KR102611618B1 - Composite material composition for shielding radiation, electromagnetic wave and magnetic field, and composite sheet using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트에 관한 것으로, 상기 복합소재 조성물은 철 70 내지 78 원자%, 붕소 13 내지 21 원자% 및 규소 1 내지 17 원자%로 이루어지며, 상기 복합시트는 상기 복합소재 조성물의 일면 또는 양면에 방사선 차폐층을 형성하여 제조된다.
상기의 성분으로 이루어지는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트는 방사선, 전자기파 및 자기장에 대해 우수한 차폐효율을 나타내며, 경량화가 가능하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.The present invention relates to a composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, and a composite sheet using the composition. The composite material composition contains 70 to 78 atomic% iron, 13 to 21 atomic% boron, and 1 to 17 atomic% silicon. The composite sheet is manufactured by forming a radiation shielding layer on one or both sides of the composite material composition.
The composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields composed of the above components and the composite sheet using the composition exhibit excellent shielding efficiency against radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields, and can be applied to various industrial fields because they can be lightweight.
Description
본 발명은 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선, 전자기파 및 자기장에 대해 우수한 차폐효율을 나타내며, 경량화가 가능하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields, and to a composite sheet using the composition. More specifically, it exhibits excellent shielding efficiency against radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields, and can be applied to various industrial fields due to its lightweight design. It relates to a composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, and a composite sheet using the composition.
북극항로에는 방사선의 수치가 타 지역에 비해 상대적으로 높다고 하는 사실이 잘 알려져 있다. 북극항로를 포함하여 지구의 대기에서의 방사선은 지구 밖에서 유입되는 우주방사선이 주요 원인이다.It is well known that the level of radiation in the Northern Sea Route is relatively high compared to other regions. Radiation in the Earth's atmosphere, including the Northern Sea Route, is mainly caused by cosmic radiation coming from outside the Earth.
우주방사선(cosmic radiation)이란 우주에서 지구로 쏟아지는 고에너지 미립자와 감마선 및 이들이 대기 분자와 충돌하여 2차적으로 발생하는 고에너지 미립자와 감마선의 총칭으로, 우주방사선은 대기권의 공기 입자들과 충돌하기 전의 우주선인 1차 우주선과 1차 우주선이 대기권과 충돌 후 발생한 2차 입자로 구성된 2차 우주선에 의한 방사선으로 구분할 수 있다.Cosmic radiation is a general term for high-energy particulates and gamma rays that pour down from space to the Earth, as well as high-energy particulates and gamma rays that are generated secondarily when they collide with atmospheric molecules. Cosmic radiation refers to the high-energy particulates and gamma rays that come into contact with air particles in the atmosphere before colliding with them. It can be divided into radiation caused by primary cosmic rays, which are cosmic rays, and secondary cosmic rays, which are composed of secondary particles generated after the primary cosmic ray collides with the atmosphere.
1차 우주선은 다시 태양계 밖에서 기인하는 은하 우주방사선(GCR, galactic cosmic radiation)과 태양의 흑점 활동에 기인하는 태양 우주방사선(SCR, solar cosmic radiation)으로 구분된다. 은하우주방사선(GCR)은 코로나 질량방출(coronal mass ejection), 초신성 폭발(supernova explosion), 펄서 가속(pulsar acceleration), 은하 핵폭발 (galactic nuclei explosion) 등의 결과로서 생성되며, 95%의 양성자, 3.5%의 알파 입자, 나머지는 탄소와 철 같은 무거운 핵종(heavy ions)으로 구성된다. 은하 우주방사선은 생성 후, 고에너지(1020 eV) 입자로 가속되어 지구 대기권에 도달하게 된다. 한편, 태양 우주방사선(SCR)은 태양의 흑점 활동에 기인하여 발생하며, 최대 에너지가 109 eV에 이른다. 우주방사선은 뮤온, 전자, 양성자, 광자 및 중성자 등으로 구성되어 있다.Primary cosmic rays are further divided into galactic cosmic radiation (GCR) originating from outside the solar system and solar cosmic radiation (SCR) originating from sunspot activity. Galactic cosmic radiation (GCR) is generated as a result of coronal mass ejection, supernova explosion, pulsar acceleration, galactic nuclei explosion, etc., 95% protons, 3.5% % alpha particles, the remainder is made up of heavy ions such as carbon and iron. After generation, galactic cosmic radiation is accelerated into high-energy (1020 eV) particles and reaches the Earth's atmosphere. Meanwhile, solar cosmic radiation (SCR) is generated due to sunspot activity and has a maximum energy of 109 eV. Cosmic radiation consists of muons, electrons, protons, photons, and neutrons.
북극항로의 방사선 수치가 다른 위도에 비해 상대적으로 높은 이유는 지구자기장에 의해 형성된 밴앨런대(방사선대)의 형상에서 기인한다. 아래 도 1은 지구자기장(magnetotail)과 밴앨런대(Van Allen radiation belt)의 틈(Polar cusp)을 통해서 지구의 북극과 남극으로 유입되는 태양풍 입자(Incoming solar wind particles)의 모습을 나타낸 것이다.The reason why radiation levels in the Northern Sea Route are relatively high compared to other latitudes is due to the shape of the Van Allen Belt (radiation belt) formed by the Earth's magnetic field. Figure 1 below shows the appearance of incoming solar wind particles flowing into the Earth's North and South Poles through the polar cusp of the Earth's magnetic field (magnetotail) and the Van Allen radiation belt.
또한, 아래 도 2에는 우주방사선의 고도별 분포를 나타내었는데, 아래 도 2에 나타낸 것처럼, 일반적인 항공기의 운항고도인 10km 부근에는 다양한 방사선이 분포하고 있다. 지상에서 가장 많은 부분을 차지하는 방사선은 뮤온이며, 비행기 고도에서는 중성자가 가장 많이 존재하고, 전자, 양성자, 광자의 비율은 비슷하며, 뮤온에 의한 방사선량이 상대적으로 적게 분포한다. 지구 대기권에 도달한 1차 우주선은 대기를 구성하는 산소, 질소, 아르곤 등과 반응하여 수백 MeV 이상의 에너지를 지닌 파이온 또는 뮤온, 전자, 양성자, 중성자, 광자를 포함하는 2차 입자를 생성한다. 2차 입자 중에서 중성자, 양성자, 파이온의 경우는 1차 우주선의 양성자(P)가 공기 입자들과 충돌하여 생성된다. 생성된 파이온은 다시 붕괴를 통하여 뮤온을 생성하며, 중성파이온은 감마선을 발생시킨다. 뮤온은 다시 붕괴를 통하여 전자나 중성미자들을 생성시킨다.In addition, Figure 2 below shows the distribution of space radiation by altitude. As shown in Figure 2 below, various radiations are distributed around 10km, which is the operating altitude of a typical aircraft. The radiation that occupies the largest portion on the ground is muon, and at airplane altitude, neutrons are the most present, the ratios of electrons, protons, and photons are similar, and the amount of radiation caused by muons is relatively small. Primary spacecraft that reach the Earth's atmosphere react with the oxygen, nitrogen, and argon that make up the atmosphere and generate secondary particles including pions or muons, electrons, protons, neutrons, and photons with energies of hundreds of MeV or more. Among secondary particles, neutrons, protons, and pions are created when protons (P) from primary cosmic rays collide with air particles. The generated pions decay again to create muons, and neutral pions generate gamma rays. Muons decay again to create electrons or neutrinos.
또한, 아래 도 3에는 콤프턴 효과(Compton effect)에 의한 전자의 생성과정을 나타내었는데, 방출된 다량의 전자들은 지구자기장에 의해 가속되거나 회전하면서 전자기파를 생성하게 되며, 이것이 일명 전자기 펄스(EMP : Electromagnetic pulse)이다. 즉, 방사선(감마선)은 공기 중에서 콤프턴 산란을 일으켜서 결국에는 전자기파를 발생시킨다. 또한, 북반구에서는 적도에서 북극방향으로 올라갈수록 자기장의 세기(자속밀도)도 높아진다. 이와 같이 북극항로에서는 방사선, 전자기파, 자기장 세 가지의 물리현상으로 인한 환경의 변화를 충분히 이해하고 여기에 대비해야만 안전한 운항이 가능하다.In addition, Figure 3 below shows the process of generating electrons by the Compton effect. A large amount of emitted electrons are accelerated or rotated by the Earth's magnetic field and generate electromagnetic waves, which are so-called electromagnetic pulses (EMP: Electromagnetic pulse). In other words, radiation (gamma rays) causes Compton scattering in the air and eventually generates electromagnetic waves. Additionally, in the Northern Hemisphere, the strength of the magnetic field (magnetic flux density) increases as you go from the equator to the North Pole. In this way, safe navigation on the Northern Sea Route is only possible if you fully understand and prepare for environmental changes caused by the three physical phenomena of radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
우주방사선은 별의 생성과정(초신성폭발)과 태양활동에서 발생되는 현상으로서 인공위성의 각종 전자부품에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 우주탐사나 여행을 하는 사람들의 건강에도 치명적인 위협으로 간주된다. 특히, 반도체 소자에 대한 방사선의 침해(효과) 현상은 나노기술(NT)의 발달로 인해 가능해진 나노미터 스케일(10억분의 1m)의 반도체 회로나 소자에 치명적일 수 있는데, 중성자로 인해 반도체가 손상되는 과정을 아래 도 4에 나타내었다.Cosmic radiation is a phenomenon that occurs during the star formation process (supernova explosion) and solar activity. It not only has a negative effect on various electronic components of artificial satellites, but is also considered a fatal threat to the health of people who explore space or travel. In particular, the phenomenon of radiation intrusion (effect) on semiconductor devices can be fatal to semiconductor circuits or devices at the nanometer scale (one billionth of a meter), which has become possible due to the development of nanotechnology (NT). Semiconductors are damaged by neutrons. The process is shown in Figure 4 below.
또한, 반도체 소자에 대한 방사선 효과를 아래 표 1에 나타내었다.Additionally, the effects of radiation on semiconductor devices are shown in Table 1 below.
<표 1> 반도체 소자(디바이스)에 대한 방사선 효과<Table 1> Radiation effects on semiconductor elements (devices)
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 반도체 소자에 대한 방사선 효과는 그 효과가 축적되는 토탈도즈효과(total dose effect)와 단발현상인 싱글이벤트효과(single event effect)로 구분된다. 토탈도즈효과는 다시 방사선 입사로 인해 생긴 전하에 의한 전리(電離)손상과 원자가 안정위치에서 튕겨나가서 격자결함을 만드는 변위(變位)손상으로 나뉜다.(토탈도즈효과를 전리손상과 같은 의미로 사용하면서 변위손상을 토탈도즈효과와 별도로 사용하는 경우도 있음.)As shown in Table 1, the radiation effect on semiconductor devices is divided into a total dose effect, where the effect is accumulated, and a single event effect, which is a one-time phenomenon. The total dose effect is further divided into ionization damage caused by charges generated by incident radiation and displacement damage in which atoms are bounced from their stable positions and create lattice defects. (The total dose effect is used in the same sense as ionization damage. In some cases, displacement damage is used separately from the total dose effect.)
또한, 싱글이벤트효과도 세분화되는데 대표적인 것으로 SEL(single event latch-up), SEGR(single event gate rupture), SEB(single event burnout), SET(single event transient)가 있다.In addition, single event effects are also subdivided, and representative examples include single event latch-up (SEL), single event gate rupture (SEGR), single event burnout (SEB), and single event transient (SET).
한편, 우주방사선의 대부분은 지구의 자기장에 의해 차단되지만, 지구 자기장의 형상과 방사선대(반앨런대)의 모양에서 알 수 있듯이 북극이나 남극 부근의 자기력선이 약해지는 곳에서는 우주방사선의 세기가 높게 관측된다. 이러한 현상으로 인해 북극항로를 항해하는 국제선 항공기의 승무원들이 방사선에 의한 암 발생 문제를 제기하기도 한다.Meanwhile, most of the cosmic radiation is blocked by the Earth's magnetic field, but as can be seen from the shape of the Earth's magnetic field and the shape of the radiation belt (Van Allen belt), the intensity of cosmic radiation is observed to be high in places where the magnetic field lines near the North or South Pole are weakened. do. Due to this phenomenon, crew members of international aircraft sailing the Northern Sea Route are raising the issue of cancer caused by radiation.
본 발명의 목적은 방사선, 전자기파 및 자기장에 대해 우수한 차폐효율을 나타내며, 경량화가 가능하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields that exhibits excellent shielding efficiency against radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, can be lightweight and can be applied to various industrial fields, and a composite sheet using the composition. .
본 발명의 목적은 철 70 내지 78 원자%, 붕소 13 내지 21 원자% 및 규소 1 내지 17 원자%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제공함에 의해 달성된다.The object of the present invention is achieved by providing a composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, characterized in that it consists of 70 to 78 atomic% iron, 13 to 21 atomic% boron, and 1 to 17 atomic% silicon.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 크롬 1 내지 5 원자%가 더 함유되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the present invention, the composite material composition for shielding electromagnetic waves and magnetic fields further contains 1 to 5 atomic% of chromium.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 표면에는 니켈이 8 내지 12 마이크로미터의 두께로 도금되는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the surface of the composite material composition for shielding electromagnetic waves and magnetic fields is plated with nickel to a thickness of 8 to 12 micrometers.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 2.5 내지 24 밀리미터의 두께로 형성되는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields is formed to have a thickness of 2.5 to 24 millimeters.
또한, 본 발명의 목적은 상기 복합소재 조성물의 일면 또는 양면에 0.08 내지 1 밀리미터 두께의 방사선 차폐층을 형성하여 이루어지며, 상기 방사선 차폐층은 에폭시에 방사선 차폐제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention is to form a radiation shielding layer with a thickness of 0.08 to 1 millimeter on one or both sides of the composite material composition, wherein the radiation shielding layer is formed by mixing a radiation shielding agent with epoxy. This can also be achieved by providing a composite sheet for shielding electromagnetic waves and magnetic fields.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 방사선 차폐층은 에폭시 100 중량부 및 방사선 차폐제 5000 내지 20000 중량부로 이루어지는 것으로 한다.According to a preferred feature of the present invention, the radiation shielding layer is made of 100 parts by weight of epoxy and 5,000 to 20,000 parts by weight of a radiation shielding agent.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 방사선 차폐제는 입자크기가 20 내지 40 마이크로미터인 납 또는 텅스텐 분말로 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the radiation shielding agent is made of lead or tungsten powder with a particle size of 20 to 40 micrometers.
또한, 본 발명의 목적은 상기 복합소재 조성물이 감겨진 고무자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 가스킷을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention can be achieved by providing a gasket for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, which is made of a rubber magnet wrapped with the composite material composition.
본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트는 방사선, 전자기파 및 자기장에 대해 우수한 차폐효율을 나타내며, 경량화가 가능하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있는 복합소재 조성물 및 복합시티를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.The composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention and the composite sheet using the composition exhibit excellent shielding efficiency against radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, and are lightweight and can be applied to various industrial fields. It has an excellent effect in providing a complex city.
도 1은 지구자기장(magnetotail)과 밴엘런대(Van Allen radiation belt)의 틈(Polar cusp)을 통해서 지구의 북극과 남극으로 유입되는 태양풍 입자(Incoming solar wind particles)의 모습을 나타낸 개략도이다.
도 2는 우주방사선의 고도별 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 콤프턴 효과(Compton effect)에 의한 전자의 생성과정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 중성자로 인해 반도체가 손상되는 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing incoming solar wind particles flowing into the Earth's North and South Poles through the polar cusp of the Earth's magnetic field (magnetotail) and the Van Allen radiation belt.
Figure 2 is a graph showing the distribution of space radiation by altitude.
Figure 3 is a schematic diagram showing the electron generation process by the Compton effect.
Figure 4 is a flowchart showing the process in which a semiconductor is damaged by neutrons.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Below, preferred embodiments of the present invention and the physical properties of each component are described in detail, but are intended to be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the invention. This does not mean that the technical idea and scope of the present invention are limited.
본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 철, 붕소 및 규소로 이루어지며, 철 70 내지 78 원자%(at%, atomic%), 붕소 13 내지 21 원자% 및 규소 1 내지 17 원자%로 이루어지는 것이 바람직하다.The composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention is composed of iron, boron and silicon, with 70 to 78 atomic% (at%, atomic%) of iron, 13 to 21 atomic% of boron, and 1 to 17 atoms of silicon. It is preferable that it is made up of %.
상기 철은 70 내지 78 원자%가 함유되는데, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 주재료가 되는 성분으로, 감마선의 차폐율을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 철의 함량이 70 원자% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 철의 함량이 78 원자%를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 붕소나 규소의 함량이 줄어들기 때문에 바람직하지 못하다.The iron contains 70 to 78 atomic percent, and is the main ingredient of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields according to the present invention, and serves to improve the shielding rate of gamma rays. The iron content is 70 atomic percent. If the iron content is less than atomic %, the effect is minimal, and if the iron content exceeds 78 atomic %, the effect is not significantly improved and the content of boron or silicon is relatively reduced, which is undesirable.
상기 붕소는 13 내지 21 원자%가 함유되며, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물에 중성자 흡수율을 향상시키는 역할을 한는데, 상기 붕소의 함량이 13 원자% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 붕소의 함량이 21 원자%를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 철이나 규소의 함량이 지나치게 줄어들기 때문에 바람직하지 못하다.The boron contains 13 to 21 atomic% and plays a role in improving the neutron absorption rate in the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention. If the boron content is less than 13 atomic%, the above effect is achieved. is insignificant, and if the boron content exceeds 21 atomic%, the effect is not significantly improved and the iron or silicon content is relatively reduced, which is undesirable.
상기와 같이 철이 70 내지 78 원자% 함유되고, 붕소가 13 내지 21 원자% 함유되면, 감마선의 차폐와 중성자의 흡수율이 우수할 뿐만 아니라, 투자율(permeability)과 같은 연자성(soft magnetic)의 특성과 전도성(conductivity)이 향상되어 자기장 차폐와 콤프턴 산란으로 발생한 전자기파의 차폐효율이 향상된 복합소재 조성물이 제공된다.When 70 to 78 atomic% of iron is contained and 13 to 21 atomic% of boron is contained as described above, not only is the shielding of gamma rays and the absorption rate of neutrons excellent, but also soft magnetic properties such as permeability and A composite material composition with improved conductivity and improved shielding efficiency of electromagnetic waves generated by magnetic field shielding and Compton scattering is provided.
상기의 성분으로 이루어지는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 2.5 내지 24 밀리미터의 두께로 형성되는 것이 바람직한데, 철, 붕소 및 규소의 함량에 따라 가변적이기는 하나, 철 70 내지 78 원자%, 붕소 13 내지 21 원자% 및 규소 1 내지 17 원자%로 이루어지는 경우 2.5 내지 24 밀리미터의 두께로 형성되면 감마선이나 중성자의 차폐효율이 99%에 도달할 수 있다.The composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields consisting of the above components is preferably formed to a thickness of 2.5 to 24 millimeters. Although it varies depending on the content of iron, boron and silicon, it contains 70 to 78 atomic% iron and boron. When composed of 13 to 21 atomic percent and 1 to 17 atomic percent silicon, when formed to a thickness of 2.5 to 24 millimeters, the shielding efficiency of gamma rays or neutrons can reach 99%.
또한, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물에는 복합소재 조성물이 고온다습한 환경에 노출되었을 경우 부식이나 녹의 발생을 방지하기 위해 크롬 1 내지 5 원자%가 더 함유될 수 있는데, 상기와 같이 크롬이 함유되는 경우에는 철이나 붕소의 함량은 유지하면서 크롬이 함유되는 만큼 규소의 함량을 줄이는 방식으로 혼합되는 것이 바람직하다.In addition, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields according to the present invention may further contain 1 to 5 atomic percent of chromium to prevent corrosion or rust when the composite material composition is exposed to a high temperature and humidity environment. When chromium is contained as described above, it is preferable to mix in a way that reduces the silicon content by the amount of chromium contained while maintaining the iron or boron content.
상기 크롬의 함량이 1 원자% 미만이면 상기와 같은 복합소재의 부식이나 녹방지 효과가 미미하며, 상기 크롬의 함량이 5 원자%를 초과하게 되면 부식이나 녹방지 효과는 크게 향상되지 않으면서 복합소재의 물성이 저하될 수 있다.If the chromium content is less than 1 atomic%, the corrosion or rust prevention effect of the composite material is minimal, and if the chromium content exceeds 5 atomic%, the corrosion or rust prevention effect is not significantly improved and the composite material physical properties may deteriorate.
또한, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 표면에는 복합소재의 부식이나 녹의 발생을 억제하기 위해 니켈이 도금될 수도 있는데, 니켈이 8 내지 12 마이크로미터의 두께로 도금되는 것이 바람직하다.In addition, nickel may be plated on the surface of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields according to the present invention to suppress corrosion or rust of the composite material. Nickel is plated to a thickness of 8 to 12 micrometers. desirable.
상기 니켈의 도금 두께가 8 마이크로미터 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 니켈의 도금두께가 12 마이크로미터를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 제조비용을 지나치게 증가시키게 된다.If the nickel plating thickness is less than 8 micrometers, the above effect is minimal, and if the nickel plating thickness exceeds 12 micrometers, the above effect is not significantly improved and manufacturing costs are excessively increased.
상기의 성분으로 이루어지는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 봉투, 박스 형태의 밀폐형 용기 등의 제조를 위해 얇은 시트를 연결하거나 여러 겹으로 적층하기 위해 전도성 접착테이프를 시트의 사이에 적용하여 차폐효율을 향상시킨 제품으로 적용될 수 있으며, 그 외에도 함체나 팔레트에 적용될 수 있으며, 반도체 칩이나 모듈(기판)의 위와 아랫부분에 부착함으로써 차폐체로 인한 부피와 중량을 최소화하면서 전기적 절연성을 유지하고 방열 특성을 높이기 위해 열전도성이 높은 절연성 접착제를 덧붙인 테이프 형태로 적용될 수도 있다.The composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields consisting of the above ingredients is shielded by applying conductive adhesive tape between sheets to connect thin sheets or stack them in multiple layers for the manufacture of envelopes, box-shaped sealed containers, etc. It can be applied as a product with improved efficiency, and can also be applied to boxes or pallets. By attaching it to the top and bottom of a semiconductor chip or module (substrate), it minimizes the volume and weight due to the shielding material, maintains electrical insulation, and has heat dissipation properties. It can also be applied in the form of a tape with a highly thermally conductive insulating adhesive added to increase it.
또한, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 1 내지 5 밀리미터의 폭으로 절단한 후에 섬유 또는 리본을 부드러운 일반섬유와 혼방으로 제조한 천으로 커텐, 모포, 앞치마 및 화물덮개 등의 복합 차폐제품을 제조할 수 있으며, 항공기 창문의 햇빛 가리개나, 가스킷(Gasket) 차폐체로 적용할 수도 있다.In addition, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention is cut to a width of 1 to 5 millimeters and then blended with fibers or ribbons with soft general fibers to make curtains, blankets, aprons, cargo covers, etc. It can manufacture composite shielding products, and can also be applied as sunshades on aircraft windows or as gasket shields.
이때, 상기 가스킷으로 적용되는 경우에는 본 발명에 따른 복합소재 조성물을 섬유의 형태로 가공한 후에, 섬유의 형태로 가공된 복합소재 조성물을 가스킷용 고무자석에 감는 형태로 적용하는 것이 바람직하다.At this time, when applied as the gasket, it is preferable to process the composite material composition according to the present invention into the form of a fiber and then apply the composite material composition processed into the form of a fiber by wrapping it around a rubber magnet for a gasket.
상기와 같이 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물이 감겨진 고무자석은 금속성분에 대해 탈부착이 용이하여 기체나 액체 등이 유출을 방지해야 하는 금속부분에 적용이 용이할 뿐만 아니라, 우수한 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐 효과를 나타낼 수 있는 가스킷으로 제공될 수 있다.As described above, the rubber magnet wrapped with the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention is easy to attach and detach from metal components, so it is not only easy to apply to metal parts where gas or liquid should be prevented from leaking. , can be provided as a gasket that can exhibit excellent radiation, electromagnetic wave and magnetic field shielding effects.
또한, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트는 상기 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물로 이루어진 2.5 내지 24 밀리미터의 두께의 복합소재 조성물의 일면 또는 양면에 0.08 내지 0.4 밀리미터 두께의 방사선 차폐층을 형성하여 이루어진다.In addition, the composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention has a thickness of 0.08 to 0.4 millimeters on one or both sides of the composite material composition with a thickness of 2.5 to 24 millimeters made of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields. It is achieved by forming a radiation shielding layer.
이때, 상기 방사선 차폐층은 에폭시에 방사선 차폐제를 혼합하여 이루어지는 데, 에폭시 100 중량부 및 방사선 차폐제 5000 내지 2000 중량부로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 방사선 차폐제는 입자크기가 20 내지 40 마이크로미터인 납 또는 텅스텐 분말로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.At this time, the radiation shielding layer is made by mixing epoxy with a radiation shielding agent, and is preferably made of 100 parts by weight of epoxy and 5000 to 2000 parts by weight of a radiation shielding agent, and the radiation shielding agent is lead or tungsten with a particle size of 20 to 40 micrometers. It is more preferable that it is made of powder.
일반적으로, 전자기파 및 자기장과는 다르게 방사선의 차폐는 차폐소재의 두께가 증가할수록 차폐율이 향상된다. 그러나 복합소재의 두께가 지나치게 두터워지면 제품의 중량이 증가하여 적용분야가 제한적일 수 있기 때문에, 원자번호가 높아 단위질량 및 부피 당 감마선의 차폐효율을 향상시킬 수 있는 납이나 텅스텐이 함유된 에폭시로 이루어진 방사선 차폐제로 이루어진 방사선 차폐층을 형성하여 상기의 문제점을 해소하였다. 상기의 성분으로 이루어지는 방사선 차폐층에 납 분말이 사용되는 경우에는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 두께가 0.6 내지 1.5 센티미터를 나타내면 감마선의 차폐효율 99%를 달성할 수 있고, 방사선 차폐층에 텅스텐 분말이 사용되는 경우에는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 두께가 0.8 내지 1.6 센티미터를 나타내면 감마선의 차폐효율 99%를 달성할 수 있다.In general, unlike electromagnetic waves and magnetic fields, the shielding rate of radiation improves as the thickness of the shielding material increases. However, if the thickness of the composite material becomes too thick, the weight of the product increases and the application field may be limited. Therefore, epoxy containing lead or tungsten, which has a high atomic number and can improve the shielding efficiency of gamma rays per unit mass and volume, is used. The above problems were solved by forming a radiation shielding layer made of a radiation shielding agent. When lead powder is used in a radiation shielding layer made of the above components, a gamma ray shielding efficiency of 99% can be achieved if the thickness of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields is 0.6 to 1.5 centimeters, and the radiation shielding layer When tungsten powder is used, a gamma ray shielding efficiency of 99% can be achieved if the thickness of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields is 0.8 to 1.6 centimeters.
또한, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트는 상기 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 0.08 내지 0.4 밀리미터 두께로 이루어진 방사선 차폐층의 양면에 형성하는 적층구조로 제조될 수도 있다.In addition, the composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention may be manufactured in a laminated structure in which the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields is formed on both sides of a radiation shielding layer with a thickness of 0.08 to 0.4 millimeters. .
상기의 구조로 이루어지는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트는 봉투, 박스 형태의 밀폐형 용기, 복합시트를 편조(編組), 접합 가공하여 제작된 커텐, 벽지, 바구니 및 전도성 접착테이프 등으로 제조될 수 있다.The composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields composed of the above structure can be manufactured into envelopes, box-shaped sealed containers, curtains made by braiding and joining composite sheets, wallpaper, baskets, and conductive adhesive tape, etc. there is.
이하에서는, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물과 그 조성물을 이용한 복합시트의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 복합소재 조성물과 복합시트의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.In the following, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields according to the present invention, the manufacturing method of a composite sheet using the composition, and the physical properties of the composite material composition and composite sheet manufactured by the manufacturing method will be described through examples. do.
<실시예 1><Example 1>
철 78 원자%, 붕소 13 원자% 및 규소 9 원자%를 합금하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제조하였다.A composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was prepared by alloying 78 atomic% iron, 13 atomic% boron, and 9 atomic% silicon.
<실시예 2><Example 2>
철 76 원자%, 붕소 15 원자% 및 규소 9 원자%를 합금하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제조하였다.A composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was prepared by alloying 76 atomic% iron, 15 atomic% boron, and 9 atomic% silicon.
<실시예 3><Example 3>
철 74 원자%, 붕소 17 원자% 및 규소 9 원자%를 합금하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제조하였다.A composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was prepared by alloying 74 atomic% iron, 17 atomic% boron, and 9 atomic% silicon.
<실시예 4><Example 4>
철 72 원자%, 붕소 19 원자% 및 규소 9 원자%를 합금하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제조하였다.A composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was prepared by alloying 72 atomic% iron, 19 atomic% boron, and 9 atomic% silicon.
<실시예 5><Example 5>
철 70 원자%, 붕소 21 원자% 및 규소 9 원자%를 합금하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물을 제조하였다.A composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was prepared by alloying 70 atomic% iron, 21 atomic% boron, and 9 atomic% silicon.
<실시예 6><Example 6>
상기 실시예 1을 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 일면에 방사선 차폐제(에폭시 100 중량부 및 직경이 30 마이크로미터인 납분말 15000 중량부)로 이루어지는 방사선 차폐층을 80 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.A radiation shielding layer made of a radiation shielding agent (100 parts by weight of epoxy and 15,000 parts by weight of lead powder with a diameter of 30 micrometers) was applied to one side of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields prepared in Example 1 to a thickness of 80 micrometers. A composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was manufactured by forming it to a thickness of .
<실시예 7><Example 7>
상기 실시예 6과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 100 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 6 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 100 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 8><Example 8>
상기 실시예 6과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 150 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 6 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 150 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 9><Example 9>
상기 실시예 6과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 200 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 6 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 200 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 10><Example 10>
상기 실시예 6과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 400 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 6 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 400 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 11><Example 11>
상기 실시예 1을 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물의 일면에 방사선 차폐제(에폭시 100 중량부 및 직경이 30 마이크로미터인 텅스텐 분말 15000 중량부)로 이루어지는 방사선 차폐층을 80 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.A radiation shielding layer made of a radiation shielding agent (100 parts by weight of epoxy and 15,000 parts by weight of tungsten powder with a diameter of 30 micrometers) was applied to one side of the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields prepared in Example 1 to a thickness of 80 micrometers. A composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields was manufactured by forming it to a thickness of .
<실시예 12><Example 12>
상기 실시예 11과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 100 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 11 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 100 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 13><Example 13>
상기 실시예 11과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 150 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 11 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 150 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 14><Example 14>
상기 실시예 11과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 200 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 11 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 200 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
<실시예 15><Example 15>
상기 실시예 11과 동일하게 진행하되, 방사선 차폐층을 400 마이크로미터의 두께로 형성하여 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트를 제조하였다.The same procedure as in Example 11 was carried out, but a radiation shielding layer was formed to a thickness of 400 micrometers to manufacture a composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields.
상기 실시예 1 내지 5를 통해 제조된 복합소재 조성물의 자기적 특성, 전자파 차폐 특성, 감마선 및 중성자 차폐효율을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.The magnetic properties, electromagnetic wave shielding properties, and gamma ray and neutron shielding efficiencies of the composite compositions prepared through Examples 1 to 5 were measured and shown in Table 2 below.
<표 2><Table 2>
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 5를 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 우수한 자기적 특성, 전자파 차폐 특성, 감마선 및 중성자 차폐효율을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the composite material compositions for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields prepared through Examples 1 to 5 of the present invention exhibit excellent magnetic properties, electromagnetic wave shielding properties, and gamma ray and neutron shielding efficiency. .
또한, 상기 실시예 6 내지 10을 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트의 자기적 특성, 전자파 차폐 특성, 감마선 및 중성자 차폐효율을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.In addition, the magnetic properties, electromagnetic wave shielding properties, and gamma ray and neutron shielding efficiency of the composite sheets for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields prepared through Examples 6 to 10 were measured and are shown in Table 3 below.
<표 3><Table 3>
또한, 상기 실시예 11 내지 15를 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트의 자기적 특성, 전자파 차폐 특성, 감마선 및 중성자 차폐효율을 측정하여 아래 표 4에 나타내었다.In addition, the magnetic properties, electromagnetic wave shielding properties, and gamma ray and neutron shielding efficiency of the composite sheets for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields prepared through Examples 11 to 15 were measured and are shown in Table 4 below.
<표 4><Table 4>
상기 표 3 내지 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 6 내지 15를 통해 제조된 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트는 자기적 특성, 전자파 차폐 특성, 감마선 및 중성자 차폐효율이 더욱 향상되는 것을 알 수 있다.As shown in Tables 3 to 4, it can be seen that the composite sheets for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields manufactured through Examples 6 to 15 of the present invention have further improved magnetic properties, electromagnetic wave shielding properties, and gamma ray and neutron shielding efficiency. You can.
따라서, 본 발명에 따른 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물 및 그 조성물을 이용한 복합시트는 방사선, 전자기파 및 자기장에 대해 우수한 차폐효율을 나타내며, 경량화가 가능하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.Therefore, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields according to the present invention and the composite sheet using the composition exhibit excellent shielding efficiency against radiation, electromagnetic waves, and magnetic fields, and can be applied to various industrial fields as they can be made lightweight.
Claims (8)
방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 소재 조성물의 표면에 니켈이 8 내지 12 마이크로미터의 두께로 도금되고,
상기 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물은 2.5 내지 24 밀리미터의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합소재 조성물에 있어서,
상기 복합소재 조성물의 일면 또는 양면에 0.08 내지 0.4 밀리미터 두께의 방사선 차폐층을 형성하여 이루어지며,
상기 방사선 차폐층은 에폭시에 방사선 차폐제를 혼합하여 이루어지고, 에폭시 100 중량부 및 방사선 차폐제 5000 내지 20000 중량부로 이루어지고,
상기 방사선 차폐제는 입자크기가 20 내지 40 마이크로미터인 납 또는 텅스텐 분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선, 전자기파 및 자기장 차폐용 복합시트.
Consisting of 70 to 78 atomic% iron, 13 to 21 atomic% boron, 1 to 17 atomic% silicon, and 1 to 5 atomic% chromium,
Nickel is plated to a thickness of 8 to 12 micrometers on the surface of the material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields,
In the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, the composite material composition for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields is formed to a thickness of 2.5 to 24 millimeters,
It is achieved by forming a radiation shielding layer with a thickness of 0.08 to 0.4 millimeters on one or both sides of the composite material composition,
The radiation shielding layer is made by mixing epoxy with a radiation shielding agent, and consists of 100 parts by weight of epoxy and 5,000 to 20,000 parts by weight of radiation shielding agent,
A composite sheet for shielding radiation, electromagnetic waves and magnetic fields, wherein the radiation shielding agent is made of lead or tungsten powder with a particle size of 20 to 40 micrometers.
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