KR20190048574A - 구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 방열 코팅 조성물 - Google Patents

구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 방열 코팅 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 방열 코팅 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 3차원의 구형 형상으로 응집시킨 다음, 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사함으로써 높은 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말을 효율적이고 간단하게 대량 생산할 수 있다. 상기 구형 그래핀 분말은 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 공기와의 접촉면적이 넓어 방열 재료로서 유리하게 적용 가능하다.

Description

구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 방열 코팅 조성물{Spherical Graphene Powder, Preparation Method Thereof and Heat Radiant Coating Composition Comprising the Same}
본 발명은 구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 방열 코팅 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 구형 그래핀 분말, 이의 제조방법 및 상기 구형 그래핀 분말을 포함하는 방열 코팅 조성물에 관한 것이다.
전자부품과 장비의 고성능화 및 초소형화로 제한된 공간에 더 많은 소자들이 집적되면서 전자부품의 단위 면적당 발열량이 급증하였다. 그 중 하나의 예로 LED 소자를 들 수 있다. LED 소자의 발열량은 상당한 수준으로 LED 소자의 온도 상승으로 인한 발광 효율의 저하, 칩 수명의 저하의 원인이 되기 때문에 고효율 방열 설계 기술의 중요성은 크다 할 수 있다. 이처럼 전자부품의 소형화 및 새로운 응용제품의 적용은 열적 문제의 해결 없이는 불가능하다.
일반적으로 전자제품의 방열을 위하여 금속 소재가 사용된다. 그러나, 금속 소재의 경우 높은 열전도도를 통한 열 에너지의 분산은 우수하나 표면에서의 열 방사(Thermal Emission) 특성이 0.1 내지 0.3으로 비교적 낮다. 이에 외부로의 열 방사 특성을 보완하고자 금속 표면을 산화 처리(아노다이징)하여 비표면적을 높여 방사 특성을 향상시키거나, 혹은 방사율이 우수한 방열 재료를 코팅하는 방법을 적용하고 있다.
그래핀은 우수한 열전도도를 가지며 화학적으로 매우 안정하여 열 방출을 위한 재료로 응용을 기대할 수 있다(대한민국 등록특허 제10-1332362호 참조). 이차원 판상 구조를 갖는 그래핀은 탄소간의 밀접한 sp2 결합을 하고 있으며 이러한 결합 구조를 통해 높은 열 전도 특성을 갖는다. 하지만 판상 구조의 구조적 특성 때문에 층 방향의 면으로는 높은 열 전도 특성을 기대할 수 있으나 수직 방향으로는 상대적으로 낮은 열 전도 특성을 갖는다.
따라서, 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 그래핀 방열 재료의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1332362호
본 발명의 목적은 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 구형 그래핀 분말 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 구형 그래핀 분말을 포함하는 방열 코팅 조성물 및 상기 방열 코팅 조성물이 적용된 방열 기판을 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계; (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및 (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하는 구형 그래핀 분말의 제조방법을 제공한다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되어, 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 구형 그래핀 분말, 용매 및 바인더를 포함하는 방열 코팅 조성물을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 상에 형성된, 상기 방열 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 방열 기판을 제공한다.
본 발명에 따르면 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 3차원의 구형 형상으로 응집시킨 다음, 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사함으로써 높은 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말을 효율적이고 간단하게 대량 생산할 수 있다. 상기 구형 그래핀 분말은 높은 비표면적을 가지면서 3차원의 구형으로 형상화되어 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 공기와의 접촉면적이 넓어 방열 재료로서 유리하게 적용 가능하다.
도 1은 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말과 제조비교예 1의 판상 그래핀의 주사전자현미경(SEM) 분석 결과이다. 이때, a 및 b는 각각 제조비교예 1의 판상 그래핀의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다.
도 2는 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말의 SEM 이미지이다. 이때, a 및 b는 각각 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 단면 주사전자현미경(SEM) 분석 결과이다. 이때, a 및 b는 각각 비교예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 단면의 500 및 1,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 실시예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 단면의 500 및 1,000 배율 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계; (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및 (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하는 구형 그래핀 분말의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단계 (i)은 산화 그래핀 분산액을 제조하는 단계이다.
상기 산화 그래핀은 흑연을 산화시켜 얻어질 수 있으며, 당해 기술분야에 알려진 방법으로 제조된 것을 사용하거나 시판되는 제품을 입수하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 산화 그래핀 제조방법으로는 허머스(Hummers) 법(J. A. Chem. Soc. 1958, 80, 1339) 또는 변형된 허머스(modified Hummers) 법(Chem. Mater. 1999, 11(3), 771) 등을 이용할 수 있다.
상기 단계 (i)에서 용매로는 물, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N-에틸-2-피롤리돈(NEP), 또는 이들의 혼합 용매 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 산화 그래핀 분산액에 금속염을 추가로 혼합할 수 있다.
상기 금속염은 산화그래핀의 말단에 붙어 금속염을 중심으로 산화그래핀이 뭉치면서 3차원 구형 형상으로 응집되도록 유도하는 구심점의 역할을 할 수 있다.
상기 금속염으로는, 용매 중에서 금속염이 이온화되면서 (+) 전하를 띠고 (-) 전하를 띠는 산화 그래핀을 정전기적 인력을 통해 끌어당기는 특성을 발휘하도록, 용매에 용해가 용이한 금속염, 예를 들어 금속 질산염을 사용할 수 있다.
상기 금속 질산염으로는 질산알루미늄, 질산구리 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 금속염은 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 내지 2,000 중량부의 양으로 혼합될 수 있다. 상기 금속염이 100 중량부 미만의 양으로 혼합되면 구심점 역할을 하기 어려울 수 있고, 2,000 중량부 초과의 양으로 혼합되면 금속염 과포화로 열 방사 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단계 (ii)는 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 산화 그래핀을 3차원의 구형 형상으로 응집시켜 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계이다.
상기 분무건조는 통상의 분무건조 장치를 사용하여 수행할 수 있으며, In-let 온도를 100 내지 150℃, Out-let 온도를 50 내지 70℃, 예를 들어 60℃로 제어하면서 투입속도 25 내지 30Hz, 예를 들어 27 내지 28 Hz로 조절하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단계 (iii)은 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 수득하는 단계이다.
상기 마이크로웨이브 조사에 의한 환원시 산화 그래핀 골격 내의 산소가 빠르게 빠져나가면서 인접하는 탄소들이 붙어 결함(defect)이 없는 그래핀 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라 높은 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말을 형성할 수 있다.
상기 환원 분위기는 수소, 또는 수소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 단계 (iii)에서 마이크로웨이브 조사는 700 W 출력으로 30초 내지 3분간 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단계 (ii)와 단계 (iii) 사이에 구형 산화 그래핀 분말을 300 내지 400℃에서 1차 열처리하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 이때 상기 1차 열처리는 환원 분위기 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 제조방법은 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 3차원의 구형 형상으로 응집시킨 다음, 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하는 방식을 사용하여 구형 그래핀 분말을 비교적 간단한 공정으로 대량으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조방법을 사용함으로써 높은 비표면적을 가지면서 구형 형상을 가져 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 공기와의 접촉면적이 넓은 구형 그래핀 분말을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태는 상기 제조방법으로 제조되어, 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말에 관한 것이다.
상기 구형 그래핀 분말의 BET 비표면적은 예를 들어 400 내지 700 ㎤/g일 수 있다.
상기 BET 비표면적은 간행물 [The Journal of the American Chemical Society, 60, 309 (1938)]에 기재된 브루나우어-에머트-텔러(Brunauer-Emmet-Teller) 방법에 기초한 ASTMD 3663-78 표준에 따른 질소 흡착에 의해 결정되는 비표면적을 의미한다.
상기 구형 그래핀 분말은 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 높은 비표면적을 가져 방열 재료로서 유리하게 사용이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 구형 그래핀 분말, 용매 및 바인더를 포함하는 방열 코팅 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 용매로는 이소프로필 아세테이트 등의 에스테르계 용매, 물 등의 수계 용매, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 아미드계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매 또는 퓨란계 용매 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 바인더로는 세라믹(SiO2) 바인더를 사용할 수 있으며, 예를 들어 산화 알루미늄, 티타늄산화물, 칼슘산화물, 마그네슘산화물, 아연산화물, 철산화물, 주석산화물, 망간산화물, 코발트산화물, 바륨산화물, 납산화물 등으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 세라믹(SiO2) 바인더를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 방열 코팅 조성물은 수평 방향으로 열 방사 특성이 우수한 1차원 또는 2차원 구조의 탄소 재료, 즉 선상 또는 판상 탄소 재료를 추가로 포함할 수 있다.
상기 선상 또는 판상 탄소 재료로는 판상 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 구형 그래핀 분말과 상기 선상 또는 판상 탄소 재료의 혼합비는 중량 기준으로 10:90 내지 90:10, 바람직하게는 40:60 내지 60:40일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 방열 코팅 조성물은 분산제, 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방부제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 상에 형성된, 상기 방열 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 방열 기판에 관한 것이다.
상기 베이스 기판의 재질은 금속, 비금속 및 고분자 유기화합물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 금속의 경우 알루미늄, 구리, 아연, 은, 금, 철, 이들의 산화물 및 상기 금속들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 비금속은 통상적으로 세라믹으로 통칭되는 성분일 수 있다. 또한, 상기 고분자 유기화합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(ABS), 아크릴로니트릴-스티렌 수지(AN), 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 불소 수지, 페녹시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지(UP), 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 베이스 기판은 전자소자용 기판으로서 예를 들어, LED용 기판, OLED 조명용 기판, 디스플레이용 기판 또는 플렉서블 배터리용 기판 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅층은 베이스 기판 상에 방열 코팅 조성물을 스프레이 코팅, 바 코팅, 롤 코팅 또는 커튼 코팅 방법 등으로 도포한 후, 열풍 가열, 적외선 가열 또는 유도 가열 방법에 의해 열경화시켜 형성할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 코팅층은 베이스 기판 상에 방열 코팅 조성물을 스프레이 코팅한 다음 150 내지 200℃ 오븐 내에서 30분 내지 1시간 동안 열경화시켜 형성할 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 0.5 내지 30㎛일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 0.5㎛ 미만인 경우 방열 성능이 떨어질 수 있으며, 30㎛를 초과하는 경우 경제성이 떨어질 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
제조예 1: 산화 그래핀의 제조
흑연 10g, 황산 (H2SO4) 400mL 및 과망간산칼륨 (KMnO4) 50g을 55℃ 미만 조건에서 24시간 교반하여 흑연 산화 반응을 실시하였다. 산화 반응물에 40% 과산화수소 50 mL를 첨가하여 반응을 종료시켰다. 상기 반응물을 원심분리하고 여과하여 정제한 후 건조하여 산화 그래핀을 제조하였다.
제조실시예 1: 구형 그래핀 분말의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 10g/L로 분산시켰다. 상기 분산액을 In-let 온도를 125℃, Out-let 온도를 60℃로 제어하면서 투입속도 27Hz로 분무 건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하였다.
상기 구형 산화 그래핀 분말을 로터리 킬른을 이용하여 350℃에서 1시간 동안 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 1차 열처리 공정 후, 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 마이크로웨이브 반응기 내에서 700W 출력 조건으로 30초 내지 1분간 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 제조하였다.
제조실시예 2: 구형 그래핀 분말의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 10g/L로 분산시켰다. 상기 분산액에 금속염으로서 질산알루미늄을 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 중량부의 양으로 넣고 1시간 동안 교반하여 혼합하였다. 상기 혼합액을 In-let 온도를 125℃, Out-let 온도를 60℃로 제어하면서 투입속도 27Hz로 분무 건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하였다.
상기 구형 산화 그래핀 분말을 로터리 킬른을 이용하여 350℃에서 1시간 동안 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 1차 열처리 공정 후, 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 마이크로웨이브 반응기 내에서 700W 출력 조건으로 30초 내지 1분간 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 제조하였다.
제조비교예 1: 판상 그래핀의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 5g/L로 분산시켰다. 상기 분산액을 교반하면서 아스코르브산을 산화 그래핀 100 중량%에 대하여 30 중량%의 양으로 첨가하였다. 상기 혼합액을 90℃에서 1시간 동안 가열하였다. 상기 반응물을 7000rpm으로 10분간 원심 분리한 후 과량의 증류수를 이용하여 반복 세척하여 판상 그래핀을 수득하였다.
제조비교예 2: 열처리 환원된 구형 그래핀 분말의 제조
1차 열처리 및 마이크로웨이브 환원 대신, 로터리 킬른을 이용하여 1000℃에서 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 열처리 환원하는 것을 제외하고 상기 제조실시예 1과 동일하게 수행하여 구형 그래핀 분말을 제조하였다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3: 방열 코팅 조성물의 제조
하기 표 1의 조성으로 하기와 같이 방열 코팅 조성물을 제조하였다(단위: 중량%).
이소프로필 아세테이트(IPA), 세라믹(SiO2) 바인더 및 각각의 방열 재료를 혼합한 후 호모지나이저(homogenizer)를 이용하여 상온에서 10 내지 30분 동안 교반한 다음, 마이크로플루다이저(microfluidizer)를 이용하여 상온에서 10 내지 30분 동안 연속식 교반하여 방열 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
방열 재료 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말 0.5
제조실시예 2의 구형 그래핀 분말 0.5 0.25
탄소나노튜브 0.25
제조비교예 1의 판상 그래핀 0.5
제조비교예 2의 구형 그래핀 분말 0.5
흑연 0.5
바인더 세라믹(SiO2) 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5
용매 이소프로필 아세테이트 80 80 80 80 80 80
실험예 1: 구형 그래핀 분말의 형태 분석
제조실시예 1 내지 2의 구형 그래핀 분말과 제조비교예 1의 판상 그래핀의 형태를 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석하였다.
그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1에서, a 및 b는 각각 제조비교예 1의 판상 그래핀의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다. 도 2에서, a 및 b는 각각 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다.
도 1 및 도 2를 통해, 제조비교예 1의 판상 그래핀은 2차원 구조의 판상 형태를 가지는데 반해, 제조실시예 1 및 2의 구형 그래핀 분말은 3차원 구조의 구형 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 질산알루미늄을 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 중량부의 양으로 사용한 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말이 가장 우수한 구형 외관을 갖는 것을 알 수 있다.
실험예 2: 방열 코팅 단면의 형태 분석
실시예 1 및 비교예 1의 방열 코팅 조성물을 각각 아세톤으로 세척된 알루미늄 기판 상에 스프레이 코팅한 다음 150 내지 200℃ 오븐 내에서 30분 내지 1시간 동안 열경화시켜 방열 기판을 제조하였다. 상기 각각의 방열 기판의 단면 형태를 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석하였다.
그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서, a 및 b는 각각 비교예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 단면의 500 및 1,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 실시예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 단면의 500 및 1,000 배율 SEM 이미지이다.
도 3을 통해, 비교예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판에 비해 실시예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판이 더욱 입체적인 표면 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 방열 재료의 BET 비표면적 분석
제조실시예 및 제조비교예의 방열 재료의 BET 비표면적을 비표면적 측정장치(BELSORP mini II)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
BET 비표면적(㎤/g)
제조실시예 1 780
제조실시예 2 690
탄소나노튜브 230
제조비교예 1 280
제조비교예 2 570
흑연 3
실험예 4: 적외선 카메라를 이용한 방열 성능 평가
실시예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물과 비교예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 각각 아세톤으로 세척된 알루미늄 기판(3×7 cm)의 절반의 면적(3×3.5 cm) 상에 스프레이 코팅한 다음 150 내지 200℃ 오븐 내에서 30분 내지 1시간 동안 열경화시켜 각각 20㎛ 두께의 코팅층을 갖는 방열 기판 샘플을 제조하였다.
외부 온도를 20℃로 설정하고, 상기 방열 기판 샘플을 100℃의 핫 플레이트 상에 두고 60분 이후 방열 기판 샘플의 코팅 부분의 온도를 적외선(IR) 카메라(FLIR 사, T620)를 이용하여 측정하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 코팅 부분의 온도(℃)
실시예 1 87.2
실시예 2 85.9
실시예 3 85.3
비교예 1 89.1
비교예 2 88.5
비교예 3 90.8
상기 표 3을 통해, 실시예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능이 비교예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능에 비해 더욱 우수함을 알 수 있다.
특히, 금속염을 사용하고 마이크로웨이브 환원된 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말을 함유하는 실시예 2의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능이, 금속염을 사용하지 않고 마이크로웨이브 환원된 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말을 함유하는 실시예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판에 비해 더욱 우수함을 확인할 수 있다.
실험예 5: 접촉식 온도계를 이용한 방열 성능 평가
실시예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물과 비교예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 각각 아세톤으로 세척된 알루미늄 기판(3×7 cm)의 전체 면적 상에 스프레이 코팅한 다음 150 내지 200℃ 오븐 내에서 30분 내지 1시간 동안 열경화시켜 각각 20㎛ 두께의 코팅층을 갖는 방열 기판 샘플을 제조하였다. 대조군으로서 코팅되지 않은 알루미늄 기판의 방열 성능도 평가하였다.
외부 온도를 20℃로 설정하고, 상기 방열 기판 샘플을 100℃의 핫 플레이트 상에 일부(3×2 cm, 이하 T1이라 함)가 닿도록 두고 60분 이후 방열 기판 샘플의 T1의 온도와, 핫 플레이트로부터 3.5cm 떨어진 지점(이하 T2라 함)의 온도를 접촉식 온도계를 사용하여 측정하였다.
그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 T1 온도(℃) T2 온도(℃) 대조군 대비 감소율(%)
알루미늄 기판(대조군) 82 67 -
실시예 1 81 60 10.4
실시예 2 81 57 14.9
실시예 3 81 58 13.4
비교예 1 82 63 6.0
비교예 2 82 61 9.0
비교예 3 82 64 4.5
상기 표 4를 통해, 실시예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능이 비교예 1 내지 3의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능에 비해 더욱 우수함을 알 수 있다.
특히, 금속염을 사용하고 마이크로웨이브 환원된 제조실시예 2의 구형 그래핀 분말을 함유하는 실시예 2의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판의 방열 성능이, 금속염을 사용하지 않고 마이크로웨이브 환원된 제조실시예 1의 구형 그래핀 분말을 함유하는 실시예 1의 방열 코팅 조성물을 코팅한 방열 기판에 비해 더욱 우수함을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계;
    (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및
    (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하는 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (i)에서 용매는 물인 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화 그래핀 분산액에 금속염을 추가로 혼합하는 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속염은 금속 질산염인 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 질산염은 질산알루미늄, 질산구리 또는 이의 혼합물인 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 금속염은 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 내지 2,000 중량부의 양으로 혼합되는 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (iii)에서 마이크로웨이브 조사는 700 W 출력으로 30초 내지 3분간 수행하는 구형 그래핀 분말의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되어, 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말.
  9. 제8항의 구형 그래핀 분말, 용매 및 바인더를 포함하는 방열 코팅 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 선상 또는 판상 탄소 재료를 추가로 포함하는 방열 코팅 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 선상 또는 판상 탄소 재료는 판상 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브 또는 이의 혼합물인 방열 코팅 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 구형 그래핀 분말과 선상 또는 판상 탄소 재료의 혼합비는 중량 기준으로 10:90 내지 90:10인 방열 코팅 조성물.
  13. 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 형성된, 상기 제9항의 방열 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 방열 기판.
  14. 제13항에 있어서, 상기 베이스 기판은 LED용 기판, OLED 조명용 기판, 디스플레이용 기판 또는 플렉서블 배터리용 기판인 방열 기판.
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