WO2014181930A1 - 이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조방법 - Google Patents

이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조방법 Download PDF

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heat
matrix
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정광운
이종훈
강동규
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전북대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to an anisotropic thermally conductive liquid crystal composition and a method for producing a heat dissipation and electromagnetic shielding matrix using the same. More specifically, the present invention relates to an anisotropic thermally conductive liquid crystal composition that can control the emission and electron transfer of heat by orienting and curing the liquid crystal in a specific direction, and a method of manufacturing a heat dissipation and electromagnetic shielding matrix using the same.
  • a method of increasing thermal conductivity and mechanical strength by adding a metal having excellent thermal conductivity to a polymer composite material and There is a method of adding a polymer inorganic particle such as alumina or silica as a filler to make a polymer material which can be thermally moved by phonon lattice vibration in the ceramic.
  • a metal layer agent One method can increase the weight of the material and cause corrosion problems.
  • the method using the ceramic filler may be a problem from an efficient point of view because the thermal conduction of the ceramic due to phonon lattice vibration is not large enough to reach expectations.
  • the conventional thin film that acts as a shield for electromagnetic waves uses a method of shielding or reflecting electromagnetic waves by adding conductive metals to the polymer matrix to form a conductive thin film.
  • metal particles due to the use of metal particles, there is a problem in that circuit breakage occurs through a shielding film in a continuous electromagnetic wave environment.
  • metal particles because of the use of metal particles, there is a weight problem and it is difficult to form a thin and uniform thickness thin film evenly distributed. Therefore, it is necessary to study the organic thin film that can be miniaturized while having excellent electromagnetic wave absorption and shielding efficiency.
  • the present invention is to provide an anisotropic thermal electrical conductive composition and matrix exhibiting heat and electrical conductivity in a specific direction by controlling the internal structure of the composite material by the molecular unit using liquid crystal molecules.
  • the present invention is to provide an anisotropic thermal conductive composition and a matrix which can uniformly disperse the carbon material in the polymer matrix to increase the thermal conductivity efficiency.
  • the present invention provides an anisotropic heat dissipation and electromagnetic shielding matrix that can move electrons and emit heat along a specific direction or path, and can be formed into various geometric shapes to match the shape of the device.
  • the present invention is to provide the effect of simplifying the process and cost reduction compared to the conventional individual manufacturing by manufacturing a heat dissipation, electromagnetic shielding composite thin film that can perform the function of the heat radiation sheet and the electromagnetic shielding film at the same time.
  • One aspect of the present invention relates to an anisotropic thermally conductive liquid crystal composition
  • a liquid crystal compound represented by the following formula (1) and a support compound having a functional group.
  • ⁇ 21> C (core) is a liquid crystal molecule
  • R is a hydrocarbon compound having a functional group, and may be bonded to 1 to 30 C (core).
  • R and the support compound is a C1-C20 alkyl group or alkoxyl group having a reactor, a C2-C20 alkenyl group,
  • the R and the supporting compound may be substituted or include halogen or oxygen.
  • the invention provides a method for coating the composition
  • Orienting the coating layer in a predetermined direction relates to a method for producing a heat dissipation and electromagnetic shielding thin film comprising the step of curing the coating layer.
  • the present invention relates to a method of spinning the composition to produce anisotropic thermally conductive fibers.
  • the present invention includes a support formed by curing a hydrocarbon compound and a nanographene liquid crystal cured by being arranged in a predetermined direction on or in the surface of the support, wherein the liquid crystal absorbs heat and electrons in a predetermined direction. It relates to a heat dissipation and electromagnetic shielding matrix that is a moving path.
  • liquid crystal molecules are arranged in a predetermined direction and form a ⁇ - ⁇ stacking structure with adjacent liquid crystal molecules, thereby exhibiting thermal and electrical conductivity in a specific direction.
  • the heat dissipation and electromagnetic wave shielding matrix of the present invention can be formed in various shapes according to the shape of the element because the organic composite is used, and it is designed to dissipate heat of a device such as a notebook in only one direction so that it is hot even on the knee. In addition to providing a heat dissipation system that does not support, it functions as a thin film with a complex function that effectively prevents electromagnetic interference inside a semiconductor device.
  • the present invention is a composite thin film using only organic materials without using any metal, it is easy to process and lower the manufacturing cost.
  • the present invention can perform the two functions of heat radiation and electromagnetic shielding at the same time can lead to the simplification of the product.
  • the present invention can control the heat and electron movement direction in the molecular unit by using the liquid crystal, it is possible to perform heat radiation and electromagnetic shielding precisely. As a result, it is expected that the heat dissipation and electromagnetic wave blocking matrix of the present invention can be applied to semiconductor circuits in which miniaturization and rapid miniaturization proceed.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing that the liquid crystal compound (10) and the support compound (20) of Formula 1 are combined by curing reaction.
  • FIGS. 2 and 3 show a film in which the liquid crystal 110 is oriented in a specific direction within the support 120.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing the matrix in which the liquid crystal of FIG. 3 is patterned.
  • FIG. 5 is a film taken with a polarizing microscope (top) and an optical microscope (bottom picture).
  • FIG. 6 is a photograph of a fiber under an optical microscope (top) and a polarization microscope (bottom photo). to be.
  • FIG. 7 is a graph illustrating electrical conductivity of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a graph illustrating electrical conductivity of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1.
  • the anisotropic thermally conductive composition of the present invention includes a liquid crystal compound represented by the following Chemical Formula 1 and a support compound having a functional group.
  • C (core) is a liquid crystal molecule
  • R is a hydrocarbon compound having a functional group, and may be bonded to 1 to 30 C (core),
  • the R and the support compound is a C1-C20 alkyl group or alkoxyl group, a C2-C20 alkenyl group having a reaction group,
  • the R and the supporting compound may be substituted or include halogen or oxygen.
  • the C (core) is a liquid crystal molecule.
  • the liquid crystal may be a plate-like molecule containing an aromatic ring.
  • the plate-based aromatic compound includes a structure in which the aromatic ring is fused with an adjacent ring to form a plate, preferably three or more aromatic rings may be fused, and most preferably 3 to 36 Aromatic rings can be fused.
  • a compound called nanographene may be used as the C (core).
  • Nanograph in the present invention represents a monolayer molecule containing aromatic copper while having the characteristics of the liquid crystal.
  • the C (core) may be represented by the following formula (2). ⁇ 51> [Formula 2]
  • R has 1 to 20 carbon atoms having a semiunion group
  • Alkyl or alkoxyl groups having 2 to 20 carbon atoms It is a hydrocarbon compound which is a nil group.
  • the R may be bonded to 1 to 30 to the C (core).
  • the support compound is also a hydrocarbon compound having a functional group, preferably an alkyl group having 20 carbon atoms or an alkoxyl group, or an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms.
  • the R and the supporting compound may be substituted with halogen or oxygen or include them.
  • the R and the supporting compound are semiungung groups represented by the following Chemical Formula 3
  • reaction mixture of the C (core) and the reaction mixture of the support compound may be cured to form a crosslinking structure between liquid crystal molecules.
  • Formula 1 may be formed by combining the C (core) and one or more R, an example thereof may be represented by the following formula (4).
  • an oxygen group (-0-) is used as an element connecting the R portion and the core.
  • -CO-, C00-, -NHC0-, -S-, -SS-, -0C00 -, -0P00- and the like can also be used.
  • the composition of the present invention may further include a host liquid crystal having no reaction period.
  • the host liquid crystal does not have a reaction group and does not react with the supporting compound. Therefore, when the composition is cured, only the compound of Formula 1 and the supporting compound are cured, and then, when the coated film is washed, unreacted host liquid crystals can be removed.
  • the host liquid crystal functions as a die to help align the core liquid crystal molecules.
  • the host liquid crystal a conventionally known liquid crystal can be used without limitation.
  • the host liquid crystal include 5CB (p-n pentyl-p'-cyanobi phenyl), JC-1041 (chiso), E7 (Merck), 5CB (Merck), and the like.
  • the composition may further include a polymerization initiator such as a photoinitiator. Prize Trimethylopropane triacrylate may be used as the photoinitiator.
  • the composition may include 10 to 50 parts by weight of the support compound and 15002500 parts by weight of the host liquid crystal relative to 100 parts by weight of the liquid crystal compound represented by Chemical Formula 1.
  • the host liquid crystal is less than 1500 parts by weight, there is a lack in the role of the host liquid crystal to implement a complete anisotropy, in the case of more than 2500 parts by weight of the core liquid crystal is less the structure of the support after removing the host liquid crystal There may be a problem of maintenance.
  • the present invention relates to a method for producing an anisotropic heat radiation and electromagnetic shielding matrix.
  • the method includes coating the composition, orienting the liquid crystal compound of Chemical Formula 1 in a predetermined direction, and curing the coating layer.
  • the step of orienting the liquid crystal in a predetermined direction is to control the liquid crystal compound of Formula 1 to a temperature or concentration at which the liquid crystal phase represents a liquid crystal phase.
  • the present invention includes the step of orienting the liquid crystal in the composition in the desired direction after coating the composition.
  • the alignment step may be performed by adding a predetermined amount of silver to the coating layer or
  • the temperature may be maintained in the range of io ⁇ 2 (xrc range, and the concentration may range from 20 to 603 ⁇ 4.
  • the curing reaction forms a covalent bond between the reaction group of R and the reaction group of the supporting compound by applying heat, UV irradiation or an electromagnetic field.
  • the composition may have a matrix structure, for example, a thin film or a film structure.
  • the distance between the stacked liquid crystals in the matrix may be controlled by adjusting the chain lengths of the supporting compound and R.
  • the present invention includes the step of washing the liquid crystal using a solvent after the curing reaction step.
  • Dichloromethane, nucleic acid, chloroform is used as the solvent. can do.
  • the unreacted host liquid crystal is removed by the washing step.
  • the invention relates to a method of making anisotropic thermally conductive fibers.
  • the anisotropic heat and electrically conductive fibers can be formed by spinning a liquid crystal composition for fibers. In the case of electrospinning the composition, the liquid crystal is automatically aligned in a columnar form in the radial direction and cured. When producing the anisotropic thermally conductive fibers, it is not necessary to use a host liquid crystal.
  • the liquid crystal composition for fibers includes a fiber binder, a monomer of the fiber binder, a liquid crystal compound represented by Chemical Formula 1, a photoinitiator, and a solvent.
  • the liquid crystal compound of Chemical Formula 1 may refer to the above-described contents.
  • the fiber binder is spun to form the main matrix of fibers.
  • the fiber binder is a polymer that can be electrospun to form fibers, for example, polyurethane
  • PU polyacrylonitrile
  • PAN nylon
  • Nylon 6 66 polylactic acid
  • PVA polycarbonate
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PVA Polyvinyl alcohol
  • PE0 polyethylene oxide
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinylcarbazole
  • PVP polyvinylpyridine
  • PET polyester
  • PE and the like.
  • the composition of the present invention also comprises a monomer of the fiber binder, the monomer serving as a support in the fiber. More specifically, the monomer is polymerized by the photoinitiation reaction and at the same time is radically polymerized with the liquid crystal column to form a network.
  • the composition may further include a photoinitiator required for curing.
  • the fiber composition may include 10 to 100 parts by weight of monomers of the fiber polymer, 1 to 50 parts by weight of the liquid crystal compound of Formula 1, 800 to 900 parts by weight of solvent, 1 to L0 parts by weight of photoinitiator, compared to 100 parts by weight of the main fiber polymer. Can be.
  • the present invention relates to a heat radiation and electromagnetic shielding matrix.
  • the anisotropic heat dissipation and electromagnetic wave shielding matrix includes a support body formed by hardening a hydrocarbon compound; and a liquid crystal cured by being arranged in a predetermined direction on or in the surface of the support, wherein the liquid crystal is a passage for moving heat and electrons in a predetermined direction.
  • the heat dissipation and electromagnetic shielding matrix may be film or fibrous.
  • the liquid crystal is a liquid crystal compound of Chemical Formula 1 described above, and the support is formed by a curing reaction of the support compound and R of Chemical Formula 1.
  • FIGS. 2 and 3 show a film in which the liquid crystal 110 is oriented in a specific direction within the support 120.
  • the film may dissipate electromagnetic waves by emitting heat to the outside along the aligned liquid crystal 110 and moving electrons. Since the liquid crystal 110 forms a ⁇ - ⁇ stacking structure with adjacent liquid crystal molecules, heat or electrons may be transferred.
  • the liquid crystal 110 which is a heat transfer path
  • the liquid crystal 110 may be patterned in a predetermined shape. That is, in the present invention, the liquid crystal, which is a heat transfer path, may be designed like a circuit to induce fine heat flow, electromagnetic wave absorption, shielding, and emission in a desired direction.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing the matrix in which the liquid crystal of FIG. 3 is patterned.
  • the composition is first coated, a patterned mask is applied, and then cured by UV irradiation.
  • the uncoated liquid crystal of Formula 1 may also be removed by washing, thereby obtaining a result in which the liquid crystal is oriented only in the patterned region.
  • the composition of Table 1 was prepared, and after coating the composition, UV was irradiated for 1 hour at lkHz / 10 mV, lmW / cm 2 and conditions. Subsequently, the coating film was washed with solvent 000. 5 is a film taken with a polarizing microscope (top) and an optical microscope (bottom picture).
  • (A) Since (A) is located vertically, light is not transmitted. However, in FIG. 5, the film is not entirely black, and it is confirmed that the apricot-colored line is oriented in a certain direction, which shows that the liquid crystal is aligned and cured in a certain direction in the film and light is transmitted through the liquid crystal. will be.
  • composition of Table 2 was prepared as follows.
  • composition prepared as described above was electrospun and UV was irradiated during the spinning process to prepare this spun thermally conductive fiber.
  • Fig. 6 is a photograph of the fiber with an optical microscope (top) and a polarization microscope (bottom photo). Referring to FIG. 6, it can be confirmed that light is transmitted through the polarization microscope photograph of the lower portion, and that the liquid crystal is arranged in the fiber direction in the form of a tube in the fiber.
  • ⁇ 5> was carried out in the same manner as in Example 2, except that 0.02 g of a photoinitiator (TP0) was added to the spinning solution.
  • TP0 photoinitiator
  • Example 2 except for Chemical Formula 6, a solution was prepared at a ratio of PAN; AN; DMF (10: 5: 85wt3 ⁇ 4) and then spun.
  • FIG. 7 is a graph illustrating electrical conductivity of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1.
  • Example 2 2.4 ⁇ 1 ( ⁇ 6 S / cm) and Example 3 (7.6x10-5 S / cm) compared to Comparative Example 1 (1.IX 10 _U S / cm) You can see that it is much better.
  • the present invention can be used in the anisotropic thermally conductive liquid crystal composition manufacturing industry and the industry for manufacturing a heat dissipation and electromagnetic shielding matrix using the same.

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Abstract

본 발명은 특정 방향으로 액정을 배향 및 경화시켜 열의 배출 및 전자이동을 제어할 수 있는 이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 이방성 방열, 전자파차폐 매트릭스는 액정분자를 소정 방향으로 배열되고, 인접 액정 분자와는 π-π stacking 구조를 형성하므로 특정 방향으로 열 및 전기전도성을 나타낸다. 본 발명의 방열, 전자파차폐 매트릭스는 유기 복합체를 이용하기 때문에 소 자의 형태에 맞게 다양한 기하학적 성형이 가능하고, 무기물을 사용할때의 문제인 질량문제, 불균일도, 금속입자를 통한 단선문제를 해결할 수있다. 동시에 기존의 방열필름, 전자파차폐막의 기능을 동시에 수행함으로써 2가지의 공정을 1가지로 간 소화 할 수 있고 이로 인한 공정단순화와 원가절감의 효과를 가질 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트 릭스의 제조방법
【기술분야】
본 발명은 이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로， 본 발명은 특정 방향 으로 액정을 배향 및 경화시켜 열의 배출 및 전자이동을 제어할 수 있는 이방성 열 전기전도 액정 조성물 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조방법에 관한 것이다.
【배경기술】
전자제품의 소형화와 고기능화에 따른 반도체의 고집적화가 이뤄지면서 소자 의 열 밀도가 급격히 높아져 종래 방열방법으로는 소자의 최대 조작온도 초과로 인 해 제품의 기능과 효율의 저하를 막지 못하는 문제가 있다. 또한 회로가 밀접함에 따라 회로의 전기적 신호 때문에 생기는 인접회로의 유도전류로 인한 노이즈 및 정 전기발생으로 소자의 오작동이 발생해 회로사이의 전자파를 차폐하는 일이 요구되 고 있다.
최근， 여러 국가 및 기업에서는 전자제품 등 집적소자가 필요한 기기 의 열을 효과적으로 배출하고 회로간 전자파 노이즈를 최소화 하기위해 방열 및 전 자파차폐 물질을 개발하는데 힘쓰고 있다.
현재 사용되고 있는 방열방법으로는 알루미늄이나 구리를 압출성형하 여 표면적을 극대화시키는 기하학적인 방열설계， 방열 구조체의 흑화처리를 통한 방사효율을 증대시키는 방법， 공기와 냉각수를 이용해 열을 배출하는 공 /수냉식 장 치 부착 등이 있다. 이러한 방열물질은 PDP장치， 고효율 LED, 태양전지， 반도체 메 모리와 같은 소형 전자기기의 열 배출에 사용될 수 있는데， 이러한 방열물질들은 부식， 무거운 중량， 다양한 형태로의 성형 제한， 열원과의 접합 어려움 둥의 문제 점이 알려져 있으며， 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 연구개발이 이루어지 고 있다. 예를들면， 고분자 물질에 충전제를 첨가해 열전도성을 부여시켜주는 방법 이 연구되고 있는데， 좀 더 구체적으로는， 열 전도도가 우수한 금속을 고분자복합 재료에 첨가해 열전도도와 기계적 강도를 증가시키는 방법과 알루미나 혹은 실리카 와 같은 세라믹 무기입자를 필러로 첨가해 세라믹에서의 포논격자진동에 의해 열 이동이 가능하게 된 고분자물질을 만드는 방법이 있다. 하지만 금속 층전제를 이용 한 방법은 물질의 중량을 증가시킬 수 있고 부식문제를 일으킬 수 있다. 또한 세라 믹 충전제를 이용한 방법은 포논격자진동에 의한 세라믹의 열 전도가 기대에 미칠 만큼 크지 않기 때문에 효율적 관점에서 문제가 될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 탄소재료를 이용해 복합재료를 형성하 는 방법이 각광받고 있다. 금속보다 높은 열 전도도를 가지며 낮은 열 팽창계수를 나타내고 가벼우며 부식문제가 발생하지 않는 카본나노류브나 그래 ¾과 같은 나노 충전제를 고분자 복합재료에 첨가해 열전도도를 증가시키는 연구가 진행되고 있다. 하지만 아직까지도 유기물의 한계인 낮은 열전도도， 열저항으로 작용하는 결점제어 의 어려움 계면처리문제, 낮은 부피 분율에서 효과적인 열전도 유지의 어렵다는 문제점이 있다.
또한 기존의 전자파 차폐의 역할을 하는 박막은 고분자 매트릭스에 전 기전도도가 좋은 금속류를 첨가해 도전성 박막을 만들어 전자파를 차폐 또는 반사 를 시키는 방법을 사용하고 있다. 하지만 금속입자를 사용하기 때문에 지속적인 전 자파환경에서 차폐막을 통한 회로간 단선이 발생하는 문제가 있다. 또한 금속입자 를 사용하기 때문에 중량문제가 있고 균일하게 분산되어있으면서도 얇고 일정한 두 께의 박막을 형성하는데 어려움이 있다. 따라서 전자파 흡수 및 차폐효율이 뛰어나 면서도 소형화가 가능한 유기박막에 대한 연구가 필요하다.
기존 방열시트와 전자파 차폐막의 이러한 문제들을 해결한다면 유기물 의 장점인 경량화， 손쉬운 가공， 형태의 다양성, 저비용으로도 소자의 열을 효과적 으로 배출하며 전자파 차폐효율이 높은 복합물질로 사용 가능해 여러 산업기기의 신뢰도에 많은 기여를 할 것이며 기기의 효율적 에너지 사용과 수명연장을 가능하 게 할 것이다. 나아가 이방성 열， 전기전도제어를 통해 원하는 방향으로만 열을 배 출시키고 전자파 흡수 및 차폐 시스템이 구축되면정밀한 방열， 전자파차폐 기능을 수행할 수 있으므로 고집적 소형기기가 요구되는 전자제품산업, 군사산업， 항공우 주산업에 상당한 파급효과를 불러일으킬 수 있을 것이다.
<8>
<9> [참고특헤
<ιο> 10-1210513 액정성을 가지는 그래핀 조성물 및 그의 제조방법
<ιι> 10-1078252 이방성 도전필름 접합용 방열 및 이형시트
<12> 10-1248385 전자파 차폐와 방열특성을 갖는 복합시트
<13> 10-1235541 열확산， 전자파차폐기능 박막의 적용방법
【발명의 상세한 설명】 【기술적 과제】
본 발명은 액정분자를 이용해 복합재료 내부 구조체를 분자단위로 제어하여 특정 방향으로 열 및 전기전도성을 나타내는 이방성 열 전기전도 조성물 및 매트릭 스를 제공하는 것이다.
본 발명은 탄소재료를 고분자 매트릭스에 균일하게 분산시켜 열 전기전도 효 율을 높일 수 있는 이방성 열 전기전도 조성물 및 매트릭스를 제공하는 것이다. 본 발명은 특정 방향이나 경로를 따라 전자를 이동시키고 열을 배출할 수 있 으며， 소자의 형상에 맞도록 다양한 기하학적 형상으로 성형이 가능한 이방성 방열 및 전자파차폐 매트릭스를 제공하는 것이다.
본 발명은 방열시트와 전자파 차폐막의 기능을 동시에 수행할 수 있는 방열， 전자파차폐 복합박막을 제조함으로써 기존의 개별제조에 비해 공정의 단순화 및 원 가절감의 효과를 제공하는 것이다.
【기술적 해결방법】
본 발명의 하나의 양상은 하기 화학식 1로 표현되는 액정화합물과 반웅기 (Funtional group)를 갖는 지지 (support) 화합물을 포함하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물에 관계한다.
[화학식 1]
Figure imgf000005_0001
<21> C(코어 )는 액정 분자이고，
<22> 상기 화학식 1에서 R은 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄화수소화합물로 서， 상기 C (코어)에 1~30개 결합될 수 있고，
<23> 여기서， 상기 R과 지지화합물은 반응기를 갖는 탄소수 1~20의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소수 2~20의 알케닐기이고，
<24> 상기 R과 지지화합물은 할로겐이나 산소로 치환되거나 이들을 포함할 수 있 다.
<25> 다른 양상에서， 본 발명은 상기 조성물을 코팅하는 단계 ；
<26> 상기 코팅층을 소정 방향으로 배향시키는 단계 ； 상기 코팅층을 경화 반웅시 키는 단계를 포함하는 방열 및 전자파 차폐용 박막의 제조방법에 관계한다. <27> 또 다른 양상에서， 본 발명은 상기 조성물을 방사하여 이방성 열 전기전도 섬유를 제조하는 방법에 관계한다.
<28> 또 다른 양상에서， 본 발명은 탄화수소 화합물이 경화되어 형성된 지지체 및 상기 지지체 내부 또는 표면에서 소정 방향으로 배열되어 경화된 나노그래핀 액정 을 포함하고， 상기 액정은 소정 방향으로 열 및 전자를 이동시키는 통로인 방열 및 전자파차폐 매트릭스에 관계한다 .
【유리한 효과】
<29> 본 발명의 이방성 방열， 전자파차폐 매트릭스는 액정분자가 소정 방향으로 배열되고， 인접 액정 분자와는 π-π stacking 구조를 형성하므로 특정 방향으로 열 및 전기전도성을 나타낸다.
<30> 본 발명의 방열， 전자파차폐 매트릭스는 유기 복합체를 이용하기 때문에 소 자의 형태에 맞게 다양한 기하학적 성형이 가능하고， 노트북 같은 기기의 열을 한 쪽 방향으로만 배출하도록 설계하여 무릎위에 두고 써도 뜨거워지지 않는 방열시스 템을 제공하는 동시에 반도체 소자 내부의 전자파 장애를 효율적으로 방지하는 복 합기능의 박막역할을 한다.
<31> 본 발명은 금속을 전혀 사용하지 않고 유기물만을 이용한 복합박막이므로 가 공이 용이하고 제조비용을 낮출 수 있다. 또한， 본 발명은 방열 및 전자파 차폐의 두 가지 기능을 동시에 수행하므로 제품의 단순화를 유도할 수 있다.
<32> 또한， 본 발명은 액정을 이용해 분자단위에서 열과 전자의 이동방향을 제어 할 수 있으므로 방열 및 전자파 차단을 정밀하게 수행할 수 있다. 그 결과， 본 발 명의 방열 및 전자파 차단 매트릭스는 급격히 소형화 나노화가 진행되는 반도체 회 로에 적용할 수 있으리라 예상된다.
【도면의 간단한 설명】
<33> 도 1은 경화반웅에 의해 화학식 1의 액정화합물 (10)과 지지화합물 (20)이 결 합되는 것을 나타내는 개념도이다.
<34> 도 2와 도 3은 액정 (110)이 지지체 (120) 내에서 특정 방향으로 배향된 필름
(100)을 나타낸다.
<35> 도 4는 도 3의 액정이 패턴화된 매트릭스를 제조하는 방법을 나타내는 개념 도이다.
<36> 도 5는 편광현미경 (위) 및 광학 현미경 (아래쪽 사진)으로 필름을 촬영한 것 이다.
<37> 도 6은 광학현미경 (위 ) 및 편광 현미경 (아래쪽 사진)으로 섬유를 촬영한 것 이다.
<38> 도 7은 실시예 2， 실시예 3 및 비교예 1의 전기전도도 비교 그래프이다.
<3 >
【발명의 실시를 위한 형태】
<40> 본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며， 본 발명이 반드시 이 에 한정되는 것은 아니다.
<41> 본 발명의 이방성 열 전기전도 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 액정화합 물과 반웅기 (Funtional group)를 갖는 지지 (support) 화합물을 포함한다.
<42> [화학식 1]
Figure imgf000007_0001
<44> C (코어 )는 액정 분자이고,
<45> 상기 화학식 1에서 R은 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄화수소화합물로로 서， 상기 C (코어)에 1~30개 결합될 수 있고，
<46> 여기서， 상기 R과 지지화합물은 반웅기를 갖는 탄소수 1~20의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소수 2-20의 알케닐기이고，
<47> 상기 R과 지지화합물은 할로겐이나 산소로 치환되거나 이들을 포함할 수 있 다.
<48> 본 발명에서 상기 C (코어 )는 액정 분자이다. 바람직하게는 상기 액정 은 방향족 고리를 포함하는 판상의 분자일 수 있다. 상기 판상의 방향족계 화합물 은 방향족 고리가 인접 고리와 융합 (fusion)되어 판상을 형성하는 구조를 포함하 며， 바람직하게는 3 개 이상의 방향족 고리가 융합될 수 있으며， 가장 바람직하게 는 3~36개의 방향족 고리가융합될 수 있다.
<49> 상기 C (코어)로서 나노그래핀으로 지칭되는 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서의 나노그래핀은 액정의 특성을 가지면서 방향족 구리를 포함하는 단층 분자를 나타낸다.
<50> 상기 C (코어)는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다. <51> [화학식 2]
Figure imgf000008_0001
<52>
<53> 상기 화학식 1에서 R은 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄소수 1~20
의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소수 2~20의 알케.닐기인 탄화수소화합물이다.
<54> 상기 R은 상기 C (코어)에 1~30개 결합될 수 있다.
<55> 상기 지지화합물도 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄화수소 화합물 로서， 바람직하게는 탄소수 ^20의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소수 2~20의 알케닐기 일 수 있다.
<56> 상기 R과 지지화합물은 할로겐이나 산소로 치환되거나 이들을 포함할 수 있다.
<57> 상기 R과 상기 지지화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 반웅기
(Funtional group)를 하나 이상 가질 수 있다.
Figure imgf000009_0001
본 발명에서 상기 C (코어)의 반웅기와 지지화합물의 반웅기가 경화반웅되어 액정분자간 가교결합 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1은 상기 C(코어)와 하나 이상의 R이 결합되어 형성될 수 있는데， 그 일예로는 하기 화학식 4로 나타낼 수 있다.
<62> [화학식 4]
Figure imgf000010_0001
<64> 、 상기 화학식 4에서 R부분과 코어를 연결하는 원소로 산소기 (-0-)를 사용하고 있으나， 이외에도 -CO-, C00-, -NHC0-, -S-, -SS -， -0C00-, -0P00- 등도 사용될 수 있다.
<65> 본 발명의 조성물은 반웅기를 갖지 않는 호스트 액정을 추가로 포함할 수 있다. 상기 호스트 액정은 반웅기를 구비하지 않아 지지화합물과 경화 반웅하지 않는다. 따라서， 상기 조성물을 경화시키면 화학식 1의 화합물과 지지화합물만이 경화 반웅되므로， 이 후 코팅된 필름을 세척하면 미반웅된 호스트 액정은 제거될 수 있다.
<66> 상기 호스트 액정은 거푸집과 같은 기능을 하여 코어 액정분자가 배향 되는 것을 도와준다.
<67> 상기 호스트 액정으로는 종래 공지된 액정을 제한 없이 사용할 수 있 다. 상기 호스트 액정의 예로는 5CB(p-n pentyl-p'-cyanobi phenyl), JC— 1041(치소 )， E7(Merck), 5CB(Merck) 등이 가능하다.
<68> 상기 조성물은 광개시제등의 중합개시제를 추가로 포함할 수 있다. 상 기 광 개시제로는 Trimethylopropane triacrylate등이 사용될 수 있다.
<69> 상기 조성물은 화학식 1로 표현되는 액정화합물 100중량부 대비 상기 지지화합물 10~50중량부 및 호스트 액정 15002500중량부를 포함할 수 있다.
<70> 상기 호스트 액정이 1500중량부 이하의 경우 호스트 액정의 역할을 하 는데 부족함이 있어 완전한 이방성 구현에 제한이 있고， 2500중량부 이상의 경우 코어액정의 양이 적게되어 호스트 액정 제거 후 지지체의 구조유지의 문제가 있을 수 있다.
<71>
<72> 다른 양상에서 본 발명은 이방성 방열 및 전자파 차폐용 매트릭스의 제조 방법에 관계한다. 상기 방법은 상기 조성물을 코팅하는 단계， 상기 화학식 1 의 액정 화합물을 소정 방향으로 배향시키는 단계 및 상기 코팅층을 경화 반웅시키 는 단계를 포함한다.
<73> 상기 액정을 소정 방향으로 배향시키는 단계는 상기 화학식 1의 액정 화합물이 액정상을 나타내는 온도 또는 농도로 제어하는 것이다.
<74> 본 발명에서는 상기 조성물을 코팅한 후 조성물내의 액정을 원하는 방 향으로 배향하는 단계를 포함한다 .
<75> 상기 배향 단계는 코팅층에 소정 은도를 가하거나 조성물 내에 화학식
1의 액정화합물의 농도를 제어하여 수행할 수 있다. 일예로서， 온도를 io~2(xrc범 위로 유지할 수 있으며, 농도는 20~60¾범위 일 수 있다.
<76> 상기 경화 반웅은 열， UV조사 또는 전자기장을 가하여 상기 R의 반응 기와 상기 지지화합물의 반웅기 사이에 공유결합을 형성한다. 상기 경화반웅에 의 해 상기 조성물이 매트릭스 구조， 예를 들면 박막 또는 필름구조가 될 수 있다.
<77> 본 발명은 상기 지지화합물과 R의 사슬 길이를 조절하여 매트릭스 내 의 스태킹된 액정들간의 간격 즉， 컬럼화된 액정과 옆 액정과의 거리를 조절할 수 있다.
<78> 도 1은 경화반웅에 의해 화학식 1의 액정화합물 (10)과 지지화합물 (20)
이 결합되는 것을 나타내는 개념도이다. 도 1을 참고하면， 지지화합물 (20)과 R(12)의 사슬 길이를 조절하여 C (코어) 간의 간격을 제어할 수 있다. 상기 액정 화 합물 (10)이 배향되면 컬럼형태를 나타낸다. 본 발명에서는 상기 액정의 배향된 형 태를 컬럼 흑은 액정 컬럼이라고 나타낸다.
<79> 본 발명은 상기 경화 반웅 단계 이후에 용매를 사용하여 액정을 세척 하는 단계를 포함한다. 상기 용매로는 디클로로메탄， 핵산， 클로로포름 등을 사용 할 수 있다. 상기 세척 단계에 의해 미반웅된 호스트 액정이 제거된다. 다른 양상에서 본 발명은 이방성 열 전기전도 섬유를 제조하는 방법에 관계 한다.
상기 이방성 열， 전기전도 섬유는 섬유용 액정 조성물을 방사하여 형성할 수 있다. 상기 조성물을 전기방사하는 경우 방사 방향으로 빠르게 액정이 컬럼형태로 자동 배향되어 경화된다 . 상기 이방성 열 전기전도 섬유를 제조하는 경우 호스트 액정을 사용하지 않아도 된다.
상기 섬유용 액정 조성물은 섬유바인더， 섬유바인더의 단량체， 화학식 1의 액정화합물， 광개시제， 용매를 포함한다.
상기 화학식 1의 액정 화합물은 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다. 상기 섬유바인더는 방사되어 섬유의 주 매트릭스를 형성한다. 상기 섬유바인 더는 전기방사되어 섬유를 형성할 수 있는 고분자로서, 예를 들면， 폴리우레탄
(PU), 폴리아크릴로 나이트릴 (PAN), 나일론 (Nylon 6 66)， 폴리락틱액시드 (PLA) 폴리카보네이트 (PC), 폴리비닐리덴 클로라이드 (PVDC), 폴리비닐리덴플로라이드 (PVdF), 폴리비닐알콜 (PVA)， 폴리에칠렌 옥사이드 (PE0), 폴리스타이렌 (PS), 폴리비 닐카바졸 (PVC), 폴리비닐피을리딘 (PVP), 폴리아미드 (Polyamide), 폴리벤질이미다졸 (PBI), 폴리에칠렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에스터 (PE)등이 있다.
본 발명의 조성물은 섬유바인더의 단량체도 포함하는데， 단량체는 섬유에서 의 지지체 역할을 한다. 좀 더 구체적으로는 상기 단량체가 광개시 반응에 의해 고 분자 중합됨과 동시에 액정 컬럼과도 라디칼 중합을 하여 네트워크를 만든다.
상기 조성물에는 경화에 필요한 광개시제가 추가로 포함될 수 있다.
상기 섬유용 조성물은 주 섬유고분자 100중량부 대비 섬유고분자의 단량체 10~100중량부， 상기 화학식 1의 액정화합물 1~50중량부， 용매 800-900중량부， 광개 시제 1~L0중량부를 포함할 수 있다.
좀 더 자세하게는, 상기 조성물에 전압욜 가하면 액체에서 고분자가 분사되 며 용매가 증발하고, 고분자인 PAN은 긴 사슬형태로 분사방향으로 정렬되는데 이때 스태킹에 의해 형성된 액정 컬럼이 고분자 사슬의 결을 따라 배열되며， 결국 액정 컬럼이 섬유방향으로 정렬된다. 방사과정 중에 UV를 조사해주면 같이 섞여 있던 광 개시제가 작용해 컬럼의 반웅기와 아크릴로니트릴 단량체간 중합반웅을 일으켜 액 정이 배향된 상태로 인접 액정 컬럼과 연결 및 고정역할을 한다. 상기 액정 컬럼이 섬유 바인더 내부에 임베딩 (embedding) 된다. <90> 다른 양상에서 본 발명은 방열 및 전자파 차폐 매트릭스에 관계한다 . 상기 이방성 방열 및 전자파 차폐 매트릭스는 탄화수소 화합물이 경화되어 형성된 지지 체 ； 및 상기 지지체 내부 또는 표면에서 소정 방향으로 배열되어 경화된 액정을 포함하고， 상기 액정은 소정 방향으로 열 및 전자를 이동시키는 통로이다.
<91> 상기 방열 및 전자파차폐 매트릭스는 필름상 또는 섬유상일 수 있다.
<92> 상기 액정은 앞에서 상술한 화학식 1의 액정 화합물이고， 상기 지지체는 상 기 지지화합물과 화학식 1의 R이 경화 반응하여 형성된다 .
<93> 도 2와 도 3은 액정 (110)이 지지체 (120) 내에서 특정 방향으로 배향된 필름
(100)을 나타낸다. 도 2와 3을 참고하면， 상기 필름은 상기 배향된 액정 (110)을 따 라 열을 외부로 방출하고 전자를 이동시켜 전자파를 분산시킬 수 있다. 상기 액정 (110)은 인접 액정 분자와는 π-π stacking 구조를 형성하므로 열이나 전자를 이 동시킬 수 있다.
<94> 도 3을 참고하면， 열 이동 통로인 액정 (110)이 소정 형태로 패턴화할 수 있 음을 보여준다. 즉， 본 발명에서는 열이동 경로인 액정을 회로와 같이 디자인하여 원하는 방향으로 미세한 열 흐름 및 전자파 흡수，차폐 및 배출을 유도할 수 있다.
<95> 도 4는 도 3의 액정이 패턴화된 매트릭스를 제조하는 방법을 나타내는 개념 도이다.
<96> 도 4를 참고하면， 본 발명에서는 먼저 상기 조성물을 코팅하고， 패턴화된 마 스크를 씌운 다음， UV를 조사하여 경화 반웅시킨다. 도 4에서는 마스크의 패턴화된 부분에만 광이 조사되어 경화반웅이 일어나므로， 미반웅된 화학식 1의 액정도 세척 을 하여 제거할 수 있으므로 패턴화된 영역에서만 액정이 배향되는 결과를 얻을 수 있다.
<97> 실시예 1
<98> 하기 표 1의 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 코팅한 후 lkHz/10mV, lmW/ cm2, 조건에서 UV를 1시간 동안 조사하였다. 이어서 용매 000을 사용하여 코팅필름을 세척하였다. 도 5는 편광현미경 (위) 및 광학 현미경 (아래쪽 사진)으로 필름을 촬영 한 것이다.
<99> 【표 1】
Figure imgf000013_0001
화학식 5의 액정화합물 제조 <ioi> veratro 1(13.820 g)올 출발물질로 하고， M (：， FeC13, H2S04를 넣어 반웅시켜
2,3,6,7,10,11-Hexamethoxytriphenylene을 얻었다. 이어서 수득한 2，3ᅳ 6,7， 10， 11- Hexatnethoxytriphenylene에 HBr, CH3C00H를 넣어 약 150도에서 반웅시킨 후， 상기 반웅물에 4-bromobut-l-ene, K2C03를 넣어 다시 80도에서 48시간 동안 반웅시켜 하 기 화학식 5의 화합물을 수득하였다.
<102> [화학식 5}
Figure imgf000014_0001
<|04> 도 5를 참고하면， 파란색 화살표로 표시된 것과 같이， 편광자 (P)와 검광자
(A)가 수직으로 위치되어 있으므로 빛이 투과하지 못하는 조건이다. 하지만， 도 5 에서는 필름이 전부 검정색으로 표시되지 않고， 일정한 방향으로 살구색 선 형태가 배향되어 있음을 확인할 수 있는데， 이것은 필름 내에 액정이 일정 방향으로 배향 되어 경화되어 있고 상기 액정으로 빛이 투과됨을 보여주는 것이다.
<105> 실시예 2
<106> 하기 표 2의 조성물을 다음과 같이 제조하였다.
<107> 【표 2】
Figure imgf000014_0002
<i08> 액체상인 DMF와 아클릴로니트릴을 섞고 고체상인 PAN과 하기 화학식 6 의 액정을 섞어 교반기로 24시간 정도 흔합하였다. 투명한 조성물이 완성되면 UV에 노출되지 않는 환경에서 광개시제를 섞어 다시 완전히 섞었다.
<109> 이와 같이 제조된 조성물을 전기방사하고， 방사과정 중에 UV를 조사하여 이 방성 열 전기전도 섬유를 제조하였다. <iio> [화학식 6]
Figure imgf000015_0001
<Π2> 도 6은 광학현미경 (위 ) 및 편광 현미경 (아래쪽 사진)으로 섬유를 촬영한 것 이다. 도 6을 참고하면， 아래 부분의 편광현미경 촬영사진에서 빛이 투과됨을 확인 할 수 있고， 섬유내에 액정이 관형태로 섬유방향으로 배열되어 있음을 확인할 수 있다.
<113>
<114> 실시예 3
<ιΐ5> 방사용액에 광개시제 (TP0)를 0.02 g 추가한 것을 제외하고 실시예 2와 동일 하게 수행하였다.
<116>
<117> 비교^ 1 1
<Π8> 실시예 2에서 화학식 6을 빼고， PAN ； AN ； DMF(10:5:85wt¾) 비율로 용액을 제조한 후 방사시켰다.
<119>
<120> 도 7은 실시예 2， 실시예 3 및 비교예 1의 전기전도도 비교 그래프이다. 도
7을 참고하면， 비교예 1(1. IX 10_U S/cm)에 비해 실시예 2(2.4χ1(ί6 S/cm)와 실시 예 3(7.6x10— 5 S/cm)의 전기전도도가 훨씬 우수함을 확인할 수 있다.
<121>
<122> 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의 하여 용이하게 이용될.수 있으며， 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
【산업상 이용가능성】
'-123> 본 발명은 이방성 열 전기전도 액정 조성물 제조 산업 및 이를 이용한 방열 및 전자파 차폐 매트릭스의 제조 산업에 이용가능하다.
<π\>
U
Cl7S.00/ClOZaM/X3d 0ε6ΐ8ΐ/ 0Ζ OAV

Claims

【청구의 범위】 【청구항 11 하기 화학식 1로 표현되는 액정화합물과 반웅기 (Funtional group)를 갖는 지 지 (support) 화합물을 포함하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물.
[화학식 1]
Figure imgf000017_0001
C (코어)는 나노그래핀 액정 분자이고，
상기 화학식 1에서 R은 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄화수소화합물로로 서， 상기 C (코어)에 1~30개 결합될 수 있고，
여기서, 상기 R과 지지화합물은 반웅기를 갖는 탄소수 1~20의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소수 2~20의 알케닐기이고，
상기 R과 지지화합물은 할로겐이나 산소로 치환되거나 이들을 포함할 수 있 다.
【청구항 2]
제 1항에 있어서， 상기 C (코어)는 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물.
[화학식 2]
Figure imgf000018_0001
【청구항 3】
제 1항에 있어서， 상기 R과 상기 지지화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는웅기 (Funt ional group)를 하나 이상 가지는 것을 특징으로 하는 이방성 열 전기 전도 액정 조성물 /
[화학식 3]
Figure imgf000018_0002
【청구항 4】 제 1항에 있어서， 상기 조성물은 반웅기를 갖지 않는 호스트 액정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물.
【청구항 5]
제 4항에 있어서， 상기 조성물은 광개시제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물.
【청구항 6】
제 4항에 있어서， 상기 조성물은 화학식 1로 표현되는 액정화합물 100중량부 대비 상기 지지화합물 10-50 중량부 및 호스트 액정 1500~2500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 열 전기전도 액정 조성물.
【청구항 7]
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 코팅하는 단계 ； 상기 화학식 1의 액정 화합물을 소정 방향으로 배향시키는 단계 ； 상기 코팅충을 경화 반웅시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 및 전자 파 차폐용 매트릭스의 제조방법 .
【청구항 8】
제 7항에 있어서， 상기 경화 반웅 단계 이후에 용매를 사용하여 액정을 세척 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 및 전자파 차폐용 매트릭스의 제조 방법.
【청구항 9]
제 7항에 있어서， 상기 경화 반웅은 열， UV조사 또는 전자기장을 가하여 상 기 R의 반웅기와 상기 지지화합물의 반웅기 사이에 공유결합을 형성하는 것을 특징 으로 하는 방열 및 전자파 차폐용 매트릭스의 제조방법.
【청구항 10】
제 7항에 있어서， 상기 액정을 소정 방향으로 배향시키는 단계는 상기 화학 식 1의 액정 화합물이 액정상을 나타내는 온도 또는 농도를 제어하거나， 또는 원 하는 패턴이 형성된 마스크를 상기 코팅층상에 위치시킨 후 UV를 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 방열 및 전자파 차폐용 매트릭스의 제조방법 .
【청구항 111
섬유바인더， 상기 섬유바인더의 단량체, 하기 화학식 1의 액정화합물, 광개 시제를 포함하는 조성물을 방사하는 단계를 포함하는 이방성 열 전기전도 섬유의 제조방법 . 1δ
[화학식 1]
Figure imgf000020_0001
C (코어)는 나노그래핀 액정 분자이고,
상기 화학식 1에서 R은 반웅기 (Funtional group)를 갖는 탄화수소화합물로로 서, 상기 C (코어)에 1~30개 결합될 수 있고，
여기서， 상기 R은 반웅기를 갖는 탄소수 1~20의 알킬기 또는 알콕실기， 탄소 수 2~20의 알케닐기이고，
상기 R은 할로겐이나산소로 치환되거나 이들을 포함할 수 있다.
【청구항 12]
탄화수소 화합물이 경화되어 형성된 지지체 ； 및
상기 지지체 내부 또는 표면에서 소정 방향으로 배열되어 경화된 액정을 포함하고， 상기 액정은 소정 방향으로 열 및 전자를 이동시키는 통로인 것을 특징으로 하는 방열 및 전자파 차폐 매트릭스.
【청구항 13】
제 12항에 있어서， 상기 매트릭스는 필름상 또는 섬유상인 것을 특징으로 하 는 방열 및 전자파 차폐 매트릭스.
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