KR102033714B1 - 사물인터넷 기반의 투명한 발열 유리 및 이의 제조 방법 - Google Patents

사물인터넷 기반의 투명한 발열 유리 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 카본 소재기반의 투명전도성 화합물을 이용한 발열체 제조기술을 바탕으로 복층 창호시스템에 IoT기술을 접목함으로서 투명한 발열유리의 온도를 최적으로 제어하고자 하는 시스템을 갖추는 것으로 현재 사용되고 있는 CNT(카본나노튜브)의 경우 낮은 카본 함량에 의해 발열체로서 유리에 적용 시 소비전력이 높아 CNT-Graphite(카본나노튜브-흑연)를 혼합하여 적용함으로서 소비전력을 낮추고 스크린 프린트 인쇄법을 이용하여 발열 층의 패턴 폭을 50~100㎛ 수준으로 균일하게 도포함하며 전기전도도가 우수한 투명한 발열체가 도포된 유리를 만들어 열을 고르게 전달하는 것과 함께 나노섬유형태의 전도성 고분자소재를 전기방사를 통하여 투명하게 부착시킴으로서 유리 전체의 발열을 균일하면서도 방사효율을 최대로 높일 수 있도록 창호시스템용 유리를 제조하고 상기 유리를 복층 구조와 유리 표면의 친수특성 등을 통하여 김서림 방지와 보온력 향상 및 발열부의 온도를 IoT기술로서 효율적으로 제어할 수 있도록 하였다.

Description

사물인터넷 기반의 투명한 발열 유리 및 이의 제조 방법{TRANSPARENT HEATING SUBSTRATE USING IoT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SUBSTRATE}
본 발명은 나노 카본 소재기반의 투명전도성 화합물을 이용한 발열체 제조기술을 바탕으로 복층 창호시스템에 IoT기술을 접목함으로서 투명한 발열유리의 온도를 최적으로 제어하고자 하는 시스템을 갖추는 것으로 현재 사용되고 있는 CNT(카본나노튜브)의 경우 낮은 카본 함량에 의해 발열체로서 유리에 적용 시 소비전력이 높아 CNT-Graphite(카본나노튜브-흑연)를 혼합하여 적용함으로서 소비전력을 낮추고 스크린 프린트 인쇄법을 이용하여 발열 층의 패턴 폭을 50~100㎛ 수준으로 균일하게 도포함하며 전기전도도가 우수한 투명한 발열체가 도포된 유리를 만들어 열을 고르게 전달하는 것과 함께 나노섬유형태의 전도성 고분자소재를 전기방사를 통하여 투명하게 부착시킴으로서 유리 전체의 발열을 균일하면서도 방사효율을 최대로 높일 수 있도록 창호시스템용 유리를 제조하고 상기 유리를 복층 구조와 유리 표면의 친수특성 등을 통하여 김서림 방지와 보온력 향상 및 발열부의 온도를 IoT기술로서 효율적으로 제어할 수 있도록 하였다.
일반적으로 발열이 필요한 곳에는 발열체로서 니크롬선이나 기타 금속발열체가 널리 사용된다. 그러나 이러한 금속발열체는 불투명한 소재이므로 투명한 유리에 적용하기 어렵고 발열이 되는 가열선 등의 발열체 및 이에 전원을 인가하기 위한 전기 배선이 복잡하게 설치되어 있으며, 이러한 발열체를 설치하기 위해서는 일정한 공간이 필수적으로 필요하게 되어 장치의 부피가 커지는 원인이 되기도 한다. 나아가, 전력 공급은 가정용인 220V의 전압을 통하여 이루어지므로, 고전압 전기의 절연이 필요하고, 많은 전력이 소비되는 등의 문제가 발생된다.
때문에 상기의 문제점들을 해소하기 위하여 CNT(카본나노튜브)가 많이 활용되고 있는 실정이다.
상기 발열체의 소재로서 사용되는 CNT(카본나노튜브)는 1991년 일본인 과학자에 의해서 발견되어 특성이 구리보다 높은 전기적 특성과 다이아몬드보다 높은 열적특성, 강철의 수 천 배되는 기계적 특성을 가지는 물질을 양산하고 적용하기 위한 기간이 20년 이상이 되었으며 이물질은 다양한 물질의 첨가제로도 응용되고 있다.
특히, 정전기 방지, 전자파 차폐, 레이더파 흡수, 차음, 방음, 방열, 발열 등의 특성을 가지고 있어 기능성 소재에 다양하게 적용되며, 전기, 전자, 자동차, 선박, 항공기, 스포츠, 군사용 등 다양한 분야의 부품소재 첨가물로 쓰이고 있다.
그러나 이러한 CNT를 분산하는 기술과 적용방법의 개발이 부족하여, 좀 더 다방면에 적용하지 못하고 있는 것이 현실이다.
최근에는 CNT 또는 탄소섬유를 기반으로 하는 발열체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, CNT가 포함된 발열체는 공기 오염과 소음이 없고 위생적이며 인체에 유익한 원적외선을 방출하는 등의 장점을 활용하여 온열치료, 건강 사우나, 의류, 침구류, 건설 난방재, 결빙 적성 방지용, 농수산물 건조용, 양돈 양계 축사용, 화학 공장이나 가스 운반선의 파이프 보온용 등과 차세대 주거용 난방재로 널리 이용하기 위한 적용방법 연구가 많이 진행되고 있다.
그러나 현재까지 개발된 발열체는 발열체 상에 전극과 같은 전원 인가를 직접 형성시켜 발열하는 것이 주를 이루고 있다. 이는 발열체와 전극 사이 경계면에서의 이상 고온 발열로 인한 안전사고 및 발열체 상의 이물질에 의한 핫스팟(hotspot)의 발생으로 인한 국소 발열로 인하여 안전사고가 발생할 수 있다.
또한, 탄소섬유가 포함된 발열체는 100℃ 이상의 온도로 상승하지 않으며, 단선이 될 경우 발열되지 않아 사용할 수가 없다.
또한, 이러한 발열체는 발열체의 수명이 급격히 단축될 뿐만 아니라, 표면 찍힘 등과 같은 외부 충격으로 발열체 일부분에 손상이 발생할 경우 화재, 감전등과 같은 안전사고 발생 및 성능 저하가 된다는 문제점이 있다.
이러한 CNT의 문제점을 보완하기 위하여 첨가하여 사용할 수 있는 소재가 그라파이트(흑연)로서 흑연은 도전성과 내정전성을 가지고 있고, 발열체 전체에 전류를 고르게 분산시킬 수 있고, 환경적으로 안전하고, 저렴할 뿐만 아니라 비교적 다루기 쉽기 때문에 각종 발열 장치의 발열재로 사용되고 있다.
종래의 발열체용 소재로서의 흑연을 균일하게 분산시키기 위해 계면활성제 등의 분산제를 포함하고 있으나, 발열층을 형성하는 경우 흑연과 합성수지 용액의 비중 차이로 흑연이 발열층 하부로 침전되어 전체적인 전기전도성이 불균일하고 굴절시 발열층이 쉽게 파열되고 발열체용 조성물의 주성분으로 발열층을 구성하는 합성수지는 압력을 가하면 얇아짐으로 발열층 위에 무거운 물건 등이 올려져서 부분적으로 압력을 받게 되면 상기 압력에 의해 얇아진 부분의 저항이 증가하여 전압이 높아져 화재가 발생할 우려가 있었다.
상기의 전도성 그라파이트(흑연)와 전도성 카본으로 된 발열체는, 주로 전기 보료, 전기 매트, 전기 침대 매트, 주택의 주거용 난방바닥, 의료용 온열기, 차량용 시트, 의류용 온열조끼, 농자재용 비닐하우스 난방, 사우나, 산업용 건조기 등에 적용되는 발열체로 사용되고 있으나 투명성을 요구하는 유리분야에 적용은 기술적으로 불가능하였다.
또한, 발열층 소재와 별도로 일반적으로 사용되는 복층유리는 실내외측 유리 사이에 일정한 공간부를 형성하고, 공간부가 진공 상태를 이루게 함으로서, 실내의 열에너지의 손실을 감소시킬 수 있으며, 또한 실외의 소음을 차단할 수 있어 보다 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있게 해 주는 장점이 있어 일반적으로 많이 사용되고 있으나 겨울철 실내와 실외의 온도차이가 크거나, 온도의 변화가 급격한 날씨에 대기 중의 상대습도가 높은 경우, 건물의 유리창뿐만 아니라 자동차의 창문, 안경 등에 작은 수증기 물방울이 맺혀 외부의 물체를 확인하기 곤란한 경우를 겪게 된다. 이러한 현상은 대기중의 수증기가 급격한 온도차이로 인해 유리에 응축되어 응축 면과 물의 표면장력 차이에 의해 수십에서 수백 마이크론 크기의 작은 물방울을 형성하게 되고, 이것에 의해 빛이 산란되어 상이 뿌옇게 흐려지는 것이다.
이러한 김서림 현상을 해소하기 위한 노력으로서, 계면활성제를 이용한 표면처리를 통해 김서림 방지 특성을 부여하는 기술이 개발되었으나 그 특성이 장시간 유지되지 못하는 문제점이 발생하였다. 이로 인해 일반적으로 사용되는 코팅방식에서 탈피하고자 김서림 현상을 방지할 수 있는 다양한 방식이 개발되고 있는 실정이다.
그러나, 현재까지 개발된 김서림 방지 조성물 및 필름은 대부분 수명이 짧은 코팅방식이 일반적이며, 다양한 복합소재 개발과 융복합소재의 응용으로 유리면에 발열소재를 인쇄하여 김서림을 방지하는 기술이 상용화되고 있기는 하지만, 시공 단가가 비싸고, 합성소재 필름에 방열소재를 패턴작업하고 필름으로 2차코팅을 해야 하는 경우가 대부분이기 때문에 제조 원가가 상승하고 불량 발생 가능성이 증가하며 제조공정이 번거로워지는 문제점이 발생하고 있다. 또한, 상기와 같이 2차 코팅 작업으로 인해 중량이 증가하여 관리 및 시공에 제약이 따르는 문제점이 있다.
또한 최근 사물을 유무선 통신망으로 연결하고 센서에서 발생하는 실시간 데이터를 사람의 개입 없이 인터넷으로 주고받는 환경이 형성됨으로서 이와 같은 사물인터넷(IoT : Internet of Things)과 관련된 새로운 산업의 발전을 상기의 투명한 발열 창호시스템에 적용함으로서 서로 다른 플랫폼 사이에서 연동가능하며, 사물인터넷에 요구되는 다양한 조건을 만족할 수 있는 새로운 형태의 데이터를 제공하여 양방향 통신 및 디바이스 제어로 사용자가 원격조절하거나, GPS로 위치정보와 기상정보를 이용하여 동파방지, 온도유지, 눈녹임을 위해 자동으로 제어되는 열선 시스템에 이용가능하게 되었다.
한국등록특허 제10-1488898호 (등록일 : 2015.01.27) 한국등록특허 제10-0992154호 (등록일 : 2010.10.29)
본 발명은 탄소나노튜브(CNT, Carbon NanoTube 이하, ‘CNT’라 함)와 흑연(Graphite)이 포함된 복합소재인 투명전도성 화합물를 도포한 발열체를 투명한 면상으로 유리에 만들어 IoT 온도제어 기술을 적용함으로서 낮은 소비전력만으로 투명하며, 소재에 최적인 코팅방법으로 두께를 조절하여 발열온도를 조절할 수 있는 탄소나노튜브와 흑연을 이용한 투명한 발열기판 및 이의 제작방법에 관한 것이며 이에 더하여 투명전도성 화합물이 도포된 발열체상에 전도성의 나노파이버 고분자 소재를 전기방사를 통하여 도포시킴으로서 투명성을 유지하면서 기판 전체의 온도제어가 가능하고 최적의 효율로 향상시킴으로서 문제점을 해결하고자 하였다.
또한, 최적의 유리기판 표면의 온도제어를 위하여 새로운 IoT기술을 적용하고 초친수 무기 나노코팅을 기판의 최상층에 함으로서 발열체의 보호와 함께 실내외 온도차에 따른 김서림현상을 초친수 기능에 의하여 해결하고자하였다.또한, 태양광 발전 또는 온실 등과 같이 광의 투과와 반사에 민감한 곳에 사용되는 유리에 상기 투명전도성 화합물를 도포한 발열체를 활용함으로서 동파방지, 온도유지, 눈녹임 등을 통하여 효율을 높이고자 하였다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로는 투명 전도성 화합물의 제조와 제조된 투명 전도성 화합물을 유리 기판에 도포하는 공정기술이 필요하며 투명 전도성 화합물이 도포된 발열체의 온도를 효율적으로 제어하기 위한 기술이 필요하다. 상기의 투명 전도성 화합물은 직경 10∼800nm, 길이 3~5㎛의 입자로 이루어진 CNT(Carbon nano tube) , Graphite, Graphene, Ag nanowire, Cu nanowire, CNT-Graphite, CNT-Graphite-Graphene,ITO(Indium Tin Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide 등으로 구성된 투명 전도성 화합물과 폴리 아크릴수지, 실리콘고무, PBR(Polybutadiene Rubber), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), NDBR(Neodymium Butadiene Rubber), SSBR(Solution Styrene Butadiene Rubber), 아크릴고무, 불소고무, 우레탄, PA(Polyamide), 수용성 나일론 수지액, PVC수지액, 폴리에틸렌 수지(PE)액, 폴리우레탄 수지(PU)액, 폴리에스테르 수지(PS)액, 실리콘 수지액 중 어느 하나로 된 바인더용 접착제와 산화방지제, 소포제, 분산제 등을 사용하여 제조하고 기존 발열체에 적용되는 카본나노튜브의 높은 밀도로 인해 발생하는 낮은 발열특성 문제점과 10~30wt% 정도의 낮은 함량으로 인해 발생하는 문제점을 갖는 발열창호 시스템에 사용되는 유리기판에 적용 시 550W/m2 이상의 높은 소비전력의 문제점을 극복하기 위하여 탄소나노튜브에 Graphite(흑연)을 혼합함으로서 CNT-Graphite 혼합에 따른 50wt%이상의 높은 carbon 함량을 갖게 함으로서 발열창호 시스템의 유리기판에 적용 시에도 120W/m2 정도로 소비전력을 낮추고자 하였다. 또한, 투명전도성 화합물을 이용하여 선폭이 50∼100㎛로 패턴화되고 선폭과 선폭사이는 3-5mm의 간격으로 이격되도록 배치되며 두께가 0.1㎛∼10㎛로 스트라이프, 모눈, 물결 무늬, 지그재그, 마름모, 원형 및 이들이 조합 등으로 도포하여 다양한 형태로 패턴을 제어함으로서 전기전도도가 우수한 발열유리로 투명창에 열을 고르게 전달 할 수 있도록 함으로서 김서림 방지 및 보온력을 향상시킬 수 있도록 하였다.
또한, 상기의 투명전도성 화합물로 도포된 면상 발열체는 가시광선 투과율이 최소 50% 이상이며, 헤이즈값이 0.5∼6%이며, 표면 저항값이 5∼50,000Ω/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
상기 투명한 면상 발열체의 비저항 값은 0.5 KΩ·cm 이상 1 KΩ·cm 이하인 투명 또는 불투명 전도성 재료를 포함하는 전도성 발열 패턴을 포함하고 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법 등으로 형성할 수 있다.
또한, 투명한 면상 발열체의 형성 후 PAN Nanofiber Polymer(폴리아크릴로니트릴 나노파이버 폴리머)를 전기방사(Electrospinning)법으로 도포하여 투명 유리 전면의 온도를 최적으로 제어할 수 있도록 할 수 있다.
상기 전기방사의 경우 노즐과 유리사이 거리는 10~20cm 수직한 상측에 위치하여 0.1~10 wt%의 PAN Polymer을 포함하고 점도 2,000~3,000cp의 방사액을 방사전압 12~27KV로 직경 500~800nm이하의 PAN Nanofiber Polymer를 방사하여 유리표면의 발열 효율을 높이고하자 하였다.
PAN Polymer의 경우 메틸 아크릴산염(methyl acrylate)을 포함하는 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile) 코폴리머에 용매로서 디메틸 술폭시화물(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethylformamide) 또는 DMAC(dimethylacetamide) 중 어느 하나를 이용하여 용해시켜 PAN Nanofiber Polymer를 제조할 수 있다.
전기방사의 경우 PAN Polymer와 용해제가 혼합된 용액을 흘려주는 노즐에 양(+)의 전원, 상기 투명한 면상 발열체가 도포된 투명 유리위에 음(-)의 전원을 공급하여 전압에 따라 PAN Nanofiber Polymer를 수십 또는 수백 가닥으로 최종적으로 중력방식으로 도포하여 투명 유리의 전면에 대한 온도를 제어할 수 있다.
본 발명은 현재 사용되고 있는 CNT(카본나노튜브)의 낮은 카본 함량에 의해 발생할 수 있는 소비전력 문제를 CNT-Graphite(카본나노튜브-흑연)를 혼합 적용하여 소비전력을 낮추고 스크린 프린트 인쇄법을 이용하여 발열 층의 패턴 폭을 50~100㎛ 수준으로 균일하게 함으로서 전기전도도가 우수한 투명한 발열유리를 만들어 열을 고르게 전달하는 것과 함께 나노섬유형태의 전도성 고분자소재를 전기방사를 통하여 투명하게 부착시킴으로서 유리 전체의 발열을 균일하면서도 방사효율을 최대로 높일 수 있도록 창호시스템용 유리를 제조하고 상기 유리를 복층 구조와 함께 유리표면을 친수특성의 코팅을 적용함으로서 기계적 특성향상, 김서림 방지, 보온력 향상 및 발열부의 온도를 IoT기술로서 효율적으로 제어할 수 있도록 하였다.
또한, 유리면의 일부에서 열이 발생하는 것이 아니라 전면이 골고루 발열되도록 제어할 수 있으며 다양한 형태와 두께의 발열체를 제작할 수 있다.
더욱이, 외부 충격으로 인한 손상, 표면 이물질 등으로 인한 핫스팟 발생을 미연에 방지할 수 있어 안전사고 예방뿐만 아니라, 발열체의 수명을 연장시킬 수 있으며 CNT-Graphite 복합소재 발열체는 방출되는 원적외선으로 인하여 건강에 많은 도움을 줄 수 있는 발열체를 제작할 수 있다.
또한, 기존의 면상발열체 대비 전력이 절감되며, 친환경 발열 소재를 사용하고 있으며, 전자파를 발생시키지 않고, 흡수되는 효과가 있다.
또한, 상기의 투명전도성 화합물로 도포된 면상 발열체는 가시광선 투과율이 최소 50% 이상이며, 헤이즈값이 0.5∼6%이며, 표면 저항값이 5∼50,000Ω/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발열체 제작 공정도
도 2는 본 발명에 따른 유리기판 단면도
도 3은 본 발명에 따른 발열체 제작 순서도
도 4는 본 발명에 따른 전기방사법 개념도
도 5는 본 발명에 따른 PAN 나노파이버 전자현미경 사진
도 6는 본 발명에 따라 완성된 투명 유리기판
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
도면들에서 요소의 크기, 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 더욱 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기의 발열체의 소재인 투명전도성 화합물은 직경이 10∼800nm이며 길이 3~5㎛의 입자로 이루어진 CNT(Carbon nano tube) , Graphite, Graphene, Ag nanowire, Cu nanowire, CNT-Graphite, CNT-Graphite-Graphene,ITO(Indium Tin Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide 등의 입자로 구성되며 폴리 아크릴수지, 실리콘고무, PBR(Polybutadiene Rubber), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), NDBR(Neodymium Butadiene Rubber), SSBR(Solution Styrene Butadiene Rubber), 아크릴고무, 불소고무, 우레탄, PA(Polyamide), 수용성 나일론 수지액, PVC수지액, 폴리에틸렌 수지(PE)액, 폴리우레탄 수지(PU)액, 폴리에스테르 수지(PS)액, 실리콘 수지액 중 어느 하나로 된 바인더용 접착제와 촉매 및 분산제를 사용하여 제조하고 상기의 100중량부의 투명 전도성 화합물은 탄소나노튜브에 Graphite(흑연)을 혼합함으로서 CNT-Graphite 혼합에 따른 60~80중량부, 바인더용 접착제는 5~20중량부, 촉매 1~5중량부, 분산제 1~5중량부 및 나노 무기화합물 1~5중량부를 포함할 수 있다.
상기의 투명 전도성 화합물을 활용하여 발열체를 제작하는 공정을 하기의 도면을 이용하여 상세히 설명하면
먼저 본 발명은 투명 발열 유리기판을 제공한다. 도 1은 본 발명에 따른 투명전도성 화합물을 도포한 투명 발열 유리기판의 일실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 투명 유리기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 발열기판은 후술하는 투명 전도성화합물이 도포된 발열층이 형성되는 베이스의 역할을 한다.
본 발명에서는 발열기판은 열이 발생하므로 이 발열에 따른 내열성을 구비해야 하므로 투명하면서도 내열성이 우수한 소재인 단일 실리콘, p-Si, 규산알칼리계 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리, 실리콘 기판, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드, 폴리아마이드 및 이들의 조합으로 이루어진 소재를 선택하는 것이 바람직하며 구체적으로는 본 발열기판이 적용되는 제품에서 요구되는 내열 온도 수준이나 인체 무해성 등이 서로 다를 수 있으므로, 적용 제품에 따라 서로 다른 소재의 기판을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 바인더용 접착제는, 다양한 합성수지 중에서 투명성과 내열성을 동시에 만족시키는 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly Methly MethAcrylate; PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene; PTFE), 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리 아크릴수지, 실리콘고무, PBR(Polybutadiene Rubber), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), NDBR(Neodymium Butadiene Rubber), SSBR(Solution Styrene Butadiene Rubber), 아크릴고무, 불소고무, 우레탄, PA(Polyamide), 수용성 나일론 수지액, PVC수지액, 폴리에틸렌 수지(PE)액, 폴리우레탄 수지(PU)액, 폴리에스테르 수지(PS)액, 실리콘 수지액 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 의한 발열기판은 상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브와 흑연을 포함한 투명 전도성화합물이 도포된 발열층을 포함한다.
구체적으로, 상기 투명 전도성화합물이 도포된 발열층은 투명 전도성화합물을 상기 기판 상에 도포한 후 열처리하여 형성한다. 구체적으로, 상기 투명 전도성화합물이 도포된 발열층은 탄소나노튜브와 흑연이 60~80 중량부를 기준으로 하여, 바인더용 접착제 5 내지 20중량부, 촉매 1~5중량부, 분산제 1~5중량부 및 나노 무기화합물 1~5중량부를 포함한다.
상기 탄소나노튜브(Carbon NanoTube; CNT)는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 소재로서, 관의 지름이 수 내지 수십 나노미터에 불과하다. 이러한 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 다이아몬드처럼 매우 우수하고, 강도100배나 뛰어나다. 또한, 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％는 철강보다 가 변형되어도 견딜 수 있는 내구성이 있다.
상기 탄소나노튜브와 흑연이 혼합하여 60 중량부 미만 사용하면 전도성이 저하되어 발열량이 충분하지 못하게 된다. 반면, 상기 탄소나노튜브와 그라파이트의 80 중량부를 초과하여 사용하면, 바인더용 접착제의 양이 상대적으로 적어져서 상기 기판(100) 상에 내구성 있도록 안정적이고 견고하게 형성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 바인더용 접착제로는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 또는 폴리올레핀계 수지를 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 바인더용 접착제는 상기 탄소나노튜브와 혼합되어, 전원이 인가되는 경우 발열을 원활하게 하고, 또한, 탄소나노튜브 성분이 균일하고 견고하게 상기 기판 상에 고정 형성되도록 하는 작용을 한다. 상기 바인더용 접착제는 약 5~20 중량부 사용하는데, 사용량이 5 중량부 미만이면 잉크나 페이스트 형태가 될 수 없고, 반면 사용량이 20중량부를 초과하면 전도도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 투명 전도성화합물은 촉매 1~5중량부, 분산제 1~5중량부 및 나노 무기화합물 1~5중량부를 더 포함한다.
상기 촉매 및 분산제는 상기 투명 전도성화합물에서 상기 탄소나노튜브와 흑연 , 상기 바인더용 접착제와 균일하게 분산되어 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 촉매 및 분산제를 1 중량부 미만 사용하면 투명 전도성화합물의 점도가 높아져서 상기 기판 전체면에 균일한 두께로 도포하는 것이 어려워질 뿐만 아니라, 일정한 분산효과를 기대하기 어렵다. 한편, 상기 촉매 및 분산제를 10 중량부를 초과하여 사용하면, 분산효과나 도포의 균일성은 향상되지 않고 후술하는 열처리 시간이 증가되는 문제점이 발생한다.
여기서 필요에 따라 나노 무기화합물 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 나노 무기화합물은 기계적 강도와 화학적 내구성이 우수한 소재로서 알칼리 금속을 포함한 실리케이트의 일종이다. 본 발명에서 나노 무기화합물을 사용하면, 그물 형상의 매트릭스를 형성하여 탄소나노튜브와 흑연 성분을 포함하는 발열층이 더욱 더 균일하고 기밀성이 향상되어 견고하게 기판 상에 부착될 수 있다. 따라서, 발열기판 전체면에서 균일한 열 발생이 가능해지고 또한, 발열층이 기판으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 나노 무기화합물을 1 중량부 미만 사용하면 부착 성능의 향상 정도가 미미해서 나노 무기화합물을 첨가하지 않는 경우와 구별되는 효과를 기대할 수 없고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 화학적 결합력이 약화되고 발열이 효과적으로 일어나지 않게 될 뿐만 아니라, 발열층 두께 조절에 의한 온도 조절을 미세하게 할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 발열기판에서는 상기 투명 전도성화합물을 이용한 발열층(200)의 두께를 조절하여 발열기판의 비저항을 조절할 수 있고, 상기 비저항이 변경됨에 따라 발열량도 조절되므로, 결과적으로 발열층의 두께를 조절함으로서 손쉽게 발열온도를 조절할 수 있다.
또한, 투명전도성 화합물의 점도는 5,000 내지 20,000cP를 가지는 것이 바람직하다. 여기서 점도가 5,000cP 미만이면, 지나치게 묽어서 도포 두께를 정밀하게 제어하기 어렵다. 반대로 20,000cP를 초과하면 지나치게 끈적끈적하여 기판 전체 면상에 국부적으로 두께 차이가 발생되지 않도록 균일하게 도포하는 것이 어려워진다.
또한, 투명전도성 화합물을 이용하여 선폭이 50∼100㎛로 패턴화되고 선폭과 선폭사이는 3~5mm의 간격으로 이격되어 배치되며 두께가 0.1㎛∼10㎛로 스트라이프, 모눈, 물결 무늬, 지그재그, 마름모, 원형 및 이들이 조합 등으로 도포하여 다양한 형태로 패턴을 제어함으로서 전기전도도가 우수한 발열유리로 투명창에 열을 고르게 전달 할 수 있도록 함으로서 김서림 방지 및 보온력을 향상시킬 수 있도록 하였다.
또한, 상기의 투명전도성 화합물로 도포된 면상 발열체는 가시광선 투과율이 최소 50% 이상이며, 헤이즈값이 0.5∼6%이며, 표면 저항값이 5∼50,000Ω/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
상기 투명한 면상 발열체의 비저항 값은 0.5 KΩ·cm 이상 1 KΩ·cm 이하인 투명 또는 불투명 전도성 재료를 포함하는 전도성 발열 패턴을 포함하고 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법 등으로 다양하게 형성할 수 있다.
상기와 같이 투명한 면상 발열체가 유리기판에 형성이 된후 150℃ 미만에서 건조를 실시하고 건조 후에 PAN Nanofiber Polymer(폴리아크릴로니트릴 나노파이버 폴리머)를 전기방사(Electrospinning)법으로 도포하여 투명 유리 전면의 온도를 최적으로 제어할 수 있도록 할 수 있다.
상기의 PAN Nanofiber Polymer(폴리아크릴로니트릴 나노파이버 폴리머)는 메틸 아크릴산염(methyl acrylate)을 포함하는 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile) 코폴리머에 용매로서 디메틸 술폭시화물(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethylformamide) 또는 DMAC(dimethylacetamide) 중 어느 하나를 이용하여 용해시켜 PAN Nanofiber Polymer를 제조하고 CNT와 흑연이 도포된 발열 투명유리기판위에 펌프를 통해 상기이 PAN Nanofiber Polymer를 하기 도면에 나타난 전기방사법으로 전자현미경으로 살펴본 도면과 같이 형성한다. 전기방사법은 하기의 도면과 같이 고전압을 인가하기 위한 power supply, 방적돌기(spinneret), 상기의 투명 전도성 화합물이 도포된 발열 유리기판으로 구성되고 펌프를 통해 PAN Nanofiber Polymer를 일정한 속도로 유입량을 조절하여 방적돌기 역할을 하는 노즐을 통해 토출시킬 때 한쪽 전극은 노즐팁에 연결시켜 토출되는 PAN Nanofiber Polymer에 전하를 주입하여 하전시키고 반대전극은 상기의 투명발열기판에 연결한다. 이때 노즐 끝단으로 토출된 PAN Nanofiber Polymer 표면장력에 의해 반구형을 이루는데 표면전하사이의 상호 정전기적 반발력과 외부 전기장에 작용된 쿨롱력에 의해 액상의 상기 PAN Nanofiber Polymer 방울이 원뿔형태의 깔대기 형상으로 연신되어 일명 Talyor cone형상이 이루어진다. 이때 PAN Nanofiber Polymer용액에 계속 축적된 같은 전하의 상호 반발력에 의해 PAN Nanofiber Polymer용액이 가지는 표면장력을 넘어서면서 노즐 끝단의 반구형상이 Talyor cone형상으로 방사 연신되어 수십 또는 수백의 가닥으로 접지된 상기의 투명발열기판으로 섬유들이 모아지게 되어 무작위적으로 배열된 미세 섬유를 형상하게 된다.
Taylor cone이 형성되기 위해서는 노즐과 유리사이 거리는 10~20cm 수직한 상측에 위치하여 방사전압 12~27KV이 되어야 하며 0.1~10 wt%의 PAN Polymer을 포함하고 점도 2,000~3,000cp가 되도록 한 후에 직경 500~800nm이하의 PAN Nanofiber Polymer를 투명 발열 유리기판 표면에 형성하여 유리전면에 발열 효율을 높일 수 있도록 하였다.
이때 좌우 900-1200mm 투명 발열 유리기판에 형성하고자 할 경우 상기 노즐은 500개 이상 필요하며 기판의 크기에 다라 노즐의 개수는 조절할 수 있으며 여기서 노즐의 직경은 0.1~0.2mm이다.
본 발명은 상기 투명전도성 화합물을 이용한 투명 발열기판의 제작방법을 제공한다. 도 3은 본 발명에 따른 투명전도성 화합물을 이용한 투명 발열기판의 제작방법의 일실시 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 기판을 준비하는 단계(단계 S100), 투명전도성 화합물을 준비하는 단계(단계 S200), 상기 투명전도성 화합물을 상기 기판 상에 도포하는 단계(단계S300), 상기 투명전도성 화합물이 도포된 기판을 열처리하는 단계(단계 S400), 발열기판의 전체면에 대한 균일한 온도제어를 위한 전기방사를 이용한 PAN 나노파이버 폴리머를 도포하는 단계(단계S500)를 포함한다.
먼저 본 실시 예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 기판을 준비하는 단계(단계 S100)을 포함한다. 상기 기판은 발열이 발생하므로 내열성이 구비되어야 하므로, 투명하면서도 내열성이 우수한 소재를 선택할 수 있다. 따라서, 내열성이 우수하면서 투명도가 있는 소재의 기판을 적용하고자 하는 장치에 맞는 규격으로 절단하여 준비할 수 있다. 이러한 기판(100)으로는 예를 들면, 단일 실리콘, p-Si, 규산알칼리계 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리, 실리콘 기판, 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly Methly MethAcrylate; PMMA), 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene; PTFE), 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC) 및 이들의 조합으로 이루어진 투명한 기판 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
그리고 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 투명전도성 화합물을 준비하는 단계(단계 S200)를 포함한다.
상기 투명전도성 화합물은 탄소나노튜브, 흑연, 바인더, 촉매 및 분산제를 가지고, 제조된 투명전도성 화합물의 구성 요소 성분비는 상술한 바와 같이, 탄소나노튜브에 Graphite(흑연)을 혼합함으로서 CNT-Graphite 혼합에 따른 60~80중량부, 바인더용 접착제는 5~20중량부, 촉매 1~5중량부, 분산제 1~5중량부 및 선택적으로 본 투명 발열기판의 용도 및 가열온도에 따라 나노 무기소재 1 내지 5중량부를 더 사용할 수 있다.
본 발명은 도포된 발열층의 두께를 조절하여 비저항 및 발열온도를 조절하는 것이므로, 특히 발열층을 균일하게 도포하는 것이 필수적이다. 동시에 발열온도를 통상적으로 건물 또는 태양광 발전용에 사용되는 유리에 적용하고자 할 경우 40 내지120 ℃로 조절하고 발열층은 선폭이 50∼100㎛로 패턴화되고 선폭과 선폭사이는 3~5mm의 간격으로 이격되어 배치되며 두께가 0.1㎛∼10㎛ 가 되도록 한다.
이어서, 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 상기 투명전도성 화합물을 상기 기판 상에 도포하는 단계(단계 S300)를 포함한다.
본 단계에서는 상기 준비된 투명전도성 화합물을 상기 기판 상에 실크스크린 및 다양한 인쇄방식을 사용하여 얻고자 하는 발열온도에 따라 적정한 두께를 도포한다.
계속하여, 본 실시예에 의한 투명 발열기판의 제작방법은 상기 투명전도성 화합물이 도포된 기판을 열처리하는 단계(단계 S400)을 포함한다.
본 단계에서는 상기 투명전도성 화합물이 도포된 기판을 진공챔버가 아닌 대기압 환경에서 약 150 ℃ 이하의 온도로 열처리하여 상기 투명전도성 화합물에 포함된 유기물 및 용매를 휘발시킨다. 이러한 공정에 의하여 상기 기판 상에 발열층이 형성된다.
또한, 발열층이 형성된 후 더욱 정밀하고 균일한 온도제어를 위하여 전기방사 방식을 활용한 PAN 나노파이버 폴리머를 도포하는 단계(단계 S500)를 더 포함한다.
또한, 투명전도성 화합물을 도포 한 후 최상위에 상기 도포된 발열체의 보호와 초친수 및 자정작용 특성과 향상된 기계적 화학적 안정성 등 부가된 기능을 위하여 나노 무기소재를 이용하여 코팅(단계 S600)할 수 있으며, 나노 무기소재의 조성물은 소듐 실리케이트, 포타시움 실리케이트, 리튬 실리케이트와 같은 알칼리 금속 등을 포함한 수용성 실리카로서 상기 투명 전도성 화합물 전체 중량에 대하여 1~ 5중량부를 더 포함할 수 있다.
하기의 표는 본 발명에 따른 기술의 발열성능에 관한 실시내용이다.
구 분 Metal 선상 발열체 Carbon black
면상 발열체		 All CNT 발열체 발명 기술
Carbon
(CNT-Graphite)
면상 발열체
발열 방식 선상 발열 면상 발열 면상 발열 면상 발열
생산 방법 인발/Si Coating Roll to Roll Spray Screen Printing
Carbon 함량 (wt%) - 30 이하 10 이하 70 이상
온도 편차 (± 0 ℃) 10 이상 8이상 10 이상 2
소비 전력 밀도 (W/m2) 150 550 550 120
자외선 안정성 O X △ O
장기 내구성 O X △ O
또한, 상기 투명 전도성 화합물은 메시(mesh)에 의해 균일한 크기로 걸러진 후 포함되는 것이 바람직하다. 상기 투명 전도성 화합물 입자의 크기는 도포에 의해 형성되는 발열층의 두께를 고려하여 0.1㎛ 이하의 범위 내에서 결정될 수 있다.
본 발명에 따라 제작된 투명 발열기판 온도제어(단계 S700)는, IoT 기술을 결합한 온도제어를 위하여 하기의 시스템으로 구성된다.
상기의 IoT 결합형 온도 제어 시스템은, 열선을 관리하는 IoT 결합형 온도 제어 시스템에 있어서, 적어도 하나의 발열체 작동 장치와 적어도 하나의 발열체 운영 장치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 발열체 작동 장치는, 발열체의 온도를 감지하여 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 온도감지부; 상기 온도 감지부와 연결되어 있고, 상기 온도 감지부로부터의 상기 온도 감지 신호에 의해 판정된 온도와 설정 온도를 이용하여 상기 온도 감지부의 상태가 비정상 상태인지를 판정하고, 구동되는 발열체로부터 피드백 되는 발열체 상태 감지 신호에 의해 판정된 저항값이 설정 저항값 이상인 경우, 상기 발열체의 상태를 비정상 상태로 판정하는 IoT 제어부; 상기 IoT 제어부와 연결되어 있고 상기 IoT 제어부의 판정 결과가 저장되는 저장부; 및 상기 IoT 제어부와 연결되어 있고 상기 저장부에 저장되어 있는 판정 결과를 전송하는 IoT 통신부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 발열체 작동 장치로부터 전송되는 판정 결과를 수신하는 운영 통신부; 상기 운영 통신부와 연결되어 있고 상기 운영 통신부로부터 전송되는 판정 결과를 수신하여 상기 적어도 하나의 발열체작동 장치의 동작 상태를 판정하여 출력하는 통합운영 제어부; 및 상기 통합운영 제어부와 연결되어 있고 상기통합운영 제어부에서 출력되는 상기 적어도 하나의 발열체 작동 장치의 동작 상태를 출력하는 표시부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 발열체로부터 수집하는 온도, 습도 등의 데이터와, 공공부분에서 제공하는 지도 등의 데이터 및 다른 플랫폼으로부터 수집한 데이터 등의 원시 데이터(raw data)를 IoT 데이터 모델이나 DIY IoT 데이터 생성 툴(DIY IoT Data Creation Tool)을 이용하여 수집 가공하여 새로운 표준화된 IoT 데이터(IoT Data)를 생성한다.
바람직하게는, 상기 IoT 데이터(IoT Data)는 이종 데이터 결합(heterogeneous data mash-up), 전역적 사용(Global usage), OSMU(one source multi purpose use) 및 지능형 활용 역량(intelligence capability)이다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 IoT 장치(IoT Device)로부터 상기 원시 데이터를 수집할 수 있으며, 수집한 상기 원시 데이터를 실시간 처리를 통하여 IoT 데이터 시장(IoT data Market)에 제공하거나, 이를 데이터 베이스에 저장한 후 가공하여 IoT 데이터 시장에 제공한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 병합(merge), 분기(divergence), 변환(conversion), 필터링(filtering) 등을 통하여 유연하게 매쉬업(mash-up)하여 이종데이터 결합(Heterogeneous Data Mash-up)을 구현한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는, 차량, 선박, 항공기의 운송수단에 설치되어 운송수단에 대한 GPS 위치 데이터와 수화물에 대한 센싱 데이터와 기상 데이터를 병합하여, 운송수단의 온도변화, 특정 수화물의 분실 확률 등 다양한 사고 분석 데이터를 생성한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 링크 데이터 모델(Linked data model)을 이용하여 각각의 데이터를 센싱값의 종류, 센싱값을 생성한 사물, 센싱값의 단위, 센싱한 지역, 센싱값의 용도로 구별한 후, 이들을 서로 연결하는 방식으로 새로운 IoT 데이터를 생성하는 사물인터넷을 위한 데이터의 전역적 사용(Global Usage)을 구현하여
IoT 데이터를 생성한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는, IoT 온톨로지(IoT Ontology) 체계와 관련 사전(Dictionary)을 구축하고 IoT 데이터에 메타 데이터(Meta data)를 추가하여 상기 사물인터넷을 위한 데이터의 전역적 사용(Global Usage)을 구현한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 초기 데이터 모델을 이용하여 IoT 데이터들을 생성하고, 이에 대한 샘플 분석을 수행하여 분석용 키(key)를 도출한 후 도출된 분석용 키(key)를 포함하도록 IoT 데이터 모델(IoT data model)을 설계함으로써 생성된 IoT 데이터에 지능형 활용 역량(Intelligence capability)을 구현한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 표준 데이터 모델에 따라,선택된 산업분야와 비지니스 사례에 따라 기 설정된 형태의 데이터 포맷이 형성되고 그에 따른 사용자가 정의한 형태의 IoT데이터의 API(Application Programming Interface)를 생성한다.
다른 일 실시예에서, IoT 결합형 온도 제어 방법은, IoT 결합형 온도 제어 방법에 있어서, 온도 스위치가 온 상태일 경우, 전원부의 동작이 이루어져 발열체 제어 장치는 동작 상태가 되고 IoT 제어부의 동작이 시작되는 단계; IoT 제어부의 동작이 시작되면, IoT 제어부는 온도 감지부에서 출력되는 온도 감지 신호를 판독하여 발열체의 온도를 판정하는 단계; IoT 제어부는 저장부에 저장되어 있는 설정온도를 읽어와 판정된 발열체의 온도와 각각 비교하는 단계; 판정된 발열체 온도가 설정 온도 이상이거나 이하일 경우, IoT 제어부는 온도감지부가 온도 감지부의 상태를 비정상 상태로 판정한 후 비정상 상태로 판정된 온도 감지부의 상태를 저장부에 저장하고 IoT 제어부는 경고부를 동작시키는 단계; IoT 제어부는 온도 감지부에 대한 비정상 상태의 판정 결과를 IoT 통신부를 통해 해당 온도 감지부가 속해 있는 해당 발열체 작동 장치의 식별 번호와 함께 발열체 운영 장치로 전송하여 해당 온도 감지부의 비정상 상태를 발열체 운영 장치가 인지할 수 있도록 하는 단계; 및 IoT 제어부는 판정된 온도에 따른 해당 크기의 제어 신호를 발열체 작동부로 출력하여 발열체 작동부를 동작시키는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 저장부에 저장되어 있는 설정온도를 읽어와 판정된 발열체의 온도와 각각 비교하는 단계는, 온도 감지부에 의해 감지된 발열체 온도가 설정 온도에 의해 정해진 범위 내에 존재할 경우 IoT 제어부는 온도 감지부의 동작 상태를 정상 상태로 판정한 후 판정 결과를 저장부에 저장하고, 판정된 발열체 온도가 설정 온도를 초과할 경우 IoT 제어부는 현재 발열체의 온도 상태가 동파가 발생할 상태가 아닌 것으로 판정하여 발열체를 구동시킬 상태가 아닌 것을 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 저장부에 저장되어 있는 설정온도를 읽어와 판정된 발열체의 온도와 각각 비교하는 단계는, 판정된 발열체 온도가 설정 온도를 초과할 경우, IoT 제어부는 상기 온도 스위치가 온 상태일 경우, 전원부의 동작이 이루어져 온도 제어 장치는 동작 상태가 되고 IoT 제어부의 동작이 시작되는 단계로 넘어가 온도 감지부에 의해 판정된 발열체 온도를 다시 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 저장부에 저장되어 있는 설정온도를 읽어와 판정된 발열체의 온도와 각각 비교하는 단계는, 판정된 발열체 온도가 설정 온도 이하일 경우, IoT 제어부는 현재 발열체의 온도 상태가 문제가 발생할 수 있는 상태로 판정하고, 발열체의 문제를 해결하기 위해 발열체의 구동이 필요한 상태로 판단하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 IoT 제어부는 판정된 온도에 따른 해당 크기의 제어 신호를 발열체 작동부로 출력하여 발열체 작동부를 동작시키는 단계는, 발열체 작동부가 IoT 제어부에서 출력되는 제어 신호의 크기에 따라 동작 상태가 변하여 제어 신호의 크기에 비례한 크기의 전류가 열선으로 흐르도록 하여 열선의 발열 동작이 이루어지도록 IoT제어부에서 발열 작동부로 인가되는 제어 신호의 크기가 판정된 발열체 온도에 반비례하여 발열체 온도가 낮을수록 증가하는 단계를 더 포함한다.

Claims (17)

  1. 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판 제조에 있어서,
    60~80중량부의 카본나노튜브와 흑연이 결합된 혼합물과 5~20중량부의 바인더용 접착제와 1~5중량부의 촉매, 1~5중량부의 분산제로 구성된 직경 10～800nm와 길이 3~5㎛의 입자 및 점도 5,000 내지 20,000cP로 구성되며 나노 무기화합물 1~5중량부를 포함하는 100중량부의 투명 전도성 화합물 제조(S200);
    상기 투명 전도성 화합물을 기판에 가시광선 투과율이 최소 50% 이상이며, 헤이즈값이 0.5∼6%이며, 표면 저항값이 5∼50,000Ω/㎠ 이며, 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법 중 어느 하나를 이용하고 스트라이프, 모눈, 물결 무늬, 지그재그, 마름모, 원형 및 이들의 조합으로 패턴화된 선폭이 50∼100㎛, 선폭과 선폭사이는 3~5mm 간격으로 이격되며 두께가 0.1㎛∼10㎛로 구성된 발열체 생성(S300);
    상기 발열체의 건조를 위한 열처리 진행(S400);
    상기 건조된 발열체 위에 노즐과 기판 거리가 10~20cm 수직한 상측에 위치하고, 방사전압 12~27KV, 0.1~10 wt%의 PAN Polymer을 포함하며, 점도 2,000~3,000cp로서 직경 800nm이하의 메틸 아크릴산염(methyl acrylate)을 포함하는 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile) 코폴리머에 용매로서 디메틸 술폭시화물(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethylformamide) 또는 DMAC(dimethylacetamide) 중 어느 하나를 이용하여 용해시킨 PAN Nanofiber Polymer를 유리기판의 크기에 따라 노즐의 개수가 조절가능하며 직경 0.1~0.2mm의 노즐을 사용하는 전기방사방법으로 부착(S500);
    상기 발열체의 보호와 초친수 특성을 이용한 김서림방지, 기계적 강도, 화학적 안정성, 자정작용 특성을 갖는 소듐 실리케이트, 포타시움 실리케이트, 리튬 실리케이트로 구성된 알칼리 금속을 포함하는 수용성 나노 무기소재를 이용하여 코팅(단계 S600);
    상기 전도성 나노 섬유가 부착된 기판은 사물인터넷 기술을 활용하여 발열 온도편차를 ±2℃ 및 소비전력밀도 120(W/m2)이하로 제어(S700)하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    카본나노튜브와 흑연이 결합된 투명 전도성 화합물은 Ag nanowire, Cu nanowire, CNT-Graphite-Graphene, ITO(Indium Tin Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    바인더용 접착제는 폴리 아크릴수지, 실리콘고무, PBR(Polybutadiene Rubber), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), NDBR(Neodymium Butadiene Rubber), SSBR(Solution Styrene Butadiene Rubber), 아크릴고무, 불소고무, 우레탄, PA(Polyamide), 수용성 나일론 수지액, PVC수지액, 폴리에틸렌 수지(PE)액, 폴리우레탄 수지(PU)액, 폴리에스테르 수지(PS)액, 실리콘 수지액 중 어느 하나 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    기판은 단일 실리콘, p-Si, 규산알칼리계 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리, 실리콘 기판, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드, 폴리아마이드 및 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
  13. 제 1항에 있어서,
    패턴은 스트라이프, 모눈, 물결 무늬, 지그재그, 마름모, 원형 및 이들의 조합 으로 구성된 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1항에 있어서,
    온도제어는 발열체 작동 장치와 발열체 운영 장치를 포함하는 IoT 결합형 온도 제어 시스템으로 구성되며,
    상기 발열체 작동 장치는, 발열체의 온도를 감지하여 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 온도감지부; 상기 온도 감지부와 연결되어 있고, 상기 온도 감지부로부터의 상기 온도 감지 신호에 의해 판정된 온도와 설정 온도를 이용하여 상기 온도 감지부의 상태가 비정상 상태인지를 판정하고, 구동되는 발열체로부터 피드백 되는 발열체 상태 감지 신호에 의해 판정된 저항값이 설정 저항값 이상인 경우, 상기 발열체의 상태를 비정상 상태로 판정하는 IoT 제어부; 상기 IoT 제어부와 연결되어 있고 상기 IoT 제어부의 판정 결과가 저장되는 저장부; 및 상기 IoT 제어부와 연결되어 있고 상기 저장부에 저장되어 있는 판정 결과를 전송하는 IoT 통신부;를 포함하고
    발열체 운영 장치는 발열체 작동 장치로부터 전송되는 판정 결과를 수신하는 운영 통신부; 상기 운영 통신부와 연결되어 있고 상기 운영 통신부로부터 전송되는 판정 결과를 수신하여 상기 적어도 하나의 발열체작동 장치의 동작 상태를 판정하여 출력하는 통합운영 제어부; 및 상기 통합운영 제어부와 연결되어 있고 상기통합운영 제어부에서 출력되는 상기 적어도 하나의 발열체 작동 장치의 동작 상태를 출력하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 투명한 발열기판.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029419A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 东莞东阳光科研发有限公司 全透明柔性紫外光响应开关及其制备方法
CN112254850A (zh) * 2020-08-28 2021-01-22 苏州烯时代材料科技有限公司 柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法和压力传感器
CN113024087A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 甘肃旭盛显示科技有限公司 一种调整液晶玻璃明暗纹的方法
EP4072242A3 (en) * 2021-04-05 2022-11-23 Whirlpool Corporation Heating apparatus

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080030410A (ko) * 2006-09-30 2008-04-04 강석환 면상발열체용 도전성 잉크조성물 및 이 조성물을 이용한면상발열체
KR20100042760A (ko) * 2008-10-17 2010-04-27 현대자동차주식회사 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열체 및 그 제조방법
KR100992154B1 (ko) 2008-09-19 2010-11-05 한국전자통신연구원 탄소나노튜브를 이용한 투명 전도성 박막 및 그 제조 방법
KR20120050682A (ko) * 2010-11-11 2012-05-21 주식회사 피움충주공장 내수성이 우수한 상온 경화형 수용성 무기 도료 조성물 및 그 제조방법
KR20120110932A (ko) * 2011-03-30 2012-10-10 코오롱글로텍주식회사 발열온도가 균일한 발열원단
KR20130125920A (ko) * 2012-05-10 2013-11-20 아로 주식회사 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법
KR20140112666A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 (주)에프티이앤이 무기 코팅층을 포함하는 이차전지용 다공성 분리막 및 이의 제조방법
KR20150071229A (ko) * 2013-12-18 2015-06-26 코오롱글로텍주식회사 열전도성 소재를 사용한 발열체
KR101559494B1 (ko) * 2009-03-20 2015-10-15 주식회사 아모그린텍 가요성 투명 전극 및 그의 제조방법
KR20170011729A (ko) * 2015-07-24 2017-02-02 엘지이노텍 주식회사 발열 시트
KR20170072594A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 솔브레인 주식회사 높은 정온도 계수 특성을 갖는 면상 발열체 조성물 및 이를 이용한 면상 발열체
KR20170089441A (ko) * 2016-01-26 2017-08-04 전자부품연구원 제어 대상 장치의 온도 피드백 시스템 및 장치
KR20180072924A (ko) * 2016-12-21 2018-07-02 희성전자 주식회사 발열층이 형성된 유리
KR20180137323A (ko) * 2017-06-16 2018-12-27 주식회사 엘지화학 발열체 및 이의 제조방법

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080030410A (ko) * 2006-09-30 2008-04-04 강석환 면상발열체용 도전성 잉크조성물 및 이 조성물을 이용한면상발열체
KR100992154B1 (ko) 2008-09-19 2010-11-05 한국전자통신연구원 탄소나노튜브를 이용한 투명 전도성 박막 및 그 제조 방법
KR20100042760A (ko) * 2008-10-17 2010-04-27 현대자동차주식회사 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열체 및 그 제조방법
KR101559494B1 (ko) * 2009-03-20 2015-10-15 주식회사 아모그린텍 가요성 투명 전극 및 그의 제조방법
KR20120050682A (ko) * 2010-11-11 2012-05-21 주식회사 피움충주공장 내수성이 우수한 상온 경화형 수용성 무기 도료 조성물 및 그 제조방법
KR20120110932A (ko) * 2011-03-30 2012-10-10 코오롱글로텍주식회사 발열온도가 균일한 발열원단
KR20130125920A (ko) * 2012-05-10 2013-11-20 아로 주식회사 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법
KR101488898B1 (ko) 2012-05-10 2015-02-09 플라텔코퍼레이션(주) 탄소나노튜브를 이용한 투명 발열기판 및 이의 제작방법
KR20140112666A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 (주)에프티이앤이 무기 코팅층을 포함하는 이차전지용 다공성 분리막 및 이의 제조방법
KR20150071229A (ko) * 2013-12-18 2015-06-26 코오롱글로텍주식회사 열전도성 소재를 사용한 발열체
KR20170011729A (ko) * 2015-07-24 2017-02-02 엘지이노텍 주식회사 발열 시트
KR20170072594A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 솔브레인 주식회사 높은 정온도 계수 특성을 갖는 면상 발열체 조성물 및 이를 이용한 면상 발열체
KR20170089441A (ko) * 2016-01-26 2017-08-04 전자부품연구원 제어 대상 장치의 온도 피드백 시스템 및 장치
KR20180072924A (ko) * 2016-12-21 2018-07-02 희성전자 주식회사 발열층이 형성된 유리
KR20180137323A (ko) * 2017-06-16 2018-12-27 주식회사 엘지화학 발열체 및 이의 제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029419A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 东莞东阳光科研发有限公司 全透明柔性紫外光响应开关及其制备方法
CN111029419B (zh) * 2019-12-26 2021-08-31 东莞东阳光科研发有限公司 全透明柔性紫外光响应开关及其制备方法
CN112254850A (zh) * 2020-08-28 2021-01-22 苏州烯时代材料科技有限公司 柔性压力传感器用导电碳桨及其制备方法和压力传感器
CN113024087A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 甘肃旭盛显示科技有限公司 一种调整液晶玻璃明暗纹的方法
EP4072242A3 (en) * 2021-04-05 2022-11-23 Whirlpool Corporation Heating apparatus

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