KR101564612B1 - Multiscale composites for n-type element of thermoelectric device and manufacturing method of the same - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열에너지 수확용 멀티스케일 복합재의 제조방법은, 탄소나노튜브와 직물 유리섬유를 이용하여 복합재를 제작함으로써, 구조체로서의 기능과 열에너지 수확 기능을 동시에 수행할 수 있는 이점이 있다. 또한, 제조공정이 단순하고, 비용이 절감되는 이점이 있다. 또한, 전기 전도성이 높고, 열 전도성이 낮기 때문에 열전 소재로의 이용에 효과적인 이점이 있다. 또한, 고분자 수지내에 탄소나노소재가 고르게 분산되기 때문에, 전기 전도성이 보다 우수한 이점이 있다. The method for manufacturing a multigain composite material for thermal energy harvesting according to the present invention has the advantage of simultaneously performing a function as a structure and a heat energy harvesting function by producing a composite material using carbon nanotubes and woven glass fiber. Further, the manufacturing process is simple and the cost is reduced. In addition, since the electrical conductivity is high and the thermal conductivity is low, there is an advantage that it is effective for use as a thermoelectric material. Further, since the carbon nanomaterial is uniformly dispersed in the polymer resin, there is an advantage that the electric conductivity is more excellent.

Description

열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법{Multiscale composites for n-type element of thermoelectric device and manufacturing method of the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multi-scale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device and a method of manufacturing the same.

본 발명은 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리섬유, 고분자 수지 및 탄소나노소재를 이용하여 복합재를 제조하여 구조 기능뿐만 아니라 에너지 수확 기능도 수행할 수 있는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a composite material using glass fiber, polymer resin and carbon nanomaterial, Type device of a thermoelectric device capable of performing the functions of the present invention and a method of manufacturing the same.

최근에는 한정된 화석 연료에 대한 의존률을 줄이기 위한 대체 에너지 기술 중 하나로 열에너지 수확 기술이 연구되고 있다. 상기 열에너지 수확기술은, 열전 장치(Thermoelectric device)를 이용하여 버려지는 열을 전기 에너지로 전환시키는 기술이다. 상기 열전 장치는 열이 유입되는 고온부, 열이 방출되는 저온부, 상기 고온부와 상기 저온부 사이에 구비되어 열전달과 함께 전류를 흐르게 하는 n-타입 소자와 p-타입 소자를 포함한다. 상기 n-타입 소자와 상기 p-타입 소자는 열전 재료이며, 열전 재료의 성능에 대해 지속적으로 연구되고 있다. In recent years, thermal energy harvesting technology has been studied as one of alternative energy technologies to reduce dependency on limited fossil fuels. The thermal energy harvesting technique is a technique of converting heat away from a thermoelectric device into electric energy. The thermoelectric device includes a high-temperature portion through which heat is introduced, a low-temperature portion through which heat is emitted, and an n-type device and a p-type device provided between the high-temperature portion and the low- The n-type device and the p-type device are thermoelectric materials, and the performance of the thermoelectric material is continuously studied.

기존의 열전 장치는 나노구조의 BiTi합금, ReTe합금, LaSrCoO₃ 등으로 이루어졌으나, 가격이 비싸고 제조가 어려우며, Te의 경우 독성이 매우 강한 문제점 등이 있다. 따라서, 열전 장치에 사용할 수 있는 전도성 재료에 대한 연구가 요구되고 있다. Conventional thermoelectric devices consist of nano-structured BiTi alloys, ReTe alloys, and LaSrCoO _3. However, they are expensive and difficult to manufacture, and Te is very toxic. Therefore, there is a demand for research on conductive materials usable for thermoelectric devices.

또한, 최근에는 항공, 자동차, 건설 등 여러 산업 분야에서 복합재료의 사용이 증가하고 있다. 상기와 같이 여러 산업분야에 사용되는 복합재료들은 태양열 에너지나 각종 기계장치에서 발생되어 버려지는 열에 노출되어 있다. 따라서, 상기 복합재료들이 구조체로서의 본래 기능을 수행함과 동시에 버려지는 열을 사용가능한 전기 에너지로 재생산하는 기능을 수행할 수 있도록 다기능성 복합재료에 대한 연구가 필요하다. Recently, the use of composite materials in various industries such as aviation, automobiles, and construction is increasing. As described above, the composite materials used in various industrial fields are exposed to heat that is generated by solar energy or various mechanical devices. Therefore, there is a need for research on a multifunctional composite material so that the composite material performs its original function as a structure and at the same time can reproduce the waste heat as electric energy usable.

US2012/0153240 A1US2012 / 0153240 A1

본 발명의 목적은, 구조 기능과 에너지 수확 기능을 모두 가질 수 있는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device which can have both a structural function and an energy harvesting function, and a method of manufacturing the same.

본 발명은, 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서, 탄소나노소재와 고분자 수지를 이용하여 혼합물을 만드는 단계와, 상기 혼합물에 비전도성 섬유를 함침하여 프리프레그를 제작하는 단계와, 상기 프리프레그를 원하는 형상의 복합재로 제작하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device, comprising the steps of: preparing a mixture using a carbon nanomaterial and a polymeric resin; impregnating the mixture with a non- And a step of fabricating the prepreg into a composite material having a desired shape.

본 발명은, 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서, 탄소나노소재와 고분자 수지를 이용하여 혼합물을 필름 형태로 만드는 단계와, 상기 필름 형태의 혼합물을 여러층으로 적층된 비전도성 섬유 사이의 각 층에 삽입한 후 가열하여 복합재를 제조하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device, comprising the steps of making a mixture into a film form using a carbon nanomaterial and a polymer resin, Inserting into each layer between the laminated nonconductive fibers and then heating to produce a composite material.

본 발명은, 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서, 탄소나노소재와 고분자수지를 용기에 넣은 후 설정시간동안 저어서 섞어 혼합물을 만들고, 상기 혼합물을 페이스트 믹서기를 이용하여 섞는 단계와, 상기 혼합물을 3-롤 밀(3-roll mill)에 설정횟수 통과시켜서 상기 고분자 수지에 상기 탄소나노소재를 분산시키는 단계와, 상기 혼합물을 직물 유리섬유에 부은 후, 비닐 백으로 덮고 가압하여 여분의 혼합물을 제거하고, 상기 혼합물에 상기 직물 유리섬유가 함침된 프리프레그를 제작하는 단계와, 상기 프리프레그를 몰드 위에 위치시킨 후, 핸드 레이업 방법과 핫플레이트를 이용하여 원하는 형상의 복합재로 제작하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device, comprising: placing a carbon nanomaterial and a polymer resin in a container and stirring the mixture for a preset time to prepare a mixture; Dispersing the carbon nanomaterial into the polymer resin by passing the mixture through a 3-roll mill a predetermined number of times, and pouring the mixture into the fabric glass fiber, A step of preparing a prepreg impregnated with the woven glass fiber into the mixture, placing the prepreg on the mold, and then using a hand lay up method and a hot plate to obtain a desired prepreg Shaped composite material.

본 발명에 따른 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법은, 탄소나노튜브와 직물 유리섬유를 이용하여 복합재를 제작함으로써, 열전장치의 소자에 적용가능하여 구조체로서의 기능과 열에너지 수확 기능을 동시에 수행할 수 있는 이점이 있다. The multi-scale composite material used in the n-type device of the thermoelectric device according to the present invention and the method of manufacturing the same can be applied to a device of a thermoelectric device by fabricating a composite material using carbon nanotubes and woven glass fiber, There is an advantage that the thermal energy harvesting function can be performed at the same time.

또한, 제조공정이 단순하고, 비용이 절감되는 이점이 있다. Further, the manufacturing process is simple and the cost is reduced.

또한, 전기 전도성이 높고, 열 전도성이 낮기 때문에 열전 소재로의 이용에 효과적인 이점이 있다. In addition, since the electrical conductivity is high and the thermal conductivity is low, there is an advantage that it is effective for use as a thermoelectric material.

또한, 고분자 수지내에 탄소나노소재가 고르게 분산되기 때문에, 전기 전도성이 보다 우수한 이점이 있다. Further, since the carbon nanomaterial is uniformly dispersed in the polymer resin, there is an advantage that the electric conductivity is more excellent.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법이 도시된 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따라 제작된 멀티 스케일 복합재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스케일 복합재의 시험장치의 일예가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 시편의 수평방향 열전 성질을 측정하는 개략적인 구조가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 시편의 수직방향 열전 성질을 측정하는 개략적인 구조가 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일 복합재의 전압차 측정 시험을 하기 위해 제작된 시편의 형상을 나타낸 도면이다. 1 is a flowchart showing a multiscale composite material used in an n-type device of a thermoelectric device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing the manufacturing method shown in Fig. 1. Fig.
3 is a cross-sectional view of a multi-scale composite made according to FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a view showing an example of a testing apparatus for a multi-scale composite material according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram illustrating a structure for measuring a horizontal thermoelectric property of a composite specimen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic structure for measuring a perpendicular thermoelectric property of a composite specimen according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a view showing a shape of a specimen manufactured for a voltage difference measurement test of a multiscale composite material according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법이 도시된 순서도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 개략적으로 도시한 구성도이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a flowchart showing a multiscale composite material used in an n-type device of a thermoelectric device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic view showing the manufacturing method shown in Fig. 1. Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재 및 그의 제조방법은 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 and 2, a multi-scale composite material used in an n-type device of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described.

먼저, 탄소나노소재, 고분자 수지 및 경화제를 섞어 상기 탄소나노소재와 상기 고분자 수지가 혼합된 예비 혼합물(10)을 만든다.(S1) First, a carbon nanomaterial, a polymer resin, and a curing agent are mixed to prepare a premix 10 in which the carbon nanomaterial and the polymer resin are mixed. (S1)

상기 탄소나노소재는, 탄소나노튜브(2), 박리흑연나노플레이트(Exfoliated Graphite Nanoplatelet, 이하, xGnP라고 칭함), 그래핀(graphene), 팽창흑연, 풀러렌(Fullerene, C60), 카본블랙(carbon black) 및 탄소나노섬유(carbon nanofiber) 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 탄소나노소재로 탄소나노튜브(2)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 탄소나노튜브(2)는 2차원 판상 형태인 xGnP나 그래핀보다 후술하는 비전도성 섬유들 사이에 함침이 더욱 잘 되어, 전도성 네트워크 형성이 더욱 용이하다. 상기 탄소나노튜브(2)는 Thermal CVD공법으로 제조된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 사용된다.The carbon nanomaterial may be a carbon nanotube (2), an exfoliated graphite nanoplatelet (xGnP), a graphene, an expanded graphite, a fullerene (C60), a carbon black ) And carbon nanofiber may be selected and used. In the present embodiment, carbon nanotubes 2 are used as the carbon nanomaterial. The carbon nanotubes 2 are more easily impregnated between the nonconductive fibers described later than xGnP or graphene in the form of a two-dimensional plate, and it is easier to form a conductive network. For the carbon nanotube 2, a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) manufactured by a thermal CVD method is used.

상기 고분자 수지는 열가소성 수지나 열경화성 수지를 포함하고, 본 실시예에서는 열경화성 수지를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 여기서, 상기 고분자 수지로 에폭시 수지(4)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 다른 수지의 사용도 물론 가능하다. The polymer resin includes a thermoplastic resin or a thermosetting resin. In this embodiment, a thermosetting resin is used as an example. Here, the use of the epoxy resin (4) as the polymer resin is described by way of example, but the present invention is not limited thereto and other resins may be used.

상기 예비 혼합물(10)을 만들기 위해서는 먼저 도 2a를 참조하면, 상기 탄소나노튜브(2), 상기 에폭시 수지(4) 및 상기 경화제(6)를 비이커(1) 등의 용기에 넣은 후 설정시간동안 저어서 섞는다. 상기 설정시간은 약 5분인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 설정시간동안 저어서 섞은 후, 도 2b를 참조하면, 상기에서 만들어진 예비혼합물(10)을 페이스트 믹서기를 이용하여 섞는다. 상기 페이스트 믹서기의 회전조건은 공전 약 800rpm이고, 자전 약 640rpm이다. 상기 페이스트 믹서기는 PDM-300(대화테크)을 사용하였다.2A, the carbon nanotubes 2, the epoxy resin 4, and the curing agent 6 are placed in a container such as a beaker 1, Mix it up. The set time is about 5 minutes, for example. Referring to FIG. 2B, the preliminary mixture 10 prepared above is mixed using a paste mixer. The rotation condition of the paste mixer is about 800 rpm in revolution and about 640 rpm in rotation. The paste mixer used was PDM-300 (Converse Tech).

이후, 상기 페이스트 믹서기를 통해 혼합된 예비 혼합물(10)에서 상기 에폭시 수지(4)에서 상기 탄소나노튜브(2)를 고르게 분산시켜 혼합물을 만든다.(S2) 상기 탄소나노튜브(2)를 분산시키는 방법에는 초음파 처리(Sonication), 3-롤 밀(3-roll mill)(20) 등이 있다. 본 실시예에서는, 도 2c를 참조하면, 상기 예비 혼합물(10)을 3-롤 밀(20)에 설정횟수 통과시키는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 예비 혼합물(10)을 설정시간동안 초음파 처리하는 것도 물론 가능하다. 상기 3-롤 밀(20)은 상기 탄소나노튜브(2)의 최대 함침 용량 이내에서는 상기 탄소나노튜브(2)의 함량에 크게 영향을 받지 않고 사용이 가능하며, 상기 탄소나노튜브(2)의 함량 조절도 가능하다. 상기 3-롤 밀(20)의 각 롤러의 속도비는 1:3:9로 설정된다. 상기 3-롤 밀(20)에서 가장 빠른 속도로 회전하는 롤러의 속도는 270rpm으로 설정한다. 상기 3-롤 밀(20)을 통과시키는 설정 횟수는 약 10회인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 예비 혼합물(10)이 상기 3-롤 밀(20)을 통과하고 나면, 상기 탄소나노튜브(2)가 고르게 분산된 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 3-롤 밀은 EXAKT S80(silicon carbide rolls)을 사용하였다. 도면부호 11은, 롤러에 묻은 혼합물을 긁어내어 모으기 위한 금속판이다. The carbon nanotubes 2 are uniformly dispersed in the epoxy resin 4 in the preliminary mixture 10 mixed through the paste mixer to form a mixture. Methods include sonication, 3-roll mill 20, and the like. 2C, the preliminary mixture 10 is passed through the three-roll mill 20 a predetermined number of times. However, the present invention is not limited to this, It is of course possible to sonicate for a period of time. The 3-roll mill 20 can be used without being greatly affected by the content of the carbon nanotubes 2 within the maximum impregnation capacity of the carbon nanotubes 2, The content can also be adjusted. The speed ratio of each roller of the three-roll mill 20 is set to 1: 3: 9. The speed of the roller rotating at the highest speed in the three-roll mill 20 is set to 270 rpm. The set number of times of passing through the three-roll mill 20 is about 10, for example. After the preliminary mixture 10 has passed through the three-roll mill 20, a mixture in which the carbon nanotubes 2 are evenly dispersed can be obtained. The three-roll mill used was EXAKT S80 (silicon carbide rolls). Reference numeral 11 denotes a metal plate for scraping off the mixture adhered to the roller.

다음으로, 도 2d를 참조하면, 상기 3-롤 밀(20)을 통과한 혼합물(10)에 비전도성 섬유를 함침시켜 프리프레그(12)를 제작한다.(S3) Next, referring to FIG. 2D, the prepreg 12 is manufactured by impregnating the mixture 10 having passed through the three-roll mill 20 with a nonconductive fiber (S3)

상기 비전도성 섬유는, 유리 섬유와 아라미드 섬유(aramid fiber) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 비전도성 섬유는, 직조된 직물 섬유, 단방향으로 정렬된 섬유, 특정방향으로 부분 혹은 전체가 정렬된 섬유, 임의 방향으로 정렬된 섬유 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 비전도성 섬유는, 직조된 직물 유리섬유(14)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 직물 유리섬유는 유리섬유가 직조된 형태이며, 상기 유리섬유로는 E-glass fiber를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 직물 유리섬유의 열전도도는 탄소섬유에 비해 열전도도가 낮으므로, 멀티스케일 복합재에서 열전도도가 낮은 영역을 형성할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 전기 전도성이 높고, 상기 직물 유리섬유는 열전도성이 낮기 때문에, 높은 전기 전도성과 낮은 열전도성을 요구하는 열전기 소재의 요구조건을 충족할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 직물 유리섬유 대신 아라미드 섬유(Kevlar fiber)를 사용하는 것도 가능하다.As the nonconductive fiber, at least one of glass fiber and aramid fiber may be used. The nonconductive fiber may also be at least one of woven fabric fibers, unidirectionally aligned fibers, fibers that are partially or fully aligned in a specific direction, and fibers oriented in any direction. In the present embodiment, the nonconductive fiber is exemplified by using woven fabric fiberglass 14 as an example. The woven glass fiber is a woven glass fiber, and the glass fiber is an E-glass fiber. Since the thermal conductivity of the woven glass fiber is lower than that of the carbon fiber, a region having low thermal conductivity in the multiscale composite material can be formed. Since the carbon nanotubes have high electrical conductivity and the fabric glass fiber has low thermal conductivity, the carbon nanotube can meet the requirements of a thermoelectric material requiring high electrical conductivity and low thermal conductivity. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use aramid fiber (Kevlar fiber) instead of the fabric fiberglass.

상기 복합재에서 상기 복합재 전체 부피에 대한 상기 예비 혼합물(10)의 부피비는 약 45%이고, 상기 복합재에서 비전도성 섬유의 부피비는 약 55%이다. 상기 직물 유리섬유(14)는, 이를 무게비로 환산할 경우, 상기 직물 유리섬유의 무게비는 전체의 71.8%이고, 상기 예비 혼합물(10)은 28.2%이다. 여기서, 상기 직물 유리섬유의 밀도는 2.5gr/cc를 사용하고, 경화된 후 상기 고분자 수지와 경화제의 밀도는 1.2, 상기 탄소나노튜브의 밀도도 1.2gr/cc로 계산하였다. The volume ratio of the premix 10 to the total volume of the composite in the composite is about 45%, and the volume ratio of the non-conductive fibers in the composite is about 55%. When the weight of the woven glass fiber 14 is converted into weight, the weight ratio of the woven glass fiber is 71.8% of the total weight and the premix 10 is 28.2%. Here, the density of the woven glass fiber was 2.5 gr / cc, the density of the polymer resin and the curing agent after curing was 1.2, and the density of the carbon nanotube was calculated to be 1.2 gr / cc.

상기 프리프레그(12)를 제작하는 단계는, 상기 혼합물(10)을 상기 직물 유리섬유(14)에 부은 후, 비닐 백으로 덮고 가압하고 여분의 혼합물을 밀어내어 제거하는 방식으로 제작한다. 상기 비닐 백은 진공 백을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 한편, 본 실시예에서는, 상기 직물 유리섬유(14)에 묻은 여분의 혼합물을 수작업으로 가압하여 중심에서 바깥방향으로 밀어내어 상기 직물 유리섬유(14)에 필요량의 고분자 수지만 남기도록 하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 별도의 롤러 장치를 사용하는 것도 가능하다. 별도의 롤러 장치를 사용하는 경우, 수직 혹은 수평으로 배치된 두 개의 롤러 사이로 상기 혼합물이 묻은 상기 직물 유리섬유(14)를 통과시켜 프리프레그를 제작하는 방법이다. 한편, 상기 고분자 수지를 열가소성 수지로 사용할 경우, 상기 혼합물을 필름 형태로 만든 후, 상기 필름 형태의 혼합물을 상기 비전도성 섬유의 한쪽 혹은 양쪽에 적층하여 프리프레그를 만드는 것도 물론 가능하다. The prepreg 12 is manufactured by pouring the mixture 10 onto the woven glass fiber 14, covering it with a vinyl bag, pressing it, and pushing out the excess mixture to remove it. The vinyl bag is exemplified by using a vacuum bag. On the other hand, in the present embodiment, an excess mixture adhering to the woven glass fiber 14 is manually pressed and pushed outward from the center to leave only the required amount of the polymer resin in the woven glass fiber 14, However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a separate roller device. When a separate roller device is used, the prepreg is produced by passing the fabric fiberglass 14 with the mixture between two vertically or horizontally arranged rollers. On the other hand, when the polymer resin is used as a thermoplastic resin, it is of course possible to make the mixture into a film form, and then to form a prepreg by laminating the film-like mixture on one or both sides of the nonconductive fiber.

도 2e 내지 도 2g를 참조하면, 상기 프리프레그(12)가 완성되면, 상기 프리프레그(12)를 원하는 형상의 복합재(40)로 제작한다. (S4) 상기 복합재(40)로 제작하는 방법으로는 핸드 레이업(Hand lay up)방법을 이용하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 오토 클레이브 방법을 이용하는 것도 물론 가능하다. 2E to 2G, when the prepreg 12 is completed, the prepreg 12 is formed into a composite material 40 having a desired shape. (S4) As a method of manufacturing the composite material 40, a hand lay up method is used. However, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to use an autoclave method.

상기 핸드 레이업 방법은 다음과 같다. 먼저, 몰드(30)위에 이형 필름(32)을 올려놓거나 이형제를 바른 후, 상기 프리프레그(12)를 상기 몰드(30)위에 적층시킨다. 상기 프리프레그(12)가 적층된 위에 필 플라이(peel ply)를 적층한다. 상기 필 플라이는 이형제 역할을 한다. 상기 필 플라이 위에는 알루미늄 평판(36)을 위치시켜, 제작되는 복합재(40)의 윗면의 형상이 고르게 형성되도록 한다. 이후, 진공백(34)으로 실링하고, 수지 출구(37)에 진공압력을 걸어준다. 여분의 고분자 수지는 블리더(35)에 스며들거나 상기 수지 출구(37)로 나오게 된다. 한편, 핸드 레이업 방법을 사용할 경우, 상기 몰드(30) 위에 이형 필름(32)을 올려놓거나 이형제를 바른 후, 프리프레그를 만들지 않고 섬유를 놓고 고분자 수지를 바른 후 다시 섬유를 놓고 고분자 수지를 바르는 작업을 설정횟수만큼 반복하여 적층시킨 후에, 그 위에 필 플라이(peel ply)를 적층한다. 이후, 진공백을 씌운 후 진공을 걸어주고, 경화조건에서 경화하는 방법도 가능하다. 또한, 이에 한정되지 않고, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)이나 오토클레이브 방법을 이용하여 복합재를 제작하는 것도 물론 가능하다. 상기 에폭시 수지의 경화와 후경화의 조건은 각각 120℃에서 2시간, 150℃에서 2시간으로 설정하였다. 상기 VARTM을 사용하는 경우, 혼합물을 진공압력을 이용하여 주입 후, 경화온도에서 경화시간동안 경화시킬 수 있으나, 탄소나노튜브의 함량이 높을수록 점도가 높아져 몰드로 주입이 어렵다. The hand layup method is as follows. First, the mold release film 32 is placed on the mold 30, or the mold release agent is applied, and then the prepreg 12 is laminated on the mold 30. The prepreg 12 is laminated and a peel ply is laminated thereon. The filler serves as a release agent. An aluminum plate (36) is placed on the fill ply so that the top surface of the composite material (40) to be manufactured is uniformly formed. Thereafter, it is sealed with the vacuum space 34 and a vacuum pressure is applied to the resin outlet 37. The extra polymer resin is allowed to permeate into the bleeder 35 or to the resin outlet 37. On the other hand, when the hand lay-up method is used, the mold release film 32 is placed on the mold 30 or a releasing agent is applied. After the fibers are placed without applying a prepreg, the polymer resin is applied, After the work is repeatedly laminated by the set number of times, a peel ply is laminated thereon. Thereafter, it is possible to apply a vacuum after covering the empty space and curing under a curing condition. In addition, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to fabricate a composite material by using VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) or an autoclave method. The curing and post-curing conditions of the epoxy resin were set at 120 ° C for 2 hours and 150 ° C for 2 hours, respectively. When the VARTM is used, the mixture can be cured at a curing temperature after curing at a vacuum pressure. However, as the content of carbon nanotubes increases, viscosity increases and injection into a mold is difficult.

상기와 같은 과정을 거쳐 평판으로 제작된 복합재(40)는, 도 2f 및 도 2g에 도시된 바와 같이 열에너지 수확을 위한 열전 소재의 구조로 제작될 수 있다. 도 2f는 온도변화가 상기 복합재(40)의 좌,우측면에 생기는 경우이고, 도 2g는 온도변화가 상기 복합재(40)의 상,하측면에 생기는 경우를 나타낸다. The composite material 40, which has been fabricated through the above-described processes, can be manufactured with a thermoelectric material structure for heat energy harvesting as shown in FIGS. 2F and 2G. Fig. 2F shows a case where a temperature change occurs on the left and right sides of the composite material 40, and Fig. 2G shows a case where a temperature change occurs on the upper and lower surfaces of the composite material 40. Fig.

한편, 도 3a는 상기와 같은 과정을 거쳐 제작되고, 직물 유리섬유가 다발로 형성된 복합재를 도시하고 있고, 도 3b는 기존의 스프레이 방식을 통해 제작되고, 직물 유리섬유가 다발로 형성된 복합재를 비교 도시하고 있다. FIG. 3A is a cross-sectional view of a composite material in which fabric fiberglass is formed in a bundle, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a composite material fabricated through a conventional spraying method, .

도 3a와 도 3b를 참조하면, 직물 유리 섬유는 일반적으로 섬유다발(15)의 형태로 구성이 되어있고, 상기 섬유다발(15)이 서로 엮여서 직물 조직을 이룬다. 탄소나노소재는 나노 스케일이고, 직물 유리섬유는 마이크로 스케일이므로 탄소나노소재와 직물 유리섬유를 이용하여 멀티스케일 복합재를 제조할 수 있다. 멀티스케일 복합재는, 주로 탄소나노소재가 상기 섬유다발(15)의 외측 또는 주변에 존재하고, 상기 섬유다발(15) 내에는 존재하지 않거나 상기 섬유다발(15)의 외측에 비해 적은 양이 존재한다. 이는 핸드 레이업이나 VARTM, 오토클레이브와 같은 제조방법을 이용할 경우, 압력이 적층된 섬유와 수지에 가해지므로 상기 섬유다발(15)속의 섬유들이 상기 섬유다발(15)의 중심방향으로 모이는 현상이 생겨서 상기 탄소나노소재가 상기 섬유다발(15)속으로 들어가기 어려워지기 때문이다.Referring to FIGS. 3A and 3B, the woven glass fiber is generally constructed in the form of a fiber bundle 15, and the fiber bundles 15 are woven together to form a fabric texture. Since carbon nanomaterials are nanoscale and fabric glass fibers are microscale, multiscale composites can be made using carbon nanomaterials and woven glass fibers. The multi-scale composite material mainly includes a carbon nanomaterial outside or around the fiber bundle 15 and is absent from the fiber bundle 15 or present in a smaller amount than the outside of the fiber bundle 15 . When a manufacturing method such as hand layup, VARTM, or autoclave is used, the pressure is applied to the stacked fibers and resin, so that the fibers in the fiber bundle 15 gather in the center direction of the fiber bundle 15 The carbon nanomaterial becomes difficult to enter into the fiber bundle 15.

도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 복합재(40)는 상기 섬유다발(15) 주변의 상기 에폭시 수지(4)내에 상기 탄소나노튜브(2)가 고르게 분포하는 구조이다. 도 3a에서 탄소나노튜브가 직선형상으로 표시되어있으나, 실제 샘플에서는 대부분 탄소나노튜브는 대부분 굽어있는 형상으로 나타난다. 본 발명에 따라 상기 직물 유리 섬유가 상기 에폭시 수지(4) 내에 함침되고, 상기 섬유다발(15) 주변의 상기 에폭시 수지(4)내에 상기 탄소나노튜브(2)가 고르게 분산되는 경우, 상기 섬유다발(15) 주변의 상기 에폭시 수지(4) 전체 영역이 전기 전도성이 높은 영역을 형성하여, 보다 전기 전도성이 높은 열전 소재를 이룰 수 있다. 3A, the composite material 40 according to the present invention has a structure in which the carbon nanotubes 2 are uniformly distributed in the epoxy resin 4 around the fiber bundle 15. As shown in FIG. In FIG. 3A, carbon nanotubes are displayed in a linear shape, but most of the carbon nanotubes are mostly curved in actual samples. When the woven glass fiber is impregnated in the epoxy resin 4 and the carbon nanotube 2 is uniformly dispersed in the epoxy resin 4 around the fiber bundle 15 according to the present invention, The entire region of the epoxy resin 4 in the vicinity of the electrode 15 forms a region having high electrical conductivity, and thus a thermoelectric material having higher electrical conductivity can be obtained.

도 3b는, 기존의 스프레이 방식으로 상기 섬유 다발(15)의 표면에만 탄소나노튜브를 포함한 층이 도포된 구조이다. 따라서, 도 3a에 도시된 본 발명에 따른 제조방법에 따른 멀티 스케일 복합재가 도 3b의 경우보다 전기 전도성이 보다 높은 열전 소재를 이룰 수 있다.3B shows a structure in which a layer containing carbon nanotubes is applied only to the surface of the fiber bundle 15 by a conventional spraying method. Therefore, the multiscale composite material according to the manufacturing method according to the present invention shown in FIG. 3A can provide a thermoelectric material having higher electric conductivity than the case of FIG. 3B.

한편, 도 3c는 본 발명에 따른 과정을 거쳐 제작되되, 유리섬유가 다발이 아닌 낱개로 형성된 복합재를 도시하고 있고, 도 3d는 기존의 스프레이 방식을 통해 제작되되 유리섬유가 낱개로 형성된 복합재를 비교 도시하고 있다. FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a composite material in which glass fibers are formed by a process according to an embodiment of the present invention. FIG. 3D is a cross- Respectively.

도 3c를 참조하면, 본 발명에 따른 복합재(40)는 상기 에폭시 수지(4)내에 상기 탄소나노튜브(2)가 고르게 분포하고 유리섬유가 상기 혼합물(10)에 함침된 구조이나, 도 3d에서는 유리섬유(14)의 표면에만 탄소나노튜브를 포함한 층이 도포된 구조이다. 따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 에폭시 수지(4) 전체 영역에 상기 탄소나노튜브(2)가 고르게 분산되고 유리섬유(14)가 함침되게 제작된 본 발명에 따른 복합재(40)는, 상기 에폭시 수지(4) 전체 영역이 전기 전도성이 높은 영역을 형성하여, 도 3d의 경우보다 전기 전도성이 높은 열전 소재를 이룰 수 있다. 3C, the composite material 40 according to the present invention has a structure in which the carbon nanotubes 2 are evenly distributed in the epoxy resin 4 and glass fibers are impregnated in the mixture 10, And a layer containing carbon nanotubes is applied only to the surface of the glass fiber 14. [ 3C, the composite material 40 according to the present invention, in which the carbon nanotubes 2 are uniformly dispersed in the entire region of the epoxy resin 4 and is impregnated with the glass fiber 14, The entire region of the epoxy resin 4 forms a region having high electrical conductivity, so that a thermoelectric material having higher electrical conductivity than that of FIG. 3D can be formed.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일 복합재가 적용되는 열에너지 수확용 열전기 시스템의 일예가 도시된 구성도이다. FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a thermoelectric system for heat energy harvest to which a multiscale composite material according to an embodiment of the present invention is applied.

도 4를 참조하면, 상기와 같이 제작된 상기 복합재(40)는 열에너지를 전기에너지로 변화시켜주는 열에너지 수확용 열전기 시스템의 n-타입 소자에 적용될 수 있다. Referring to FIG. 4, the composite material 40 manufactured as described above may be applied to an n-type device of a thermoelectric system for thermal energy harvesting, which converts heat energy into electric energy.

상기와 같은 방법으로 제작된 상기 복합재(40)는, 금속성 반도체 열전 장치에 비해 제조공정이 단순하고 가격이 저렴한 이점이 있다. The composite material 40 manufactured by the above-described method is advantageous in that the manufacturing process is simple and inexpensive compared to the metallic semiconductor thermoelectric device.

또한, 일반적으로 유리섬유는 풍력 터빈 블레이드, 곡물 창고, 건축 자재, 파이프 등 구조용 소재로 널리 사용되고 있는 바, 상기 구조용 소재들은 주변에서 발생되어 버려지는 열과 접촉하는 상황이다. 따라서, 상기 구조용 소재들에 상기 직물 유리 섬유를 포함하는 상기 복합재(40)를 적용함으로써, 구조 기능뿐만 아니라 열에너지 수확기능까지 수행할 수 있는 효과가 있다. In general, glass fibers are widely used as structural materials such as wind turbine blades, grain warehouses, building materials, and pipes, and the structural materials are in contact with the heat that is generated in the surroundings. Therefore, by applying the composite material 40 including the woven glass fiber to the structural materials, not only the structural function but also the thermal energy harvesting function can be performed.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 평판 시편의 수평방향 열전 성질을 측정하는 개략적인 구조가 도시된 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 평판 시편의 수직방향 열전 성질을 측정하는 개략적인 구조가 도시된 도면이다. FIG. 5 is a view showing a schematic structure for measuring a horizontal thermoelectric property of a composite flat plate specimen according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a schematic structure for measuring a perpendicular thermoelectric property of a composite flat plate specimen according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 5 및 도 6을 참조하면, 멀티 스케일 복합재의 열에너지 수확 기능의 특성을 시험하기 위해서 온도차에 따른 전압차를 측정하도록 시험장치를 구성하였다.Referring to FIGS. 5 and 6, a test apparatus is constructed to measure the voltage difference according to the temperature difference in order to test the characteristics of the heat energy harvesting function of the multiscale composite material.

도 5는 평판 시편의 수평방향 열전 성질을 측정하기 위한 것이고, 상기 수평방향은 직물 유리섬유와 같은 연속 섬유의 경우 섬유의 길이 방향으로 간주할 수 있는 x축 혹은 y축 방향이다. 도 6은 시편의 수직방향 열전 성질을 측정하기 위한 것이고, 상기 수직방향은 직물 유리섬유와 같은 연속섬유의 경우 평판 복합재 시편의 두께방향인 z축 방향을 의미한다. 즉, 상기 수직방향은 상기 x축 혹은 y축의 수직한 방향을 의미한다.Fig. 5 is for measuring the horizontal thermoelectric properties of the flat specimen, and the horizontal direction is the x-axis or y-axis direction which can be regarded as the longitudinal direction of the fiber in the case of continuous fibers such as woven glass fiber. Fig. 6 is for measuring the thermoelectric properties of the specimen in the vertical direction, and in the case of continuous fibers such as woven glass fiber, the vertical direction means the z-axis direction in the thickness direction of the flat composite specimen. That is, the vertical direction means a direction perpendicular to the x-axis or the y-axis.

상기 온도차에 의한 전압차 측정방법은, 상기 복합재(40)의 양단의 온도를 다르게 설정하여, 상기 복합재(40)내에서 온도 구배를 주고, 이에 따른 양단 사이의 전압차를 측정하는 방법이다.The method of measuring the voltage difference by the temperature difference is a method of setting the temperature of both ends of the composite material 40 differently and giving a temperature gradient in the composite material 40 and measuring the voltage difference between the both ends.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스케일 복합재의 전압차 측정 시험을 하기 위해 제작된 시편의 형상을 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a view showing a shape of a specimen manufactured for a voltage difference measurement test of a multiscale composite material according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 전압차 측정 시험을 하기 위한 복합재 시편(50)은, 직물 유리섬유를 약 8겹 적층하여 제작한 것이고, 상기 탄소나노튜브(2)의 함량을 다르게 하여 제작하였다. 상기 탄소나노튜브(2)는, CVD공법으로 제조된 CM-100(다중벽 탄소나노튜브, 한화 나노텍 제공)을 사용하였다. 상기 에폭시는 YDF-170(국도 화학 제공)을 사용하였고, 상기 경화제는 SH-101(세진이엔씨 제공)을 사용하였다. 상기 직물 유리섬유는 평직으로 직조된 JMC사에서 공급된 제품을 사용하였다. 상기 탄소나노튜브(2)의 함량은 0.5, 1, 3wt%로 다르게 하였다. 상기 복합재(40)에는 열이 가해지거나 냉각될 부분에 소정의 크기의 동판(copper sheet)(51)을 부착하였다. 상기 동판(51)은 상기 복합재(40)의 윗면과 아랫면에 각각 2개씩 부착하였다. 상기 동판과 상기 복합재(40)사이에는 전압을 측정하기 위한 피복을 제거한 전선(52)을 위치시켰다. 상기 시편은 가로 190mm, 세로 50mm, 두께는 약 1.8mm 이내로 설정하였다. 상기 시편의 실험 결과, n-타입 소자의 성질을 나타내었다. 열전기적 성질에서 n-타입 소자는 온도가 낮은 쪽이 온도가 높은 쪽보다 전압이 높게 나타난다. 예를 들어, 도 7에서 우측의 동판이 좌측의 동판보다 온도가 높을 경우, 우측의 전압이 좌측의 전압보다 낮게 나타난다. 이 소자를 이용하여 폐회로를 구성할 경우, 전류는 저온부에서 고온부로 흐르고, 전자는 고온부에서 저온부로 흐르게 된다. 본 실험에서 상기 복합재는 이러한 성질을 나타내었으므로 n-타입 소자로 규명하였다. Referring to FIG. 7, the composite specimen 50 for the voltage difference measurement test is fabricated by laminating about 8 layers of woven glass fiber, and the carbon nanotubes 2 are made different in content. As the carbon nanotube 2, CM-100 (multi-walled carbon nanotube, manufactured by Hanwha Nanotech) manufactured by a CVD method was used. The epoxy used was YDF-170 (Kukdo Chemical Co.), and the hardener used was SH-101 (supplied by Sejun Chemical Co., Ltd.). The woven glass fiber used was a product supplied from JMC, woven in plain weave. The content of the carbon nanotubes (2) was varied to 0.5, 1, and 3 wt%. A copper sheet 51 having a predetermined size is attached to the composite material 40 at a portion to be heated or cooled. Two copper plates (51) were attached to the upper surface and the lower surface of the composite material (40), respectively. Between the copper plate and the composite material 40, a wire 52 from which a coating for measuring a voltage was removed was placed. The specimen was set to 190 mm in width, 50 mm in length, and about 1.8 mm in thickness. The properties of the n-type device are shown as a result of the above test. In thermoelectric properties, n-type devices have higher voltages at lower temperatures than at higher temperatures. For example, when the copper plate on the right side in Fig. 7 is higher in temperature than the copper plate on the left side, the voltage on the right side is lower than the voltage on the left side. When this device is used to construct a closed circuit, current flows from the low temperature section to the high temperature section, and electrons flow from the high temperature section to the low temperature section. In this experiment, the composite material was identified as an n-type device because of its properties.

상기와 같은 방법으로 도 7에 도시된 시편을 이용하여 시편의 수평방향 열전 성질을 측정한 시험 결과는 표 1 내지 표 3와 같다. 표 1은 탄소나노튜브의 함량이 0.5wt%일 때 복합재의 온도차에 따른 전압차를 나타내고, 표 2는 탄소나노튜브의 함량이 1wt%일 때 복합재의 온도차에 따른 전압차를 나타내고, 표 3은 탄소나노튜브의 함량이 3wt%일 때 복합재의 온도차에 따른 전압차를 나타낸다.The results of the measurement of the horizontal thermoelectric properties of the specimen using the specimen shown in FIG. 7 were as shown in Tables 1 to 3. Table 1 shows the voltage difference according to the temperature difference of the composite material when the carbon nanotube content is 0.5 wt%, Table 2 shows the voltage difference according to the temperature difference of the composite material when the carbon nanotube content is 1 wt% When the content of carbon nanotubes is 3 wt%, it represents the voltage difference according to the temperature difference of the composite material.

표 1 내지 표 3을 참조하면, 상기 복합재(40)는 n-타입 소자의 특성을 보여 주었다. 즉, 상기 복합재(40)의 양단의 온도차를 다르게 설정하였을 때, 온도가 낮은 쪽의 전압이 온도가 높은 쪽보다 높게 나타났다. Referring to Tables 1 to 3, the composite material 40 showed characteristics of an n-type device. That is, when the temperature difference between both ends of the composite material 40 was set to be different, the lower temperature side voltage was higher than the higher temperature side.

또한, 상기 복합재(40)의 양단의 온도차가 같을 경우, 상기 탄소나노튜브(2)의 함량이 1wt%인 경우를 제외하고 나머지 시편들에서는 측정 온도가 높을수록 제벡(Seebeck)계수(=전압차/온도차)가 높게 나타났다. Further, when the temperature difference between both ends of the composite material 40 is the same, except for the case where the content of the carbon nanotubes 2 is 1 wt%, the Seebeck coefficient (= voltage difference / Temperature difference).

또한, 상기 복합재(40)의 양단의 온도차가 클수록 제벡계수가 높게 나타났다. In addition, the higher the temperature difference between both ends of the composite material 40, the higher the Seebeck coefficient.

한편, 상기 탄소나노튜브(2)의 함량이 증가할수록 제벡계수가 낮아졌는데, 이는 상기 탄소나노튜브의 함량이 증가하여 전기전도도가 증가되었기 때문이다. On the other hand, as the content of the carbon nanotubes (2) increases, the Seebeck coefficient becomes lower because the content of the carbon nanotubes increases and the electrical conductivity increases.

상기와 같이 시험한 결과, 상기 복합재(40)는 온도차에 따른 전압차를 보였으며, n-타입 소자의 특성을 보였다. 따라서, 상기 복합재(40)는 열에너지 수확 시스템의 구성재료로 사용될 수 있다. As a result of the test as described above, the composite material 40 exhibited a voltage difference according to a temperature difference and showed characteristics of an n-type device. Therefore, the composite material 40 can be used as a constituent material of the thermal energy harvesting system.

한편, 상기 실시예에서는, 상기 고분자 수지로 열경화성 수지를 사용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 열가소성 수지를 사용하는 것도 가능하다. 상기 고분자 수지로 열가소성 수지를 사용하는 경우, 상기 탄소나노튜브와 상기 열가소성 수지를 섞어 필름 형태의 혼합물을 만든 후, 상기 직물 유리섬유의 위나 아래에 놓고 가열을 하게 되면, 상기 열가소성 수지가 녹아서 상기 직물 유리섬유에 침투하게 된다. 이 때, 상기 탄소나노튜브와 상기 열가소성 수지가 섞인 필름 형태의 혼합물과 상기 직물 유리섬유를 두 개의 롤러 사이로 통과시킨 후 가열 가압하는 방법을 이용할 수 있다. 이후, 온도를 낮춰주면, 다시 상기 열가소성 수지가 고체 형태로 되어, 프리프레그가 제작될 수 있다. 상기와 같은 방법으로 여러 장의 프리프레그를 제작하고, 상기 여러 장의 프리프레그를 몰드 위에 적층시켜 복합재를 제작할 수 있다. On the other hand, in the above embodiment, a thermosetting resin is used as the polymer resin, but it is also possible to use a thermoplastic resin. When a thermoplastic resin is used as the polymer resin, a mixture of the carbon nanotubes and the thermoplastic resin is mixed to form a film-like mixture. When the mixture is heated on top of or below the fabric fiberglass, the thermoplastic resin melts, And penetrates into the glass fiber. At this time, a mixture of a film type in which the carbon nanotubes and the thermoplastic resin are mixed and a method in which the woven glass fiber is passed between two rollers, followed by heating and pressing may be used. Thereafter, when the temperature is lowered, the thermoplastic resin becomes solid again to prepare a prepreg. A plurality of prepregs may be manufactured in the same manner as described above, and the plurality of prepregs may be laminated on a mold to produce a composite material.

또한, 상기 고분자 수지로 열가소성 수지를 사용하는 경우, 상기 탄소나노튜브와 상기 열가소성 수지를 섞어 필름 형태로 만든 후, 여러층으로 적층된 직물 유리섬유사이에 삽입하여 가열하고 가압하여 복합재를 제작할 수 있다.When a thermoplastic resin is used as the polymer resin, the carbon nanotubes and the thermoplastic resin are mixed to form a film, and then inserted between the woven glass fibers laminated in several layers, heated and pressed to produce a composite material .

한편, 상기 열경화성 수지를 이용하는 경우에도 탄소나노소재와 열경화성 수지를 필름 형태로 만들어서 복합재를 제조하는 것도 가능한 바, 상기 열경화성 수지를 경화 온도보다 낮은 온도에서 부분 경화를 시키는 방법으로 필름 형태로 만들고, 이를 직물 유리섬유 사이에 삽입 후 진공압을 걸어주거나 가압한 후 경화온도로 상승시켜 제조하는 것도 물론 가능하다. 다만, 탄소나노소재와 고분자 수지를 필름 형태로 만들어서 복합재를 제조하는 방법에서 상기 고분자 수지는 열가소성 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다. In the case of using the thermosetting resin, it is also possible to produce a composite material by making the carbon nanomaterial and the thermosetting resin into a film form. The composite material can be produced by forming the film by a method of partially curing the thermosetting resin at a temperature lower than the curing temperature, It is of course possible to produce by pressing or applying vacuum pressure between the fabric glass fibers after the insertion, and then elevating to the curing temperature. However, it is more preferable to use a thermoplastic resin as the polymer resin in a method of producing a composite material by making a carbon nanomaterial and a polymer resin into a film form.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

2: 탄소나노튜브 4: 에폭시
6: 경화제 10: 혼합물
12: 프리프레그 40: 복합재2: Carbon nanotubes 4: Epoxy
6: Hardener 10: mixture
12: prepreg 40: composite material

Claims (15)

열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서,
탄소나노소재와 고분자 수지를 이용하여 혼합물을 만드는 단계와;
상기 혼합물에 비전도성 섬유를 함침하여 프리프레그를 제작하는 단계와;
상기 프리프레그를 원하는 형상의 복합재로 제작하는 단계를 포함하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.A method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device,
Making a mixture using a carbon nanomaterial and a polymer resin;
Impregnating the mixture with a nonconductive fiber to prepare a prepreg;
And forming the prepreg into a composite material having a desired shape. The method of manufacturing a multi-scale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device, comprising: 청구항 1에 있어서,
상기 혼합물을 만드는 단계는,
상기 탄소나노소재와 고분자 수지를 섞어 예비 혼합물을 만드는 과정과,
상기 예비 혼합물에서 상기 탄소나노소재를 분산시켜 혼합물을 만드는 과정을 포함하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1,
The step of making the mixture comprises:
Preparing a preliminary mixture by mixing the carbon nanomaterial and the polymer resin,
And dispersing the carbon nanomaterial in the preliminary mixture to prepare a mixture. The method of manufacturing a multisquare composite material for a n-type device of a thermoelectric device, 청구항 2에 있어서,
상기 탄소나노소재를 분산시켜 혼합물을 만드는 과정은,
상기 예비 혼합물을 3-롤 밀(3-roll mill)에 설정횟수 통과시키는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method of claim 2,
The process for producing the mixture by dispersing the carbon nanomaterial includes:
Wherein the preliminary mixture is passed through a 3-roll mill a predetermined number of times. 청구항 2에 있어서,
상기 탄소나노소재를 분산시켜 혼합물을 만드는 과정은,
상기 예비 혼합물을 설정시간동안 초음파 처리하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method of claim 2,
The process for producing the mixture by dispersing the carbon nanomaterial includes:
Type element of a thermoelectric device for ultrasonically processing the premix for a set time. 청구항 1에 있어서,
상기 프리프레그를 제작하는 단계는,
상기 혼합물을 상기 비전도성 섬유에 부은 후, 비닐 백으로 덮고 가압하여 여분의 혼합물을 제거하여 제작하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1,
The step of fabricating the prepreg may include:
Wherein the mixture is poured into the nonconductive fiber, followed by covering with a vinyl bag and pressing to remove the excess mixture, thereby manufacturing an n-type device for a thermoelectric device. 청구항 1에 있어서,
상기 프리프레그를 제작하는 단계는,
상기 혼합물과 상기 비전도성 섬유를 두 개의 롤러 사이로 통과시킨 후 가열하여 제작하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1,
The step of fabricating the prepreg may include:
Wherein the mixture and the nonconductive fiber are passed through two rollers and then heated to produce an n-type device for a thermoelectric device. 청구항 1에 있어서,
상기 프리프레그를 제작하는 단계는,
상기 혼합물을 필름 형태로 만든 후, 상기 필름 형태의 혼합물을 상기 비전도성 섬유의 한쪽 혹은 양쪽에 적층한 후 가열하여 제작하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법The method according to claim 1,
The step of fabricating the prepreg may include:
A method of manufacturing a multiscale composite material used for an n-type device of a thermoelectric device in which the mixture is formed into a film, and the film-like mixture is laminated on one or both sides of the nonconductive fiber and then heated 청구항 1에 있어서,
상기 복합재로 제작하는 단계는,
상기 프리프레그를 몰드 위에 위치시킨 후, 핸드 레이업 방법 또는 오토클레이브 방법을 이용하여 원하는 형상의 복합재로 제작하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1,
The method of claim 1,
Wherein the prepreg is placed on a mold, and then the prepreg is formed into a composite material having a desired shape by using a hand lay up method or an autoclave method. 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서,
탄소나노소재와 고분자 수지를 이용하여 혼합물을 필름 형태로 만드는 단계와;
상기 필름 형태의 혼합물을 여러층으로 적층된 비전도성 섬유 사이의 각 층에 삽입한 후 가열하여 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.A method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device,
Making the mixture into a film form using a carbon nanomaterial and a polymer resin;
Inserting said film-like mixture into each layer between non-conductive fibers laminated in layers and then heating to produce a composite material. 청구항 9에 있어서,
상기 고분자 수지는 열가소성 수지를 사용하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method of claim 9,
Wherein the polymer resin is used for an n-type device of a thermoelectric device using a thermoplastic resin. 청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
상기 탄소나노소재는 (carbon nanotube), 박리흑연나노플레이트(Exfoliated Graphite Nanoplatelet), 그래핀(graphene), 팽창흑연, 풀러렌(Fullerene, C60), 카본블랙(carbon black) 및 탄소나노섬유(carbon nanofiber) 중 적어도 하나를 사용하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1 or 9,
The carbon nanomaterials may be carbon nanotubes, exfoliated graphite nanoparticles, graphene, expanded graphite, fullerene (C60), carbon black, and carbon nanofibers. Gt; a < / RTI > thermoelectric device using at least one of < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > 청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
상기 비전도성 섬유는 유리섬유와 아라미드 섬유(aramid fiber) 중 적어도 하나를 사용하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1 or 9,
Wherein the nonconductive fiber is used in an n-type device of a thermoelectric device using at least one of glass fiber and aramid fiber. 청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
상기 비전도성 섬유는, 직조된 직물 섬유, 특정방향으로 부분 혹은 전체가 정렬된 섬유 및 임의 방향으로 정렬된 섬유 중 적어도 하나를 사용하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.The method according to claim 1 or 9,
Wherein the nonconductive fiber is used in an n-type device for a thermoelectric device using at least one of woven fabric fibers, partially or totally aligned fibers in a specific direction and fibers aligned in any direction . 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법에 있어서,
탄소나노소재와 고분자 수지를 용기에 넣은 후 설정시간동안 저어서 섞어 혼합물을 만들고, 상기 혼합물을 페이스트 믹서기를 이용하여 섞는 단계와;
상기 혼합물을 3-롤 밀(3-roll mill)에 설정횟수 통과시켜서 상기 고분자 수지에 상기 탄소나노소재를 분산시키는 단계와;
상기 혼합물을 직물 유리섬유에 부은 후, 비닐 백으로 덮고 가압하여 여분의 혼합물을 제거하고, 상기 혼합물에 상기 직물 유리섬유가 함침된 프리프레그를 제작하는 단계와;
상기 프리프레그를 몰드 위에 위치시킨 후, 핸드 레이업 방법과 핫플레이트를 이용하여 원하는 형상의 복합재로 제작하는 단계를 포함하는 열전 장치의 n-타입 소자에 사용되는 멀티 스케일 복합재의 제조방법.A method of manufacturing a multiscale composite material for use in an n-type device of a thermoelectric device,
Mixing the carbon nanomaterial and the polymer resin into a container, stirring the mixture for a preset time to prepare a mixture, and mixing the mixture using a paste mixer;
Passing the mixture through a 3-roll mill a predetermined number of times to disperse the carbon nanomaterial in the polymer resin;
Pouring the mixture into a fabric glass fiber, covering the fiberglass with a vinyl bag and pressing it to remove the excess mixture, and preparing a prepreg impregnated with the fabric glass fiber in the mixture;
Comprising the steps of positioning the prepreg on a mold, and then fabricating the composite into a desired shape using a hand layup method and a hot plate. 청구항 1, 청구항 9 또는 청구항 14 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 멀티 스케일 복합재.A multi-scale composite material produced by the method of any one of claims 1, 9,

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