KR20230129152A - 열전도성 정렬 재료와 그 제조 및 사용 방법 - Google Patents

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천저우 판
케이틀린 니콜 히르쉴러
달시 혼베르거
안베시 구리잘라
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보스턴 머티리얼즈, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스 또는 다른 적용을 위한 열 계면 재료로서 포함한, 다양한 목적을 위한 열전도성 정렬 재료에 관한 것이다. 특정 양태는 실질적으로 정렬될 수 있는, 예를 들면 기판을 규정하는 불연속 섬유를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 조성물은 또한 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머 또는 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 일부 경우에 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 불연속 섬유는 예를 들면 섬유가 정렬되는 방향을 따라 열 전달을 용이하게 하기 위해 정렬된다. 다른 양태는 일반적으로 이러한 조성물을 사용하는 장치, 이러한 조성물의 제조 방법, 이러한 조성물을 포함하는 키트 등에 관한 것이다.

Description

열전도성 정렬 재료와 그 제조 및 사용 방법{THERMALLY CONDUCTIVE ALIGNED MATERIALS AND METHODS OF MAKING AND USE THEREOF}
(관련 출원)
본 출원은 2022년 2월 28일에 출원된 "열전도성 정렬 재료와 그 제조 및 사용 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 가특허 출원 일련번호 63/314,808의 이익을 주장하며, 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 개시는 일반적으로 반도체 장치 또는 다른 적용을 위한 열계면 재료로서 포함하는 다양한 목적의 열전도성 정렬 재료에 관한 것이다.
열계면 재료는 제 1 위치(예를 들어, 열원)와 제 2 위치(예를 들어, 히트 싱크) 사이에서 열을 전도하는 데 사용되는 비교적 낮은 열 임피던스를 갖는 재료이다. 따라서, 열계면 재료는 제 1 위치를 제 2 위치로 열 전달하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
열계면 재료는 전자 장치의 열을 발산하는 데 사용되는 경우가 있다. 예를 들어, 컴퓨터의 반도체 장치는 상당량의 열을 생성하여 칩이나 다른 구성요소를 손상시킬 수 있는 경우가 있다. 따라서, 열계면 재료는 반도체 장치를 적절한 히트 싱크, 예를 들어 냉각 핀(cooling fin)에 연결하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
그러나, 많은 열계면 재료는 비효율적이며, 적절하게 높은 열전도율을 갖지 않는다. 따라서, 개선이 필요로 된다.
본 개시는 일반적으로 반도체 장치 또는 다른 적용을 위한 열계면 재료로서 포함하는 다양한 목적의 열전도성 정렬 재료에 관한 것이다. 본 개시의 주제는, 일부 경우에, 상호연관된 제품, 특정 문제에 대한 대안적인 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 용도를 포함한다.
일 양태에 있어서, 본 개시는 조성물에 관한 것이다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유, 및 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료를 포함한다. 일부 경우에, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다. 특정 실시형태에 있어서, 상 변화 재료는 0℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타낸다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유, 및 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다. 특정 실시형태에 있어서, 폴리머는 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 30vol% 이하의 금속을 포함하는 기재를 포함하고, 여기서 기재는 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율, 및 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료를 갖고, 여기서 상 변화 재료는 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타낸다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은, 2.7g/㎤ 미만의 밀도를 갖고 두께-관통(through-thickness) 방향으로 적어도 5W/mK의 이방성 열전도율을 나타내는 기재를 포함한다.
다른 양태에 있어서, 본 개시는 장치에 관한 것이다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 조성물은, (a) 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유, 및 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃ 와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함한다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 조성물은 (a) 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유, 및 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머로서, 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는 폴리머를 포함한다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 특정 실시형태에 있어서, 조성물은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 포함하고, 조성물은 적어도 30W/mK의 두께-관통 열전도율을 갖는다. 일부 경우에, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 특정 실시형태에 있어서, 조성물은 이방성 열전도율을 나타내고, 두께-관통 방향으로 적어도 30W/mK의 열전도율을 갖는다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 조성물은, (a) 30vol% 이하의 금속을 포함하는 기재로서, 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는 기재, 및/또는 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함한다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 장치는 열원, 냉각 장치, 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 조성물은, (a) 30vol% 이하의 입자를 포함하는 기재로서, 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는 기재, 및/또는 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함한다.
또 다른 양태는 일반적으로 방법에 관한 것이다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 방법은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 제공하는 단계, 및 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다. 특정 실시형태에 있어서, 상 변화 재료는 0℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내고, 기재의 적어도 일측면의 상부에 별개의 층을 형성한다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 방법은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 제공하는 단계, 및 불연속 섬유의 적어도 일부를 폴리머에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 폴리머는 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는다. 특정 경우에, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다.
또 다른 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유, 및 기재의 제 1 측면과 물리적으로 접촉하지만 기재의 제 2 측면과는 물리적으로 접촉하지 않게 위치된 매트릭스를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬된다. 일부 경우에, 매트릭스는 불연속 섬유의 제 1 말단을 고정하되 제 2 말단을 고정하지 않는다.
다른 양태에 있어서, 본 개시는 본원에 기재된 실시형태 중 하나 이상, 예를 들어 열전도성 정렬 재료를 제조하는 방법을 포함한다. 또 다른 양태에 있어서, 본 개시는 본원에 기재된 실시형태 중 하나 이상, 예를 들어 열전도성 정렬 재료를 사용하는 방법을 포함한다.
본 개시의 다른 이점 및 신규한 특징은 첨부된 도면과 함께 고려될 때 본 개시의 다양한 비제한적인 실시형태에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 개시의 비제한적인 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이며, 이는 개략적이며, 축척대로 그려지도록 의도되지 않는다. 도면에서, 도시된 동일하거나 거의 동일한 구성요소 각각은 전형적으로 단일 숫자로 나타내어진다. 명확성을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에 표시되는 것은 아니며, 당업자가 본 개시를 이해하게 하기 위해 도시가 필요하지 않은 본 개시의 각각의 실시형태의 모든 구성요소가 나타내어지는 것도 아니다. 도면에서:
도 1은 일 실시형태에 따른 조성물의 SEM 이미지로서, 실질적으로 정렬된 불연속 섬유를 도시한다.
도 2는 다른 실시형태에 따른 조성물의 SEM 이미지로서, 매립된 탄소 섬유를 나타낸다.
도 3은 또 다른 실시형태에 따른 조성물의 SEM 이미지로서, 파라핀 왁스에 매립된 탄소 섬유를 나타낸다.
도 4는 또 다른 실시형태에 있어서의 조성물의 열 임피던스를 도시한다.
도 5a-도 5b는 다양한 실시형태에 따른 특정 장치의 비제한적인 예를 나타낸다.
본 개시는 일반적으로 반도체 장치 또는 다른 적용을 위한 열계면 재료를 포함하는 다양한 목적의 열전도성 정렬 재료에 관한 것이다. 특정 양태는 실질적으로 정렬될 수 있는, 예를 들어 기재를 규정하는 불연속 섬유를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 조성물은 또한 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머 또는 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 일부 경우에 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 불연속 섬유는, 예를 들어 섬유가 정렬되는 방향을 따라 열 전달을 용이하게 하도록 정렬된다. 다른 양태는 일반적으로 이러한 조성물을 사용하는 장치, 이러한 조성물을 제조하는 방법, 이러한 조성물을 포함하는 키트 등에 관한 것이다.
본 개시의 일 양태는 일반적으로 열계면 재료(TIM) 및 조성물에 관한 것이다. 이들은 예를 들어 제 1 위치(예를 들어, 열원)과 제 2 위치(예를 들어, 히트 싱크) 사이에서 열을 전도하는 데 사용될 수 있다. 이러한 조성물은 반도체 장치(예를 들어, 열원 또는 발열체)와 히트 싱크 또는 냉각 장치(예를 들어, 방열체) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 열전도성 탄소 섬유는 재료를 통해 열을 신속하고 효율적으로 수송하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 이러한 조성물은, 예를 들어 열 수송 대신에 또는 열 수송에 추가하여 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 폴리머 또는 상 변화 재료와 같은 재료가 조성물 내에 사용될 수 있다. 비제한적인 예는 실리콘, 아크릴릭스, 왁스, 및 본원에 보다 상세히 논의된 것을 포함하는 다른 재료를 포함한다. 다른 세트의 실시형태에 있어서, 이러한 조성물은 제 1 위치와 제 2 위치 사이, 예를 들어 열원과 히트 싱크 또는 냉각 장치 사이의 양호한 열 접촉을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 특정 실시형태에 있어서, 조성물은, 예를 들어 폴리머 또는 상 변화 재료에 추가하여 또는 폴리머 또는 상 변화 재료 대신에 세라믹 또는 금속 충전제와 같은 충전체를 포함할 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 본원에 기재된 것과 같은 조성물은 일부 경우에 실질적으로 정렬될 수 있는 복수의 불연속 섬유를 함유할 수 있다. 이러한 정렬이 완벽할 필요는 없지만, 일반적으로 조성물 내 섬유의 적어도 일부는, 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이 복수의 섬유의 평균 정렬의 20°이하 내인 정렬을 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 이러한 섬유는 비교적 높은 체적 또는 패킹 분율(packing fraction)로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 섬유는 조성물의 적어도 30vol%가 이러한 섬유를 포함하도록 조성물 내에 존재할 수 있다. 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이, 다른 실시형태에 있어서 더 높은 체적 퍼센트도 가능하다. 이러한 섬유는, 예를 들어 실질적으로 정렬될 때, 예를 들어 섬유의 정렬 및 방향성으로 인해 제 1 위치 및 제 2 위치로부터 열을 수송하는 데 특히 효과적일 수 있다. 이에 반해, 열계면 재료에 사용된 많은 다른 조성물은 훨씬 더 낮은 섬유 농도 또는 밀도를 갖고, 전형적으로는 존재할 수 있는 임의의 섬유는, 예를 들어 그들의 낮은 농도로 인해 상당량의 열을 수송할 수 없다.
따라서, 본원에 논의된 것과 같은 특정 실시형태는 일부 경우에 실질적으로 정렬될 수 있는 이러한 불연속 섬유를 함유하거나 이러한 불연속 섬유에 의해 규정된 기재에 관한 것일 수 있다. 일부 경우에, 폴리머 또는 상 변화 재료가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 이러한 재료는 본원에 보다 상세히 논의된 바와 같이, 가해진 압력, 중력, 모세관 작용 등과 같은 기술을 사용하여 기재 내로 주입될 수 있다. 일부 경우에, 추가 재료가 기재 상에 코팅될 수 있다.
이러한 시스템의 특정 비제한적인 예가 이제 도 5와 관련하여 논의된다. 도 5a에 있어서, 예시적인 장치(50)는 열원(20)(예를 들어, 제 1 위치), 냉각 장치(10)(예를 들어, 제 2 위치), 및 열원 및 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물(30)을 포함한다. 예를 들어, 열원(20)은 반도체 마이크로칩, 또는 본원에 기재된 것과 같은 다른 열원일 수 있다. 유사하게, 냉각 장치(10)는 히트 싱크, 비교적 높은 열전도율을 갖는 금속, 또는 본원에 기재된 임의의 것과 같은 다른 냉각 장치일 수 있다.
열원(20)과 냉각 장치(10) 사이에 조성물(30)이 있다. 이러한 비제한적인 예에 있어서, 조성물(30)은 기재(31), 및 상 변화 재료(32)를 포함한다. 일부 경우에, 예를 들어 본원에 기재된 바와 같이 기재(31)는 일부 경우에 실질적으로 정렬될 수 있는 복수의 불연속 섬유를 포함할 수 있다. 상 변화 재료(32)는 장치(50)로부터(예를 들어, 열원(20)으로부터) 열에 노출될 때 연화되거나(예를 들어, 끈적거리거나 흐르게 되는 등) 액화되기 시작하는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상 변화 재료(32)는 왁스, 또는 본원에 기재된 임의의 것을 포함하는 다른 재료를 포함할 수 있다. 이 도면에는 2개의 상 변화 재료가 존재하지만, 이는 단지 예이며, 다른 경우에, 조성물에 더 적거나 더 많은 상 변화 재료가 존재할 수 있다.
또 다른 비제한적인 예는 도 5b에 도시된다. 이 도면에서, 냉각 장치(10)는 하나 이상의 냉각 핀의 형태를 취할 수 있다. 조성물(30)은 냉각 핀과 열원(20) 사이에 위치되고, 상 변화 재료(32)가 열원(20)과 직접 물리적으로 접촉하지만, 기재(31)는 그렇지 않도록 위치된다. 기재(31)는, 예를 들어 기재 자체에 평행하거나 직교하고, 열원(20)에 평행하거나 직교하는 등과 같ㅇ 임의의 적절한 배향으로 정렬된 복수의 불연속 섬유를 포함할 수 있다.
상기 논의는 특정 열전도성 정렬 재료를 제조하는 데 사용될 수 있는 본 발명의 특정 실시형태의 비제한적인 예이다. 그러나, 다른 실시형태도 가능하다. 따라서, 보다 일반적으로 본 발명의 다양한 양태는 열전도성 정렬 재료를 위한 다양한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 다양한 양태는 일반적으로 제 1 위치(예를 들어, 열원)와 제 2 위치(예를 들어, 히트 싱크) 사이에서 열을 전도할 수 있는 조성물에 관한 것이다. 일부 경우에, 조성물은 제 1 위치를 제 2 위치로 열 전달하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있는 열계면 재료로서 사용될 수 있다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 본원에 논의된 것과 같은 조성물은 비교적 높은 열전도율을 가질 수 있다. 예를 들어, 조성물은 적어도 3W/mK, 적어도 5W/mK, 적어도 10W/mK, 적어도 20W/mK, 적어도 25W/mK, 적어도 30W/mK, 적어도 35W/mK, 적어도 40W/mK, 적어도 45W/mK, 적어도 50W/mK, 적어도 60W/mK, 적어도 75W/mK, 적어도 100W/mK, 적어도 200W/mK, 적어도 250W/mK, 적어도 300W/mK, 적어도 350W/mK, 적어도 400W/mK, 적어도 450W/mK, 적어도 500W/mK, 적어도 600W/mK, 적어도 750W/mK 등의 전체 열전도율을 가질 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 5g/ml 미만, 4.5g/ml 미만, 4g/ml 미만, 3.5g/ml 미만, 3g/ml 미만, 2.9g/ml 미만, 2.8g/ml 미만, 2.7g/ml 미만, 2.6g/ml 미만, 2.5g/ml 미만, 2.4g/ml 미만, 2.2g/ml 미만, 2g/ml 미만, 1.5g/ml 미만 등의 밀도를 가질 수 있다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이 히트 싱크 및 특정 다른 적용에 사용하기 위한 비교적 낮은 밀도는 이전에 달성할 수 없었던 것으로 여겨지는데, 그 이유는 이러한 재료가 비교적 높은 밀도를 갖는 금속에 의존하는 경우가 있기 때문이다. 놀랍게도, 본원에 논의되는 바와 같이, 비교적 높은 전체 열전도율은 금속 또는 다른 고밀도 재료에 의존하는 일 없이 특정 실시형태에 따라 달성될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 일부 실시형태에 있어서 조성물은 복수의 불연속 섬유, 및 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머 또는 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 탄소 섬유, 및/또는 본원에 기재된 것과 같은 재료를 사용하여 형성된 다른 섬유를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 복수의 불연속 섬유는 실질적으로 정렬될 수 있으며, 놀랍게도 이는, 예를 들어 정렬 방향 또는 두께-관통 방향을 따라 현저히 개선된 열 수송을 허용한다. 일부 경우에, 두께-관통 방향은 기재의 평면에 실질적으로 직교하는 방향일 수 있다. 이러한 조성물은 특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유의 최밀 패킹으로 인해 개선된 열 수송을 초래할 수 있다. 예를 들어, 섬유의 적어도 30vol%(또는 본원에 기재된 것과 같은 다른 퍼센트)가 실질적으로 정렬될 수 있고, 이는 조성물 내에서 개선된 열 수송을 초래할 수 있다.
또한, 특정 실시형태에 있어서, 조성물은 열 수송 대신에 또는 열 수송에 추가하여 전자기 간섭에 대한 차폐물로서 유용할 수 있다. 일부 경우에, 재료의 벌크 전기 전도율을 증가시킴으로써, 재료는 전자기파를 흡수할 수 있고, 이에 의해 전자기 간섭으로부터 차폐될 수 있다. 전자기 차폐는 적용에 따라 부분적 또는 전체적일 수 있다. 일부 경우에, 차폐는, 예를 들어 조성물 내의 전도성 요소, 예를 들어 탄소 또는 본원에 기재된 것과 같은 다른 섬유로 인해 전파, 전자기장, 정전기장 등의 결합을 감소시킬 수 있다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 조성물의 증가된 열전도율은 또한 증가된 전기 전도율, 및/또는 전자기 간섭으로부터의 증가된 차폐에 상응할 수 있다.
따라서, 일 양태는 일반적으로 복수의 불연속 섬유에 관한 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 예를 들어 기재를 규정할 수 있도록 존재하는 비교적 많은 수의 불연속 섬유가 있을 수 있다. 비제한적인 예가 도 1에 나타내어진다. 불연속 섬유는 비교적 큰 퍼센트의 기재를 형성할 수 있다. 예를 들어, 기재의 적어도 20vol%, 적어도 30vol%, 적어도 40vol%, 적어도 50vol%, 적어도 60vol%, 적어도 70vol%, 적어도 80vol%, 적어도 90vol%, 적어도 95vol%, 적어도 97vol%, 또는 적어도 99vol%가 불연속 섬유로 형성될 수 있다.
또한, 특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유의 일부 또는 전부가 실질적으로 정렬될 수 있다. 불연속 섬유를 정렬하기 위한 방법은 이하에서 보다 상세히 논의된다. 그러나, 정렬이 완벽할 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 일부 경우에, 기재 또는 복합체 내 섬유의 적어도 5% 이상은복수의 섬유의 평균 정렬의 20° 이하 내인 정렬을 나타낼 수 있다.
불연속 섬유에 추가하여, 특정 양태에 따라 존재하는 폴리머 또는 상 변화 재료와 같은 재료도 조성물 내에 존재할 수 있다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 이러한 재료는 재료와 열원, 히트 싱크, 냉각 장치 등과 같은 장치의 다른 구성요소 사이에 양호한 열 접촉을 형성할 수 있기 때문에 특히 유용할 수 있다고 여겨진다. 일부 경우에, 이러한 재료는, 비교적 따뜻한 온도에 노출될 때 부분적으로 또는 완전히 연화되거나 액화될 수 있어, 예를 들어 이러한 성분과의 열 접촉을 개선할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 그것이 안에 있는 장치가 사용될 때 연화되거나(예를 들어, 끈적거리거나 흐르게 되는 등) 액화되기 시작하는(예를 들어, 열을 발생하는) 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서 장치는, 예를 들어 컴퓨터 내의 반도체 마이크로칩을 포함할 수 있고, 마이크로칩은 사용 동안 40℃와 80℃ 사이, 50℃와 70℃ 사이 등의 온도까지 가열될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서는 훨씬 더 높은 온도가 가능할 수 있다. 이러한 경우에, 상 변화 재료는 이러한 높은 온도에서 연화되거나 액화될 수 있어, 그로부터 멀리 열을 수송하는 것을 용이하게 하는 반도체 마이크로칩과의 열 접촉을 개선할 수 있다.
매우 다양한 상 변화 재료 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 일반적으로, 상 변화 재료는, 예를 들어 열원으로부터의 열로 인해 상을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 재료는 고체로부터 액체로(예를 들어, Tm을 거친 가열에 의해), 결정질 상태로부터 비정질 또는 고무 상태로(예를 들어, Tg를 거친 가열에 의해) 등 상을 변화시킬 수 있다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 상 변화 재료는, 예를 들어 균열, 불량한 연결 등을 밀봉하기 위해 가열될 때 유동할 수 있기 때문에, 및/또는 적어도 상 변화가 완료될 때까지 온도가 상승하기 보다는 열 에너지를 흡수(예를 들어, 상 변화에 영향을 미치도록)하기 때문에 특정 경우에 유용할 수 있다고 여겨진다. 특정 실시형태에 있어서, 하나 또는 하나보다 많은 상 변화 재료가 존재할 수 있다.
일부 경우에, 상 변화 재료는 장치의 작동 온도에서 상 변화를 나타내는 재료이다. 예를 들어, 상 변화 재료는 적어도 0℃, 적어도 10℃, 적어도 20℃, 적어도 30℃, 적어도 40℃, 적어도 50℃, 적어도 60℃, 적어도 70℃, 적어도 80℃, 적어도 90℃, 적어도 100℃, 적어도 125℃, 적어도 150℃, 적어도 175℃, 적어도 200℃, 적어도 250℃, 적어도 275℃, 적어도 300℃ 등의 온도에서 상 변화를 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 상 변화 재료는 300℃ 이하, 275℃ 이하, 250℃ 이하, 225℃ 이하, 200℃ 이하, 175℃ 이하, 150℃ 이하, 125℃ 이하, 100℃ 이하, 90℃ 이하, 80℃ 이하, 70℃ 이하, 60℃ 이하, 50℃ 이하, 40℃ 이하, 30℃ 이하, 20℃ 이하, 10℃ 이하 등의 온도에서 상 변화를 나타낼 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 상 변화 재료는 0℃와 80℃ 사이, 40℃와 80℃ 사이, 50℃와 70℃ 사이, 30℃와 50℃ 사이, 40℃와 60℃ 사이, 0℃와 300℃ 사이 등에서 상 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 특정 실시형태에 있어서, 상 변화 재료는, 예를 들어 상 변화 온도 이상의 온도에서 비교적 쉽게 유동하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상 변화 재료는 40℃, 50℃, 또는 60℃의 온도에서 1000cP 미만, 500cP 미만, 100cP 미만, 50cP 미만, 또는 10cP 미만의 점도를 가질 수 있다.
복수의 불연속 섬유는 상 변화 재료와 부분적으로 또는 완전히 접촉할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 복수의 불연속 섬유는 상 변화 재료 내에 완전히 매립될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 복수의 불연속 섬유는 그들의 제 1 말단에서 상 변화 재료와 접촉할 수 있지만 제 2 말단은 접촉하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제 2 말단은 상이한 재료와 접촉할 수 있거나, 또는 일부 실시형태에 있어서 자유로울 수 있다.
상 변화 재료로서 다양한 재료가 사용될 수 있다. 상 변화 재료의 비제한적인 예는 실리콘, 아크릴, 열가소성 수지 등을 포함한다. 추가 예는 트리메틸올에탄, 질산리튬, 질산망간, 염화망간 등을 포함한다.
다른 예로서, 일 세트의 실시형태에 있어서, 상 변화 재료는 왁스를 포함할 수 있다. 왁스는 알칸 및/또는 지질을 포함할 수 있고, 자연적으로 발생하거나 인공적으로 생성될 수 있다. 일부 경우에, 왁스는 실질적으로 수불용성이다. 일부 경우에, 왁스는 적어도 40℃의 용융 온도, 또는 본원에 기재된 임의의 것과 같은 다른 상 변화 온도를 가질 수 있다. 왁스의 비제한적인 예는 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 탄화수소 왁스, 밀랍, 세틸 팔미테이트, 식물 왁스, 몬탄 왁스, 라우르산 등을 포함한다.
또 다른 예로서, 상 변화 재료는 염 수화물을 포함할 수 있다. 염 수화물의 비제한적인 예는 불화칼륨 4수화물, 질산망간 6수화물, 염화칼슘 6수화물, 브롬화칼슘 6수화물, 질산리튬 6수화물, 황산나트륨 10수화물, 탄산나트륨 10수화물, 오쏘인산나트륨 12수화물, 질산아연 6수화물, 황산나트륨 10수화물 등을 포함한다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 염 수화물은 식 NaCl·Na2SO4·10H2O를 가질 수 있다.
또 다른 예로서, 상 변화 재료는 공정(eutectic)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 공정은 공정을 형성하는 임의의 물질보다 용융점이 낮은 2개 이상의 물질의 혼합물이다. 예를 들어, 공정은 0℃와 80℃ 사이의 용융 온도, 또는 본원에 기재된 임의의 것과 같은 다른 상 변화 온도를 가질 수 있다. 비제한적인 예로서, 공정은 유기-유기 공정 또는 유기-무기 공정일 수 있다. 구체적인 비제한적인 예는 미리스트산 및 스테아르산, Mg(NO3)2·6H2O 및 글루타르산, 에틸렌 글리콜 디스테아레이트 등을 포함한다.
공정의 또 다른 예는 테트라데칸과 헥사데칸, 테트라데칸과 도코산, 테트라데칸과 제네이코산, 카프릴산과 라우르산, 테트라데칸과 테트라데코놀, 펜타데칸과 헤네이코산, 카프릴산과 팔미트산, 도데칸올과 카프릴산, 펜타데칸과 도코산, 펜타데칸과 옥타데칸, 헥사데칸과 테트라데칸, 카프르산과 라우르산과 시네올, 카프르산과 라우르산과 메틸 살리실레이트, 카프르산과 라우르산과 펜타데칸, 카프르산과 라우르산, 트리에틸올레탄과 물과 요소, 카프르산과 라우르산과 유게놀, 카프르산과 라우르산, 부틸 팔미테이트와 부틸 스테아레이트, 메틸 팔미테이트와 메틸 스테아레이트, 카프르산과 팔미트산, 옥타데칸과 도코산, 옥타데칸과 헤네이코산, 카프르산과 스테아르산 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상 변화 재료가 반드시 요구되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 다른 세트의 실시형태에 있어서, 조성물은 일부 경우에 비교적 연성인 폴리머일 수 있는 폴리머를, 예를 들어 상 변화 재료에 추가하여 또는 상 변화 재료 대신에 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 폴리머는 장치의 작동 온도에서 쉽게 유동할 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 폴리머는 적어도 0℃, 적어도 10℃, 적어도 20℃, 적어도 30℃, 적어도 40℃, 적어도 50℃, 적어도 60℃, 적어도 70℃ 등, 및/또는 80℃ 이하, 70℃ 이하, 60℃ 이하, 50℃ 이하, 40℃ 이하, 30℃ 이하, 20℃ 이하, 10℃ 이하 등의 온도에서 유동 특성을 나타낼 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 폴리머는 0℃와 80℃ 사이, 40℃와 80℃ 사이, 50℃와 70℃ 사이, 30℃와 50℃ 사이, 40℃와 60℃ 사이 등의 온도에서 쉽게 유동할 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 폴리머는 이들 온도에서 1000cP 미만, 500cP 미만, 100cP 미만, 50cP 미만, 10cP 미만, 또는 5cP 미만의 점도를 가질 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 일부 경우에 이러한 폴리머는 예를 들어 균열, 불량한 연결 등을 밀봉하기 위해 가열될 때 유동하는 능력 때문에 유용할 수 있다.
이러한 폴리머의 예는 실리콘, 아크릴릭스, 상 변화 재료, 열경화성 수지, 및/또는 열가소성 수지 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 구체적인 비제한적인 예는 에폭시, 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리이미드(PI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리페닐에술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA), 폴리아미드46(PA46), 폴리아미드66(PA66), 폴리아미드12(PA12), 폴리아미드11(PA11), 폴리아미드6(PA6), 폴리아미드6.6(PA6.6), 폴리아미드6.6/6(PA6.6/6), 비정질 폴리아미드(PA6-3-T), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프탈아미드(PPA), 액정 폴리머(LCP), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐 에테르(PPE), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리-파라-페닐렌-코폴리머(PPP), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리메틸펜텐(PMP) 등을 포함한다.
언급된 바와 같이, 조성물은 다양한 양태에서 복수의 불연속 섬유를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어 기재를 규정하는 불연속 섬유가 실질적으로 정렬될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 기재의 적어도 20vol%, 적어도 30vol%, 적어도 40vol%, 적어도 50vol%, 적어도 60vol%, 적어도 70vol%, 적어도 80vol%, 적어도 90vol%, 적어도 95vol%, 적어도 97vol%, 적어도 99vol% 등이 불연속 섬유를 함유할 수 있다. 또한, 기재의 적어도 20vol%, 적어도 30vol%, 적어도 40vol%, 적어도 50vol%, 적어도 60vol%, 적어도 70vol%, 적어도 80vol%, 적어도 90vol%, 적어도 95 vol%, 적어도 97 vol%, 또는 적어도 99vol%가 불연속 섬유로 형성될 수 있다.
불연속 섬유는 형성될 수 있거나 임의의 다양한 재료를 포함할 수 있으며, 하나 또는 하나보다 많은 유형의 재료가 존재할 수 있다. 예를 들어, 불연속 섬유는 탄소(예를 들어, 탄소 섬유), 현무암, 탄화규소, 질화규소, 아라미드, 지르코니아, 나일론, 붕소, 알루미나, 실리카, 붕규산, 멀라이트, 질화물, 질화붕소, 흑연, 유리, 폴리머(본원에 기재된 임의의 것을 포함함) 등과 같은 재료를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 임의의 천연 및/또는 임의의 합성 재료를 포함할 수 있고, 자성 및/또는 비자성일 수 있다.
또한, 일부 경우에 불연속 섬유는 비교적 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태에 있어서, 불연속 섬유는 적어도 5W/mK, 적어도 10W/mK, 적어도 100W/mK, 적어도 200W/mK, 적어도 250W/mK, 적어도 300W/mK, 적어도 350W/mK, 적어도 400W/mK, 적어도 450W/mK, 적어도 500W/mK, 적어도 600W/mK, 적어도 750W/mK, 적어도 900W/mK, 적어도 1000W/mK 등의 열전도율을 가질 수 있다.
불연속 섬유는 일부 실시형태에 있어서 적어도 실질적으로 정렬될 수 있다.불연속 섬유를 정렬하기 위한 방법은 본원에서 보다 상세히 논의된다. 다양한 정렬이 가능하며, 일부 경우에는, 예를 들어 광학적으로 또는 현미경적으로 결정될 수 있다. 따라서, 일부 경우에 정렬은 정성적으로 결정될 수 있다. 그러나, 정렬이 완벽할 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 일부 경우에, 섬유의 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 적어도 75%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%가 실질적으로 정렬될 수 있거나, 또는 예를 들어 기재의 샘플 내에서 복수의 섬유의 평균 배향의 20° 이내, 15° 이내, 10° 이내, 또는 5° 이내인 정렬을 나타낼 수 있다.
또한, 일부 경우에 섬유의 평균 배향은 그 위치에서의 기재의 평면에 대해 적어도 45°, 적어도 60°, 적어도 65°, 적어도 70°, 적어도 75°, 적어도 85°, 또는 적어도 87°가 되도록 배향될 수 있다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 조성물 내에서 기재에 실질적으로 직교하는 불연속 섬유의 정렬은, 예를 들어 조성물이 이방성 열전도율을 나타낼 수 있도록 불연속 섬유의 방향을 따른 방향으로 우선적으로 열을 수송하는 능력 및/또는 기재의 구조적 보강을 제공하는 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 조성물은 적어도 3W/mK, 적어도 5W/mK, 적어도 10W/mK, 적어도 30W/mK, 적어도 50W/mK, 적어도 100W/mK, 250W/mK, 적어도 500W/mK, 적어도 750W/mK 등의 일방향으로의 열전도율을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이것은 불연속 섬유의 평균 정렬에 의해 규정된 방향, 또는 예를 들어 기재의 평면에 실질적으로 수직인 기재의 두께-관통 방향일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이것은 예를 들어 열원으로부터 떨어진 곳에서 개선된 열 수송을 허용할 수 있다.
다른 사람들은 기재에 섬유를 패킹할 것을 제안했지만, 더 높은 섬유 체적 분윤은, 예를 들어 열계면 재료에서 이전에는 달성할 수 없었던 것으로 여겨진다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 이것은 섬유 결집(agglomeration)을 야기하는 더 높은 정전기적 상호작용, 및/또는 일관된 분산을 방지할 수 있는 폴리머 수지의 더 높은 점도 때문일 수 있다고 여겨진다. 따라서, 본원에 논의된 바와 같은 특정 실시형태는 일반적으로 적어도 40% 섬유 체적, 적어도 45% 섬유 체적, 적어도 50% 섬유 체적, 적어도 55% 섬유 체적, 적어도 60% 섬유 체적, 적어도 65% 섬유 체적, 적어도 70% 섬유 체적 등과 같은 (예를 들어, 본원에 논의된 것과 같은 실질적으로 정렬된 섬유의) 섬유 체적 분율에 관한 것이다.
이하에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 다양한 실시형태에 있어서 불연속 섬유를 정렬하기 위해 자기장, 전단 유동 등을 포함하는 다양한 기술들이 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본원에서 논의된 것을 포함하는 자성 입자가 섬유에 부착될 수 있고, 이어서 자성 입자를 조작하기 위해 자기장이 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기장은 자성 입자를 기재 내로 이동시키고, 및/또는 불연속 섬유를 정렬하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 본원에 논의되는 바와 같이, 자기장은 일정하거나 시변적(예를 들어, 요동)일 수 있다. 예를 들어, 인가된 자기장은 1Hz 내지 500Hz의 주파수 및 0.01T 내지 10T의 진폭을 가질 수 있다. 자기장의 다른 예가 이하에서 보다 상세히 설명된다.
일부 경우에, 불연속 섬유는 적어도 1nm, 적어도 3nm, 적어도 5nm, 적어도 10nm, 적어도 30nm, 적어도 50nm, 적어도 100nm, 적어도 300nm, 적어도 500nm, 적어도 1㎛, 적어도 3㎛, 적어도 5㎛, 적어도 10㎛, 적어도 20㎛, 적어도 30㎛, 적어도 50㎛, 적어도 100㎛, 적어도 200㎛, 적어도 300㎛, 적어도 500㎛, 적어도 1mm, 적어도 2mm, 적어도 3mm, 적어도 5mm, 적어도 10mm, 적어도 15mm 등의 평균 길이, 또는 특성 치수를 가질 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유는 5cm 이하, 3cm 이하, 2cm 이하, 1.5cm 이하, 1cm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 500㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하, 5㎛ 이하, 3㎛ 이하, 1㎛ 이하, 500nm 이하, 300nm 이하, 100nm 이하, 50nm 이하, 30nm 이하, 10nm 이하, 5nm 이하 등의 평균 길이, 또는 특정 치수를 가질 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 복수의 불연속 섬유는 1mm와 5mm 사이의 평균 길이를 가질 수 있다.
또한, 불연속 섬유는 또한 임의의 적절한 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 불연속 섬유는 적어도 5㎛, 적어도 10㎛, 적어도 20㎛, 적어도 30㎛, 적어도 50㎛, 적어도 100㎛, 적어도 200㎛, 적어도 300㎛, 적어도 500㎛, 적어도 1mm, 적어도 2mm, 적어도 3mm, 적어도 5mm, 적어도 1cm, 적어도 2cm, 적어도 3cm, 적어도 5cm, 적어도 10cm 등의 평균 직경을 가질 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유는 10cm 이하, 5cm 이하, 3cm 이하, 2cm 이하, 1cm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 500㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하, 5㎛ 이하 등의 평균 직경을 가질 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 불연속 섬유는 5㎛와 50㎛ 사이, 10㎛와 100㎛ 사이, 50㎛와 500㎛ 사이, 100㎛와 5mm 사이 등의 평균 직겨을 가질 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유는 평균적으로 그것의 두께 또는 직경의 적어도 10배 또는 적어도 50배인 길이를 가질 수 있다. 일부 경우에, 섬유는 적어도 3, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 30, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 300, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 3,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 30,000, 적어도 50,000, 또는 적어도 100,000의 평균 애스펙트비(직경 또는 두께에 대한 섬유 길이의 비)를 가질 수 있다. 일부 경우에, 평균 애스펙트비는 100,000 미만, 50,000 미만, 30,000 미만, 10,000 미만, 5,000 미만, 3,000 미만, 1,000 미만, 500 미만, 300 미만, 100 미만, 50 미만, 30 미만, 10 미만, 5 미만 등일 수 있다. 일부 경우에 이들의 임의의 조합도 가능하며; 예를 들어, 애스펙트비는 5와 100,000 사이일 수 있다.
불연속 섬유의 적어도 일부는 코팅되지 않을 수 있다. 그러나, 일부 경우에 불연속 섬유의 일부 또는 전부가 코팅될 수 있다. 코팅은, 예를 들어 자성 입자와 같은 입자의 흡착 또는 결합을 촉진하기 위해, 또는 다른 이유로 사용될 수 있다. 비제한적인 일 예로서, 불연속 섬유의 적어도 일부는 사이징으로 코팅된다. 코팅 또는 사이징의 일부 예는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 페녹시, 폴리이미드, 에폭시 등을 포함하지만,\ 이에 한정되지 않는다. 이들은, 예를 들어 용액, 분산액, 에멀션 등으로서 도입될 수 있다. 다른 예로서, 섬유는 계면활성제, 실란 커플링제, 에폭시, 글리세린, 폴리우레탄, 유기금속 커플링제 등으로 코팅될 수 있다. 계면활성제의 비제한적인 예는 올레산, 도데실 황산나트륨, 라우릴 황산나트륨 등을 포함한다. 실란 커플링제의 비제한적인 예는 아미노-, 벤질아미노-, 클로로프로필-, 디술피드-, 에폭시-, 에폭시/멜라민-, 메르캅토-, 메타크릴레이트-, 테트라술피도-, 우레이도-, 비닐-, 이소시아네이트-, 및 비닐-벤질-아미노계 실란 커플링제를 포함한다. 유기금속 커플링제의 비제한적인 예는 아릴- 및 비닐계 유기금속 커플링제를 포함한다.
언급된 바와 같이, 일 세트의 실시형태에 있어서, 불연속 섬유의 적어도 일부는 탄소 섬유일 수 있다. 탄소 섬유는, 예를 들어 자성 입자 또는 본원에 논의된 것과 같은 다른 기술을 사용하여 직접적으로 또는 간접적으로 자기장에서 정렬될 수 있다. 예를 들어, 일부 유형의 탄소 섬유는 반자성이고, 인가된 자기장을 사용하여 직접 이동될 수 있다. 따라서, 특정 실시형태는 상자성 또는 강자성 재료가 실질적으로 없는 섬유에 관한 것이고, 여전히 외부 자기장을 사용하여 정렬될 수 있다. 예를 들어, 임의의 상자성 또는 강자성 재료가 존재하면, 이들은 재료의 (질량 퍼센트로) 5% 미만, 1% 미만, 0.5% 미만, 0.3% 미만, 0.1% 미만, 0.05% 미만, 0.03% 미만, 0.01% 미만, 0.005% 미만, 0.003% 미만, 또는 0.001% 미만을 형성할 수 있다.
반자성 탄소 섬유를 포함하는 다양한 탄소 섬유가 상업적으로 얻어질 수 있다. 일부 경우에, 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN), 레이온, 피치 등과 같은 폴리머 전구체로 제조될 수 있다. 일부 경우에, 탄소 섬유는, 예를 들어 완성된 탄소 섬유의 최종 물리적 특성을 향상시키는 방식으로 폴리머 원자를 초기에 정렬하기 위해 화학적 또는 기계적 공정을 이용하여 필라멘트사로 방적될 수 있다. 필라멘트사를 방적하는 동안 사용된 전구체 조성물 및 기계적 공정은 다양할 수 있다. 인발 또는 방적 후, 폴리머 필라멘트사를 가열하여 비탄소 원자를 제거해서(탄화 또는 열분해(pyrolization)) 최종 탄소 섬유를 생성할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 기술은 비교적 높은 탄소 함량, 예를 들어 적어도 90%, 또는 본원에 기재된 바와 같은 다른 함량을 갖는 탄소 섬유를 생성하는 데 사용될 수 있다.
탄소 섬유의 비제한적인 예는 상업적으로 입수 가능한 것을 포함하여, 예를 들어 피치- 및/또는 폴리머계(예를 들어, ex-PAN 또는 ex-Rayon) 변이형을 포함한다. 일부 경우에, 이들은 중간/표준 모듈러스(200GPa 초과) 탄소 섬유, 고 모듈러스(300GPa 초과) 또는 초고 모듈러스(500GPa 초과) 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 탄소 섬유는 비교적 높은 탄소 함량을 갖는다. 어떠한 이론에도 얽매이고자 하는 일 없이, 이러한 섬유는 낮은 에너지 자기장으로 배향되게 하는 반자성 특성을 나타낼 수 있다고 여겨진다. 일반적으로, 반자성은 인가된 자기장과 방향이 반대인 유도 자기장의 발생에 의해, 인가된 자기장에 대해 재료가 반발하는 것이다. 재료는 전형적으로 전체 자기 반응에 대한 상자성 또는 강자성 기여가 현저히 부족하면 반자성으로 분류된다. 많은 경우, 반자성 재료의 자기 반응은 매우 약하고 무시해도 될 정도이다. 그러나, 비교적 높은 자기장은 이러한 반자성 재료에서 현저한 물리적 반응을 유도할 수 있다.
따라서, 일부 경우에, 비교적 고도로 배향된 분자 구조를 나타내는 탄소 섬유는 이방성이고 높은 반자성 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 반자성 특성은 본원에 기재되어 있는 것과 같은 비교적 약한 자기장으로 이들을 배향되게 할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 인가된 자기장은 인가된 자기장의 반대 방향으로 탄소 섬유의 C-C 결합의 강한 유도 자기장을 발생시킬 수 있다. 특정 유형의 탄소 섬유는 섬유내 방향에 평행한 고도의 C-C 결합을 가질 수 있고, 이는 이방성의 반자성 반응을 생성할 수 있다. 따라서, 이러한 탄소 섬유는 인가된 자기장에 완전히 평행하게 탄소 섬유가 정렬될 때 중화되는 자기 토크를 받을 수 있다. 따라서, 적절한 자기장을 인가함으로써, 탄소 섬유는 이러한 반자성 특성으로 인해 정렬될 수 있다. 이러한 반응은 중력, 점성 및/또는 입자간 입체 효과를 극복하기에 충분할 수 있다.
예를 들어, 특정 실시형태에 있어서, 탄소 섬유는 80질량% 초과, 90질량% 초과, 92질량% 초과, 94질량% 초과, 95질량% 초과, 96질량% 초과, 97질량% 초과, 98질량% 초과, 99질량% 초과, 또는 99.5질량% 초과의 탄소 함량을 가질 수 있다. 이러한 탄소 섬유는 일부 경우에 상업적으로 얻어질 수 있다. 예를 들어 탄소 섬유는, 예를 들어 제거될 수 있는 다른 성분을 "연소" 또는 산화시킴으로써(예를 들어, 가스로 전환함으로써) 열분해적으로 생성되어, 비교적 높은 탄소 함량을 갖는 탄소 섬유를 남길 수 있다. 예를 들어 본원에서 상세히 논의된 바와 같이, 탄소 섬유를 제조하는 다른 방법도 가능하다.
탄소 섬유는 또한 일부 경우에 탄소 섬유 내 C-C 결합의 실질적인 정렬을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 탄소 섬유의 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%는 C-C 결합의 실질적인 정렬을 나타낼 수 있다. 이러한 정렬은, 예를 들어 광각 x-선 회절(WAXD), 또는 당업자에게 공지된 다른 기술을 이용하여 결정될 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 탄소 섬유(또는 다른 불연속 섬유)는 비교적 높은 모듈러스(스티프니스의 척도인 인장 모듈러스)를 가질 수 있다. 전형적으로, 더 높은 모듈러스 섬유는 낮은 모듈러스 섬유보다 더 강성이고 더 경량이다. 전형적으로 탄소 섬유는 힘이 섬유에 평행하게 인가될 때 더 높은 모듈러스를 갖고, 즉 탄소 섬유는 이방성이다. 일부 실시형태에 있어서, 탄소 섬유(또는 다른 불연속 섬유)는 적어도 100GPa, 적어도 200GPa, 적어도 300GPa, 적어도 400GPa, 적어도 500GPa, 적어도 600GPa, 적어도 700GPa 등의 모듈러스(예를 들어, 힘이 섬유에 평행하게 인가될 때)를 가질 수 있다. 더 유연한 탄소 섬유는 더 적은 정렬을 나타낼 수 있으며, 즉 낮은 모듈러스를 갖는 탄소 섬유는 인가된 자기장 내에서 정렬되기보다는 자기장에 대해 민감한 물리적 반응을 갖거나, 또는 반응을 갖지 않을 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 탄소 섬유(또는 다른 불연속 섬유)는 액체(예를 들어, 물, 오일, 폴리머 수지, 폴리머 용융물, 금속 용융물, 에탄올과 같은 알코올, 또는 다른 휘발성 유기 화합물) 내에서 자유 부유(free-floating)할 때 이방성의 반자성 반응을 나타낼 수 있고, 자기장이 인가된다. 예를 들어, 일부 경우에 탄소 섬유는 적절한 자기장이 인가될 때, 즉 반자성 반응을 나타낼 때 정렬될 수 있다. 일부 경우에, 자기장은 적어도 100mT, 적어도 200mT, 적어도 300mT, 적어도 500mT, 적어도 750mT, 적어도 1T, 적어도 1.5T, 적어도 2T, 적어도 3T, 적어도 4T, 적어도 5T, 적어도 10T 등일 수 있다. 일부 경우에, 액체 내 자유 부유 탄소 섬유의 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%는 적절한 자기장이 인가될 때 정렬을 나타낼 수 있다.
전형적으로, 섬유는 하나의 직교 치수(예를 들어, 그것의 길이)가 그것의 다른 2개의 직교 치수(예를 들어, 그것의 폭 또는 두께)보다 실질적으로 더 크도록 형상을 갖는다. 섬유는 일부 경우에 실질적으로 원통형일 수 있다. 언급된 바와 같이, 탄소 섬유는 일부 경우에 비교적 강성일 수 있지만; 탄소 섬유가 완전히 직선일 필요는 없다(예를 들어, 만곡되어 있는 경우이어도 섬유 자체를 따라 길이가 결정될 수 있다).
언급된 바와 같이, 일 세트의 실시형태에 있엇서, 자성 입자와 같은 입자는, 예를 들어 불연속 섬유를 정렬하기 위해, 또는 다른 적용을 위해 첨가될 수 있다. 입자는 불연속 섬유의 적어도 일부에 흡착되거나 그렇지 않으면 결합될 수 있다. 일부 경우에, 입자는 불연속 섬유 및/또는 연속 섬유의 일부 또는 전부를 코팅할 수 있다. 이는 본원에서 논의된 바와 같이 재료의 코팅에 의해 촉진될 수 있지만, 입자의 흡착을 촉진하기 위해 코팅이 반드시 요구되는 것은 아니다.
입자가 자성이면, 입자는 임의의 다양한 자기 민감성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어 자성 재료는, 예를 들어 철, 니켈, 코발트, 알니코, 산화철, 니켈, 코발트, 희토류 금속, 또는 이들 및/또는 다른 적절한 강자성 재료 중 2개 이상을 포함하는 합금을 함유하는 하나 이상의 강자성 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 자성 입자는 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 40, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 또는 적어도 10,000의 상대 투자율을 가질 수 있다.
그러나, 모든 입자가 반드시 자성인 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 일부 경우에, 비자성 입자는, 예를 들어 자성 입자에 추가하여 및/또는 자성 입자 대신에 사용될 수 있다. 비자성 입자의 비제한적인 예는 유리, 폴리머, 금속 등을 포함한다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 입자가 존재하지 않는다.
입자(존재하는 경우)는 구형 또는 비구형일 수 있고, 임의의 적절한 형상 또는 크기일 수 있다. 입자는 비교적 단분산되거나 다양한 크기일 수 있다. 일부 경우에, 입자는 평균적으로 적어도 10㎛, 적어도 20㎛, 적어도 30㎛, 적어도 50㎛, 적어도 100㎛, 적어도 200㎛, 적어도 300㎛, 적어도 500㎛, 적어도 1mm, 적어도 2mm, 적어도 3mm, 적어도 5mm, 적어도 1cm, 적어도 1.5cm, 적어도 2cm, 적어도 3cm, 적어도 5cm, 적어도 10cm 등의 특성 치수를 가질 수 있다. 입자는 또한 10cm 이하, 5cm 이하, 3cm 이하, 2cm 이하, 1.5cm 이하, 1cm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 500㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하 등의 평균 특성 치수를 가질 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 입자는 100㎛와 1mm 사이, 10㎛와 10㎛ 사이 등의 특성 치수를 나타낼 수 있다. 비구형 입자의 특성 치수는 비구형 입자와 동일한 체적을 갖는 완전한 구형의 직경으로 간주될 수 있다.
또한, 일부 양태에 있어서, 기재는 예를 들어, 불연속 섬유에 추가하여 충전제 또는 추가 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 기재는 복수의 연속 섬유를 포함한다. 연속 섬유는 평균적으로 불연속 섬유의 단면 치수보다 실질적으로 더 긴 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 연속 섬유는 적어도 약 0.5cm, 적어도 1cm, 적어도 2cm, 적어도 3cm, 적어도 5cm, 적어도 10cm 등의 평균 길이를 가질 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 연속 섬유는 10cm 이하, 5cm 이하, 3cm 이하, 2cm 이하, 1cm 이하, 0.5cm 이하 등의 평균 직경을 가질 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하며; 예를 들어, 연속 섬유는 1cm와 10cm 사이, 10cm와 100cm 사이 등의 평균 길이를 가질 수 있다. 일부 경우에는 더 긴 평균 길이도 가능하다.
연속 섬유는 함께 직조될 수 있고(예를 들어, 양방향성, 다방향성, 준등방성 등), 및/또는 비직조될 수 있다(예를 들어, 단방향성, 베일, 매트 등). 특정 실시형태에 있어서, 연속 섬유의 적어도 일부는 서로에 대해 실질적으로 평행하고, 및/또는 직교하여 배향되지만, 연속 섬유의 다른 구성도 가능하다. 특정 실시형태에 있어서, 연속 섬유는 직물 또는 다른 기재, 예를 들어 텍스타일, 토우, 필라멘트, 실, 스트랜드 등을 함께 규정할 수 있다. 일부 경우에, 기재는 다른 직교 치수보다 실절적으로 적은 하나의 직교 치수를 가질 수 있다(즉, 기재는 두께를 가질 수 있다). 연속 섬유는 또한 임의의 다양한 재료를 포함할 수 있고, 하나의 유형 또는 하나보다 많은 유형의 섬유가 기재 내에 존재할 수 있다. 비제한적인 예는 탄소, 현무암, 탄화규소, 아라미드, 지르코니아, 나일론, 붕소, 알루미나, 실리카, 붕규산, 멀라이트, 코튼, 또는 임의의 다른 천연 또는 합성 섬유를 포함한다.
일부 경우에, 연속 섬유는 복합체의 비교적 큰 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에 있어서, 연속 섬유는 복합체의 질량 또는 체적의 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 적어도 7%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 97%를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 연속 섬유는 복합체의 질량 또는 체적의 97% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 또는 10% 이하를 포함한다. 이들의 임의의 조합도 가능하다.
일부 경우에, 하나 이상의 충전제가 기재에 존재할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에 있어서, 기재는 하나 이상의 세라믹, 예를 들어 질화붕소, 알루미나, 티타니아 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시형태에 있어서, 기재는 알루미늄, 구리, 은, 주석, 금 등과 같은 하나 이상의 금속을 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시형태에 있어서, 기재 내에 존재하는 이러한 재료는, 예를 들어 기재의 형성 동안 입자를 함께 융합시킴으로써 형성될 수 있다. 일부 경우에 다른 재료도 기재에 존재할 수 있다.
논의된 바와 같이, 일반적으로 특정 양태는, 예를 들어 복수의 불연속 섬유 및 상 변화 재료, 또는 본원에 기재된 것과 같은 다른 재료를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 일부 경우에, 조성물은 일반적으로 평면이고, 및/또는 하나(또는 그 이상)의 기재를 포함할 수 있다. 그러나, 기재 또는 조성물은 수학적으로 완전한 평면 구조일 필요는 없다는 것을 이해해야 하며(필요 있을 수도 있지만); 예를 들어 기재, 또는 조성물은 또한 변형 가능하거나, 만곡되거나, 구부러지거나, 접히거나, 말리거나, 주름지거나 할 수 있다. 예로서, 기재는 적어도 약 0.1㎛, 적어도 약 0.2㎛, 적어도 약 0.3㎛, 적어도 약 0.5㎛, 적어도 약 1㎛, 적어도 약 2㎛, 적어도 약 3㎛, 적어도 약 5㎛, 적어도 약 10㎛, 적어도 약 30㎛, 적어도 약 50㎛, 적어도 약 100㎛, 적어도 약 300㎛, 적어도 약 500㎛, 적어도 약 1mm, 적어도 약 2mm, 적어도 약 3mm, 적어도 약 5mm, 적어도 약 1cm, 적어도 약 3cm, 적어도 약 5cm, 적어도 약 10cm, 적어도 약 30cm, 적어도 약 50cm, 적어도 약 100cm 등의 평균 두께를 가질 수 있다. 특정 경우에, 평균 두께는 100cm 미만, 50cm 미만, 30cm 미만, 10cm 미만, 5cm 미만, 3cm 미만, 1cm 미만, 5mm 미만, 2mm 미만, 3mm 미만, 1mm 미만, 500㎛ 미만, 300㎛ 미만, 100㎛ 미만, 50㎛ 미만, 30㎛ 미만, 10㎛ 미만, 5㎛ 미만, 3㎛ 미만, 1㎛ 미만, 0.5㎛ 미만, 0.3㎛ 미만, 또는 0.1㎛ 미만일 수 있다. 이들의 임의의 조합도 특정 실시형태에 있어서 가능하다. 예를 들어, 평균 두께는 0.1과 5,000미크론 사이, 10과 2,000미크론 사이, 50과 1,000미크론 사이 등일 수 있다. 두께는 기재 전체에 걸쳐 균일하거나 불균일할 수 있다. 또한, 기재는 일부 경우에 변형 가능하다.
특정 실시형태에 있어서, 조성물은 조성물의 적어도 50g/㎡의 면적 중량, 및 일부 실시형태에 있어서는 조성물의 적어도 100g/㎡, 적어도 150g/㎡, 적어도 200g/㎡, 적어도 250g/㎡, 적어도 300g/㎡, 적어도 400g/㎡, 적어도 500g/㎡, 적어도 750g/㎡, 적어도 1000g/㎡의 면적 중량을 가질 수 있다. 당업자는 면적이, 존재할 수 있는 불연속 섬유의 개별 면적이 아니라 조성물의 벌크 또는 전체 면적임을 이해할 것이다.
조성물은 일부 경우에, 예를 들어 이들에 추가하여 추가 층 또는 재료를 함유할 수 있다. 예를 들어, 기재는 조성물 내 다수의 층 중 하나일 수 있다. 조성물 내 다른 층은 폴리머, 복합 재료, 금속, 세라믹 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 복합 구조를 형성하기 위해 다른 층과 통합될 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 이들과 같은 조성물은 히트 싱크 재료로서 및/또는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 열을 전도하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기재 내에 정렬될 수 있는, 예를 들어 본원에 기재된 것과 같은 불연속 섬유를 포함하는 다양한 조성물이 가능하다. 그러나, 다른 실시형태에 있어서, 다른 조성물 및 방법이, 예를 들어 히트 싱크 재료로서 및/또는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 열을 전도하기 위해 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 경우에, 비교적 높은 전체 열전도율은 금속 또는 다른 고밀도 재료에 의존하는 일 없이 특정 실시형태에 따라 달성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 일 실시형태에 있어서, 재료는 2.7g/mL 미만의 밀도 및/또는 예를 들어, 두께-관통 방향으로 적어도 20W/mK의 열 전도율을 가질 수 있다.
본원에 논의된 것과 같은 다른 예에 있어서, 조성물은 적어도 3W/mK, 적어도 5W/mK, 적어도 10W/mK, 적어도 20W/mK, 적어도 25W/mK, 적어도 30W/mK, 적어도 35W/mK, 적어도 40W/mK, 적어도 45W/mK, 적어도 50W/mK, 적어도 60W/mK, 적어도 75W/mK, 적어도 100W/mK, 적어도 200W/mK, 적어도 250W/mK, 적어도 300W/mK, 적어도 350W/mK, 적어도 400W/mK, 적어도 450W/mK, 적어도 500W/mK, 적어도 600W/mK, 적어도 750W/mK 등의 열전도율을 가질 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 열전도율은 두께-관통 방향, 예를 들어 기재의 평면에 실질적으로 직교하는 방향으로의 열전도율일 수 있다. 또한, 일부 경우에 조성물은 5g/ml 미만, 4.5g/ml 미만, 4g/ml 미만, 3.5g/ml 미만, 3g/ml 미만, 2.9g/ml 미만, 2.8g/ml 미만, 2.7g/ml 미만, 2.6g/ml 미만, 2.5g/ml 미만, 2.4g/ml 미만, 2.2g/ml 미만, 2g/ml 미만, 1.5g/ml 미만 등의 밀도를 가질 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 이러한 재료는, 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이 복수의 불연속 섬유를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 탄소 섬유, 및/또는 본원에 기재된 것과 같은 재료를 사용하여 형성된 다른 섬유를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 재료도 특정 실시형태에 있어서 가능하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 재료는 입자(예를 들어, 열전도성 입자)와 폴리머의 복합체를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 재료는 세라믹, 금속 등을 포함할 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 재료는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속은 순금속, 또는 금속 합금일 수 있다. 금속의 비제한적인 예는 알루미늄, 아연, 구리, 마그네슘, 니켈, 은, 금 등을 포함한다. 일부 경우에, 이들 및/또는 다른 금속의 합금 또는 조합이 사용될 수 있다. 또한, 금속은 일부 실시형태에 있어서 고체이거나, 다공성일 수 있다. 금속의 다른 예는 본원에 기재된 임의의 것을 포함한다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 재료는 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹의 비제한적인 예는 금속 또는 비금속 산화물, 금속 또는 비금속 질화물, 금속 또는 비금속 탄화물, 금속 또는 비금속 붕화물, 흑연 등을 포함한다. 구체적인 비제한적인 예는 질화붕소, 이붕화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 흑연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 산화베릴륨, 산화안티몬, 산화규소 등을 포함한다. 일부 경우에, 이들 및/또는 다른 세라믹의 합금 또는 조합이 사용될 수 있다. 또한, 세라믹은 일부 실시형태에 있어서 고체이거나, 다공성일 수 있다. 세라믹의 다른 예는 본원에 기재된 임의의 것을 포함한다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 재료는 입자를 포함할 수 있다. 입자는 일부 실시형태에 있어서 열전도성일 수 있다. 입자는 금속 입자(예를 들어, 상기 기재된 것과 같은 금속을 포함함), 세라믹 입자(예를 들어, 상기 기재된 것과 같은 세라믹을 포함함) 등을 포함할 수 있다. 금속의 구체적인 비제한적인 예는 알루미늄, 아연, 구리, 마그네슘, 니켈 등을 포함한다. 세라믹의 예는 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물, 흑연을 포함하지만 이에 한정되지 않으며; 구체적인 비제한적인 예는 질화붕소, 이붕화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 흑연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 산화베릴륨, 산화안티몬, 산화규소 등을 포함한다.
입자는 구형 또는 비구형일 수 있고, 임의의 적절한 형상 또는 크기일 수 있다. 예를 들어, 입자는 구형 입자, 혈소판, 섬유 등으로서 존재할 수 있다. 입자는 비교적 단분산되거나 다양한 크기일 수 있다. 일부 경우에, 입자는 평균적으로 적어도 10㎛, 적어도 20㎛, 적어도 30㎛, 적어도 50㎛, 적어도 100㎛, 적어도 200㎛, 적어도 300㎛, 적어도 500㎛, 적어도 1mm, 적어도 2mm, 적어도 3mm, 적어도 5mm, 적어도 1cm, 적어도 1.5cm, 적어도 2cm, 적어도 3cm, 적어도 5cm, 적어도 10cm 등의 특성 치수를 가질 수 있다. 복합체 내 입자는 또한 10cm 이하, 5cm 이하, 3cm 이하, 2cm 이하, 1.5cm 이하, 1cm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 2mm 이하, 1mm 이하, 500㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하 등의 평균 특성 치수를 가질 수 있다. 이들의 임의의 조합도 가능하다. 예를 들어, 입자는 100㎛와 1mm 사이, 10㎛와 10㎛ 사이 등의 특성 치수를 나타낼 수 있다. 비구형 입자의 특성 치수는 비구형 입자와 동일한 체적을 갖는 완전한 구형의 직경으로 간주될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 입자는 재료의 비교적 큰 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에 있어서, 입자는 복합체의 체적의 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 적어도 7%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 97%를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 입자는 재료의 체적의 97% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 7% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 또는 1% 이하를 포함한다. 이들의 임의의 조합도 가능하다.
다른 세트의 실시형태에 있어서, 재료는 폴리머, 예를 들어 열경화성 및/또는 열가소성 폴리머를 포함할 수 있다. 열경화성 폴리머의 비제한적인 예는 열경화성 알키드, 비스말레이미드 폴리머, 비스말레이미드 트리아진 폴리머, 시아네이트 에스테르 폴리머, 비닐 에스테르 폴리머, 벤조시클로부텐 폴리머, 디알릴 프탈레이트 폴리머, 에폭시, 히드록시메틸푸란 폴리머, 멜라민-포름알데히드 폴리머, 페놀, 폴리에스테르, 벤즈옥사진, 폴리디엔, 폴리이소시아네이트, 폴리우레아, 폴리우레탄, 실리콘, 액정 엘라스토머, 엘라스토머, 폴리이미드, 트리알릴 시아누레이트 폴리머, 또는 트리알릴 이소시아누레이트 폴리머 등뿐만 아니라 이들 및/또는 다른 폴리머의 블렌드, 코폴리머를 포함한다.
열가소성 폴리머의 비제한적인 예는 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA), 폴리아미드46(PA46), 폴리아미드66(PA66), 폴리아미드12(PA12), 폴리아미드11(PA11), 폴리아미드6(PA6), 폴리아미드6.6(PA6.6), 폴리아미드6.6/6(PA6.6/6), 비정질 폴리아미드(PA6-3-T), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프탈아미드(PPA), 액정 폴리머(LCP), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐 에테르(PPE), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 스티렌 아크릴로 니트릴(SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리-파라-페닐렌-코폴리머(PPP), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리메틸펜텐 등뿐만 아니라 이들 및/또는 다른 폴리머의 블렌드, 코폴리머를 포함한다. 열가소성 및/또는 열경화성 폴리머의 다른 예는 본원에 기재된 임의의 것을 포함한다.
일반적으로 다른 양태는 본원에 기재된 것과 같은 조성물을 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 이러한 조성물은 액체로 제조될 수 있다. 액체는, 예를 들어 슬러리, 용액, 에멀션 등일 수 있다. 액체는 본원에 논의된 것과 같은 불연속 섬유를 함유할 수 있다. 이어서, 섬유는 본원에 논의된 바와 같이 정렬될 수 있고, 액체는, 예를 들어 섬유-함유 기재를 생성하기 위해 제거될 수 있다. 정렬 후, 최종 조성물은, 예를 들어 액체를 제거하기 위해, 예를 들어 열 및/또는 압력을 가함으로써 형성될 수 있다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 액체는, 예를 들어 수성 액체를 사용하여 불연속 섬유 사이의 정전기적 상호작용을 중화할 수 있다. 이것은, 예를 들어 불연속 섬유가 결집 없이 비교적 높은 섬유 체적으로 액체 내에 분산되게 하는 데 유용할 수 있다. 일부 경우에, 계면활성제 및/또는 알코올은 섬유 사이의 정전기적 상호작용을 감소시키기 위해 슬러리 내로 도입될 수 있다. 고전단 혼합 및 유동은 또한 특정 경우에 결집/응집을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 액상은, 예를 들어 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 예를 들어 열가소성 용액, 열가소성 용융물, 열경화성 수지, 휘발성 유기 화합물, 물, 또는 오일을 포함할 수 있다. 열경화성 수지의 비제한적인 예는 페놀류, 에폭시, 비스말레이미드, 시아네이트 에스테르, 폴리이미드 등을 포함한다. 열경화성 수지의 추가의 비제한적인 예는 열경화성 알키드, 비스말레이미드 폴리머, 비스말레이미드 트리아진 폴리머, 시아네이트 에스테르 폴리머, 비닐 에스테르 폴리머, 벤조시클로부텐 폴리머, 디알릴 프탈레이트 폴리머, 에폭시, 히드록시메틸푸란 폴리머, 멜라민-포름알데히드 폴리머, 페놀, 폴리에스테르, 벤즈옥사진, 폴리디엔, 폴리이소시아네이트, 폴리우레아, 폴리우레탄, 실리콘, 액정 엘라스토머, 엘라스토머, 폴리이미드, 트리알릴 시아누레이트 폴리머, 트리알릴 이소시아누레이트 폴리머 등을 포함한다. 엘라스토머의 비제한적인 예는 실리콘 고무 및 스티렌 부타디엔 고무 등을 포함한다. 열가소성 수지의 비제한적인 예는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드(예를 들어, 나일론, PA-6, PA-12 등), 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 등을 포함한다. 열가소성 수지의 추가의 비제한적인 예는 폴리이미드(PI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA), 폴리아미드46(PA46), 폴리아미드66(PA66), 폴리아미드12(PA12), 폴리아미드11(PA11), 폴리아미드6(PA6), 폴리아미드6.6(PA6.6), 폴리아미드6.6/6(PA6.6/6), 비정질 폴리아미드(PA6-3-T), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프탈아미드(PPA), 액정 폴리머(LCP), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐에테르(PPE), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리-파라-페닐렌-코폴리머(PPP), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리메틸펜텐 등을 포함한다. 세라믹 모노머의 비제한적인 예는 실록산, 실라잔, 또는 카르보실란 등을 포함한다. 예를 들어 코폴리머, 블렌드, 혼합물 등으로서 상술의 임의의 하나 이상의 조합도 특정 실시형태에 있어서 가능하다. 일부 경우에, 예를 들어 이들 중 하나 이상은 액체 내에 불연속 섬유를 균질하게 분산시키는 것을 돕기 위해 첨가될 수 있다. 휘발성 유기 화합물의 예는 이소프로판올, 부탄올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 또는 크실렌을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
임의의 적절한 양의 불연속 섬유가 슬러리 또는 다른 액체에 존재할 수 있다. 예를 들어, 슬러리의 체적의 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 또는 적어도 80%가 불연속 섬유일 수 있다. 일부 경우에, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 또는 10% 이하가 불연속 섬유일 수 있다. 이들의 임의의 조합도 일부 경우에 가능하다. 예를 들어, 슬러리 또는 다른 액체는 70%와 80% 사이, 75%와 85% 사이, 50%와 90% 사이 등의 불연속 섬유를 함유할 수 있다.
예를 들어, 슬러리 또는 다른 액체를 제조한 후, 예를 들어 기재를 형성하기 위해 표면에 적용되거나 노출될 수 있다. 임의의 적절한 방법은 슬러리 또는 다른 액체를 표면에 적용하기 위해 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 액체는 표면 상에 주입, 코팅, 분무, 도장될 수 있거나, 또는 표면은 액체 내에 부분적으로 또는 완전히 침지될 수 있다. 액체는 표면을 적시고, 코팅하고, 및/또는 에워싸는 데 사용될 수 있다.
일 세트의 실시형태에 따라 본원에 논의된 바와 같이 불연속 섬유를 직접적으로 또는 간접적으로 조작하기 위해 자기장이 인가될 수 있다. 임의의 적절한 자기장이 인가될 수 있다. 일부 경우에, 자기장은 일정한 자기장이다. 다른 경우에, 자기장은 시변적일 수 있으며; 예를 들어 자기장은, 예를 들어 불연속 작용제의 조작을 용이하게 하기 위해 진폭 및/또는 방향이 요동하거나 주기적으로 변할 수 있다. 요동은 정현파 또는 다른 반복 파형(예를 들어, 직사각형파 또는 톱니파)일 수 있다. 주파수는, 예를 들어 적어도 0.1Hz, 적어도 0.3Hz, 적어도 0.5Hz, 적어도 1Hz, 적어도 3Hz, 적어도 5Hz, 적어도 10Hz, 적어도 30Hz, 적어도 50Hz, 적어도 100Hz, 적어도 300Hz, 적어도 500Hz 등, 및/또는 1000Hz 이하, 500Hz 이하, 300Hz 이하, 100Hz 이하, 50Hz 이하, 30Hz 이하, 10Hz 이하, 5Hz 이하, 3Hz 이하 등일 수 있다. 예를 들어, 주파수는 1Hz 내지 500Hz 사이, 10Hz와 30Hz 사이, 50Hz와 Hz 사이 등일 수 있다. 또한, 주파수는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있거나, 또는 주파수는 일부 경우에 변할 수 있다.
자기장은, 일정하든 요동하든 임의의 적절한 진폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 진폭은 적어도 0.001T, 적어도 0.003T, 적어도 0.005T, 적어도 0.01T, 적어도 0.03T, 적어도 0.05T, 적어도 0.1T, 적어도 0.3T, 적어도 0.5T, 적어도 1T, 적어도 3T, 적어도 5T, 적어도 10T 등일 수 있다. 일부 경우에 진폭은 20T 이하, 10T 이하, 5T 이하, 3T 이하, 1T 이하, 0.5T 이하, 0.3T 이하, 0.1T 이하, 0.05T 이하, 0.03T 이하, 0.01T 이하, 0.005T 이하, 0.003T 이하 등일 수 있다. 진폭은 또한 이들 값의 임의의 조합 내에 속할 수 있다. 예를 들어, 진폭은 0.01T 내지 10T 사이, 1T와 3T 사이, 0.5T와 1T 사이 등일 수 있다. 진폭은 실질적으로 일정할 수 있거나, 특정 실시형태에 있어서는 예를 들어 이들 값의 임의의 범위 내에서 변할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 자기장 방향(즉, 최대 진폭의 방향)은 평균 방향에 대해 +/-90°, +/-85°, +/-80°, +/-75°, +/-70°, +/-65°, +/-60°, +/-55°, +/-50°, +/-45°, +/-40°, +/-35°, +/-30°, +/-25°, +/-20°, +/-15°, +/-10°, +/-5°만큼 변할 수 있다.
적절한 자기장을 발생시키기 위한 다양한 상이한 장치가 상업적으로 얻어질 수 있고, 영구 자석 또는 전자석을 포함한다. 일부 경우에, 요동 자기(oscillating magnetic)는 자석을 회전 디스크에 부착하고 그 디스크를 적절한 속도 또는 주파수로 회전시킴으로써 생성될 수 있다. 영구 자석의 비제한적인 예는 철 자석, 알니코 자석, 희토류 자석 등을 포함한다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 전단 유동은 불연속 섬유를 정렬하거나 조작 하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전단 유체가 기재에 적용되어 복수의 불연속 작용제의 적어도 일부가, 예를 들어 전단 유동 방향으로 정렬되게 할 수 있다. 사용될 수 있는 전단 유체의 예는 물, 또는 오일과 같은 다른 액체, 에탄올과 같은 알코올, 유기 용제(예를 들어, 이소프로판올, 부탄올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 또는 크실렌) 등을 포함한다. 특정 실시형태에 있어서, 전단 유체는 적어도 1cP의 점도를 가질 수 있다. 또한, 일부 경우에 전단 유체는 공기와 같은 기체일 수 있다. 전단 유체의 선형 유량은, 예를 들어 적어도 10mm/min, 적어도 20mm/min, 적어도 30mm/min, 적어도 50mm/min, 적어도 100mm/min, 적어도 200mm/min, 적어도 300mm/min 등일 수 있다.
예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 섬유는 슬러리를 형성하기 위해 알코올, 용매, 또는 수지를 포함하는 액체에 첨가될 수 있다. 슬러리는 일부 경우에 섬유를 정렬하기 위해 유동될 수 있으며, 예를 들어, 여기서 슬러리는 전단 유체로서 사용된다. 그러나, 다른 경우에는 먼저 슬러리를 기재에 적용한 다음, 전단 유체를 사용하여 섬유를 정렬할 수 있다.
또한, 일부 실시형태에 있어서, 기계적 진동은, 예를 들어 자기 조작(magnetic manipulation) 및/또는 전단 유동에 추가하여 및/또는 자기 조작 및/또는 전단 유동 대신에 불연속 섬유를 조작하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 기계적 진동은, 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이 불연속 섬유를 기재 내로 또는 기재 상에, 예를 들어 기재 내 공극 또는 홀 내로 이동시키기 위해, 및/또는 적어도 기재에 불연속 작용제를 실질적으로 정렬시키기 위해 사용될 수 있다. 일 세트의 실시형태에 있어서, 기계적 진동은 적어도 1㎛, 적어도 2㎛, 적어도 3㎛, 적어도 5㎛, 적어도 10㎛, 적어도 20㎛, 적어도 30㎛, 적어도 50㎛, 적어도 100㎛, 적어도 200㎛, 적어도 300㎛, 적어도 500㎛, 적어도 1,000㎛, 적어도 2,000㎛, 적어도 3,000㎛, 적어도 5,000㎛, 또는 적어도 10,000㎛의 불연속 섬유의 운동을 야기하도록 가해질 수 있다.
또한, 일부 경우에 기계적 진동은 시변적일 수 있으며; 예를 들어 기계적 진동은, 예를 들어 불연속 섬유의 조작을 용이하게 하기 위해 진폭 및/또는 방향이 주기적으로 변할 수 있다. 요동은 정현파 또는 다른 반복 파형(예를 들어, 직사각형파 또는 톱니파)일 수 있다. 주파수는, 예를 들어 적어도 0.1Hz, 적어도 0.3Hz, 적어도 0.5Hz, 적어도 1Hz, 적어도 3Hz, 적어도 5Hz, 적어도 10Hz, 적어도 30Hz, 적어도 50Hz, 적어도 100Hz, 적어도 300Hz, 적어도 500Hz 등, 및/또는 1000Hz 이하, 500Hz 이하, 300Hz 이하, 100Hz 이하, 50Hz 이하, 30Hz 이하, 10Hz 이하, 5Hz 이하, 3Hz 이하 등일 수 있다. 예를 들어, 주파수는 1Hz 내지 500Hz 사이, 10Hz와 30Hz 사이, 50Hz와 Hz 사이 등일 수 있다. 또한, 주파수는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있거나, 또는 주파수는 일부 경우에 변할 수 있다. 요동 자기장과 함께 인가되면, 그들의 주파수는 독립적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
정렬 동안 및/또는 정렬 후, 불연속 섬유는 예를 들어 일 세트의 실시형태에 있어서 불연속 섬유의 후속 이동을 방지하거나 제한하기 위해, 일부 실시형태에 있어서 설정되거나 고정될 수 있다. 기술의 비제한적인 예는 액체 또는 슬러리를 고화, 경화, 겔화, 용융, 가열, 증발, 동결, 동결건조, 또는 가압하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
일부 경우에, 액체는 가열 및/또는 증발에 의해(예를 들어, 적절한 시간을 기다림으로써, 또는 예를 들어 흄 후드 또는 다른 환기 영역 내에서 용제를 증발되게 함으로써) 제거될 수 있는 비교적 휘발성인 용제를 포함할 수 있다. 휘발성 용제의 비제한적인 예는 이소프로판올, 부탄올, 에탄올, 아세톤, 톨루엔, 또는 크실렌을 포함한다. 용매를 제거하는 방법의 다른 예는 진공, 동결건조, 기계적 진탕 등을 가하는 것을 포함한다.
일 세트의 실시형태에 있어서, 가열은, 예를 들어 액체를 건조시키거나 용제의 일부를 제거하기 위해 불연속 섬유에 적용될 수 있다. 예를 들어, 불연속 섬유는 적어도 약 30℃, 적어도 약 35℃, 적어도 약 40℃, 적어도 약 45℃, 적어도 약 50℃, 적어도 약 55℃, 적어도 약 60℃, 적어도 약 65℃, 적어도 약 70℃, 적어도 약 75℃, 적어도 약 80℃, 적어도 약 90℃, 적어도 약 100℃, 적어도 약 125℃, 적어도 약 150℃, 적어도 약 175℃, 적어도 약 200℃, 적어도 약 250℃, 적어도 약 300℃, 적어도 약 350℃, 적어도 약 400℃, 적어도 약 450℃, 적어도 약 500℃ 등의 온도로 가열될 수 있다. 열을 가하는 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어 열전 트랜스듀서, 옴 히터, 펠티에 소자, 연소식 히터 등이 사용될 수 있다. 일부 경우에, 가열의 결과로서 액체의 점도가 감소할 수 있다. 가열은, 예를 들어 자기장 및/또는 기계적 진동의 인가 이전, 동시 또는 이후에 적용될 수 있다.
따라서, 일 세트의 실시형태에 있어서, 제 1 코팅은 본원에서 논의된 바와 같이 실질적으로 정렬될 수 있는 복수의 불연속 섬유 상에 적용될 수 있다. 제 1 코팅은 코팅 및/또는 필름으로서 복수의 불연속 섬유의 적어도 하나의 표면, 또는 내부 평면 등에 적용될 수 있다. 코팅은, 예를 들어 본원에 논의된 바와 같이, 예를 들어 상 변화 재료, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 일부 경우에 코팅은, 예를 들어 본원에 기재된 바와 같이 세라믹, 금속 등과 같은 충전제를 포함할 수 있다. 코팅은, 예를 들어 중력, 모세관 작용, 열, 압력 등을 이용하여 본원에 논의된 바와 같이 복수의 불연속 섬유에 적용될 수 있다.
또한, 일부 실시형태에 있어서, 제 2 코팅은 조성물의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 코팅 및/또는 필름에 적용될 수 있다. 제 2 코팅 재료는 1차 코팅과 동일한 재료, 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다. 코팅은, 본원에 논의된 바와 같이, 예를 들어 중력, 모세관 작용, 열, 압력 등을 사용하여 적용될 수 있고, 동일한 기술, 또는 상이한 기술이 사용될 수 있다.
또한, 일부 양태에 있어서, 상 변화 재료와 같은 재료, 또는 본원에 논의된 것과 같은 다른 재료가 불연속 섬유에 첨가될 수 있다. 재료는 임의의 적절한 시점, 예를 들어 불연속 섬유의 형성 또는 정렬 이전, 동안, 및/또는 이후에, 예를 들어 기재를 형성하기 위해 적용될 수 있다. 재료는 일부 경우에 액체로서 적용될 수 있으며, 불연속 섬유에 적용 후 경화될 수 있다. 일부 경우에, 재료는 불연속 섬유의 적어도 일부에 침투된다. 침투 기술의 비제한적인 예는 재료에 압력을 가하여 이를 불연속 섬유 내로 밀어넣는 등 함으로써 중력 및 모세관력을 사용하는 것을 포함한다. 열이 일부 실시형태에 있어서 가해질 수 있다. 다른 예는 열간 프레싱, 캘린더링 또는 진공 주입을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 그러나, 일부 경우에 재료는, 예를 들어 불연속 섬유를 재료 내에 완전히 침투시키거나 매립할 필요 없이 불연속 섬유의 전부 또는 일부만을 코팅하는 데 사용된다(다른 실시형태에서 달성될 수 있다 하더라도). 예를 들어, 특정 실시형태에 있어서, 불연속 섬유의 길이의 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%는 상 변화 재료와 접촉하지 않을 수 있다.
일부 경우에, 압력은 또한 불연속 섬유로부터 액체의 일부를 제거하는 데에도 사용될 수 있다. 예는 열간 프레싱, 캘린더링, 진공 주입 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 가해지는 압력은, 예를 들어 적어도 15psi(게이지), 적어도 30psi, 적어도 45psi 등일 수 있다(1psi=6895Pa).
일부 실시형태에 있어서, 열은 재료의 적용을 용이하게 하기 위해 가해질 수 있다. 이것은, 예를 들어 불연속 섬유를 에워싸도록, 예를 들어 재료를 부분적으로 또는 완전히 액화시키거나 연화시키고, 또는 그것의 유동 또는 침투를 용이하게 하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 실시형태에 있어서, 재료는 적어도 30℃, 적어도 40℃, 적어도 50℃, 적어도 60℃, 적어도 70℃, 적어도 80℃, 적어도 90℃ 등의 온도로 가열될 수 있다.
일 양태에 있어서, 본원에 논의된 것과 같은 조성물은 제 1 위치(예를 들어, 열원)와 제 2 위치(예를 들어, 히트 싱크 또는 냉각 장치) 사이에서 열을 전도하는 데 사용될 수 있다. 열원은 임의의 적절한 열원일 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 열원은, 예를 들어 컴퓨터 또는 다른 전자 장치에서 사용하기 위한 반도체 장치일 수 있다. 반도체 장치는, 예를 들어 CPU, GPU, RAM 모듈, 파워 트랜지스터, 레이저, 발광 다이오드, 광전지 등일 수 있다. 다른 열원도 일부 실시형태에 있어서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 열원은 화학 반응 또는 전기 시스템(예를 들어, 저항 가열)을 수반할 수 있다.
히트 싱크 또는 냉각 장치는 열을 발산할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 비제한적인 예로서, 히트 싱크는 공기 또는 액체와 같은 유체 매질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크는 장치를 냉각시키기 위해 공기를 불어넣는 팬, 또는 액체 냉각제를 적용하는 펌프를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 히트 싱크는 유체가 통과할 수 있는 복수의 핀(fin)을 포함할 수 있고, 이에 의해 유체로의 열 전달이 히트 싱크에서 발생하도록 한다. 핀(fin)은 임의의 형상, 예를 들어 핀(pin)형, 직선형, 플레어형, 경사형 등을 가질 수 있다. 핀(fin)은 원통형, 타원형, 정사각형 등을 포함한 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다.
특정 실시형태에 있어서, 히트 싱크는 구리, 알루미늄, 아연, 마그네슘, 니켈, 또는 비교적 높은 열전도율을 갖는 다른 금속과 같은 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 이들 및/또는 다른 금속의 합금 또는 혼합물도 가능하다. 또한, 금속은 일부 실시형태에 있어서 고체이거나, 다공성일 수 있다.
또한, 일부 실시형태에 있어서, 히트 싱크는 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세라믹은 질화붕소, 이붕화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 흑연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 산화베릴륨, 산화안티몬, 산화규소와 같은 재료를 포함할 수 있다. 이들 및/또는 다른 재료의 조합도 가능하다. 또한, 세라믹은 일부 실시형태에 있어서 고체이거나, 다공성일 수 있다.
논의된 바와 같이, 조성물은 제 1 위치를 제 2 위치로 열 전달하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 조성물은 열원 및 냉각 장치 중 하나 또는 양자 모두와 직접 물리적으로 접촉하도록 위치될 수 있고, 및/또는 열원으로부터 냉각 장치로의 열의 수송을 용이하게 하는 것을 돕는 다른 재료가 있을 수 있다. 비제한적인 예는 열 테이프(예를 들어, 폴리이미드, 흑연, 알루미늄 등), 에폭시, 그리스, 땜납, 실리콘 코팅 직물, 또는 다른 열계면 재료를 포함한다.
다음의 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다: 발명의 명칭 "섬유 강화 복합체, 방법 및 이를 포함하는 물품"의 국제특허출원 공개번호 WO 2018/175134; 발명의 명칭 "탄소 섬유 정렬 및 섬유 강화 복합체를 위한 시스템 및 방법"의 국제특허출원 공개번호 WO 2020/123334; 발명의 명칭 "단섬유 필름, 열경화성 수지를 포함하는 복합체 및 다른 복합체를 형성하기 위한 시스템 및 방법"의 국제특허출원 공개번호 WO 2021/007381; 및 발명의 명칭 "탄소 섬유-금속 복합체를 위한 조성물 및 방법"의 국제특허출원 공개번호 WO 2021/007389. 또한, 2022년 2월 28일에 출원된 발명의 명칭 "열전도성 정렬 재료와 그 제조 및 사용 방법"의 미국 가특허출원 일련번호 63/314,808도 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
하기 실시예는 본 개시의 특정 실시형태를 예시하도록 의도되지만, 본 개시의 전체 범위를 예시하지는 않는다.
실시예 1
일 실시형태에 따른 샘플 조성이 도 1에 나타내어진다. 이 실시예에서의 샘플은 질화붕소 나노입자의 수계 슬러리로 Z-축 탄소 섬유 필름(예를 들어, 본원에 참조로 포함된 국제특허출원 번호 WO 2021/007381을 참조)을 코팅함으로써 제조되었다. 물이 증발하여 Z-축 섬유 필름의 한쪽 표면에 질화붕소의 조밀한 코팅이 남는다. 이 실시예에서의 Z-축 탄소 섬유 필름은 장축 방향으로 900W/mK의 열전도율을 가졌던 피치계 탄소 섬유를 사용하여 제조되었다. Z-축 섬유 필름은 제곱미터당 120g의 면적 중량을 갖는다.
실시예 2
이 실시예는 파라핀 왁스에 매립된 50% 섬유 체적 분율의 수직으로 정렬된 탄소 섬유를 갖는 조성물을 예시한다. 조성물은 파라핀 왁스 및 열전도성 충전제로 구성된 상 변화 화합물로 코팅된다. 코팅은 두께가 76미크론이고, 조성물의 상부 표면에 위치된다. ASTM D5470에 따라 시험했을 때, 이 조성물은 50psi(345kPa)에서 0.033K-in2/W(0.213K㎠/W)의 열 임피던스(RA)를 갖는다. 이 조성물의 SEM이 도 2에 나타내어진다.
실시예 3
이 실시예는 파라핀 왁스 필름으로 코팅된 50% 섬유 패킹 효율의 수직으로 정렬된 탄소 섬유를 갖는 조성물을 예시한다. 조성물이 60℃로 가열될 때, 파라핀 왁스의 점도는 수직으로 정렬된 탄소 섬유 내로 주입하기에 충분히 낮다. ASTM D5470에 따라 시험했을 때, 이 조성물은 50psi(345kPa)에서 0.053Kin2/W(0.342K㎠/W)의 열 임피던스(RA)를 갖는다. 도 3은 이 조성물의 SEM 이미지이고, 도 4는 이 조성물의 두께 및 열 임피던스를 도시한다.
실시예 4
이 예언적 실시예에 있어서, 노트북 퍼스널 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)는 일 실시형태를 사용하여 냉각된다. 이 실시예에서의 냉각 장치는 구리 증기 챔버이다. 파라핀 왁스를 포함하는 50% 섬유 체적 분율의 정렬된 탄소 섬유 조성물이 제조되었으며, 여기서 탄소 섬유는 피치계이고, 장축을 따라 900W/mK의 열전도율을 갖는다. 조성물은 40W/m-K의 벌크 전도율을 갖는다. 조성물은, 구리 증기 챔버를 CPU 유닛에 부착하여 CPU로부터 구리 증기로 열을 전도하는 데 사용된다.
실시예 5
이 예언적 실시예에 있어서, 자율 주행 차량의 그래픽 처리 장치(GPU)는 일 실시형태를 사용하여 냉각된다. 이 실시예에서의 냉각 장치는 공랭식 알루미늄 핀 열 교환기이다. 파라핀 왁스를 포함하는 50% 섬유 체적 분율의 정렬된 탄소 섬유 조성물이 제조되었으며, 여기서 탄소 섬유는 피치계이고, 장축을 따라 900W/mK의 열전도율을 갖는다. 조성물은 두께-관통 방향으로 60W/mK 및 면내 방향으로 2W/mK의 벌크 전도율을 갖는다. 조성물은, 알루미늄 핀 열 교환기를 GPU 유닛에 부착하여 GPU로부터 열 교환기로 열을 전도하는 데 사용된다.
실시예 6
이 예언적 실시예에 있어서, 배터리 팩 내의 리튬-이온 배터리는 일 실시형태를 사용하여 냉각된다. 이 실시예에서의 냉각 장치는 냉각 판이다. 파라핀 왁스를 포함하는 50% 섬유 체적 분율의 정렬된 탄소 섬유 조성물이 제조되었으며, 여기서 탄소 섬유는 피치계이고, 장축을 따라 900W/mK의 열전도율을 갖는다. 조성물은, 두께-관통 방향으로 30W/mK 및 면내 방향으로 1W/mK의 벌크 전도율을 갖는다. 조성물은 냉각 판을 배터리 팩에 부착하여 배터리로부터 냉각 판으로 열을 전도하는 데 사용된다. 조성물의 파라핀 왁스는 50℃에서 흡열 상 변화를 겪어 리튬-이온 배터리에 의해 발생된 열 플럭스의 성분을 소비시킨다.
본 개시의 몇몇 실시형태가 본원에 설명되고 예시되었지만, 당업자는 기능을 수행하고 및/또는 본원에 기재된 이점 중 하나 이상 및/또는 결과를 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 예상할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본원에 기재된 모든 파라미터, 치수, 재료, 및 구성이 예시적인 것으로 의도되고, 실제 파라미터, 치수, 재료, 및/또는 구성이 본 개시의 교시가 사용되는 특정 적용 또는 적용에 의존할 것임을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는 단지 일상적인 실험을 사용하여 본원에 기재된 개시의 특정 실시형태에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시형태는 단지 예로서 제시되며, 첨부된 청구범위 및 그에 대한 등가물의 범위 내에서, 본 개시는 구체적으로 기재되고 청구된 것과는 달리 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시는 본원에 기재된 각각의 개별 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법이 상호간에 모순되지 않는다면, 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법의 임의의 조합이 본 개시의 범위 내에 포함된다.
본 명세서 및 참조로 포함된 문헌이 상충되고 및/또는 불일치하는 개시를 포함하는 경우, 본 명세서를 조정해야 한다. 참조로 포함된 둘 이상의 문헌이 서로에 대해 상충되고 및/또는 불일치하는 개시를 포함하면, 더 늦은 발효일을 갖는 문헌을 조정해야 한다.
본원에서 정의되고 사용된 모든 정의는 사전적 정의, 참조로 포함된 문헌에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미를 통해 조정되도록 이해되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 부정관사 "a" 및 "an"은, 명확하게 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 문구 "및/또는"는 그렇게 결합된 요소, 즉 일부 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소 중 "어느 하나 또는 양자 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 열거된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 그렇게 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있는지 여부에 상관 없이, "및/또는"이라는 절에 의해 구체적으로 식별되는 요소 외에 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적 예로서, "포함하는(comprising)"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은 일 실시형태에 있어서는 A만(B 이외의 요소를 선택적으로 포함함); 다른 실시형태에 있어서는 B만(A 이외의 요소를 선택적으로 포함); 또 다른 실시형태에 있어서는 A와 B 양자 모두(다른 요소를 선택적으로 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 바와 같이, "또는"은 위에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때, "또는"이나 "및/또는"은 포괄적인 것으로 해석되어야 하며, 즉 요소의 수 또는 목록 중 적어도 하나를 포함하되 하나보다 많이 포함하고, 선택적으로는 목록에 없는 추가 항목도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "단 하나" 또는 "정확히 하나"와 같이 명확히 달리 나타내는 용어만, 또는 청구범위에서 사용될 때, "~로 이루어지는(consisting of)"은 요소의 수 또는 목록 중 정확히 하나의 요소를 포함함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에 사용된 바와 같은 용어 "또는"은, "어느 하나", "하나", "단 하나", 또는 "정확히 하나"와 같은 배타적인 용어가 선행될 때 배타적인 대안(즉, "하나 또는 다른 하나이지만 양자 모두는 아님")을 나타내는 것으로만 해석되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서 본원에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "적어도 하나"라는 문구는 요소의 목록 중 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 요소의 목록 내에서 구체적으로 열거된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것은 아니며, 요소의 목록 중 요소의 임의의 조합을 배제하지 않는다. 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있는지 여부에 관계 없이, 이 정의는 또한 "적어도 하나"라는 문구가 지칭하는 요소의 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외에 요소가 선택적으로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A와 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시형태에 있어서, B 없이 하나보다 많은 A를 선택적으로 포함(그리고 B 이외의 요소를 선택적으로 포함)하는 적어도 하나를 지칭하고; 다른 실시형태에 있어서는 A 없이 하나보다 많은 B를 선택적으로 포함(그리고 A 이외의 요소를 선택적으로 포함)하는 적어도 하나를 지칭하고; 또 다른 실시형태에 있어서는 하나보다 많은 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나, 및 하나보다 많은 B를 선택적으로 포함(그리고 다른 요소를 선택적으로 포함)하는 적어도 하나 등을 지칭할 수 있다.
본원에 "약(about)"이라는 단어가 수와 관련하여 사용될 때, 본 개시의 또 다른 실시형태는 "약"이라는 단어의 존재에 의해 수정되지 않은 그 수를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명확히 달리 나타내지 않는 한, 하나보다 많은 단계 또는 액션을 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에 있어서, 방법의 단계 또는 액션의 순서는 반드시 방법의 단계 또는 액션이 나열되어 있는 순서로 제한되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
청구범위뿐만 아니라 상기 명세서에서, "포함하는(comprising, including)", "전달하는(carrying)", "갖는(having)", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)" "유지하는(holding)", "구성되는(composed of)" 등과 같은 모든 전환 문구는 개방형, 즉 포함하되 이에 한정되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 미국특허청 특허심사절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이, "이루어지는(consisting of)" 및 "본질적으로 이루어지는(consisting essentially of)"과 같은 전환 문구만이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 전환 문구이다.

Claims (165)

  1. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 덮는, 조성물.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 상기 기재의 제 1 측면을 에워싸서 덮는, 조성물.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 40℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내는, 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 50℃와 70℃ 사이에서 상 변화를 나타내는, 조성물.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 왁스를 포함하는, 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 왁스는 파라핀 왁스를 포함하는, 조성물.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 왁스는 폴리에틸렌 왁스를 포함하는, 조성물.
  9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왁스는 탄화수소 왁스를 포함하는, 조성물.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 실리콘을 포함하는, 조성물.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 아크릴을 포함하는, 조성물.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 열가소성 수지를 포함하는, 조성물.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 염 수화물을 포함하는, 조성물.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 염 수화물은 불화칼륨 4수화물, 질산망간 6수화물, 염화칼슘 6수화물, 브롬화칼슘 6수화물, 질산리튬 6수화물, 황산나트륨 10수화물, 탄산나트륨 10수화물, 오쏘인산나트륨 12수화물, 및/또는 질산아연 6수화물 중 하나 이상을 포함하는, 조성물.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 황산나트륨 10수화물을 포함하는, 조성물.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 NaCl·Na2SO4·10H2O를 포함하는, 조성물.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 라우르산을 포함하는, 조성물.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 트리메틸올에탄을 포함하는, 조성물.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 질산리튬을 포함하는, 조성물.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 질산망간을 포함하는, 조성물.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 염화망간을 포함하는, 조성물.
  22. 청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 공정(eutectic)을 포함하는, 조성물.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 공정은 미리스트산 및 스테아르산을 포함하는, 조성물.
  24. 청구항 22 또는 청구항 23에 있어서,
    상기 공정은 Mg(NO3)2·6H2O 및 글루타르산을 포함하는, 조성물.
  25. 청구항 22 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 에틸렌 글리콜 디스테아레이트를 포함하는, 조성물.
  26. 청구항 22 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 유기-유기 공정을 포함하는, 조성물.
  27. 청구항 22 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 유기-무기 공정을 포함하는, 조성물.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는, 조성물.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 60℃의 온도에서 100cP 미만의 점도를 갖는, 조성물.
  30. 청구항 1 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 50vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  31. 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 80vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  32. 청구항 1 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 50%는 상기 복수의 불연속 섬유의 평균 정렬의 20° 이내인 정렬을 갖는, 조성물.
  33. 청구항 1 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 50%는 상기 복수의 불연속 섬유의 평균 정렬의 10° 이내인 정렬을 갖는, 조성물.
  34. 청구항 1 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 50%는 상기 복수의 불연속 섬유의 평균 정렬의 5° 이내인 정렬을 갖는, 조성물.
  35. 청구항 1 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 열가소성 수지를 포함하는, 조성물.
  36. 청구항 1 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 열경화성 수지를 포함하는, 조성물.
  37. 청구항 1 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리이미드(PI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA), 폴리아미드46(PA46), 폴리아미드66(PA66), 폴리아미드12(PA12), 폴리아미드11(PA11), 폴리아미드6(PA6), 폴리아미드6.6(PA6.6), 폴리아미드6.6/6(PA6.6/6), 비정질 폴리아미드(PA6-3-T), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프탈아미드(PPA), 액정 폴리머(LCP), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐 에테르(PPE), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리염화비닐(PVC), 폴리-파라-페닐렌-코폴리머(PPP), 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 및/또는 폴리메틸펜텐(PMP) 중 하나 이상을 포함하는, 조성물.
  38. 청구항 1 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 복수의 연속 섬유를 포함하는, 조성물.
  39. 청구항 1 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 융합 입자를 더 포함하는, 조성물.
  40. 청구항 1 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 세라믹을 포함하는, 조성물.
  41. 청구항 1 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 질화붕소를 포함하는, 조성물.
  42. 청구항 1 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 알루미나를 포함하는, 조성물.
  43. 청구항 1 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 티타니아를 포함하는, 조성물.
  44. 청구항 1 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하는, 조성물.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄을 포함하는, 조성물.
  46. 청구항 44 또는 청구항 45에 있어서,
    상기 금속은 구리를 포함하는, 조성물.
  47. 청구항 44 내지 청구항 46 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속은 은을 포함하는, 조성물.
  48. 청구항 44 내지 청구항 47 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속은 주석을 포함하는, 조성물.
  49. 청구항 44 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속은 금을 포함하는, 조성물.
  50. 청구항 1 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 탄소 섬유를 포함하는, 조성물.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 94% 초과의 탄소 함량 및 적어도 200GPa의 모듈러스를 갖는, 조성물.
  52. 청구항 1 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 폴리머를 포함하는, 조성물.
  53. 청구항 1 내지 청구항 52 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 현무암, 탄화규소, 아라미드, 지르코니아, 나일론, 붕소, 알루미나, 실리카, 붕규산, 및/또는 멀라이트 중 하나 이상을 포함하는, 조성물.
  54. 청구항 1 내지 청구항 53 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 천연 섬유를 포함하는, 조성물.
  55. 청구항 1 내지 청구항 54 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 적어도 20㎛의 평균 길이를 갖는, 조성물.
  56. 청구항 1 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유는 직경에 대한 길이의 평균 애스펙트비가 적어도 5인, 조성물.
  57. 청구항 1 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부는 코팅으로 코팅되는, 조성물.
  58. 청구항 57에 있어서,
    상기 코팅은 계면활성제, 실란 커플링제, 에폭시, 글리세린, 폴리우레탄, 및/또는 유기금속 커플링제를 포함하는, 조성물.
  59. 청구항 1 내지 청구항 58 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부는 사이징으로 코팅되는, 조성물.
  60. 청구항 1 내지 청구항 59 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부는 10T의 자기장 강도에 대해 물리적 반응을 나타내는, 조성물.
  61. 청구항 1 내지 청구항 60 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 불연속 섬유의 적어도 일부는 그것에 흡착된 복수의 자성 입자를 갖는, 조성물.
  62. 청구항 1 내지 청구항 61 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 불연속 섬유는 자성 입자를 포함하지 않는, 조성물.
  63. 청구항 1 내지 청구항 62 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 상자성 또는 강자성 재료를 실질적으로 포함하지 않는, 조성물.
  64. 청구항 1 내지 청구항 63 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 불연속 섬유의 적어도 일부는 상기 상 변화 재료 내에 매립되는, 조성물.
  65. 청구항 1 내지 청구항 64 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 불연속 섬유는 상기 상 변화 재료와 접촉하는 제 1 말단 및 상기 상 변화 재료와 접촉하지 않는 제 2 말단을 갖는, 조성물.
  66. 청구항 65에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 길이의 적어도 30%는 상기 상 변화 재료와 접촉하지 않는, 조성물.
  67. 청구항 65 또는 청구항 66에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 길이의 적어도 50%는 상기 상 변화 재료와 접촉하지 않는, 조성물.
  68. 청구항 65 내지 청구항 67 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 길이의 적어도 70%는 상기 상 변화 재료와 접촉하지 않는, 조성물.
  69. 청구항 1 내지 청구항 68 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 조성물의 적어도 100g/㎡의 면적 중량을 갖는, 조성물.
  70. 청구항 1 내지 청구항 69 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 5W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  71. 청구항 1 내지 청구항 70 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 30W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  72. 청구항 1 내지 청구항 71 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 50W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  73. 청구항 1 내지 청구항 72 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 100W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  74. 청구항 1 내지 청구항 73 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 500W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  75. 청구항 1 내지 청구항 74 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 750W/mK의 전체 열전도율을 갖는, 조성물.
  76. 청구항 1 내지 청구항 75 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 이방성 열전도율을 나타내는, 조성물.
  77. 청구항 1 내지 청구항 76 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 열원 및 냉각 장치와 열적 연통하는, 장치.
  78. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머로서, 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는 폴리머를 포함하는, 조성물.
  79. 청구항 78에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 덮는, 조성물.
  80. 청구항 78 또는 청구항 79에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 상기 기재의 제 1 측면을 에워싸서 덮는, 조성물.
  81. 청구항 78 내지 청구항 80 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 60℃의 온도에서 1cP 초과의 점도를 갖는, 조성물.
  82. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은, (a) 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유, 및 (b) 상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 장치.
  83. 청구항 82에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 덮는, 장치.
  84. 청구항 82 또는 청구항 83에 있어서,
    상기 상 변화 재료는 상기 기재의 제 1 측면을 에워싸서 덮는, 장치.
  85. 청구항 82 내지 청구항 84 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원은 반도체 마이크로칩인, 장치.
  86. 청구항 82 내지 청구항 85 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 냉각 핀(cooling fin)인, 장치.
  87. 청구항 82 내지 청구항 86 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 컴퓨터인, 장치.
  88. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은, (a) 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유, 및 (b) 상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 폴리머로서, 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는 폴리머를 포함하는, 장치.
  89. 청구항 88에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 덮는, 장치.
  90. 청구항 88 또는 청구항 89에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 기재의 제 1 측면을 에워싸서 덮는, 장치.
  91. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 포함하고, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되고, 상기 조성물은 적어도 5W/mK의 두께-관통(through-thickness) 열전도율을 갖는, 장치.
  92. 청구항 91에 있어서,
    상기 두께-관통 열전도율은 적어도 30W/mK인, 장치.
  93. 청구항 91 또는 청구항 92에 있어서,
    상기 냉각 장치는 복수의 냉각 핀을 포함하는, 장치.
  94. 청구항 91 내지 청구항 93 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 열원과 상기 냉각 장치 사이에 위치되는, 장치.
  95. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은 이방성 열전도율을 나타내고, 두께-관통 방향으로 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는, 장치.
  96. 청구항 95에 있어서,
    상기 두께-관통 열전도율은 적어도 30W/mK인, 장치.
  97. 청구항 95 또는 청구항 96에 있어서,
    상기 냉각 장치는 복수의 냉각 핀을 포함하는, 장치.
  98. 청구항 95 내지 청구항 97 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 열원과 상기 냉각 장치 사이에 위치되는, 장치.
  99. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 제공하는 단계로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 상기 제공하는 단계; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계로서, 상기 상 변화 재료는 0℃와 80℃ 사이에서 상 변화를 나타내고 상기 기재의 적어도 일측면의 상부에 별개의 층을 형성하는, 상기 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  100. 청구항 99에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 상기 상 변화 재료로 덮는 단계를 포함하는, 방법.
  101. 청구항 99 또는 청구항 100에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재를 상기 상 변화 재료로 에워싸는 단계를 포함하는, 방법.
  102. 청구항 99 내지 청구항 101 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재의 제 1 측면을 상기 상 변화 재료로 코팅하는 단계를 포함하는, 방법.
  103. 청구항 99 내지 청구항 102 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재의 제 1 측면을 상기 상 변화 재료로 코팅하되 상기 기재의 제 2 측면을 상기 상 변화 재료로 코팅하지 않는 단계를 포함하는, 방법.
  104. 청구항 103에 있어서,
    상기 기재의 제 2 측면에 코팅 재료를 코팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  105. 청구항 104에 있어서,
    상기 코팅 재료와 상기 상 변화 재료는 상이한 조성을 갖는, 방법.
  106. 청구항 99 내지 청구항 105 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재의 적어도 일부를 상기 상 변화 재료 내에 매립하는 단계를 포함하는, 방법.
  107. 청구항 99 내지 청구항 106 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계는 상기 기재 전체를 상기 상 변화 재료 내에 매립하는 단계를 포함하는, 방법.
  108. 청구항 99 내지 청구항 107 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료에 압력을 가하여 상기 상 변화 재료를 상기 불연속 섬유의 적어도 일부 주위로 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  109. 청구항 99 내지 청구항 108 중 어느 한 항에 있어서,
    중력을 이용하여 상기 상 변화 재료를 상기 불연속 섬유의 적어도 일부 주위로 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  110. 청구항 99 내지 청구항 109 중 어느 한 항에 있어서,
    모세관 작용을 이용하여 상기 상 변화 재료를 상기 불연속 섬유의 적어도 일부 주위로 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  111. 청구항 99 내지 청구항 110 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 및/또는 상기 상 변화 재료를 열원에 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  112. 청구항 99 내지 청구항 111 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 및/또는 상기 상 변화 재료를 냉각 장치에 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  113. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 제공하는 단계로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 상기 제공하는 단계; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 폴리머에 노출시키는 단계로서, 상기 폴리머는 60℃의 온도에서 500cP 미만의 점도를 갖는, 상기 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  114. 청구항 113에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계가 상기 기재의 적어도 제 1 측면을 상기 상 변화 재료로 덮는 단계를 포함하는, 방법.
  115. 청구항 113 또는 청구항 114에 있어서,
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계가 상기 기재를 상기 상 변화 재료로 에워싸는 단계를 포함하는, 방법.
  116. 열원;
    상기 열원과 물리적으로 접촉하는 냉각 장치를 포함하는 장치로서, 상기 냉각 장치는 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 포함하고, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되고, 상기 조성물은 적어도 5W/mK의 두께-관통 열전도율을 갖는, 장치.
  117. 청구항 116에 있어서,
    상기 두께-관통 열전도율은 적어도 30W/mK인, 장치.
  118. 열원;
    상기 열원과 물리적으로 접촉하는 냉각 장치를 포함하는 장치로서, 상기 조성물은 이방성 열전도율을 나타내고, 두께-관통 방향으로 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는, 장치.
  119. 청구항 118에 있어서,
    상기 두께-관통 열전도율은 적어도 30W/mK인, 장치.
  120. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 조성물.
  121. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은, (a) 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는 복수의 불연속 섬유, 및 (b) 상기 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 장치.
  122. 기재를 규정하는 복수의 불연속 섬유를 제공하는 단계로서, 상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 상기 제공하는 단계; 및
    상기 불연속 섬유의 적어도 일부를 상 변화 재료에 노출시키는 단계로서, 상기 상 변화 재료는 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내고 상기 기재의 적어도 일측면의 상부에 별개의 층을 형성하는, 상기 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  123. 30vol% 이하의 금속을 포함하는 기재로서, 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는 기재; 및
    불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 조성물.
  124. 청구항 123에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하지 않는, 조성물.
  125. 청구항 123 또는 청구항 124에 있어서,
    상기 기재의 적어도 50vol%는 탄소 섬유를 포함하는, 조성물.
  126. 청구항 125에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  127. 청구항 123 내지 청구항 126 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 두께-관통 방향으로 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는, 조성물.
  128. 청구항 123 내지 청구항 127 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 두께-관통 방향으로 적어도 20W/mK의 열전도율을 갖는, 조성물.
  129. 청구항 123 내지 청구항 128 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하는, 조성물.
  130. 청구항 123 내지 청구항 129 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 세라믹을 포함하는, 조성물.
  131. 청구항 123 내지 청구항 130 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리머를 포함하는, 조성물.
  132. 청구항 131에 있어서,
    상기 폴리머는 열가소성 폴리머를 포함하는, 조성물.
  133. 청구항 131 또는 청구항 132에 있어서,
    상기 폴리머는 열경화성 폴리머를 포함하는, 조성물.
  134. 청구항 123 내지 청구항 133 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 입자를 포함하는, 조성물.
  135. 청구항 134에 있어서,
    상기 입자는 금속을 포함하는, 조성물.
  136. 청구항 134 또는 청구항 135에 있어서,
    상기 입자는 세라믹을 포함하는, 조성물.
  137. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은, (a) 30vol% 이하의 금속을 포함하는 기재로서, 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는 기재, 및 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 장치.
  138. 청구항 137에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하지 않는, 장치.
  139. 청구항 137 또는 청구항 138에 있어서,
    상기 기재의 적어도 50vol%는 탄소 섬유를 포함하는, 장치.
  140. 청구항 139에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 장치.
  141. 청구항 137 내지 청구항 140 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 두께-관통 방향으로 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는, 장치.
  142. 청구항 137 내지 청구항 141 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 두께-관통 방향으로 적어도 20W/mK의 열전도율을 갖는, 장치.
  143. 청구항 137 내지 청구항 142 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하는, 장치.
  144. 청구항 137 내지 청구항 143 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 세라믹을 포함하는, 장치.
  145. 청구항 137 내지 청구항 144 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리머를 포함하는, 장치.
  146. 청구항 145에 있어서,
    상기 폴리머는 열가소성 폴리머를 포함하는, 장치.
  147. 청구항 145 또는 청구항 146에 있어서,
    상기 폴리머는 열경화성 폴리머를 포함하는, 장치.
  148. 청구항 137 내지 청구항 147 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 입자를 포함하는, 장치.
  149. 청구항 148에 있어서,
    상기 입자는 금속을 포함하는, 장치.
  150. 청구항 148 또는 청구항 149에 있어서,
    상기 입자는 세라믹을 포함하는, 장치.
  151. 2.7g/㎤ 미만의 밀도를 갖고, 두께-관통 방향으로 적어도 5W/mK의 이방성 열전도율을 나타내는 기재를 포함하는, 조성물.
  152. 청구항 151에 있어서,
    상기 기재의 적어도 50vol%는 탄소 섬유를 포함하는, 조성물.
  153. 청구항 152에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 30vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  154. 청구항 152 또는 청구항 153에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 50vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  155. 청구항 152 내지 청구항 154 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 내 섬유의 적어도 80vol%가 실질적으로 정렬되는, 조성물.
  156. 청구항 152 내지 청구항 155 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유의 적어도 50%는 상기 섬유의 평균 정렬의 20° 이내인 정렬을 갖는, 조성물.
  157. 청구항 151 내지 청구항 156 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 금속을 포함하는, 조성물.
  158. 청구항 151 내지 청구항 157 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 세라믹을 포함하는, 조성물.
  159. 청구항 151 내지 청구항 158 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리머를 포함하는, 조성물.
  160. 청구항 159에 있어서,
    상기 폴리머는 열가소성 폴리머를 포함하는, 조성물.
  161. 청구항 159 또는 청구항 160에 있어서,
    상기 폴리머는 열경화성 폴리머를 포함하는, 조성물.
  162. 청구항 151 내지 청구항 161 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 입자를 포함하는, 조성물.
  163. 청구항 162에 있어서,
    상기 입자는 금속을 포함하는, 조성물.
  164. 청구항 162 또는 청구항 163에 있어서,
    상기 입자는 세라믹을 포함하는, 조성물.
  165. 열원;
    냉각 장치; 및
    상기 열원 및 상기 냉각 장치와 물리적으로 접촉하는 조성물을 포함하는 장치로서, 상기 조성물은, (a) 30vol% 이하의 입자를 포함하는 기재로서, 2.7g/㎤ 미만의 밀도 및 적어도 5W/mK의 열전도율을 갖는 기재, 및 (b) 불연속 섬유의 적어도 일부와 접촉하는 상 변화 재료로서, 0℃와 300℃ 사이에서 상 변화를 나타내는 상 변화 재료를 포함하는, 장치.
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