KR20220154027A - 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러 - Google Patents
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Abstract
그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법은, 흑연 파우더에 산화용액을 혼합하여 산화 처리하는 단계, 산화 처리된 흑연 파우더를 기설정된 열처리 온도로 환원 처리하는 단계, 환원 처리된 흑연 파우더를 용매에 분산시켜 그래핀 코팅액을 제조하는 단계, 및 필러로 사용할 소재의 파우더에 상기 그래핀 코팅액을 이용하여 코팅하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 그래핀의 우수한 특성을 복원하고, 전기전도도 및 열전도도를 조절할 수 있는 방열 필러를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기전도도를 갖는 필러를 그래핀 코팅액에 의해 절연성을 부여한 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러에 관한 것이다.
자동차, 모바일 기기, 웨어러블 디바이스, 전자소자, 항공, 및 정보화 기기 등 여러 방면에서 전자 기기들이 급속도로 발전하고 있다. 또한, 이 전자 기기들은 점점 더 소형화, 슬림화, 경량화, 다기능화, 및 고집적화 등의 형태로 진화하고 있다. 또한, 최근에는 얇고 가벼우며 휴대가 용이한 유연성을 지닌 플렉서블 기기와 더불어 유연성과 연성을 가진 직물형인 웨어러블 기기가 각광받고 있다.
이러한 흐름에 맞춰 전자소자의 집적도가 높아지면서 내부에서 열이 많이 발생되는데, 소자에서 방출되는 열은 소자의 기능을 저하시키고, 소자 주변 및 기기 전체에 대한 수명을 단축시키며, 폭발 혹은 대형사고를 발생시키기도 한다.
그러므로, 소자뿐만 아니라 기기 내부에 사용되는 소재 역시 경량화, 슬립화되고, 유연성을 갖추며, 안정적인 성능까지 요구되고 있다. 이에 따라, 단순 열전도도를 높이기 위한 연구가 이루어지고 있으며, 필러에 열전도도가 높은 물질을 코팅하여 열전도도를 높이기 위한 연구도 많이 이루어지고 있다.
하지만, 필러 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음에도 불구하고, 여전히 필러의 선택에 제약이 따른다. 또한, 필러에 열전도도가 높은 물질을 코팅하는 경우에도 실제로 상승하는 열전도도의 수준이 미약하여 실제 산업군에 적용되고 있지 못한 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 산화그래핀을 방열소재에 사용할 필러에 코팅함으로써, 그래핀의 고유한 특성을 유지하면서 전기적 특성과 열전도도를 조절할 수 있는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법은, 흑연 파우더에 산화용액을 혼합하여 산화 처리하는 단계, 산화 처리된 흑연 파우더를 기설정된 열처리 온도로 환원 처리하는 단계, 환원 처리된 흑연 파우더를 용매에 분산시켜 그래핀 코팅액을 제조하는 단계, 및 필러로 사용할 소재의 파우더에 상기 그래핀 코팅액을 이용하여 코팅하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 필러로 사용할 소재는, 산화알루미늄일 수 있다.
또한 바람직하게, 환원 처리하는 단계에서, 열처리 온도는 100℃ 내지 500℃의 범위 내에서 선택될 수 있다.
또한 바람직하게, 코팅하는 단계에서, 그래핀 코팅액은 10㎚ 내지 1000㎚의 범위에서 코팅 두께를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러는, 전술한 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법에 의해 제조된다.
본 발명에 따르면, 산화된 그래핀을 기설정된 온도에 따라 환원 처리하여 제조된 그래핀 코팅액을 이용하여 방열 필러를 코팅함으로써, 그래핀의 우수한 특성을 회복시킴은 물론, 원하는 형태로 전기적특성 및 열전도도를 조절할 수 있는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러를 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화알루미늄 방열 필러 및 그래핀이 코팅된 방열 필러를 예시한 도면,
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러의 전자현미경 이미지를 예시한 도면, 그리고,
도 4는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러에 대한 전기전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화알루미늄 방열 필러 및 그래핀이 코팅된 방열 필러를 예시한 도면,
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러의 전자현미경 이미지를 예시한 도면, 그리고,
도 4는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러에 대한 전기전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 제1 엘리먼트 (또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법을 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 그래핀 코팅액 제조에 흑연 파우더를 사용한다. 1000 내지 1300도씨 온도의 소성로에서 수십일에 걸친 열처리 과정을 통해 카본(Carbon)을 생성하고, 이러한 비정질 구조의 카본을 전기저항로에서 2500 내지 3000도씨의 열로 재처리하여 결정구조를 갖는 그라파이트(graphite : 흑연)를 얻게 된다.
이러한 흑연의 특성을 살펴보면, 탁월한 열 저항성, 금속 대비 낮은 비중, 고온에서의 강도 증가, 낮은 열팽창, 뛰어난 열전도성, 뛰어난 전기전도도, 및 자기 윤활성과 같은 장점을 갖는다. 그러므로, 본 발명에서 방열 소재 제조에 흑연을 사용함으로써, 전기 절연성의 제어가 가능할 수 있다.
흑연 파우더에 산화용액을 혼합하여 산화 처리한다(S110). 이때, 흑연 파우더의 겉표면만을 산화 처리하기 위하여, 10분 내지 6분의 범위 내에서 산화를 진향할 수 있다.
산화 처리된 흑연 파우더를 기설정된 열처리 온도로 환원 처리한다(S120). 여기서, 산화 처리된 흑연 파우더의 겉표면만을 환원 열처리를 진행하는데, 열처리 온도는 100℃ 내지 500℃의 범위 내일 수 있다. 열처리 온도가 높을수록 환원이 더 잘 이루어진다.
환원 처리된 흑연 파우더를 용매에 분산시켜 그래핀 코팅액을 제조한다(S130).
필러로 사용할 소재의 파우더에 그래핀 코팅액을 이용하여 코팅한다(S140). 여기서, 필러로 사용할 소재는 금속 및 카본 소재, 세라믹 소재 등에서 선택될 수 있으나, 산화알루미늄(Al2O3)을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 그래핀 코팅액의 코팅 두께는 10㎚ 내지 1000㎚의 범위에서 조절할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화알루미늄 방열 필러 및 그래핀이 코팅된 방열 필러를 예시한 도면이다.
본 실시예에서는, 산화알루미늄 방열 필러와 그래핀이 코팅된 방열 필러의 실제 상태를 예시하였다. 여기서, (a)는 산화알루미늄 방열 필러의 실제 상태이고, (b)는 그래핀이 코팅된 방열 필러의 실제 상태이다.
(a)에 도시한 바와 같이 산화알루미늄 파우더에 그래핀 코팅액을 이용하여 코팅을 실시하면 (b)와 같은 파우더 형태의 그래핀이 코팅된 방열 필러를 제조할 수 있다.
(a)의 산화알루미늄 파우더는 흰색의 가루 형상으로, 흰색의 가루 형상이던 산화알루미늄 방열 필러에 그래핀 코팅액을 코팅하면, (b)와 같이 그 색상이 회색으로 바뀌게 된다. 결과적으로, 흰색의 색상이 회색으로 바뀌었다면, 그래핀 코팅액에 의한 코팅이 잘 이루어진 것으로 확인할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러의 전자현미경 이미지를 예시한 도면이다.
본 실시예에서는, 도 2에서 예시한 바와 같이, 산화알루미늄 파우더에 그래핀 코팅액을 코팅한 후 얻어진 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러를 전자현미경을 이용하여 관찰한 결과 이미지를 나타내었다.
(a)와 (b)는 동일한 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러를 전자현미경을 이용하여 관찰한 이미지이고, 단지 그 배율을 달리하여 축소 혹은 확대한 차이가 있을 뿐이다.
도 2에서는 색상을 통해 산화알루미늄 파우더에 그래핀 코팅액의 코팅상태를 확인함으로써, 육안으로 손쉽게 그래핀 코팅액의 코팅상태를 확인할 수 있음을 설명하였다.
본 실시예에서는, 보다 정밀한 상태를 확인하기 위하여 전자현미경을 이용하여 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러를 관찰한 것이다. 전자현미경에 의해 관찰한 이미지를 통해 그래핀이 얇게 코팅된 상태를 확인할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러에 대한 전기전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
방열 필러에 코팅할 그래핀 코팅액을 제조함에 있어, 소정 열처리 온도로 환원을 실시하게 된다. 이때, 열처리 온도를 100℃, 200℃, 300℃, 및 500℃로 각각 다르게 환원을 진행함으로써, 그래핀의 전기전도도 및 열전도도를 조절할 수 있다.
이를 확인하기 위하여, 그래핀 코팅액 제조시의 환원 온도를 100℃, 200℃, 300℃, 및 500℃로 각각 다르게 하여 그래핀 코팅액을 제조한 후, 전기전도도를 측정하였다. 이를 도 4의 그래프로 나타내었다.
그래프를 참조하면, x축은 환원 온도(Reduction Temperature)이고, y축은 전기전도도(Conductivity)를 나타낸다. 환원 온도가 100℃일 때는 전기전도도가 매우 낮게 나타나고, 환원 온도를 증가시킬수록 전기전도도는 증가함을 알 수 있다. 특히, 환원 온도가 200℃에서부터는 전기전도도가 급격히 증가함을 알 수 있다.
또한, 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러에 대하여 전기전도도와 더불어 열전도도를 측정하였다. 본 실시예에서는, 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러를 방열패드로 제조한 후, C-Therm 장비를 이용하여 수직 열전도도를 측정하였다.
C-Therm 장비는 수직 열전도도를 측정할 수 있는 장비로, 물을 매개체로 하여 물의 열확산도를 측정하여 수직 방향 열전도도의 측정이 가능하다. C-Therm 장비를 이용하여 그래핀이 코팅된 산화알루미늄 방열 필러로 제조된 방열 패드의 수직 방향 열전도도를 하기의 표 1에 나타내었다.
| 환원 온도(℃) | 열전도율 (W/mK) |
| 100 | 2.6051 |
| 200 | 2.5212 |
| 300 | 2.5166 |
| 500 | 2.5253 |
현재 보편적으로 사용되고 있는 그래핀 생산 방법은 화학적 박리(산화 방식)로, 여러 화학적 처리 과정을 통해 그래핀 내에 물리적 결함과 화학적 결함을 생성시킨다. 이는, 탄소 원장 사이의 sp² 결합을 끊어 sp³ 결합을 생성시키게 되어, 그래핀 본연의 우수한 특성을 발현할 수 없는 방해요소로 작용한다.
이러한 방법에 의해 생산된 산화 그래핀은 그래핀 시트 표면에 alkoxy, hydroxyl, carboxyl, 및 sulfhydryl 등의 산소작용기가 붙어 있어, 그래핀의 고유한 성질을 상실한 물질이 된다.
이에, 본 발명에서는 산화 그래핀을 소정 환원 온도에 따라 환원 처리를 진행함으로써, 산소를 포함한 작용기들이 제거되어 그래핀의 고유한 특성을 회복시키도록 한다.
이러한 특성을 가진 그래핀 코팅액을 방열소재로 사용되는 필러에 코팅함으로써, 그래핀의 환원 정도에 따라 전기적 특성 및 열전도도를 조절하여 다양한 방열소재 소자에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀 코팅액에 의해 코팅된 방열 필러는, 필러 자체의 성능을 향상시킬 수 있어 필러의 양을 적게 사용할 수 있게 된다. 이로 인해, 방열 소자의 밀도 및 유연성을 조절할 수 있다.
더욱이, 적은 양의 필러를 사용하여 고효율의 열전도도 특성을 낼 수 있고, 적은 양의 필러 사용으로 인해 가볍고 저렴하다. 또한, 고분자 비율이 높아 우수한 연성, 및 유연성을 가진다.
이러한 장점들로 인해, 본 발명에 따른 그래핀 코팅액에 의해 코팅된 방열 필러는, 모바일 기기, 웨어러블 기기, 자동차, 및 전자 분야 등에 널리 사용될 수 있고, 집적화가 가능하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S110: 흑연 파우더의 산화 처리 단계
S120: 흑연 파우더의 환원 처리 단계
S130: 그래핀 코팅액 제조 단계
S140: 그래핀 코팅액 코팅 단계
S120: 흑연 파우더의 환원 처리 단계
S130: 그래핀 코팅액 제조 단계
S140: 그래핀 코팅액 코팅 단계
Claims (5)
- 흑연 파우더에 산화용액을 혼합하여 산화 처리하는 단계;
상기 산화 처리된 흑연 파우더를 기설정된 열처리 온도로 환원 처리하는 단계;
상기 환원 처리된 흑연 파우더를 용매에 분산시켜 그래핀 코팅액을 제조하는 단계; 및
필러로 사용할 소재의 파우더에 상기 그래핀 코팅액을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 필러로 사용할 소재는, 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 환원 처리하는 단계에서, 상기 열처리 온도는 100℃ 내지 500℃의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 코팅하는 단계에서, 상기 그래핀 코팅액은 10㎚ 내지 1000㎚의 범위에서 코팅 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210061545 | 2021-05-12 | ||
| KR1020210061545 | 2021-05-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220154027A true KR20220154027A (ko) | 2022-11-21 |
Family
ID=84233666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220055935A KR20220154027A (ko) | 2021-05-12 | 2022-05-06 | 그래핀이 코팅된 방열 필러 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀이 코팅된 방열 필러 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220154027A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102221095B1 (ko) | 2020-01-22 | 2021-02-26 | 주식회사 케이비엘러먼트 | 그래핀-필러 복합 방열 소재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀-필러 복합 방열 소재 |
-
2022
- 2022-05-06 KR KR1020220055935A patent/KR20220154027A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102221095B1 (ko) | 2020-01-22 | 2021-02-26 | 주식회사 케이비엘러먼트 | 그래핀-필러 복합 방열 소재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀-필러 복합 방열 소재 |
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