KR20200089170A - 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 - Google Patents
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Abstract
무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유는, 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 있어서, 상기 탄소섬유에 도금되는 상기 니켈의 두께가 0.48 ~ 0.60 ㎛인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 관한 것이다.
탄소섬유 재료는 고강도, 고탄성, 초경량성 및 고온 강도유지율이 우수한 물성에 비해 낮은 전기 전도성 문제로 인하여 응용 분야가 제한되고 있다. 이를 해결하여 전자파 차폐 및 발열체에 응용하기 위해 물리적 또는 화학적 방법으로 금속을 탄소섬유에 코팅하고 있다.
물리적인 방법으로 대표적인 CVD공정 또는 스퍼터링 방식은 탄소섬유와 금속 간의 결합력을 높일수 있으나, 불균일한 금속의 코팅 및 높은 에너지 소비로 인해 생산비용이 높아 가격 경쟁력을 가지지 못하는 단점이 있다.
한편, 화학적인 방법으로 전해 도금과 무전해 도금이 있다.
전해 도금의 경우, 전기 에너지에 의해 금속을 탄소섬유 표면에 석출시키는 방법으로 두께가 불균일하고, 제품의 형상에 따른 도금의 제약이 있다.
그리고, 무전해 도금과 전해 도금을 연속적으로 하는 방법의 경우, 무전해 도금 후에 시약이 전해 도금조를 오염시킴으로써 전해 도금조의 도금욕(Plating Bath)을 자주 교체해 주어야 하는 단점이 있다.
이에, 고전도성 탄소섬유를 제조하기 위해 무전해 도금이 가장 많이 사용되며, 무전해 도금의 경우 우수한 차폐 효과를 가질 뿐만 아니라, 탄소섬유 표면에 일정한 두께의 도금층을 형성시키는 장점이 있다.
그러나, 무전해 도금의 경우에도 도금 두께 조절에 한계가 있어 탄소섬유의 다양한 전기 전도도 조절은 힘들다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소섬유를 무전해 니켈 도금하여 전기 전도성이 우수한 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유는, 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 있어서, 상기 탄소섬유에 도금되는 상기 니켈의 두께가 0.48 ~ 0.60 ㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 니켈의 두께가 0.52 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 탄소섬유를 소정 두께의 니켈로 무전해 도금하여 도금층에 높은 연성과 코팅 안정성을 부여함으로써, 경제성과 전기 전도성이 우수한 니켈 도금된 탄소섬유를 제조할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 전해 도금 방식으로 도금된 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.26 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 3은 무전해 도금 방식으로 도금된 0.62 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.52 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 5는 무전해 도금된 니켈 도금 탄소섬유에서 니켈의 두께에 따른 1m 길이의 탄소섬유의 저항값을 도시한 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.26 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 3은 무전해 도금 방식으로 도금된 0.62 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.52 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 5는 무전해 도금된 니켈 도금 탄소섬유에서 니켈의 두께에 따른 1m 길이의 탄소섬유의 저항값을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 전해 도금 방식으로 도금된 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 양극에는 금속판을 음극에는 탄소섬유를 각각 넣고 전압장치를 이용하여 일정한 속도로 전해 도금시켰다. 즉, 음극에 니켈(Ni)이 흡착되는 전해 도금으로 탄소섬유 표면에 니켈을 도금하였다.
니켈 도금된 탄소섬유의 표면구조, 두께 변화 및 특성을 관찰하기 위하여 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 관찰하였다. 전해 도금으로 코팅된 니켈 도금층의 두께는 0.3~0.6㎛이다. 전해 도금으로 니켈 도금된 탄소섬유 표면의 경우, 니켈 고유의 경도 값으로 인한 코팅 불균일성과 표면에 코팅이 벗겨진 상태가 관찰되었다.
이러한 코팅 불균일성 등은 저항값 증가 요인이 된다. 전해 도금으로 코팅된 니켈 도금층의 두께가 0.3~0.6㎛ 정도 형성된 경우, 니켈 도금된 탄소섬유 1m의 저항은 11 Ω(ohm)을 나타냈다. 전해 도금된 니켈 도금 탄소섬유의 저항이 매우 높은 것을 확인하였다.
따라서, 전해 도금 방식으로 도금된 니켈 도금 탄소섬유는 탄소섬유에 도금된 니켈의 불균일성, 매우 높은 탄소섬유의 저항 등을 보이므로, 무전해 도금 방식으로 니켈을 탄소섬유에 도금하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유는 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금된다.
여기에서, 무전해 니켈 도금 용액은 니켈염, 환원제, 착화제 등을 포함할 수 있다. 환원제에 의해 니켈염의 니켈 이온이 탄소섬유 표면에 흡착되어 니켈 도금층을 형성할 수 있다. 이때, 니켈염은 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, NiSO4, NiCl2 등이 사용될 수 있다. 또한, 환원제는 히드라진, 수소화붕소화합물, 코발트-에틸렌디아민 착화합물, Na3C6H5O7, NaCO2CH3 등이 사용될 수 있다. 또한, 착화제는 NaH2PO2, Na3C6H5O7 등을 사용할 수 있다. 또한, 무전해 니켈 도금 용액은 소량의 안정제를 더 포함할 수 있다. 이때, 안정제는 PbNO3 등을 사용할 수 있다.
여기에서, 탄소섬유는 팬(PAN)계, 피치(Pitch)계 및 레이온(Rayon) 계 탄소섬유, 탄소나노섬유 중에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다. 특히, 무전해 도금 전에 탄소섬유의 표면을 활성화하기 위해, 무전해 도금에 사용되는 탄소섬유는 표면의 불순물을 제거한 후 금속 핵을 형성시키는 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, SnCl2, PdCl2 등으로 탄소섬유의 표면을 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 주석(Sn) 또는 팔라듐(Pd) 핵이 탄소섬유의 표면에 형성되며, 이러한 핵은 금속 석출을 촉매화 시키는 역할을 한다.
무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유의 니켈 두께에 따른 탄소섬유의 저항을 측정하였으며, 후술하여 살펴 보도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.26 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다. 또한, 도 3은 무전해 도금 방식으로 도금된 0.62 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다. 그리고, 도 4a 및 도 4b는 무전해 도금 방식으로 도금된 0.52 ㎛ 두께의 니켈 도금 탄소섬유를 촬영한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 니켈으로 탄소섬유의 표면을 도금한 니켈층의 두께는 0.26 ㎛이며, 니켈의 고유 경도값을 완충시켜 코팅 균일성을 확보한 것을 확인할 수 있다. 니켈층의 두께가 0.26 ㎛인 경우, 니켈 도금된 탄소섬유의 1m 저항값이 6.1Ω으로 매우 높게 나타났다. 이에 따라, 니켈 도금층의 두께가 어느 정도 이상이어야 탄소섬유의 전기 전도도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 니켈으로 탄소섬유의 표면을 도금한 니켈층의 두께는 0.62 ㎛이며, 니켈 도금된 탄소섬유의 1m 저항값이 1.7Ω으로 다소 높게 나타났다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 니켈으로 탄소섬유의 표면을 도금한 니켈층의 두께는 0.52 ㎛이며, 니켈 도금된 탄소섬유의 1m 저항값이 0.8Ω으로 최소로 나타났다.
도 5는 무전해 도금된 니켈 도금 탄소섬유에서 니켈의 두께에 따른 1m 길이의 탄소섬유의 저항값을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 무전해 도금 방식으로 니켈을 탄소섬유에 도금할 경우, 니켈의 두께가 0.48 ~ 0.6 ㎛일 때, 탄소섬유의 1m 저항값이 1.5Ω으로 적절한 것을 알 수 있다. 따라서, 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 있어서, 상기 탄소섬유에 도금되는 상기 니켈의 두께가 0.48 ~ 0.60 ㎛인 것이 바람직하다. 즉, 탄소섬유에 무전해 니켈 도금된 니켈층의 두께가 0.48 ㎛ 이상 0.60 ㎛ 이하일 경우, 우수한 저항값을 확보할 수 있다.
무전해 도금 방식으로 니켈을 탄소섬유에 도금할 경우, 니켈의 두께가 0.52 ㎛일 때, 탄소섬유의 1m 저항값이 0.8Ω으로 최소인 것을 알 수 있다. 따라서, 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 있어서, 상기 탄소섬유에 도금되는 상기 니켈의 두께가 0.52 ㎛인 것이 더욱 바람직하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (2)
- 무전해 니켈 도금 용액에 탄소섬유를 침지시켜 상기 탄소섬유에 니켈이 도금되는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유에 있어서,
상기 탄소섬유에 도금되는 상기 니켈의 두께가 0.48 ~ 0.60 ㎛인 것을 특징으로 하는, 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유. - 제 1항에 있어서,
상기 니켈의 두께가 0.52 ㎛인 것을 특징으로 하는, 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유.
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