KR20190070944A - 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 40 내지 60wt% 수분을 함유한 흑연 산화물을 직접 고온에서 박리시킨 후, 분산, 탈포(defoaming), 도포, 박리, 트리밍(trimming), 환원 등 공정을 진행해 열전도 계수가 높고 전자파 차폐 효과가 강한 그래핀 열전도 필름을 제조한다. 상기 방법은 40 내지 60wt% 수분을 함유한 흑연 산화물을 직접 고온에서 박리시켜 흑연 산화물을 건조시키는 공정을 생략하기 때문에 에너지 소모가 적고 생산비용이 낮다. 또한 직접 흑연 산화물을 분산시켜 슬러리(slurry)를 제조하는 방법에 비해 고온 박리를 통해 제조하는 슬러리는 농도가 3 내지 20wt%에 달할 정도로 높다.
Description
본 발명은 그래핀 기술분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
열전도와 열방출은 현재 전자, 통신, 조명, 항공 및 국방군수산업 등 많은 분야에서 상당히 중요하게 활용되고 있다. 열전도 재료 중 알루미늄과 구리 또는 그 합금이 시장 주류이이나 최근 몇 년간 그래핀 열전도 필름이 광범위하게 활용되면서 종래 재료의 시장 점유율을 빠르게 잠식하고 있다. 그래핀 열전도 필름은 다음과 같은 몇 가지 측면에서 장점을 갖고 있다. 즉 열전도 계수가 300 내지 1500w/mㆍk로 비교적 높은데 이는 알루미늄의 각종 합금 및 홑원소 물질(simple substance) 구리 재료보다 높으며, 중량은 알루미늄보다 25% 가볍고 구리보다 75% 가볍다.
흑연 산화물을 사용해 고배향 그래핀 열전도 필름을 제조하는 종래의 방법은 두 가지가 있다. 첫째, 흑연 산화물을 용매에 분산시켜 그래핀 산화물 슬러리(slurry)를 형성하고, 다시 스프레이 코팅(spray coating), 스크레이프 코팅(scrape coating) 또는 압출 코팅 등 방식을 이용해 기재 상에 도포한 후 건조시켜 그래핀 산화물 필름을 형성하고, 그 후 그래핀 산화물 필름을 화학 환원 또는 열 환원시켜 그래핀 필름을 얻는다(예: CN105084858 A). 이러한 방식은 제조 과정에서 그래핀 산화물 슬러리의 고체 함량이 모두 아주 낮으며(0.5 내지 2%), 건조 과정에서 대량의 용매를 제거해야 하므로 상당한 에너지가 소모된다. 또한 그래핀 산화물 필름의 내온 특성으로 인해 100℃보다 높은 온도에서 건조할 경우 그래핀 산화물 필름 표면 외관이 나빠지며 최종 제조한 그래핀 열전도 필름은 고객의 수요에 부합하지 않게 된다. 두 번째, 흑연 산화물을 먼저 건조시켜 분말 또는 과립으로 만든 후 고온 박리를 거쳐 얇은 층의 그래핀 시트를 제조하고, 다시 그래핀 시트를 용매에 분산시켜 슬러리를 제조하고, 스프레이 코팅, 스크레이프 코팅 또는 압출 코팅 등 방식을 이용해 기재 상에 도포한 후 건조시켜 그래핀 필름을 형성하고, 다시 열 환원을 통해 열전도 계수가 높은 그래핀 필름을 얻는다(Adv, Mater. 2014,26(26):4521-6). 이러한 방식은 먼저 흑연 산화물을 건조시켜야 하므로 에너지 소모가 많고 비용이 높은 단점이 있다.
따라서 고효율의 에너지 소모가 적은 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법을 연구하는 것은 중대한 경제적 의미가 있다.
본 발명은 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법을 제안함으로써, 종래 기술에서 그래핀 열전도 필름을 제조할 때 그래핀 산화물 슬러리의 고체 함량이 비교적 낮고, 용매를 고온에서 제거해야 해 에너지 소모가 크고, 용매를 고온에서 제거하는 과정에서 그래핀 산화물 표면 외관이 나빠지는 기술문제를 해결하고; 그래핀 열전도 필름을 제조할 때 먼저 건조시킨 후 다시 박리를 진행하는 과정이 번거롭고 에너지 소모가 크며 비용이 높은 문제를 해결하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법은 이하의 단계를 포함한다.
1) 40 내지 60wt% 수분을 함유한 흑연 산화물을 스크류 압출기(screw extruder)를 이용해 선(line) 모양으로 가공한 후 과립 모양으로 잘라 흑연 산화물 과립을 얻고; 상기 흑연 산화물 과립의 입경 크기는 1 내지 5mm이고;
2) 단계 1)의 흑연 산화물 과립은 고온로를 통해 고온 박리시키고, 박리 과정에서 질소 가스 또는 아르곤 가스를 이용해 보호하여 그래핀 산화물 분말체를 제조하고; 고온 박리 온도의 범위는 800 내지 1500℃이고; 고온 박리 과정에서 단계 1) 중 과립 입경이 작을수록 고온 박리 처리 시간이 짧아지고;
3) 고속 분산기를 사용해 그래핀 산화물 분말체를 용매에 분산시켜 균일한 그래핀 산화물 슬러리를 형성한다. 여기에서 상기 고속 분산기의 선속도(linear velocity) 범위는 5 내지 50m/min이고; 본 발명에서 분산의 균일한 정도는 그래핀 열전도 필름의 열전도 성능에 중요한 영향을 미치는데, 균일할수록 열전도 계수가 높다. 점도가 20000 내지 100000mPa.s이고 가늘기가 30㎛보다 작을 경우에만 본 발명의 열전도 성능을 갖춘 그래피 열전도 필름을 제조할 수 있고; 상기 고속 분산 설비에는 냉각층을 설치해 슬러리 온도가 높아져 분산 효과에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있고;
4) 탈포 장치를 통해 단계 3)에서 분산한 그래핀 산화물 슬러리를 진공 조건 하에서 탈포시키고; 후속 공정에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 0.2mm보다 큰 기포가 있는 것을 허용하지 않으며, 0.2mm보다 작은 기포의 함량은 0.02mL/L보다 작게 한다. 만약 기포가 요구 기준에 부합하지 않을 경우 최종 그래핀 열전도 필름 표면의 외관이 불량이 될 수 있고;
5) 단계 4)에서 탈포시킨 그래핀 산화물 슬러리는 스크레이프 코팅 또는 압출 코팅 방식을 사용해 그래핀 산화물 슬러리를 기재 상에 도포하여 일정한 두께의 그래핀 산화물 박막을 형성하고, 그래핀 산화물 박막은 코팅 장치의 오븐에서 건조시켜 용매를 제거하고; 다시 연속으로 말아 코일형 재료(coiled material)로 만들고; 상기 기재는 강 스트립(steel strip), PET, 500 내지 2000메쉬의 스테인리스강 망 또는 500 내지 1000메쉬의 나일론 망(nylon net)이고; 상기의 두께는 0.8 내지 3mm이고; 코팅 장치 오븐의 건조 온도는 70 내지 150℃이고; 용매 제거 과정에서 용매 휘발로 인해 형성되는 모세관 압력 때문에 그래핀 산화물 시트를 x-y면에서 배향성을 갖도록 배열하고; 상기 기재는 강 스트립, PET, 500 내지 2000메쉬의 스테인리스강 망 또는 500 내지 1000메쉬의 나일론 망 등이고; 상기 두께는 0.8 내지 3mm이고, 도포하는 두께는 최종 그래핀 열전도 필름의 두께에 영향을 미치고; 코팅 장치 오븐의 건조 온도는 70 내지 150℃이고;
6) 단계 5) 중 코일형 재료는 박리 설비를 거쳐 그래핀 산화물 필름을 기재 상에서 박리시킨 후, 트리밍 설비를 이용해 그래핀 산화물 필름 가장자리를 절삭해 연속적인 그래핀 산화물 필름 코일형 재료를 형성하고; 박리한 기재는 초음파 세정과 건조를 거쳐 반복적으로 사용할 수 있고; 본 발명의 기재는 반복해서 사용할 수 있으므로 제조비용을 낮춰 경쟁력을 높일 수 있고;
7) 단계 6)에서 제조한 연속적인 그래핀 산화물 코일형 재료를 열풍 오븐에 넣고 실온을 150 내지 500℃까지 올려 열처리를 진행하고;
8) 단계 7)에서 열풍 오븐으로 1차 환원 처리한 그래핀 산화물을 고온 유도가열로에 넣고 실온을 2200 내지 2800℃까지 올려 열처리를 진행하고; 그래핀 시트의 결함을 복구시켜 재배열함으로써 흑연화 정도를 향상시키고 재료의 열전도 계수를 개선하고;
9) 단계 8)에서 고온 흑연화 처리한 그래핀 필름은 압연 또는 진공 압연을 거쳐 밀도를 향상시키며, 압연의 압력은 10 내지 30MPa이고;
10) 단계 9)에서 압연 또는 진공 압연을 거친 그래핀 필름을 실리카겔 보호필름 상에 붙여 최종 제품을 형성한다.
더 나아가, 본 발명의 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 있어서, 단계 2)에서 얻은 그래핀 산화물 분말체의 시트층 크기가 2 내지 10㎛이고, 그래핀 산화물 분말체의 층수는 1 내지 8층이다.
더 나아가, 본 발명의 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 있어서, 단계 3)에서 상기 용매는 에탄올, 물, NMP, DMF, 푸란(furan), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran) 중 어느 하나 이상의 용매로 이루어진 혼합용매이다.
더 나아가, 본 발명의 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 있어서, 단계 3)에서 상기 그래핀 산화물 슬러리 중 그래핀 산화물의 농도는 3 내지 20wt%이다.
더 나아가, 본 발명의 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 있어서, 단계 7)에서 상기 열풍 오븐의 승온 속도는 1 내지 3℃/min이다.
더 나아가, 본 발명의 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법에 있어서, 단계 8)에서 상기 고온 유도가열로의 승온 속도는 2 내지 10℃/min이다.
본 발명에서 제조한 그래핀 열전도 필름의 밀도 범위는 0.015 내지 2.21g/cm3이고; 그래핀 열전도 필름의 두께 범위는 8 내지 1000㎛이고; 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수는 800 내지 1900W/mㆍK이고; 그래핀 열전도 필름의 차폐 성능은 전자파 주파수가 30M 내지 3GHz 범위일 때 그래핀 열전도 필름의 전자파 차폐 효과는 60 내지 90dB이고; 그래핀 열전도 필름의 전도율은 5 내지 20x105S/m이고, 그래핀 열전도 필름의 인장 강도는 20 내지 80MPa이고, 그래핀 열전도 필름은 R0.5/180˚상태에서 굽힘 횟수가 >30만회이다.
본 발명에서 개발한 그래핀 열전도 필름을 연속으로 저비용으로 제조하는 방법은 일정한 수분을 함유한 흑연 산화물을 직접 고온 박리하는데, 이렇게 할 경우 흑연 산화물을 건조시키는 에너지를 절감할 수 있고; 고온 박리를 통해 얻은 그래핀 시트는 표면의 작용기 대부분이 이미 환원되는데, 이렇게 할 경우 얻은 그래핀 시트를 용매에 분산시켜 고체 함량이 더욱 높은 슬러리를 얻을 수 있으며, 그래핀 시트의 대부분의 작용기가 모두 이미 사라졌기 때문에 코팅 건조를 진행할 때 오븐의 온도를 높일 수 있어 용매 휘발 속도가 빨라지므로 건조 효율이 향상된다.
종래 기술과 비교할 때 본 발명의 유익한 효과는 이하와 같다.
1. 본 발명의 방법에서는 40 내지 60wt% 수분을 함유한 흑연 산화물을 직접 고온에서 박리시켜 흑연 산화물을 건조시키는 공정을 생략하기 때문에 에너지 소모가 적고 생산비용이 낮다.
2. 직접 흑연 산화물을 분산시켜 슬러리를 제조하는 방법에 비해 본 발명의 고온 박리를 통해 제조하는 슬러리는 농도가 3 내지 20wt%에 달할 정도로 높다.
본 발명은 흑연 산화물을 먼저 고온 박리시키는 방법을 채택하며, 직접 그래핀 산화물을 용매에 분산시켜 슬러리를 제조해 그래핀 산화물 필름을 제조하는 방법(CN 105084858 A)에 비해, 본 발명은 고체 함량이 더 높은 슬러리를 제조할 수 있다. 본 발명의 고체 함량은 3 내지 20wt%에 달할 수 있어 종래 기술의 고체 함량보다 높은 상황에서 제조한 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수가 종래 기술의 수준에 이를 수 있고, 이러한 상황에서 본 발명의 기술로 제조한 그래핀 열전도 필름의 효율이 더욱 높고 비용이 더욱 낮다. 또한 건조 시에도 더 높은 온도를 사용할 수 있어 건조 효율이 종래 기술보다 더욱 우수하다. Adv, Mater. 2014,26(26):4521-6 기술방안에서는 흑연 산화물을 먼저 건조한 후 박리시키나, 본 발명에서는 건조 과정을 줄여 에너지 소모가 더욱 적기 때문에 비용 경쟁력이 높다.
이하에서는, 본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위해 구체적인 실시형태를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이하에서 설명한 구체적인 실시예는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명에서 채택하는 그래핀 산화물 원료는 창저우제6원소재료과학기술주식유한회사(The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd.)의 SE2430W 또는 난징지우허나노과학기술유한회사(南京久和納米科技有限公司)의 JH005A이고, 나머지 시약은 시판되는 통상의 시약이고, 고속 분산기는 냉각층이 있는 이중 유성 교반기(double planetary mixer)이다.
실시예 1
1) 45wt% 수분의 흑연 산화물을 스크류 연속 압출 설비를 사용해 선 모양으로 만든 후 과립 모양으로 잘라 흑연 산화물 과립을 얻으며, 여기에서 과립의 크기는 1mm이다.
2) 아르곤 기체 보호 하의 1000℃ 고온로에서 고온 박리를 진행하며, 수득한 그래핀 산화물 분말체의 시트층 크기는 8㎛이고, 층수는 6층이다.
3) 선속도가 35m/min인 고속 분산 설비를 사용해 그래핀 산화물 분말체를 에탄올에 분산시켜 고체 함량이 18wt%인 그래핀 산화물 슬러리를 형성하고; 슬러리 점도는 60450mPa.s이며, 가늘기는 30㎛보다 작다.
4) 박막 탈포 장치를 통해 제조한 그래핀 산화물 슬러리를 200pa 진공 상태에서 탈포시킨다.
5) 스크레이프 코팅 방식을 사용해 그래핀 산화물 슬러리를 PET 박막 상에 도포하고, 다시 코팅 장치의 오븐을 통해 건조시킨 후 박리하여 둥글게 말아 그래핀 산화물 박막을 수득하며, 그 두께는 0.8mm이고, 코팅 장치 전체 오븐 터널의 온도 분포는 표 1과 같다.
표 1 코팅 장치 오븐 터널의 온도 분포
6) 그래핀 산화물 필름을 기재 상에서 박리시키고, 양측의 가장자리를 절삭하여 연속적인 그래핀 산화물 필름 코일형 재료를 형성한다.
7) 1.5℃/min의 승온 속도로 열풍 오븐 내에서 온도를 실온에서 300℃까지 올려 건조한다.
8) 아르곤 기체 보호 하의 고온 유도가열로에서 3℃/min의 승온 속도로 실온에서 2700℃까지 온도를 올린다.
9) 30MPa 압력에서 진공 압연을 진행한다.
10) 가공하기 용이하도록 실리카겔 보호필름 상에 부착한다.
본 실시방식으로 제조한 그래핀 열전도 필름의 밀도는 2.0g/cm3이고, 그래핀 열전도 필름의 두께는 40㎛이고; 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수는 1300W/mㆍK이고; 그래핀 열전도 필름의 전도율은 7x105S/m이고, 그래핀 열전도 필름의 인장 강도는 65MPa이고, 그래핀 열전도 필름은 R0.5/180˚상태에서 굽힘 횟수가 >30만회이다.
실시예 2
1) 48wt% 수분의 흑연 산화물을 스크류 연속 압출 설비를 사용해 선 모양으로 만든 후 과립 모양으로 잘라 흑연 산화물 과립을 얻으며, 여기에서 과립의 크기는 3mm이다.
2) 아르곤 기체 보호 하의 1200℃ 고온로에서 고온 박리를 진행하며, 수득한 그래핀 산화물 분말체의 시트층 크기는 7㎛이고, 층수는 5층이다.
3) 선속도가 40m/min인 고속 분산 설비를 사용해 그래핀 산화물 분말체를 물에 분산시켜 고체 함량이 10wt%인 그래핀 산화물 슬러리를 형성하고, 슬러리 점도는 43000mPa.s이며, 가늘기는 30㎛보다 작다.
4) 박막 탈포 장치를 통해 제조한 그래핀 산화물 슬러리를 100pa 진공 상태에서 탈포시킨다.
5) 스크레이프 코팅 방식을 사용해 그래핀 산화물 슬러리를 1000메쉬 316L 스테인리스강 망(net) 상에 도포하고, 다시 코팅 장치의 오븐을 통해 건조시킨 후 박리하여 둥글게 말아 그래핀 산화물 박막을 수득하며, 그 두께는 1.0mm이고, 코팅 장치 전체 오븐 터널의 온도 분포는 표 2와 같다.
표 2 코팅 장치 오븐 터널의 온도 분포
6) 그래핀 산화물 필름을 기재 상에서 박리시키고 양측의 가장자리를 절삭하여 연속적인 그래핀 산화물 필름 코일형 재료를 형성한다.
7) 1.8℃/min의 승온 속도로 열풍 오븐 내에서 온도를 실온에서 350℃까지 올려 건조한다.
8) 아르곤 기체 보호 하의 고온 유도가열로에서 5℃/min의 승온 속도로 실온에서 2500℃까지 온도를 올린다.
9) 20MPa 압력에서 압연을 진행한다.
10) 가공하기 용이하도록 실리카겔 보호필름 상에 부착한다.
본 실시방식의 상기 그래핀 열전도 필름의 밀도는 1.68g/cm3이고, 그래핀 열전도 필름의 두께는 30㎛이고; 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수는 1500W/mㆍK이고; 그래핀 열전도 필름의 전도율은 8x105S/m이고, 그래핀 열전도 필름의 인장 강도는 65MPa이고, 그래핀 열전도 필름은 R0.5/180˚상태에서 굽힘 횟수가 >30만회이다.
실시예 3
1) 56wt% 수분의 흑연 산화물을 스크류 연속 압출 설비를 사용해 선 모양으로 만든 후 과립 모양으로 잘라 흑연 산화물 과립을 얻으며, 여기에서 과립의 크기는 5mm이다.
2) 아르곤 기체 보호 하의 1450℃ 고온로에서 고온 박리를 진행하며, 수득한 그래핀 산화물 분말체의 시트층 크기는 6㎛이고, 층수는 6층이다.
3) 선속도가 30m/min인 고속 분산 설비를 사용해 그래핀 산화물 분말체를 DMF에 분산시켜 고체 함량이 4wt%인 그래핀 산화물 슬러리를 형성하고, 슬러리 점도는 35000mPa.s이며, 가늘기는 30㎛보다 작다.
4) 박막 탈포 장치를 통해 제조한 그래핀 산화물 슬러리를 200pa 진공 상태에서 탈포시킨다.
5) 스크레이프 코팅 방식을 사용해 그래핀 산화물 슬러리를 1500메쉬 나일론 망(net) 상에 도포하고, 다시 코팅 장치의 오븐을 통해 건조시킨 후 박리하여 둥글게 말아 그래핀 산화물 박막을 수득하며, 그 두께는 1.5mm이고 코팅 장치 전체 오븐 터널의 온도 분포는 표 3과 같다.
표 3 코팅 장치 오븐 터널의 온도 분포
6) 그래핀 산화물 필름을 기재 상에서 박리시키고 양측의 가장자리를 절삭하여 연속적인 그래핀 산화물 필름 코일형 재료를 형성한다.
7) 2.5℃/min의 승온 속도로 열풍 오븐 내에서 온도를 실온에서 400℃까지 올려 건조한다.
8) 아르곤 기체 보호 하의 고온 유도가열로에서 5℃/min의 승온 속도로 실온에서 2300℃까지 온도를 올린다.
9) 18MPa 압력에서 압연을 진행한다.
10) 가공하기 용이하도록 실리카겔 보호필름 상에 부착한다.
본 실시방식의 상기 그래핀 열전도 필름의 밀도는 2.1g/cm3이고, 그래핀 열전도 필름의 두께는 20㎛이고; 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수는 1600W/mㆍK이고; 그래핀 열전도 필름의 전도율은 8x105S/m이고, 그래핀 열전도 필름의 인장 강도는 60MPa이고, 그래핀 열전도 필름은 R0.5/180˚상태에서 굽힘 횟수가 >30만회이다.
실시예 4
본 발명에서 제조한 그래핀 열전도 필름이 저밀도에서도 우수한 전자파 차폐 효과를 나타낸다는 것을 보여주기 위하여, 저밀도의 그래핀 열전도 필름을 제작해 그 전자파 차폐 효과를 측정하였다.
실시예 4는 단계 9)의 진공 압연 처리를 진행하지 않는 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 사용하는 원료와 제조방법이 같다. 밀도는 0.15g/cm3이고, ANSI/ASTMD4935-2010 평면재료 전자파 차폐 효율을 측정하는 표준 시험방법에 따라 30 내지 1500MHz 주파수 범위 내에서 평면파의 전자파 차폐 효과(SE)를 측정하였으며 그 결과는 표 4와 같다.
표 4 전형적인 주파수 지점 상에서의 전자파 차폐 효과
그래핀 필름의 차폐 효과는 금속 구리 및 은과 동일한 성능에 이르나, 그 밀도는 금속 구리와 은의 몇 십 분의 1에 불과해 많은 응용 상황에서 중량을 대폭 줄일 수 있다.
본 발명의 실시방식을 자세히 설명하기는 하였으나 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 상황에서 본 발명의 실시방식에 대해 각종 변화, 치환, 변경을 진행할 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
Claims (8)
- 이하의 단계,
1) 40 내지 60wt% 수분을 함유한 흑연 산화물을 스크류 압출기(screw extruder)를 이용해 선(line) 모양으로 가공한 후, 과립 모양으로 잘라, 흑연 산화물 과립을 얻고; 상기 흑연 산화물 과립의 입경 크기는 1 내지 5mm이며;
2) 상기 단계 1)의 흑연 산화물 과립은 고온로를 통해 고온 박리시키고, 박리 과정에서 질소 가스 또는 아르곤 가스를 이용해 보호하여 그래핀 산화물 분말체를 제조하고; 고온 박리 온도의 범위는 800 내지 1500℃이고;
3) 고속 분산기를 사용해 그래핀 산화물 분말체를 용매에 분산시켜 균일한 그래핀 산화물 슬러리를 형성하고; 상기 고속 분산기의 선속도(linear velocity) 범위는 5 내지 50m/min이고;
4) 탈포 장치를 통해 상기 단계 3)에서 분산한 그래핀 산화물 슬러리를 진공 조건 하에서 탈포시키고;
5) 상기 단계 4)에서 탈포시킨 그래핀 산화물 슬러리는 스크레이프 코팅 또는 압출 코팅 방식을 사용해, 그래핀 산화물 슬러리를 기재 상에 도포하여 일정한 두께의 그래핀 산화물 박막을 형성하고, 그래핀 산화물 박막은 코팅 장치의 오븐에서 건조시켜 용매를 제거하고; 다시 연속으로 말아 코일형 재료(coiled material)로 만들고; 상기 기재는 강 스트립(steel strip), PET, 500 내지 2000메쉬의 스테인리스강 망 또는 500 내지 1000메쉬의 나일론 망(nylon net)이고; 상기의 두께는 0.8 내지 3mm이고; 코팅 장치 오븐의 건조 온도는 70 내지 150℃이고;
6) 상기 단계 5) 중 코일형 재료는 박리 설비를 거쳐 그래핀 산화물 필름을 기재 상에서 박리시킨 후, 트리밍 설비를 이용해 그래핀 산화물 필름 가장자리를 절삭해, 연속적인 그래핀 산화물 필름 코일형 재료를 형성하고;
7) 상기 단계 6)에서 제조한 연속적인 그래핀 산화물 코일형 재료를 열풍 오븐에 넣고 실온을 150 내지 500℃까지 올려 열처리를 진행하고, 그래핀 산화물에 대해 1차 환원 처리를 진행하고;
8) 상기 단계 7)에서 열풍 오븐으로 1차 환원 처리한 그래핀 산화물을 고온 유도가열로에 넣고 실온을 2200 내지 2800℃까지 올려 열처리를 진행하고;
9) 상기 단계 8)에서 고온 흑연화 처리한 그래핀 필름은 압연 또는 진공 압연을 거쳐 밀도를 향상시키며, 압연의 압력은 10 내지 30MPa이고;
10) 상기 단계 9)에서 압연 또는 진공 압연을 거친 그래핀 필름을 실리카겔 보호필름 상에 붙여 최종 제품을 형성하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 2)에서 얻은 그래핀 산화물 분말체의 시트층 크기가 2 내지 10㎛이고, 그래핀 산화물 분말체의 층수는 1 내지 8층인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 3)에서 상기 용매는 에탄올, 물, NMP, DMF, 푸란(furan), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 3)에서 상기 그래핀 산화물 슬러리 중 그래핀 산화물의 농도는 3 내지 20wt%인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 3)의 상기 그래핀 산화물 슬러리의 점도는 20000 내지 100000mPa.s이며, 가늘기는 30㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 7)에서 상기 열풍 오븐의 승온 속도는 1 내지 3℃/min인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 8)에서 상기 고온 유도가열로의 승온 속도는 2 내지 10℃/min인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그래핀 열전도 필름의 밀도 범위는 0.015 내지 2.21g/cm3이고; 그래핀 열전도 필름의 두께 범위는 8 내지 1000㎛이고; 그래핀 열전도 필름의 열전도 계수는 800 내지 1900W/mㆍK이고; 그래핀 열전도 필름은 전자파 주파수가 30M 내지 3GHz 범위일 때 그래핀 열전도 필름의 전자파 차폐 효과는 60 내지 90dB이고; 그래핀 열전도 필름의 전도율은 5 내지 20x105S/m이고, 그래핀 열전도 필름의 인장 강도는 20 내지 80MPa이고, 그래핀 열전도 필름은 R0.5/180˚상태에서 굽힘 횟수가 >30만회인 것을 특징으로 하는 그래핀 열전도 필름을 연속으로 제조하는 방법.
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