KR20170093601A - 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법과 이에 의하여 제조된 방열부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법, 이에 의하여 제조된 방열부재 및 상기 방열부재가 구비되는 전기전자기기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판을 표면처리하는 제1 단계; 그래핀옥사이드 분산액을 제조하는 제2 단계; 상기 그래핀옥사이드 분산액을 이용하여 상기 표면처리된 기판에 그래핀옥사이드를 코팅하는 제3 단계; 환원제를 이용하여 상기 코팅된 그래핀옥사이드를 환원시키는 제4 단계; 및 상기 제4 단계를 거친 기판을 열처리하는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법을 개시한다.

Description

그래핀 코팅 방열부재의 제조방법과 이에 의하여 제조된 방열부재{MANUFACTURING METHOD OF HEAT RADIATION MEMBER WITH GRAPHENE COATING AND HEAT RADIATION MATERIAL MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법, 이에 의하여 제조된 방열부재 및 상기 방열부재가 구비되는 전기전자기기에 관한 것이다.

최근 전자제품의 고집적화 및 제품 소형화에 따라 방열문제는 매우 큰 과제로 대두되고 있다. 전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하는데, 이러한 방출 열은 기기의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다.

특히 LED 조명에 있어서 방열은 매우 중요한 문제로 인식되고 있다. 일반적으로 방열은 열원으로부터 열을 얼마나 빨리 제거하는 가에 있다. 열원에서 열을 제거하는 방법은 복사, 대류, 전도의 방법이 있으나 일반적으로 사용하는 가장 쉬운 방법은 높은 열전도도를 갖는 소재를 이용하여 열을 외부로 방출하는 것이다.

따라서 제품의 열적인 안전성을 확보하기 위해 고성능의 방열판을 개발하는 것은 국내뿐만 아니라 해외에서도 많은 관심의 대상이 되고 있다. 방열판은 열을 빠르게 공기 중으로 방사할 수 있는 소재를 사용하는 것이 좋다. 이에, 알루미늄이나 구리의 압출성형을 통해 표면적을 극대화한 방열판을 제조하고, 이것으로 부족할 시에는 방열 구조체를 흑화처리 하여 방사효율을 향상시키거나 송풍 장치를 장착하여 공기대류로 전자소자의 냉각문제를 해결하는 방법들이 제안되어 왔다. 그러나 송풍장치는 소음, 제품수명, 가격, 소형화 불가능 등 많은 문제점을 갖고 있기 때문에 제품적용의 한계를 가지고 있어 주로 알루미늄의 표면 흑화처리를 통해 방열판의 방사효율을 증가시켜 사용하고 있다. 그러나 제품 성능의 업그레이드 및 차세대 제품적용을 위해서는 현재의 표면흑화처리로는 성능을 만족시킬 수 없는 실정이다. 또한 높은 열방사 특성을 갖는 소재를 코팅하는 등 특성을 개선하기 위한 노력으로 기울이고 있으나, 크기, 중량을 더욱 현격히 줄여야 한다.

한편, 그래핀은 전기적, 기계적, 화학적인 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 매우 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 매우 큰 전류를 흐르게 할 수 있는데, 이는 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 실험을 통하여 증명되었으며 현재까지 많은 연구가 진행이 되고 있다. 이러한 그래핀은 대면적으로 형성할 수 있으며, 전기적, 기계적, 화학적인 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 뛰어난 도전성의 성질을 가지므로, 전자 회로의 기초 소재로 관심을 받고 있다. 또한, 그래핀은 일반적으로 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있으므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있고 이에 따라 쉽게 소자를 디자인할 수 있다. 따라서 그래핀은 탄소계 전기 또는 전자기 소자 등에 효과적으로 이용될 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 기술에 착안하여 제안된 것으로, 그래핀을 이용하여 알루미늄 기판을 코팅함으로써 방열성능을 향상시킨, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 그래핀 코팅 방열부재를 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.

또한 본 발명은 상기 그래핀 코팅 방열부재를 포함하는 전기전자기기를 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 본 발명은,

기판을 표면처리하는 제1 단계;

그래핀옥사이드 분산액을 제조하는 제2 단계;

상기 그래핀옥사이드 분산액을 이용하여 상기 표면처리된 기판에 그래핀옥사이드를 코팅하는 제3 단계;

환원제를 이용하여 상기 코팅된 그래핀옥사이드를 환원시키는 제4 단계; 및

상기 제4 단계를 거친 기판을 열처리하는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 단계의 표면처리는 산소 플라즈마 처리 후, 실란 커플링제를 이용하여 표면을 개질하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제4 단계의 환원제는 하이드라진이고; 상기 제5 단계의 열처리는 300 내지 1200℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 그래핀 코팅 방열부재를 제공한다.

또한 상기 또다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따르면 본 발명은, 열발생 소자; 상기 열발생 소자에 부착되는 제 4 항에 따른 방열 부재;를 포함하여 이루어지고, 상기 열발생 소자는 플라즈마 디스플레이 패널, LED, LCD, CCFL 및 FFP 디스플레이 패널, 태양광 발전용 모듈 패널인 것을 특징으로 하는, 그래핀을 이용한 방열부재가 구비된 전자전기 기기를 제공한다.

상기 본 발명에 따르면, 그래핀을 이용하여 코팅함으로써 그래핀으로 이루어진 방열층을 형성하게 되고, 그래핀의 우수한 열전도도를 이용하여 효과적으로 열을 방출 시킬 수 있어 우수한 방열 성능을 나타내는 방열 부재를 제조할 수 있고, 이러한 방열부재는 LED와 같은 열발생소자에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 방열판의 방열 원리를 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소플라즈마와 실란처리 여부에 따른 코팅 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산액의 온도에 따른 코팅 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GO를 rGO로 환원시킨 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 어닐링 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 그래핀 코팅된 알루미늄 기판의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 옥사이드의 라만 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 NaBH₄로 환원시킨 rGO의 라만 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 하이드라진으로 환원시킨 rGO의 라만 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 환원제에 따른 각각의 C1s의 결합 에너지 피크 비교를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 환원 방법에 따른 C/O 비율 비교를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에서 시간에 따른 알루미늄 기판 온도 변화 양상을 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 방열판의 크기, 중량을 줄이기 위해 열 전도성이 뛰어난 그래핀을 방열판에 코팅하는 방법에 관한 것으로, 알루미늄(227.95 W/mK)보다 20배 이상 열전도성(5000 W/mK)이 좋은 그래핀을 이용함으로써 우수한 방열 성능을 나타낼 수 있게 된다.

일 양태로서 본 발명의 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법은, 기판을 표면처리하는 제1 단계; 그래핀옥사이드 분산액을 제조하는 제2 단계; 상기 그래핀옥사이드 분산액을 이용하여 상기 표면처리된 기판에 그래핀옥사이드를 코팅하는 제3 단계; 환원제를 이용하여 상기 코팅된 그래핀옥사이드를 환원시키는 제4 단계; 및 상기 제4 단계를 거친 기판을 열처리하는 제5 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서 상기 제1 단계는 기판의 표면처리 단계로서 구체적으로는 산소 플라즈마를 처리한 후, 실란 커플링제를 이용하여 표면을 개질할 수 있다. 산소 플라즈마 처리에 의한 물리적 방법과, 실란 커플링제를 이용하는 화학적 방법을 모두 이용하여 표면처리함으로써 표면이 소수성인 기판의 경우 표면을 친수화하여 극성 용매의 젖음성(wetting)을 높이는 효과를 얻을 수 있다. 또한 이러한 표면처리를 통하여 그래핀 코팅시 기판과 그래핀간 접착력이 향상될 수 있게 된다.

이 때, 상기 기판은 유리, 수정, 글래스웨이퍼, 실리콘웨이퍼, 탄소기판, 탄소펠트, 사파이어, 질화실리콘, 화합물 반도체, GaAs 기판, GaInP 기판, 탄화실리콘, 티타늄 코팅기판, 세라믹, 금속합금, 플라스틱, SAM(Selfassembled monolayer)막, 양극산화기판, 섬유강화 투명 플라스틱, 단결정 실리콘, 폴리크리스탈린 실리콘, 마이크로 크리스탈린 실리콘, 박막 실리콘, CdTe 기판, 양자점 태양전지, GaP 기판, SiGe 기판, Si 기판, Ge 기판, InGaAsN 기판, Cu 기판, Al 기판, Au 기판, Ag 기판, Pt 기판, 용융 실리카 기판, ITO 기판, 활성 탄소 기판으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 상기 제2 단계는 그래핀 옥사이드 분산액을 제조하는 단계로, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법으로 제조될 수 있다.

또한 상기 제3 단계는 상기 제조된 그래핀 옥사이드 분산액을 이용하여 상기 표면처리된 기판을 코팅하는 단계이다. 이 때, 상기 코팅은 상기 코팅은 딥코팅, 스핀코팅, 스크린 코팅, 옵셋인쇄, 잉크젯 프린팅. 스프레이법, 패드프린팅, 나이프코팅, 키스코팅, 그라비아코팅, 붓질, 초음파 미쇄분무코팅, 스프레이-미스트 분무코팅 중 어느 하나를 선택적으로 시행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서는 딥코팅방법으로 기판을 코팅하였다. 이러한 딥코팅 공정은 피코팅재를 코팅용액 또는 슬러리(slurry)에 침지시킨 후 인출하는 방법으로, 인출시 피코팅재 표면에 코팅재가 부착되며, 피코팅재의 재질이나 형태에 상관없이 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 제4 단계는 환원제를 이용하여 상기 코팅된 그래핀 옥사이드를 환원시키는 단계이다. 구체적으로 환원용액에 침지하고 20℃ 내지 100℃에서 수 분 내지 수 시간동안 환원을 실시한다. 환원제로는 황화수소(H2S), 하이드라진, 수소화붕소나트륨(NaBH4), 다이메틸하이드라진, 하이드로퀴논, 수소 가스 및 요오드화수소산과 아세트산의 혼합물을 들 수 있으며, 이와같이 화학적 물질을 이용한 환원 방식은 반응 속도가 매우 빠른 장점이 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 특히, 상기 환원제 중에서 하이드라진을 이용하였을 때, 가장 우수한 방열성능을 나타내었다.

또한, 상기 제5 단계는 상기 제4 단계의 환원과정을 거친 후 다시 기판을 열처리하는 단계로서, 이와 같은 열처리에 의하여 그래핀옥사이드의 환원이 추가적으로 일어나게 된다. 이 때, 열적 환원은 열적으로 안정한 금속 또는 세라믹 기판을 사용하는 경우에 수행하는 것이 바람직하며, 열로 인한 기판의 손상 우려 및 공정 컨트롤의 어려움을 감안하여, 열적 환원의 온도범위는 150℃ 내지 2000℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 300~1200℃의 온도로 열처리할 수 있다. 상기의 온도 범위보다 낮은 온도에서 열처리를 실시하는 경우, 그래핀 산화물 내에 잔류하는 유기 성분에 의해 그래핀옥사이드 코팅막의 균열 및 손상이 초래될 수 있으며, 상기의 온도 범위보다 높은 온도에서 열처리를 실시하는 경우 기판의 균열 및 손상이 발생할 우려가 있다.

이와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조되는 방열부재는 열전도도가 매우 좋은 상기 그래핀으로 코팅됨으로써 우수한 방열성능을 나타낼 수 있게 된다.

또한 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), LED, LCD, CCFL(냉 전극 형광 광원 또는 램프), FFL(평면 형광 광원 또는 램프) 디스플레이 패널이나, 태양광 발전용 모듈 패널 등과 같이 발열하는 특성을 갖는 열발생 소자는 최근 디스플레이 장치와 같은 각종 전자전기 기기나, 태양광 발전모듈 등과 같은 다양한 분야에서 사용이 확대되고 있다. 그러나 열발생 소자의 발열 특성은, 전자전기 기기의 오작동 등을 일으키게 되는 바, 이러한 열발생 소자에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 필요가 있는 바, 여기에 적용되는 방열부재의 성능이 향상될 것이 요구된다.

따라서 다른 양태로서 본 발명은, 상기 방법으로 제조된 그래핀 코팅 방열부재를 구비하는 전기전자기기에 관한 것으로, 열발생 소자; 상기 열발생 소자에 부착되는 제 4 항에 따른 방열 부재;를 포함하여 이루어지고, 상기 열발생 소자는 플라즈마 디스플레이 패널, LED, LCD, CCFL 및 FFP 디스플레이 패널, 태양광 발전용 모듈 패널인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

알루미늄 기판의 표면처리

알루미늄 기판에 산소 플라즈마 처리를 한 다음, 상기 산소플라즈마 처리된 기판에 실란 커플링 반응을 위한 표면처리를 진행하였다.

구체적으로, 동일한 규격의 알루미늄 판을 아세톤에 소니케이션하여 세척한 후 탈이온수로 씻은 다음, 알루미늄 판을 5분 동안 산소 플라즈마 처리하였다.

다음으로, 실란 커플링 반응을 위해, 에탄올을 용매로 하여 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane) (KH-550) 1.5 wt% 30 g 용액을 제조하고, 제조한 실란 용액에 산소플라즈마 처리를 한 알루미늄 기판을 12시간, 24시간 각각 넣어주었다.

코팅 분산액 제조

본 실시예에서는 알루미늄 기판에 코팅하기 위한 물질을 제조하였다.

구체적으로, 70 mL 바이얼 용기에 물을 용매로 한 1 wt% GO(그래핀 옥사이드) 슬러리 15 g을 넣고 탈이온수 15 g을 넣어 두 배로 희석한 코팅 분산액을 제조하였다. 제조한 분산액을 30분 동안 소니케이션 시키고, 이를 일정한 속도를 가지는 모터를 이용해 0.3 mm/sec의 속도로 딥코팅하였다.

환원 처리

먼저, GO에서 rGO로 환원시키기 위하여, NaBH₄ 0.567 g (0.015 mol)을 소량의 탈이온수에 넣어서 전체 부피가 0.1 L 가 되도록 제조한 후 GO로 코팅한 알루미늄 기판을 2시간 동안 넣어두었다. 이후 55% HI 용액 100mL에 코팅한 알루미늄 기판을 2시간 동안 넣어두었다. 다음으로 80% 하이드라진 모노하이드레이트(hydrazine monohydrate) 용액 60mL에 코팅한 알루미늄 기판을 2시간 동안 넣어두었다. 마지막으로 알루미늄 판을 꺼내어 상온에서 건조시켰다.

어닐링 및 방열 성능 측정

상온에서 건조된 알루미늄 기판을 400℃에서 7시간 동안 열처리하였다. 가열 속도는 6.25 ℃/min로 설정하였다.

방열성능의 측정을 위해, 금속 직육면체 상자의 안쪽에는 열을 일정하게 전달하기 위한 원통형 구리가 방열 장치 위에 두고, 그 주위는 단열재를 감싸서 구리 원통의 옆면은 단열이 되도록 하였다. 열은 Power supply를 사용하여, 4.03V(2.56A)의 전압을 일정하게 공급하여 가열하였다. 제작한 알루미늄 기판의 방열성능을 비교하기 위하여, 아무 처리도 하지 않은 기존 알루미늄 기판과, rGO로 환원한 알루미늄기판, rGO로 환원하고 어닐링 과정을 거친 알루미늄 기판을 비교하였다.

또한 측정의 신뢰도를 높이기 위하여 각각 3번씩 진행하였으며, 3분간의 온도변화를 열 전대(Thermal couple)의 온도가 일정해 질 때까지 측정하였다.

이하, 도면을 참고하여 상기 실시예의 결과를 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 방열판의 성능향상원리를 모식화하여 나타낸 것이다.

도 2는 상기 알루미늄 기판의 표면처리의 결과를 나타낸 것으로서, 1번에서 4번의 알루미늄 기판은 0.5 wt%의 동일한 GO분산액에 코팅한 알루미늄 기판으로서 표면처리를 달리하였다. 구체적으로 1번과 2번은 산소플라즈마 처리를 하지 않았고 3번과 4번은 산소플라즈마 처리를 하였으며, 1번은 실란처리를 하지 않았고 2번, 3번은 12시간, 4번은 24시간 실란처리를 한 것이다. 이를 참고하면, 산소플라즈마와 실란처리를 모두 한 3번과 4번이 코팅결과가 우수한 것을 육안으로 확인할 수 있고, 이 중에서도 실란처리 시간을 길게 한 4번이 보다 코팅결과가 우수한 것을 확인할 수 있었다.

도 3은 그래핀옥사이드 분산액의 온도에 따른 코팅 결과를 나타낸 것으로, 1번에서부터 3번 알루미늄 기판은 동일한 GO분산액 0.5 wt%와 산소플라즈마 처리 5분, 실란처리 24h 전부 동일한 조건하에서 코팅을 하였다. 다만, 분산액의 온도를 1번은 60℃, 2번은 80℃, 3번은 100℃에서 진행하였는 바, 분산액의 온도가 높을수록 코팅이 균일하게 되지 않음을 알 수 있었다.

도 4는 GO를 rGO로 환원한 결과를 나나탠 것으로, 1번 알루미늄 기판은 GO를 코팅한 것이고, 2번 알루미늄 기판은 GO를 HI로 환원한 것이다. 이를 참고하면, 알루미늄 기판이 HI와 반응을 하여 코팅의 안정성을 유지하지 못함을 확인할 수 있다. 또한 3번은 NaBH₄로 환원한 기판이고 4번, 5번은 하이드라진으로 환원한 기판으로, 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 환원처리를 진행해도 안정성을 유지하였고, 특히 하이드라진으로 환원한 기판이 육안으로도 더 검은 것으로 보아 환원률이 더 높은 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 어닐링 결과를 도시한 것으로서, 1번은 어닐링 전, 2번은 어닐링 후를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 어닐링 결과 표면이 더 검게 변한 것을 확인할 수 있는 바, 이는 열적 환원이 더 이루어졌음을 의미한다.

도 6은 주사 전자 현미경(SEM) 관찰결과를 도시한 것으로서, 왼쪽에서부터 아무것도 처리하지 않은 알루미늄 기판, GO로 코팅한 알루미늄 기판, rGO로 환원한 알루미늄 기판을 나타낸 것이다. GO로 코팅시 주름이 발생한 것으로 보아 코팅이 되었음을 확인할 수 있고, 환원처리되었음을 확인할 수 있다. 또한 환원처리를 함으로 인해 표면에 굴곡이 발생하였고 굴곡으로 인해 SEM사진이 더 밝게 나온 것으로 보아 GO와 rGO의 차이를 분명히 확인할 수 있었다.

보통 그래핀 계열의 물질에 대한 피크는 1350 cm^-1와 1583 cm^-1에서 나오는데 각각 D-band, G-band라 칭하며 그중 D-band는 그래핀 구조의 disorder에 의해 유발되며 G-band는 흑 연계 물질에서 C-C 결합의 신축진동과 관련이 있다. 도 7 내지 도 9는 각기 다른 환원제를 사용한 rGO에 대한 라만 분광분석 스펙트럼을 나타낸 것이다.

두 종류의 rGO에서도 D-band와 G-band에 해당하는 피크가 나타났고 그 외에 2700 cm^-1와 2916 cm^-1에서도 피크를 확인할 수 있는데 각각 2D와 D+G라고 한다. 2D는 결정질 흑연 물질에서 보이며 흑연의 전자 구조 중 π 결합에 의해 민감하게 나타나며, 반면에 D+G는 disorder에 의해 유발되는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 GO가 환원되는 과정에서 sp2 domain size는 작아지는 데 이로 인해 defect와 관련된 D peak의 intensity 값이 커지게 되므로 D/G 값이 커지게 되는 것으로 알려져 있다. 즉 환원이 진행될수록 D/G 값은 커지게 되며 이를 통해 환원정도를 파악할 수 있다.

도 7 내지 도 9에서 계산된 I(D)/I(G) 값은 각각 0.96, 0.98, 1.26으로 GO와 NaBH₄로 환원한 rGO의 경우는 값이 비슷하나, 하이드라진으로 환원한 경우에는 그 값이 상당히 커짐을 알 수 있다.

이러한 결과로부터 rGO-하이드라진의 환원이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었고, rGO-NaBH₄는 상대적으로 환원이 덜 진행되었다.

도 10은 환원제에 따른 각각의 C1s의 결합 에너지 피크 비교를 나타낸 것으로, 구체적으로는 GO, NaBH₄ rGO, rGO-하이드라진, 어닐링한 rGO의 XPS를 측정하여 C를 스캔한 스펙트럼을 이다. 이를 참고하면 GO의 XPS에 있어, c-c및 c=c의 경우에는 283.94 eV에서 강한 피크가 나오며 나머지 C-O-C, C=O의 경우에는 285.92, 287.75 eV에서 피크가 나타난다. GO가 환원된 정도를 면적비를 사용하여 상대적으로 평가하기 위하여, GO의 환원에 의하여 기본적으로 변화가 없는 C=C 및 C-C피크의 면적을 기준으로 하여 C-O-C 또는 C=O피크와의 면적비를 비교할 수 있다. 따라서 이를 참고하면, GO에서 어닐링한 rGO로 갈수록 C-O-O 및 C=O피크가 사라지는 것을 알 수 있다. 이는 환원이 진행되었음을 의미하며 봉우리가 얇고 날카로울수록 C-O-C 및 C=O의 비율이 낮아짐을 의미한다. NaBH₄보다 하이드라진으로 환원했을 경우에 봉우리가 더 얇고 날카로워지므로 하이드라진의 환원이 더 좋다고 할 수 있다. 또한 하이드라진에 어닐링과정까지 거치면 환원률은 더욱 더 좋아지는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 O1s피크와 C1s피크의 강도를 비교하여 나타낸 것으로, GO의 경우 C1s 70.3이고 O1s 29.7을 나타낸다. 따라서 C/O는 2.4임을 알 수 있다. NaBH₄의 경우 C/O는 3.1이고 하이드라진의 경우 C/O는 3.9, 어닐링 처리를 한 rGO의 경우 4.6을 나타낸다. 갈수록 C/O의 비율이 증가하는 것은 환원이 됨에 따라 산소기가 줄어들었다는 것을 의미하는 바, C/O비율이 가장 높은 하이드라진+어닐링이 가장 높은 환원률을 보임을 확인할 수 있었다.

하기 표 1은 방열성능의 측정결과로서 시간에 따른 알루미늄 기판 온도 변화 양상을 나타낸 것으로, 알루미늄 기판과 rGO 및 rGO에 어닐링 처리를 한 기판의 방열성능을 비교해 보았다.

상기 표 1을 참고하면, 시간에 따른 알루미늄 기판 온도 변화 양상에 있어서 환원처리와 어닐링 과정을 거쳤을 때 더 열을 효과적으로 방출함을 확인할 수 있다. 특히 알루미늄 기판과 rGO로 코팅한 기판 방열성능을 비교해본 결과 115.0 ℃에서 110.0 ℃으로 약간의 방열 성능이 향상되었고, rGO와 어닐링 과정을 모두 수행한 알루미늄 기판의 경우 115.0 ℃에서 106.0 ℃으로 떨어져, 가장 우수한 방열 성능을 나타내었다.

상기 실시예의 결과로부터 산소플라즈마 처리와 실란 커플링 반응을 통한 표면처리를 수행함으로써 그래핀과 알루미늄 기판의 접착력을 높일 수 있고, 분산액의 온도에 변화를 주어 적당한 코팅 온도를 찾을 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, Raman, SEM, XPS 등 실험결과를 토대로 다양한 환원제를 사용한 결과 하이드라진을 사용했을 시 가장 우수한 환원율을 보였으며 열처리 과정을 거치면 더 높은 환원율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었고, 방열 성능 측정 시 그래핀을 코팅했을 때 알루미늄 기판의 방열 성능이 향상되었음을 육안으로 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 따르면, 그래핀을 코팅함으로써 그래핀의 우수한 열전도성에 의하여 우수한 방열 성능을 나타내는 방열부재를 제조할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.

Claims (5)

1. 기판을 표면처리하는 제1 단계;
   그래핀옥사이드 분산액을 제조하는 제2 단계;
   상기 그래핀옥사이드 분산액을 이용하여 상기 표면처리된 기판에 그래핀옥사이드를 코팅하는 제3 단계;
   환원제를 이용하여 상기 코팅된 그래핀옥사이드를 환원시키는 제4 단계; 및
   상기 제4 단계를 거친 기판을 열처리하는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 단계의 표면처리는 산소 플라즈마 처리 후, 실란 커플링제를 이용하여 표면을 개질하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4 단계의 환원제는 하이드라진이고; 상기 제5 단계의 열처리는 300 내지 1200℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는, 그래핀 코팅 방열부재의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 그래핀 코팅 방열부재.
5. 열발생 소자; 상기 열발생 소자에 부착되는 제 4 항에 따른 방열 부재;를 포함하여 이루어지고, 상기 열발생 소자는 플라즈마 디스플레이 패널, LED, LCD, CCFL 및 FFP 디스플레이 패널, 태양광 발전용 모듈 패널인 것을 특징으로 하는, 그래핀을 이용한 방열부재가 구비된 전자전기 기기.

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