KR102308382B1 - Plasma-treated electromagnetic wave shielding material and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자파 차폐재에 대한 것으로, 2 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 40dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 전자파 차폐재는 탄소를 포함하는 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리하여 고주파 영역에서도 전자파를 효과적으로 차단할 수 있다.The present invention relates to an electromagnetic wave shielding material, characterized in that it has an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 90 dB in the range of 2 GHz to 40 GHz. The electromagnetic wave shielding material can effectively block electromagnetic waves even in a high frequency region by treating a hydrogen plasma on a nonwoven fabric containing carbon.
Description
본 발명은 전자파 차폐재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 탄소를 포함하는 부직포성 섬유에 수소 플라즈마를 처리하여 고주파 영역에서 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 전자파 차폐재를 제공할 수 있다. The present invention relates to an electromagnetic wave shielding material and a method for manufacturing the same. Specifically, it is possible to provide an electromagnetic wave shielding material capable of effectively blocking electromagnetic waves in a high-frequency region by treating a non-woven fabric containing carbon with hydrogen plasma.
통신 기술의 발달, 이동 물체의 전파 유도 기술의 고도화 등, 전자공학 및 통신공학의 급격한 발달로 인하여 전자파의 주파수는 점차 높아진 반면, 전자 장비간의 설치 간격은 좁아졌다. 이에 따라 불요 복사는 쉬워지게 되었고, 이웃의 전자 장비에 간섭 신호나 잡음을 가하여 해로운 영향을 주거나 또는 이웃 장비로부터 영향을 받는 것이 비일비재하게 되었다.Due to the rapid development of electronic engineering and communication engineering, such as the development of communication technology and the advancement of radio wave guidance technology for moving objects, the frequency of electromagnetic waves has gradually increased, while the installation interval between electronic devices has narrowed. As a result, unwanted radiation has become easier, and it is not uncommon to adversely affect neighboring electronic equipment by adding interference signals or noise, or to be affected by neighboring equipment.
특히, 5G 환경 이동통신은 10 GHz 이상의 고주파수를 사용하여, 전자파 간섭이 심하게 일어나며, 이러한 전자파 간섭 현상으로 인해 전자기기들의 정보 손실 및 오작동이 나타난다. 전자파 간섭이 없도록 하거나 전자파 간섭에 대해서 적절한 내성을 가지도록 전자 장비를 설계하는 것이 최근 필수적인 요건이 되었고, 이를 위해서 차폐 재료 및 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.In particular, mobile communication in the 5G environment uses a high frequency of 10 GHz or more, and electromagnetic interference occurs severely, and information loss and malfunction of electronic devices appear due to this electromagnetic interference phenomenon. Designing electronic equipment to avoid electromagnetic interference or to have adequate immunity to electromagnetic interference has recently become an essential requirement.
전자파 차폐는 외부반사, 내부반사 및 흡수 효과의 조합으로 이루어지며, 현재까지 전자파 차폐 소재로 알려진 물질들, 즉, 금속 나노분말, 탄소나노튜브 등 우수한 전기전도성을 가지는 물질을 이용한 전자파 반사로 전자파 차폐를 달성하고자 하고 있고, 선행특허(공개번호 10-2017-0064216)는 전자파 반사용 금속/탄소 하이브리드 입자를 개시하고 있다. 하지만, 향후 5G의 고주파 영역에서는 전자파 차폐의 물질로서 전자파 반사 메커니즘을 갖는 소재보다 전자파 흡수 메커니즘을 갖는 소재가 절대적으로 필요하다.Electromagnetic wave shielding consists of a combination of external reflection, internal reflection and absorption effects, and electromagnetic wave shielding using materials with excellent electrical conductivity, such as metal nanopowders and carbon nanotubes, which are known until now as electromagnetic wave shielding materials. In order to achieve this, the prior patent (Publication No. 10-2017-0064216) discloses a metal/carbon hybrid particle for electromagnetic wave reflection. However, in the future 5G high-frequency region, a material having an electromagnetic wave absorption mechanism rather than a material having an electromagnetic wave reflection mechanism is absolutely required as a material for electromagnetic wave shielding.
종래 사용되던 전자파 차폐재로 금속 분말, 탄소나노튜브 등이 있지만, 각 재료들의 차폐 가능한 주파수 대역이 서로 상이하고, 광대역에서 보편적으로 사용할 수 있는 전자파 차폐재가 없어 이에 대한 요구가 꾸준히 있었다. 특히, 가공 비용이 높고 성형성이 제약되는 기존 단일 금속 소재에서 나아가 전도성, 강성 및 경량 특성을 지닌 탄소 소재가 주목 받고 있다.Although there are conventionally used electromagnetic shielding materials such as metal powder and carbon nanotubes, the frequency bands that can be shielded of each material are different from each other, and there is no universally usable electromagnetic shielding material in a broad band, so there has been a steady demand for this. In particular, a carbon material with conductivity, rigidity, and light weight characteristics, in addition to the existing single metal material with high processing cost and limited formability, is attracting attention.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 전자파 차폐재에 대한 것으로, 탄소를 포함하는 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리하여 고주파 영역에서도 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 전자파 차폐재를 제공하는 것이다. The present application relates to an electromagnetic wave shielding material for solving the problems of the prior art described above, and to provide an electromagnetic wave shielding material that can effectively block electromagnetic waves even in a high frequency region by treating a hydrogen plasma on a nonwoven fabric containing carbon.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전자파 차폐재는 2 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 40dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것을 특징으로 한다. The electromagnetic wave shielding material of the present invention for achieving the above technical problem is characterized in that it has an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 90 dB in the range of 2 GHz to 40 GHz.
상기 전자파 차폐재는 2 GHz 내지 8 GHz의 범위에서 40dB 내지 60dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 60 dB in the range of 2 GHz to 8 GHz, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 8 GHz 내지 20 Hz의 범위에서 50dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 50 dB to 90 dB in the range of 8 GHz to 20 Hz, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 20 Hz 내지 40 Hz의 범위에서 50dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 50 dB to 90 dB in a range of 20 Hz to 40 Hz, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 탄소를 포함하는 부직포성 섬유인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may be a non-woven fiber containing carbon, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 수소 플라즈마 처리가 된 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may be a hydrogen plasma treatment, but is not limited thereto.
본원은 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 준비하는 단계; 및 상기 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐재의 제조 방법을 제공한다. The present application comprises the steps of preparing a non-woven fiber comprising carbon; and treating a hydrogen plasma on the nonwoven fiber.
상기 수소 플라즈마 처리는 1분 내지 10분 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed for 1 minute to 10 minutes, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리는 1 GHz 내지 3 GHz의 범위 주파수 영역에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed in a frequency range of 1 GHz to 3 GHz, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed at a temperature of 500° C. to 1,000° C., but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리는 500 W 내지 2,000 W의 전력 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed under a power of 500 W to 2,000 W, but is not limited thereto.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다. The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과 만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 전자파 차폐재는 2 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 40dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가진다. 특히 고주파 영역에서도 높은 전자파 차폐 효율을 나타내고 있어 5G 시대에 다양한 전자기기에 적용될 수 있다. 또한 2 GHz 내지 40 GHz의 광대역에서 모두 높은 전자파 차폐 효율을 나타내고 있어 종래의 차폐 가능한 주파수 대역이 상이한 재료들에 비해 본원에 따른 전자파 차폐재는 하나의 전자파 차폐재로 광대역의 전자파를 효과적으로 차단할 수 있다. According to the above-described problem solving means of the present application, the electromagnetic wave shielding material according to the present application has an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 90 dB in the range of 2 GHz to 40 GHz. In particular, it shows high electromagnetic wave shielding efficiency even in the high frequency region, so it can be applied to various electronic devices in the 5G era. In addition, since both exhibit high electromagnetic wave shielding efficiency in a broadband of 2 GHz to 40 GHz, the electromagnetic wave shielding material according to the present application can effectively block broadband electromagnetic waves with one electromagnetic wave shielding material compared to materials having different shieldable frequency bands.
특히, 본원에 따른 전자파 차폐재는 흡수 효율이 높기 때문에 고주파 영역에서 효과적으로 전자파를 차단할 수 있다. In particular, since the electromagnetic wave shielding material according to the present application has high absorption efficiency, it is possible to effectively block electromagnetic waves in a high frequency region.
또한, 금속만을 이용하여 전자파 차폐 소재를 구현할 경우 높은 가공비용과 성형성의 제약으로 용도가 한정된다. 반면에, 본원에 따른 전자파 차폐재는 탄소로 이루어져있기 때문에 전도성, 강성, 경량의 특성을 가져 다양한 용도에 적용이 가능하며 금속 대비 경량, 높은 성형성, 원가 절감의 효과를 발휘할 수 있다. In addition, when implementing an electromagnetic wave shielding material using only metal, its use is limited due to high processing cost and limitations in formability. On the other hand, since the electromagnetic shielding material according to the present application is made of carbon, it has properties of conductivity, rigidity, and light weight, so it can be applied to various uses, and it can exhibit the effect of light weight, high formability, and cost reduction compared to metal.
나아가, 본원에 따른 전자파 차폐재는 수소 플라즈마처리로 간단하게 전자파 차단 효율을 향상시킬 수 있다. Furthermore, the electromagnetic wave shielding material according to the present application can simply improve the electromagnetic wave shielding efficiency by hydrogen plasma treatment.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 전자파 차폐재의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 (a)사진, (b)FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지, (c)확대한 FESEM 이미지이다.
도 3은 본 비교예에 따른 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 (a)사진, (b)FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지, (c)확대한 FESEM 이미지이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 그래프이고, 삽도는 FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 단면 FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지이다.
도 6은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 XRD(X-ray diffraction) 그래프이다.
도 7은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 비교예의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing an electromagnetic wave shielding material according to an embodiment of the present application.
2 is (a) a photograph, (b) a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image, and (c) an enlarged FESEM image of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment.
3 is (a) a photograph, (b) a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image, and (c) an enlarged FESEM image of a non-woven fiber including carbon according to Comparative Example.
4 is an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) graph of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment, and the inset is a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image.
5 (a) and (b) are cross-sectional field-emission scanning electron microscope (FESEM) images of electromagnetic wave shielding materials prepared according to the present Example and Comparative Example.
6 is an X-ray diffraction (XRD) graph of the electromagnetic shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
7 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
8A is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the electromagnetic wave shielding material prepared according to the present Example, and FIG. 8B is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the nonwoven fabric containing carbon of this comparative example.
9 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
10 is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
11 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
12 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the comparative example.
13 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment.
14 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable manner. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.
이하에서는 본원의 전자파 차폐재 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the electromagnetic wave shielding material of the present application and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원은, 2 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 40dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 전자파 차폐재에 관한 것이다. The present application relates to an electromagnetic wave shielding material having an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 90 dB in a range of 2 GHz to 40 GHz.
상기 전자파 차폐재는 2 GHz 내지 8 GHz의 범위에서 40dB 내지 60dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 40 dB to 60 dB in the range of 2 GHz to 8 GHz, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 8 GHz 내지 20 Hz의 범위에서 50dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 50 dB to 90 dB in the range of 8 GHz to 20 Hz, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 20 Hz 내지 40 Hz의 범위에서 50dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The electromagnetic wave shielding material may have an electromagnetic wave shielding efficiency of 50 dB to 90 dB in a range of 20 Hz to 40 Hz, but is not limited thereto.
전자파가 물체에 도달하면, 전자파는 흡수, 외부반사, 내부반사 및 투과 메커니즘으로 진행된다. 이 때, 전자파를 투과시키지 않는 효과의 총계를 차폐효율(SE, Shielding Effectiveness)이라고 하는데, 전자파 차폐효율은 흡수, 외부반사 효율, 내부반사 효율 및 투과 효율의 총합으로 나타낼 수 있다. 이를 식으로 표기하면 하기의 수학식 1과 같다.When an electromagnetic wave reaches an object, the electromagnetic wave proceeds through absorption, external reflection, internal reflection and transmission mechanisms. At this time, the total of the effects of not transmitting electromagnetic waves is called Shielding Effectiveness (SE), and the electromagnetic wave shielding efficiency can be expressed as the sum of absorption, external reflection efficiency, internal reflection efficiency, and transmission efficiency. This is expressed as
SER 는 반사에 의한 차폐 효율, SEA 는 흡수에 의한 차폐 효율, SEB 는 내부반사에 의한 차폐 효율을 나타내며, ρ는 체적고유저항, f는 전자파 주파수, t는 차폐재의 두께를 나타낸다.SE R is the shielding efficiency by reflection, SE A is the shielding efficiency by absorption, SE B is the shielding efficiency by internal reflection, ρ is the volume resistivity, f is the electromagnetic wave frequency, and t is the thickness of the shielding material.
전자파 효율의 단위는 데시벨(dB)인데, 전자파 흡수 메커니즘이 10dB 이상인 경우, 내부반사 메커니즘은 무시할 수 있다. 또한, 상기 수학식 1에 의하면 전자파의 주파수가 증가할수록 외부반사에 의한 효율은 감소하고, 흡수에 의한 효율이 증가한다. 즉, 이동통신이 5G로 발전함에 따라, 점점 고주파화로 진행하여 전자파 차폐에 요구되는 소재는 전자파를 흡수하는 물질이 절대적으로 필요하다는 것을 의미한다.The unit of electromagnetic wave efficiency is decibel (dB). When the electromagnetic wave absorption mechanism is 10 dB or more, the internal reflection mechanism can be ignored. In addition, according to
금속만을 이용하여 전자파 차폐 소재를 구현할 경우 높은 가공비용과 성형성의 제약으로 용도가 한정된다. 따라서 전도성, 강성, 경량의 특성을 가진 탄소 소재를 접목하여 전자파 차폐 소재를 구현하게 되면 다양한 용도에 적용이 가능할 뿐만 아니라 금속 대비 경량, 높은 성형성, 원가 절감의 효과를 발휘할 수 있다.When implementing an electromagnetic wave shielding material using only metal, its use is limited due to high processing cost and limitations in formability. Therefore, if an electromagnetic wave shielding material is realized by grafting a carbon material with conductivity, rigidity, and light weight characteristics, it can be applied to a variety of uses, and it can exhibit the effect of light weight, high formability, and cost reduction compared to metal.
상기 전자파 차폐재는 탄소를 포함하는 부직포성 섬유인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electromagnetic wave shielding material may be a non-woven fiber containing carbon, but is not limited thereto.
상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유는 탄소를 포함하는 직포성 섬유 대비 전자파 차폐 효율이 2배 이상이다. 구체적으로, 4 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 상기 탄소를 포함하는 직포성 섬유는 20dB 이하인 반면, 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유는 40 dB 이상이다. The non-woven fabric containing carbon has an electromagnetic wave shielding efficiency of more than twice as compared to the woven fiber containing carbon. Specifically, in the range of 4 GHz to 40 GHz, the woven fiber containing carbon is 20 dB or less, whereas the nonwoven fiber containing carbon is 40 dB or more.
상기 전자파 차폐재는 수소 플라즈마 처리가 된 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electromagnetic wave shielding material may be a hydrogen plasma treatment, but is not limited thereto.
상기 전자파 차폐재는 수소 플라즈마 처리가 됨으로써 전자파 차폐 효율이 향상된다. 구체적으로, 4 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 수소 플라즈마 처리를 하기 전보다 수소플라즈마 처리를 한 후가 10dB 이상 향상된다. 특히 고주파영역에서 더 높은 전자파 차폐 효율을 나타내고 있어 5G 환경에서의 전자파 차폐 재료로서 응용될 수 있다. The electromagnetic wave shielding material is subjected to hydrogen plasma treatment to improve the electromagnetic wave shielding efficiency. Specifically, in the range of 4 GHz to 40 GHz, after hydrogen plasma treatment is improved by 10 dB or more than before hydrogen plasma treatment. In particular, it shows higher electromagnetic wave shielding efficiency in the high frequency region, so it can be applied as an electromagnetic wave shielding material in a 5G environment.
더욱이, 본원의 전자파 차폐재는 금속을 사용하지 않고 탄소만을 사용하여 종래의 전자파 차폐재 대비 가볍고 성형성이 좋아 다양한 용도에 응용될 수 있다. Moreover, the electromagnetic wave shielding material of the present application uses only carbon without using a metal, so it is lighter and has good formability compared to the conventional electromagnetic wave shielding material, so it can be applied to various uses.
본원은 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 준비하는 단계; 및 상기 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐재의 제조 방법에 관한 것이다. The present application comprises the steps of preparing a non-woven fiber comprising carbon; and treating a hydrogen plasma on the nonwoven fiber.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 전자파 차폐재의 제조 방법의 순서도이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing an electromagnetic wave shielding material according to an embodiment of the present application.
먼저, 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 준비한다(S100). First, a non-woven fabric containing carbon is prepared (S100).
탄소 섬유를 200번 내지 500번 불규칙적으로 쌓으면 탄소를 포함하는 부직포성 섬유가 형성된다. 상기 탄소 섬유를 200번 미만 쌓게 되면 탄소를 포함하는 직포성 섬유가 형성된다. When carbon fibers are randomly stacked 200 to 500 times, non-woven fibers containing carbon are formed. When the carbon fibers are stacked less than 200 times, woven fibers containing carbon are formed.
이어서, 상기 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리한다(S200). Then, a hydrogen plasma is treated on the nonwoven fiber (S200).
상기 수소 플라즈마 처리는 1분 내지 10분 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrogen plasma treatment may be performed for 1 minute to 10 minutes, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마를 1분 미만 처리하게 되면 상기 부직포성 섬유의 표면이 충분히 개질되지 않아 전자파 차폐 효율을 향상시키는데 한계가 있다. When the hydrogen plasma is treated for less than 1 minute, the surface of the nonwoven fiber is not sufficiently modified, so there is a limit to improving the electromagnetic wave shielding efficiency.
상기 수소 플라즈마 처리는 1 GHz 내지 3 GHz의 범위 주파수 영역에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed in a frequency range of 1 GHz to 3 GHz, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리를 진행할 때 플라즈마 장치에 가해지는 주파수가 1 GHz 미만일 경우 상기 부직포성 섬유의 표면이 충분히 개질되지 않아 전자파 차폐 효율을 향상시키는데 한계가 있다. 구체적으로 13.56 mHz의 주파수 영역에서 수소 플라즈마 처리를 할 경우, 전자파 차폐 효율은 0 GHz 내지 20 GHz 범위에서 60 dB 이하로 측정된다. When the hydrogen plasma treatment is performed, when the frequency applied to the plasma apparatus is less than 1 GHz, the surface of the nonwoven fiber is not sufficiently modified, so there is a limit to improving the electromagnetic wave shielding efficiency. Specifically, when the hydrogen plasma treatment is performed in the frequency region of 13.56 mHz, the electromagnetic wave shielding efficiency is measured to be 60 dB or less in the range of 0 GHz to 20 GHz.
상기 수소 플라즈마 처리는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed at a temperature of 500° C. to 1,000° C., but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리의 온도가 500℃ 미만일 때는 상기 수소와 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유와의 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 수소 플라즈마 처리의 온도가 1,000℃ 초과일 때는 플라즈마 장치 내에 열 손상이 발생할 수 있다. When the temperature of the hydrogen plasma treatment is less than 500° C., the reaction between the hydrogen and the nonwoven fabric including the carbon may not sufficiently occur. In addition, when the temperature of the hydrogen plasma treatment exceeds 1,000° C., thermal damage may occur in the plasma apparatus.
상기 수소 플라즈마 처리는 500 W 내지 2,000 W의 전력 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The hydrogen plasma treatment may be performed under a power of 500 W to 2,000 W, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마의 전력이 500 W 미만일 경우 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면이 균일하게 개질되지 않을 수 있다. 또한, 상기 수소 플라즈마의 전력이 2,000 W 초과일 때, 플라즈마 장치 내의 가둠관에 손상이 발생할 수 있다. When the power of the hydrogen plasma is less than 500 W, the surface of the nonwoven fabric including carbon may not be uniformly modified. Also, when the power of the hydrogen plasma exceeds 2,000 W, damage may occur to the confinement tube in the plasma apparatus.
상기 수소 플라즈마 처리는 10-1 Torr 내지 700 Torr의 압력 하에서 수행되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed under a pressure of 10 −1 Torr to 700 Torr, but is not limited thereto.
상기 수소 플라즈마 처리는 마이크로 웨이브를 이용한 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 수행되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The hydrogen plasma treatment may be performed by chemical vapor deposition (CVD) using microwaves, but is not limited thereto.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
먼저, 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 준비하였다. 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 마이크로 웨이브를 이용한 CVD(chemical vapor deposition)내에 위치시킨 후 40 Torr, 수소가스 100 sccm, 750℃, 900 W, 2.45 GHz의 조건에서 3분동안 수소플라즈마를 처리하여 전자파 차폐재(수소플라즈마 처리된 탄소를 포함하는 부직포성 섬유)를 수득하였다. First, a nonwoven fabric containing carbon was prepared. After placing the carbon-containing nonwoven fiber in CVD (chemical vapor deposition) using microwaves, it was treated with hydrogen plasma for 3 minutes at 40 Torr, 100 sccm of hydrogen gas, 750°C, 900 W, and 2.45 GHz. An electromagnetic wave shielding material (non-woven fiber containing hydrogen plasma-treated carbon) was obtained.
[비교예 1][Comparative Example 1]
비교예 1로서 수소 플라즈마 처리를 하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 준비하였다. As Comparative Example 1, a non-woven fabric containing the same carbon as in Example 1 was prepared except that hydrogen plasma treatment was not performed.
[비교예 2][Comparative Example 2]
비교예 2로서 탄소를 포함하는 직포성 섬유를 준비하는 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 수소 플라즈마 처리를 하지 않은 전자파 차폐재를 준비하였다. As Comparative Example 2, an electromagnetic wave shielding material that was not subjected to hydrogen plasma treatment was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except for preparing a woven fiber containing carbon.
[비교예 3][Comparative Example 3]
먼저, 탄소를 포함하는 부직포성 섬유 상에 은을 도금시켰다. 상기 은이 도금된 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 마이크로 웨이브를 이용한 CVD(chemical vapor deposition)내에 위치시킨 후 40 Torr, 수소가스 100 sccm, 750℃, 900 W, 2.45 GHz의 조건에서 3분동안 수소플라즈마를 처리하여 수소플라즈마가 처리된 은이 도금된 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 수득하였다.First, silver was plated on non-woven fibers containing carbon. After placing the non-woven fabric containing the silver-plated carbon in CVD (chemical vapor deposition) using microwaves, hydrogen plasma was generated for 3 minutes at 40 Torr, 100 sccm of hydrogen gas, 750°C, 900 W, and 2.45 GHz. was treated to obtain a non-woven fabric containing carbon plated with silver treated with hydrogen plasma.
[비교예 4][Comparative Example 4]
주파수를 2.45 GHz 대신 13.56 mHz 조건에서 수소플라즈마를 처리하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 수소플라즈마가 처리된 탄소를 포함하는 부직포성 섬유를 수득하였다. A nonwoven fabric containing carbon treated with hydrogen plasma was obtained in the same manner as in Example 1, except that the frequency was treated with hydrogen plasma at 13.56 mHz instead of 2.45 GHz.
[비교예 5][Comparative Example 5]
탄소를 포함하는 직포성 섬유를 준비하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 수소플라즈마가 처리된 탄소를 포함하는 직포성 섬유를 수득하였다. A woven fiber containing carbon treated with hydrogen plasma was obtained in the same manner as in Example 1 except for preparing the woven fiber containing carbon.
[평가][evaluation]
1. 전자파 차폐재의 특성 분석1. Characterization of electromagnetic shielding materials
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전자파 차폐재의 특성을 관찰하였고 그 결과를 도 2 내지 도 6으로서 나타내었다. The characteristics of the electromagnetic wave shielding material prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were observed, and the results are shown in FIGS. 2 to 6 .
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 (a)사진, (b)FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지, (c)확대한 FESEM 이미지이다.2 is (a) a photograph, (b) a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image, and (c) an enlarged FESEM image of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment.
도 3은 본 비교예에 따른 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 (a)사진, (b)FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지, (c)확대한 FESEM 이미지이다.3 is (a) a photograph, (b) a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image, and (c) an enlarged FESEM image of a non-woven fiber including carbon according to Comparative Example.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 그래프이고, 삽도는 FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지이다. 4 is an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) graph of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment, and the inset is a field-emission scanning electron microscope (FESEM) image.
도 2 내지 도 4에 나타난 결과에 따르면, 도 3의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 경우 무작위로 탄소 섬유가 얽혀있는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 많은 교차점을 나타내고 있다. 또한, 비교예 1의 직경은 7.5 μm이다. 도 3에 나타나는 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면은 깨끗해 보이는 반면, 도 2의 수소 플라즈마 처리된 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 경우 표면에 다른 물질이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 대해 EDS로 분석한 결과 실시예 1의 전자파 차폐재의 표면 상에는 탄소가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 전자파 차폐재의 탄소 섬유의 직경은 7.4 μm 이다. According to the results shown in FIGS. 2 to 4 , in the case of the nonwoven fiber containing carbon of FIG. 3 , it can be confirmed that the carbon fibers are randomly entangled, and thus many intersections are shown. In addition, the diameter of Comparative Example 1 was 7.5 µm. While the surface of the nonwoven fiber containing carbon shown in FIG. 3 looks clean, in the case of the nonwoven fiber containing carbon treated with hydrogen plasma of FIG. 2 , it can be confirmed that other materials are formed on the surface. As a result of EDS analysis, it can be confirmed that carbon is formed on the surface of the electromagnetic wave shielding material of Example 1. In addition, the diameter of the carbon fiber of the electromagnetic wave shielding material of Example 1 is 7.4 micrometers.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 단면 FESEM(field-emission scanning electron microscope) 이미지이다. 5A and 5B are cross-sectional field-emission scanning electron microscope (FESEM) images of electromagnetic wave shielding materials manufactured according to the present Example and Comparative Example.
구체적으로, 도 5의 (a)는 비교예로서 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 단면이고, 도 5의 (b)는 실시예1의 전자파 차폐재의 단면이다. Specifically, Fig. 5 (a) is a cross-section of a non-woven fabric containing carbon as a comparative example, and Fig. 5 (b) is a cross-section of the electromagnetic wave shielding material of Example 1.
도 5에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 탄소 섬유의 부피당 탄소 섬유의 밀도는 비슷한 것으로 관찰된다. 즉, 수소 플라즈마를 처리하여도 탄소 섬유의 부피당 탄소 섬유의 밀도에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. According to the results shown in FIG. 5, when Example 1 and Comparative Example 1 are compared, it is observed that the density of carbon fibers per volume of carbon fibers is similar. That is, it was found that even if the hydrogen plasma was treated, the density of carbon fibers per volume of carbon fibers was not significantly affected.
본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 전기적 특성을 측정하였고, 이를 하기 표 1로서 나타내었다. Electrical properties of the electromagnetic wave shielding materials prepared according to the present Example and Comparative Example were measured, and are shown in Table 1 below.
Rs(Ω/)Sheet Resistance
R s (Ω/ )
(πr2)(cm2)Sample Dimension
(πr 2 )(cm 2 )
ρ (Ωcm)Volume Resistivity
ρ (Ωcm)
σ(S/m)= 1000/(t×Rs)Electrical Conductivity
σ(S/m)= 1000/(t×R s )
표 1에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1의 전자파 차폐재가 비교예 1의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유보다 전기전도도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이에 대하여 XRD를 측정하여 확인하였다. According to the results shown in Table 1, it can be confirmed that the electromagnetic wave shielding material of Example 1 has higher electrical conductivity than the non-woven fabric containing carbon of Comparative Example 1. This was confirmed by measuring XRD.
도 6은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 XRD(X-ray diffraction) 그래프이다. 6 is an X-ray diffraction (XRD) graph of the electromagnetic shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
도 6에 나타난 결과에 따르면, 그래피틱(graphitic) (002) 및 (100)/(101) 피크가 각각 24.0˚ 및 43.0˚ 에서 나타나는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 6 , it can be confirmed that the graphitic (002) and (100)/(101) peaks appear at 24.0° and 43.0°, respectively.
특히, 실시예 1의 전자파 차폐재의 피크가 비교예 1의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유보다 뚜렷하고 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. In particular, it can be seen that the peak of the electromagnetic wave shielding material of Example 1 is more distinct and larger than that of the nonwoven fabric containing carbon of Comparative Example 1.
즉, 수소 플라즈마 처리를 통해 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면이 well-developed typical graphitic (002)로 되면서 전기 전도도가 상승한 것으로 볼 수 있다. That is, it can be seen that the surface of the non-woven fabric containing carbon became well-developed typical graphitic (002) through hydrogen plasma treatment, and the electrical conductivity increased.
2. 전자파 차폐재 효율 분석2. Efficiency analysis of electromagnetic shielding materials
상기 실시예 1 및 비교예 2 내지 5에서 제조한 전자파 차폐재의 전자파 차폐 효율 특성을 확인하였고 그 결과를 도 7 내지 도 14로서 나타내었다. The electromagnetic wave shielding efficiency characteristics of the electromagnetic wave shielding materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 to 5 were confirmed, and the results are shown in FIGS. 7 to 14 .
도 7은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
도 7에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1의 전자파 차폐재가 비교예 1의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유보다 전체적인 주파수 범위에서 전자파 차폐 효율이 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 표 1에서 확인 한 바와 같이, 높은 전기 전도도로 인해 전자파 차폐 효율이 상승된 것으로 볼 수 있다. 특히, 실시예 1의 전자파 차폐재는 0.04 GHz 내지 20.0 GHz의 범위에서 45 dB로 측정되었으며, 이는 전자파 장애 효율(electromagnetic interference, EMI)가 99.99%라는 것을 의미한다. According to the results shown in FIG. 7 , it can be confirmed that the electromagnetic wave shielding material of Example 1 has higher electromagnetic wave shielding efficiency in the entire frequency range than the non-woven fabric including carbon of Comparative Example 1. As confirmed in Table 1 above, it can be seen that the electromagnetic wave shielding efficiency is increased due to the high electrical conductivity. In particular, the electromagnetic shielding material of Example 1 was measured to be 45 dB in the range of 0.04 GHz to 20.0 GHz, which means that the electromagnetic interference efficiency (EMI) is 99.99%.
도 13은 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 13 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present embodiment.
구체적으로, 도 13은 20 GHz 내지 40 GHz의 범위에서의 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. Specifically, FIG. 13 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material in the range of 20 GHz to 40 GHz.
도 13에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1의 전자파 차폐재는 20 GHz 내지 40 Hz의 범위에서 55 dB 내지 90 dB의 전자파 차폐 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 13 , it can be confirmed that the electromagnetic wave shielding material of Example 1 has an electromagnetic wave shielding efficiency of 55 dB to 90 dB in the range of 20 GHz to 40 Hz.
도 8a는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 비교예의 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이다. Figure 8a is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the electromagnetic wave shielding material prepared according to the present embodiment, Figure 8b is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the non-woven fabric containing carbon of this comparative example.
도 8에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1 및 비교예 1 모두 외부반사 보다 흡수에 의한 효율이 더 높은 것을 확인할 수 있다. 하지만 실시예 1의 전자파 차폐재가 외부반사 대비 흡수 효율의 비율이 비교예 1 보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 특히 주파수가 높은 영역에서도 이와 같은 결과를 확인할 수 있다. 일반적으로 전자파의 주파수가 증가할수록 외부반사에 의한 효율을 감소하는 반면 흡수에 의한 효율이 증가하게 되어 이동통신이 5G로 발전함에 따라 전자파를 흡수하는 물질이 절대적으로 필요한 상황이다. 이러한 상황에서 고주파 범위에서도 효과적으로 전자파를 흡수하는 본 실시예에 따라 제조된 전자파 차폐재는 앞으로의 5G 시대에 다양한 전자 기기에 응용될 수 있을 것이다. According to the results shown in FIG. 8 , it can be confirmed that both Example 1 and Comparative Example 1 have higher efficiency due to absorption than external reflection. However, it can be seen that the ratio of absorption efficiency to external reflection of the electromagnetic wave shielding material of Example 1 is significantly higher than that of Comparative Example 1. In particular, such a result can be confirmed even in a high frequency region. In general, as the frequency of electromagnetic waves increases, the efficiency due to external reflection decreases, while the efficiency by absorption increases. As mobile communication develops into 5G, a material that absorbs electromagnetic waves is absolutely necessary. In this situation, the electromagnetic shielding material manufactured according to the present embodiment, which effectively absorbs electromagnetic waves even in a high frequency range, may be applied to various electronic devices in the future 5G era.
도 9는 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
도 10은 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 흡수 및 외부반사 효율을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the absorption and external reflection efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
구체적으로 도 9는 비교예 1 및 2, 도 10은 비교예 2의 탄소를 포함하는 직포성 섬유의 전자파 차폐 효율을 나타낸 그래프이다. Specifically, FIG. 9 is a graph showing the electromagnetic wave shielding efficiency of Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 10 is a woven fiber containing carbon of Comparative Example 2.
도 9에 나타난 결과에 따르면, 비교예 2에 비해 비교예 1의 전자파 차폐효율이 현저히 높게 나온 것을 확인할 수 있다. 탄소를 포함하는 직포성 섬유의 경우, 탄소 섬유가 일정 방향으로 나란히 있는 반면, 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 경우 불규칙하게 쌓이면서 많은 교차점이 발생하게 된다. 이에 따라 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 경우 방향에 상관 없이 전기 전도도가 높은 반면, 탄소를 포함하는 직포성 섬유의 경우 일정 방향에서만 전기 전도도가 높게 측정된다. 이러한 차이로 인해 전자파 차폐 효율의 차이가 나타나는 것으로 볼 수 있다. According to the results shown in FIG. 9 , it can be confirmed that the electromagnetic wave shielding efficiency of Comparative Example 1 was significantly higher than that of Comparative Example 2. In the case of a woven fiber containing carbon, the carbon fibers are aligned in a certain direction, whereas in the case of a nonwoven fiber containing carbon, they are irregularly stacked and many intersections occur. Accordingly, in the case of the nonwoven fiber containing carbon, the electrical conductivity is high regardless of the direction, whereas in the case of the woven fiber containing carbon, the electrical conductivity is measured to be high only in a certain direction. Due to this difference, it can be seen that the difference in electromagnetic wave shielding efficiency appears.
또한, 도 10에 나타난 결과에 따르면 비교예 2의 탄소를 포함하는 직포성 섬유의 차폐 효율은 외부반사에 비해 흡수 효율이 높은 것으로 나오나 외부반사 대비 흡수 효율의 비율이 높지 않은 것으로 나타났다. In addition, according to the results shown in FIG. 10, the shielding efficiency of the woven fiber containing carbon of Comparative Example 2 was found to have a higher absorption efficiency than external reflection, but the ratio of absorption efficiency to external reflection was not high.
도 14는 본 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 14 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to this comparative example.
구체적으로 도 14는 비교예 2 및 5의 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. Specifically, Figure 14 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material of Comparative Examples 2 and 5.
도 14에 나타난 결과에 따르면, 탄소를 포함하는 직포성 섬유 또한 수소 플라즈마 처리하였을 때, 전자파 차폐의 효율이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 직포성 섬유의 경우, 수소플라즈마 처리를 했을 때에도 20 dB보다 낮은 전자파 차폐 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 14 , it can be confirmed that the efficiency of electromagnetic wave shielding increases when the woven fiber containing carbon is also treated with hydrogen plasma. However, in the case of woven fibers, it can be confirmed that the electromagnetic wave shielding efficiency is lower than 20 dB even when hydrogen plasma treatment is performed.
도 11은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 11 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the present Example and Comparative Example.
구체적으로, 도 11은 실시예 1 및 비교예 3의 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 것이다. Specifically, Figure 11 shows the efficiency of the electromagnetic wave shielding material of Example 1 and Comparative Example 3.
도 11에 나타난 결과에 따르면, 5GHz 내지 20 GHz의 범위에서 실시예 1의 전자파 차폐재의 효율이 더욱 높은 것으로 나타났다. According to the results shown in FIG. 11, it was found that the efficiency of the electromagnetic wave shielding material of Example 1 was higher in the range of 5 GHz to 20 GHz.
일반적으로 전기 전도도가 높은 물질의 전자파 차폐 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 이에 따라 가볍고 성형성이 좋은 탄소소재에 전기 전도도가 높은 금속을 혼합한 전자파 차폐재에 대한 연구가 진행되고 있다. 도 11에 나타난 결과는 이와 상반된 결과로 나타난다. 이는 수소 플라즈마 처리를 하는 과정에서 금속(은, Ag)과 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 탄소가 서로 방해(block)하기 때문에 이러한 결과로 나타날 수 있다. In general, it is known that the electromagnetic wave shielding efficiency of a material with high electrical conductivity is high. Accordingly, research on electromagnetic wave shielding materials in which a light and formable carbon material is mixed with a metal with high electrical conductivity is in progress. The results shown in FIG. 11 are opposite to these results. This may appear as a result of this because metal (silver, Ag) and carbon of the nonwoven fiber including carbon block each other during the hydrogen plasma treatment.
도 12는 비교예에 따라 제조된 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material manufactured according to the comparative example.
구체적으로 도 12는 비교예 1 및 4의 전자파 차폐재의 효율을 나타낸 그래프이다. Specifically, Figure 12 is a graph showing the efficiency of the electromagnetic wave shielding material of Comparative Examples 1 and 4.
도 12에 나타난 결과에 따르면, 수소 플라즈마를 처리할 때 13.56 mHz의 낮은 파워로 처리를 할 경우, 수소 플라즈마 처리를 하지 않은 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 전자파 차폐 효율보다 더 낮게 측정되는 것을 확인할 수 있다. 이는 수소 플라즈마의 주파수가 낮은 조건에서는 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면이 충분히 개질되지 않아 결과적으로 전자파 차폐 효율이 낮게 측정되는 것 일 수 있다. 구체적으로, 13.56 mHz는 라디오 주파수 영역으로, 13.56 mHz 영역에서 플라즈마를 발생하는 경우 주로 이온이 발생하게 된다. 반면, 2.45 GHz는 마이크로웨이브 영역으로, 2.45 GHz 영역에서 플라즈마를 발생하는 경우 주로 라디칼이 생성되어 반응이 더욱 빠르고 활발하게 진행된다. 즉, 수소 플라즈마를 처리할 때에는 1 GHz 내지 3 GHz의 범위 주파수 영역에서 수행하는 것이 바람직하다. According to the results shown in FIG. 12, when processing with a low power of 13.56 mHz when processing hydrogen plasma, it can be confirmed that the measurement is lower than the electromagnetic wave shielding efficiency of the non-woven fabric containing carbon that has not been subjected to hydrogen plasma treatment. have. This may be because the surface of the non-woven fabric containing carbon is not sufficiently modified under the condition that the frequency of the hydrogen plasma is low, resulting in low electromagnetic wave shielding efficiency. Specifically, 13.56 mHz is a radio frequency region, and when plasma is generated in the 13.56 mHz region, ions are mainly generated. On the other hand, 2.45 GHz is a microwave region, and when plasma is generated in a 2.45 GHz region, radicals are mainly generated and the reaction proceeds faster and more actively. That is, when processing the hydrogen plasma, it is preferable to perform it in the frequency range of 1 GHz to 3 GHz.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.
Claims (11)
상기 부직포성 섬유는 수소 플라즈마 처리된 것이며,
30 GHz 내지 40 GHz의 범위에서 60dB 내지 90dB의 전자파 차폐 효율을 가지며,
상기 수소 플라즈마 처리는 1GHz 내지 3GHz의 범위 주파수 영역에서 이루어지고,
상기 수소 플라즈마 처리를 통해 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면이 개질되며, 상기 개질은 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면 상에 탄소가 더 형성되는, 전자파 차폐재.
Non-woven fibers containing carbon; including,
The non-woven fabric is a hydrogen plasma treatment,
It has an electromagnetic wave shielding efficiency of 60 dB to 90 dB in the range of 30 GHz to 40 GHz,
The hydrogen plasma treatment is performed in a frequency range of 1 GHz to 3 GHz,
The surface of the nonwoven fiber containing carbon is modified through the hydrogen plasma treatment, and the modification is to further form carbon on the surface of the nonwoven fiber containing carbon.
상기 부직포성 섬유 상에 수소 플라즈마를 처리하는 단계;를 포함하며,
상기 수소 플라즈마 처리는 1 GHz 내지 3 GHz의 범위 주파수 영역에서 이루어지고,
상기 수소 플라즈마 처리를 통해 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면이 개질되며, 상기 개질은 상기 탄소를 포함하는 부직포성 섬유의 표면 상에 탄소가 더 형성되는 전자파 차폐재의 제조 방법.
Preparing a non-woven fiber containing carbon; and
Including; treating the hydrogen plasma on the non-woven fiber;
The hydrogen plasma treatment is performed in a frequency region in the range of 1 GHz to 3 GHz,
Through the hydrogen plasma treatment, the surface of the nonwoven fiber containing carbon is modified, and the modification is a method of manufacturing an electromagnetic wave shielding material in which carbon is further formed on the surface of the nonwoven fiber containing carbon.
상기 수소 플라즈마 처리는 1분 내지 10분 동안 이루어지는 것인, 전자파 차폐재의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The hydrogen plasma treatment will be made for 1 minute to 10 minutes, the method of manufacturing an electromagnetic wave shielding material.
상기 수소 플라즈마 처리는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 하에서 이루어지는 것인, 전자파 차폐재의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The hydrogen plasma treatment will be made under a temperature of 500 ℃ to 1,000 ℃, the manufacturing method of the electromagnetic wave shielding material.
상기 수소 플라즈마 처리는 500 W 내지 2,000 W의 전력 하에서 이루어지는 것인, 전자파 차폐재의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
The hydrogen plasma treatment is made under the power of 500 W to 2,000 W, the method of manufacturing an electromagnetic wave shielding material.
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