KR20220096239A - Method for manufacturing 3d carbon network based thermal conductive sheet and thermal conductive sheet manufactured thereby - Google Patents

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KR20220096239A
KR20220096239A KR1020200188501A KR20200188501A KR20220096239A KR 20220096239 A KR20220096239 A KR 20220096239A KR 1020200188501 A KR1020200188501 A KR 1020200188501A KR 20200188501 A KR20200188501 A KR 20200188501A KR 20220096239 A KR20220096239 A KR 20220096239A
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Abstract

The present invention discloses a method for manufacturing a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network and a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network manufactured through the method. The method for manufacturing a thermally conductive sheet according to the present invention comprises the steps of: preparing a porous metal structure; applying pressure to the porous metal structure in a first direction to form an anisotropic structure inside the porous metal structure; growing a carbon film on the porous metal structure including the anisotropic structure; and etching the porous metal structure including the anisotropic structure to obtain a 3D carbon network.

Description

3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트{METHOD FOR MANUFACTURING 3D CARBON NETWORK BASED THERMAL CONDUCTIVE SHEET AND THERMAL CONDUCTIVE SHEET MANUFACTURED THEREBY}Manufacturing method of 3D carbon network-based thermal conductive sheet and 3D carbon network-based thermal conductive sheet manufactured through the same

본 발명은 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고온 열처리 없이 연속적인 탄소 구조를 제조하여 낮은 열계면저항 및 높은 열전도도를 갖는 3D 탄소 네트워크를 제조할 수 있는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet and to a 3D carbon network-based thermally conductive sheet manufactured through the same, and more particularly, to a low thermal interface resistance by manufacturing a continuous carbon structure without high temperature heat treatment and a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet capable of manufacturing a 3D carbon network having high thermal conductivity, and a 3D carbon network-based thermally conductive sheet manufactured through the method.

일반적으로 컴퓨터, 휴대용 개인 단말기, 통신기, LED를 채용한 백 라이트 유닛 등 다양한 종류의 전자 부품 또는 제품은 그 시스템 내부에서 발생하는 과도한 열을 외부로 확산시키지 못해 기기의 성능저하 및 반도체의 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다.In general, various types of electronic components or products, such as computers, portable personal terminals, communication devices, and LED backlight units, cannot diffuse excessive heat generated inside the system to the outside, causing serious problems to device performance degradation and semiconductor stability. concerns are inherent.

이러한 열은 전자 부품 또는 제품의 수명을 단축시키거나 기기의 고장, 오작동을 유발하며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다.Such heat shortens the lifespan of electronic components or products, or causes device failure or malfunction, and in severe cases may cause explosion and fire.

따라서, 부품 또는 기기 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시키거나 자체 냉각시키는 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a technique for effectively discharging heat generated inside a component or device to the outside or for self-cooling.

열전도성 시트는 발열부와 방열판 사이에 위치하여 발열부의 열을 방열판 또는 공기중으로 효과적으로 전달함으로써 과열로 인한 전자기기의 오작동을 방지하고 전자 소자의 효율과 수명을 향상시키는 역할을 한다.The thermally conductive sheet is positioned between the heating part and the heat sink to effectively transfer the heat of the heating part to the heat sink or the air, thereby preventing malfunction of electronic devices due to overheating and improving the efficiency and lifespan of electronic devices.

일반적으로, 열전도성 시트는 고분자 매트릭스 내부에 금속, 탄소계, 세라믹 등의 열전도도가 높은 필러를 분산시킨 구조를 가지고, 고온에서 고분자를 탄화시켜 인조 탄소막을 제조함으로써 수득되는 고사양의 열전도성 시트는 수백 W/mK 이상의 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.In general, a thermally conductive sheet has a structure in which fillers with high thermal conductivity such as metal, carbon-based, ceramic, etc. are dispersed in a polymer matrix, and a high-spec thermal conductive sheet obtained by carbonizing a polymer at a high temperature to manufacture an artificial carbon film It can exhibit high thermal conductivity of several hundred W/mK or more.

하지만, 고분자 매트릭스를 이용하는 방법은 필러-고분자 계면의 높은 열계면저항으로 인해서 대부분 5 W/mK 이하의 낮은 열전도도를 나타내고, 인조 탄소막의 경우, 높은 열전도도를 나타내지만 탄화/흑연화 과정에서 2500도 이상의 고온이 필요하여 제조비용이 증가되는 문제가 있다.However, the method using the polymer matrix mostly exhibits low thermal conductivity of 5 W/mK or less due to the high thermal interface resistance of the filler-polymer interface, and in the case of an artificial carbon film, high thermal conductivity, but 2500 in the carbonization/graphitization process There is a problem in that the manufacturing cost is increased because a high temperature of more than a degree is required.

대한민국 등록특허 제2011078호, "열전도성 시트 및 이의 제조방법"Republic of Korea Patent No. 20111078, "Thermal conductive sheet and manufacturing method thereof" 대한민국 등록특허 제1681291호, "탄소나노튜브 기반 하이브리드 방열시트 및 그 제조방법"Republic of Korea Patent No. 1681291, "Carbon nanotube-based hybrid heat dissipation sheet and manufacturing method thereof" 대한민국 공개특허 제2019-0122354호, "고방열 탄소시트 및 이의 제조방법"Republic of Korea Patent Publication No. 2019-0122354, "High heat dissipation carbon sheet and manufacturing method thereof"

본 발명의 실시예는 다공성 금속 구조체에 탄소막을 성장시킴으로써 고온의 열처리 단계 없이 3D 탄소 네트워크를 제조함으로써 공정 비용을 감소시킬 수 있는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet capable of reducing process costs by manufacturing a 3D carbon network without a high-temperature heat treatment step by growing a carbon film on a porous metal structure, and 3D carbon manufactured through the same We would like to provide a network-based thermal conductive sheet.

본 발명의 실시예는 3D 탄소 네트워크를 성장시켜 연속적인 탄소 구조를 형성함으로써 낮은 열계면저항 및 높은 열전도도를 가질 수 있는 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a thermally conductive sheet capable of having low thermal interface resistance and high thermal conductivity by growing a 3D carbon network to form a continuous carbon structure, and a 3D carbon network-based thermally conductive sheet manufactured through this method would like to provide

본 발명의 실시예는 이방성 구조 및 다공성 구조를 포함하는 3D 탄소 네트워크를 포함함으로써, 유연성 및 압축성을 갖는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a 3D carbon network-based thermally conductive sheet having flexibility and compressibility by including a 3D carbon network including an anisotropic structure and a porous structure.

본 발명의 실시예는 탄소막을 이용하여 열전도성 시트를 제조함으로써 금속 방열소재 대비 밀도가 낮은 경량형 방열 소재를 제조할 수 있는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet capable of manufacturing a light-weight heat dissipating material with a lower density than a metal heat dissipating material by manufacturing a thermally conductive sheet using a carbon film, and 3D carbon manufactured through the same We would like to provide a network-based thermal conductive sheet.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체를 준비하는 단계; 상기 다공성 금속 구조체에 압력을 가하여 상기 다공성 금속 구조체 내부에 이방성 구조를 형성하는 단계; 상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 탄소막을 성장시키는 단계; 및 상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계;를 포함한다.A method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention includes preparing a porous metal structure; forming an anisotropic structure inside the porous metal structure by applying pressure to the porous metal structure; growing a carbon film on the porous metal structure including the anisotropic structure; and etching the porous metal structure including the anisotropic structure to obtain a 3D carbon network.

상기 압력은 수직 방향 및 수평 방향 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The pressure may be in at least one of a vertical direction and a horizontal direction.

상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는, 상기 3D 탄소 네트워크에 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.The etching of the porous metal structure including the anisotropic structure to obtain a 3D carbon network may include heat-treating the 3D carbon network.

상기 열처리 온도는 수소분위기에서 300℃ 내지 600℃일 수 있다.The heat treatment temperature may be 300 °C to 600 °C in a hydrogen atmosphere.

상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는, 상기 3D 탄소 네트워크의 공극을 고분자 매트릭스로 충진하는 단계;를 포함할 수 있다.The etching of the porous metal structure including the anisotropic structure to obtain a 3D carbon network may include filling the pores of the 3D carbon network with a polymer matrix.

상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 탄소막을 성장시키는 단계를 진행한 후, 상기 성장된 탄소막을 고분자 지지체에 고정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.After performing the step of growing a carbon film on the porous metal structure including the anisotropic structure, fixing the grown carbon film to a polymer support; may further include.

상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는, 상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 탄소-고분자 네트워크를 제조하는 단계; 및 상기 고분자 지지체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.The step of obtaining a 3D carbon network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure may include: etching the porous metal structure including the anisotropic structure to prepare a carbon-polymer network; and etching the polymer support to obtain a 3D carbon network.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법으로 제조된 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트는, 내부에 공극을 포함하고, 열전도도 이방성을 가진다.The 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to the embodiment of the present invention manufactured by the manufacturing method of the 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to the embodiment of the present invention includes voids therein, and has thermal conductivity anisotropy .

상기 공극은 폴리머 매트릭스로 충진될 수 있다.The pores may be filled with a polymer matrix.

본 발명의 실시예에 따르면, 다공성 금속 구조체에 탄소막을 성장시킴으로써 고온의 열처리 단계 없이 3D 탄소 네트워크를 제조함으로써 공정 비용을 감소시킬 수 있는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet capable of reducing process costs by manufacturing a 3D carbon network without a high-temperature heat treatment step by growing a carbon film on a porous metal structure, and a method for manufacturing a thermally conductive sheet manufactured through this It is possible to provide a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network.

본 발명의 실시예에 따르면, 3D 탄소 네트워크를 성장시켜 연속적인 탄소 구조를 형성함으로써 낮은 열계면저항 및 높은 열전도도를 가질 수 있는 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a thermally conductive sheet capable of having a low thermal interface resistance and high thermal conductivity by forming a continuous carbon structure by growing a 3D carbon network, and a 3D carbon network-based thermoelectric conduction manufactured through the same A porous sheet can be provided.

본 발명의 실시예에 따르면, 이방성 구조 및 다공성 구조를 포함하는 3D 탄소 네트워크를 포함함으로써, 유연성 및 압축성을 갖는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a 3D carbon network-based thermally conductive sheet having flexibility and compressibility by including a 3D carbon network including an anisotropic structure and a porous structure.

본 발명의 실시예에 따르면, 탄소막을 이용하여 열전도성 시트를 제조함으로써 금속 방열소재 대비 밀도가 낮은 경량형 방열 소재를 제조할 수 있는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법 및 이를 통해 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by manufacturing a thermally conductive sheet using a carbon film, a 3D carbon network-based manufacturing method of a thermally conductive sheet capable of manufacturing a light-weight heat-dissipating material having a lower density than a metal heat-dissipating material, and a method for manufacturing the same It is possible to provide a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법을 도시한 개략도이다.
도 2는 성장된 탄소막을 고분자 지지체에 고정시키는 단계를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법을 도시한 개략도이다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에 사용되는 다공성 금속 구조체를 도시한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 성장된 탄소막을 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 고분자 지지체에 고정된 성장된 탄소막을 도시한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 고분자 지지체에 고정된 탄소막의 라만 분광법 데이터를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 도시한 이미지이다.1 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention, including the step of fixing a grown carbon film to a polymer support
3 is an image illustrating a porous metal structure used in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
4 is an image illustrating a carbon film grown on a porous metal structure including an anisotropic structure in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
5 is an image illustrating a grown carbon film fixed to a polymer support in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermal conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing Raman spectroscopy data of a carbon film fixed to a polymer support in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.
7 is an image illustrating a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

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 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, or elements mentioned.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. are to be construed as advantageous in any aspect or design described as being preferred or advantageous over other aspects or designs. is not doing

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein and in the claims, the singular expression "a" or "an" generally means "one or more," unless stated otherwise or clear from the context that it relates to the singular form. should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, the terms used in the description below should not be construed as limiting the technical idea, but as illustrative terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the content throughout the specification, rather than the simple name of the term.

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.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110)를 준비하는 단계(S110), 다공성 금속 구조체(110)에 압력을 가하여 다공성 금속 구조체(110) 내부에 이방성 구조를 형성하는 단계(S120), 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 상에 탄소막(120)을 성장시키는 단계(S130) 및 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계(S140)를 포함한다.The 3D carbon network 150-based method of manufacturing a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing the porous metal structure 110 (S110), and applying pressure to the porous metal structure 110 to the porous metal structure ( 110) Forming an anisotropic structure therein (S120), growing a carbon film 120 on the porous metal structure 111 including an anisotropic structure (S130) and a porous metal structure 111 including an anisotropic structure to obtain a 3D carbon network 150 by etching ( S140 ).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110) 상에 탄소막(120)을 성장시킴으로써 고온의 열처리 단계 없이 3D 탄소 네트워크(150)를 제조하여 공정 비용을 감소시킬 수 있다.Therefore, the 3D carbon network 150-based manufacturing method of the thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention is a 3D carbon network 150 without a high temperature heat treatment step by growing the carbon film 120 on the porous metal structure 110. can be manufactured to reduce the process cost.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 3D 탄소 네트워크(150)를 성장시켜 연속적인 탄소 구조를 형성함으로써 낮은 열계면저항 및 높은 열전도도를 가질 수 있다.In addition, the 3D carbon network 150-based manufacturing method of the thermally conductive sheet according to the embodiment of the present invention has low thermal interface resistance and high thermal conductivity by growing the 3D carbon network 150 to form a continuous carbon structure. can

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110)를 준비하는 단계(S110)를 진행한다.The manufacturing method of the thermally conductive sheet based on the 3D carbon network 150 according to an embodiment of the present invention proceeds to the step of preparing the porous metal structure 110 (S110).

다공성 금속 구조체(110)는 탄소막을 성장시키기 위한 촉매로 사용될 수 있고, 다공성 금속 구조체(110)는 내부에 다수의 공극(P1)을 포함할 수 있다.The porous metal structure 110 may be used as a catalyst for growing a carbon film, and the porous metal structure 110 may include a plurality of pores P1 therein.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다수의 공극(P1)을 포함하는 다공성 금속 구조체(110)를 사용함으로써, 연속적인 탄소 구조를 갖는 3D 탄소 네트워크(150)를 제조할 수 있다.The 3D carbon network 150-based method of manufacturing a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention uses a porous metal structure 110 including a plurality of pores P1, thereby a 3D carbon network having a continuous carbon structure. (150) can be prepared.

다공성 금속 구조체는(110)는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 망간(Mn), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 코발트(Co) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The porous metal structure 110 is nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), manganese (Mn), molyb It may include at least one of denium (Mo), chromium (Cr), tin (Sn), magnesium (Mg), aluminum (Al), and cobalt (Co).

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110)에 압력을 가하여 다공성 금속 구조체(110) 내부에 이방성 구조를 형성하는 단계(S120)를 진행한다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention forms an anisotropic structure inside the porous metal structure 110 by applying pressure to the porous metal structure 110 (S120). proceed

압력은 3 kPa 내지 18 kPa일 수 있고, 압력이 3 kPa 미만이면 다공성 금속 구조체(110)에 충분한 변형을 일으킬 수 없고, 18 kPa를 초과하면 다공성 금속 구조체(110)를 과도하게 압착시켜 탄소 네트워크 구조를 형성시킬 수가 없다.The pressure may be 3 kPa to 18 kPa, and if the pressure is less than 3 kPa, sufficient deformation cannot be caused in the porous metal structure 110, and when it exceeds 18 kPa, the porous metal structure 110 is excessively compressed to form a carbon network structure. cannot be formed

다공성 금속 구조체(110)에 인가된 압력은 결과적으로 3D 탄소 네트워크의 밀도를 증가시키며 열전도도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110)에 인가되는 압력에 따라 열전도도가 조절될 수 있다.As a result, the pressure applied to the porous metal structure 110 may increase the density of the 3D carbon network and improve thermal conductivity. Accordingly, in the method for manufacturing a thermally conductive sheet based on the 3D carbon network 150 according to an embodiment of the present invention, thermal conductivity may be adjusted according to the pressure applied to the porous metal structure 110 .

압력은 다공성 금속 구조체(110)에 수직 방향 및 수평 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 가할 수 있고, 다공성 금속 구조체(110)에 수직 방향 및 수평 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 압력을 가하여 다공성 금속 구조체(110)를 변형시킴으로써, 다공성 금속 구조체(100) 내부에 이방성 구조를 형성하여 열전도도 이방성을 조절할 수 있다.The pressure may be applied to the porous metal structure 110 in at least one of a vertical direction and a horizontal direction, and by applying pressure to the porous metal structure 110 in at least one of a vertical direction and a horizontal direction, the porous metal structure By deforming (110), it is possible to adjust the thermal conductivity anisotropy by forming an anisotropic structure inside the porous metal structure (100).

다공성 금속 구조체(110)를 단독 또는 여러장 겹친 상태(적층)에서 수직(또는 수평) 방향의 압력을 가하면 금속의 연성에 의하여 금속 네트워크가 수평(또는 수직) 방향으로는 늘어나고 수직(또는 수평) 방향으로는 줄어들어 결과적으로 수평(또는 수직) 방향으로 배향이 일어나는 효과가 발생하게 되어 구조적인 이방성을 가질 수 있다. When pressure in the vertical (or horizontal) direction is applied in the state (stacking) of the porous metal structure 110 alone or in multiple layers, the metal network is stretched in the horizontal (or vertical) direction due to the ductility of the metal and in the vertical (or horizontal) direction is reduced, resulting in an effect of orientation in the horizontal (or vertical) direction, which may have structural anisotropy.

따라서, 다공성 금속 구조체(110)는 수직 방향 또는/및 수평 방향의 이방성을 가짐으로써, 다공성 금속 구조체(110) 상에 성장되는 탄소막 또한 수직 방향 또는/및 수평 방향의 이방성을 가져, 3D 네트워크의 열전도도 이방성이 수직 방향 또는/및 수평 방향으로 조절될 수 있다.Accordingly, the porous metal structure 110 has anisotropy in the vertical direction and/or horizontal direction, so that the carbon film grown on the porous metal structure 110 also has anisotropy in the vertical direction and/or horizontal direction, so that heat conduction of the 3D network Also the anisotropy can be adjusted in the vertical direction and/or in the horizontal direction.

즉, 3D 네트워크의 수직(또는 수평) 방향의 배향에 따른 구조적인 이방성을 가지게 함으로써 수직(또는 수평) 방향으로의 열전도도는 증가하고 수평(또는 수직) 방향의 열전도도는 감소하여 결과적으로 열전도도 이방성을 가질 수 있다.That is, by having structural anisotropy according to the vertical (or horizontal) orientation of the 3D network, the thermal conductivity in the vertical (or horizontal) direction increases and the thermal conductivity in the horizontal (or vertical) direction decreases, resulting in thermal conductivity may have anisotropy.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 상에 탄소막(120)을 성장시키는 단계(S130)을 진행한다.The 3D carbon network 150-based manufacturing method of the thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention proceeds with the step (S130) of growing the carbon film 120 on the porous metal structure 111 including the anisotropic structure.

탄소막(120)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)에 의해 성장될 수 있고, 화학가상증착법은 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition, Thermal CVD), 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학기상증착(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 줄-히팅(Joul-heating) 화학기상증착 및 마이크로웨이브 화학기상증착 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 탄소막(120)은 열화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition, Thermal CVD)에 의해 성장될 수 있다.The carbon film 120 may be grown by a chemical vapor deposition (CVD) method, and the chemical virtual deposition method includes a thermal chemical vapor deposition (thermal chemical vapor deposition, thermal CVD), low pressure chemical vapor deposition (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). , atmospheric pressure chemical vapor deposition (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), plasma-enhanced chemical vapor deposition (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), Joule-heating (Joul-heating) may include any one of chemical vapor deposition and microwave chemical vapor deposition and, preferably, the carbon film 120 may be grown by thermal chemical vapor deposition (thermal CVD).

화학기상증착은 수소, 아르곤, 메탄 및 에탄을 포함하는 가스 혼합물로 수행될 수 있다.Chemical vapor deposition can be performed with a gas mixture comprising hydrogen, argon, methane and ethane.

화학기상증착은 800℃내지 1200℃의 온도에서 수행될 수 있고, 공정 온도가 800℃미만이면 촉매반응을 잘 일어나지 않는 문제가 있고, 1200℃를 초과하면 촉매금속이 녹는 문제가 있다.Chemical vapor deposition can be performed at a temperature of 800°C to 1200°C, and when the process temperature is less than 800°C, there is a problem that the catalytic reaction does not occur well, and when it exceeds 1200°C, there is a problem that the catalytic metal is melted.

탄소막(120)은 탄소 섬유, 탄소나노튜브 (carbon nanotube; CNT), 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 그래파이트 (graphite) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The carbon film 120 may include at least one of carbon fiber, carbon nanotube (CNT), graphene, graphene oxide, and graphite.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 탄소막(120)을 성장시켜 열전도성 시트를 제조함으로써 금속 방열소재 대비 밀도가 낮은 경량형 방열 시트를 제조할 수 있다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermal conductive sheet according to an embodiment of the present invention is to grow a carbon film 120 to produce a thermal conductive sheet, thereby manufacturing a lightweight heat dissipation sheet having a lower density than a metal heat dissipation material. have.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 상에 탄소막(120)을 성장시키는 단계(S130)를 진행한 후, 성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the 3D carbon network 150-based method of manufacturing a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention includes growing a carbon film 120 on a porous metal structure 111 including an anisotropic structure (S130). ), it may include fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 .

성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정하는 단계를 포함하는 기술에 대해서는 도 2에서 상세히 설명하기로 한다.A technique including the step of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 will be described in detail with reference to FIG. 2 .

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계(S140)를 진행한다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention includes the step (S140) of obtaining a 3D carbon network 150 by etching the porous metal structure 111 including an anisotropic structure. proceed

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 제1 식각액을 이용하여 다공성 금속 구조체(111)를 제거할 수 있고, 제1 식각액은 다공성 금속 구조체(111) 내부에 구비된 공극(P)을 통하여 다공성 금속 구조체(111)를 식각할 수 있다.The 3D carbon network 150-based method of manufacturing a thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention may use a first etchant to remove the porous metal structure 111, and the first etchant is the porous metal structure 111. The porous metal structure 111 may be etched through the pores P provided therein.

제1 식각액은 불산, 염산, 황산, 암모늄 퍼설페이트, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화암모늄, 염화철(²과염소산나트륨, 과염소산칼륨, 염화에틸술포닐 및 염화메탄술포닐 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1 식각액은 염화철(FeCl2)/염산(HCl)를 사용할 수 있다.The first etchant may include at least one of hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, ammonium persulfate, sodium chloride, potassium chloride, ammonium chloride, iron chloride (² sodium perchlorate, potassium perchlorate, ethylsulfonyl chloride, and methanesulfonyl chloride. Preferably For example, as the first etchant, iron chloride (FeCl 2 )/hydrochloric acid (HCl) may be used.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트는 공극(P)을 포함하는 다공성 구조 및 이방성 구조를 포함할 수 있다.The 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to the embodiment of the present invention manufactured by the manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermal conductive sheet according to the embodiment of the present invention includes voids (P) It may include a porous structure and an anisotropic structure.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트는 다공성 구조를 포함하기 때문에 유연성 및 압축성이 향상되어, 발열부 또는 방열부와의 접합이 증가됨으로써 열접촉저항이 매우 감소되어, 열전도도가 향상될 수 있다.Therefore, since the thermally conductive sheet based on the 3D carbon network 150 according to the embodiment of the present invention includes a porous structure, flexibility and compressibility are improved, and bonding with a heat generating part or a heat radiating part is increased, so that the thermal contact resistance is very high. reduced, so that the thermal conductivity can be improved.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 수평 또는 수직방향 열전도도는 고밀도의 연속적인 탄소 구조로 인하여 5W/mK 이상이 될 수가 있다.The horizontal or vertical thermal conductivity of the 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention may be 5W/mK or more due to a high-density continuous carbon structure.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트는 3D 구조 및 이방성 구조를 가짐으로써, 2D 탄소 소재가 가지는 열전도도 이방성이 감소되어 높은 수직 방향의 열전도도를 가질 수 있다.The thermally conductive sheet based on the 3D carbon network 150 according to the embodiment of the present invention has a 3D structure and an anisotropic structure, so that the thermal conductivity anisotropy of the 2D carbon material is reduced, so that it can have high thermal conductivity in the vertical direction.

실시예에 따라, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계(S140)는, 3D 탄소 네트워크(150)에 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, etching the porous metal structure 111 including the anisotropic structure to obtain the 3D carbon network 150 ( S140 ) may further include heat-treating the 3D carbon network 150 . .

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 3D 탄소 네트워크(150)에 추가적인 열처리를 진행할 수 있다.The 3D carbon network 150-based manufacturing method of the thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention may proceed with additional heat treatment on the 3D carbon network 150.

열처리 온도는 수소분위기에서 300℃ 내지 600℃일 수 있고, 열처리를 통해서 고분자 불순물과 산화물을 제거하고 성장된 탄소막 내부의 결함을 감소시킬 수 있다. The heat treatment temperature may be 300° C. to 600° C. in a hydrogen atmosphere, and through heat treatment, polymer impurities and oxides can be removed and defects inside the grown carbon film can be reduced.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 3D 탄소 네트워크(150)에 포함되는 공극(P)을 폴리머 매트릭스로 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method for manufacturing a thermally conductive sheet based on the 3D carbon network 150 according to an embodiment of the present invention further includes the step of filling the pores (P) included in the 3D carbon network 150 with a polymer matrix. can do.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 공극(P)을 폴리머 매트릭스로 충진함으로써, 열전도성 시트의 유연성을 향상시킬 수 있다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermal conductive sheet according to an embodiment of the present invention may improve the flexibility of the thermal conductive sheet by filling the pores P with a polymer matrix.

폴리머 매트릭스는 아크릴레이트 계열의 고분자 물질, 상용 고분자 물질 및 실리콘 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer matrix may include at least one of an acrylate-based polymer material, a commercial polymer material, and a silicone polymer material.

바람직하게는, 폴리머 매트릭스는 에폭시 레진, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐리덴플로우라이드(PVDF), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PA), 폴리스타일렌 (PS), 리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Preferably, the polymer matrix is an epoxy resin, polyvinyl alcohol (PVA), polyethersulfone (PES), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), polyethylene (PE), It may include at least one of polypropylene (PA), polystyrene (PS), lymethyl methacrylate (PMMA), and polydimethylsiloxane (PDMS).

도 2는 성장된 탄소막을 고분자 지지체에 고정시키는 단계를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법을 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention, including the step of fixing the grown carbon film to a polymer support.

도 2는 성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정시키는 단계 및 고분자 지지체(130)를 식각하는 단계를 제외하면, 도 1과 동일한 구성요소를 포함하고 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 생략하기로 한다.FIG. 2 includes the same components as in FIG. 1 except for the steps of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 and etching the polymer support 130, so the same components are omitted. decide to do

성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정시키는 단계를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 다공성 금속 구조체(110)를 준비하는 단계(S110), 다공성 금속 구조체(110)에 압력을 가하여 다공성 금속 구조체(110) 내부에 이방성 구조를 형성하는 단계(S120), 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 상에 탄소막(120)을 성장시키는 단계(S131) 및 성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정시키는 단계(S132), 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 탄소-고분자 네트워크(140)를 형성하는 단계, 고분자 지지체(130)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention comprising the step of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 is to prepare the porous metal structure 110 Step (S110), applying pressure to the porous metal structure 110 to form an anisotropic structure inside the porous metal structure 110 (S120), a carbon film 120 on the porous metal structure 111 including the anisotropic structure The step of growing (S131) and the step of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 (S132), etching the porous metal structure 111 including the anisotropic structure to form a carbon-polymer network 140 It may include forming the 3D carbon network 150 by etching the polymer support 130 .

성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정시키는 단계(S132)는 성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 부착시키거나, 성장된 탄소막(120) 상에 고분자 지지체(130)를 형성하기 위한 막을 코팅하여 수행될 수 있다.The step of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130 (S132) is to attach the grown carbon film 120 to the polymer support 130, or to attach the grown carbon film 120 to the polymer support 130 on the carbon film 120. It can be carried out by coating a film for forming a.

즉, 탄소막(120)이 성장된 다공성 금속구조체(110)를 고분자 용액에 담그거나 고분자 용액을 스핀 코팅한 후, 용매를 증발시켜 고분자 지지체를 형성할 수 있다. That is, after immersing the porous metal structure 110 on which the carbon film 120 is grown in a polymer solution or spin coating the polymer solution, the solvent may be evaporated to form a polymer support.

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 고분자 지지체(130)에 성장된 탄소막(120)을 고정시킴으로써, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 식각 시 발생하는 스트레인(strain)에 의해 성장된 탄소막(120)(추후, 3D 탄소 네트워크)이 변형되는 것을 방지할 수 있다.The method for manufacturing a 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention by fixing the carbon film 120 grown on the polymer support 130, the porous metal structure 111 including an anisotropic structure etching It is possible to prevent the carbon film 120 (later, a 3D carbon network) from being deformed by the strain generated during the growth.

고분자 지지체(130)는 아크릴레이트 계열의 고분자 물질, 상용 고분자 물질 및 실리콘 고분자 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer support 130 may include at least one of an acrylate-based polymer material, a commercial polymer material, and a silicone polymer material.

바람직하게는, 고분자 지지체(130)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스타일렌(PS) 및 폴리에테르설폰(PES) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Preferably, the polymer support 130 may include at least one of polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and polyethersulfone (PES).

본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크(150) 기반의 열전도성 시트의 제조방법은 성장된 탄소막(120)을 고분자 지지체(130)에 고정시키는 단계 (132)를 포함함으로써, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계는, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 탄소-고분자 네트워크(140)를 제조하는 단계(S141) 및 고분자 지지체를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계(S142)를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the 3D carbon network 150-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention includes the step 132 of fixing the grown carbon film 120 to the polymer support 130, thereby including an anisotropic structure The step of etching the porous metal structure 111 to obtain the 3D carbon network 150 includes etching the porous metal structure 111 including the anisotropic structure to prepare the carbon-polymer network 140 (S141) and It may include etching the polymer support to obtain a 3D carbon network 150 ( S142 ).

이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111)를 식각하여 탄소-고분자 네트워크를 제조하는 단계(S141)에서 다공성 금속 구조체(111)를 식각하는 방법 및 물질은 도 1에서 설명한 바와 동일한 구성요소를 포함하고 있다.The method and material for etching the porous metal structure 111 in the step (S141) of manufacturing the carbon-polymer network by etching the porous metal structure 111 including the anisotropic structure includes the same components as those described in FIG. 1 and have.

탄소-고분자 네트워크(140)는 성장된 탄소막(111)과 고분자 지지체(130)가 결합되어 있기 때문에, 제1 식각액에 의한 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체(111) 식각 시 발생되는 스트레인(strain)에 의해 성장된 탄소막(120)(추후, 3D 탄소 네트워크(150))가 변형되는 것을 방지할 수 있다.Since the carbon-polymer network 140 is coupled to the grown carbon film 111 and the polymer support 130, the porous metal structure 111 including the anisotropic structure by the first etchant is etched when the strain is generated. It is possible to prevent the carbon film 120 (hereinafter, the 3D carbon network 150) grown by the deformation from being deformed.

고분자 지지체(130)를 식각하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득하는 단계(S142)는 제2 식각액을 이용하여 고분자 지지체(130)를 제거하거나, 고온열분해를 이용하여 고분자 지지체(130)를 제거하여 3D 탄소 네트워크(150)를 수득할 수 있다.In the step (S142) of etching the polymer support 130 to obtain the 3D carbon network 150, the polymer support 130 is removed using a second etchant, or the polymer support 130 is removed using high-temperature pyrolysis. A 3D carbon network 150 can be obtained.

고분자 지지체(130)는 고온열분해 과정을 통해서 고분자는 탈중합화가 이루어져 단량체로 변하게 되므로, 제2 식각액에 의해 보다 용이하게 제거될 수 있다. The polymer support 130 is depolymerized through a high-temperature thermal decomposition process to change into a monomer, so that it can be more easily removed by the second etchant.

또한, 제2 식각액은 아세톤 용매를 포함할 수 있다.In addition, the second etchant may include an acetone solvent.

[실시예][Example]

다공성 금속구조체로 0.5mm 두께의 니켈을 사용하였다(도 3 참조). 다공성 니켈 시트는 시트 면에 수직한 방향으로 10 kPa의 압력을 가한 후, 아세톤과 에탄올을 사용하여 세정하여 불순물을 제거하고 건조하였다.0.5 mm thick nickel was used as the porous metal structure (see FIG. 3). After applying a pressure of 10 kPa in a direction perpendicular to the sheet surface, the porous nickel sheet was washed with acetone and ethanol to remove impurities and dried.

이후 20x20mm 크기의 다공성 니켈 시트를 2인치 석영관에 넣고 10 Torr 압력과 300sccm 알곤 분위기 하에서 980

Figure pat00001
로 가열한 후, 100sccm의 수소 분위기하에서 15분간 유지하였다. 그리고, 100sccm의 메탄 분위기에서 30분간 탄소막을 성장시키고 다시 알곤 분위기 하에서 상온으로 냉각시켰다(도 4 참조).After that, a 20x20mm porous nickel sheet is placed in a 2-inch quartz tube and 980 at 10 Torr pressure and 300sccm argon atmosphere.
Figure pat00001
After heating with a furnace, it was maintained for 15 minutes under a hydrogen atmosphere of 100 sccm. Then, the carbon film was grown for 30 minutes in a methane atmosphere of 100 sccm and cooled to room temperature again under an argon atmosphere (see FIG. 4 ).

그리고, 이렇게 탄소막이 성장된 다공성 니켈 시트를 PMMA 용액(클로로벤젠 내에 10 wt%)에 1시간 동안 담갔다가, 180

Figure pat00002
에서 1분간 건조시켜 PMMA 지지체를 형성하였다. 이어서 이 PMMA/Carbon/Ni 복합체를 염화철(FeCl2)/염산(HCl) 식각액에 24시간 동안 넣어두어 니켈을 제거하고 탈이온수로 세척하였다(도 5 참조). Then, the porous nickel sheet on which the carbon film was grown was immersed in a PMMA solution (10 wt% in chlorobenzene) for 1 hour, then 180
Figure pat00002
was dried for 1 minute to form a PMMA support. Subsequently, the PMMA/Carbon/Ni composite was placed in an etchant of iron chloride (FeCl 2 )/hydrochloric acid (HCl) for 24 hours to remove nickel and washed with deionized water (see FIG. 5 ).

이렇게 만들어진 PMMA/Carbon 복합체의 특성을 평가하기 위하여 라만 분광법을 사용하여 데이터(도 6 참조)를 얻었다. 이후, PMMA/Carbon 복합체를 50

Figure pat00003
에서 1시간 동안 아세톤에 담가서 PMMA를 제거하였고, 순수한 3D 탄소 네트워크로 이루어진 시트를 얻었다(도 7 참조).In order to evaluate the properties of the thus-made PMMA/Carbon composite, data (see FIG. 6 ) was obtained using Raman spectroscopy. Then, the PMMA/Carbon composite was 50
Figure pat00003
PMMA was removed by soaking in acetone for 1 hour, and a sheet consisting of a pure 3D carbon network was obtained (see FIG. 7 ).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에 사용되는 다공성 금속 구조체를 도시한 이미지이다.3 is an image illustrating a porous metal structure used in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 다공성 금속 구조체가 다공성 구조를 포함하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the porous metal structure includes a porous structure.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 성장된 탄소막을 도시한 이미지이다.4 is an image illustrating a carbon film grown on a porous metal structure including an anisotropic structure in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 다공성 구조체 상에 탄소막이 잘 성장되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the carbon film is well grown on the porous structure.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 고분자 지지체에 고정된 성장된 탄소막을 도시한 이미지이다.5 is an image illustrating a grown carbon film fixed to a polymer support in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermal conductive sheet according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 탄소막이 고분자 지지체에 잘 고정된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the carbon film is well fixed to the polymer support.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법에서, 고분자 지지체에 고정된 탄소막의 라만 분광법 데이터를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing Raman spectroscopy data of a carbon film fixed to a polymer support in a method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 결함이 적은 다층막 형태의 그래핀과 유사한 탄소막이 성장된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6 , it can be seen that a carbon film similar to graphene in the form of a multilayer film having few defects is grown.

보다 구체적으로, 라만 데이터는 1350 cm-1, 1580 cm-1, 2700 cm-1 에서 성장된 탄소막의 D, G, 2D 피크를 보이며, 2950 cm-1에서 PMMA의 C-H 피크를 보인다. 또한, 각 피크의 크기를 비교하면, IG > ID이고 IG > I2D이므로 다공성 니켈 시트 상에 성장된 탄소막은 결함이 적고 다층막으로 이루어진 그래핀과 유사한 형태임을 알 수 있다.More specifically, the Raman data show D, G, and 2D peaks of the carbon film grown at 1350 cm -1 , 1580 cm -1 , and 2700 cm -1 , and the CH peak of PMMA at 2950 cm -1 . In addition, comparing the size of each peak, since I G > I D and I G > I 2D , it can be seen that the carbon film grown on the porous nickel sheet has few defects and has a similar shape to graphene composed of a multilayer film.

도 7은 본 발명의 실시예는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트를 도시한 이미지이다.7 is an image illustrating a thermally conductive sheet based on a 3D carbon network according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 열전도성 시트는 이방성 구조 및 다공성 구조를 포함하는 3D 탄소 네트워크가 잘 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that a 3D carbon network including an anisotropic structure and a porous structure is well formed in the thermally conductive sheet.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are provided by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

100: 다공성 금속 구조체
111: 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체
120: 탄소막 130: 고분자 지지체
140: 탄소-고분자 네트워크 P: 공극
150: 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트100: porous metal structure
111: porous metal structure including an anisotropic structure
120: carbon film 130: polymer support
140: carbon-polymer network P: voids
150: 3D carbon network based thermally conductive sheet

Claims (9)

다공성 금속 구조체를 준비하는 단계;
상기 다공성 금속 구조체에 압력을 가하여 상기 다공성 금속 구조체 내부에 이방성 구조를 형성하는 단계;
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 탄소막을 성장시키는 단계; 및
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
preparing a porous metal structure;
forming an anisotropic structure inside the porous metal structure by applying pressure to the porous metal structure;
growing a carbon film on the porous metal structure including the anisotropic structure; and
obtaining a 3D carbon network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure;
3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 압력은 수직 방향 및 수평 방향 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The pressure is a 3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet, characterized in that at least one of a vertical direction and a horizontal direction.
 제1항에 있어서,
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는,
상기 3D 탄소 네트워크에 열처리하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The step of obtaining a 3D carbon network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure,
heat-treating the 3D carbon network;
3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet, characterized in that it further comprises.
 제3항에 있어서,
상기 열처리 온도는 수소분위기에서 300℃ 내지 600℃인 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The heat treatment temperature is a method of manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet, characterized in that 300 ℃ to 600 ℃ in a hydrogen atmosphere.
 제1항에 있어서,
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는,
상기 3D 탄소 네트워크의 공극을 고분자 매트릭스로 충진하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The step of obtaining a 3D carbon network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure,
filling the pores of the 3D carbon network with a polymer matrix;
3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet, characterized in that it further comprises.
 제1항에 있어서,
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체 상에 탄소막을 성장시키는 단계를 진행한 후,
상기 성장된 탄소막을 고분자 지지체에 고정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
According to claim 1,
After performing the step of growing a carbon film on the porous metal structure including the anisotropic structure,
fixing the grown carbon film to a polymer support;
3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet, characterized in that it further comprises.
 제6항에 있어서,
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계는,
상기 이방성 구조를 포함하는 다공성 금속 구조체를 식각하여 탄소-고분자 네트워크를 제조하는 단계; 및
상기 고분자 지지체를 식각하여 3D 탄소 네트워크를 수득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The step of obtaining a 3D carbon network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure,
preparing a carbon-polymer network by etching the porous metal structure including the anisotropic structure; and
etching the polymer support to obtain a 3D carbon network;
3D carbon network-based method of manufacturing a thermally conductive sheet comprising a.
 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트의 제조방법으로 제조된 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트는 내부에 공극을 포함하고,
열전도도 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트.
The 3D carbon network-based thermally conductive sheet manufactured by the method for manufacturing a 3D carbon network-based thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 7 includes voids therein,
3D carbon network-based thermally conductive sheet, characterized in that it has thermal conductivity anisotropy.
 제8항에 있어서,
상기 공극은 폴리머 매트릭스로 충진된 것을 특징으로 하는 3D 탄소 네트워크 기반의 열전도성 시트.9. The method of claim 8,
The 3D carbon network-based thermally conductive sheet, characterized in that the pores are filled with a polymer matrix.
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