KR102657683B1 - Preparing method of hydroxylated boron nitride and thermally conductive composition comprising same - Google Patents
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- 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
Abstract
본 발명은, 개질된 보론 나이트라이드의 제조방법 및 개질된 보론 나이트라이드를 포함하는 열전도성 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 붕산 수용액과 보론 나이트라이드를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 분산액을 초음파 처리하는 단계; 를 포함하는, 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법 및 히드록실화된 보론 나이트라이드를 포함하는 열전도성 조성물에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은, 본 발명에 의한 열전도성 조성물이 적용된 초전도성 코일 및 초전도 자석에 더 관련된다.The present invention relates to a method for producing modified boron nitride and a thermally conductive composition containing modified boron nitride, and more specifically, to preparing a dispersion by mixing an aqueous boric acid solution and boron nitride; and sonicating the dispersion; It relates to a method for producing hydroxylated boron nitride and a thermally conductive composition comprising hydroxylated boron nitride. Moreover, the present invention further relates to superconducting coils and superconducting magnets to which the thermally conductive composition according to the present invention is applied.
Description
본 발명은, 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법 및 이를 포함하는 열전도성 조성물에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은, 본 발명에 의한 열전도성 조성물이 적용된 초전도성 코일 및 초전도 자석에 더 관련된다.The present invention relates to a method for producing hydroxylated boron nitride and a thermally conductive composition containing the same. Moreover, the present invention further relates to superconducting coils and superconducting magnets to which the thermally conductive composition according to the present invention is applied.
저온 초전도체(LTS, low-temperature superconductor)는 핵자기공명(NMR) 시스템, 자기공명영상(MRI) 시스템, 가속기 및 융합 반응기의 솔레노이드 형태로 사용되고 있다. 상기 초전도체의 전기 저항은 특정 전류 밀도, 온도 및 자기장 조건이 만족되면 0으로 수렴한다. 하지만, LTS 코일의 국부적인 영역에서 예기치 않은 결함은 초전도 상태에서 정상 전도 상태로의 극적인 전환을 일으킬 수 있다. 즉, 열이 정상 전도 면적(정상 구역)으로 줄 가열(Joule heating)을 통해 집중되어 퀀칭(quenching)을 일으키고 장치에 돌이킬 수 없는 손상을 줄 수 있다. LTS 코일의 열적 특성을 향상시키기 위한 전략 중 하나는 정상 영역 전파속도(NZPV, normal zone propagation velocity)에 의해 정량적으로 기술된 퀀칭(quenching)에 의한 정상 영역 열의 신속한 소산(rapid dissipation)이다. 즉, Stycast 2850FT는 초전도 자기 코일에서 가장 널리 사용되는 기능성 접착제이지만, 열적 안정성과 신뢰성있는 초전도 자기 코일을 위해서는 Stycast 2850FT의 1.1 W/mㆍK 이상의 더 높은 κ를 향상시킬 필요가 있다. Low-temperature superconductors (LTS) are used in the form of solenoids in nuclear magnetic resonance (NMR) systems, magnetic resonance imaging (MRI) systems, accelerators, and fusion reactors. The electrical resistance of the superconductor converges to zero when certain current density, temperature, and magnetic field conditions are met. However, unexpected defects in localized regions of the LTS coil can cause a dramatic transition from the superconducting state to the normal conducting state. That is, heat is concentrated through Joule heating into the normal conduction area (normal zone), causing quenching and causing irreversible damage to the device. One of the strategies to improve the thermal properties of LTS coils is the rapid dissipation of normal zone heat by quenching, quantitatively described by the normal zone propagation velocity (NZPV). In other words, Stycast 2850FT is the most widely used functional adhesive in superconducting magnetic coils, but it is necessary to improve the higher κ of Stycast 2850FT above 1.1 W/m·K for thermal stability and reliable superconducting magnetic coils.
기능성 접착제에 사용되는 기존 방열 물질의 열전도성 충진제 중 육방정계 BN(Boron nitride)은 우수한 열전도성, 및 화학적/구조적 안정성 때문에 널리 사용되고 있다. BN(Boron nitride)는 고유한 소수성(Hydrophobicity)로 인해 중합체 매트릭스 내에서 분산성이 낮고, 이는 방열 복합재료에서 방열 효율을 낮추는 원인이 될 수 있다.Among the thermally conductive fillers of existing heat dissipation materials used in functional adhesives, hexagonal BN (Boron nitride) is widely used due to its excellent thermal conductivity and chemical/structural stability. Boron nitride (BN) has low dispersibility within the polymer matrix due to its inherent hydrophobicity, which can cause lower heat dissipation efficiency in heat dissipation composite materials.
중합체 기반 복합체의 κ를 개선시키기 위해서, 소수성 BN 충진제의 중합체 매트릭스에 대한 상용성을 향상시키는 다양한 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, BN 표면 상에 히드록시기 생성을 위해 알칼리 수산화물의 강한 염기 용액으로 처리하고, 히드록실화된 BN은 아미노실란으로 더 개질되고, 방향족 화합물은 π스태킹을 통해 BN 고리에 증착시키는 것이다. 이러한 방법으로 제조된 BN은, 고유 κ에도 불구하고 복합 재료의 전도성 충진제로서 완전히 활용되지 못하고, 소수성 BN(Boron nitride)의 중합체 매트릭스 내에서 분산성을 높이기 위하여 표면 개질 연구가 많이 진행되어 왔지만, BN의 결정성을 파괴하여 고유 열전도도를 전하시키고, 현재 상용화된 열전도성 복합 접착제는 열전도율이 낮다. 따라서, 열전도율(κ)이 120 W/mㆍK 이상; 또는 120 W/mㆍK 내지 400 W/mㆍK 범위를 만족하는 열전도성 충진제 및 이를 활용한 방열 효과를 갖는 신규한 복합재료의 개발이 필요하다. To improve the κ of polymer-based composites, various methods have been proposed to improve the compatibility of hydrophobic BN fillers with polymer matrices. For example, the BN surface is treated with a strong base solution of alkali hydroxide to generate hydroxyl groups, the hydroxylated BN is further modified with aminosilane, and the aromatic compound is deposited on the BN ring through π stacking. BN prepared by this method has not been fully utilized as a conductive filler in composite materials despite its inherent κ. Although much research has been conducted on surface modification to increase the dispersibility within the polymer matrix of hydrophobic BN (boron nitride), BN The crystallinity of the adhesive is destroyed to increase the intrinsic thermal conductivity, and currently commercialized thermally conductive composite adhesives have low thermal conductivity. Therefore, the thermal conductivity (κ) is 120 W/m·K or more; Alternatively, there is a need to develop a thermally conductive filler that satisfies the range of 120 W/m·K to 400 W/m·K and a new composite material with a heat dissipation effect using the same.
본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 보론 나이트라이드(Boron nitride)의 가장 자리 부분을 붕산(Boric acid)로 개질하여 결정성을 유지하면서 고유의 열전도성 및 친수성을 향상시키고, 고분자 매트릭스, 예를 들어, 에폭시 고분자 매트릭스 내에서 열전도성 충진제의 분산력을 증대시킬 수 있는, 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention improves the inherent thermal conductivity and hydrophilicity while maintaining crystallinity by modifying the edge portion of boron nitride with boric acid and forming a polymer matrix. For example, a method for producing hydroxylated boron nitride is provided, which can increase the dispersion power of a thermally conductive filler in an epoxy polymer matrix.
본 발명은, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법으로 획득한 보론 나이트라이드를 제공하는 것이다.The present invention provides boron nitride obtained by the method for producing hydroxylated boron nitride according to the present invention.
본 발명은, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드를 포함하고, 열전도성 및/또는 방열 효과를 개선시킬 수 있는, 열전도성 조성물을 제공하는 것이다.The present invention provides a thermally conductive composition comprising the hydroxylated boron nitride according to the present invention and capable of improving thermal conductivity and/or heat dissipation effect.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시예에 따라, 붕산 수용액과 보론 나이트라이드를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 분산액을 초음파 처리하는 단계;를 포함하는, 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법에 관한 것이다.According to one embodiment of the present invention, preparing a dispersion by mixing an aqueous boric acid solution and boron nitride; and sonicating the dispersion. It relates to a method for producing hydroxylated boron nitride, comprising:
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 붕산 수용액 중 붕산의 농도는, 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the concentration of boric acid in the aqueous solution of boric acid may be 0.1% by weight to 5% by weight.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 보론 나이트라이드 대 상기 붕산의 질량비는, 1 : 0.01 내지 1 : 0.5인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mass ratio of the boron nitride to the boric acid may be 1:0.01 to 1:0.5.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 초음파 처리하는 단계는, 실온 내지 50 ℃ 온도에서 20 kHz 이상의 주파수 및 10 % 이상의 진폭의 초음파로 처리하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ultrasonic treatment step may be ultrasonic treatment with a frequency of 20 kHz or more and an amplitude of 10% or more at a temperature of room temperature to 50 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 초음파 처리하는 단계는, 1 초 내지 60 분 동안 초음파 처리하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ultrasonic treatment may be ultrasonic treatment for 1 second to 60 minutes.
본 발명의 일 실시예에 따라, 히드록실화된 보론 나이트라이드; 및 바인더;를 포함하는, 열전도성 조성물에 관한 것이다.According to one embodiment of the invention, hydroxylated boron nitride; and a binder. It relates to a thermally conductive composition comprising a.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히드록실화된 보론 나이트라이드의 물에 대한 표면 접촉각은, 30 ° 이하인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the surface contact angle of the hydroxylated boron nitride with water may be 30° or less.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 열전도성 조성물은, 500,000 cP 이하의 점도를 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thermally conductive composition may have a viscosity of 500,000 cP or less.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 열전도성 조성물은, 1.6 W/mㆍK 이상의 열전도도를 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thermal conductive composition may have a thermal conductivity of 1.6 W/m·K or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 열전도성 조성물은, 0.5 내지 1.1 비열(J/gㆍK), 0.7 내지 1.8의 열확산도(mm2/s) 또는 이 둘을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thermally conductive composition may have a specific heat (J/g·K) of 0.5 to 1.1, a thermal diffusivity (mm 2 /s) of 0.7 to 1.8, or both.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 바인더는, 에폭시 수지인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder may be an epoxy resin.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법으로 제조된 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the hydroxylated boron nitride may be manufactured by the method for producing hydroxylated boron nitride according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는, 상기 조성물 중 1 중량% 내지 15 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the hydroxylated boron nitride may be 1% to 15% by weight of the composition.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 열전도성 조성물을 포함하는, According to one embodiment of the present invention, comprising a thermally conductive composition according to the present invention,
초전도성에 관한 것이다.It's about superconductivity.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 열전도성 조성물이 방열접착제로 적용된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thermally conductive composition may be applied as a heat dissipation adhesive.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 초전도성 코일을 포함하는, 초전도 자석에 관한 것이다.According to one embodiment of the present invention, it relates to a superconducting magnet including a superconducting coil according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 보론 나이트라이드(BN)를 포함하는 붕산(Boric acid) 수용액에 초음파를 처리하여 히드록실기로 보론 나이트라이드를 표면 개질하여 친수성을 갖는 히드록실화된 보론 나이트라이드를 획득하고, 공정 스케일을 상업 규모까지 확대가 가능한 친수성 보론 나이트라이드의 제조방법을 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, the present invention treats an aqueous solution of boric acid containing boron nitride (BN) with ultrasonic waves to surface modify the boron nitride with a hydroxyl group to make it hydroxylated to have hydrophilic properties. The aim is to provide a method for producing hydrophilic boron nitride that can obtain boron nitride and expand the process scale to commercial scale.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 고분자 매트릭스와 상용성이 우수하여 높은 분산성을 가지면서 열전도성 조성물의 열전도성 충진제로 활용할 수 있는 히드록실화된 보론 나이트라이드를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention can provide a hydroxylated boron nitride that has excellent compatibility with a polymer matrix, has high dispersibility, and can be used as a thermally conductive filler in a thermally conductive composition. .
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드를 적용한 열전도성 조성물을 제공하고, 이는 저온 초전도 코일 및 이를 활용한 초전도성 자석 및 관련 디바이스의 방열 접착제로 활용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a thermally conductive composition using hydroxylated boron nitride according to the present invention is provided, which can be used as a heat dissipation adhesive for low-temperature superconducting coils, superconducting magnets using the same, and related devices.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 붕산(boric acid)에 의한 보론 나이트라이드(BN) 표면 개질 공정, 초전도 자석을 위한 열전도성 조성물의 제작 및 적용에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예에서 제작된 저온 초전도 코일의 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 붕산에 의해 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)의 X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) BN, (b) b-BN의 X-선 광전자 분광 스펙트럼, (c) BN 및 (d) b-BN의 B1s에 대한 고해상도 X-선 광전자 분광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 전자 에너지 손실 분광 스펙트럼 : (a, b) 보론 나이트라이드(BN) 및 (c, d) 붕산으로 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 각 물질과 물의 접촉각 : (a) 순수한 보론 나이트라이드(BN) 및 (b) 붕산으로 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)을 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예에서 제조된 복합체(S2850, S2850/BN, 및 S2850/b-BN(as a function of the shear rate in the 5-50 s-1)의 전단 응력(Shear stress) 및 점도(viscosity profiles)를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 에폭시 및 질량비 10 % 충진제를 포함한 조성물의 (a) 열팽창, (b) 비열, (c) 열확산도 및 (d) 열전도도를 나타낸 것이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 전류에 따른 각 코일의 정규 영역 전파 속도(Normal Zone Propagation Velocity) 및 (b) 시간에 따른 각 코일의 냉각 속도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of a boron nitride (BN) surface modification process using boric acid and the production and application of a thermally conductive composition for a superconducting magnet, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an image of a low-temperature superconducting coil manufactured in an example, according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an X-ray diffraction spectrum of boron nitride ( b- BN) surface-modified with boric acid, according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the X-ray photoelectron spectroscopy spectra of (a) BN, (b) b - BN, high -resolution This shows the -line photoelectron spectroscopy spectrum.
Figure 5 shows electron energy loss spectroscopic spectra: (a, b) boron nitride (BN) and (c, d) boron nitride surface-modified with boric acid ( b -BN), according to an embodiment of the present invention. It is shown.
Figure 6 shows the contact angle between each material and water: (a) pure boron nitride (BN) and (b) boron nitride surface-modified with boric acid ( b- BN), according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the composites (S2850, S2850/BN, and S2850/ b- BN (as a function of the shear rate in the 5-50 s -1 ) prepared in the examples, according to an embodiment of the present invention. Shear stress and viscosity profiles are shown.
Figure 8 shows (a) thermal expansion, (b) specific heat, (c) thermal diffusivity, and (d) thermal conductivity of a composition containing epoxy and 10% mass ratio of filler, according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows (a) the normal zone propagation velocity of each coil according to current and (b) the cooling rate of each coil according to time, according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the user or operator or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only cases where a member is in contact with another member, but also cases where another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this does not mean excluding other components, but may further include other components.
이하, 본 발명의 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법, 히드록실화된 보론 나이트라이드 및 이의 활용에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the method for producing hydroxylated boron nitride, hydroxylated boron nitride, and its utilization according to the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명은, 히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 용액 내에서 분산된 보론 나이트라이드(BN)에 붕산(Boric acid) 수용액을 첨가하여 친수성을 갖는 보론 나이트라이드로 표면 개질하는 것으로, 고분자 매트릭스 내에서 보론 나이트라이드의 분산력을 향상시키고 열전도도가 개선된 고분자 복합체를 제공할 수 있다. 즉, 상기 제조방법은, 히드록실기(-OH) 공급원으로 붕산을 이용하고, 표면 개질의 촉매 에너지로 분산 및 초음파 조사를 통해서 보론 나이트라이드의 입자 영역에서 엣지 부분에 히드록실기를 고정시킬 수 있다. 이는 보론 나이트라이드의 결정 구조의 유지하면서 순수한 BN (free BN) 보다 더 많은 친수성을 가질 수 있다.The present invention relates to a method for producing hydroxylated boron nitride. According to one embodiment of the present invention, the production method includes adding an aqueous solution of boric acid to boron nitride (BN) dispersed in the solution. By modifying the surface with hydrophilic boron nitride by adding , it is possible to improve the dispersion power of boron nitride within the polymer matrix and provide a polymer composite with improved thermal conductivity. That is, the above manufacturing method uses boric acid as a hydroxyl group (-OH) source and fixes the hydroxyl group on the edge portion of the particle area of boron nitride through dispersion and ultrasonic irradiation with the catalyst energy of surface modification. there is. It can have more hydrophilicity than pure BN (free BN) while maintaining the crystal structure of boron nitride.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 붕산 수용액과 보론 나이트라이드를 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 분산액을 초음파 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the production method includes preparing a dispersion by mixing an aqueous solution of boric acid and boron nitride; and sonicating the dispersion.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산액을 제조하는 단계에서 상기 붕산 수용액 중 붕산의 농도는, 0.1 중량% 내지 5 중량%이고, 상기 범위 내에 포함되면 보론 나이트라이드의 결정성 파괴를 최소화하면서 보론 나이트라이드 상에 충분한 히드록실기와 같은 표면 기능기를 도입시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the concentration of boric acid in the aqueous boric acid solution in the step of preparing the dispersion is 0.1% by weight to 5% by weight, and when contained within the above range, boron is produced while minimizing crystalline destruction of boron nitride. Sufficient surface functional groups, such as hydroxyl groups, can be introduced onto the nitride.
본 발명의 일 예로, 상기 보론 나이트라이드 대 상기 붕산의 질량비는, 1 : 0.01 내지 1 : 0.5일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 고분자 매트릭스와 상용성 및 분산 안정성뿐만 아니라 열전도성이 개선된 친수성 보론 나이트라이드를 제공할 수 있다.As an example of the present invention, the mass ratio of boron nitride to boric acid may be 1:0.01 to 1:0.5. If it is within the above range, it is possible to provide hydrophilic boron nitride with improved thermal conductivity as well as compatibility with the polymer matrix and dispersion stability.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 초음파 처리하는 단계는, 보론 나이트라이드(BN)를 포함한 붕산 수용액에 초음파 처리하여 보론 나이트라이드를 표면 개질하여 친수성 보론 나이트라이드를 생산하는 것으로 이는 짧은 시간에 보론 나이트라이드의 표면 개질이 가능하고, 친수성 보론 나이트라이드의 생산 규모의 조절이 가능하고, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ultrasonic treatment step involves sonicating an aqueous boric acid solution containing boron nitride (BN) to surface modify the boron nitride to produce hydrophilic boron nitride, which produces boron nitride in a short time. It is possible to modify the surface of nitride, control the production scale of hydrophilic boron nitride, and improve production efficiency.
본 발명의 일 예로, 상기 초음파 처리하는 단계는, 실온 내지 50 ℃ 온도에서 20 kHz 이상의 주파수 및 10 % 이상의 진폭의 초음파로 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도는, 실온 내지 50 ℃; 실온 내지 40 ℃; 또는 실온 내지 30 ℃일 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수는, 20 kHz 이상; 50 kHz 이상; 100 kHz 이상; 또는 20 kHz 내지 200 kHz일 수 있다. 예를 들어, 10 % 이상; 30 % 이상; 또는 50 % 이상의 진폭일 수 있다. 상기 초음파 처리하는 단계는, 보론 나이트라이드 표면에 히드록실기와 같은 표면 기능기를 고농도로 도입할 수 있다. 즉, 에폭시 복합체에서 사용되는 열전도성 충진제인 소수성 보론 나이트라이드가 갖고 있는 에폭시에서의 낮은 분산력, 낮은 열전도도를 개선하기 위해 초음파를 이용하여 짧은 시간에 친수성 보론 나이트라이드를 제공할 수 있다.As an example of the present invention, the ultrasonic treatment may be performed with ultrasonic waves at a frequency of 20 kHz or more and an amplitude of 10% or more at a temperature ranging from room temperature to 50°C. For example, the temperature ranges from room temperature to 50°C; room temperature to 40°C; Or it may be room temperature to 30°C. For example, the frequency is 20 kHz or higher; Above 50 kHz; Above 100 kHz; Or it may be 20 kHz to 200 kHz. For example, more than 10%; 30% or more; Or it may be an amplitude of 50% or more. The ultrasonic treatment step can introduce a high concentration of surface functional groups such as hydroxyl groups to the surface of boron nitride. That is, in order to improve the low dispersion power and low thermal conductivity of hydrophobic boron nitride, a thermally conductive filler used in epoxy composites, in epoxy, hydrophilic boron nitride can be provided in a short time using ultrasound.
본 발명의 일 예로, 상기 초음파 처리하는 단계는, 1 초 내지 60 분; 10 초 내지 30 분; 또는 20 초 내지 20 분 동안 초음파를 처리할 수 있으며, 이는 붕산 수용액 및 초음파 처리를 통해서 짧은 시간에 친수성을 갖는 보론 나이트라이드를 제공할 수 있다.In one example of the present invention, the sonication step is performed for 1 second to 60 minutes; 10 seconds to 30 minutes; Alternatively, ultrasonic treatment can be performed for 20 seconds to 20 minutes, which can provide boron nitride with hydrophilic properties in a short time through boric acid aqueous solution and ultrasonic treatment.
본 발명은, 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 보론 나이트라이드에 관한 것으로, 상기 보론 나이트라이드는, 히드록실기로 표면 개질되어 친수성을 가지며, 예를 들어, 물에 대한 표면 접촉각은 이 30 ° 이하; 29 ° 이하; 또는 28 ° 이하일 수 있다.The present invention relates to boron nitride prepared by the production method according to the present invention. The boron nitride is surface modified with hydroxyl groups to have hydrophilicity. For example, the surface contact angle with water is 30°. below; below 29°; Or it may be less than 28°.
본 발명은, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드를 포함하는 열전도성 조성물에 관한 것으로, 상기 열전도성 조성물은, 방열 조성물로 적용되고, 초전도 코일 또는 이와 관련된 장비의 방열 접착제로 활용될 수 있다.The present invention relates to a thermally conductive composition comprising hydroxylated boron nitride according to the present invention, which can be applied as a heat dissipating composition and utilized as a heat dissipating adhesive for superconducting coils or equipment related thereto. there is.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드 및 바인더를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the composition may include a hydroxylated boron nitride and a binder according to the present invention.
본 발명의 일 예로, 상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는 상기 조성물 중 1 중량% 내지 20 중량%; 1 중량% 내지 15 중량%; 또는 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 고분자 매트릭스 내에 분산성이 잘 이루어지고, 열전도성이 개선되어 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 방열 효과가 필요한 초전도 코일뿐만 아니라 초전도 자석과 관련 장비에 적용할 경우에 안정성을 향상시킬 수 있다. In one example of the present invention, the hydroxylated boron nitride is 1% to 20% by weight of the composition; 1% to 15% by weight; Or, preferably, it may be included in 1% by weight to 10% by weight. If it is within the above range, dispersibility within the polymer matrix is well achieved, thermal conductivity is improved, and the heat dissipation effect can be improved. In addition, stability can be improved when applied to superconducting magnets and related equipment as well as superconducting coils that require a heat dissipation effect.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 500,000 cP 이하; 500,00 cP 이하; 또는 50,000 cP 이하의 점도를 가질 수 있으며, 상기 점도는 20 ℃ 내지 30 ℃ 온도에서 측정된 것이다. 상기 조성물은, 본 발명에 의한 히드록실화된 보론 나이트라이드에 의해 고분자 매트릭스와의 상용성 및 용액 분산 안정성이 개선되고, 히드록실화된 보론 나이트라이드를 고농도로 함유하여도 적절한 점도 범위를 유지시키면서 대상 발열체의 방열 효과를 개선시킬 수 있다. As an example of the present invention, the composition has a concentration of 500,000 cP or less; Below 500,00 cP; Alternatively, it may have a viscosity of 50,000 cP or less, and the viscosity is measured at a temperature of 20°C to 30°C. The composition has improved compatibility with the polymer matrix and solution dispersion stability by using the hydroxylated boron nitride according to the present invention, and maintains an appropriate viscosity range even when containing the hydroxylated boron nitride at a high concentration. The heat dissipation effect of the target heating element can be improved.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 열전도성 및/또는 방열 특성을 갖는 것으로, 상기 열전도성 조성물은, 1.6 W/mㆍK 이상의 열전도도을 갖는 것이다. 또한, 상기 조성물은, 0.5 내지 1.1 비열(J/gㆍK), 0.7 내지 1.8의 열확산도(mm2/s) 또는 이 둘을 갖는 것일 수 있다. As an example of the present invention, the composition has thermal conductivity and/or heat dissipation properties, and the thermal conductive composition has a thermal conductivity of 1.6 W/m·K or more. Additionally, the composition may have a specific heat (J/g·K) of 0.5 to 1.1, a thermal diffusivity (mm 2 /s) of 0.7 to 1.8, or both.
본 발명의 일 예로, 상기 바인더는, 에폭시 수지이며, 예를 들어, 비스페놀 A(bisphenol A), 비스페놀 F(bisphenol F), 비스페놀 B, 비스페놀AD, 비스페놀 S, 레조르시놀, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아네이트 에폭시 수지 또는 비환식 에폭시 수지, 헥사히드로프탈산 글리시딜에스테르 수지, 다이머산 글리시딜에스테르 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐아랄킬형 에폭시 수지, 나프탈렌아랄킬형 에폭시 수지 및 에폭시화 폴리부타디엔 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the binder is an epoxy resin, for example, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol B, bisphenol AD, bisphenol S, resorcinol, novolac type epoxy resin. , cresol novolak-type epoxy resin, alkylphenol novolak-type epoxy resin, bisphenol-type epoxy resin, naphthalene-type epoxy resin, dicyclopentadiene-type epoxy resin, triglycidyl isocyanate epoxy resin or acyclic epoxy resin, hexahydrophthalic acid glycylate. It may include at least one selected from the group consisting of di-ester resin, dimer acid glycidyl ester resin, phenol novolak-type epoxy resin, biphenyl aralkyl-type epoxy resin, naphthalene aralkyl-type epoxy resin, and epoxidized polybutadiene resin. .
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 경화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 경화제는, 상기 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%로 포함되고, 상기 경화제는, 아민계 경화제, 이미다졸계 경화제 및 산무수물계 경화제 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 아민계 경화제로는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸 테트라아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌아민, 디메틸아미노에탄올 등이 있으며, 상기 이미다졸계 경화제로는 이미다졸, 이소이미다졸, 2-메틸이미다졸, 부틸이미다졸, 2-헵타데센일-4-메틸이미다졸, 2-운데센일이미다졸, 1-비닐-2-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-프로필-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸 등일 수 있다. 또한, 산무수물계 경화제로는 프탈릭 무수물, 말레익 무수물, 트리멜리틱 무수물, 파이로멜리틱 무수물, 헥사하이드로프탈릭 무수물, 테트라하이드로프탈릭 무수물, 메틸나딕 무수물, 나딕 무수물, 또는 메틸헥사하이드로프탈릭 무수물 등일 수 있다. As an example of the present invention, the composition may further include a curing agent, and the curing agent is included in an amount of 0.01% to 10% by weight of the composition, and the curing agent includes an amine-based curing agent, an imidazole-based curing agent, and an acid. It may contain at least one anhydride-based curing agent. For example, the amine-based curing agents include benzyldimethylamine, triethanolamine, triethyl tetraamine, diethylenetriamine, triethyleneamine, and dimethylaminoethanol, and the imidazole-based curing agents include imidazole and isoimide. Dazole, 2-methylimidazole, butylimidazole, 2-heptadecenyl-4-methylimidazole, 2-undecenylimidazole, 1-vinyl-2-methylimidazole, 2-heptadecyl It may be imidazole, 2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-propyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, etc. In addition, acid anhydride-based curing agents include phthalic anhydride, maleic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, nadic anhydride, or methylhexahydride. It may be loftalic anhydride, etc.
본 발명은, 본 발명에 의한 열전도성 조성물을 포함하는 초전도성 코일에 관한 것으로, 상기 열전도성 조성물은, 상기 초전도성 코일의 방열 접착제로 적용되고, 상기 초전도성 코일의 내부, 표면 또는 이 둘에 방열 접착제로 도포되고, 상기 초전도성 코일은 저온 초전도성 코일일 수 있다. The present invention relates to a superconducting coil containing the thermally conductive composition according to the present invention, wherein the thermally conductive composition is applied as a heat dissipating adhesive to the superconducting coil, and as a heat dissipating adhesive to the interior, surface, or both of the superconducting coil. applied, the superconducting coil may be a low-temperature superconducting coil.
본 발명의 일 예로, 상기 초전도성 코일은, 고속 방열(fast heat dissipatio)이 필요한 초전도체 자석뿐만 아니라 관련 장치에도 적용될 수 있다. As an example of the present invention, the superconducting coil can be applied not only to superconducting magnets that require fast heat dissipation but also to related devices.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.Although the present invention is described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and is to be understood within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. The present invention can be modified and changed in various ways.
실시예Example
(1) 붕산 개질된 보론 나이트라이드(B-BN, Boric acid modification of boron nitride)의 제조 (1) Production of boric acid modification of boron nitride (B-BN)
BN 분말(100 g, 순도> 98.5 %, 3MTM)을 1 L 유리 비이커에서 붕산 (5 g, 99. 5%, Sigma Aldrich)으로 수용액(700 mL)에 첨가하고, 현탁액을 교반하였다. 10 분 동안 20 kHz의 주파수와 진폭 56 %(VC750 ultrasonic generator of Sonics & Materials Inc.)의 초음파를 현탁액에 조사하였다. 침전물을 여과하여 분리하고 80 ℃에서 오븐에서 12 시간 동안 건조시켰다. 여기서, 붕산-개질된 BN을 B-BN으로 칭한다. BN powder (100 g, purity >98.5%, 3M TM ) was added to an aqueous solution (700 mL) with boric acid (5 g, 99.5%, Sigma Aldrich) in a 1 L glass beaker, and the suspension was stirred. The suspension was irradiated with ultrasonic waves at a frequency of 20 kHz and an amplitude of 56% (VC750 ultrasonic generator of Sonics & Materials Inc.) for 10 minutes. The precipitate was isolated by filtration and dried in an oven at 80 °C for 12 h. Here, boric acid-modified BN is referred to as B-BN.
(2) 에폭시-기반 복합 재료의 제조 (2) Preparation of epoxy-based composite materials
에폭시 수지(Stycast 2850FT, Emerson & Cuming)를 500 mL 플라스틱 용기 내에서 경화제(Catalyst 23LV, Emerson & Cuming)와 혼합하였다. 수지 혼합물에 필러 분말을 첨가하고, 플라스틱 스틱으로 5 분 동안 교반하고, 오븐 내에서 25 ℃에서 24 시간 동안 유지하여 복합재료를 경화시켰다. 복합 재료의 구성성분의 함량은 표 1에 나타내었다.Epoxy resin (Stycast 2850FT, Emerson & Cuming) was mixed with hardener (Catalyst 23LV, Emerson & Cuming) in a 500 mL plastic container. Filler powder was added to the resin mixture, stirred with a plastic stick for 5 minutes, and kept in an oven at 25 °C for 24 hours to cure the composite. The contents of the components of the composite material are shown in Table 1.
(3) 코일의 제조 (3) Manufacturing of coils
Supercon Co. Ltd.의 LTS 와이어는 절연체, 폴리이미드 에나멜(polyimide enamel)로 둘러싸인 1.3 비율의 구리 및 564 멀티 필라멘트 NBTI로 구성된 테스트 코일의 제조를 위해 준비되었다. 절연 와이어의 직경과 임계 전류는 각각 4.2 k에서 각각 0.9 mm 및 160a이다. 도 1은 LTS 와이어를 사용하여 코일을 제조하는 공정을 도시한다. 또한, 코일을 함침시키기 위해 사용되는 보빈 및 3 개의 기능성 접착제 (즉, S2850, S2850/BN, 및 S2850/b-BN)의 형상이 도 2에 나타낸다.Supercon Co. Ltd. LTS wire was prepared for the fabrication of test coils consisting of 1.3 ratio copper and 564 multifilament NBTI surrounded by insulator, polyimide enamel. The diameter of the insulated wire and the critical current are 0.9 mm and 160 a, respectively, at 4.2 k. Figure 1 shows the process of manufacturing a coil using LTS wire. Additionally, the geometries of the bobbin and three functional adhesives (i.e., S2850, S2850/BN, and S2850/ b -BN) used to impregnate the coil are shown in Figure 2.
전형적으로, 솔레노이드 코일은 보빈 상의 도체를 감는 것으로 제조되며, 보빈은 권취 후에 제거될 수 있기에, 이러한 코일은 폼리스 코일(formless coil)로 알려져있다. LTS 코일은 극히 낮은 온도에서 작동하기 때문에, 극저온 액체(cryogenic liquid, 액체 헬륨)를 사용하여 임계 온도(critical temperature) 이하로 코일의 작동 온도를 낮추는 공정이 필요하다. 이 과정에서, 보빈을 냉각시키기 위해 추가의 증발열이 소비되지만, 폼리스 코일은 이러한 증발열을 보존하는 이점을 갖는다. 또한, 자기장의 공간 및 시간적 균질성(temporal homogeneity)을 보장하도록 고안된 초전도 코일(superconducting coil)은 코일의 내부의 물리적 중심에서 가장 높은 자기장을 갖도록 한다. 일반적으로, NMR 및 MRI 시스템과 같은 초전도 코일을 사용하는 장치는 내부 영역에 피사체를 위치시키고 센터 필드를 사용하여 측정된 신호를 분석하고 최소 내부 영역을 보장하도록 설계된다. 폼리스 초전도 코일(formless superconducting coil)은 와이어의 추가 소비없이 이용될 수 있는 내부 영역을 증가시키고 장치의 체적을 증가시킬 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 폼리스 LTS 코일은 본 발명에서 초전도 장치에 이용될 수 있다. Typically, solenoid coils are manufactured by winding a conductor on a bobbin, and since the bobbin can be removed after winding, these coils are known as formless coils. Because LTS coils operate at extremely low temperatures, a process is required to lower the coil's operating temperature below its critical temperature using cryogenic liquid (liquid helium). In this process, additional heat of vaporization is consumed to cool the bobbin, but the foamless coil has the advantage of conserving this heat of vaporization. Additionally, a superconducting coil designed to ensure spatial and temporal homogeneity of the magnetic field ensures that the internal physical center of the coil has the highest magnetic field. Typically, devices using superconducting coils, such as NMR and MRI systems, are designed to position the subject in the internal area, analyze the measured signal using the center field, and ensure a minimal internal area. Formless superconducting coils have the advantage of increasing the usable internal area and increasing the volume of the device without additional consumption of wire. Therefore, the formless LTS coil can be used in the superconducting device in the present invention.
표 2 및 도 3 내지 도 9는, 실시예에서 제조된 충진제 및 복합체의 결정학적 특성, 표면 특성 및 열역학적 특성을 측정하여 나타낸 것이다. Table 2 and Figures 3 to 9 show the measured crystallographic properties, surface properties, and thermodynamic properties of the fillers and composites prepared in Examples.
표 2는, 에폭시 및 질량비 10 % 충진제를 포함한 복합체의 비열, 열확산도, 열전도도, 및 밀도를 나타낸 것이다. Table 2 shows the specific heat, thermal diffusivity, thermal conductivity, and density of the composite containing epoxy and 10% mass ratio filler.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 보론 나이트라이드(BN)과 붕산(boric acid)으로 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)의 X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸 것으로, XRD 패턴에서 BN 및 b-BN은 모두 (002), (100), (101), (102) 및 (004) 결정면의 피크를 나타내고 b-BN는 BN에 비하여 더 넓은 26.6° 피크를 확인할 수 있다. XRD 피크의 FWHM를 이용한 Debye-Scherrer equation에 따라 BN 및 b-BN은 각각 123.2 nm 및 115.4 nm의 입자 크기로 계산된다.Figure 3 shows an X-ray diffraction analysis spectrum of boron nitride ( b- BN) surface-modified with boron nitride (BN) and boric acid, according to an embodiment of the present invention. BN and b -BN both show peaks of (002), (100), (101), (102), and (004) crystal planes, and b -BN has a wider 26.6° peak than BN. According to the Debye-Scherrer equation using the FWHM of the XRD peaks, BN and b -BN are calculated to have particle sizes of 123.2 nm and 115.4 nm, respectively.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) BN, (b) b-BN의 X-선 광전자 분광 스펙트럼(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy), (c) BN 및 (d) b-BN의 B1s에 대한 고해상도 X-선 광전자 분광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 4의 (a) 및 (b)에서 XPS 스펙트럼에서 BN 및 b-BN의 B, N, O 및 C 원소를 확인할 수 있다. B, N 및 O의 계산된 원자비는, 각각, 53.16 %, 44.67 % 및 1.58 % (BN) 및 53.36 %, 43.58 % 및 3.24 % (b-BN)이다. b-BN이 순수한 BN (free BN) 보다 산소 함량이 더 높다. 도 4의 (c) 및 (d)의 B1s 고해상도 스펙트럼에서 190.0 eV B-N 결합 (BN) 및 191.1 eV B-O 결합 (b-BN)이다. b-BN에서 B-O결합의 피크 영역은 BN 보다 약 9 % 더 증가하였다. 즉, b-BN이 붕산에 의해 표면 개질된 것을 증명하는 것이다.4 shows X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra of (a) BN, ( b ) b-BN, (c) BN, and (d) b , according to an embodiment of the present invention. - This shows the high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy spectrum for B 1s of BN. In Figure 4 (a) and (b), the B, N, O, and C elements of BN and b -BN can be confirmed in the XPS spectrum. The calculated atomic ratios of B, N and O are 53.16%, 44.67% and 1.58% (BN) and 53.36%, 43.58% and 3.24% ( b -BN), respectively. b- BN has a higher oxygen content than pure BN (free BN). In the B1s high-resolution spectra in Figure 4(c) and (d), there is 190.0 eV BN bond (BN) and 191.1 eV BO bond ( b -BN). The peak area of BO bond in b -BN increased by about 9% more than that in BN. In other words, it proves that b- BN was surface modified by boric acid.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 전자 에너지 손실 분광 스펙트럼 (EELS): (a, b) 보론 나이트라이드 (BN) 및 (c, d) 붕산으로 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)을 나타낸 것으로, EELS 분석으로 b-BN 표면에 붕산이 부착된 위치를 확인하기 위한 것으로, 도 5에서 HADDF(high-angle annular dark-field) STEM 이미지에 표시된 바와 같이, 도 5의 (a) 및 도 5의 (c)에서 BN 및 b-BN의 단일 나노플레이트 외부에서 내부로 4개의 지점이 N 및 O에 대해 선택되었다. 도 5의 (b) 및 도 5의 (d)에서 N K 엣지는 모든 점에 대해 모양과 위치에서 동일한 스펙트럼을 보여주었지만 b-BN 엣지(2로 표시)에 대해 533 eV에서 O K 엣지에서 새로운 피크를 관찰할 수 있다. 개질은 화학적으로 안정적인 기저 면보다는 많은 작용기가 있는 가장 자리에서 복합화 반응이 주로 이루어진 것이다. BN 나노플레이트의 -OH 기 추가에 의해서 나노플레이트가 더 친수성을 나타낸다.5 shows, according to one embodiment of the present invention, electron energy loss spectroscopy (EELS) spectra: (a, b) boron nitride (BN) and (c, d) boron nitride surface modified with boric acid ( b- BN), which is used to confirm the location of boric acid attached to the b-BN surface through EELS analysis. As shown in the HADDF (high-angle annular dark-field) STEM image in FIG. 5, (a) in FIG. 5 ) and in Figure 5 (c), four points were selected for N and O from the outside to the inside of a single nanoplate of BN and b-BN. In Figure 5(b) and Figure 5(d), the NK edge showed the same spectrum in shape and position for all points, but a new peak at the OK edge at 533 eV for the b-BN edge (marked 2). can be observed. The modification mainly involves complexation reactions at the edges where there are many functional groups rather than at the chemically stable base surface. By adding -OH groups to BN nanoplates, the nanoplates become more hydrophilic.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 각 물질과 물의 접촉각 : (a) 순수한 보론 나이트라이드(BN) 및 (b) 붕산으로 표면 개질된 보론 나이트라이드(b-BN)를 나타낸 것이다. 도 6에서 BN 분말을 압축하여 제조한 펠릿의 표면에서 물 접촉각이 BN과 b-BN이 각각 47.4°와 28.1°이며, 이러한 각도가 낮을수록 b-BN이 물에 대한 젖음성이 우수하여 친수성 수지 내에 분산성이 우수하다.Figure 6 shows the contact angle between each material and water: (a) pure boron nitride (BN) and (b) boron nitride surface-modified with boric acid ( b- BN), according to an embodiment of the present invention. In Figure 6, the water contact angles on the surface of the pellet manufactured by compressing BN powder are 47.4° and 28.1° for BN and b-BN, respectively. The lower this angle is, the better the wettability of b-BN to water is, allowing it to be absorbed into the hydrophilic resin. Excellent dispersibility.
도 7에서 전단율(shear rate)이 변화될 때 전단응력(shear stress)은, 비선형적으로 감소되는 것을 확인할 수 있고, 10 s-1 전단율로 나눈 전단응력으로 계산된 점도(viscosity)는, 각각, 0.09 × 105 cP (S2850), 2.98 × 105 cP (S2850/BN) 및 1.46 × 105 cP (S2850/b-BN)이다.In Figure 7, it can be seen that when the shear rate is changed, the shear stress decreases non-linearly, and the viscosity calculated as the shear stress divided by the 10 s -1 shear rate is, They are 0.09 × 10 5 cP (S2850), 2.98 × 10 5 cP (S2850/BN) and 1.46 × 10 5 cP (S2850/ b- BN), respectively.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 에폭시 및 질량비 10 % 충진제를 포함한 복합체의 (a) 열팽창, (b) 비열, (c) 열확산도 및 (d) 열전도도를 나타낸 것으로, 표 2 및 도 8을 살펴보면, 다양한 온도에서 경화된 복합 접착제의 부피 변화는 낮아야 하고, 도 8의 (a)에서 추정된 δ는 경화된 S2850, S2850/BN 및 S2850/b-BN에 대해 각각, 25.69 × 10-6, 25.20 × 10-6 및 23.50 × 10-6 K-1이다. 접촉각 결과와 관련하여 가장 낮은 δ는 수지 성분에 대한 b-BN의 더 나은 친화도에 기인할 수 있으며, 이는 매트릭스의 움직임을 억제한다. 도 8의 (b)와 (c)에서 측정된 Cp와 α는 온도의 증가에 반비례한다. 이 관계는 각각 Cp와 α에 대해 더 높은 온도에서 분자 운동(molecular motion)과 감쇠 조화 진동(damped harmonic oscillation)의 추가 에너지 소비로 설명될 수 있다.Figure 8 shows (a) thermal expansion, (b) specific heat, (c) thermal diffusivity, and (d) thermal conductivity of a composite containing epoxy and 10% mass ratio filler, according to an embodiment of the present invention, Table 2 and Figure 8, the volume change of composite adhesives cured at various temperatures should be low, and δ estimated in (a) of Figure 8 is 25.69 10 -6 , 25.20 × 10 -6 and 23.50 × 10 -6 K -1 . The lowest δ with respect to the contact angle results can be attributed to the better affinity of b-BN to the resin component, which inhibits the movement of the matrix. Cp and α measured in Figures 8 (b) and (c) are inversely proportional to the increase in temperature. This relationship can be explained by the additional energy consumption of molecular motion and damped harmonic oscillation at higher temperatures for Cp and α, respectively.
각 샘플의 측정 및 밀도(ρ)는 식 (1)을 사용하여 κ를 얻는 데 사용되었다. The measurements and density (ρ) of each sample were used to obtain κ using equation (1).
κ = Cp × α × ρ (1)κ = Cp × α × ρ (1)
도 8의 (d) 및 표 2에 설명된 대로 κ를 비교하면 S2850/b-BN이 S2850 및 S2850/BN보다 각각 25°C에서 1.91배 및 1.31배 더 높고 -90 °C에서 2.09배 및 1.36배 더 높다. 또한 -90°C에서 25°C로 감소한 κ비는 S2850, S2850/BN 및 S2850/b-BN에 대해 각각 0.85, 0.89 및 0.93이고, 일반적으로 복합체의 향상된 κ는 에폭시 매트릭스에서 충진제 입자의 우수한 분산 및 접촉에 기인한 것이다.Comparing κ as described in Figure 8 (d) and Table 2, S2850/b-BN is 1.91 times and 1.31 times higher at 25 °C and 2.09 times and 1.36 times higher at -90 °C than S2850 and S2850/BN, respectively. times higher. Additionally, the κ ratios decreased from -90°C to 25°C are 0.85, 0.89, and 0.93 for S2850, S2850/BN, and S2850/b-BN, respectively, and in general, the improved κ of the composites is consistent with the excellent dispersion of filler particles in the epoxy matrix. and due to contact.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 전류에 따른 각 코일의 정규 영역 전파 속도(Normal Zone Propagation Velocity)와 (b) 시간에 따른 각 코일의 냉각 속도를 나타낸 것이다.Figure 9 shows (a) the normal zone propagation velocity of each coil according to current and (b) the cooling rate of each coil according to time, according to an embodiment of the present invention.
도 9의 coil 3의 NZPV는 90 A에서 coils 1 및 2 보다 각각 65.82% 및 45.57% 증가한 것을 확인할 수 있고, 120 A (operating current)에서, coil 3의 NZPV는 coil 1 및 2 보다 각각 270.24 mm/s 및 220.31 mm/s 더 크다. 즉, S2850/b-BN의 가장 큰 NZPV을 가지며, 이는 coil 3이 다른 샘플에 비하여 급랭(quench)으로부터 더 보호될 수 있다.It can be seen that the NZPV of coil 3 in FIG. 9 increased by 65.82% and 45.57%, respectively, compared to coils 1 and 2 at 90 A, and at 120 A (operating current), the NZPV of coil 3 was 270.24 mm/g higher than coils 1 and 2, respectively. s and 220.31 mm/s are larger. In other words, S2850/ b -BN has the largest NZPV, which means coil 3 can be better protected from quenching compared to other samples.
도 9의 (b)에서 세번의 반복된 냉각 테스트에서 coil 3은 평균 τ가 가장 낮다: 0.32(coil 1), 0.30(coil 2) 및 0.27(coil 3)이다. 또한, 표준편차에서 coil 3에서 신뢰할 수 있는 재현성을 나타낸다. 냉각 속도 향상의 주요 원인으로 초전도체 사이의 S2850/b-BN의 높은 κ는 열 구배(thermal gradient)가 있는 영역에서 높은 열을 한 위치에서 다른 위치로 신속한 전달을 유도하기 때문이다.In Figure 9(b), coil 3 had the lowest average τ in three repeated cooling tests: 0.32 (coil 1), 0.30 (coil 2), and 0.27 (coil 3). Additionally, the standard deviation shows reliable reproducibility in coil 3. The main reason for the improvement in cooling rate is that the high κ of S2850/b-BN between superconductors induces rapid transfer of high heat from one location to another in areas with thermal gradients.
본 발명은, 붕산으로 초음파 처리된 고밀도 히드록실기를 갖는 나노 크기의 표면 개질된 보론 나이트라이드 나노플레이트를 제공하는 것으로, 에폭시 및 충진제로 표면 개질된 보론 나이트라이드 나노플레이트의 혼합물은 보론 나이트라이드를 포함하는 에폭시 접착제(BN-free epoxy-based adhesives) 보다 경화 후 더 높은 열전도율을 나타낼 뿐만 아니라 용액 상태에서 더 낮은 점도를 나타낸다. 비교 가능한 접착제를 LTS 코일에 함침시키고, 코일의 열 특성을 평가한 결과, NZPV 및 냉각 속도 테스트에서 BN 채워진 에폭시계 접착제를 포함하는 코일의 강화된 내구성 및 냉각 시간 감소를 확인할 수 있다. The present invention provides nano-sized surface-modified boron nitride nanoplates with a high density of hydroxyl groups ultrasonicated with boric acid, and the mixture of boron nitride nanoplates surface-modified with epoxy and filler contains boron nitride. It not only exhibits higher thermal conductivity after curing than BN-free epoxy-based adhesives, but also exhibits lower viscosity in solution state. Comparable adhesives were impregnated into LTS coils and the thermal properties of the coils were evaluated, demonstrating enhanced durability and reduced cooling times for coils containing BN-filled epoxy-based adhesives in NZPV and cooling rate tests.
즉, 본 발명에 의한 표면 개질된 보론 나이트라이드 나노플레이트(이하, b-BN)를 사용하는 열전도성 복합체는 비교 가능한 복합체(BN-free epoxy-based adhesives)보다 0.7 배 낮은 점도 및 1.24 배 더 높은 κ를 나타낸다. EDX 분석은, 중합체 매트릭스 내에서 b-BN의 우수한 분산성을 확인할 수 있다. 이러한 증가된 κ는 초전도성 코일 사이에서 더 빠른 열 전달을 유도한다. S2850/b-BN을 갖는 LTS coil 3은 coil 1과 비교하여 NZPV 및 냉각 속도에서 최대 65.82 % 및 13.09 %의 개선된 효과를 확인할 수 있다. 결과적으로, 표 2에서 b-BN를 포함하는 에폭시 복합체의 열전도율(κ은 2.09 W/mㆍK이며, 이는 25 ℃에서의 BN-프리 에폭시의 1.09 W/mㆍK의 두배 이상 높은 값이다. b-BN를 포함하는 BN-에폭시 복합체는, NZPV(normal zone propagation velocity) 및 냉각 속도 성능을 향상시키기 위해 LTS-코일(low-temperature superconducting coiI)을 위한 접착제로 활용될 수 있으며, 이는 초전도체 사이의 접착제를 통한 빠른 방열은 상품화된 접착제와 비교하여 NZPV에서 65.82 %의 증가 및 장치의 냉각 속도의 13.09 % 향상 효과를 제공할 수 있다.That is, the thermally conductive composite using the surface-modified boron nitride nanoplate (hereinafter referred to as b -BN) according to the present invention has a viscosity 0.7 times lower and 1.24 times higher than a comparable composite (BN-free epoxy-based adhesives). It represents κ. EDX analysis can confirm the excellent dispersibility of b -BN within the polymer matrix. This increased κ leads to faster heat transfer between the superconducting coils. LTS coil 3 with S2850/ b -BN can confirm improved effects of up to 65.82% and 13.09% in NZPV and cooling rate compared to coil 1. As a result, in Table 2, the thermal conductivity (κ) of the epoxy composite containing b -BN is 2.09 W/m·K, which is more than twice the 1.09 W/m·K of the BN-free epoxy at 25°C. BN-epoxy composites containing b -BN can be utilized as adhesives for low-temperature superconducting coils (LTS-coils) to improve normal zone propagation velocity (NZPV) and cooling rate performance, which can be used as an adhesive between superconductors. Fast heat dissipation through adhesives can provide a 65.82% increase in NZPV and a 13.09% improvement in the cooling rate of the device compared to commercial adhesives.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Adequate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
Claims (16)
상기 분산액을 초음파 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 보론 나이트라이드 대 상기 붕산의 질량비는,
1 : 0.01 내지 1 : 0.5이고,
히드록실화된 보론 나이트라이드의 물에 대한 표면 접촉각은,
30 ° 이하인 것인,
히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법.
Preparing a dispersion by mixing an aqueous boric acid solution and boron nitride; and
sonicating the dispersion;
Including,
The mass ratio of the boron nitride to the boric acid is,
1:0.01 to 1:0.5,
The surface contact angle of hydroxylated boron nitride with water is,
which is below 30°,
Method for preparing hydroxylated boron nitride.
상기 붕산 수용액 중 붕산의 농도는,
0.1 중량% 내지 5 중량%인 것인,
히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법.
According to paragraph 1,
The concentration of boric acid in the aqueous solution of boric acid is,
0.1% to 5% by weight,
Method for preparing hydroxylated boron nitride.
상기 초음파 처리하는 단계는,
실온 내지 50 ℃에서 20 kHz 이상의 주파수 및 10 % 이상의 진폭의 초음파로 처리하는 것인,
히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법.
According to paragraph 1,
The ultrasonic treatment step is,
Treatment with ultrasound at a frequency of 20 kHz or more and an amplitude of 10% or more at room temperature to 50 ° C.
Method for preparing hydroxylated boron nitride.
상기 초음파 처리하는 단계는,
1 초 내지 60 분 동안 초음파 처리하는 것인,
히드록실화된 보론 나이트라이드의 제조방법.
According to paragraph 1,
The ultrasonic treatment step is,
Sonicating for 1 second to 60 minutes,
Method for preparing hydroxylated boron nitride.
바인더;
를 포함하고,
상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는, 붕산으로 표면처리된 보론 나이트라이드이고,
상기 히드록실화된 보론 나이트라이드의 물에 대한 표면 접촉각은,
30 ° 이하이고,
상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는, 조성물 중 1 중량% 내지 15 중량%인 것인,
열전도성 조성물.
hydroxylated boron nitride; and
bookbinder;
Including,
The hydroxylated boron nitride is boron nitride surface treated with boric acid,
The surface contact angle of the hydroxylated boron nitride with water is,
is below 30°,
The hydroxylated boron nitride is 1% to 15% by weight of the composition,
Thermal conductive composition.
상기 열전도성 조성물은,
500,000 cP 이하의 점도를 갖는 것인,
열전도성 조성물.
According to clause 6,
The thermally conductive composition is,
Having a viscosity of 500,000 cP or less,
Thermal conductive composition.
상기 열전도성 조성물은,
1.6 W/mㆍK 이상의 열전도도를 갖는 것인,
열전도성 조성물.
According to clause 6,
The thermally conductive composition is,
Having a thermal conductivity of 1.6 W/m·K or more,
Thermal conductive composition.
상기 열전도성 조성물은,
0.5 내지 1.1 비열(J/gㆍK), 0.7 내지 1.8의 열확산도(mm2/s) 또는 이 둘을 갖는 것인,
열전도성 조성물.
According to clause 6,
The thermally conductive composition is,
Having a specific heat (J/g·K) of 0.5 to 1.1, a thermal diffusivity (mm 2 /s) of 0.7 to 1.8, or both,
Thermal conductive composition.
상기 바인더는,
에폭시 수지인 것인,
열전도성 조성물.
According to clause 6,
The binder is,
It is an epoxy resin,
Thermal conductive composition.
상기 히드록실화된 보론 나이트라이드는,
제1항의 방법으로 제조된 것인,
열전도성 조성물.
According to clause 6,
The hydroxylated boron nitride is,
Manufactured by the method of paragraph 1,
Thermal conductive composition.
을 포함하는,
초전도성 코일.
The thermally conductive composition of claim 6
Including,
Superconducting coil.
상기 열전도성 조성물이 방열접착제로 적용된 것인,
초전도성 코일.
According to clause 14,
The thermally conductive composition is applied as a heat dissipation adhesive,
Superconducting coil.
을 포함하는,
초전도 자석. Superconducting coil of clause 14
Including,
Superconducting magnet.
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| KR1020210125128A KR102657683B1 (en) | 2021-09-17 | Preparing method of hydroxylated boron nitride and thermally conductive composition comprising same |
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| KR20230041467A KR20230041467A (en) | 2023-03-24 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010510168A (en) * | 2006-11-22 | 2010-04-02 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | Functionalized boron nitride nanotubes |
| JP2013219195A (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-24 | Chubu Electric Power Co Inc | Conduction cooling plate of superconducting coil and superconducting coil device |
| CN108529574A (en) | 2018-07-16 | 2018-09-14 | 青岛大学 | A kind of preparation method of ultrathin boron nitride nanosheet and its dispersion liquid |
| JP2020055961A (en) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 信越化学工業株式会社 | Resin sheet having controlled heat conductivity distribution, and method of manufacturing the same |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010510168A (en) * | 2006-11-22 | 2010-04-02 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | Functionalized boron nitride nanotubes |
| JP2013219195A (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-24 | Chubu Electric Power Co Inc | Conduction cooling plate of superconducting coil and superconducting coil device |
| CN108529574A (en) | 2018-07-16 | 2018-09-14 | 青岛大学 | A kind of preparation method of ultrathin boron nitride nanosheet and its dispersion liquid |
| JP2020055961A (en) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 信越化学工業株式会社 | Resin sheet having controlled heat conductivity distribution, and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Chaochao Cao et al., 2D Materials, 2019, 6, page 035014(내부페이지 9)* |
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