KR102229179B1 - 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재 - Google Patents

탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재 Download PDF

Info

Publication number
KR102229179B1
KR102229179B1 KR1020180165026A KR20180165026A KR102229179B1 KR 102229179 B1 KR102229179 B1 KR 102229179B1 KR 1020180165026 A KR1020180165026 A KR 1020180165026A KR 20180165026 A KR20180165026 A KR 20180165026A KR 102229179 B1 KR102229179 B1 KR 102229179B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
carbon nanotubes
carbon nanotube
graphite powder
coated
Prior art date
Application number
KR1020180165026A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200076173A (ko
Inventor
박영수
허몽영
김원석
한웅
Original Assignee
더원씨엔티 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더원씨엔티 주식회사 filed Critical 더원씨엔티 주식회사
Priority to KR1020180165026A priority Critical patent/KR102229179B1/ko
Publication of KR20200076173A publication Critical patent/KR20200076173A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102229179B1 publication Critical patent/KR102229179B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법은,
흑연의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계;
탄소나노튜브의 표면에 양이온 계면활성제를 부착하는 제2단계: 및
기능기가 부착된 흑연과 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 혼합하여, 상기 기능기가 부착된 흑연 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재{Method for manufacturing the graphite powders coated by carbon nanotube and thermal conducting composite materials containing the graphite powders coated by carbon nanotube}
본 발명은 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재에 관한 것이다.
흑연분말은 저렴한 가격을 가지면서도 높은 열전도성을 갖는 재료로 알려져 있어, 열전도도 및 방열이 필요한 부품이나 방열 복합소재의 주요 충전재로 사용이 되고 있다.
그러나, 흑연은 적층된 방향에 따라 열전도도가 크게 차이가 나는 이방성 특징(수평:~2,000W/mK, 수직:~5W/mK)을 가지고 있어, 흑연-고분자 방열 복합재의 열전도성이, 혼합법칙(law of mixture)에 의해 예상할 수 있는 복합재의 열전도도에 비해 매우 낮게 나타나는 경향을 보이고 있다.
이러한 이방성 열전도성을 해결하기 위해, 흑연의 수직방향 열전도성 보다 높은 열전도성을 갖는 구리, 니켈, 주석, 알루미늄 등과 같은 금속을 흑연에 코팅하는 시도가 이루어지고 있다.
이를 위해서, 전기화학적, 물리적, 열적인 방법이 사용된다.
전기화학적인 방법은 균일한 코팅과 대량생산을 이룰 수 있으나, 금속-흑연과의 계면 젖음성이 낮아, 고분자와 흑연 사이의 높은 열저항을 발생시키는 단점을 가지고 있다.
반면, 물리적(sputter 등) 및 열적(thermal evaporator 등)과 같은 방법에 의한 코팅은, 금속-흑연과의 계면접합성은 높으나, 균일한 코팅과 대량생산이 어려워, 높은 제조단가를 가진다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 열전도도가 뛰어난 탄소나노튜브를 흑연과 함께 열전도성 복합재 충전재로 사용하는 시도를 하고 있다. 그러나, 이 경우 탄소나노튜브의 분산이 잘되지 않고, 흑연과 탄소나노튜브의 계면 접촉력과, 탄소나노튜브 간의 계면 접촉력이 매우 낮아, 복합재의 열전도도 향상을 기대하기 어렵다.
한국등록특허(10-1274441)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 모두 해결할 수 있는 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법은,
흑연의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계;
탄소나노튜브의 표면에 양이온 계면활성제를 부착하는 제2단계: 및
기능기가 부착된 흑연과 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 혼합하여, 상기 기능기가 부착된 흑연 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
흑연의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계;
탄소나노튜브의 표면에 양이온 계면활성제를 부착하는 제2단계
기능기가 부착된 흑연과 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 혼합하여, 상기 기능기가 부착된 흑연 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계; 및
50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 금속을, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연에 무전해 도금하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 상술한 방법들에 의해 제조된 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재에 의해 달성된다.
본 발명은, 흑연의 표면에 쿨롱 상호작용(coulomb interaction)으로 탄소나노튜브를 부착시켜, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연을 제조한다. 여기에, 50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 금속을 무전해 도금할 수도 있다.
이렇게 탄소나노튜브 코팅된 흑연을 포함시켜 복합재를 만들면, 복합재 내에서의 흑연의 판상수직방향으로의 열전도도가 향상된다. 이로 인해, 흑연소재 간의 열계면저항 및 전기접촉저항이 작아져, 복합재의 열전도도 및 전기전도도가 모두 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 흑연에 탄소나노튜브를 코팅하기 전과 후의 샘플을 5만 배 확대하여 찍은 전자 현미경 사진으로, 도 2(a)는 탄소나노튜브가 코팅되기 전 흑연을 찍은 전자 현미경 사진, 도 2(b)는 실시예 1에 따라 흑연에 탄소나노튜브가 코팅된 상태를 찍은 전자 현미경 사진, 도 2(c)는 실시예 2에 따라 흑연에 탄소나노튜브가 코팅된 상태를 찍은 전자 현미경 사진, 도 2(d)는 실시예 3에 따라 흑연에 탄소나노튜브가 코팅된 상태를 찍은 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 열전도성 복합재의 열전도도를 비교한 표이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법은,
흑연의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계(S11);
탄소나노튜브의 표면에 양이온 계면활성제를 부착하는 제2단계(S12);
기능기가 부착된 흑연과 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 혼합하여, 상기 기능기가 부착된 흑연 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계(S13)로 구성된다.
물론, 제1단계(S11)와 제2단계(S12)의 순서는 바뀔 수 있다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
500도 이상의 기능기를 부착시킬 수 있는 용액에 흑연을 담가, 흑연의 표면을 산화시켜, 흑연의 표면에 기능기를 부착한다.
용액은 흑연과 반응하여, 흑연 표면에 기능기를 부착시킬 수 있는 물질이다.
용액은 순수한 물, 염기성수용액, 산성수용액, 에탄올, 메탄올을 포함하는 알콜류와 흑연을 산화시킬 수 있는 산소가 포함된 화합물이 녹아 있는 용액으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
양이온 계면활성제는, 머리부분이 +로 이온화하면서, 꼬리부분 및 중간부분이 탄소나노튜브에 부착될 수 있는 물질이다.
양이온성 계면활성제는 탄소나노튜브 중량부 대비 10 내지 200 중량부로 첨가될 수 있다.
양이온성 계면활성제는 1급 아민염(DDAC), 제2/3급 아민염, 4급 암모늄염(EQ), 이미다졸염, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 피리늄형등의 화합물을 포함하는 지방족 아민염 및 4급 암모늄염 군에서 선택되어지는 1종 이상일 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
기능기가 부착된 흑연과 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를, 물리적 혼합기(homogenizer)로 혼합하거나, 초음파혼합기(utrasonicater)로 혼합하거나, 필터링 후 건조하거나, 스프레이 건조하거나, 회전형 드럼 필터링하는 것에 의해, 기능기가 부착된 흑연의 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅한다.
양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브는, 기능기가 부착된 흑연 중량부 대비 0.1 내지 50 중량부, 0.5 내지 20 중량부일 수 있고, 1 내지 10 중량부 일 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
탄소나노튜브에 코팅된 흑연의 중량비가 3:100 (흑연대비 탄소나노튜브 함량 3%)가 되도록, 다음과 같은 순서로 흑연에 탄소나노튜브를 코팅한다.
탄소나노튜브는 직경이 10~20nm이며, 흑연은 40um 크기의 분말 형태이다.
5L 통에 탄소나노튜브 40g과 3.5L 증류수에 넣고, 균질 분산기(Homogenizer)를 이용하여 6000 RPM에서 2시간 동안 분산한 후, 필터링한다.
필터링 후, 탄소나노튜브 1.5g과 양이온성 계면활성제인 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 1.5g을 1000ml의 증류수에 섞은 후, 초음파 분산기(700W, bar-type)로 1시간 동안 분산한다.
흑연분말 100g을 650도에서 CVD(chemical vapor deposition)로 30분 동안 산화시켜 약 97g 정도 회수한다.
산화시킨 흑연 50g과 물 1000ml을 5L 통에 넣고, 균질 분산기로 500 RPM으로 혼합하여 분산된 수용액을 얻는다.
산화시킨 흑연 50g이 분산된 수용액 1000ml에, 탄소나노튜브 1.5g과 양이온성 계면활성제인 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 1.5g이 들어간 1000ml의 증류수를 혼합한다. (이하, “탄소나노튜브 용액" 이라 칭함)
균질 분산기(Homogenizer)로 탄소나노튜브 용액을 약 30분간 더 섞은 후, 필터링하여 120도에서 12시간 동안 건조한다. 그러면, 도 2(a)에 도시된 흑연에 탄소나노튜브가 코팅되어, 도 2(b)에 도시된 흑연대비 탄소나노튜브의 함량이 3%인 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 제조된다.
[실시예 2]
탄소나노튜브에 코팅된 흑연의 중량비가 6:100 (흑연대비 탄소나노튜브 함량 6%)가 되도록, 산화시킨 흑연 50g이 분산된 수용액 1000ml에, 탄소나노튜브 3g과 양이온성 계면활성제인 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 3g이 들어간 2000ml의 증류수를 혼합한다. 그러면, 도 2(a)에 도시된 흑연에 탄소나노튜브가 코팅되어, 도 2(c)에 도시된 흑연대비 탄소나노튜브의 함량이 6%인 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 제조된다. 이 밖의 과정은 실시예 1과 동일하다.
[실시예 3]
탄소나노튜브에 코팅된 흑연의 중량비가 9:100 (흑연대비 탄소나노튜브 함량 9%)가 되도록, 산화시킨 흑연 50g이 분산된 수용액 1000ml에, 탄소나노튜브 4.5g과 양이온성 계면활성제인 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 4.5g이 들어간 3000ml의 증류수를 혼합한다. 그러면, 도 2(a)에 도시된 흑연에 탄소나노튜브가 코팅되어, 도 2(d)에 도시된 흑연대비 탄소나노튜브의 함량이 9%인 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 제조된다. 이 밖의 과정은 실시예 1과 동일하다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법을 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법은,
흑연의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계(S21);
탄소나노튜브의 표면에 양이온 계면활성제를 부착하는 제2단계(S22);
기능기가 부착된 흑연과 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 혼합하여, 상기 기능기가 부착된 흑연 표면에 상기 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계(S23);
50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 금속을, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연에 무전해 도금하는 제4단계(S24)로 구성된다.
물론, 제1단계(S21)와 제2단계(S22)의 순서는 바뀔 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법에서 제1단계(S21), 제2단계(S22), 제3단계(S23)는, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법의 제1단계(S11), 제2단계(S12), 제3단계(S13)와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
이하, 제4단계(S24)를 설명한다.
탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말에 구리, 니켈, 철, 알루미늄과 같이 50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 금속을 무전해 도금한다.
[실시예 4]
실시예 2에 의해 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말에 무전해 코팅법으로 구리 코팅을 실시한다. 이를 위해, 구리 금속염이 녹아있는 도금용액 250ml에 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 20g을 넣고, 20분간 혼합한 후, 환원제가 들어있는 도금용액을 200ml를 넣는다. 60도에서 120분간 섞어준 후, 필터링 및 세척한 후, 120도에서 12시간 건조한다. 그러면, 구리가 도금된 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 얻을 수 있다.
[실시예 5]
실시예 2에 의해 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말에 무전해 코팅법으로 구리 코팅을 실시한다. 이를 위해, 구리 금속염이 녹아있는 도금용액 250ml에 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 20g을 넣고, 20분간 혼합한 후, 환원제가 들어있는 도금용액을 200ml를 넣는다. 60도에서 240분간 섞어준 후, 필터링 및 세척한 후, 120도에서 12시간 건조한다. 그러면, 구리가 도금된 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예의 방법으로 제조된 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된, 복합재의 열전도도를 설명한다. 이를 위해, 열전도도를 측정할 수 있는 열전도성 복합재 시편을 제조한다.
[실시예 6]
실시예 1에 의해 제조한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된 열전도성 복합재의 열전도도를 측정하기 위해, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말의 중량이 복합재 전체 중량의 60%인 복합재 시편을 제조한다.
이를 위해, 에탄올에 녹는 폴리아미드(Elvamide-8602, 듀폰)를 이용하여 10% 폴리아미드 에탄올 용액을 제조한다.
폴리아미드 에탄올 용액에 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 넣고 자기교반기로 30분간 각각 혼합한 후 차가운 물에 넣어 굳힌다.
건조한 후, 열압기(Hot press)를 이용하여 170도에서 800kgf로 압축 성형한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 6의 방법으로 제조된 복합재 시편의 열전도도는 5.51W/mK로 나타났다.
[실시예 7]
실시예 2에 의해 제조한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된 열전도성 복합재의 열전도도를 측정하기 위해, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말의 중량이 복합재 전체 중량의 60%인 복합재 시편을 제조한다. 복합재 시편을 제조하는 방법은 실시예 6과 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 7의 방법으로 제조된 복합재 시편의 열전도도는 7.12W/mK로 나타났다.
[실시예 8]
실시예 3에 의해 제조한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된 열전도성 복합재의 열전도도를 측정하기 위해, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말의 중량이 복합재 전체 중량의 60%인 복합재 시편을 제조한다. 복합재 시편을 제조하는 방법은 실시예 6과 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 8의 방법으로 제조된 복합재 시편의 열전도도는 5.68W/mK로 나타났다.
[실시예 9]
실시예 4에 의해 제조한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된 열전도성 복합재의 열전도도를 측정하기 위해, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말의 중량이 복합재 전체 중량의 60%인 복합재 시편을 제조한다. 복합재 시편을 제조하는 방법은 실시예 6과 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 9의 방법으로 제조된 복합재 시편의 열전도도는 8.62W/mK로 나타났다.
[실시예 10]
실시예 5에 의해 제조한 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말이 포함된 열전도성 복합재의 열전도도를 측정하기 위해, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말의 중량이 복합재 전체 중량의 60%인 복합재 시편을 제조한다. 복합재 시편을 제조하는 방법은 실시예 6과 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 10의 방법으로 제조된 복합재 시편의 열전도도는 9.15W/mK로 나타났다.
[비교예 1] 탄소나노튜브는 전혀 혼합되지 않고, 흑연분말만이 크기를 달리하여 포함된 복합재 시편
탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 5um, 10um, 20um인 흑연으로, 흑연분말의 함량이 60wt%인 열전도도 측정용 복합재 시편을 각각 제조한다. 이를 위해, 에탄올에 녹는 폴리아미드(Elvamide-8602,듀폰)를 이용하여 먼저 10% 폴리아미드 에탄올 용액을 제조한다. 여기에 흑연분말을 복합재 전체 중량의 40%, 50%, 60%가 되도록, 각각 자기교반기로 30분간 혼합한 후 차가운 물에 넣어 굳힌다. 건조한 후, 열압기(Hot press)를 이용하여 170도에서 800kgf로 압축 성형한다.
흑연분말 크기에 따라 열전도도 측정용 복합재 시편 3개가 만들어진다.
ASTM D5470 측정 규격에 준하여, 복합재 시편의 수직열전도도를 측정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 5um인 흑연이 포함된 복합재 시편의 열전도도는 1.46W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 10um인 흑연이 포함된 복합재 시편의 열전도도는 1.83W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 20um인 흑연이 포함된 복합재 시편의 열전도도는 2.13W/mK로 나타났다.
[비교예 2] 탄소나노튜브는 전혀 혼합되지 않고, 흑연분말만이 함량을 달리하여 포함된 복합재 시편
탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은, 분말크기가 40um인 흑연으로, 흑연분말의 함량이 40wt%, 50wt%, 60wt%인 열전도도 측정용 복합재 시편을 각각 제조한다. 제조방법은 비교예 1과 동일하다.
ASTM D5470 측정 규격에 준하여, 복합재 시편의 수직열전도도를 측정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 40um인 흑연이 40wt% 포함된 복합재 시편의 열전도도는 1.98W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 40um인 흑연이 50wt% 포함된 복합재 시편의 열전도도는 2.21W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브가 전혀 첨가되지 않은 분말크기가 40um인 흑연이 60wt% 포함된 복합재 시편의 열전도도는 3.28W/mK로 나타났다.
[비교예 3] 탄소나노튜브와 흑연분말이, 탄소나노튜브의 함량만을 달리한 단순히 첨가된 복합재 시편
탄소나노튜브와 흑연의 비율이 중량비 3:100, 6:100, 9:100이 되도록 다음과 같은 순서로 탄소나노튜브와 흑연분말을 각각 혼합한다. 탄소나노튜브는 직경이 10~20nm이며, 흑연은 40um 크기의 분말 형태이다.
탄소나노튜브 40g과 3.5L 증류수를 5L 통에 넣고, 균질분산기(Homogenizer)를 이용하여, 6000 RPM에서 2시간 분쇄한 후, 필터링한다. 이후, 탄소나노튜브 1.5g과 음이온 계면활성제 NaDDBS 1.5g을 각각 물 1000ml과 혼합한 후, 초음파 분산기(700W, bar-type)를 이용하여 2시간 동안 분산한다.
5L 통에 산화시킨 흑연 50g과 물 1000ml에 넣고, 균질분산기로 500 RPM으로 섞었다.
여기에, 탄소나노튜브 1.5g과 음이온 계면활성제 NaDDBS(anionic surfactant sodium dodecyl benzene sulfonate) 1.5g이 분산된 수용액을, 1000ml(탄소나노튜브:흑연=3:100), 2000ml(탄소나노튜브:흑연=6:100), 3000ml(탄소나노튜브:흑연=9:100)을 넣고, 약 30분간 더 섞은 후, 필터링하여 120도에서 12시간 동안 건조한다.
탄소나노튜브와 흑연이 단순한 혼합된 복합재의 열전도도를 측정하기 위한 복합재 시편을 제조한다. 에탄올에 녹는 폴리아미드(Elvamide-8602,듀폰)를 이용하여 10% 폴리아미드 에탄올 용액을 제조한다. 여기에 흑연분말을 복합재 전체 중량의 60%가 되도록 자기교반기로 30분간 혼합한 후, 차가운 물에 넣어 굳혔다. 건조한 후, 열압기(Hot press)를 이용하여, 170도에서 800kgf로 압축 성형한다.
흑연대비 탄소나노튜브 함량에 따라 열전도도 측정용 복합재 시편 3개가 만들어진다.
ASTM D5470 측정 규격에 준하여, 복합재 시편의 수직열전도도를 측정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흑연대비 3%의 탄소나노튜브와, 40um인 흑연이 60wt% 가 단순히 혼합된 복합재 시편의 열전도도는 3.41W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흑연대비 6%의 탄소나노튜브와, 40um인 흑연이 60wt% 가 단순히 혼합된 복합재 시편의 열전도도는 3.63W/mK로 나타났다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흑연대비 9%의 탄소나노튜브와, 40um인 흑연이 60wt% 가 단순히 혼합된 복합재 시편의 열전도도는 3.57W/mK로 나타났다.
상술한 실시예 6,7,8,9,10 들과 비교예 1,2,3 들을 보면, 탄소나노튜브를 넣지 않거나, 탄소나노튜브가 단순히 첨가된 경우보다, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연이 포함된 경우, 복합재의 열전도도가 높은 것을 알 수 있다. 열전도도는 실시예 7에서 최고 7.12Wm/K 까지 측정된다.
더 나아가, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연에 전도도가 높은 금속이 도금된 경우, 열전도도가 더 높은 것을 알 수 있다. 열전도도는 실시예 10에서 최고 9.15Wm/K 까지 측정된다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 순수한 물, 염기성수용액, 산성수용액, 에탄올, 메탄올을 포함하는 알콜류와 흑연을 산화시킬 수 있는 산소가 포함된 화합물이 녹아 있는 용액으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 기능기를 부착시킬 수 있는 용액에, 흑연분말을 담가, 흑연분말의 표면을 산화시켜, 흑연분말의 표면에 기능기를 부착하는 제1단계;
    1급 아민염(DDAC), 제2/3급 아민염, 4급 암모늄염(EQ), 이미다졸염, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 피리늄형등의 화합물을 포함하는 지방족 아민염 및 4급 암모늄염 군에서 선택된 양이온 계면활성제를 탄소나노튜브의 표면에 부착하는 제2단계;
    표면에 기능기가 부착된 흑연분말과, 표면에 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를, 물리적 혼합기(homogenizer)로 혼합하거나, 초음파혼합기(utrasonicater)로 혼합하거나, 필터링 후 건조하거나, 스프레이 건조하거나, 회전형 드럼 필터링하는 것에 의해 혼합하여, 상기 표면에 기능기가 부착된 흑연분말 표면에, 상기 표면에 양이온 계면활성제가 부착된 탄소나노튜브를 코팅하는 제3단계; 및
    50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 금속을, 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말에 무전해 도금하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법.
  6. 삭제
KR1020180165026A 2018-12-19 2018-12-19 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재 KR102229179B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180165026A KR102229179B1 (ko) 2018-12-19 2018-12-19 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180165026A KR102229179B1 (ko) 2018-12-19 2018-12-19 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200076173A KR20200076173A (ko) 2020-06-29
KR102229179B1 true KR102229179B1 (ko) 2021-03-18

Family

ID=71401042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180165026A KR102229179B1 (ko) 2018-12-19 2018-12-19 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102229179B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101473708B1 (ko) * 2013-02-21 2014-12-19 엠케이전자 주식회사 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판
KR101728720B1 (ko) * 2015-04-16 2017-04-20 성균관대학교산학협력단 3차원 탄소나노튜브를 기둥으로 하는 그래핀 구조체 및 그 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101274441B1 (ko) 2011-07-04 2013-06-18 (주)월드튜브 그래핀, 흑연 나노 플레이트의 혼합 분산액 및 그의 분말의 제조 방법
JP2014021257A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Canon Inc ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
US10163540B2 (en) * 2015-12-03 2018-12-25 Nanotek Instruments, Inc. Production process for highly conducting and oriented graphene film
KR101809355B1 (ko) * 2016-03-17 2017-12-14 전자부품연구원 삼차원 탄소나노구조체 및 그의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101473708B1 (ko) * 2013-02-21 2014-12-19 엠케이전자 주식회사 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판
KR101728720B1 (ko) * 2015-04-16 2017-04-20 성균관대학교산학협력단 3차원 탄소나노튜브를 기둥으로 하는 그래핀 구조체 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPWO2014021257 A1

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200076173A (ko) 2020-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI530967B (zh) A sheet-like conductive filler, a conductive paste composition, a conductive article, and a sheet-like conductive filler
TWI423930B (zh) 奈米金屬溶液、奈米金屬複合顆粒以及金屬膜層的製作方法
CN107057273A (zh) 改性酚醛树脂、复合材料及其制备方法和应用
KR102111920B1 (ko) 도전성 페이스트 조성물과 이를 이용하여 형성된 외부전극을 가지는 전자부품
KR101294593B1 (ko) 전도성 접착제 및 그 제조방법
Li et al. Preparation and properties of thermosetting powder/graphene oxide coatings for anticorrosion application
KR102229179B1 (ko) 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 흑연분말을 포함한 열전도성 복합재
KR20090091762A (ko) 도전성 페이스트
US20110284807A1 (en) Metal fine particle, conductive metal paste and metal film
KR20170035571A (ko) 개선된 그래핀 잉크 조성물 및 그 제조방법
JP2019036599A (ja) 熱電変換材料の製造方法、熱電変換素子の製造方法及び熱電変換材料の改質方法
CN111205719A (zh) 银铜导电漆及其制备方法
CN110102757A (zh) 一种基于原位合成的石墨烯包覆铜导电粉的制备方法
CN110090966A (zh) 一种导电金属填料及其制备方法
CN103219065B (zh) 一种基于碳纳米管-纳米铜粉的环保型导电浆料
KR20180039968A (ko) 은-은 코팅 탄소나노튜브 복합소재를 이용한 고방열성 및 내아크성을 갖는 전기접점재료 및 이의 제조방법
KR102411685B1 (ko) 고절연성 및 고내열성을 갖는 필러 복합 소재, 및 건식 입자-입자 복합화를 통한 제조 방법
KR101648472B1 (ko) 금속-탄소 복합재용 강화재의 제조방법
TWI631160B (zh) Conductive paste and substrate with conductive film
Liu et al. Nanoscale polygonal carbon: a unique low-loading filler for effective microwave absorption
KR20240054838A (ko) 구리 입자 은 도금 방법, 은 도금 구리 입자, 이를 포함하는 도전성 필름 및 이를 포함하는 도전성 필름 제조 방법
KR101157737B1 (ko) 전도성 접착제 및 그 제조방법
CN110157244A (zh) 一种新型环保导电油墨用石墨烯添加剂的制备方法
Han et al. Preparation of highly conductive adhesives by insitu incorporation of silver nanoparticles
KR101088723B1 (ko) 금속 나노입자가 증착된 탄소 나노구조체를 포함하는 전도성 페이스트 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right