WO2024034766A1 - Method for enhancing surface electrical conductivity of polymer material - Google Patents

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WO2024034766A1
WO2024034766A1 PCT/KR2023/003698 KR2023003698W WO2024034766A1 WO 2024034766 A1 WO2024034766 A1 WO 2024034766A1 KR 2023003698 W KR2023003698 W KR 2023003698W WO 2024034766 A1 WO2024034766 A1 WO 2024034766A1
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polymer material
ions
ion
bonds
rotary gripper
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PCT/KR2023/003698
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김명진
길재근
김범석
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(주)라드피온
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28Treatment by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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    • C08J7/12Chemical modification
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    • C08J7/12Chemical modification
    • C08J7/123Treatment by wave energy or particle radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material, and more specifically, to a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material by modifying the surface structure of the polymer material by chemical or physical modification of the surface.
  • Polymer materials are used in various industrial fields because they are easy to mold and process, and their production costs are low. Recently, it has been used in various devices or equipment in various industries such as semiconductors, electric vehicles, electric batteries, aircraft, and mobile devices.
  • polymer materials are not electrically conductive, so their field of use is limited.
  • damage to the above-described equipment or devices occurs due to surface capacitance static electricity.
  • polymer materials such as PP, PET, PC, PFA, PI, LDPE, HDPE, PMA, PEEK, and Teflon are nonconductors, so static electricity easily accumulates on their surfaces, and as static electricity accumulates, an arc is generated, causing serious component damage. is causing.
  • a method of temporarily removing static electricity by radiation using isotopes is used, or, as a permanent or semi-permanent method, mixing carbon powder with a polymer material, plasma nitriding surface treatment, or using a conductive metal as a polymer material.
  • a method of depositing on the surface is used.
  • the method of mixing carbon powder with polymer materials is less economical in that it uses expensive carbon powder, and has low conductivity.
  • the method of depositing metal can result in dimensional deformation of parts/products made of polymer materials, and the deposited material can be worn or peeled off by external physical and chemical factors.
  • the deposited metal material is vulnerable to strong acids or alkalis, and there is a risk that metal/carbon separated from the polymer material may be released.
  • the present invention is intended to solve the problems of the prior art, by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of polymer materials, thereby producing polymer materials.
  • the problem to be solved is to provide a method to improve the surface electrical conductivity of.
  • Another problem that the present invention aims to solve is to generate and increase the bond structure between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of polymer materials by ion implantation method,
  • the aim is to provide a method for improving the surface electrical conductivity of a polymer material, which allows large-area treatment and increases ion implantation uniformity during large-area treatment.
  • ions are implanted into the surface of the polymer material using an ion implantation system, wherein the ion implantation is performed using one or more types of gas ions and one or more types of metal ions. , or one or more gas ions and one or more metal ions are injected into the surface of the polymer material.
  • the ion implantation system includes a vacuum chamber, an ion generator, an ion accelerator that accelerates ions generated in the ion generator into the vacuum chamber, and a device that supports the polymer material within the vacuum chamber and moves the polymer material. and a supporting unit, wherein for the ion implantation, the polymer material is placed in the vacuum chamber so as to be supported by the supporting unit, and the ions generated in the ion generator are accelerated into the vacuum chamber by the ion accelerator. ions are injected into the surface of the polymer material, and after the ions are injected into one area of the surface of the polymer material, the polymer material is moved to inject the ions into another area of the surface of the polymer material.
  • the supporting unit includes a first rotary gripper and a second rotary gripper that are located in opposite directions and include grip fingers that grip one edge and an opposite edge of the polymer material and a motor that rotates the figure finger, and the first A first X-axis transfer unit and a second X-axis transfer unit for moving the rotary gripper and the second rotary gripper along the It includes a Y-axis transfer unit and a second Y-axis transfer unit, wherein the grip of the second rotary gripper on the polymer material is released, and the second rotary gripper is positioned at the farthest position from the polymer material by the second Y-axis transfer unit.
  • the first X-axis transfer unit and the first Y-axis transfer unit move the first rotary gripper in the X-axis direction and the Y-axis direction. I order it.
  • the surface electrical conductivity of polymer materials can be improved by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of molecular materials. .
  • the surface electrical conductivity of the polymer material is increased by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of the polymer material by ion implantation.
  • bond structures between carbons single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons
  • large-area treatment is possible, and when treating large areas, ion implantation uniformity can be improved.
  • Figure 1 shows a method that can be applied to improve the surface electrical conductivity of polymer materials.
  • Figure 2 shows the method of improving surface electrical conductivity shown in Figure 1 by ion implantation.
  • Figure 3 shows the ion implantation system used in the method shown in Figure 2.
  • Figure 4 illustrates an example of a change in the structure of a polymer material due to ion implantation.
  • Figure 5 shows the surface of polycarbonate implanted with N, Ar, Kr, and Xe ions, respectively.
  • Figure 6 is a graph showing the surface resistance measurement results of polycarbonate implanted with N ions and Xe ions, respectively.
  • Figure 7 is a diagram for explaining an ion implantation system equipped with a supporting unit
  • Figure 8 is a cross-sectional view taken along A-A in Figure 7;
  • Figure 9 is for explaining an ion implantation method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a sputtering ion implantation system applicable to the method shown in Figure 9.
  • Figures 11 and 12 show diagrams applicable to the sputtering type ion generator shown in Figure 10.
  • at least one of ion implantation, structural rearrangement by heating, radiation irradiation, electron beam irradiation, gamma ray irradiation, and chemical dissolution and recombination is performed on the surface of the polymer material listed in Figure 1. Use it.
  • Figure 2 is a flowchart schematically showing a method through ion implantation among the methods of increasing bonds between carbons to increase the surface electrical conductivity of polymer materials
  • Figure 3 is a conceptual diagram of the ion implantation system applied to the method shown in Figure 2. This is a drawing shown as .
  • the method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material through ion implantation includes preparing a polymer material (2) as an object (S1), and placing the prepared polymer material (2) in a vacuum chamber (40). ), a step (S2) of positioning the ion within the ion generator, a step (S3) of the ion generator 10 generating ions according to the power supply from the power supply unit, and accelerating the generated ions using the ion accelerator 20. , including the step (S4) of injecting onto the surface of the polymer material 2 prepared in the vacuum chamber 40. At this time, for accurate ion injection, the ion injection direction can be controlled with a magnet. In addition, a step of cleaning the surface of the polymer material 2 in the ion chamber 40 with plasma may be additionally provided before ion implantation.
  • the ion generator 10 generates ions by removing one or more electrons from atoms or molecules using a microwave, laser, or hot electron, and the ion accelerator 20 accelerates the ions by applying an electric field to them. It plays a role in injecting the polymer into the surface.
  • a cooling means may be installed in the vacuum chamber 40 to prevent excessive temperature rise due to heat generated during the process.
  • the ion implantation system includes an ion beam profile monitor 50 for monitoring the profile of the ion beam, an ion beam position monitor 60 for monitoring the position of the ion beam within the vacuum chamber 40, and a heat content within the vacuum chamber 40. It may include information providing units including a calorimeter 70 that measures , and a control unit 80 controlling the overall ion implantation operation of the system using information received from the information providing units.
  • the linear molecular chain of the polymer material transfers energy through collision with ions injected with high energy, resulting in chain scission and the molecular chain of the network through the bonding of the severed chains.
  • a structure is formed or an unsaturated bond is formed.
  • plate-shaped polycarbonate (PC) was prepared as a polymer material, placed in a vacuum chamber, and ion implantation was performed on the surface of the polycarbonate.
  • PC polycarbonate
  • the experimental conditions were 50 keV energy for N, Ar, Kr, and
  • N ions and Xe ions were each injected into the surface of polycarbonate at a dosage of 1 It was confirmed that this increased to 91.3%, and in the case of Xe ion implantation, the amount of carbon (C), which was 88% before implantation, increased to 92.3%.
  • Figures 7 and 8 are diagrams for explaining an ion implantation system according to another embodiment of the present invention and a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material by implanting ions into the surface of the polymer material using the ion implantation system.
  • the ion implantation system of this embodiment includes a vacuum chamber 40, an ion generator 10, and ions that accelerate the ions generated in the ion generator 10 into the vacuum chamber 40.
  • An accelerator 20 an ion beam profile monitor 50 for monitoring the profile of the ion beam, an ion beam position monitor 60 for monitoring the position of the ion beam in the vacuum chamber 40, and the vacuum chamber 40 information providing units including a calorimeter 70 that measures heat resistance, and a device that supports the polymer material 2 within the vacuum chamber 40 and moves the polymer material 2 with respect to accelerated ions.
  • It includes a supporting unit 100 and a control unit 80 that controls the overall ion implantation operation of the system and the supporting unit 100 using information received from the information providing units.
  • the supporting unit 90 moves the polymer material 2 supported by itself precisely and quickly in the X-axis and Y-axis directions within the vacuum chamber 40. Even when the surface of a polymer material is large, ions can be implanted almost uniformly.
  • the supporting unit 90 holds the polymer material 2 with one of the two grip fingers (a first grip finger and a second grip finger), as will be described below.
  • the grip of the grip finger used first is released and then retracted, Ion implantation can be performed in other areas where ion implantation has not been performed.
  • the supporting unit 90 is configured to rotate the polymer material 2 within the vacuum chamber 40, so it helps to inject the polymer material from the upper and lower surfaces and even to the side.
  • the polymer material 2 is placed in the vacuum chamber 40 so as to be supported by the supporting unit 90, and the ion generator 10 ) are accelerated into the vacuum chamber 40 by the ion accelerator 20 to inject ions into the surface of the polymer material 2, and the ions are injected into one area of the surface of the polymer material 2.
  • the polymer material can be moved to inject ions into other areas of the surface of the polymer material.
  • the supporting unit 90 rotates the grip fingers 912a, 912b and the figure fingers 912a, 912b, which are located in opposite directions and grip one edge and the opposite edge of the polymer material.
  • a first X-axis transfer unit (920a) and a second X-axis transfer unit (920b) that move the first It includes a transfer unit 940a and a second Y-axis transfer unit 940b.
  • the grip of the second rotary gripper 910b on the polymer material 2 is released, and the second rotary gripper 910b is moved from the polymer material 2 by the second Y-axis transfer unit 940b.
  • the first rotary gripper 910a grips the polymer material 2 in a state in which it is transported backward to a distant position
  • the first The first rotary gripper 910a can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the grip of the first rotary gripper 910a on the polymer material 2 is released, and the first rotary gripper 910a is held by the polymer material 2 by the first Y-axis transfer unit 940a.
  • the second The second rotary gripper 910b can be moved in the X-axis direction and Y-axis direction.
  • the first rotary gripper 910a and the second rotary gripper 910b may be considered to move the first rotary gripper 910a and the second rotary gripper 910b in the Z-axis direction (in this example, the height direction), and in this case, the first rotary gripper 910a While one of the second rotary grippers 910b performs X-Y coordinate movement, the other one may be located at a different height to expand the X-Y coordinate movement range.
  • the above movement in the height direction can also contribute to controlling the area of the ion scanning area.
  • Each of the first X-axis transfer unit 920a and the second It may include a guide member 924 that guides the linear sliding movement of the slider 922 in the X-axis direction, and an X-axis driving unit (not shown) including a motor that drives the slider 922.
  • the first Y-axis transfer unit 940a and the second Y-axis transfer unit 940b each include a guide rod 942 coupled through the guide member 924 to guide the guide member 924 in the Y-axis direction, and It may include a transfer screw 944 coupled to enable screw transfer of the guide member 942 and a motor 946 that rotates the transfer screw 944.
  • the remaining configuration may follow the previous embodiment.
  • the method according to this embodiment includes a step of preparing a polymer material 2 (S11), a step of placing the prepared polymer material 2 in a vacuum chamber (S12), and the ion generator is a gas
  • the ion generator is a gas
  • a step of generating ions and one or more types of metal ions (S13), and a step of accelerating the complex metal ions containing the generated gas ions and one or more types of metal ions using an ion accelerator and injecting them into the prepared polymer material (S14) ) includes.
  • the supporting unit described in the previous embodiment can be used to support and move the polymer material.
  • the information providing unit and the control unit of the previous embodiment may be used in the same manner as described in the previous embodiment.
  • the ions injected in step S14 may include gas ions and complex metal ions of two or more elements.
  • the injected composite metal ion may include metal ions of two elements with different atomic numbers.
  • improved surface electrical conductivity can be obtained by implanting a three-element composite ion of metal 1 with a low atomic number, metal 1 with a medium atomic number, and metal 1 with a large atomic number into a polymer material.
  • a surface with improved electrical conductivity can be formed by implanting complex ions of four or more elements including gas and metal.
  • the degree of electromagnetic wave shielding on the surface of the polymer material can be controlled by changing the ion injection energy, ion injection amount, and ion injection time.
  • the ion generating unit 10 is. As shown in Figure 10, a pre-manufactured composite metal sputtering target 12 is used. A composite metal sputtering target (12) is supported on a sputtering gun (14). Although not shown, damage to the sputtering gun 14 can be minimized by forming an insulating film on the outer surface of the sputtering gun 14 to prevent electric fields from being emitted. A high voltage is applied to the composite metal sputtering target 12 by the sputtering gun 14.
  • the ion generator 10 generates gas plasma (P) around the composite metal sputtering target 12, and generates metal ions by tearing off metal atoms through collisions with the gas plasma (P).
  • the composite metal sputtering target 12 includes a plurality of types of unit metal targets 122, each of which has a certain thickness and is manufactured to have a fan shape, on both the upper and lower surfaces. They can be manufactured by combining them so that they are on the same plane.
  • the composite metal sputtering target 12 manufactured in this way is formed in the form of a pie chart-shaped disk with a certain thickness.
  • the composite metal sputtering target 12 includes a plurality of types of fan-shaped unit metal targets 122 with different atomic numbers (8 types, if different from the example) in a predetermined volume ratio, and a plurality of types.
  • the unit metal targets 122 are manufactured to have the same thickness.
  • each of the fan-shaped unit metal targets 122 When viewed from above, the vertices of each of the fan-shaped unit metal targets 122 meet at one point, and that point becomes the center of the composite metal sputtering target 12. Since the distance from the center of the composite metal sputtering target 12 to each arc of all unit metal targets 122 is constant as the radius of the composite metal sputtering target 12, the metal elements are determined according to the arc lengths of the unit metal targets 122. The ratio can be easily adjusted.
  • controlling the ratio of multiple types of metals is achieved by adjusting the arc length ratio of the unit metal targets 122
  • Figure 11 shows that the arc lengths of all unit metal targets 122 are constant, so the metal ratios are the same.
  • FIG. 12 shows an example of controlling the generated metal ion ratio by varying the arc ratio between the unit metal targets 122.
  • the metals included in the composite metal sputtering target 12 are eight types: Cu, Al, W, Fe, Zn, Ti, Ag, and Li, but note that the types of metals can be increased or decreased.
  • the ratio of specific metal elements can be increased if necessary.

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Abstract

Disclosed is a method for enhancing the surface electrical conductivity of a polymer material. In the disclosed method, a polymer material containing C-O bonds, C=O bonds, or C-H bonds is prepared, and in the surface of the prepared polymer material, the C-O bonds, C=O bonds, or C-H bonds are broken and carbon-carbon bonds are generated and increased, wherein in order to generate and increase carbon-carbon bonds in the surface of the polymer material, at least one of ion injection, structure rearrangement by heating, irradiation, electron beam irradiation, gamma irradiation, and chemical dissolution and recombination is performed on the surface of the polymer material.

Description

고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법Method for improving surface electrical conductivity of polymer materials
본 발명은 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 고분자 재료 표면의 화학적 또는 물리적 변형에 의해 고분자 재료의 표면 구조를 변형시켜 표면 전기전도도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material, and more specifically, to a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material by modifying the surface structure of the polymer material by chemical or physical modification of the surface.
고분자 재료는 성형과 가공이 쉽고 생산 비용이 싸서 다양한 산업분야에 이용되고 있다. 최근 들어서는 반도체, 전기자동차, 전기배터리, 항공기, 모바일 등 다양한 산업 분야의 다양한 장치 또는 장비에 이용되고 있다. 그러나, 고분자 재료는 위와 같은 장점에도 불구하고, 전기 전도성이 없어서 그 이용 분야가 제한되고 있다. 한 예로, 전술한 장비나 장치에는 표면 축전 정전기에 의한 손상이 발생하는데. 특히, PP, PET, PC, PFA, PI, LDPE, HDPE, PMA, PEEK, Teflon 등의 고분자 재료는, 부도체로서, 그 표면에 정전기 축적이 쉽게 일어나고, 정전기가 축적되면서 아크를 발생시켜 심각한 부품 손상을 초래하고 있다.Polymer materials are used in various industrial fields because they are easy to mold and process, and their production costs are low. Recently, it has been used in various devices or equipment in various industries such as semiconductors, electric vehicles, electric batteries, aircraft, and mobile devices. However, despite the above advantages, polymer materials are not electrically conductive, so their field of use is limited. As an example, damage to the above-described equipment or devices occurs due to surface capacitance static electricity. In particular, polymer materials such as PP, PET, PC, PFA, PI, LDPE, HDPE, PMA, PEEK, and Teflon are nonconductors, so static electricity easily accumulates on their surfaces, and as static electricity accumulates, an arc is generated, causing serious component damage. is causing.
이를 해결하기 위해, 동위원소를 이용한 방사선에 의해 일시적으로 정전기를 제거하는 방법을 이용하거나, 또는, 영구적 또는 반영구적 방법으로서, 고분자 재료에 탄소분말을 혼합하거나 플라즈마 질화 표면 처리하거나 또는 전도성 금속을 고분자 재료 표면에 증착하는 방법이 이용되고 있다.To solve this problem, a method of temporarily removing static electricity by radiation using isotopes is used, or, as a permanent or semi-permanent method, mixing carbon powder with a polymer material, plasma nitriding surface treatment, or using a conductive metal as a polymer material. A method of depositing on the surface is used.
하지만, 기존의 방법은 청정실 오염, 대면적 처리 불가, 낮은 양산성 등의 한계가 있으며, 특히, 고분자 재료에 탄소분말을 혼합하여 이용하는 방법은 고가의 탄소분말을 이용한다는 점에서 경제성이 떨어지며, 전도성 금속을 증착하는 방법은 고분자 재료로 만든 부품/제품의 치수 변형을 초래하고 증착 물질이 외부의 물리적, 화학적 요인에 의해 마모 또는 박리될 수 있다. 게다가, 증착된 금속 물질은 강산 또는 강알칼리에 취약하여, 고분자 재료로부터 분리된 금속/카본이 방출되어 나올 우려가 있다.However, existing methods have limitations such as clean room contamination, inability to treat large areas, and low mass productivity. In particular, the method of mixing carbon powder with polymer materials is less economical in that it uses expensive carbon powder, and has low conductivity. The method of depositing metal can result in dimensional deformation of parts/products made of polymer materials, and the deposited material can be worn or peeled off by external physical and chemical factors. In addition, the deposited metal material is vulnerable to strong acids or alkalis, and there is a risk that metal/carbon separated from the polymer material may be released.
[선행기술문헌][Prior art literature]
[특허문헌] 대한민국 특허공개번호 10-2018-0031531 (2018년 3월 28일 공개)[Patent Document] Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0031531 (published on March 28, 2018)
본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고분자 재료의 표면에서 탄소간 결합 구조(탄소간 단일 결합 구조, 탄소간 이중 결합 구조, 탄소간 삼중 결합 구조)를 발생, 증가시켜, 고분자 재료의 표면 전기전도도를 향상시키는 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art, by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of polymer materials, thereby producing polymer materials. The problem to be solved is to provide a method to improve the surface electrical conductivity of.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이온 주입법에 의해 고분자 재료 표면에서 탄소간 결합 구조(탄소간 단일 결합 구조, 탄소간 이중 결합 구조, 탄소간 삼중 결합 구조)를 발생, 증가시켜, 고분자재료의 표면전기전도도를 향상시키는 처리를 하되, 대면적 처리가 가능하고, 대면적 처리시, 이온 주입 균일성을 높인, 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법을 제공하는 것이다.Another problem that the present invention aims to solve is to generate and increase the bond structure between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of polymer materials by ion implantation method, The aim is to provide a method for improving the surface electrical conductivity of a polymer material, which allows large-area treatment and increases ion implantation uniformity during large-area treatment.
본 발명의 일측면에 따른 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법은, C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 포함하는 고분자 재료를 준비하고, 준비된 고분자 재료의 표면에 대하여, C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 파괴하고, 탄소간 결합을 발생 및 증가시키며, 상기 고분자 재료의 표면의 탄소간 결합의 발생 및 증가를 위해, 상기 고분자 재료의 표면에 대한, 이온 주입, 가열에 의한 구조 재배열, 방사선 조사, 전자빔 조사, 감마선 조사와, 화학적 용해 및 재결합 중 적어도 하나를 이용한다.A method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material according to one aspect of the present invention prepares a polymer material containing a C-O bond, a C=O bond, or a C-H bond, and, on the surface of the prepared polymer material, C-O bond, C=O Structural rearrangement by ion implantation, heating, on the surface of the polymer material to break bonds or C-H bonds, generate and increase carbon-carbon bonds, and generate and increase carbon-carbon bonds on the surface of the polymer material. , using at least one of radiation irradiation, electron beam irradiation, gamma ray irradiation, and chemical dissolution and recombination.
상기 고분자 재료의 표면의 탄소간 결합의 발생 및 증가를 위해, 이온 주입 시스템을 이용하여, 상기 고분자 재료의 표면에 대해 이온 주입을 하되, 상기 이온 주입은 1종 이상의 기체 이온, 1종 이상의 금속 이온, 또는 1종 이상의 기체 이온과 1종 이상의 금속 이온을 상기 고분자 재료의 표면에 주입한다.In order to generate and increase bonds between carbons on the surface of the polymer material, ions are implanted into the surface of the polymer material using an ion implantation system, wherein the ion implantation is performed using one or more types of gas ions and one or more types of metal ions. , or one or more gas ions and one or more metal ions are injected into the surface of the polymer material.
상기 이온 주입 시스템은, 진공챔버와, 이온 발생부와, 상기 이온 발생부에서 발생한 이온을 상기 진공챔버 내로 가속시키는 이온 가속부와, 상기 진공챔버 내에서 상기 고분자 재료를 지지하되, 고분자 재료를 이동시키는 서포팅 유닛을 포함하며, 상기 이온 주입을 위해, 상기 고분자 재료를 상기 서포팅 유닛에 지지되도록, 상기 진공챔버 내에 배치하고, 상기 이온 발생부에서 발생한 이온을 상기 이온 가속부에 의해 상기 진공챔버 내로 가속시켜 상기 고분자 재료의 표면에 이온을 주입하되, 상기 고분자 재료의 표면 일 영역에 이온을 주입한 후 상기 고분자 재료를 이동시켜, 상기 고분자 재료의 표면 다른 영역에 이온을 주입한다.The ion implantation system includes a vacuum chamber, an ion generator, an ion accelerator that accelerates ions generated in the ion generator into the vacuum chamber, and a device that supports the polymer material within the vacuum chamber and moves the polymer material. and a supporting unit, wherein for the ion implantation, the polymer material is placed in the vacuum chamber so as to be supported by the supporting unit, and the ions generated in the ion generator are accelerated into the vacuum chamber by the ion accelerator. ions are injected into the surface of the polymer material, and after the ions are injected into one area of the surface of the polymer material, the polymer material is moved to inject the ions into another area of the surface of the polymer material.
상기 서포팅 유닛은, 서로 반대 방향에 위치하며 상기 고분자 재료의 일측 모서리 및 반대측 모서리를 파지하는 그립 핑거 및 상기 그림 핑거를 회전시키는 모터를 포함하는 제1 회전식 그립퍼 및 제2 회전식 그립퍼와, 상기 제1 회전식 그립퍼 및 상기 제2 회전식 그립퍼를 X축 방향을 따라 이동시키는 제1 X축 이송부 및 제2 X축 이송부와, 상기 제1 회전식 그립퍼와 상기 제2 회전식 그립퍼를 Y축 방향으로 따라 이송시키는 제1 Y축 이송부 및 제2 Y축 이송부를 포함하며, 상기 제2 회전식 그립퍼의 상기 고분자 재료에 대한 파지가 해제되고, 상기 제2 Y축 이송부에 의해 상기 제2 회전식 그립퍼가 상기 고분자 재료로부터 가장 먼 위치로 후퇴 이송된 상태에서, 상기 제1 회전식 그립퍼가 상기 고분자 재료를 파지한 상태로 상기 제1 X축 이송부와 상기 제1 Y축 이송부가 상기 제1 회전식 그립퍼를 X축 방향과 Y 축 방향으로 이동시킨다.The supporting unit includes a first rotary gripper and a second rotary gripper that are located in opposite directions and include grip fingers that grip one edge and an opposite edge of the polymer material and a motor that rotates the figure finger, and the first A first X-axis transfer unit and a second X-axis transfer unit for moving the rotary gripper and the second rotary gripper along the It includes a Y-axis transfer unit and a second Y-axis transfer unit, wherein the grip of the second rotary gripper on the polymer material is released, and the second rotary gripper is positioned at the farthest position from the polymer material by the second Y-axis transfer unit. In a state in which the first rotary gripper grips the polymer material, the first X-axis transfer unit and the first Y-axis transfer unit move the first rotary gripper in the X-axis direction and the Y-axis direction. I order it.
본 발명에 따르면, 분자 재료의 표면에서 탄소간 결합 구조(탄소간 단일 결합 구조, 탄소간 이중 결합 구조, 탄소간 삼중 결합 구조)를 발생, 증가시켜, 고분자 재료의 표면전기전도도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the surface electrical conductivity of polymer materials can be improved by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of molecular materials. .
또한, 본 발명에 따르면, 이온 주입법에 의해 고분자 재료 표면에서 탄소간 결합 구조(탄소간 단일 결합 구조, 탄소간 이중 결합 구조, 탄소간 삼중 결합 구조)를 발생, 증가시켜, 고분자재료의 표면전기전도도를 향상시키는 처리를 하되, 대면적 처리가 가능하고, 대면적 처리시, 이온 주입 균일성을 높일 수 있다.In addition, according to the present invention, the surface electrical conductivity of the polymer material is increased by generating and increasing bond structures between carbons (single bond structure between carbons, double bond structure between carbons, triple bond structure between carbons) on the surface of the polymer material by ion implantation. However, large-area treatment is possible, and when treating large areas, ion implantation uniformity can be improved.
도 1은 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상을 위해 적용될 수 있는Figure 1 shows a method that can be applied to improve the surface electrical conductivity of polymer materials.
방법을 열거한 것이고,It lists the methods,
도 2는 도 1에 도시된 표면 전기전도도 향상 방법 중 이온 주입에 의한 고분Figure 2 shows the method of improving surface electrical conductivity shown in Figure 1 by ion implantation.
자 재료의 표면 전기 전도도 향상 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이고,This is a flowchart showing an example of a method for improving the surface electrical conductivity of a material,
도 3은 도 2에 도시된 방법에 이용되는 이온 주입 시스템을 나타낸Figure 3 shows the ion implantation system used in the method shown in Figure 2.
도면이고,It is a drawing,
도 4는 이온 주입에 의한 고분자 재료의 조직 변화를 예시적으로 나타낸 것Figure 4 illustrates an example of a change in the structure of a polymer material due to ion implantation.
이고,ego,
도 5는 N, Ar, Kr, Xe 이온이 각각 주입된 폴리카보네이트의 표면에 대한Figure 5 shows the surface of polycarbonate implanted with N, Ar, Kr, and Xe ions, respectively.
FT-IR 분석 그래프이고,This is an FT-IR analysis graph,
도 6은 N 이온과 Xe 이온이 각각 주입된 폴리카보네이트의 표면 저항 측정결과를 나타내는 그래프이고,Figure 6 is a graph showing the surface resistance measurement results of polycarbonate implanted with N ions and Xe ions, respectively.
도 7은 서포팅 유닛을 구비한 이온 주입 시스템을 설명하기 위한 도면이고,Figure 7 is a diagram for explaining an ion implantation system equipped with a supporting unit;
도 8은 도 7의 A-A를 따라 취해진 단면도이고,Figure 8 is a cross-sectional view taken along A-A in Figure 7;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온 주입 방법을 설명하기 위한Figure 9 is for explaining an ion implantation method according to another embodiment of the present invention.
도면이고,It is a drawing,
도 10은 도 9에 도시된 방법에 적용될 수 있는 이온 주입 시스템의 스퍼터링Figure 10 is a sputtering ion implantation system applicable to the method shown in Figure 9.
타입 이온 발생부를 설명하기 위한 도면이고,This is a drawing to explain the type ion generator,
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 스퍼터링 타입 이온 발생부에 적용 가능한Figures 11 and 12 show diagrams applicable to the sputtering type ion generator shown in Figure 10.
복합 금속 스퍼터링 타겟을 나타낸 도면이다.This is a diagram showing a composite metal sputtering target.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.The invention is explained in detail so that those skilled in the art can easily implement it. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.In explaining the present invention, the size or shape of components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation.
또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Additionally, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. These terms should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention based on the content throughout this specification.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, descriptions of parts unrelated to the technical idea of the present invention have been omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.
본 발명은 예를 들어 화학식 1 및 화학식 2와 같이 C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 포함하는 폴리카보네이트 또는 폴리이미드 등 다양한 고분자 재료의 표면 성질을 변화시켜 표면 전기전도도를 향상시키기 위한 방법으로서, 고분자 재료의 표면 성질 변화를 위해, 도 1에 열거한 고분자 재료의 표면에 대한, 이온 주입, 가열에 의한 구조 재배열, 방사선 조사, 전자빔 조사, 감마선 조사와, 화학적 용해 및 재결합 중 적어도 하나를 이용한다. The present invention is a method for improving surface electrical conductivity by changing the surface properties of various polymer materials such as polycarbonate or polyimide containing C-O bonds, C=O bonds, or C-H bonds, for example, as shown in Formula 1 and Formula 2. , in order to change the surface properties of the polymer material, at least one of ion implantation, structural rearrangement by heating, radiation irradiation, electron beam irradiation, gamma ray irradiation, and chemical dissolution and recombination is performed on the surface of the polymer material listed in Figure 1. Use it.
Figure PCTKR2023003698-appb-C000001
Figure PCTKR2023003698-appb-C000001
Figure PCTKR2023003698-appb-C000002
Figure PCTKR2023003698-appb-C000002
위의 열거된 처리에 의해 고분자 재료 표면의 화학 결합 구조에서 C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 파괴하고, C-C, C=C, C≡C와 같은 탄소간 결합을 발생 및 증가시킨다.By the treatment listed above, the C-O bond, C=O bond or C-H bond in the chemical bond structure on the surface of the polymer material is destroyed, and inter-carbon bonds such as C-C, C=C, and C≡C are generated and increased.
도 2는 고분자 재료의 표면 전기전도도를 높이기 위해 탄소간 결합발생을 증가시키는 방법 중 이온 주입을 통한 방법을 개괄적으로 나타낸 순서도이고, 도 3은 도 2에 도시된 방법에 적용되는 이온 주입 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a flowchart schematically showing a method through ion implantation among the methods of increasing bonds between carbons to increase the surface electrical conductivity of polymer materials, and Figure 3 is a conceptual diagram of the ion implantation system applied to the method shown in Figure 2. This is a drawing shown as .
도 2 및 도 3을 참조하면, 이온 주입을 통한 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법은, 대상물인 고분자 재료(2)를 준비하는 단계(S1)와, 준비된 고분자 재료(2)를 진공챔버(40) 내에 위치시키는 단계(S2)와, 전원공급부의 전원공급에 따라, 이온 발생부(10)가 이온을 발생시키는 단계(S3)와, 발생된 이온을 이온 가속부(20)를 이용하여 가속하여, 진공챔버(40) 내에 준비된 고분자 재료(2)의 표면에 주입하는 단계(S4)를 포함한다. 이때, 정확한 이온 주입을 위하여, 이온 주사 방향을 마그네트로 제어할 수 있다. 이에 더하여, 이온 주입 전에 이온챔버(40)내 고분자 재료(2)의 표면을 플라즈마로 클리닝하는 단계가 추가로 제공될 수 있다.Referring to Figures 2 and 3, the method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material through ion implantation includes preparing a polymer material (2) as an object (S1), and placing the prepared polymer material (2) in a vacuum chamber (40). ), a step (S2) of positioning the ion within the ion generator, a step (S3) of the ion generator 10 generating ions according to the power supply from the power supply unit, and accelerating the generated ions using the ion accelerator 20. , including the step (S4) of injecting onto the surface of the polymer material 2 prepared in the vacuum chamber 40. At this time, for accurate ion injection, the ion injection direction can be controlled with a magnet. In addition, a step of cleaning the surface of the polymer material 2 in the ion chamber 40 with plasma may be additionally provided before ion implantation.
이온 발생부(10)는 원자나 분자의 전자를 마이크로웨이브(microwave), 레이저, 또는 열전자 등을 이용해 하나 이상 제거 하여 이온을 발생시키며, 이온 가속부(20)는 이온에 전장을 가해 가속시켜, 고분자 표면 내로 입사시키는 역할을 한다. 상기 진공챔버(40)에는 공정 중 발생하는 열에 의한 과도한 온도 상승을 막도록 냉각수단이 설치될 수 있다. 또한, 상기 이온 주입 시스템은 이온빔의 프로파일을 모니터링하기 위한 이온빔 프로파일 모니터(50)와, 진공챔버(40) 내 이온빔의 위치를 모니터링하기 위한 이온빔 포지션 모니터(60)와, 진공챔버(40) 내 열량을 측정하는 칼로리미터(70) 등을 포함하는 정보 제공부들과 정보제공부들로부터 받은 정보를 이용하여 시스템의 이온 주입 작동 전반을 제어하는 제어부(80)를 포함할 수 있다. The ion generator 10 generates ions by removing one or more electrons from atoms or molecules using a microwave, laser, or hot electron, and the ion accelerator 20 accelerates the ions by applying an electric field to them. It plays a role in injecting the polymer into the surface. A cooling means may be installed in the vacuum chamber 40 to prevent excessive temperature rise due to heat generated during the process. In addition, the ion implantation system includes an ion beam profile monitor 50 for monitoring the profile of the ion beam, an ion beam position monitor 60 for monitoring the position of the ion beam within the vacuum chamber 40, and a heat content within the vacuum chamber 40. It may include information providing units including a calorimeter 70 that measures , and a control unit 80 controlling the overall ion implantation operation of the system using information received from the information providing units.
고분자 재료 표면에 대한 이온 주입에 의해, 이온이 고분자 재료의 표면에 입사되면서 원자핵과 충돌하고 전자를 여기시켜, 에너지 전이를 일으킨다.By ion injection into the surface of a polymer material, ions are incident on the surface of the polymer material, collide with atomic nuclei and excite electrons, causing energy transfer.
이때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 선형으로 고분자 재료의 분자 사슬이 고에너지로 주입된 이온들과의 충돌로 에너지를 전이 받아 체인 절단(chain scission), 절단된 사슬 결합에 의한 그물 모향의 분자사슬구조 형성 또는 불포화결합(unsaturated bond) 등을 형성하게 된다.At this time, as shown in Figure 4, the linear molecular chain of the polymer material transfers energy through collision with ions injected with high energy, resulting in chain scission and the molecular chain of the network through the bonding of the severed chains. A structure is formed or an unsaturated bond is formed.
일 실시예에 따라, 고분자 재료로서, 판상의 폴리카보네이트(PC)를 준비하여, 이것을 진공챔버에 넣고 폴리카보네이트 표면에 이온 주입을 수행하였다. N, Ar, Kr, Xe 이온을 폴리카보네이트 표면에 주입하였을 때 각각에 대하여 XPS, FT-IR, UV/Vis 분석을 하여, 폴리카보네이트 표면의 화학적 구조와 결합 구조의 변화에 의한 광투과성 특성을 살펴보았다. 실험 조건은 N, Ar, Kr, Xe 이온 주입시 에너지 50 keV, 이온 조사량(Dose) 1 × 1016 ~ 3 × 1017 ions/cm2, 이온빔 전류밀도 1.28 μA/cm2 으로 하였다.According to one example, plate-shaped polycarbonate (PC) was prepared as a polymer material, placed in a vacuum chamber, and ion implantation was performed on the surface of the polycarbonate. When N, Ar, Kr, and saw. The experimental conditions were 50 keV energy for N, Ar, Kr, and
도 5의 FT-IR 분석 그래프로 알 수 있는 것처럼, 이온 주입 전후를 비교해볼 때, C=O, C-O, C-H 결합이 현저하게 감소됨을 확인할 수 있었고, C-C 결합의 발생 및 증가를 확인할 수 있다. 이는 이온 주입이 폴리카보네이트의 표면으로부터 C-O, C=O, C-H 결합을 파괴하여, 수소 및 산소의 방출을 초래하고, C-C 결합을 발생시키는 것에 기인한다.As can be seen from the FT-IR analysis graph in Figure 5, when comparing before and after ion injection, it was confirmed that C=O, C-O, and C-H bonds were significantly reduced, and the occurrence and increase of C-C bonds could be confirmed. This is because ion implantation destroys C-O, C=O, and C-H bonds from the surface of polycarbonate, resulting in the release of hydrogen and oxygen and generating C-C bonds.
또한, 폴리카보네이트의 표면에 대해 N 이온과 Xe 이온 각각을 1 ×1017 ions/cm2의 조사량으로 주입하고 XPS 분석한 결과, N 이온 주입의 경우에는, 이온 주입 전 88%였던 탄소(C)의 양이 91.3 %로 증가하고, Xe 이온 주입의 경우에는, 주입 전 88%였던 탄소(C)의 양이 92.3 %로 증가함을 확인하였다. In addition, N ions and Xe ions were each injected into the surface of polycarbonate at a dosage of 1 It was confirmed that this increased to 91.3%, and in the case of Xe ion implantation, the amount of carbon (C), which was 88% before implantation, increased to 92.3%.
이온 주입에 따른 표면 전기전도도 향상 여부를 알기 위해, 위에서와 같이 N 이온과 Xe 이온을 폴리카보네이트 표면에 주입하고, 이온 주입량 변화에 따른 폴리카보네이트의 표면 저항 값을 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 폴리카보네이트 표면에 N 이온과 Xe 이온을 주입하는 경우 모두 이온 주입량에 따라 선형에 가깝게 표면 저항 값이 감소됨을 확인할 수 있었다. 단, 이온 조사량이 1× 1017 ions/cm2을 초과하면서, 표면 저항값 감소 기울기가 완만해짐을 확인할 수 있었다. 이는 특정 이온 주입량을 초과할 경우, 고분자 표면의 의미 있는 화학 결합 구조의 변화. 즉, C=O, C-O, C-H의 결합 파괴 또는 탄소간 결합의 발생 및 증가가 더 이상 일어나지 않는 것에 기인한다.In order to determine whether surface electrical conductivity was improved by ion implantation, N ions and As shown in FIG. 6, it was confirmed that when N ions and However, as the ion irradiation amount exceeded 1×1017 ions/cm2, it was confirmed that the slope of the decrease in surface resistance value became gradual. This is a significant change in the chemical bond structure of the polymer surface when a certain amount of ion injection is exceeded. In other words, this is due to the fact that the bond destruction of C=O, C-O, and C-H or the generation and increase of bonds between carbons no longer occur.
UV-Vis 분광 분석에서는 광 투과도가 주입 에너지, 주입 이온 그리고 주입량에 따라 뚜렷한 변화를 보이는데, 이는 이온의 침투 깊이와 전이량과 관련하여, 탄소간 결합, 특히, C=C 결합의 정도가 광학적 특성에 영향을 준다. 결국, 이온 조사에 의해, C-H, C-O, C=O 등 결합 파괴가 일어나고, 크로스 링킹(cross linking) 현상에 의해 C-C 및 C=C 등 탄소간 결합의 증가가 일어나, 고분자 재료의 표면에 카본 구조 그물(carbon structure network)이 형성된다.In UV-Vis spectroscopic analysis, light transmittance shows clear changes depending on the injection energy, implanted ions, and injection amount. This is because, in relation to the penetration depth and transfer amount of ions, the degree of bonding between carbons, especially C=C bonding, determines the optical properties. affects. Ultimately, ion irradiation causes destruction of bonds such as C-H, C-O, and C=O, and an increase in bonds between carbons such as C-C and C=C occurs due to the cross linking phenomenon, forming a carbon structure on the surface of the polymer material. A net (carbon structural network) is formed.
도 7 및 도 8은 본 발명은 다른 실시예에 따른 이온 주입 시스템 및 이온 주입 시스템을 이용하여 고분자 재료의 표면에 이온을 주입하여 고분자 재료의 표면 전기전도도를 향상시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figures 7 and 8 are diagrams for explaining an ion implantation system according to another embodiment of the present invention and a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material by implanting ions into the surface of the polymer material using the ion implantation system.
앞선 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 이온 주입 시스템은, 진공챔버(40)와, 이온 발생부(10)와, 상기 이온 발생부(10)에서 발생한 이온을 상기 진공챔버(40) 내로 가속시키는 이온 가속부(20)와, 이온빔의 프로파일을 모니터링하기 위한 이온빔 프로파일 모니터(50)와, 상기 진공챔버(40) 내 이온빔의 위치를 모니터링하기 위한 이온빔 포지션 모니터(60)와, 상기 진공챔버(40) 내 열량을 측정하는 칼로리미터(70) 등을 포함하는 정보 제공부들과, 상기 진공챔버(40) 내에서 상기 고분자 재료(2)를 지지하되, 가속되는 이온에 대해 고분자 재료(2)를 이동시키는 서포팅 유닛(100)과, 상기 정보 제공부들로부터 받은 정보를 이용하여 시스템의 이온 주입 작동 전반과 서포팅 유닛(100)을 제어하는 제어부(80)를 포함한다. Like the previous embodiment, the ion implantation system of this embodiment includes a vacuum chamber 40, an ion generator 10, and ions that accelerate the ions generated in the ion generator 10 into the vacuum chamber 40. An accelerator 20, an ion beam profile monitor 50 for monitoring the profile of the ion beam, an ion beam position monitor 60 for monitoring the position of the ion beam in the vacuum chamber 40, and the vacuum chamber 40 information providing units including a calorimeter 70 that measures heat resistance, and a device that supports the polymer material 2 within the vacuum chamber 40 and moves the polymer material 2 with respect to accelerated ions. It includes a supporting unit 100 and a control unit 80 that controls the overall ion implantation operation of the system and the supporting unit 100 using information received from the information providing units.
상기 서포팅 유닛(90)은 상기 제어부(80)에 제어 하에, 자신에 의해 지지된 고분자 재료(2)를 상기 진공챔버(40) 내에서 X축 방향 Y축 방향으로 정밀하게 그리고 신속하게 좌표 이동하여 고분자 재료의 표면이 대면적인 경우에도 거의 균일하게 이온을 주입할 수 있다. 또한, 상기 서포팅 유닛(90)은, 이하 설명되는 바와 같이, 2개의 그립 핑거들(제1 그립핑거 및 제2 그립핑거) 중 하나의 그립핑거로 고분자 재료(2)를 파지한 상태로 고분자 재료에 대한 이온 주입이 이루어질 수 있도록 해주는 한편, 한 개의 그립핑거로 파지한 영역에 이온 주입이 어려우므로, 나머지 다른 그립핑거로 고분자 재료를 파지 후, 먼저 이용된 그립핑거의 파지를 해제 후 후퇴시키고, 이온 주입이 이루어지지 않았던 다른 영역에 대한 이온 주입을 할 수 있다. 또한, 상기 서포팅 유닛(90)은, 진공챔버(40) 내에서 고분자 재료(2)를 회전시킬 수 있도록 구성되므로, 고분자 재료의 상부면과 하부면 더 나아가 측면까지 이은 주입을 할 수 있도록 돕는다.Under the control of the controller 80, the supporting unit 90 moves the polymer material 2 supported by itself precisely and quickly in the X-axis and Y-axis directions within the vacuum chamber 40. Even when the surface of a polymer material is large, ions can be implanted almost uniformly. In addition, the supporting unit 90 holds the polymer material 2 with one of the two grip fingers (a first grip finger and a second grip finger), as will be described below. On the other hand, since it is difficult to implant ions into the area gripped by one grip finger, after gripping the polymer material with the other grip finger, the grip of the grip finger used first is released and then retracted, Ion implantation can be performed in other areas where ion implantation has not been performed. In addition, the supporting unit 90 is configured to rotate the polymer material 2 within the vacuum chamber 40, so it helps to inject the polymer material from the upper and lower surfaces and even to the side.
위와 같은 서포팅 유닛(90)을 이용하는 경우, 상기 이온 주입을 위해, 상기 고분자 재료(2)를 상기 서포팅 유닛(90)에 지지되도록, 상기 진공챔버(40) 내에 배치하고, 상기 이온 발생부(10)에서 발생한 이온을 상기 이온 가속부(20)에 의해 상기 진공챔버(40) 내로 가속시켜 상기 고분자 재료(2)의 표면에 이온을 주입하되, 상기 고분자 재료(2)의 표면 일 영역에 이온을 주입한 후 상기 고분자 재료를 이동시켜, 상기 고분자 재료의 표면 다른 영역에 이온을 주입하도록 할 수 있다.When using the supporting unit 90 as above, for the ion implantation, the polymer material 2 is placed in the vacuum chamber 40 so as to be supported by the supporting unit 90, and the ion generator 10 ) are accelerated into the vacuum chamber 40 by the ion accelerator 20 to inject ions into the surface of the polymer material 2, and the ions are injected into one area of the surface of the polymer material 2. After injection, the polymer material can be moved to inject ions into other areas of the surface of the polymer material.
본 실시예에 따르면, 상기 서포팅 유닛(90)은, 서로 반대 방향에 위치하며 상기 고분자 재료의 일측 모서리 및 반대측 모서리를 파지하는 그립 핑거(912a, 912b) 및 상기 그림 핑거(912a, 912b)를 회전시키는 모터(914a, 914b)를 포함하는 제1 회전식 그립퍼(910a) 및 제2 회전식 그립퍼(910b)와, 상기 제1 회전식 그립퍼(910a) 및 상기 제2 회전식 그립퍼(910b)를 X축 방향을 따라 이동시키는 제1 X축 이송부(920a) 및 제2 X축 이송부(920b)와, 상기 제1 회전식 그립퍼(920a)와 상기 제2 회전식 그립퍼(920b)를 Y축 방향으로 따라 이송시키는 제1 Y축 이송부(940a) 및 제2 Y축 이송부(940b)를 포함한다.According to this embodiment, the supporting unit 90 rotates the grip fingers 912a, 912b and the figure fingers 912a, 912b, which are located in opposite directions and grip one edge and the opposite edge of the polymer material. A first rotary gripper (910a) and a second rotary gripper (910b) including motors (914a, 914b), and the first rotary gripper (910a) and the second rotary gripper (910b) along the X-axis direction. A first X-axis transfer unit (920a) and a second X-axis transfer unit (920b) that move the first It includes a transfer unit 940a and a second Y-axis transfer unit 940b.
상기 제2 회전식 그립퍼(910b)의 상기 고분자 재료(2)에 대한 파지가 해제되고, 상기 제2 Y축 이송부(940b)에 의해 상기 제2 회전식 그립퍼(910b)가 상기 고분자 재료(2)로부터 가장 먼 위치로 후퇴 이송된 상태에서, 상기 제1 회전식 그립퍼(910a)가 상기 고분자 재료(2)를 파지한 상태로 상기 제1 X축 이송부(920a)와 상기 제1 Y축 이송부(940a)가 상기 제1 회전식 그립퍼(910a)를 X축 방향과 Y 축 방향으로 이동시킬 수 있다.The grip of the second rotary gripper 910b on the polymer material 2 is released, and the second rotary gripper 910b is moved from the polymer material 2 by the second Y-axis transfer unit 940b. In a state in which the first rotary gripper 910a grips the polymer material 2 in a state in which it is transported backward to a distant position, the first The first rotary gripper 910a can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction.
반대로, 상기 제1 회전식 그립퍼(910a)의 상기 고분자 재료(2)에 대한 파지가 해제되고, 상기 제1 Y축 이송부(940a)에 의해 상기 제1 회전식 그립퍼(910a)가 상기 고분자 재료(2)로부터 가장 먼 위치로 후퇴 이송된 상태에서, 상기 제2 회전식 그립퍼(910b)가 상기 고분자 재료(2)를 파지한 상태로 상기 제2 X축 이송부(920b)와 상기 제2 Y축 이송부(940b)가 상기 제2 회전식 그립퍼(910b)를 X축 방향과 Y 축 방향으로 이동시킬 수 있다.Conversely, the grip of the first rotary gripper 910a on the polymer material 2 is released, and the first rotary gripper 910a is held by the polymer material 2 by the first Y-axis transfer unit 940a. In a state in which the polymer material 2 is held by the second rotary gripper 910b, the second The second rotary gripper 910b can be moved in the X-axis direction and Y-axis direction.
더 나아가, 제1 회전식 그립퍼(910a)와 상기 제2 회전식 그립퍼(910b)를 Z축 방향(본 예에서는, 높이 방향)으로 이동시키는 것도 고려될 수 있으며, 이 경우, 제1 회전식 그립퍼(910a)와 상기 제2 회전식 그립퍼(910b) 중 하나가 X-Y 좌표 운동하는 동안, 나머지 하나는 다른 높이에 위치하여 X-Y 좌표 운동 범위를 확대시켜줄 수도 있다. 또한, 위와 같은 높이 방향 이동은 이온 주사 영역 면적 조절에도 기여할 수 있다.Furthermore, it may be considered to move the first rotary gripper 910a and the second rotary gripper 910b in the Z-axis direction (in this example, the height direction), and in this case, the first rotary gripper 910a While one of the second rotary grippers 910b performs X-Y coordinate movement, the other one may be located at a different height to expand the X-Y coordinate movement range. In addition, the above movement in the height direction can also contribute to controlling the area of the ion scanning area.
상기 제1 X축 이송부(920a) 및 상기 제2 X축 이송부(920b) 각각은 상기 제1 회전식 그립퍼(910a) 및 상기 제2 회전식 그립퍼(910b) 각각의 후방에 결합된 슬라이더(922)와, 상기 슬라이더(922)의 X축 방향 직선 슬라이딩 운동을 가이드하는 가이드부재(924)와, 상기 슬라이더(922)를 구동시키는 모터를 포함한 X 축 구동부(미도시됨)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 Y축 이송부(940a) 및 상기 제2 Y축 이송부(940b) 각각은 상기 가이드부재(924)를 Y 축 방향으로 가이드하도록 관통결합된 가이드 로드(942)와, 상기 가이드부재(942)를 나사 이송 가능하게 결합된 이송스크류(944)와 상기 이송스크류(944)를 회전시키는 모터(946)를 포함할 수 있다.Each of the first X-axis transfer unit 920a and the second It may include a guide member 924 that guides the linear sliding movement of the slider 922 in the X-axis direction, and an X-axis driving unit (not shown) including a motor that drives the slider 922. In this embodiment, the first Y-axis transfer unit 940a and the second Y-axis transfer unit 940b each include a guide rod 942 coupled through the guide member 924 to guide the guide member 924 in the Y-axis direction, and It may include a transfer screw 944 coupled to enable screw transfer of the guide member 942 and a motor 946 that rotates the transfer screw 944.
나머지 구성은 앞선 실시예를 그대로 따를 수 있다.The remaining configuration may follow the previous embodiment.
위에서는 주입 이온으로 기체 이온이 이용되는 예가 주로 설명되었다.Above, an example in which gas ions were used as injection ions was mainly explained.
이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하여, 1종 이상의 금속 이온을 단독 또는 기체 이온과 함께 고분자 재료의 표면에 주입하여 고분자 재료의 표면 전기전도도를 높이는 것에 방법을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 9 to 12, a method for increasing the surface electrical conductivity of a polymer material by injecting one or more metal ions alone or together with gas ions into the surface of the polymer material will be described.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 방법은, 고분자 재료(2)를 준비하는 단계(S11)와, 준비된 고분자 재료(2)를 진공챔버 내에 위치시키는 단계(S12)와, 이온 발생부가 기체 이온과 1종 이상의 금속 이온을 발생시키는 단계(S13)와, 발생된 기체 이온과 1종 이상의 금속 이온을 포함하는 복합 금속 이온을 이온 가속부를 이용하여 가속하여, 준비된 고분자 재료에 주입하는 단계(S14)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the method according to this embodiment includes a step of preparing a polymer material 2 (S11), a step of placing the prepared polymer material 2 in a vacuum chamber (S12), and the ion generator is a gas A step of generating ions and one or more types of metal ions (S13), and a step of accelerating the complex metal ions containing the generated gas ions and one or more types of metal ions using an ion accelerator and injecting them into the prepared polymer material (S14) ) includes.
이때, 앞선 실시예에서 설명한 서포팅 유닛이 고분자 재료의 지지 및 이동을 위해 이용될 수 있다. 그리고, 앞선 실시예의 정보 제공부 및 제어부를 앞선 실시예에서 설명된 것과 같은 방법으로 이용할 수도 있다.At this time, the supporting unit described in the previous embodiment can be used to support and move the polymer material. Also, the information providing unit and the control unit of the previous embodiment may be used in the same manner as described in the previous embodiment.
단계 S14에서 주입되는 이온은 앞선 실시예와 달리 기체 이온과 2 원소 이상의 복합 금속 이온을 포함할 수 있다. 이때, 주입되는 복합 금속 이온은 원자 번호가 다른 2 원소의 금속 이온을 포함할 수 있다. 원자 번호가 작은 금속 이온과 원자 번호가 큰 금속 이온을 포함하는 복합 금속 이온이 고분자 재료의 표면에 주입되면, 큰 크기의 금속 이온 사이의 공간을 작은 크기의 금속 이온이 메우는 효과를 발생시킨다. 원자번호가 낮은, 즉, 원자반경이 작은 1종 금속 이온과 원자번호가 높은, 즉 원자반경이 큰 1종 금속 이온을 포함하는 2 원소 복합 이온 주입에 의해, 고분자 재료 표면 이하에 주입된 원소간 밀도를 높여줄 수 있다.Unlike the previous embodiment, the ions injected in step S14 may include gas ions and complex metal ions of two or more elements. At this time, the injected composite metal ion may include metal ions of two elements with different atomic numbers. When a complex metal ion containing a metal ion with a small atomic number and a metal ion with a large atomic number is injected into the surface of a polymer material, the small-sized metal ion fills the space between the large-sized metal ions. Between elements implanted below the surface of a polymer material by two-element complex ion implantation containing a type 1 metal ion with a low atomic number, i.e., a small atomic radius, and a type 1 metal ion with a high atomic number, i.e., a large atomic radius. Density can be increased.
대안적으로, 원자번호 낮은 금속 1, 원자번호 중간 금속1, 원자번호 큰 금속 1 의 3 원소 복합 이온 주입을 고분자 재료에 주입하여 표면 전기전도도 향상면을 얻을 수 있다. 또한, 기체와 금속을 포함한 4원소 이상의 복합 이온 주입에 의해 표면 전기 전도도 향상면을 형성할 수도 있다.Alternatively, improved surface electrical conductivity can be obtained by implanting a three-element composite ion of metal 1 with a low atomic number, metal 1 with a medium atomic number, and metal 1 with a large atomic number into a polymer material. Additionally, a surface with improved electrical conductivity can be formed by implanting complex ions of four or more elements including gas and metal.
이때, 고분자 재료 표면의 전자파 차폐 정도를 이온 주입 에너지, 이온 주입량, 이온 주입 시간 변경 등을 통해 제어할 수 있다.At this time, the degree of electromagnetic wave shielding on the surface of the polymer material can be controlled by changing the ion injection energy, ion injection amount, and ion injection time.
한편, 금속 이온은 녹는점이 높고 원자/분자로 존재하지 않기 때문에 생성이 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해, 복합 금속 이온을 스퍼터링 방법에 의해 생성할 수 있다. 이 경우, 이온 발생부(10)는. 도 10에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)을 이용한다. 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)은 스퍼터링 건(14)에 지지된다. 도시하지는 않았지만, 스퍼터링 건(14)의 외부면에는 절연막을 형성하여 전계가 방출되지 않도록 구성함으로써 스퍼터링 건(14)이 손상을 최소화할 수 있다. 스퍼터링 건(14)에 의하여 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)에 높은 전압을 인가한다.Meanwhile, metal ions are not easy to create because they have a high melting point and do not exist as atoms/molecules. To solve this, complex metal ions can be generated by sputtering method. In this case, the ion generating unit 10 is. As shown in Figure 10, a pre-manufactured composite metal sputtering target 12 is used. A composite metal sputtering target (12) is supported on a sputtering gun (14). Although not shown, damage to the sputtering gun 14 can be minimized by forming an insulating film on the outer surface of the sputtering gun 14 to prevent electric fields from being emitted. A high voltage is applied to the composite metal sputtering target 12 by the sputtering gun 14.
또한, 상기 이온 발생부(10)는 복합 금속 스퍼터링 타겟(12) 주변에 기체 플라즈마(P)를 발생시켜, 기체 플라즈마(P) 충돌에 의해 금속 원자를 뜯어내 금속 이온을 발생시키도록 되어 있다.In addition, the ion generator 10 generates gas plasma (P) around the composite metal sputtering target 12, and generates metal ions by tearing off metal atoms through collisions with the gas plasma (P).
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)은, 각각이 일정 두께를 가지며 또한 부채꼴형을 갖도록 제작된 복수 종의 단위 금속 타겟(122)을 상부면과 하부면이 모두 동일 평면상에 있도록 결합하여 제작될 수 있다. 이러한 방식으로 제작된 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)은 일정 두께를 갖는 파이차트(pie chart)형 원판 형태로 이루어진다. 이때, 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)은 위에서 언급한 바와 같이 원자번호가 다른 복수 종(예시된 바에 다르면, 8종)의 부채꼴형 단위 금속 타겟(122)을 미리 정해진 부피 비율로 포함하고, 복수 종의 단위 금속 타겟(122)이 같은 두께를 갖도록 제작된다. 위에서 볼 때, 부채꼴형을 갖는 단위 금속 타겟(122)들 각각의 꼭지점들이 한 점에서 만나고, 그 한 점이 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)의 중심이 된다. 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)의 중심으로부터 모든 단위 금속 타켓(122)들 각각의 호에 이르는 거리는 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)의 반지름으로서 일정하므로, 단위 금속 타겟(122)들의 원호 길이에 따라 금속 원소의 비율을 쉽게 조정할 수 있다.As shown in FIGS. 11 and 12, the composite metal sputtering target 12 includes a plurality of types of unit metal targets 122, each of which has a certain thickness and is manufactured to have a fan shape, on both the upper and lower surfaces. They can be manufactured by combining them so that they are on the same plane. The composite metal sputtering target 12 manufactured in this way is formed in the form of a pie chart-shaped disk with a certain thickness. At this time, as mentioned above, the composite metal sputtering target 12 includes a plurality of types of fan-shaped unit metal targets 122 with different atomic numbers (8 types, if different from the example) in a predetermined volume ratio, and a plurality of types. The unit metal targets 122 are manufactured to have the same thickness. When viewed from above, the vertices of each of the fan-shaped unit metal targets 122 meet at one point, and that point becomes the center of the composite metal sputtering target 12. Since the distance from the center of the composite metal sputtering target 12 to each arc of all unit metal targets 122 is constant as the radius of the composite metal sputtering target 12, the metal elements are determined according to the arc lengths of the unit metal targets 122. The ratio can be easily adjusted.
위에서 언급한 바와 같이, 복수 종의 금속 비율 조절은 단위 금속타겟(122)의 원호 길이 비율을 조절함으로써 달성되며, 도 11은 모든 단위 금속 타겟(122)의 원호 길이가 일정하여, 금속 비율이 동일한 예를 보여주는 것이며, 도 12는 단위 금속 타겟(122)들간의 원호 비율을 달리하여, 발생되는 금속 이온 비율을 조절하는 예를 보여준다.As mentioned above, controlling the ratio of multiple types of metals is achieved by adjusting the arc length ratio of the unit metal targets 122, and Figure 11 shows that the arc lengths of all unit metal targets 122 are constant, so the metal ratios are the same. This shows an example, and FIG. 12 shows an example of controlling the generated metal ion ratio by varying the arc ratio between the unit metal targets 122.
본 실시예에서, 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)에 포함된 금속은 Cu, Al, W, Fe, Zn, Ti, Ag 및 Li 8종이지만, 금속 종류를 늘리거나 줄일 수도 있다는 점에 유의한다.In this embodiment, the metals included in the composite metal sputtering target 12 are eight types: Cu, Al, W, Fe, Zn, Ti, Ag, and Li, but note that the types of metals can be increased or decreased.
이와 같은 복합 금속 스퍼터링 타겟(12)의 구성에 의해 필요할 경우 특정 금속 원소의 비율을 높일 수 있다.Due to this configuration of the composite metal sputtering target 12, the ratio of specific metal elements can be increased if necessary.
본 발명은 전술한 실시예들에 의해 제한되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다는 점에 유의한다.Note that the present invention is not limited by the above-described embodiments and can be implemented with various modifications.

Claims (4)

  1. C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 포함하는 고분자 재료를 준비하고,Prepare a polymer material containing a C-O bond, a C=O bond, or a C-H bond,
    준비된 고분자 재료의 표면에 대하여, C-O 결합, C=O 결합 또는 C-H 결합을 파괴하고, 탄소간 결합을 발생 및 증가시키며,On the surface of the prepared polymer material, C-O bonds, C=O bonds or C-H bonds are destroyed, and inter-carbon bonds are generated and increased;
    상기 고분자 재료의 표면의 탄소간 결합의 발생 및 증가를 위해,To generate and increase carbon-carbon bonds on the surface of the polymer material,
    상기 고분자 재료의 표면에 대한, 이온 주입, 가열에 의한 구조 재배열, 방사선 조사, 전자빔 조사, 감마선 조사와, 화학적 용해 및 재결합 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법.A method for improving the surface electrical conductivity of a polymer material, comprising using at least one of ion implantation, structural rearrangement by heating, radiation irradiation, electron beam irradiation, gamma ray irradiation, and chemical dissolution and recombination on the surface of the polymer material.
  2. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 고분자 재료의 표면의 탄소간 결합의 발생 및 증가를 위해, 이온 주입시스템을 이용하여, 상기 고분자 재료의 표면에 대해 이온 주입을 하되,In order to generate and increase carbon-carbon bonds on the surface of the polymer material, ions are implanted into the surface of the polymer material using an ion implantation system,
    상기 이온 주입은 1종 이상의 기체 이온, 1종 이상의 금속 이온, 또는 1종 이상의 기체 이온과 1종 이상의 금속 이온을 상기 고분자 재료의 표면에 주입하는 것을 특징으로 하는 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법.The ion injection is a method of improving the surface electrical conductivity of a polymer material, characterized in that one or more types of gas ions, one or more types of metal ions, or one or more types of gas ions and one or more types of metal ions are injected into the surface of the polymer material.
  3. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 이온 주입 시스템은, 진공챔버와, 이온 발생부와, 상기 이온 발생부에 서 발생한 이온을 상기 진공챔버 내로 가속시키는 이온 가속부와, 상기 진공챔버내에서 상기 고분자 재료를 지지하되, 고분자 재료를 이동시키는 서포팅 유닛을 포함하며, 상기 이온 주입을 위해, 상기 고분자 재료를 상기 서포팅 유닛에 지지되도록, 상기 진공챔버 내에 배치하고, 상기 이온 발생부에서 발생한 이온을 상기 이온가속부에 의해 상기 진공챔버 내로 가속시켜 상기 고분자 재료의 표면에 이온을 주입하되, 상기 고분자 재료의 표면 일 영역에 이온을 주입한 후 상기 고분자 재료를 이동시켜, 상기 고분자 재료의 표면 다른 영역에 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법.The ion implantation system includes a vacuum chamber, an ion generator, an ion accelerator that accelerates ions generated by the ion generator into the vacuum chamber, and a polymer material that supports the polymer material in the vacuum chamber. It includes a supporting unit that moves, and for the ion implantation, the polymer material is placed in the vacuum chamber so that it is supported by the supporting unit, and the ions generated by the ion generator are introduced into the vacuum chamber by the ion accelerator. A polymer characterized in that ions are injected into the surface of the polymer material by accelerating the ions, and then the ions are injected into one area of the surface of the polymer material and then the polymer material is moved to inject the ions into another area of the surface of the polymer material. Method for improving surface electrical conductivity of materials.
  4. 제3항에 있어서,According to paragraph 3,
    상기 서포팅 유닛은, 서로 반대 방향에 위치하며 상기 고분자 재료의 일측The supporting units are located in opposite directions and are located on one side of the polymer material.
    모서리 및 반대측 모서리를 파지하는 그립 핑거 및 상기 그림 핑거를 회전시키는 모터를 포함하는 제1 회전식 그립퍼 및 제2 회전식 그립퍼와, 상기 제1 회전식 그립퍼 및 상기 제2 회전식 그립퍼를 X축 방향을 따라 이동시키는 제1 X축 이송부 및 제2 X축 이송부와, 상기 제1 회전식 그립퍼와 상기 제2 회전식 그립퍼를 Y축 방향으로 따라 이송시키는 제1 Y축 이송부 및 제2 Y축 이송부를 포함하며, 상기 제2 회전식 그립퍼의 상기 고분자 재료에 대한 파지가 해제되고, 상기 제2 Y축 이송부에 의해 상기 제2 회전식 그립퍼가 상기 고분자 재료로부터 가장 먼 위치로 후퇴 이송된 상태에서, 상기 제1 회전식 그립퍼가 상기 고분자 재료를 파지한 상태로 상기 제1 X축 이송부와 상기 제1 Y축 이송부가 상기 제1 회전식 그립퍼를 X축 방향과 Y 축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 고분자 재료의 표면 전기전도도 향상 방법.A first rotary gripper and a second rotary gripper including grip fingers for gripping an edge and an opposite edge and a motor for rotating the figure fingers, and moving the first rotary gripper and the second rotary gripper along the X-axis direction. It includes a first X-axis transfer unit and a second In a state in which the rotary gripper's grip on the polymer material is released and the second rotary gripper is moved backward to the position furthest from the polymer material by the second Y-axis transfer unit, the first rotary gripper holds the polymer material. A method of improving surface electrical conductivity of a polymer material, characterized in that the first X-axis transfer unit and the first Y-axis transfer unit move the first rotary gripper in the X-axis direction and the Y-axis direction while holding the.
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