다. 발열체(40)는 외부에서 인가되는 에너지에 의해 열을 방출한다. 외부 에너지는 전기 에너지일 수 있으나, 발열체(40)에 인가하여 열을 발생시킬 수 있는 것이면 외부 에너지로 사용될 수 있다. 기판(30)과 발열체(40)를 포함하는 전체를 발열체라 할 수도 있다.Referring to FIG. 1, a
발열체(40)는 매트릭스 재료(42)와 복수의 필러(filler)(44)를 포함할 수 있다. 일 예로 발열체(40)는 매트릭스 재료(42)와 복수의 필러(44)로 구성될 수 있으나, 이외에 다른 성분을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 복수의 필러(44) 중 수평 혹은 수직으로 인접한 필러들은 서로 직접 접촉될 수 있는데, 인접한 필러들의 적어도 일부의 영역이 서로 면접촉될 수 있다. 이렇게 해서 매트릭스 재료(42)에 고르게 분포하는 필러(44)는 전기적으로 연결될 수 있고, 발열체(40)는 전기 전도도를 갖게 된다. 인접한 필러들(44)은 면접촉을 이루는 바, 기존의 입자 필러를 사용할 때보다 전기 전도도를 높이는데 유리할 수 있다. 따라서 매트릭스 재료(42)에 분산된 필러(44)의 함량이 기존의 입자 필러의 함량과 동일한 경우, 발열체(40)의 전기 전도도는 기존의 입자 필러가 사용된 발열체보다 클 수 있다.The
매트릭스 재료(42)와 복수의 필러(44)는 섞여서 단일층의 발열체를 이룰 수 있다. 발열체(40) 상에 상부층(48)이 더 구비될 수 있으며, 상부층(48)은 단층이거나 복수의 층을 포함할 수도 있다. 기판(30), 발열체(40) 및 상부층(48)을 포함하는 전체를 발열체라 할 수도 있다.The
일 실시예에서 매트릭스 재료(42)는 유리물 프리트(glass frit)를 포함할 수 있다. 유리물 프리트는, 예를 들면 실리콘 산화물(silicon oxide), 리튬 산화물(lithium oxide), 니켈 산화물(nickel oxide), 코발트 산화물(cobalt oxide), 보론 산화물(boron oxide), 칼륨 산화물(Potassium oxide), 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 티타늄 산화물(Titanium oxide), 망간 산화물(Manganese oxide), 구리 산화물(Copper oxide), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide), 인 산화물(Phosphorus oxide), 아연 산화물(Zinc oxide), 비스무스(Bismuth oxide), 납 산화물(Lead oxide) 및 나트륨 산화물(sodium oxide) 중 어느 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 유리물 프리트는 실리콘 산화물에 첨가물이 첨가된 것일 수도 있다. 첨가물은 리튬(Li), 니켈(Ni), 코발트(Co), 보론(B), 칼륨(K), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 인(P), 아연(Zn), 비스무스(Bi), 납(Pb) 및 나트륨(Na) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 첨가물은 열거한 원소로 제한되지 않는다.In one embodiment, the
다른 실시예에서, 매트릭스 재료(42)는 내열성을 갖는 유기물을 포함할 수 있는데, 예를 들면 유기 폴리머(organic polymer)를 포함할 수 있다. 유기 폴리머는 용융온도(melting temperature, Tm)가, 예를 들면 200℃ 이상인 것일 수 있다. 유기 폴리머는 PI(polyimide), PPS(polyphenylenesulfide), PBT(Polybutylene terephthalate), PAI(polyamideimide), LCP(liquid crystalline polymer), PET(Polyethylene terephthalate), PPS(Polyphenylene Sulfide) 및 PEEK(polyeheretherketone) 중 어느 하나일 수 있다.In another embodiment, the
기판(30)은 매트릭스 재료(42)와 동일한 조성 또는 다른 조성을 가질 수 있다. 예컨대, 기판(30)은 실리콘 산화물, 리튬 산화물, 니켈 산화물, 코발트 산화물, 보론 산화물, 칼륨 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 망간 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 인 산화물, 아연 산화물, 비스무스, 납 산화물 및 나트륨 산화물 중 적어도 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 다른 예로, 기판(30)은 매트릭스 재료(42)로 사용되는 물질과 다른 물질의 기판일 수도 있다. 예를 들면, 기판(30)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있고, 금속 기판일 수도 있으며, 다른 도전성 기판일 수도 있다.The
기판(30)이 도전성 기판일 때, 도 2에 도시한 바와 같이 기판(30)과 발열체(40) 사이에 절연층(24)이 더 구비될 수 있다. 또한, 기판(30)의 밑면에도 절연층(20)이 더 구비될 수도 있다. 절연층(20, 24)은, 예를 들면 동일하거나 다른 산화물 유리층일 수 있다. 산화물 유리층은 실리콘 산화물, 리튬 산화물, 니켈 산화물, 코발트 산화물, 보론 산화물, 칼륨 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 망간 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 인 산화물, 아연 산화물, 비스무스, 납 산화물 및 나트륨 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물 유리층은 에나멜층을 포함할 수도 있다.When the
도 2에서 참조번호 40A, 40B는 발열체(40)의 양끝에 각각 부착된 제1 및 제2 전극을 나타낸다. 제1 및 제2 전극(40A, 40B)을 통해서 전원으로부터 발열체(40)에 전기가 공급될 수 있다. 참조번호 40으로 표현된 층만 아니라 도 2에 도시한 전체 구조를 발열체라 할 수도 있다.2,
복수의 필러(44)는 나노 물질을 포함하는 필러일 수 있다. 예를 들면, 복수의 필러(44)는 나노 시트(nano-sheet) 형태의 필러 또는 나노 로드(nano-rod) 형태의 필러일 수 있다. 나노 시트 형태의 필러와 나노 로드 형태의 필러는 다양한 물질의 나노 시트 혹은 나노 로드를 포함할 수 있다. 나노 시트나 나노 로드는 주어진 전기 전도도(예, 1250S/m)를 갖는 조성일 수 있으나, 경우에 따라 이보다 다소 작거나 다소 클 수 있다.The plurality of
나노 시트 형태의 필러 혹은 나노 로드 형태의 필러는 산화물(oxide), 보라이드(boride), 카바이드(carbide) 및 칼코게나이드(chalcogenide) 중 적어도 하나 혹은 적어도 둘을 포함할 수 있다.The nanosheet-shaped filler or the nanorod-shaped filler may include at least one or at least two of oxide, boride, carbide and chalcogenide.
필러(44)로 사용되는 산화물은, 예를 들면, RuO2, MnO2, ReO2, VO2, OsO2, TaO2, IrO2, NbO2, WO2, GaO2, MoO2, InO2, CrO2, 또는 RhO2 일 수 있다.The oxide used as the
필러(44)로 사용되는 보라이드는, 예를 들면, Ta3B4, Nb3B4, TaB, NbB, V3B4, 또는 VB일 수 있다.Boride is used as a filler (44) may be, for example, Ta 3 B 4, Nb 3 B 4, TaB, NbB, V 3 B 4, or VB.
필러(44)로 사용되는 카바이드는, 예를 들면, Dy2C 또는 Ho2C일 수 있다.The carbide used as the
필러(44)로 사용되는 칼코게나이드는, 예를 들면, AuTe2, PdTe2, PtTe2, YTe3, CuTe2, NiTe2, IrTe2, PrTe3, NdTe3, SmTe3, GdTe3, TbTe3, DyTe3, HoTe3, ErTe3, CeTe3, LaTe3, TiSe2, TiTe2, ZrTe2, HfTe2, TaSe2, TaTe2, TiS2, NbS2, TaS2, Hf3Te2, VSe2, VTe2, NbTe2, LaTe2 또는 CeTe2일 수 있다.The chalcogenide used as the
필러(44)의 두께는 1nm ~1,000nm 정도일 수 있다. 필러(44)의 크기는 0.1㎛~ 500㎛ 정도일 수 있다. 발열체(40)에서 필러(44)의 함량은 0.1 부피%(vol%) ~ 100 부피%(vol%) 미만일 수 있다.The thickness of the
다음에는 일 실시예에 의한, 나노 물질을 포함하는 발열체 제조방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 예로 들은 발열체는 10 중량%(wt%)의 필러를 포함한다.Next, a method of manufacturing a heating element including a nanomaterial according to an embodiment will be described with reference to FIG. For example, the heating element includes 10 wt% (wt%) filler.
1) 나노물질을 포함하는 필러 제조(S1)1) Preparation of filler containing nanomaterial (S1)
나노물질을 포함하는 필러로 RuO(2+x) 나노 시트(0≤x<0.1)를 제조한다. 다른 나노 물질로 형성되는 필러도 RuO(2+x) 나노 시트(0<x<0.1)의 제조과정과 유사하거나 동일한 과정으로 제조할 수 있다.A RuO (2 + x) nanosheet (0? X <0.1) is prepared with a filler containing nanomaterials. Fillers formed from other nanomaterials may also be fabricated in a similar or identical process to RuO (2 + x) nanosheets (0 <x <0.1).
RuO(2+x) 나노 시트를 제조하기 위해, 먼저 K2CO3와 RuO2를 5:8(molar ratio)로 섞은 후 펠릿(pellet)으로 만들어 알루미나 도가니에 넣고, 850℃의 튜브 퍼니스(tube furnace)에서 12시간 동안 열처리한다. 이러한 열처리는 질소 분위기에서 수행할 수 있다. 펠릿의 무게는 1g~20g 정도일 수 있으나, 필요에 따라 달라질 수 있다. 펠릿의 형태는 원판형태일 수 있다.To prepare the RuO 2 (2 + x) nanosheets, K 2 CO 3 and RuO 2 were first mixed in a molar ratio of 5: 8 and then pelletized into an alumina crucible. A tube furnace at 850 ° C. furnace for 12 hours. This heat treatment can be performed in a nitrogen atmosphere. The weight of the pellets may be from about 1 g to about 20 g, but may vary as needed. The form of the pellets may be in the form of a disc.
열처리 후, 퍼니스의 온도가 상온으로 냉각되면, 알루미나 도가니를 퍼니스에서 꺼내고, 알루미나 도가니에 있는 펠릿(pellet)을 꺼내 분쇄하여 분말(powder)을 만든다.After the heat treatment, when the temperature of the furnace is cooled to room temperature, the alumina crucible is taken out of the furnace, and the pellet in the alumina crucible is taken out and pulverized to make a powder.
다음, 이러한 분말을 100mL~4L 정도의 물로 24시간 동안 씻은 후, 필터링(filtering)을 통해 분말만 걸러낸다. 이때 만들어진 분말의 조성은 K0. 2RuO2 .1·nH2O이다.Next, these powders are washed with about 100 mL to 4 L of water for 24 hours, and then filtered to remove only the powder. The composition of the powder is made K 0. 2 RuO 2 .1 · nH 2 O.
다음, K0. 2RuO2 .1·nH2O 분말을 1M의 HCl용액에 넣고, 3일 동안 교반(stirring)한 후, 필터링을 통해 분말만 수득한다. 이 과정을 통해 얻은 분말의 조성은 H0.2RuO2.1 이다.Next, K 2 0. .1 RuO 2 · nH 2 O into the powder in a HCl solution of 1M, the mixture was stirred (stirring) a, powders obtained only through the filter and then for three days. The composition of the powder obtained by this process is H 0.2 RuO 2.1 .
다음, TMAOH 및 TBAOH 등과 같은 인터커랜트(intercalant)가 섞인 수용액 250mL에 H0. 2RuO2 .1 분말 1g을 넣어서 10일 이상 교반한다. 이때 TMAOH 및 TBAOH의 농도는 TMA+/H+, TBA+/H+= 0.1 ~ 50 정도일 수 있다. 이러한 교반 공정이 완료된 후, 얻은 용액을 원심분리한다. 이러한 원심분리는 2000rpm에서 30분 동안 진행할 수 있다. 이러한 원심분리에 의하여 박리된 RuO(2+x) 나노 시트가 포함된 수용액과 박리되지 않은 분말이 포함된 침전물이 분리된다. 도 4는 박리된 RuO(2+x) 나노 시트(x=0.1)에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 보여준다. 도 4에서 참조번호 50은 기판을 나타내고, 52는 RuO2 나노 시트를 나타낸다.Next, the interconnect Slant aqueous mixture of 250mL (intercalant) such as TMAOH and TBAOH by inserting a H 2 0. .1 RuO 2 powder 1g is stirred for more than 10 days. At this time, the concentrations of TMAOH and TBAOH may be about TMA + / H + and TBA + / H + = 0.1 to 50. After this stirring process is completed, the obtained solution is centrifuged. This centrifugation can proceed for 30 minutes at 2000 rpm. By this centrifugation, the aqueous solution containing the RuO (2 + x) nanosheet peeled off and the precipitate containing the non-peeled powder are separated. Figure 4 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the exfoliated RuO (2 + x) nanosheet (x = 0.1). 4,
원심분리에 의해 얻어진, 박리된 RuO2 나노 시트가 포함된 수용액의 농도를 UVS(Ultraviolet-Visible Spectrophotometer)를 이용하여 측정한다.The concentration of the aqueous solution containing the peeled RuO 2 nanosheets obtained by centrifugation is measured by UVS (Ultraviolet-Visible Spectrophotometer).
다음, RuO2 나노 시트 수용액에 대해서 350nm 파장에 대한 광 흡수도를 측정하고, RuO2 나노 시트의 흡수계수(7400 L/mol·cm)를 이용하여 RuO2 나노 시트 수용액에 대한 RuO2 나노 시트의 농도(g/L)를 계산한다.Next, RuO of RuO 2 nanosheets for RuO 2 nanosheets aqueous solution using an absorption coefficient (7400 L / mol · cm) of 2 nm with respect to the seat solution measuring light absorbance of the 350nm wavelength, and RuO 2 nanosheets Calculate the concentration (g / L).
다음, 원하는 무게의 RuO2 나노 시트가 포함되도록 RuO2 나노 시트 수용액 부피를 측정하고, 원심분리기를 이용하여 측정된 RuO2 나노 시트 수용액에서 솔벤트(solvent)를 제거한다. 이때, 원심분리기는 10,000rpm 또는 그 이상에서 15 분 또는 그 이상 동작시킬 수 있다.Next, the volume of the RuO 2 nanosheet aqueous solution is measured so that the desired weight of RuO 2 nanosheets is included, and the solvent is removed from the RuO 2 nanosheet aqueous solution measured using a centrifuge. At this time, the centrifuge can operate at 10,000 rpm or more for 15 minutes or more.
2) 발열체 제조2) Manufacture of heating element
RuO2 나노 시트 수용액의 솔벤트가 제거된 결과물에 매트릭스 재료를 섞는다(S2). 매트릭스 재료는 RuO2 나노 시트의 무게 함량이 설정한 값(예, 10wt%)이 되도록 첨가할 수 있다. 매트릭스 재료의 첨가량은 설정한 RuO2 나노 시트의 무게 함량에 따라 달라질 수 있다.The matrix material is mixed with the resultant product of the aqueous solution of RuO 2 nanosheet solution (S2). The matrix material may be added so that the weight content of the RuO 2 nanosheets is a set value (e.g., 10 wt%). The addition amount of the matrix material may be varied depending on the weight content of the RuO 2 nanosheet set.
본 제조방법의 실험예에서는 매트릭스 재료로 실리콘 산화물, 리튬 산화물, 니켈 산화물, 코발트 산화물, 보론 산화물, 칼륨 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 망간 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 나트륨 산화물이 섞인 산화물 유리를 사용한다.Experimental examples of the present manufacturing method include an oxide glass in which silicon oxide, lithium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, boron oxide, potassium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, manganese oxide, copper oxide, zirconium oxide and sodium oxide are mixed as a matrix material use.
다음, RuO2 나노 시트와 매트릭스 재료를 섞은 혼합물을 기판 위에 코팅시킨다(S3).Next, a mixture of a RuO 2 nanosheet and a matrix material is coated on the substrate (S3).
기판은 매트릭스 재료와 동일 조성 또는 다른 조성을 가질 수도 있으며, 실리콘 웨이퍼 또는 금속기판일 수도 있다. 혼합물의 코팅에는 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯(ink jet), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)법이 사용될 수 있다.The substrate may have the same composition or composition as the matrix material, or may be a silicon wafer or a metal substrate. The coating of the mixture may be screen printing, ink jet, dip coating, spin coating or spray coating.
다음, 코팅이 완료된 후, 코팅물을 100℃~200℃에서 건조하여 코팅물에서 솔벤트를 제거한다(S4).Next, after the coating is completed, the coating is dried at 100 ° C to 200 ° C to remove the solvent from the coating (S4).
다음, 솔벤트가 제거된 코팅물을 500℃~900℃ 사이에서 1분~20분 동안 열처리한다(S5). 예를 들면, 600℃에서 2분 동안 열처리할 수 있다. 이 결과, RuO2 나노 시트들이 소결된다.Next, the solvent-free coating is heat-treated at 500 ° C to 900 ° C for 1 minute to 20 minutes (S5). For example, it can be heat-treated at 600 ° C for 2 minutes. As a result, RuO 2 nanosheets are sintered.
이렇게 해서 나노 물질을 포함하는 발열체가 형성된다.Thus, a heating element including a nanomaterial is formed.
도 5는 형성된 발열체에 대한 SEM 사진을 보여준다. 도 5에서 참조번호 60은 매트릭스 재료(예, 유리물 프리트)를 나타내고, 62는 나노 물질 필러(예, RuO2 나노 시트)를 나타낸다.5 shows a SEM photograph of the formed heating element. In FIG. 5,
도 5를 참조하면, 매트릭스 재료(60) 내에 나노 물질 필러(62)가 균일하게 분포된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the
한편, 칼코게나이드 나노시트와 보라이드 및 카바이드 나노시트는 다음과 같이 제조할 수 있다.On the other hand, chalcogenide nanosheets, boride and carbide nanosheets can be prepared as follows.
먼저, 칼코게나이드 나노시트는 다음과 같이 제조할 수 있다.First, chalcogenide nanosheets can be prepared as follows.
고상 분말 형태로 원료 물질들을 준비한다. 이때, 원료물질들은 원자비에 맞도록 무게를 측정하여 준비한다. 이어서 준비된 원료물질들을 균일하게 혼합한 다음, 펠렛 형태로 만든다. 이렇게 만들어진 펠렛을 쿼츠 튜브(quartz tube) 안에 넣은 다음, 쿼츠 튜브를 알곤(Ar) 가스로 채우고 밀봉한다. 펠렛이 들어 있는 쿼츠 튜브를 퍼니스에 넣고 500~1300에서 12시간~72시간 동안 열처리한다. 이러한 열처리 후, 열처리한 결과물을 상온까지 식힌 다음, 쿼츠 튜브 안에 있는 펠렛을 꺼내어 분쇄하여 분말 형태로 만든다. 이후, 분말 형태로 만들어진 칼코게나이드 층 사이에 리튬(Li) 이온을 넣어준다. 이러한 리튬 이온은 리튬 이온 소스를 이용하여 넣어줄 수 있는데, 예를 들면, n-뷰틸리듐(n-butyllithium)과 같은 리튬 이온 소스를 이용하여 분말 형태의 칼코게나이드 층 사이에 리튬 이온을 주입할 수 있다. 다른 실시예로, 리튬 이온 소스를 이용하는 대신, 전기화학적인 방법을 통해 리튬 이온을 분말 형태의 칼코게나이드 층 사이에 직접 주입할 수도 있다.Prepare raw materials in solid phase powder form. At this time, the raw materials are prepared by measuring the weight so as to meet the atomic ratio. Subsequently, the prepared raw materials are homogeneously mixed and then pelletized. The resulting pellets are placed in a quartz tube, and the quartz tube is filled with argon (Ar) gas and sealed. The quartz tube containing the pellets is placed in a furnace and heat treated at 500 to 1300 for 12 to 72 hours. After the heat treatment, the heat-treated product is cooled to room temperature, and the pellets in the quartz tube are taken out and pulverized into a powder form. Then, lithium (Li) ions are added between the chalcogenide layers formed in powder form. Such lithium ions can be introduced using a lithium ion source, for example, by using a lithium ion source such as n-butyllithium to inject lithium ions between powder chalcogenide layers . In another embodiment, instead of using a lithium ion source, lithium ions may be injected directly between powder chalcogenide layers through an electrochemical process.
분말 형태의 칼코게나이드 층 사이에 리튬 이온이 주입되면 칼코게나이드 층 사이의 간격이 벌어지기 때문에, 칼코게나이드 층, 곧 칼코게나이드 나노시트가 쉽게 박리될 수 있다. 리튬 이온을 더 큰 분자(예: 물분자 혹은 유기 분자)로 치환할 경우, 칼코게나이드의 층간 간격은 더 벌어진다. 이에 따라 칼코게나이드 나노시트는 더 쉽게 박리될 수 있다.When lithium ions are injected between the chalcogenide layers in powder form, the gap between the chalcogenide layers spreads, so that the chalcogenide layer, that is, the chalcogenide nanosheet, can easily peel off. When replacing lithium ions with larger molecules (such as water molecules or organic molecules), the interlayer spacing of the chalcogenide is further increased. As a result, chalcogenide nanosheets can be more easily peeled off.
칼코게나이드 나노시트의 박리를 쉽게 하기 위한 다른 방법으로는 리튬 이온을 분말 형태의 칼코게나이드 층 사이에 넣은 다음, 칼코게나이드를 초음파 처리(ultrasonication)하는 방법이 있을 수 있다.Another method for facilitating separation of chalcogenide nanosheets is to place lithium ions between powder chalcogenide layers and then ultrasonicate the chalcogenide.
보라이드 나노시트는 다음 2가지 방법으로 제조할 수 있다.Boride nanosheets can be prepared by the following two methods.
첫째 방법은 칼코게나이드 나노시트 제조와 동일한 방법으로 제조할 수 있다.The first method can be produced in the same manner as the preparation of chalcogenide nanosheet.
둘째 방법은 다음과 같다.The second method is as follows.
고상 분말 형태로 원료 물질들을 준비한다. 이때, 원료 물질들은 원자비에 맞도록 무게를 측정하여 준비할 수 있다. 이어서, 준비된 원료 물질들을 균일하게 혼합하고, 펠렛 형태로 만든다. 이렇게 만들어진 펠렛을 아크 멜팅(Arc melting) 장비 안에 넣고, 아크를 이용하여 고온에서 용융시킨다. 아크를 이용한 이러한 과정은 펠렛이 균일하게 혼합되어 단일상이 될 때까지 수차례 반복할 수 있다. 이후, 결과물을 상온까지 식힌 후, 장비 밖으로 꺼내어 분쇄하여 분말 형태로 만든다. 이후, 분말 형태로 만들어진 보라이드 층 사이에 리튬(Li) 이온을 넣어준다. 이러한 리튬 이온은 리튬 이온 소스를 이용하여 넣어줄 수 있는데, 예를 들면, n-뷰틸리듐(n-butyllithium)과 같은 리튬 이온 소스를 이용하여 분말 형태의 보라이드 층 사이에 리튬 이온을 주입할 수 있다. 리튬 이온 소스를 이용하는 대신, 전기화학적인 방법으로 리튬 이온을 상기 분말 형태의 보라이드 층 사이에 직접 주입할 수도 있다. 분말 형태의 보라이드 층 사이에 리튬 이온이 주입되면 보라이드 층 사이의 간격이 벌어지기 때문에, 보라이드 층, 곧 보라이드 나노시트가 쉽게 박리될 수 있다. 리튬 이온을 더 큰 분자(예: 물분자 혹은 유기 분자)로 치환할 경우, 보라이드의 층간 간격은 더 벌어질 수 있다. 이에 따라 보라이드 나노시트는 더 쉽게 박리될 수 있다. Prepare raw materials in solid phase powder form. At this time, the raw materials can be prepared by measuring the weight to fit the atomic ratio. Subsequently, the prepared raw materials are uniformly mixed and pelletized. The resulting pellets are placed in an arc melting machine and melted at high temperature using an arc. This process using an arc can be repeated several times until the pellets are evenly mixed and become single-phase. Thereafter, the resultant is cooled to room temperature, taken out of the equipment and pulverized into a powder form. Then, lithium (Li) ions are added between the boride layers formed in powder form. Such lithium ions can be introduced using a lithium ion source, for example, lithium ions can be injected between powdered boride layers using a lithium ion source such as n-butyllithium have. Instead of using a lithium ion source, lithium ions may be injected directly between the boride layers in the powder form by an electrochemical method. When the lithium ions are injected between the boride layers in powder form, the boride layer, that is, the boride nanosheet can easily peel off because the gap between the boride layers spreads. When replacing lithium ions with larger molecules (eg, water molecules or organic molecules), the interlayer spacing of the boride can be further increased. As a result, the boride nanosheets can be more easily peeled off.
리튬 이온을 분말 형태의 보라이드 층 사이에 넣은 다음, 보라이드를 초음파 처리(ultrasonication)하는 방법으로 보라이드 나노시트를 박리할 수도 있다.The boride nanosheets may also be peeled off by placing lithium ions between the boride layers in the form of powders, followed by sonication of the borides.
카바이드 나노시트는 상술한 보라이드 나노시트 제조과정을 따라 제조할 수 있다.The carbide nanosheet can be produced by following the boride nanosheet production process described above.
3) 전기 전도도 측정3) Electrical Conductivity Measurement
형성된 발열체 양 끝에 은(Ag) 페이스트(paste)를 바른 후 건조시켜서 전극을 형성한다. 두 전극 간의 저항을 측정하고, 발열체의 가로, 세로 및 두께를 측정하여 발열체의 전기 전도도를 측정한다. 앞서 설명한 제조방법으로 형성한 발열체의 경우, 측정된 전기 전도도는 1,358 S/m 정도이다.Ag paste is applied to both ends of the formed heating element and dried to form an electrode. The resistance between the two electrodes is measured, and the electrical conductivity of the heating element is measured by measuring the width, length and thickness of the heating element. In the case of the heating element formed by the above-described manufacturing method, the measured electric conductivity is about 1,358 S / m.
다음에는 개시된 발열체에 대한 비교예를 설명한다.Next, a comparative example of the disclosed heating element will be described.
구체적으로, 개시된 발열체와 비교하기 위한 발열체(이하, 비교 발열체)로 종횡비(aspect ratio)가 2 이하인 RuO2 입자(particle)(평균 크기 200nm)를 사용하여 발열체를 제조하였다. 개시된 발열체가 RuO2 나노 시트를 포함하는 경우와 비교하기 위해 비교 발열체는 10wt%의 RuO2 입자와 유리물 프리트를 섞어서 제조하였고, 소결을 위한 열처리는 700℃에서 5분 동안 실시하였다. 비교 발열체에 대한 전기 전도도는 2.93 S/m 정도로 측정되었다.Specifically, a heating element was manufactured using a RuO 2 particle (average size: 200 nm) having an aspect ratio of 2 or less with a heating element for comparison with the disclosed heating element (hereinafter referred to as a comparative heating element). For comparison with the case where the disclosed heating element includes RuO 2 nanosheet, the comparative heating body was prepared by mixing 10 wt% RuO 2 particles and glass water frit, and heat treatment for sintering was performed at 700 ° C for 5 minutes. The electrical conductivity of the comparative heating element was measured to be about 2.93 S / m.
일반적으로 소성 온도가 높고 열처리 시간이 길면 RuO2의 소결이 더 잘 이루어지기 때문에, 전기 전도도가 높아야 한다. 그러나 개시된 발열체의 경우, 비교 발열체에 비해 열처리 온도가 낮고, 소결 시간이 짧았음에도 불구하고, 전기 전도도는 비교 발열체보다 300배 이상 높다.In general, when the sintering temperature is high and the heat treatment time is long, the sintering of RuO 2 is performed more easily, so the electric conductivity should be high. However, the electric conductivity of the disclosed heating element is 300 times higher than that of the comparative heating element, even though the heat treatment temperature is lower and the sintering time is shorter than that of the comparative heating element.
이러한 결과가 나올 수 있는 이유의 하나는 개시된 발열체에 포함된 RuO2 나노 시트가 비교 발열체에 포함된 RuO2 입자보다 퍼컬레이션이 더 잘되기 때문일 수 있다.One of the reasons for this result is that the RuO 2 nanosheets included in the disclosed heating element are more likely to be percolated than the RuO 2 particles included in the comparative heating element.
도 6은 비교 발열체에 대한 SEM 사진을 보여준다.6 shows a SEM photograph of the comparative heating element.
도 6의 (b)와 (c)도는 각각 (a)에서 제1 및 제2 영역(A1, A2)을 확대한 사진이다. 도 6에서 참조번호 70은 유리물 프리트(예, 에나멜)을 나타내고, 72는 RuO2 입자를 나타낸다.6 (b) and 6 (c) are enlarged photographs of the first and second regions A1 and A2, respectively, in (a). In Fig. 6,
도 6의 (b)와 (c)를 참조하면, 유리물 프리트(70)에 RuO2 입자(72)가 없는 부분이 부분적으로 존재하는데, 이런 부분에 의해 RuO2 퍼컬레이션이 약화되어 비교 발열체의 전기 전도도가 낮아질 수 있다.Referring to FIGS. 6 (b) and 6 (c), there is a part of the
이러한 결과를 통해서, 개시된 발열체처럼 필러로 나노 물질(예, 나노시트나나노 로드)을 사용할 경우, 기존의 발열체에 비해 소결온도를 낮출 수 있고, 필러 함량이 동일할 때, 전기 전도도가 높아짐을 알 수 있다.These results show that when the nanomaterial (eg, nanosheets or nanorods) is used as a filler like the disclosed heating element, the sintering temperature can be lowered compared to the conventional heating element, and the electrical conductivity is increased when the filler content is the same .
다음에는 개시된 발열체의 전기 전도도와 발열체에 포함된 필러(나노 물질)의 전기 전도도의 관계를 설명한다. 이를 통해서 요구되는 발열을 얻기 위해, 개시된 발열체에 요구되는 필러의 전기 전도도 조건, 다시 말해 필러로 사용될 수 있는 나노 물질을 선택할 수 있다.Next, the relationship between the electrical conductivity of the disclosed heating element and the electrical conductivity of the filler (nanomaterial) included in the heating element will be described. In order to obtain the required heat through it, it is possible to select the electrical conductivity condition of the filler required for the disclosed heating element, that is, the nanomaterial which can be used as a filler.
구체적으로, 개시된 발열체에 필러로 사용할 수 있는 나노 물질(예, 나노 시트)의 요구 물성을 계산하기 위해, 개시된 발열체에 요구되는 전기 전도도를 산출하였다.Specifically, in order to calculate the required properties of the nanomaterial (e.g., nanosheet) usable as a filler in the disclosed heating element, the electrical conductivity required for the disclosed heating element was calculated.
개시된 발열체를 가열하기 위해 공급되는 외부 에너지(power), 예컨대 전력이 500W~1,000W 정도이고, 면상 발열체의 면적이 0.01m2 ~ 1m2 이며, 그 두께가 10㎛~1000㎛ 일 때, 개시된 발열체에 요구되는 전기 전도도는 약 50S/m ~ 500S/m 정도가 된다. When the external power supplied for heating the disclosed heating element, for example, the electric power is about 500 W to 1,000 W, the area of the surface heating element is 0.01 m 2 to 1 m 2 , and the thickness is 10 μm to 1000 μm, The electric conductivity required is about 50 S / m to 500 S / m.
개시된 발열체에서 필러로 사용되는 나노 물질(예, 나노시트)에 요구되는 전기 전도도는 다음 수학식 1로 계산될 수 있다.The electric conductivity required for a nanomaterial (e.g., a nanosheet) used as a filler in the disclosed heating element can be calculated by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
σc = σf x Vf x (Af/Am) x (Sf/Lf) σ c = σ f x V f x (A f / A m ) x (S f / L f )
수학식 1에서 σc 는 발열체의 전기 전도도이고, σf는 필러의 전기 전도도이다. Vf는 필러의 부피분율이고, Af는 필러의 분산면적이고, Am는 유기질 프리트(메트릭스)의 면적이다. 그리고 Sf는 필러의 소결된 면적(또는 소결된 부분의 길이)이고, Lf는 필러의 전체 면적(또는 필러의 전체 길이)을 나타낸다. Af/Am는 필러의 분산도를 나타낸다. 필러가 유기질 프리트의 전체 면적에 분산된 경우, 필러의 분산도(Af/Am)는 1이 된다. Sf/Lf는 필러의 소결도를 나타낸다.In Equation (1),? C Is the electric conductivity of the heating element, and? F is the electric conductivity of the filler. V f is the volume fraction of the filler, A f is the dispersed area of the filler, and A m is the area of the organic frit (matrix). And S f is the sintered area (or length of the sintered part) of the filler, and L f is the total area of the filler (or the total length of the filler). A f / A m represents the dispersion degree of the filler. When the filler is dispersed over the entire area of the organic frit, the dispersion degree (A f / A m ) of the filler is 1. S f / L f represents the degree of sintering of the filler.
필러의 분산도(Af/Am)와 필러의 소결도(Sf/Lf)를 각각 1(100%)로 가정하고, 필러의 부피분율(Vf)을 10vol%로 가정할 때, 발열체의 전기 전도도와 필러의 전기 전도도 사이의 상관관계는 도 7의 그래프로 나타낼 수 있다.Assuming that the filler volume fraction (V f ) is 10 vol%, assuming that the dispersion degree (A f / A m ) of the filler and the sintering degree (S f / L f ) The correlation between the electric conductivity of the heating element and the electric conductivity of the filler can be represented by the graph of FIG.
도 7의 그래프를 참조하면, 발열체에 요구되는 전기 전도도가 50S/m 정도일 때, 필러로 사용되는 나노 물질에 요구되는 전기 전도도는 1,250S/m 정도가 된다. 그리고 발열체에 요구되는 전기 전도도가 500S/m 정도일 때, 필러로 사용되는 나노 물질에 요구되는 전기 전도도는 12,500S/m 정도가 된다.Referring to the graph of FIG. 7, when the electric conductivity required for a heating element is about 50 S / m, the electric conductivity required for a nanomaterial used as a filler is about 1,250 S / m. When the electric conductivity required for the heating element is about 500 S / m, the electric conductivity required for the nanomaterial used as the filler is about 12,500 S / m.
개시된 발열체의 필러로 사용될 수 있는 재료는, 예를 들면 산화물, 보라이드, 카바이드 또는 칼코게나이드일 수 있는데, 이 중에서 전기 전도도가 1,250S/m을 넘는 물질은 다음 표 1 내지 표 3에 기재한 바와 같다. 표 1은 산화물 필러재료를, 표 2는 보라이드 및 카바이드 필러 재료를, 표 3은 칼코게나이드 필러 재료를 각각 나타낸다.The material that can be used as the filler of the disclosed heating element may be, for example, an oxide, boride, carbide or chalcogenide. Of these, the material having an electric conductivity of more than 1,250 S / m is shown in the following Tables 1 to 3 Same as. Table 1 shows the oxide filler material, Table 2 shows the boride and carbide filler materials, and Table 3 shows the chalcogenide filler material.
다음에는 개시된 발열체를 포함하는 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.Next, an apparatus including the disclosed heating element will be described with reference to the accompanying drawings.
개시된 발열체는 열을 방출하는 열원으로 사용될 수 있기 때문에, 열원이 필요한 장치에 사용될 수 있고, 발열 부품이나 전자소자로 사용될 수 있다. 예컨대, 개시된 발열체는 프린터에 적용될 수 있는데, 일 예로 프린터의 퓨즈에 적용될 수 있다. 또한, 개시된 발열체는 박막 레지스터(thin film resistor) 또는 두꺼운 막 레지스터(thick film resistor)에 적용될 수도 있다.Since the disclosed heating element can be used as a heat source for emitting heat, it can be used in a device requiring a heat source, and can be used as a heat generating component or an electronic component. For example, the disclosed heating element can be applied to a printer, which can be applied to a fuse of a printer as an example. In addition, the disclosed heating element may be applied to a thin film resistor or a thick film resistor.
도 8은 일 실시예에 의한 발열체를 열원으로 포함하는 장치에 대한 일 예를 보여준다.FIG. 8 shows an example of a device including a heating element according to an embodiment as a heat source.
도 8을 참조하면, 장치(80)는 몸체(82)와 몸체(82)에 포함된 제1 발열체(84)를 포함한다. 장치(80)는 전기장치나 전자장치, 예를 들면, 오븐일 수 있다. 장치(80)의 몸체(82)는 물체, 예를 들어 음식물을 놓을 수 있는 내부 공간(92)을 포함할 수 있다. 장치(80)가 동작될 때, 내부 공간(92)의 물체를 데우기 위한 혹은 내부 공간(92)의 온도를 높이기 위한 에너지(예, 열)가 공급될 수 있다. 제1 발열체(84)는 제1 발열체(84)로부터 발열되는 열이 내부 공간(92)을 향하도록 배치될 수 있다. 제1 발열체(84)는 도 1 및 도 2에서 설명한 발열체일 수 있고, 도 3의 제조방법에 따라 제조된 발열체일 수 있다. 몸체(82)에는 제2 발열체(86)가 제1 발열체(84)와 마주하여 더 배치될 수 있으며, 제1 발열체(84)와 마찬가지로 제2 발열체(86)로부터 방출되는 열이 내부 공간(92)을 향하도록 배치될 수 있다. 제2 발열체(86)는 도 1 및 도 2에서 설명한 발열체일 수 있고, 도 3의 제조방법에 따라 제조된 발열체일 수 있다. 제1 및 제2 발열체(84, 86)는 서로 동일하거나 서로 다른 발열체일 수 있다. 또한, 점선으로 나타낸 바와 같이, 몸체(82)에 제3 발열체(88)와 제4 발열체(90)가 더 배치될 수도 있고, 제3 발열체(88)와 제4 발열체(90) 중 어느 하나만 구비될 수도 있다.Referring to FIG. 8, the
다른 실시예에서, 몸체(82)에 제3 및 제4 발열체(88, 90)만 구비될 수도 있다. 몸체(82)의 외부 경계면과 각 발열체(84, 86, 88, 90) 사이에는 단열부재와 열 반사부재 중 어느 하나가 배치될 수도 있다.In another embodiment, the
제1 내지 제4 발열체(84, 86, 88, 90)는 2차원 면적을 가지는 면상 발열체일 수 있다.The first to
도 9는 도 8의 제1 영역(80A)을 확대한 단면을 보여준다.Fig. 9 shows an enlarged cross-sectional view of the
도 9를 참조하면, 몸체(82)에서 제3 발열체(88)와 외부영역 사이에 단열재(82D) 및 케이스(82E)가 순차적으로 존재한다. 케이스(82E)는 장치(80)의 외부 케이스일 수 있다. 케이스(82E)와 제3 발열체(88) 사이에 배치된 단열재(82D)는 몸체(82)에 배치된 다른 발열체(84, 86, 90) 영역까지 확장될 수 있다. 단열재(82D)는 제3 발열체(88)로부터 방출된 열이 장치(80)의 바깥으로 방출되는 것을 차단하기 위해 배치된 것이다.Referring to FIG. 9, in the
제3 발열체(88)와 내부 공간(92) 사이에 제2 절연층(82C), 기판(82B) 및 제1 절연층(82A)이 존재한다. 제1 절연층(82A), 기판(82B), 제2 절연층(82C) 및 제3 발열체(88)는 내부 공간(92)에서 장치(80)의 바깥쪽으로 순차적으로 적층되어 있다. 이와 같은 층 구성은 제1, 제2 및 제4 발열체(84, 86, 90)가 배치된 부분에도 적용될 수 있다.A second insulating
제1 및 제2 절연층(82A, 82C)은 동일한 절연물질로 형성된 것 또는 서로 다른 절연물질로 형성된 것일 수 있다. 제1 및 제2 절연층(82A, 82C) 중 적어도 하나는 에나멜층일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않으며, 그 두께는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 기판(82B)은 제1 내지 제4 발열체(84, 86, 88, 90)를 지지하면서 장치(80)의 몸체(82)의 구조를 유지하는 지지부재일 수 있다. 기판(82B)은, 예를 들면 금속판일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 도 9에 도시한 바와 같이 발열체(88)를 포함하는 적층구조는 도 8에 도시한 장치뿐만 아니라 물질(예, 물)을 가열하기 위한 다른 장치(예, 전기포트(pot))에 적용될 수도 있다. 발열체(88)가 장치의 바닥쪽에 배치되고, 열을 흡수할 물질이 발열체(88) 위쪽에 배치되는 경우, 단열재(82D)는 발열체(88) 아래에 배치될 수 있다. The first and second insulating
도 10은 개시된 발열체를 포함하는 장치에 대한 다른 예를 보여준다. 도 10의 장치는 난방장치일 수 있다.Figure 10 shows another example of a device comprising the disclosed heating element. The apparatus of Fig. 10 may be a heating device.
도 10의 (a)를 참조하면, 벽(100)의 내부에 제1 장치(102)가 배치되어 있다. 제1 장치(102)는 벽(100)의 제1 면의 바깥쪽(외부)으로 열을 방출하는 발열장치일 수 있다. 벽(100)이 방을 구획하는 벽의 하나인 경우, 제1 장치(102)는 상기 방 안의 온도를 높이기 위해 혹은 난방을 위해 열을 방출하는 발열장치일 수 있다. 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 장치(102)는 벽(100)의 표면에 설치될 수도 있다.Referring to Figure 10 (a), the
도시하지는 않았지만, 제1 장치(102)는 벽(100)과 분리되어 설치될 수도 있다. 제1 장치(102)가 벽(100)과 분리되어 배치되는 경우, 제1 장치(102)는 독립적으로 이동될 수 있는 장치일 수 있다. 따라서 방에서 사용자가 원하는 곳으로 제1 장치(102)를 이동시킬 수 있다.Although not shown, the
제1 장치(102)는 열을 방출하기 위해 그 내부에 발열체(미도시)를 포함할 수 있다. 발열체는 도 1 및 도 2에서 설명한 개시된 발열체일 수 있고, 도 3의 제조방법에 따라 제조된 발열체일 수 있다. 제1 장치(102)는 전체가 벽(100) 내부에 매립될 수 있으나, 제1 장치(102)의 조작을 위한 패널은 벽(100) 표면에 배치될 수 있다. 벽(100)의 내부에 제2 장치(104)가 더 구비될 수 있다. 제2 장치(104)는 벽(100)의 제2 면의 바깥쪽(외부)으로 열을 방출하기 위해 마련된 발열장치일 수 있다. 벽(100)이 방을 구획하는 벽의 하나인 경우, 제2 장치(104)는 벽(100)을 사이에 두고 이웃하는 다른 방 혹은 다른 영역을 난방하기 위한 열을 방출하는 장치일 수 있다. 제2 장치(104)도 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이 벽(100)의 표면에 설치될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 제2 장치(104)도 제1 장치(102)와 마찬가지로 벽(100)과 분리하여 독립되게 운용할 수 있다. 제2 면은 제1 면의 반대면 혹은 제1 면과 마주하는 면일 수 있다. 제2 장치(104)는 열을 방출하는 발열체(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 발열체는 벽(100)의 제2 면의 바깥쪽의 온도를 높이기 위한 열원일 수 있다. 이때, 발열체는 도 1 및 도 2에서 설명한 개시된 발열체일 수 있고, 도 3의 제조방법에 따라 제조된 발열체일 수 있다. 제2 장치(104)는 대부분이 벽(100) 내부에 매립될 수 있으나, 제2 장치(104)의 조작을 위한 패널은 벽(100) 표면에 배치될 수 있다. 도 10에서 화살표는 제1 및 제2 장치(102, 104)로부터 방출되는 열을 나타낸다.The
한편, 제1 및 제2 장치(102, 104)는 각각 탈착이 가능한 구조일 수 있다. 이 경우, 제1 장치(102)나 제2 장치(104)는 창문의 안쪽에 장착될 수도 있다. 예컨대, 도 10의 (b)에서 참조번호 100이 벽이 아니라 창문을 나타낸다고 할 때, 제1 장치(102)는 창문(100) 안쪽에 장착된 발열장치가 될 수 있다. 이 경우, 제2 장치(104)는 필요치 않다. 제1 장치(102)가 창문에 장착되는 경우, 제1 장치(102)는 창문의 안쪽면 전체에 장착될 수도 있지만, 안쪽면 일부에만 장착될 수도 있다.On the other hand, the first and
다른 실시예에서, 개시된 발열체는 사용자에게 따뜻함을 제공하는 수단이나 장치에 적용될 수도 있다. 예를 들면, 개시된 발열체는 핫팩에 적용될 수 있고, 사용자가 신체에 착용할 수 있는 옷(예컨대, 재킷이나 조끼 등), 장갑, 신발 등에도 마련될 수 있다. 이때, 개시된 발열체는 옷의 내부나 옷의 안쪽에 구비될 수 있다.In another embodiment, the disclosed heating element may be applied to a device or device that provides warmth to the user. For example, the disclosed heating element may be applied to a hot pack, and may be provided with clothes (such as a jacket or a vest), a glove, a shoe, etc. that a user can wear on the body. At this time, the disclosed heating element may be provided inside the clothes or inside the clothes.
또 다른 실시예에서, 개시된 발열체는 착용형 디바이스(wearable device)에 적용될 수 있다. 또한, 개시된 발열체는 아웃도어 장비에도 적용될 수 있는데, 추운 환경에서 열을 방출하는 장치에 적용될 수도 있다. In yet another embodiment, the disclosed heating element may be applied to a wearable device. The disclosed heating element may also be applied to outdoor equipment, which may be applied to devices that emit heat in cold environments.
상기한 설명의 많은 구체적인 기술적 내용들은 발명 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예로서 해석되어야 한다. 때문에 발명 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.Many specific technical details of the above description should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather should be construed as preferred embodiments. Therefore, the scope of the invention is not to be determined by the described embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.
20, 24:절연층 30, 50:기판
40:발열체 40A, 40B:제1 및 제2 전극
42, 60, 70:매트릭스(matrix) 44, 52:필러(나노물질)
52, 62:RuO2 나노 시트 72: RuO2 입자
80A:제1 영역 82:몸체
82A, 82C:제1 및 제2 절연층 82B:기판
82D:단열재 82E:케이스
84,86,88,90:제1 내지 제4 발열체 92:내부공간
100:벽 102, 104:제1 및 제2 장치
A1, A2:제1 및 제2 영역 A11:제1 영역20, 24: insulating
40:
42, 60, 70:
52, 62: RuO2 nanosheet 72: RuO2 particles
80A: first region 82: body
82A and 82C: first and second insulating
82D:
84, 86, 88, 90: first to fourth heating elements 92: inner space
100:
A1, A2: first and second regions A11: first region
Claims (30)
나노 물질 형태의 필러;를 포함하고,
상기 나노 물질 형태는,
나노 시트 또는 나노 로드인 발열체.Matrix material; And
A filler in the form of nanomaterials,
The nanomaterial form may be,
A heating element that is a nanosheet or nanorod.
상기 매트릭스 재료는 유리물 프리트(glass frit)와 유기 폴리머 (organic polymer) 중 어느 하나를 포함하는 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the matrix material comprises one of glass frit and organic polymer.
상기 유리물 프리트는 실리콘 산화물(silicon oxide), 리튬 산화물(lithium oxide), 니켈 산화물(nickel oxide), 코발트 산화물(cobalt oxide), 보론 산화물(boron oxide), 칼륨 산화물(Potassium oxide), 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 티타늄 산화물(Titanium oxide), 망간 산화물(Manganese oxide), 구리 산화물(Copper oxide), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide), 인 산화물(Phosphorus oxide), 아연 산화물(Zinc oxide), 비스무스(Bismuth oxide), 납 산화물(Lead oxide) 및 나트륨 산화물(sodium oxide) 중 어느 하나를 포함하는 발열체.3. The method of claim 2,
The free-water frit may be selected from the group consisting of silicon oxide, lithium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, boron oxide, potassium oxide, aluminum oxide Aluminum oxide, titanium oxide, manganese oxide, copper oxide, zirconium oxide, phosphorus oxide, zinc oxide, bismuth oxide, ), A lead oxide, and a sodium oxide.
상기 유리물 프리트는 실리콘 산화물에 첨가물이 첨가된 것이고, 상기 첨가물은 Li, Ni, Co, B, K, Al, Ti, Mn, Cu, Zr, P, Zn, Bi, Pb 및 Na 중 적어도 하나를 포함하는 발열체.3. The method of claim 2,
Wherein the additive is at least one of Li, Ni, Co, B, K, Al, Ti, Mn, Cu, Zr, P, Zn, Bi, Pb and Na. Included heating element.
상기 유기 폴리머는 PI(polyimide), PPS(polyphenylenesulfide), PBT(Polybutylene terephthalate), PAI(polyamideimide), LCP(liquid crystalline polymer), PET(Polyethylene terephthalate), PPS(Polyphenylene Sulfide) 및 PEEK(polyeheretherketone) 중 어느 하나를 포함하는 발열체.3. The method of claim 2,
The organic polymer may be any one of polyimide (PI), polyphenylenesulfide (PPS), polybutylene terephthalate (PBT), polyamideimide (PAI), liquid crystalline polymer (LCP), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone A heating element containing one.
상기 필러는,
산화물(oxide), 보라이드(boride), 카바이드(carbide) 및 칼코게나이드(chalcogenide) 중 적어도 하나 혹은 적어도 둘을 포함하는 발열체.The method according to claim 1,
The filler
A heating element comprising at least one or at least two of oxide, boride, carbide and chalcogenide.
상기 필러의 두께는 1nm ~1,000nm 정도인 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the filler has a thickness of about 1 nm to 1,000 nm.
상기 필러의 길이는 0.1㎛~ 500㎛ 정도인 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the filler has a length of about 0.1 mu m to about 500 mu m.
상기 필러의 함량은 0.1vol% ~ 100vol% 미만인 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the filler content is less than 0.1 vol% to less than 100 vol%.
상기 필러는 적어도 1,250S/m의 전기 전도도를 갖는 나노 물질을 포함하는 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the filler comprises a nanomaterial having an electrical conductivity of at least 1,250 S / m.
상기 발열체는 2차원 면적을 갖는 면상 발열체인 발열체.The method according to claim 1,
Wherein the heating element is an area heating element having a two-dimensional area.
상기 산화물은,
RuO2, MnO2, ReO2, VO2, OsO2, TaO2, IrO2, NbO2, WO2, GaO2, MoO2, InO2, CrO2, 또는 RhO2를 포함하는 발열체.The method according to claim 6,
Preferably,
A heating element comprising RuO 2 , MnO 2 , ReO 2 , VO 2 , OsO 2 , TaO 2 , IrO 2 , NbO 2 , WO 2 , GaO 2 , MoO 2 , InO 2 , CrO 2 or RhO 2 .
상기 보라이드는,
Ta3B4, Nb3B4, TaB, NbB, V3B4 또는 VB를 포함하는 발열체.The method according to claim 6,
The boride may be,
Ta 3 B 4 , Nb 3 B 4 , TaB, NbB, V 3 B 4 or VB.
상기 카바이드는 Dy2C 또는 Ho2C를 포함하는 발열체.The method according to claim 6,
Heating said carbide comprises a Dy or Ho 2 C 2 C.
상기 칼코게나이드는,
AuTe2, PdTe2, PtTe2, YTe3, CuTe2, NiTe2, IrTe2, PrTe3, NdTe3, SmTe3, GdTe3, TbTe3, DyTe3, HoTe3, ErTe3, CeTe3, LaTe3, TiSe2, TiTe2, ZrTe2, HfTe2, TaSe2, TaTe2, TiS2, NbS2, TaS2, Hf3Te2, VSe2, VTe2, NbTe2, LaTe2 또는 CeTe2를 포함하는 발열체.The method according to claim 6,
The chalcogenide,
AuTe 2, PdTe 2, PtTe 2 , YTe 3, CuTe 2, NiTe 2, IrTe 2, PrTe 3, NdTe 3, SmTe 3, GdTe 3, TbTe 3, DyTe 3, HoTe 3, ErTe 3, CeTe 3, LaTe 3 , containing TiSe 2, TiTe 2, ZrTe 2 , HfTe 2, TaSe 2, TaTe 2, TiS 2, NbS 2, TaS 2, Hf 3 Te 2, VSe 2, VTe 2, NbTe 2, LaTe 2 or CeTe 2 Heating element.
상기 필러와 매트릭스 재료를 혼합하는 단계;
상기 필러와 상기 매트릭스 재료를 포함하는 혼합물을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
상기 기판 상의 코팅물을 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 나노 물질 형태는,
나노 시트 또는 나노 로드인 발열체 제조방법.Preparing a filler in nanomaterial form;
Mixing the filler and the matrix material;
Coating a mixture comprising the filler and the matrix material on a substrate; And
Heat treating the coating on the substrate,
The nanomaterial form may be,
A method of manufacturing a heating element which is a nanosheet or a nanorod.
상기 필러를 제조하는 단계는,
나노 물질이 포함된 수용액을 형성하는 단계;
상기 나노 물질 수용액에 대한 나노 물질의 농도(g/L)를 계산하는 단계;
원하는 무게의 나노 물질이 포함되도록 상기 나노 물질수용액 부피를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 나노 물질 수용액에서 솔벤트(solvent)를 제거하는 단계;를 포함하는 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
The step of producing the filler comprises:
Forming an aqueous solution containing the nanomaterial;
Calculating a concentration (g / L) of the nanomaterial to the nanomaterial aqueous solution;
Measuring an aqueous solution volume of the nanomaterial to include a nanomaterial of a desired weight; And
And removing the solvent from the measured aqueous nanomaterial solution.
상기 기판 상의 코팅물을 열처리하는 단계는,
상기 기판 상의 코팅물을 건조하는 단계; 및
상기 건조된 결과물을 소결하는 단계;를 포함하는 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the step of heat treating the coating on the substrate comprises:
Drying the coating on the substrate; And
And sintering the dried resultant.
상기 기판은 상기 매트릭스 재료와 동일한 조성을 갖거나 다른 조성을 갖는 기판인 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the substrate has the same composition as the matrix material or has a different composition.
상기 기판은 실리콘 웨이퍼 또는 금속기판인 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the substrate is a silicon wafer or a metal substrate.
상기 코팅은 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯(ink jet), 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)법으로 수행하는 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the coating is performed by screen printing, ink jet, dip coating, spin coating, or spray coating.
상기 필러는,
산화물(oxide), 보라이드(boride), 카바이드(carbide) 및 칼코게나이드(chalcogenide) 중 적어도 하나 혹은 적어도 둘을 포함하는 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
The filler
A method of manufacturing a heating element comprising at least one or at least two of oxide, boride, carbide, and chalcogenide.
상기 필러의 두께는 1nm ~ 1,000nm 정도인 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the thickness of the filler is about 1 nm to 1,000 nm.
상기 필러의 함량은 0.1 vol% 이상 ~ 100 vol% 미만인 발열체 제조방법.17. The method of claim 16,
Wherein the content of the filler is 0.1 vol% or more and less than 100 vol%.
상기 발열체는 청구항 1 내지 15중 어느 하나에 해당하는 발열체를 포함하는 장치.In an apparatus including a heating element,
Wherein said heating element comprises a heating element according to any one of claims 1 to 15. [
상기 발열체의 한쪽에 단열부재와 열 반사부재 중 어느 하나를 더 포함하는 장치.26. The method of claim 25,
Further comprising one of a heat insulating member and a heat reflecting member on one side of the heat generating element.
상기 발열체는 상기 장치 내부의 주어진 영역에 열을 공급하는 열원으로 마련된 장치.26. The method of claim 25,
Wherein the heating element is provided as a heat source for supplying heat to a given area inside the apparatus.
상기 발열체는 상기 장치 외부의 주어진 영역에 열을 공급하는 열원으로 마련된 장치.26. The method of claim 25,
Wherein the heating element is provided as a heat source for supplying heat to a given area outside the apparatus.
상기 장치는 내부에 음식물을 놓을 공간을 가진 오븐인 장치.26. The method of claim 25,
Wherein the device is an oven having a space for placing food therein.
상기 발열체는 2차원 면적을 가지는 면상 발열체인 장치.26. The method of claim 25,
Wherein the heating element is an area heating element having a two-dimensional area.
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