KR20230129180A - 낙뢰 보호 재료 및 낙뢰 보호 구조물 - Google Patents
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Abstract
금속층(14)을 지지하는 기판(12), 및 금속층 상의 구리-나노카본 복합층(16)을 포함하는 낙뢰 보호 재료가 제안되며, 구리-나노카본 복합층은 탄소 나노튜브 및/또는 그래핀 시트가 포함되는 나노카본 탱글(18)을 포함하고, 나노카본 탱글은 구리상(20) 내에 내장되고 구리-나노카본 복합층 전체에 분산된다.
Description
본 발명은 일반적으로 낙뢰 보호 재료(lightning strike protection material), 특히 금속-나노카본 복합재를 포함하는 낙뢰 보호 재료에 관한 것이다.
다양한 산업, 예를 들어 항공기 및 항공 우주 산업, 풍력 터빈, 가스 저장 탱크, 자동차 또는 기타 운송 수단 등의 제조사에서, 복합재(compsite material), 예를 들어 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP)가 점점 더 많이 사용되고 있으며, 특정 응용 분야에서는 알루미늄 및 기타 금속를 대체하고 있다. 복합재는 항공기 중량을 줄이면서 동일하거나 향상된 구조적 성능, 재료 강도 및 강성을 제공한다. CFRP는 탄소섬유 보강재가 매트릭스, 일반적으로 고분자 수지(예를 들어 에폭시, 폴리에스테르, 나일론 등)에 내장되어 보강재와 함께 결합한다.
이러한 개발의 한 가지 단점은, 많은 양의 복합재를 포함하는 항공기 선체(동체, 날개, 꼬리) 또는 다른 기술 영역의 구조적 재료는 낙뢰에 대한 추가적인 보호가 필요하다는 점이다. 실제로 복합재는 금속보다 전도성이 낮으므로 낙뢰에 대한 더 낮은 본질적 보호 기능을 제공한다.
그러므로, 예를 들어 항공기 외피 및/또는 구조물과 같은 복합 구조물에 낙뢰 보호 기능을 제공하기 위한 시스템 및 재료가 개발되어 왔다. Kumar, Yadav Khagendra가 보고한 "Aircraft and Lightning strike"(2018), 10.13140/RG.2.2.17145.52326바와 같이, Boeing 787 및 Airbus A350은 50% 초과(중량 기준)의 복합재를 특징으로 한다. 두 제조업체 모두 그들의 항공기에 LSP(낙뢰 보호(lightning strike protection)) 해결안을 채택해왔다(Boeing 787의 복합 구성요소에 와이어 메쉬(wire mesh)를 적층(laminate)하고, Airbus A350의 복합 구조 부품에 금속 호일(foil)을 내장함).
US 2012/145319 A1은 다양한 구성의 금속 전도체 또는 금속 호일 시스템이 항공기의 복합 외부 표면에 통합되어, 개선된 전기 전도성을 제공하고 전류를 비행 임계 영역(flight critical area) 및 기본 항공기 구성 요소로부터 분산 및 우회할 수 있다고 보고한다. 유전 재료 및 전도성 재료의 교대 층을 사용하는 아플리케-기반 시스템(applique-based system)은 복합 구조물 표면에 적용하고, 접착제로 표면을 고정하고, 낙뢰로부터 기본 항공기 구성요소를 절연하고, 낙뢰 전류와 열의 신속한 분산 및 소산을 위한 전도성 경로를 제공한다. 그러나 US 2012/145319 A1은, 이러한 시스템이 낙뢰 보호 시스템의 효과적인 통합에 필요한 여러 재료 구성 요소의 배치를 수반하는데 이 배치가 수동적이고 지루하며 시간 소모적이라 비판하며, 유기 폴리머 수지로 이루어진 표면층, 확장된 금속 호일의 전도층, 분리층(isolation layer)/점착층(tack layer) 및 캐리어 페이퍼(carrier paper) 층을 갖는 복합 구조 자동 배치에 적합한 통합 낙뢰 보호 시스템을 제안한다. US 2012/145319 A1의 발명의 또 다른 양태에서는, 통합 낙뢰 보호 재료를 갖는 통합 낙뢰 보호 시스템으로서, 통합 낙뢰 보호 재료는 캐리어 페이퍼 상에 장착된 유기 폴리머 수지로 캡슐화된 확장된 금속 호일로 구성되는 것인, 통합 낙뢰 보호시스템을 제공하며, 낙뢰로부터 복합재 부품의 보호를 위해 항공기 복합 부품에 재료를 배치하는데 적합한 자동 배치 기계를 제공한다.
US 2004/246651 A1는 전기 전도성이 낮은 복합재로 만들어진 항공기 연료 탱크용 낙뢰 보호 시스템을 개시한다. 이 시스템은, 복합재로 만들어진 탱크 외피의 전체 외부 표면을 덮는 전기 전도성 얇은 와이어 메쉬(electrical conductive thin wire mesh), 및 복합재 또는 금속 재료의 한 내부 부품에 상기 외피를 결합하는 패스너(fastner)들의 열(row) 양쪽으로 최소 50 mm의 거리를 두고 메쉬와 겹치는 두꺼운 금속 와이어 메쉬(thick wire metallic mesh)를 포함한다. 두 금속 메쉬 모두는, 이들의 설치/조립에 의해 전기적 접촉을 유지하고, 접착 지점에 연결되고 패스너와 외피 사이에 존재하는 틈에 설정된 금속 카운터싱크 헤드 와셔(metallic contersunk head washer) 수단을 통해 전기적 접촉을 유지한다.
US 2013/105190 A1은 다층 낙뢰 보호 재료에 관한 것이다. 다층 낙뢰 보호 재료는 보호 대상 물체에 적어도 부분적으로 인접하도록 구성되고, 유전층 및 전기 전도층을 포함하며, 이때 재료는 제2 유전층을 포함하고, 전도층은 유전층들 사이에 삽입되며, 적어도 하나의 유전층의 두께 d는 0.1mm 이상이다.
US 2016/340518 A1은 낙뢰 보호 조성물을 개시한다. 복합 구조물에 대해 전기 방전(예를 들어 낙뢰를 포함함)으로부터의 보호 기능을 제공하기 위한 조성물은, 내부에 재료 구조물을 분산시키고 기판의 표면에 부착할 수 있는 바인더 재료, 및 바인더 재료에 분산된 복수의 안료 구조물들을 포함한다. 안료 구조물은 전기 전도성 재료를 포함하는 중심층 및 중심층 상에 형성된 외층을 포함하며, 이때 외층은 광 흡수 재료 또는 유전 재료를 포함한다. 조성물은, 기판에 부착될 때, 수 킬로암페어의 전기 방전으로부터 전류를 전달하기 위한 전기 전도성 경로를 제공한다.
본 발명의 요약
본 발명은 금속-나노카본 복합재료를 기반으로 한 낙뢰 보호 재료를 제안한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 낙뢰 보호 재료는 금속층(바람직하게는 구리 또는 알루미늄층)을 지지하는 기판(예를 들어, 탄소 섬유 강화 폴리머) 및 금속층 상의 구리-나노카본 복합층을 포함하고, 이때 구리-나노카본 복합층은 탄소 나노튜브(CNT)들 및/또는 그래핀 시트들이 포함되는 나노카본 탱글(tangle)을 포함하고, 나노카본 탱글은 구리상 내에 내장되고 구리-나노카본 복합층 전체에 분산되는 것이다.
본 명세서에서 "나노카본 탱글"이라는 표현은 일반적으로 무질서한 배열의 CNT 및/또는 그래핀 시트(또한, 플레이크)의 3차원 클러스터(cluster)를 나타낸다. 바람직하게는, 탱글의 CNT 및/또는 그래핀 시트는 나노카본 탱글이 덤불과 유사하도록 무작위로 배향되지만, CNT 및/또는 그래핀 시트의 배향의 완벽한 무작위성(등방성을 의미함)이 요구되는 것은 아님을 유의해야 한다. CNT는 단일벽 및/또는 다중벽 CNT일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "그래핀 시트"라는 용어는 다양한 구성, 예를 들어 편평한 것, 꼬인 것, 말린 것, 줄무늬, 리본 등의 그래핀 단일층, 이중층 또는 다중층을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 맥락에서, "금속층"이라는 표현은 본질적으로 금속성 층을 지정하도록 의도된다. 금속층은 나노카본 탱글 또는 다른 상당한 양의 나노카본(불순물이 있을 수 있음)을 포함하지 않는다는 조건 하에서 구리로 만들어질 수 있으므로, 구리-나노카본 복합층으로는 적합하지 않다. 구리-나노카본 복합층의 구리상의 구리, 및 금속층이 구리층이거나 구리층을 포함하는 경우 금속층의 구리는, 전해질-터프 피치(electrolytic-tough pitch; ETP) 구리(CW004A 또는 ASTM 설계 C11040)인 것이 바람직하다.
제안된 방법과 관련하여 사용되는 CNT 및/또는 그래핀 시트는 바람직하게는 친수성 코팅을 포함한다. 나노카본 탱글은 초기에 나노카본 조직(건조 형태 또는 액체 매질로 포장됨)의 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, CNT 및/또는 그래핀 시트의 친수화는 공정의 일부일 수 있다. 친수성 코팅은 바람직하게는 폴리페놀 또는 폴리(카테콜아민)을 포함한다. 보다 바람직하게는, 친수성 코팅은 폴리페놀 또는 폴리(카테콜아민)을 가교결합하는 금속이온 및/또는 폴리페놀 또는 폴리(카테콜아민)에 의해 킬레이트화되는 금속 이온을 포함한다. 폴리페놀 및 폴리(카테콜아민)의 예는 각각 타닌산(tannic acid) 및 폴리도파민이다. 폴리페놀 및 폴리(카테콜아민)은 친수성이며 산화환원 활성(즉, 금속 이온을 환원시킬 수 있음)을 가진다. 구체적으로, 이들은 금속 이온과 킬레이트화 및/또는 가교결합할 수 있다. 본 맥락에서 이러한 재료를 흥미롭게 만드는 또 다른 특징으로는, π-π상호작용 인해 CNT 또는 그래핀을을 코팅하는 이들의 능력이다.
CNT 및/또는 그래핀의 친수화가 공정의 일부인 경우, CNT 및/또는 그래핀의 코팅은 초기에 코팅되지 않은 CNT 및/또는 그래핀 시트가 분산되어 있는, 페놀 및/또는 카테콜아민 모이어티를 함유하는 용액에서 수행되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 용액은 또한 페놀 및/또는 카테콜아민 모이어티의 가교결합 및/또는 이들과 킬레이트를 형성할 수 있는 금속 이온을 특정한 양으로 포함한다. CNT 및/또는 그래핀의 코팅은 음파 처리, 예를 들어 초음파 처리, 및/또는 교반 하에 수행될 수 있다. 용액은 하나 이상의 촉매, 완충제 등을 더 포함할 수 있다. CNT 및/또는 그래핀 시트는 페놀 및/또는 카테콜아민 모이어티를 함유하는 용액에 분산되기 전에 산화되는 것이 바람직하다.
구리-나노카본 복합층은 WO 2020/043590 A1에 개시된 바와 같이 제조되는 것이 바람직하며, 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함된다. 이러한 맥락에서, 그 개시에 사용된 CNT는 그 개시의 방법을 구현할 때 부분적으로 또는 전체적으로 그래핀 시트로 대체될 수 있다는 점은 주목할 만하다.
낙뢰 보호 재료는 보호될 구조물(예를 들어, 항공기 외피, 풍력 터빈 블레이드 재료, 가스 탱크 외피 등)의 필수 부분이거나 그러한 구조물에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명이 더 나은 수준의 보호는 아니더라도 동일한 수준의 보호를 제공하는, 더 가벼운 낙뢰 보호 재료를 생산하는 데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
구리-나노카본 복합층은 낙뢰를 맞을 때 국부적으로 파괴되기 쉬운 희생적 보호층(sacrificial protection layer)으로서 기능하는 것이 바람직하다. 금속층 상의 구리-나노카본 복합층의 제안된 금속층 조립체가 낙뢰를 맞을 때, 금속층이 온전한 상태로 유지되는 동안 구리-나노카본 복합층에 구멍이 형성될 수 있다는 점이 발견되었다. 이는 제안된 재료의 흥미로운 특성인데, 낙뢰 후에도 연속적인 전도층이 존속할 가능성이 더 높기 때문에 어느 정도 기본 구조를 보호할 수 있다. 구리 층 상의 구리-나노카본 복합층의 제안된 조립체로 수행된 실험, 및 비교를 위해 두 개의 구리층들의 조립체로 수행된 실험은 완전한 천공(perforation)이 두 개의 구리 층들의 조립체에서 발생할 가능성이 더 높다는 점을 보여주었다.
낙뢰 보호 재료에 있어서, 금속층의 두께는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구리-나노카본 복합층은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위의 두께를 가질 수 있다.
금속층 및/또는 구리-나노카본 복합층은 플레인(패턴화되지 않은) 층 또는 메쉬층(예를 들어, 육각형 또는 사각형 메쉬)을 포함할(또는 이로 구성될) 수 있다. 특히, 금속층과 구리-나노카본 복합층 중 하나는 플레인층일 수 있고 이에 반해 금속층과 구리-나노카본 복합층 중 다른 하나는 메쉬층이다.
무게를 줄이기 위하여, 금속층과 구리-나노카본 복합층 각각은 메쉬층일 수 있다.
낙뢰 보호 재료는 금속층과 구리-나노카본 복합층 사이에 니켈 계면(interface)(예를 들어, 수 나노미터 두께의 계면)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 구리-나노카본 복합층은 적어도 10 부피%의 탄소 나노튜브 및/또는 그래핀 시트를 포함한다. 구리-나노카본 복합층 중의 나노카본 부피 백분율은 다음과 같이 계산할 수 있다:
(식 1)
(식 2)
이때
복합재는 복합재의 측정된 부피(예를 들어 cm3 단위)이고,
식 2에서 얻은 금속은 복합재에 포함된 금속의 부피이고,
복합재는 복합재의 측정된 질량(예를 들어 g 단위)이고,
나노 카본은 전착 전의 (건조한) 나노카본 탱글의 측정된 질량(예를 들어, g 단위)이고,
금속 은 금속의 비질량(specific mass)(예를 들어 g/cm³ 단위)이다,
본 명세서에서 "포함하다(to comprise)"라는 동사와 "포함되는(comprised of)"이라는 표현은 "적어도 구성되다(consist at least)" 또는 "포괄하다(include)"를 의미하는 개방형 연결구로 사용된다. 문맥에 의해 달리 암시되지 않는 한, 단수형의 사용은 기수 "하나"가 사용되는 경우를 제외하고는-본 명세서에서 "하나"는 "정확히 하나"를 의미함- 복수형을 포함하도록 의도된다.
예로서, 이제 본 발명의 바람직하고 비제한적인 양태가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다:
도 1은 낙뢰의 직접적인 영향을 측정하기 위해 문헌에서 사용되는, 모델링된 낙뢰 전류 파형의 예시이고;
도 2는 본 발명의 바람직한 양태에 따른 낙뢰 보호 재료의 도식적인 단면도이고;
도 3은 낙뢰 후, 도 2의 낙뢰 보호 재료의 개략도이고;
도 4는 본 발명의 낙뢰 보호 재료 샘플의 낙뢰를 맞기 전 사진(상단 사진)과 낙뢰를 맞기 후 사진(하단 사진)을 도시하고;
도5는 낙뢰를 맞기 전과 후에서 샘플의 비교 사진을 도시한다.
도 1은 낙뢰의 직접적인 영향을 측정하기 위해 문헌에서 사용되는, 모델링된 낙뢰 전류 파형의 예시이고;
도 2는 본 발명의 바람직한 양태에 따른 낙뢰 보호 재료의 도식적인 단면도이고;
도 3은 낙뢰 후, 도 2의 낙뢰 보호 재료의 개략도이고;
도 4는 본 발명의 낙뢰 보호 재료 샘플의 낙뢰를 맞기 전 사진(상단 사진)과 낙뢰를 맞기 후 사진(하단 사진)을 도시하고;
도5는 낙뢰를 맞기 전과 후에서 샘플의 비교 사진을 도시한다.
SAE Aerospace Recommended Practice (ARP) 5414, Aircraft Lightning zoning, SAE Int., 1999에 따르면, 일반적인 대형 항공기의 외부 표면에 서로 다른 낙뢰 구역을 정의할 수 있고, 이러한 구역들이 경험하는 다양한 유형의 낙뢰 전류의 유형에 따라 구역을 정의할 수 있다. 구역에 대한 자세한 설명은 상기 언급한 Kumar의 보고서에서 찾을 수 있다. 구역 1 지역(구역 1A, 1B 및 1C로 세분됨)은 초기 낙뢰 접촉 및 제1 리턴 스트로크(return stroke)를 경험할 가능성이 있는 지역에 해당한다. 구역 1은 일반적으로 항공기 기수(aircraft nose)와 날개 끝을 포함한다. 구역 2 지역(구역 2A 및 2B)은 대부분의 선체를 포함하고, 후속 스윕 스트로크(subsequent swept stroke) 또는 재타격(re-strike)를 경험할 가능성이 있는 지역이다. 구역 3은 구역 1 및 구역 2 이외의 타격 위치에 해당하고, 낙뢰 채널의 접촉 가능성이 없다.
도 1은 낙뢰의 직접적인 영향을 측정하기 위해 문헌에서 사용되는, 모델링된 낙뢰 전류 파형을 예시한다. 다이어그램은 도식적이며 두 축을 따라 축척되지 않는다는 점을 유의해야 한다. 초기 리턴 스트로크는 "A" 부분에 표시되며 피크 진폭은 약 200kA이고, 작용 적분(action integral)은 약 2·106A2s이며, 지속 시간은 500μs 이하이다. 전류 성분 "B"는 약 2kA의 평균 진폭을 갖고, 약 10C의 전하 이동 5 ms 이하의 지속시간을 갖는 "중간 전류"이다. 성분 "C"는 일반적으로 200 내지 800A의 진폭, 약 200C의 전하 이동 및 일반적으로 0.25초 내지 1초의 지속 시간을 갖는 연속 전류이다. 마지막으로, 전류 성분 "D"(또한, "D파")는 약 100kA의 일반적인 피크 진폭, 약 0.25·106A2s의 작용 적분 및 500μs이하의 지속시간을 갖는 후속 스트로크이다. 초기 스트로크 A는 주로 구역 1에서 발생하며 이에 따라 이 구역의 낙뢰 보호 재료를 구성해야 한다. 구역 2의 낙뢰 보호는 D 파를 견딜 수 있어야 한다. 구역 1과 구역 2 모두는 전류 B와 C를 더 유지해야 한다.
기존의 낙뢰 보호 재료는 주로 구리를 기반으로 하고: 구리 메쉬는 복합 섬유 기판에 반하여 또는 그 내부로 열 압착되어 구리 메쉬의 전기 전도성을 제공한다. 그러나 구리의 무게는 무겁기 때문에 비전도율(specific conductivity)이 낮고 전류용량(ampacity)이 높은 우수한 전기 전도체에 대한 필요성이 존재한다. 예를 들어 구리 메쉬의 무게를 50% 줄이면, 항공기당 100 내지 200kg을 절약할 수 있다. 또한, 구리의 전류용량은 탄소 기반 재료에 비해 제한적이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 양태에 따른 낙뢰 보호(lightning strike protection; LSP) 재료(10)의 도식적인 단면도를 도시한다. LSP 재료는 금속층(14)을 지지하는 기판(12)(예를 들어, CR4형 에폭시 레지스트(resist))과 금속층(14) 상의 구리-나노카본 복합층(16)을 포함한다. 구리-나노카본 복합층(16)에는 나노카본 조직(18) 및 구리상(20)(또는 구리 매트릭스)이 포함되며, 이때 나노카본 조직(18)이 내장된다. 나노카본 조직(18)에는 CNT 및/또는 그래핀 시트, 바람직하게는 폴리도파민-코팅된 CNT 및/또는 폴리도파민-코팅된 그래핀 시트이 포함된다. 금속층(14)은 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위, 예를 들어 3 ㎛의 두께를 갖는다. 구리-나노카본 복합층(16)은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 예를 들어 12 ㎛ 내지 20 ㎛, 예를 들어 15 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 금속층(14) 및/또는 구리-나노카본 복합층(16)은 서로 독립적인 플레인층 또는 메쉬층일 수 있다. 특히, 금속층(14)과 구리-나노카본 복합층(16) 중 하나는 플레인층일 수 있고, 이에 반해, 금속층(14)과 구리-나노카본 복합층(16) 중 다른 하나는 메쉬층이다.
또한 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 니켈 계면(22)(몇 나노미터 두께만 필요하지만 더 두꺼울 수도 있음)이 금속층(14)과 구리-나노카본 복합층(16) 사이에 배열된다. 니켈층(22)은 나노카본 조직(18)으로의 구리 매트릭스(20)의 전착을 개시하는 것을 도울 수 있다.
제안된 LSP 재료는 구리의 높은 전기 전도성과 나노카본 기반 재료의 높은 전류용량의 시너지 효과로부터 이점을 갖는다.
실험 테스트는 제안된 LSP 재료의 샘플과, 비교를 위해 동일한 종류의 기판에 구리 이중층(나노카본이 없음)을 가진 샘플로 수행되었다. 샘플을 FR4-형 에폭시 지지체에 장착하고 100kA의 전기 방전에 노출시켜 낙뢰의 D파를 시뮬레이션하였다. 낙뢰의 B 및 C 성분(도 1 참조)은 본질적으로 이의 표면의 레지스트를 가열하고 기화시킬 수 있는 반면, D파는 열 및 기계적 효과에 의해 복합재의 중심에 손상을 일으키므로 낙뢰에 대한 재료의 반응을 연구하기 위해 선택된다.
D파에 의해 타격될 때, 평가된 재료의 기화는 재료의 두께뿐만 아니라 전기 전도성에 따라 결정된다. 재료의 전기 저항이 높을수록(또는 재료가 얇을수록) 재료의 증발은 증가할 것이다. 그러므로 증발된 재료의 면적은, 이의 면적 밀도(예를 들어 kg/m2 단위)의 함수로서, 낙뢰 보호 효율에 대한 지표 역할을 할 수 있다.
도 3은 바람직한 양태에 따라 LSP 재료에 대한 낙뢰의 영향을 도식적으로 예시한다. 100kA의 낙뢰 후, 구리-나노카본 복합층(16)의 외부는 손상되는 반면, 내부 금속층(14)은 손상되지 않았다. 구체적으로, 낙뢰는 구리-나노카본 복합층(16)의 일부를 기화시켜 내부에 구멍(24)을 형성할 수 있다. 구멍의 바닥은 금속층(14)에 의해 형성되는데, 이는 전체적으로 LSP 재료의 천공이 없음을 의미한다.
도 4는 (실험실 조건에서) 낙뢰의 D파를 시뮬레이션하는 100kA 전기 방전을 맞기 전(상단 사진) 및 후(하단 사진)의, 본 발명에 따른 LSP 재료 샘플의 사진을 도시한다. 도 4의 LSP 재료에는 구리층이 있는 기판 및 구리층 상의 구리-나노카본 복합층이 포함된다.
도 5는, 비교를 위해, 동일한 조건 하에서 100kA 전기 방전을 맞기 전(상단 사진)과 후의 사진을 도시한다. 비교 샘플은 도 4의 LSP 재료 샘플과 동일한 기판 상에 증착된 두 개의 전기 도금된 구리 층들로 구성된다. 100kA 낙뢰를 적용한 후 두 개의 구리 층들이 큰 직경에 걸쳐 기화되고, 이가 낙뢰 채널 부착 영역에서 낙뢰 보호 기능이 완전히 손실로 이끄는 것을 확인할 수 있다.
제1 낙뢰로 타격된 후, 제안된 LSP 재료의 남은 전기 전도성은, LSP 재료가 추가 낙뢰 이벤트에 대해 부분적인 보호를 여전히 제공하고 손상된 구역의 복구를 용이하게 할 수 있기 때문에 도움이 될 수 있다.
특정 양태가 본 명세서에서 상세히 설명되었지만, 당업자는 개시 내용의 전체적인 교시에 비추어 이들의 세부 사항에 대한 다양한 수정 및 대안이 개발될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열은 단지 설명을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 첨부된 청구범위의 전체 범위 및 이의 임의의 등가물 및 모든 등가물이 주어진다.
Claims (14)
- 낙뢰 보호 재료(lightning strike protection material)로서,
금속층을 지지하는(carrying) 기판(substrate); 및 상기 금속층 상의 구리-나노카본 복합층으로서, 탄소 나노튜브(carbon nanotube)들 및/또는 그래핀 시트(graphene sheet)들이 포함되는 나노카본 탱글(nanocarbon tangle)을 포함하는, 구리-나노카본 복합층;을 포함하고,
상기 나노카본 탱글은 구리상(copper phase) 내에 내장되고 상기 구리-나노카본 복합층 전체에 분산되는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항에 있어서, 상기 구리-나노카본 복합층은 낙뢰를 맞을 때 국부적으로 파괴되기 쉬운 희생적 보호층(sacrificial protection layer)으로서 기능하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위인 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리-나노카본 복합층의 두께는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위인 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 플레인층(plain layer)을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 메쉬층(mesh layer)을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리-나노카본 복합층은 플레인층을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리-나노카본 복합층은 메쉬층을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층과 상기 구리-나노카본 복합층 중 하나는 플레인층이고, 상기 금속층과 상기 구리-나노카본 복합층 중 다른 하나는 메쉬층인 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층 및 상기 구리-나노카본 복합층 각각은 메쉬층인 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 구리층이거나 구리층을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄층이거나 알루미늄층을 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층과 상기 구리-나노카본 복합층 사이에 니켈 계면(interface)을 포함하는, 낙뢰 보호 재료.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리-나노카본 복합층은 적어도 10 부피%의 탄소 나노튜브 및/또는 그래핀 시트를 포함하는 것인, 낙뢰 보호 재료.
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