KR20230102854A - Method for Preparing Metal-Carbon Laminate Having High Thermal Conductivity Using Hydrophilic Polymer, Laminate Prepared Thereby and Heat Dissipation Material Comprising Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법, 이에 의해 제조된 적층체 및 이를 이용한 방열 소재에 관한 것이다.
본 발명에서는 금속 기판과 탄소계 코팅층 사이에 친수성 폴리머층을 매개층으로 도입하여 화학적 결합에 기반한 강한 계면을 형성하고, 열처리를 통해 친수성 폴리머층을 제거하는 방법을 이용한다. 이에 따라, 금속 기판에 탄소계 코팅층이 균일하고 안정적으로 형성된 금속-탄소 적층체를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속-탄소 적층체는 열전도성이 매우 뛰어나고 기계적 특성 및 내부식성이 우수하므로 방열소재로서 사용하기에 매우 적합하며, 특히 상기 효과들을 요구하는 배터리용 방열소재 및 자동차용 방열부품 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, a laminate manufactured thereby, and a heat dissipation material using the same.
In the present invention, a method of forming a strong interface based on chemical bonding by introducing a hydrophilic polymer layer as an intermediate layer between a metal substrate and a carbon-based coating layer and removing the hydrophilic polymer layer through heat treatment is used. Accordingly, it is possible to manufacture a metal-carbon laminate in which a carbon-based coating layer is uniformly and stably formed on the metal substrate. Therefore, the metal-carbon laminate of the present invention has excellent thermal conductivity and excellent mechanical properties and corrosion resistance, so it is very suitable for use as a heat dissipation material. can be useful in
Description
본 발명은 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법, 이에 의해 제조된 적층체 및 이를 이용한 방열 소재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친수성 폴리머를 이용하여 금속 기판과 탄소계 코팅층의 강한 결합력을 유도함으로써 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 적층체 및 이를 이용한 방열 소재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, a laminate manufactured thereby, and a heat dissipation material using the same, and more particularly, by inducing a strong bonding force between a metal substrate and a carbon-based coating layer using a hydrophilic polymer. It relates to a method for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, a laminate manufactured thereby, and a heat dissipation material using the same.
최근 전기차 배터리 및 전자 기기는 경량화, 소형화, 고효율화가 추구되고 있다. 이러한 전자 소재의 고집적화에 따라 발열량이 증가하고 있다. 미국 공군 항공전자 진실성 프로그램(US Air Force Avionics Integrity Program) 연구결과에 따르면, 전자기기의 고장 원인은 54%가 온도에 의한 것으로, 발열은 전자기기의 내열성 및 장수명화의 관점에서 중요한 문제점이다. 따라서 열을 효율적으로 방출시키기 위한 방열소재에 대한 관심이 높아지고 있고, 이로 인하여 고성능 방열소재 시장은 점점 증가하고 있는 추세이다.Recently, electric vehicle batteries and electronic devices are being pursued for weight reduction, miniaturization, and high efficiency. With the high integration of these electronic materials, the amount of heat generated is increasing. According to the research results of the US Air Force Avionics Integrity Program, 54% of the failure causes of electronic devices are due to temperature, and heat generation is an important problem in terms of heat resistance and longevity of electronic devices. Therefore, interest in heat dissipation materials for efficiently dissipating heat is increasing, and as a result, the market for high-performance heat dissipation materials is gradually increasing.
2021년 방열소재 시장은 6조원에 육박할 것으로 예상되고 2025년에는 약 8조 6,680억원 수준으로 성장할 것으로 전망되며 전세계 방열소재 시장의 98%는 알루미늄 소재가 점유하고 있다.The heat dissipation material market is expected to reach 6 trillion won in 2021 and grow to about KRW 8.668 trillion in 2025, and 98% of the global heat dissipation material market is occupied by aluminum materials.
방열은 부품에서 발생한 열을 이동시켜 부품의 온도 상승을 억제하는 개념으로, 다양한 방법들이 제안되어 오고 있다. 열을 이동시키는 메커니즘은 크게 전도(Conduction), 대류(Convection) 및 복사(Radiation)로 구분할 수 있다. 일반적으로 이용되는 방법은 전도에 의한 방열 방법으로 열을 확산시키기 위한 가장 효과적인 방법이다. 즉, 소재의 열전도성을 향상시키는 것이 곧 방열특성을 향상시키는 것을 의미한다.Heat dissipation is a concept of suppressing a temperature rise of a part by moving heat generated from a part, and various methods have been proposed. Mechanisms for moving heat can be largely classified into conduction, convection, and radiation. A commonly used method is a heat dissipation method by conduction, which is the most effective method for diffusing heat. That is, improving the thermal conductivity of the material means improving the heat dissipation characteristics.
방열소재로는 고분자, 세라믹 및 금속이 주로 사용된다. 방열 고분자 소재는 가볍고 성형성이 좋으며 제조원가가 낮다는 장점이 있지만 대부분 0.1 내지 0.3W/m·K 수준의 낮은 열전도도를 가진다. 세라믹은 높은 열전도도를 갖지만 무겁고 성형성이 좋지 않으며 제조원가가 높다는 문제점이 있다. 따라서, 방열소재로 제조원가 대비 열전도도가 비교적 우수한 알루미늄이 가장 많이 사용되고 있다. 하지만, 방열소재의 고효율화가 요구됨에 따라 순알루미늄 소재의 방열성이 한계에 봉착하였다.Polymers, ceramics, and metals are mainly used as heat dissipation materials. Heat dissipation polymer materials have the advantage of being lightweight, good formability, and low manufacturing cost, but most have low thermal conductivity of 0.1 to 0.3 W/m·K level. Although ceramics have high thermal conductivity, they are heavy, have poor moldability, and have high manufacturing costs. Therefore, aluminum, which is relatively excellent in thermal conductivity compared to manufacturing cost, is most often used as a heat dissipation material. However, as the high efficiency of heat dissipation materials is required, the heat dissipation properties of pure aluminum materials are limited.
이러한 한계를 극복하기 위한 기술로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0011650호에서는 다이캐스팅 주조 공정을 통해 방열판용 알루미늄 합금을 제조함으로써 주조성과 발열성을 동시에 향상시킨다고 기재하고 있다. 다이캐스팅 주조 공정은 성분을 조정하는 합금 제조공정으로서, 성분을 조정하는 기술로는 알루미늄 소재의 방열 한계를 해결하기 어려운 실정이다. As a technique for overcoming these limitations, Korean Patent Publication No. 10-2013-0011650 discloses that castability and exothermic properties are simultaneously improved by manufacturing an aluminum alloy for a heat sink through a die casting casting process. The die-casting casting process is an alloy manufacturing process for adjusting the components, and it is difficult to solve the heat dissipation limit of aluminum materials with the technology for adjusting the components.
따라서, 알루미늄 소재의 표면처리 또는 코팅 등의 방법을 통해 방열성을 향상시키는 기술이 제안되었다. 이와 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0006513호에서는 알루미늄 소재 위에 열처리를 통해 탄소층을 형성시킴으로써 고방열 효과를 얻는 공정에 대하여 기재하고 있다. 그러나 알루미늄 표면의 젖음성이 낮아 단순 열처리만으로는 알루미늄 소재 위에 탄소층이 안정적으로 형성되기 어렵기 때문에 코팅이 불균일하게 형성되어 국부적으로 상이한 열전도도를 나타낼 수 있다.Therefore, a technique for improving heat dissipation through a method such as surface treatment or coating of an aluminum material has been proposed. In this regard, Korean Patent Publication No. 10-2020-0006513 discloses a process for obtaining a high heat dissipation effect by forming a carbon layer through heat treatment on an aluminum material. However, since the wettability of the aluminum surface is low, it is difficult to stably form a carbon layer on the aluminum material only by simple heat treatment, and thus the coating may be formed non-uniformly, resulting in locally different thermal conductivity.
이에 따라, 방열소재로서 알루미늄을 발전시키기 위해서는 열전도도 개선의 한계를 극복할 수 있으면서 공정이 간단하고 효율적인 표면처리 또는 코팅방법의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, in order to develop aluminum as a heat dissipation material, it is required to develop a simple and efficient surface treatment or coating method that can overcome the limitations of thermal conductivity improvement.
본 발명의 목적은 친수성 폴리머를 이용하여 금속 기판과 탄소계 코팅층의 강한 결합력을 유도함으로써 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate by inducing strong bonding force between a metal substrate and a carbon-based coating layer using a hydrophilic polymer.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high thermal conductivity metal-carbon laminate manufactured by the above method.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 적층체를 포함하는 방열소재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a heat dissipation material comprising the laminate.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 친수성 폴리머를 이용하여 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate using a hydrophilic polymer.
본 발명에서, 상기 제조방법은 금속 기판 상에 친수성 폴리머 용액을 코팅하여 친수성 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 친수성 폴리머층 상에 탄소계 물질 용액을 코팅하여 탄소계 코팅층을 형성함으로써 적층체를 제조하는 단계; 및 상기 적층체를 열처리하여 친수성 폴리머층을 제거하는 단계를 포함한다.In the present invention, the manufacturing method comprises the steps of coating a hydrophilic polymer solution on a metal substrate to form a hydrophilic polymer layer; manufacturing a laminate by coating a carbon-based material solution on the hydrophilic polymer layer to form a carbon-based coating layer; and removing the hydrophilic polymer layer by heat-treating the laminate.
본 발명에서, 상기 금속 기판은 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 철, 주철, 구리, 납, 니켈, 백금 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present invention, the metal substrate may include one or more selected from the group consisting of aluminum, gold, silver, tungsten, iron, cast iron, copper, lead, nickel, platinum, and alloys thereof.
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머는 하이드록실기를 갖는 폴리머일 수 있다.In the present invention, the hydrophilic polymer may be a polymer having a hydroxyl group.
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머는 폴리비닐알코올(PVA)일 수 있다.In the present invention, the hydrophilic polymer may be polyvinyl alcohol (PVA).
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머 용액의 농도는 0.1 내지 10.0중량%일 수 있다.In the present invention, the concentration of the hydrophilic polymer solution may be 0.1 to 10.0% by weight.
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머층의 형성은 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 수행될 수 있다.In the present invention, the formation of the hydrophilic polymer layer may be performed by roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating, or dip coating.
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머층 형성 단계는 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.In the present invention, the step of forming the hydrophilic polymer layer may be performed for 10 minutes to 10 hours.
본 발명에서, 상기 탄소계 물질은 그래핀, 산화그래핀, 흑연, 산화흑연, 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 산화탄소나노튜브, 풀러렌 및 산화풀러렌으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present invention, the carbon-based material includes at least one selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, graphite, graphite oxide, carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon oxide nanotubes, fullerenes, and fullerene oxides. can do.
본 발명에서, 상기 탄소계 물질 용액의 농도는 0.8 내지 3.2mg/ml일 수 있다.In the present invention, the concentration of the carbon-based material solution may be 0.8 to 3.2 mg/ml.
본 발명에서, 탄소계 코팅층의 형성은 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 수행될 수 있다.In the present invention, the formation of the carbon-based coating layer may be performed by roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating, or dip coating.
본 발명에서, 상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.In the present invention, the step of forming the carbon-based coating layer may be performed for 10 minutes to 10 hours.
본 발명에서, 상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 0 내지 100℃에서 수행될 수 있다.In the present invention, the step of forming the carbon-based coating layer may be performed at 0 to 100 °C.
본 발명에서, 상기 탄소계 코팅층 형성 단계 이후, 상온에서 건조하는 단계를 더 수행할 수 있다.In the present invention, after the step of forming the carbon-based coating layer, a step of drying at room temperature may be further performed.
본 발명에서, 상기 열처리 단계는 200 내지 500℃에서 수행될 수 있다.In the present invention, the heat treatment step may be performed at 200 to 500 °C.
본 발명에서, 상기 열처리 단계 이후, 탄소계 코팅층을 환원시키는 환원 단계를 더 수행할 수 있다.In the present invention, after the heat treatment step, a reduction step of reducing the carbon-based coating layer may be further performed.
본 발명에서, 상기 환원 단계는 질소 분위기 하에서 200 내지 500℃로 열처리하여 수행될 수 있다.In the present invention, the reduction step may be performed by heat treatment at 200 to 500 ° C. under a nitrogen atmosphere.
본 발명에서, 상기 탄소계 코팅층의 두께는 0.35 내지 100nm일 수 있다.In the present invention, the thickness of the carbon-based coating layer may be 0.35 to 100 nm.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제공한다.The present invention also provides a high thermal conductivity metal-carbon laminate manufactured by the above method.
본 발명은 또한, 상기 고열전도성 금속-탄소 적층체를 포함하는 방열소재를 제공한다.The present invention also provides a heat dissipation material including the high thermal conductivity metal-carbon laminate.
본 발명에서, 상기 방열소재는 배터리용 또는 자동차용일 수 있다.In the present invention, the heat dissipation material may be for batteries or for automobiles.
본 발명에 따르면, 금속 기판에 친수성 폴리머층을 형성하고 탄소계 물질을 코팅함으로써 상기 친수성 폴리머층의 화학적 결합에 기반하여 탄소계 물질과 금속 기판 사이에 강한 계면을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 금속 기판에 탄소계 코팅층이 균일하게 형성되고 강하게 결합되며, 열전도성이 매우 우수하고 기계적 특성 및 내부식성이 뛰어난 금속-탄소 적층체를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속-탄소 적층체는 높은 열전도성, 기계적 특성 및 방열성을 요구하는 배터리용 방열소재 및 자동차용 방열부품 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, by forming a hydrophilic polymer layer on a metal substrate and coating the carbon-based material, a strong interface can be formed between the carbon-based material and the metal substrate based on chemical bonding of the hydrophilic polymer layer. Accordingly, it is possible to manufacture a metal-carbon laminate in which a carbon-based coating layer is uniformly formed and strongly bonded to the metal substrate, has excellent thermal conductivity, and excellent mechanical properties and corrosion resistance. Therefore, the metal-carbon laminate of the present invention can be usefully used in the fields of heat dissipation materials for batteries and heat dissipation parts for automobiles that require high thermal conductivity, mechanical properties and heat dissipation.
도 1은 본 발명에 따른 고열전도성 적층체의 제조방법에 대한 개략적인 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체의 제조방법을 종래기술과 비교하여 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 탄소계 코팅층을 상온에서 Direct coating한 코팅층(a) 및 PVA-aided coating한 코팅층(b)의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 탄소계 코팅층을 50℃에서 Direct coating한 코팅층(a) 및 PVA-aided coating한 코팅층(b)의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체를 상온과 50℃에서 PVA-aided coating한 코팅층의 샘플 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 Direct coating(a) 및 PVA-aided coating(b)으로 제조된 적층체의 라만 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 상온(a) 및 50℃(b)에서 코팅하여 형성된 탄소계 코팅층의 열환원 전후 라만 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체의 시험편 및 코팅층에 대한 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체의 탄소계 코팅층에 대한 두께 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 탄소계 물질 용액의 교반에 따른 열환원 전(a) 및 열환원 후(b) 코팅층의 이미지를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층체의 환원 후 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층체의 환원 후 탄소계 코팅층의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체의 알루미늄 두께를 2mm로 한 경우(a) 및 0.25mm로 한 경우(b)에 대한 열전도도 측정 결과를 나타낸 것이다.1 is a schematic process flow chart of a method for manufacturing a high thermal conductivity laminate according to the present invention.
FIG. 2 shows a method of manufacturing a high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention in comparison with the prior art.
3 shows SEM images of a coating layer (a) in which a carbon-based coating layer is directly coated at room temperature and a coating layer (b) in which a PVA-aided coating is applied according to an embodiment of the present invention.
4 shows SEM images of a coating layer (a) in which a carbon-based coating layer is directly coated at 50° C. and a coating layer (b) in which a PVA-aided coating is applied according to an embodiment of the present invention.
5 shows a sample image of a coating layer obtained by PVA-aided coating of a high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention at room temperature and 50° C.
6 shows Raman spectrum measurement results of a laminate manufactured with direct coating (a) and PVA-aided coating (b) according to an embodiment of the present invention.
7 shows Raman spectrum measurement results before and after thermal reduction of a carbon-based coating layer formed by coating at room temperature (a) and 50° C. (b) according to an embodiment of the present invention.
8 shows TEM images of a test piece and a coating layer of a high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention.
9 shows results of measuring the thickness of the carbon-based coating layer of the high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention.
10 shows images of a coating layer before (a) and after (b) thermal reduction according to stirring of a carbon-based material solution in one embodiment of the present invention.
11 shows a TEM image after reduction of a laminate according to an embodiment of the present invention.
12 shows a TEM image of a carbon-based coating layer after reduction of a laminate according to an embodiment of the present invention.
13 shows thermal conductivity measurement results for cases where the aluminum thickness of the high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention was 2 mm (a) and 0.25 mm (b).
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is one well known and commonly used in the art.
본 발명은 친수성 폴리머층을 매개층으로 도입하여 금속 기판과 탄소계 물질 사이에 결합력을 향상시킴으로써 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제조하는 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a process for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate by introducing a hydrophilic polymer layer as a medium layer to improve bonding strength between a metal substrate and a carbon-based material.
본 발명에 따르면 친수성 폴리머를 중간 매개체로 사용하여 금속 기판과 탄소계 코팅층 사이에 강한 화학적 결합이 형성되므로, 금속 기판 상에 균일하고 안정적인 탄소계 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 공정을 통해 제조된 적층체는 열전도성이 매우 우수하며 향상된 기계적 특성 및 내부식성을 갖는다.According to the present invention, since a strong chemical bond is formed between the metal substrate and the carbon-based coating layer by using a hydrophilic polymer as an intermediate medium, a uniform and stable carbon-based coating layer can be formed on the metal substrate. The laminate manufactured through the above process has excellent thermal conductivity and improved mechanical properties and corrosion resistance.
도 1은 본 발명에 따른 고열전도성 금속-탄소 적층체를 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제조 공정은 금속 기판 상에 친수성 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 친수성 폴리머층 상에 탄소계 코팅층을 형성하는 단계; 및 친수성 폴리머층을 제거하기 위한 열처리 단계를 포함한다. 1 schematically shows a process for manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate according to the present invention. Referring to Figure 1, the manufacturing process according to the present invention comprises the steps of forming a hydrophilic polymer layer on a metal substrate; forming a carbon-based coating layer on the hydrophilic polymer layer; and a heat treatment step for removing the hydrophilic polymer layer.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 적층체의 제조방법을 종래기술과 비교하여 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 종래기술에서는 알루미늄 모재에 탄소계 용액을 직접적으로 코팅하여 적층체를 제조하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예를 이용하면, PVA층을 이용하여 알루미늄 기판과 탄소계 코팅층 계면 사이의 결합력을 향상시키고 열처리를 통해 잔류 PVA층을 제거한 다음 산화그래핀을 환원시켜 고열전도성 적층체를 제조할 수 있다.FIG. 2 shows a method of manufacturing a high thermal conductivity laminate according to an embodiment of the present invention in comparison with the prior art. Referring to FIG. 2, in the prior art, a laminate was prepared by directly coating a carbon-based solution on an aluminum base material. However, according to one embodiment of the present invention, the bonding strength between the aluminum substrate and the carbon-based coating layer interface is improved using a PVA layer, the residual PVA layer is removed through heat treatment, and then graphene oxide is reduced to prepare a high thermal conductivity laminate. can do.
본 발명에서, 상기 금속 기판은 방열소재 기술분야에서 사용될 수 있는 열전도성이 높은 금속 또는 이들의 합금일 수 있다. 금속 기판의 표면에는 공기 중에서 일부 산화가 진행된 금속 산화물층이 존재할 수 있다.In the present invention, the metal substrate may be a metal having high thermal conductivity or an alloy thereof that may be used in the field of heat dissipation materials. A metal oxide layer partially oxidized in air may exist on the surface of the metal substrate.
상기 금속은 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 철, 주철, 구리, 납, 니켈, 백금 등일 수 있으며, 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.The metal may be aluminum, gold, silver, tungsten, iron, cast iron, copper, lead, nickel, platinum, etc., and aluminum is preferably used.
알루미늄 소재는 경량금속이면서 열전도성 및 전기 전도도가 우수하고. 표면처리를 통하여 내부식성 및 기계적 성능을 향상시킬 수 있어 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 이러한 특성 때문에 배터리용 방열소재 및 자동차용 방열부품에서 경량화 및 방열성 향상을 위해 알루미늄이 많이 사용되고 있으나, 배터리 및 자동차 관련기술이 발전하여 각 부품에 요구되는 성능이 크게 증가하였고, 이에 따라 알루미늄 소재를 가볍고 더 우수한 방열 특성을 갖도록 하는 연구가 지속되고 있다.Aluminum is a lightweight metal with excellent thermal and electrical conductivity. Corrosion resistance and mechanical performance can be improved through surface treatment, so it is widely used in various fields. Due to these characteristics, aluminum is widely used in heat dissipation materials for batteries and heat dissipation parts for automobiles to reduce weight and improve heat dissipation. Research to have better heat dissipation characteristics is ongoing.
경량화를 목적으로 하는 경우에는 알루미늄 합금의 성분을 조정함으로써 소재의 특성을 향상시키는 기술이 제안되어 사용되고 있으나, 방열성을 향상시키는 것은 알루미늄 합금의 성분을 조정하는 기술로 달성하기 어렵다. 이에 따라, 탄소계 물질의 코팅 기술을 통하여 알루미늄의 방열성을 향상시키는 기술이 제안되고 있으나, 알루미늄의 낮은 젖음성(wettability)으로 인하여 코팅과의 결합력이 높지 않다는 한계가 있다.For the purpose of weight reduction, a technique for improving the properties of a material by adjusting the components of an aluminum alloy has been proposed and used, but improving heat dissipation is difficult to achieve with a technique for adjusting the components of an aluminum alloy. Accordingly, a technology for improving the heat dissipation of aluminum through a coating technology of a carbon-based material has been proposed, but there is a limit in that the bonding force with the coating is not high due to the low wettability of aluminum.
본 발명은 종래 기술의 한계를 극복하여 금속과 탄소계 물질 사이에 강한 결합력을 형성할 수 있는 표면처리 기술에 대한 것으로, 금속 기판에 탄소계 코팅층을 안정적으로 형성하기 위한 매개체로서 친수성 폴리머층을 이용한다.The present invention relates to a surface treatment technology capable of forming a strong bonding force between a metal and a carbon-based material by overcoming the limitations of the prior art, and uses a hydrophilic polymer layer as a medium for stably forming a carbon-based coating layer on a metal substrate. .
상기 친수성 폴리머(hydrophilic polymer)는 물 분자와 결합되는 성질을 갖는 작용기를 포함하는 폴리머를 의미한다. 상기 친수성 폴리머로는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리메타크릴산(PMAA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 등을 사용할 수 있다.The hydrophilic polymer refers to a polymer including a functional group having a property of bonding with water molecules. As the hydrophilic polymer, polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylic acid (PAA), polymethacrylic acid (PMAA), polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), and the like may be used.
본 발명에서, 상기 친수성 폴리머는 금속 기판의 표면을 친수성으로 개질하고 금속 기판과 탄소계 물질 사이의 수소결합을 유도할 수 있도록 하이드록실기를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 하이드록실기를 갖는 폴리머 중 가격이 합리적이고 유독성이 없는 폴리비닐알코올(PVA)이 알루미늄 기판 및 산화그래핀 코팅 사이에 우수한 결합력을 제공한다는 것을 확인하였다. In the present invention, the hydrophilic polymer preferably has a hydroxyl group so as to modify the surface of the metal substrate to be hydrophilic and induce a hydrogen bond between the metal substrate and the carbon-based material. In the present invention, it was confirmed that among polymers having a hydroxyl group, polyvinyl alcohol (PVA), which is reasonably priced and has no toxicity, provides excellent bonding strength between an aluminum substrate and a graphene oxide coating.
또한, 친수성 폴리머층은 1nm 내지 50㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 3nm 내지 10㎛의 두께, 가장 바람직하게는 5 내지 50nm의 두께로 형성될 수 있다. 두께가 얇으면 금속 기판의 표면을 친수성으로 개질하지 못하고 금속 기판과 탄소계 물질 사이의 수소결합을 유도하기 어려우며, 두께가 과도하게 두꺼우면 후속 공정에서 제거가 어렵고 제조되는 적층체의 열전도성이 저하될 수 있다.In addition, the hydrophilic polymer layer may be formed to a thickness of 1 nm to 50 μm, preferably to a thickness of 3 nm to 10 μm, and most preferably to a thickness of 5 to 50 nm. If the thickness is thin, the surface of the metal substrate cannot be modified to be hydrophilic, and it is difficult to induce a hydrogen bond between the metal substrate and the carbon-based material. If the thickness is excessively thick, it is difficult to remove in a subsequent process and the thermal conductivity of the laminate to be manufactured is reduced. It can be.
상기 친수성 폴리머층은 금속 기판 상에 친수성 폴리머 용액을 코팅하여 형성될 수 있다.The hydrophilic polymer layer may be formed by coating a hydrophilic polymer solution on a metal substrate.
상기 친수성 폴리머 용액의 용매로는 물, 에탄올, 메탄올, 클로로포름, 아세톤, DMSO 등 극성용매를 이용할 수 있다.A polar solvent such as water, ethanol, methanol, chloroform, acetone, or DMSO may be used as a solvent for the hydrophilic polymer solution.
상기 친수성 폴리머 용액은 0.1 내지 10.0중량%의 농도로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 5.0중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.0중량%의 농도로 제조될 수 있다.The hydrophilic polymer solution may be prepared at a concentration of 0.1 to 10.0% by weight, preferably at a concentration of 0.3 to 5.0% by weight, more preferably at a concentration of 0.5 to 2.0% by weight.
친수성 폴리머 용액의 코팅 방법으로는 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 및 딥 코팅을 사용할 수 있으며, 균일한 코팅이 가능하고 공정이 간단한 딥 코팅을 사용하는 것이 바람직하다.Roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating, and dip coating may be used as a coating method for the hydrophilic polymer solution, and it is preferable to use dip coating, which enables uniform coating and has a simple process.
상기 친수성 폴리머 코팅은 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 상기 코팅은 30분 내지 5시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 1 내지 3시간 동안 코팅하는 것이 더욱 바람직하다. 딥 코팅을 이용하는 경우, 30분 간격으로 뒤집어준다. 친수성 폴리머를 코팅한 이후, 건조 공정을 통해 상기 친수성 폴리머 코팅층의 잔여 수분을 제거할 수 있다. 상기 건조 공정은 상온에서 10분 내지 5시간 동안 수행될 수 있으며, 30분 내지 2시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.The hydrophilic polymer coating may be performed for 10 minutes to 10 hours. Preferably, the coating is performed for 30 minutes to 5 hours, and more preferably for 1 to 3 hours. If using dip coating, turn over every 30 minutes. After coating the hydrophilic polymer, residual moisture of the hydrophilic polymer coating layer may be removed through a drying process. The drying process may be performed at room temperature for 10 minutes to 5 hours, preferably for 30 minutes to 2 hours.
상기 친수성 폴리머층 코팅 단계를 통하여 금속 기판 상에 균일한 코팅을 형성할 수 있다. A uniform coating may be formed on the metal substrate through the hydrophilic polymer layer coating step.
이와 같이 본 발명에서는 금속 기판 상에 탄소계 물질을 바로 코팅하지 않고 친수성 폴리머층을 중간 매개체로 이용함으로써, 금속 기판과 탄소계 물질 사이에 강한 화학적 결합을 유도할 수 있다. As such, in the present invention, a strong chemical bond between the metal substrate and the carbon-based material can be induced by using the hydrophilic polymer layer as an intermediate medium without immediately coating the carbon-based material on the metal substrate.
상기 탄소계 물질로는 그래핀, 산화그래핀, 흑연, 산화흑연, 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 산화탄소나노튜브, 풀러렌, 산화풀러렌 등을 사용할 수 있다. 이 중에서도, 탄소계 산화물인 산화흑연, 산화풀러렌, 산화탄소나노튜브, 산화그래핀 등을 사용하는 것이 바람직하며, 가용성, 열전도성, 기계적 특성 및 내부식성 측면에서 산화그래핀이 가장 바람직하다. 탄소계 산화물을 이용하는 경우 코팅성 측면에서 장점이 있을 뿐만 아니라, 본 발명에서 매개층으로 이용되는 친수성 폴리머층과 강하게 결합되어, 결과적으로 금속 기판과 탄소계 코팅층의 결합력이 높은 적층체를 제조할 수 있는 효과를 발휘한다.As the carbon-based material, graphene, graphene oxide, graphite, graphite oxide, carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon oxide nanotubes, fullerenes, fullerene oxides, and the like may be used. Among these, it is preferable to use carbon-based oxides such as graphite oxide, fullerene oxide, carbon oxide nanotubes, graphene oxide, and the like, and graphene oxide is most preferable in view of solubility, thermal conductivity, mechanical properties, and corrosion resistance. In the case of using carbon-based oxide, it not only has an advantage in terms of coating properties, but also is strongly bonded to the hydrophilic polymer layer used as the mediation layer in the present invention, resulting in a laminate having high bonding strength between the metal substrate and the carbon-based coating layer. exert an effect
탄소계 물질은 뛰어난 물리적, 화학적 특성을 보유하고 있으며 전자제품부터 복합재료 등 대규모 응용 분야를 아우르는 다양한 제품에 적용이 용이하여 꾸준히 많은 주목을 받고 있다. 특히, 그래핀은 구리보다 100배 많은 전류를 실리콘보다 100배 이상 빠른 속도로 전달이 가능하여 새로운 소자의 개발에 다양하게 활용이 가능하다. 다만, 그래핀과 같은 탄소계 물질은 금속 기판 상에 바로 코팅할 경우 균일한 코팅이 어렵고 박리가 쉽게 발생하는 한계가 있다. 한편, 탄소계 산화물, 특히 산화그래핀은 순수한 그래핀보다 더 높은 가용성을 가져 용액 공정으로 코팅이 용이한 장점이 있다. 하지만 하이드록실기(-OH), 에폭시기(>O), 카르복실기(-COOH) 등 산소를 포함하는 작용기들로 인해 전기적 특성이 떨어지게 된다. Carbon-based materials have excellent physical and chemical properties, and are easily applied to various products ranging from electronic products to composite materials and other large-scale applications. In particular, graphene can transmit 100 times more current than copper at a speed more than 100 times faster than silicon, so it can be used in various ways in the development of new devices. However, carbon-based materials such as graphene have limitations in that uniform coating is difficult and peeling easily occurs when directly coated on a metal substrate. On the other hand, carbon-based oxides, particularly graphene oxide, have a higher solubility than pure graphene, and thus have the advantage of being easily coated by a solution process. However, due to functional groups containing oxygen such as hydroxyl group (-OH), epoxy group (>O), and carboxyl group (-COOH), electrical properties are deteriorated.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 탄소계 물질로 산화그래핀을 이용하여 형성된 탄소계 코팅층에 대해, 후속 공정에서 열환원을 통해 최종적으로 환원된 산화그래핀(reduced graphene oxide, rGO)이 코팅되도록 하여, 산화그래핀의 열전도성 저하 문제를 해결하였다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the carbon-based coating layer formed by using graphene oxide as a carbon-based material is coated with reduced graphene oxide (rGO) through thermal reduction in a subsequent process. Thus, the problem of lowering the thermal conductivity of graphene oxide was solved.
상기 탄소계 코팅층은 0.35 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다. 10 내지 80nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 30 내지 50nm의 두께가 가장 바람직하다. 코팅층에는 적어도 한 층 이상의 탄소계 물질이 코팅되어야 하며, 코팅층이 과도하게 두꺼울 경우 그래파이트의 특성을 주로 나타내어 열전도성이 저하될 수 있다.The carbon-based coating layer may be formed to a thickness of 0.35 to 100 nm. It is preferably formed to a thickness of 10 to 80 nm, and a thickness of 30 to 50 nm is most preferred. At least one layer of carbon-based material must be coated on the coating layer, and when the coating layer is excessively thick, graphite characteristics may be exhibited and thermal conductivity may be reduced.
상기 탄소계 코팅층은 탄소계 물질을 용액 형태, 구체적으로는 현탁액(suspension) 형태로 코팅하여 형성될 수 있다. 이 때, 탄소계 물질 용액의 용매로는 물, 에탄올, 메탄올, 클로로포름, 아세톤, DMSO 등 극성용매가 사용될 수 있다.The carbon-based coating layer may be formed by coating a carbon-based material in a solution form, specifically, a suspension form. At this time, a polar solvent such as water, ethanol, methanol, chloroform, acetone, or DMSO may be used as a solvent for the carbon-based material solution.
본 발명에서 사용되는 탄소계 물질 용액의 농도는 0.8 내지 3.2mg/ml일 수 있으며, 바람직하게는 1.0 내지 3.0mg/ml, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.8mg/ml일 수 있다. 상기 탄소계 물질 용액의 농도가 낮을 경우 국부적인 위치에서 불균일하게 코팅될 수 있으며, 결과적으로 높은 방열성 향상 효과를 발휘하기 어렵다. 또한, 농도가 너무 높을 경우에는 밀도가 높아 코팅이 원활하게 되지 않을 수 있다. The concentration of the carbon-based material solution used in the present invention may be 0.8 to 3.2 mg/ml, preferably 1.0 to 3.0 mg/ml, and more preferably 1.2 to 2.8 mg/ml. When the concentration of the carbon-based material solution is low, it may be non-uniformly coated at local locations, and as a result, it is difficult to exert a high heat dissipation improvement effect. In addition, when the concentration is too high, the coating may not be smooth due to the high density.
본 발명은 탄소계 물질 용액의 농도를 상기 범위로 조절함으로써 최종적으로 형성되는 금속-탄소 적층체의 방열성을 현저하게 향상시킬 수 있다는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실험예에서는 산화그래핀을 0.8mg/ml 이상의 농도에서 코팅하여 실험한 결과, 0.8mg/ml에서 코팅이 가능하지만 균일도가 떨어지며, 1.2mg/ml 이상에서 균일하게 코팅된다는 것을 확인하였다.The present invention is characterized in that the heat dissipation property of the finally formed metal-carbon laminate can be remarkably improved by adjusting the concentration of the carbon-based material solution within the above range. In one experimental example of the present invention, as a result of the experiment by coating graphene oxide at a concentration of 0.8 mg/ml or more, it was confirmed that the coating was possible at 0.8 mg/ml, but the uniformity was poor, and that the coating was uniform at 1.2 mg/ml or more. .
상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 딥 코팅을 사용하여 수행될 수 있으며, 균일한 코팅이 가능하고 공정이 간단한 딥 코팅을 사용하는 것이 가장 바람직하다.The step of forming the carbon-based coating layer may be performed using roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating, or dip coating, and it is most preferable to use dip coating, which enables uniform coating and has a simple process. do.
상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 10분 내지 10시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 30분 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 30분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.The step of forming the carbon-based coating layer may be performed for 10 minutes to 10 hours, preferably for 30 minutes to 5 hours, and more preferably for 30 minutes to 3 hours.
상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 코팅 온도에 따라 코팅 균일도에 차이가 생길 수 있다. 본 발명에서, 탄소계 물질의 코팅 온도는 0 내지 100℃일 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 50℃, 더욱 바람직하게는 20 내지 30℃일 수 있다. 본 발명의 일 실험예에서는 50℃에서 코팅한 산화그래핀층에 비해 상온에서 코팅한 산화그래핀층의 균일도가 우수하고 환원 후에도 결함이 적게 발생한다는 것을 확인하였다.In the step of forming the carbon-based coating layer, a difference in coating uniformity may occur depending on the coating temperature. In the present invention, the coating temperature of the carbon-based material may be 0 to 100 °C, preferably 15 to 50 °C, more preferably 20 to 30 °C. In one experimental example of the present invention, it was confirmed that the uniformity of the graphene oxide layer coated at room temperature was superior to that of the graphene oxide layer coated at 50 ° C., and fewer defects occurred even after reduction.
또한, 상기 탄소계 코팅층 형성 단계는 탄소계 물질 용액을 교반(stirring)하면서 수행할 수 있다. 이 경우, 친수성 폴리머층 상에 탄소계 코팅층이 균일하게 형성되고, 열환원을 수행하는 경우에도 탄소계 코팅층이 박리되지 않으므로, 금속 기판 상에 균일하고 안정적인 탄소계 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, the step of forming the carbon-based coating layer may be performed while stirring the carbon-based material solution. In this case, since the carbon-based coating layer is uniformly formed on the hydrophilic polymer layer and the carbon-based coating layer is not peeled off even when thermal reduction is performed, a uniform and stable carbon-based coating layer can be formed on the metal substrate.
본 발명에서, 건조 공정을 통해 상기 탄소계 코팅층의 잔여 수분을 제거할 수 있다. 상기 건조 공정은 상온에서 10분 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.In the present invention, residual moisture of the carbon-based coating layer may be removed through a drying process. The drying process may be performed at room temperature for 10 minutes to 5 hours.
이와 같은 탄소계 코팅층은 열확산층으로서 금속 기판의 열전도성을 향상시킬 수 있으며, 본 발명을 이용하면 탄소계 코팅층을 균일하게 형성할 수 있고 금속 기판과의 결합력을 향상시킬 수 있으므로 방열 특성이 현저히 개선된 소재를 제공할 수 있다.Such a carbon-based coating layer can improve the thermal conductivity of a metal substrate as a thermal diffusion layer, and when the present invention is used, the carbon-based coating layer can be uniformly formed and the bonding force with the metal substrate can be improved, so the heat dissipation characteristics are remarkably improved. material can be provided.
탄소계 물질이 코팅된 금속 기판은 건조 후 열처리한다. 상기 열처리를 통하여 금속 기판과 탄소계 코팅층 사이의 친수성 폴리머층을 기화시켜 제거할 수 있다.The metal substrate coated with the carbon-based material is heat treated after drying. Through the heat treatment, the hydrophilic polymer layer between the metal substrate and the carbon-based coating layer may be vaporized and removed.
상기 열처리는 진공 분위기 하에서 친수성 폴리머의 기화점보다 높은 온도에서 수행될 수 있으며, 구체적으로 200 내지 500℃, 예를 들어 250 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 열처리는 30분 내지 10시간, 바람직하게는 1 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 1 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed at a temperature higher than the vaporization point of the hydrophilic polymer under a vacuum atmosphere, and may be specifically performed at a temperature of 200 to 500°C, for example, 250 to 400°C. In addition, the heat treatment may be performed for 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 5 hours, and more preferably 1 to 3 hours.
본 발명에서, 상기 열처리를 통해 친수성 폴리머층을 기화시켜 제거함으로써 금속 기판과 탄소계 코팅층이 결합된 구조를 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면 금속 기판과 탄소계 코팅층 사이에 형성되는 친수성 폴리머층이 열에 의해 제거되더라도 적층체의 물성이 떨어지지 않고, 금속 기판과 탄소계 코팅층 사이에 강한 결합이 형성되어 오히려 열전달 특성이 향상된다.In the present invention, by vaporizing and removing the hydrophilic polymer layer through the heat treatment, a structure in which the metal substrate and the carbon-based coating layer are combined may be formed. According to the present invention, even if the hydrophilic polymer layer formed between the metal substrate and the carbon-based coating layer is removed by heat, the physical properties of the laminate do not deteriorate, and a strong bond is formed between the metal substrate and the carbon-based coating layer, so that heat transfer characteristics are improved.
본 발명의 일 실시 형태에서, 친수성 폴리머층을 제거한 후 탄소계 코팅층을 환원시키는 단계를 더 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a step of reducing the carbon-based coating layer may be further performed after removing the hydrophilic polymer layer.
구체적으로, 탄소계 코팅층이 탄소계 산화물을 포함하는 경우, 환원을 통해 산소를 포함하는 작용기를 제거함으로써 열전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.Specifically, when the carbon-based coating layer includes a carbon-based oxide, thermal conductivity may be further improved by removing a functional group including oxygen through reduction.
상기 환원은 열처리를 이용한 열환원일 수 있으며, 질소 분위기에서 수행하는 경우 탄소계 코팅층의 균일성 및 금속 기판과의 접착력을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. The reduction may be thermal reduction using heat treatment, and it is preferable to perform the reduction in a nitrogen atmosphere because uniformity of the carbon-based coating layer and adhesion to a metal substrate may be improved.
상기 환원은 200 내지 500℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 예를 들어 250 내지 400℃에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 환원은 30분 내지 10시간, 바람직하게는 1 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 1 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 환원 온도가 200℃ 미만일 경우 산소의 탈착이 천천히 일어나므로, 산소의 탈착이 빠르게 일어나도록 200℃ 이상을 유지하는 것이 좋다.The reduction is preferably performed at 200 to 500°C, and may be performed at, for example, 250 to 400°C. In addition, the reduction may be performed for 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 5 hours, and more preferably 1 to 3 hours. Since desorption of oxygen occurs slowly when the reduction temperature is less than 200° C., it is preferable to maintain the temperature above 200° C. so that oxygen desorption occurs quickly.
본 발명에 따라 제조된 금속-탄소 적층체는 금속 기판에 탄소계 물질이 강한 결합력으로 코팅된 구조를 갖게 되므로, 기존의 방열 소재보다 방열성이 우수하며 열적으로 안정하다. 또한, 탄소계 코팅층과 금속 기판 사이에 존재하는 기공에서부터 쉽게 코팅층이 박리될 수 있다는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명에 따른 고열전도성 적층체는 열전도도가 높고 기계적 특성 및 내부식성이 우수하므로 방열소재로 사용하기에 적합하며 제조 공정이 간단하여 대량생산에 유리한 장점이 있다.Since the metal-carbon laminate manufactured according to the present invention has a structure in which a carbon-based material is coated with a strong bonding force on a metal substrate, heat dissipation is superior to conventional heat dissipation materials and is thermally stable. In addition, it is possible to solve the problem of the prior art that the coating layer can be easily peeled from pores existing between the carbon-based coating layer and the metal substrate. The high thermal conductivity laminate according to the present invention has high thermal conductivity and excellent mechanical properties and corrosion resistance, so it is suitable for use as a heat dissipation material, and has a simple manufacturing process, which is advantageous for mass production.
따라서, 본 발명의 방법으로 제조된 고열전도성 적층체는 배터리용 방열소재 및 자동차용 방열부품 등의 방열소재로 활용이 가능하며, 나아가 전자파 차폐, 가스차단막, 고강도 기능성 복합재료 등에 응용이 가능하다.Therefore, the high thermal conductivity laminate prepared by the method of the present invention can be used as a heat dissipation material such as a heat dissipation material for batteries and heat dissipation parts for automobiles, and can be further applied to electromagnetic wave shielding, gas barrier films, and high-strength functional composite materials.
실시예Example
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, these examples show some experimental methods and compositions to illustratively explain the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
제조예: PVA를 중간매개체로 이용한 rGO 코팅(PVA-aided coating)Preparation Example: rGO coating using PVA as an intermediate (PVA-aided coating)
금속 기판에 친수성 폴리머층을 형성하고 그 위에 탄소계 물질을 코팅하여 적층체를 제조하였다.A laminate was prepared by forming a hydrophilic polymer layer on a metal substrate and coating a carbon-based material thereon.
구체적으로, 금속 기판으로 알루미늄을 이용하고, 탄소계 물질로 산화그래핀을 이용하였다. 친수성 폴리머층을 형성하기 위해 탈이온수를 용매로 하여 1중량% 폴리비닐알코올(PVA) 용액을 제조하였으며, 상기 용액에 알루미늄 기판을 넣고 30분마다 뒤집어주며 2시간 동안 딥코팅하고 상온에서 1시간 동안 건조하였다. 상기 코팅 공정을 통해 10nm의 폴리비닐알코올층이 형성된 알루미늄 기판을 얻었다.Specifically, aluminum was used as a metal substrate and graphene oxide was used as a carbon-based material. In order to form a hydrophilic polymer layer, a 1% by weight polyvinyl alcohol (PVA) solution was prepared using deionized water as a solvent, and an aluminum substrate was placed in the solution, turned over every 30 minutes, and dip-coated for 2 hours, followed by 1 hour at room temperature. dried. Through the coating process, an aluminum substrate having a 10 nm polyvinyl alcohol layer was obtained.
탄소계 코팅층을 형성하기 위해 Ultrasonic homogenizer을 사용하여 탈이온수에 산화그래핀을 분산시킴으로써, 1.2mg/ml의 농도로 산화그래핀 용액을 제조하였다. 제조된 산화그래핀 용액에 PVA층이 형성된 알루미늄 판재를 넣어 1시간 동안 상온에서 교반하며 딥 코팅을 하였다.A graphene oxide solution was prepared at a concentration of 1.2 mg/ml by dispersing graphene oxide in deionized water using an ultrasonic homogenizer to form a carbon-based coating layer. An aluminum plate having a PVA layer was put into the prepared graphene oxide solution, and dip coating was performed while stirring at room temperature for 1 hour.
산화그래핀 코팅층의 수분을 제거하기 위해 상온에서 2시간 동안 건조시킨 후, 진공 분위기 하에서 2시간 동안 300℃로 열처리하여 잔류 폴리비닐알코올을 제거하였다.After drying at room temperature for 2 hours to remove moisture in the graphene oxide coating layer, residual polyvinyl alcohol was removed by heat treatment at 300° C. for 2 hours in a vacuum atmosphere.
이후 300℃, 10% H2 + N2 분위기 하에서 2시간 동안 열을 가하여 산화그래핀의 환원을 수행함으로써, 환원된 산화그래핀(rGO)이 알루미늄 기판 상에 코팅된 고열전도성 적층체를 제조하였다.Thereafter, a high thermal conductivity laminate coated with reduced graphene oxide (rGO) on an aluminum substrate was prepared by reducing graphene oxide by applying heat for 2 hours in a 300° C., 10% H 2 + N 2 atmosphere. .
비교예: 중간매개체를 이용하지 않은 그래핀 코팅(Direct coating)Comparative Example: Graphene coating without using an intermediary (Direct coating)
금속 기판에 중간매개층을 형성하지 않고 탄소계 물질을 코팅하여 적층체를 제조하였다.A laminate was prepared by coating a carbon-based material without forming an intermediate layer on the metal substrate.
구체적으로, 그래핀을 Ultrasonic homogenizer을 사용하여 탈이온수에 분산시켜 1.2mg/ml의 농도로 그래핀 용액을 제조한 후, 알루미늄 기판을 1시간 동안 딥코팅하여 그래핀층이 형성된 알루미늄 기판을 제조하였다.Specifically, graphene was dispersed in deionized water using an ultrasonic homogenizer to prepare a graphene solution at a concentration of 1.2 mg/ml, and then an aluminum substrate having a graphene layer was prepared by dip coating the aluminum substrate for 1 hour.
실험예 1: Direct 및 PVA-aided 코팅 균일도 비교Experimental Example 1: Comparison of Direct and PVA-aided Coating Uniformity
제조예와 비교예의 방법을 이용하되, 탄소계 용액의 농도를 0.8, 1.2 및 1.6mg/ml로 조절하고 코팅 온도를 상온 및 50℃로 조절하여 적층체를 제조하였다. 제조된 각각의 적층체에 대해 코팅 균일도 차이를 측정하였다.Using the methods of Preparation Example and Comparative Example, a laminate was prepared by adjusting the concentration of the carbon-based solution to 0.8, 1.2, and 1.6 mg/ml, and adjusting the coating temperature to room temperature and 50°C. The difference in coating uniformity was measured for each laminate produced.
주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통하여 확인한 농도 및 온도의 변화에 따른 미세구조의 이미지를 얻어 도 3 및 4에 나타내었다. 도 3은 상온에서 코팅한 결과를 나타내며, 도 4는 50℃에서 코팅한 결과를 나타내고, (a) 및 (b)는 각각 Direct coating과 열환원 전 PVA-aided coating의 결과이다.Images of the microstructure according to changes in concentration and temperature were obtained through a scanning electron microscope (SEM) and are shown in FIGS. 3 and 4 . Figure 3 shows the results of coating at room temperature, Figure 4 shows the results of coating at 50 ℃, (a) and (b) are the results of direct coating and PVA-aided coating before heat reduction, respectively.
도 3(a)를 참고하면, 중간매개체를 활용하지 않고 그래핀을 직접 코팅한 샘플은 농도와 상관없이, 불균일하게 코팅된다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 3 (a), it was confirmed that the sample directly coated with graphene without using an intermediate was non-uniformly coated regardless of the concentration.
반면, 도 3(b)를 참고하면, 본 발명의 PVA를 중간매개체로 한 산화그래핀은 비교적 저농도(0.8mg/ml)의 산화그래핀을 코팅하였을 경우 코팅의 균일도가 떨어지며, 1.2mg/ml 이상의 농도에서 균일하게 코팅된다는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, referring to FIG. 3 (b), when the graphene oxide using PVA as an intermediate medium of the present invention is coated with a relatively low concentration (0.8 mg/ml) of graphene oxide, the uniformity of the coating is lowered, and 1.2 mg/ml It was confirmed that the coating was uniformly applied at the above concentration.
도 4를 참고하면, 50℃에서 코팅한 경우에도 이와 같은 경향이 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 다만, 도 3 및 4를 비교하면, 산화그래핀을 50℃에서 코팅하였을 때보다 상온에서 코팅하였을 때 더 균일한 코팅층을 보였다. Referring to Figure 4, it can be seen that the same tendency appears similarly even when coated at 50 ℃. However, comparing Figures 3 and 4, a more uniform coating layer was shown when graphene oxide was coated at room temperature than when coated at 50 °C.
실험예 2: 온도에 따른 PVA-aided 코팅 결과Experimental Example 2: PVA-aided coating results according to temperature
제조예의 방법을 이용하고, 산화그래핀 코팅 공정을 상온 또는 50℃에서 수행하여 제조된 샘플의 실제 이미지를 도 5에 나타내었다.An actual image of a sample prepared by using the method of Preparation Example and performing the graphene oxide coating process at room temperature or 50 ° C is shown in FIG. 5 .
도 5의 이미지로부터, 실험예 1에서 확인한 바와 같이 상온에서 형성된 코팅층이 50℃에서 형성된 코팅층에 비해 균일하게 코팅되었다는 것을 확인할 수 있었다.From the image of FIG. 5 , it was confirmed that the coating layer formed at room temperature was uniformly coated compared to the coating layer formed at 50° C., as confirmed in Experimental Example 1.
실험예 3: Direct 및 PVA-aided 코팅 라만 분광 분석Experimental Example 3: Direct and PVA-aided coating Raman spectroscopic analysis
제조예와 비교예를 통하여 제조된 적층체에 대해, 라만 분광법(Raman Spectroscopy)을 통해 얻은 스펙트럼을 비교하여 도 6에 나타내었다.Spectra obtained through Raman spectroscopy were compared for the laminates manufactured through Preparation Example and Comparative Example, and are shown in FIG. 6 .
도 6의 스펙트럼으로부터 G, D, 2D 밴드가 검출된다는 것을 확인하였다. 도 6(a)은 그래핀을 Direct 코팅하여 코팅층이 존재하는 일부 영역에서 G, D, 2D 밴드를 나타낸다. 즉, 그래핀이 박혀 있는 곳에서만 피크가 확인되고, 그 외의 부분에서는 아무런 피크도 관찰되지 않았다. 이에 따라, 그래핀을 직접 코팅하면 코팅층 형태가 아니라 알루미늄의 결함부에 쌓이는 형식으로 그래핀이 형성된다는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that G, D, and 2D bands were detected from the spectrum of FIG. 6 . 6(a) shows G, D, and 2D bands in some areas where graphene is directly coated and the coating layer exists. That is, peaks were identified only where the graphene was embedded, and no peaks were observed in other parts. Accordingly, it was confirmed that when the graphene is directly coated, the graphene is formed in the form of being deposited on the defective part of aluminum, not in the form of a coating layer.
반면, 도 6(b)은 PVA-aided 코팅을 통해 형성된 산화그래핀 코팅층의 라만 스펙트럼으로서, 모든 영역에서 피크가 관찰되었다. 따라서, PVA-aided 코팅의 경우 Direct coating과 달리 제대로 코팅층이 형성되었다는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, Figure 6 (b) is a Raman spectrum of the graphene oxide coating layer formed through the PVA-aided coating, and peaks were observed in all regions. Therefore, in the case of PVA-aided coating, unlike direct coating, it was confirmed that the coating layer was properly formed.
따라서, 친수성 폴리머층을 활용할 경우, 탄소계 물질이 금속 표면에 더 균일하게 코팅된다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the carbon-based material is more uniformly coated on the metal surface when the hydrophilic polymer layer is used.
실험예 4: 열환원 전후 라만 분광 분석Experimental Example 4: Raman spectroscopic analysis before and after thermal reduction
제조예의 방법을 이용하되, 산화그래핀 코팅 온도를 상온(a) 또는 50℃(b)로 조절하고, 열환원 조건을 진공 또는 10% H2 + N2 분위기 조건으로 변경시켜 적층체를 제조하였다. 이에 대해, 환원 전후 라만 분광법(Raman Spectroscopy)을 통해 얻은 스펙트럼을 비교하여 도 7에 나타내었다.Using the method of Preparation Example, the graphene oxide coating temperature was adjusted to room temperature (a) or 50 ° C. (b), and the thermal reduction conditions were changed to vacuum or 10% H 2 + N 2 atmosphere conditions to prepare a laminate. . In this regard, a comparison of spectra obtained through Raman spectroscopy before and after reduction is shown in FIG. 7 .
도 7(a)의 스펙트럼으로부터 상온에서 열환원에 의하여 D peak가 감소하며, 진공보다 질소 분위기 하에서 더 효율적인 환원이 수행된다는 것을 확인할 수 있었다.From the spectrum of FIG. 7 (a), it was confirmed that the D peak was reduced by thermal reduction at room temperature, and the reduction was performed more efficiently under a nitrogen atmosphere than in a vacuum.
또한 도 7(b)를 참고하면, 50℃에서 코팅 시 열에너지로 인해 산화그래핀이 뭉쳐 불균일하게 코팅되어 상온 코팅보다 코팅층 균일도가 저하된다는 것을 알 수 있었다. 또한, 환원 시에 코팅층에 균열이 발생하여 D peak가 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIG. 7 (b), it was found that when coating at 50 ° C., graphene oxide is agglomerated and coated non-uniformly due to thermal energy, so that the uniformity of the coating layer is lower than that of room temperature coating. In addition, it was confirmed that cracks occurred in the coating layer during reduction and the D peak increased.
상기 결과에 따라, PVA층을 제거한 후 열처리 하였을 때 산화그래핀이 환원됨을 확인하였으며, 환원 조건으로서 진공보다 질소 분위기가 더욱 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 산화그래핀을 50℃에서 코팅한 경우에 비해 상온 코팅의 균일도가 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.According to the above results, it was confirmed that graphene oxide was reduced when heat treatment was performed after removing the PVA layer, and it was found that a nitrogen atmosphere was more efficient than a vacuum as a reducing condition. In addition, it was confirmed that the uniformity of room temperature coating was excellent compared to the case where graphene oxide was coated at 50 ° C.
실험예 5: PVA 코팅의 접합강도 측정Experimental Example 5: Measurement of bonding strength of PVA coating
제조예를 통하여 제조된 적층체와 상용 접합재의 접합강도를 측정하였다. 접합강도 측정결과를 박리시험과 인장시험 결과로 나누어 아래 표 1 및 2에 나타내었다.The bonding strength of the laminate and the commercially available bonding material was measured through the preparation example. The bonding strength measurement results were divided into peel test and tensile test results and are shown in Tables 1 and 2 below.
표 1을 참고하면, PVA를 이용하여 코팅하였을 경우, 박리 강도가 0.87N/mm로 상용 접합제에 비하여 10배 이상의 박리 강도를 나타내었다.Referring to Table 1, when coated using PVA, the peel strength was 0.87 N/mm, which was 10 times higher than that of commercial bonding agents.
또한 표 2를 참고하면, 인장 강도는 상용 코팅제에 비하여 9배의 인장 강도를 보였다.Also, referring to Table 2, the tensile strength showed 9 times the tensile strength compared to the commercial coating agent.
실험예 6: 코팅층의 균일도 분석Experimental Example 6: Uniformity Analysis of Coating Layer
제조예를 통하여 제조된 적층체의 코팅 균일도를 투과전자현미경 (Transmission Electron Micoscope, TEM)을 이용하여 측정하여 도 8 및 9에 나타내었다.The coating uniformity of the laminate manufactured through the preparation example was measured using a transmission electron microscope (TEM) and shown in FIGS. 8 and 9 .
도 8을 참고하면, 육안으로 보기에 균일하게 코팅층이 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , it can be seen with the naked eye that the coating layer is uniformly formed.
또한 도 9를 참고하면, 관측된 산화그래핀 코팅층의 서로 다른 5군데의 두께를 측정하여 코팅층의 두께가 각각 18.99, 20.85, 19.12, 20.86, 20.50nm임을 알 수 있었으며, 이는 4.69%의 비교적 일정한 균일도를 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIG. 9, by measuring the thickness of the observed graphene oxide coating layer at five different locations, it was found that the thickness of the coating layer was 18.99, 20.85, 19.12, 20.86, and 20.50 nm, respectively, which was a relatively constant uniformity of 4.69%. It was confirmed that it has
실험예 7: 교반을 통한 코팅층의 변화Experimental Example 7: Change of coating layer through stirring
산화그래핀의 코팅 과정에서, 교반 여부에 따라 열환원 전(a)과 열환원 후(b) 코팅층의 변화를 확인하여 도 10에 나타내었다. During the coating process of graphene oxide, changes in the coating layer before (a) and after (b) thermal reduction according to stirring were shown in FIG. 10 .
도 10(a)를 참고하면, 교반하며 산화그래핀을 코팅하였을 경우 교반없이 형성된 코팅층에 비해 비교적 얇게 코팅된다는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 10 (a), it was confirmed that when the graphene oxide was coated while stirring, the coating was relatively thin compared to the coating layer formed without stirring.
도 10(b)를 참고하면, 교반 없이 형성된 코팅층의 경우 열환원 후 벗겨지는 문제가 발생하는 반면, 교반하여 제조한 샘플은 열환원 공정 후에도 코팅층이 유지된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 산화그래핀 코팅 공정이 접합 강도에도 긍정적인 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 10(b), it can be confirmed that the coating layer formed without stirring has a peeling problem after thermal reduction, while the coating layer is maintained even after the thermal reduction process in the sample prepared by stirring. Through this, it was confirmed that the graphene oxide coating process had a positive effect on the bonding strength.
실험예 8: 환원 후 코팅층 분석Experimental Example 8: Coating layer analysis after reduction
제조예를 통하여 제조된 적층체를 투과전자현미경(Transmission Electron Micoscope, TEM)을 이용하여 코팅 두께를 측정하고 계면의 이미지를 얻어 도 11 및 12에 나타내었다.The coating thickness of the laminate manufactured through the preparation example was measured using a transmission electron microscope (TEM), and an image of the interface was obtained and shown in FIGS. 11 and 12.
도 11을 참고하면, 알루미늄 기판 상에 약 30 내지 50nm의 두께로 rGO가 코팅되었다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11 , it can be seen that rGO is coated on an aluminum substrate to a thickness of about 30 to 50 nm.
도 12를 참고하면, 알루미늄 기판과 rGO 코팅층 사이 계면 및 rGO 코팅층 내에 부분적으로 기공처럼 결함이 존재한다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 열처리 및 열환원 과정에서 생기는 자연스러운 결함으로 판단된다.Referring to FIG. 12, it was confirmed that defects such as pores partially exist in the interface between the aluminum substrate and the rGO coating layer and in the rGO coating layer. This is considered to be a natural defect that occurs during the heat treatment and heat reduction process.
실험예 9: 환원 전후 열전도도의 변화Experimental Example 9: Change in thermal conductivity before and after reduction
제조예를 통하여 제조된 적층체에 대해 금속 기판 두께에 따른 두께 방향의 열전도도 변화를 측정하여 도 13에 나타내었다.The thermal conductivity change in the thickness direction according to the thickness of the metal substrate was measured for the laminate manufactured through Manufacturing Example, and is shown in FIG. 13 .
도 13(a)를 참고하면, 알루미늄 기판의 두께가 2mm일 때, 본 발명의 방법을 이용하여 탄소계 코팅층을 형성한 경우 열전도도가 향상되는 결과를 확인할 수 있다. 산화그래핀 코팅층을 환원하기 전에는 열전도도의 변화가 크지 않지만, 환원 후에는 열전도도가 약 10W/m·k 정도 증가하였다.Referring to FIG. 13 (a), when the thickness of the aluminum substrate is 2 mm, when the carbon-based coating layer is formed using the method of the present invention, it can be seen that the thermal conductivity is improved. Before reducing the graphene oxide coating layer, the change in thermal conductivity was not significant, but after reduction, the thermal conductivity increased by about 10 W/m·k.
도 13(b)를 참고하면, 알루미늄 기판의 두께가 0.25mm인 경우에도, 본 발명에 따라 환원된 산화그래핀 코팅층을 형성하면 열전도도가 약 6W/m·k 정도 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 (b), even when the thickness of the aluminum substrate is 0.25 mm, it can be confirmed that the thermal conductivity increases by about 6 W/m·k when the reduced graphene oxide coating layer is formed according to the present invention.
즉, 본 발명의 방법을 이용한 경우 탄소계 코팅층의 두께가 알루미늄층에 비해 매우 얇음에도 불구하고 알루미늄 자체에 비해 두께 방향의 열전도도가 유의미하게 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 방열 소재에서 탄소계 코팅층이 열확산층으로 이용되고, 2차원 구조인 그래핀의 열전도도는 수평방향의 열전도도를 의미한다는 점을 고려할 때, 상기 두께방향의 열전도도 향상으로부터 수평방향 열전도도의 훨씬 큰 향상을 기대할 수 있어 실제 시스템에 적용할 경우 더 높은 방열 효과가 나타날 것으로 기대된다.That is, when using the method of the present invention, it was confirmed that the thermal conductivity in the thickness direction significantly increased compared to aluminum itself, even though the thickness of the carbon-based coating layer was very thin compared to the aluminum layer. Considering that a carbon-based coating layer is used as a thermal diffusion layer in a heat dissipation material, and that the thermal conductivity of graphene, which is a two-dimensional structure, means the thermal conductivity in the horizontal direction, the improvement in the thermal conductivity in the thickness direction is much higher than the horizontal thermal conductivity. A great improvement can be expected, so it is expected that a higher heat dissipation effect will appear when applied to an actual system.
이상으로 본 발명의 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 형태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As above, specific parts of the content of the present invention have been described in detail, and for those skilled in the art, these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be clear. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (20)
상기 친수성 폴리머층 상에 탄소계 물질 용액을 코팅하여 탄소계 코팅층을 형성함으로써 적층체를 제조하는 단계; 및
상기 적층체를 열처리하여 친수성 폴리머층을 제거하는 단계
를 포함하는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
forming a hydrophilic polymer layer by coating a hydrophilic polymer solution on a metal substrate;
manufacturing a laminate by coating a carbon-based material solution on the hydrophilic polymer layer to form a carbon-based coating layer; and
Heat-treating the laminate to remove the hydrophilic polymer layer
A method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate comprising a.
상기 금속 기판이 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 철, 주철, 구리, 납, 니켈, 백금 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Wherein the metal substrate includes at least one selected from the group consisting of aluminum, gold, silver, tungsten, iron, cast iron, copper, lead, nickel, platinum, and alloys thereof, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 친수성 폴리머가 하이드록실기를 갖는 폴리머인, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, wherein the hydrophilic polymer is a polymer having a hydroxyl group.
상기 친수성 폴리머가 폴리비닐알코올(PVA)인, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, wherein the hydrophilic polymer is polyvinyl alcohol (PVA).
상기 친수성 폴리머 용액의 농도가 0.1 내지 10.0중량%인, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, wherein the concentration of the hydrophilic polymer solution is 0.1 to 10.0% by weight.
상기 친수성 폴리머층의 형성이 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Formation of the hydrophilic polymer layer is performed by roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating or dip coating, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 친수성 폴리머층 형성 단계가 10분 내지 10시간 동안 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Wherein the hydrophilic polymer layer forming step is performed for 10 minutes to 10 hours, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 탄소계 물질이 그래핀, 산화그래핀, 흑연, 산화흑연, 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 산화탄소나노튜브, 풀러렌 및 산화풀러렌으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
The carbon-based material includes at least one selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, graphite, graphite oxide, carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon oxide nanotubes, fullerenes, and fullerene oxides. A method for producing a metal-carbon laminate.
상기 탄소계 물질 용액의 농도가 0.8 내지 3.2mg/ml인, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, wherein the concentration of the carbon-based material solution is 0.8 to 3.2 mg/ml.
상기 탄소계 코팅층의 형성이 롤투롤 코팅, 스크린 프린팅, 브러싱 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Formation of the carbon-based coating layer is performed by roll-to-roll coating, screen printing, brushing coating, spray coating, spin coating or dip coating, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 탄소계 코팅층 형성 단계가 10분 내지 10시간 동안 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
Wherein the step of forming the carbon-based coating layer is performed for 10 minutes to 10 hours, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 탄소계 코팅층 형성 단계가 0 내지 100℃에서 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
The carbon-based coating layer forming step is performed at 0 to 100 ° C., a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 탄소계 코팅층 형성 단계 이후, 상온에서 건조하는 단계를 더 포함하는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate, further comprising drying at room temperature after the step of forming the carbon-based coating layer.
상기 열처리가 200 내지 500℃에서 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
The heat treatment is performed at 200 to 500 ° C., a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 열처리 단계 이후, 탄소계 코팅층을 환원시키는 환원 단계를 더 포함하는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
After the heat treatment step, further comprising a reduction step of reducing the carbon-based coating layer, the method of manufacturing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 환원 단계가 질소 분위기 하에서 200 내지 500℃로 열처리하여 수행되는, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 15,
The reduction step is performed by heat treatment at 200 to 500 ° C. in a nitrogen atmosphere, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
상기 탄소계 코팅층의 두께가 0.35 내지 100nm인, 고열전도성 금속-탄소 적층체의 제조방법.
According to claim 1,
The thickness of the carbon-based coating layer is 0.35 to 100 nm, a method for producing a high thermal conductivity metal-carbon laminate.
A high thermal conductivity metal-carbon laminate manufactured by the method of any one of claims 1 to 17.
A heat dissipation material comprising the high thermal conductivity metal-carbon laminate according to claim 18.
상기 방열소재가 배터리용 또는 자동차용인, 방열소재.According to claim 19,
The heat dissipation material is for batteries or automobiles, heat dissipation material.
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Non-Patent Citations (2)
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| aneul Jang 등. Reduced graphene oxide as a protection layer for Al. Applied Surface Science. Volume 407, 15 June 2017, Pages 1-7. 1부.* * |
| 김우식 등. 전자소재용 고열전도성 그래핀/알루미늄 복합재 제조기술. 고분자 과학과 기술. 제31권 2호 2020년 4월. 1부.* * |
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