전자 소자가 속도 및 집적도 면에서 급격히 발전함에 따라 작동 시 발생되는 열로 인해 전자 소자의 수명이 감소하는 문제가 일어나고 있다. 이러한 열 문제를 해결하기 위하여 고 열전도성 방열체에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 주로 사용되는 금속기반 방열체는 무겁기 때문에 열전도도가 우수한 팽창흑연 (expanded graphite, EG)이나 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)를 복합화한 ...
전자 소자가 속도 및 집적도 면에서 급격히 발전함에 따라 작동 시 발생되는 열로 인해 전자 소자의 수명이 감소하는 문제가 일어나고 있다. 이러한 열 문제를 해결하기 위하여 고 열전도성 방열체에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 주로 사용되는 금속기반 방열체는 무겁기 때문에 열전도도가 우수한 팽창흑연 (expanded graphite, EG)이나 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)를 복합화한 고분자 방열복합 소재에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 EG/CNT 하이브리드 충진재의 함량에 따른 열전도 최적 조합 비율의 변화와 EG 입자 크기에 따른 나노탄소-에폭시 복합 소재의 열전도와 인장 응력 특성 향상에 대하여 연구하였다. 복합 소재 제조과정은 에폭시를 용해시킨 아세톤에 EG와 CNT를 넣고 초음파로 2시간 동안 분산하고 아세톤 용매를 증발시킨 후 경화제와 촉진제를 넣고 혼합하였다. 혼합한 에폭시 페이스트를 몰드에 넣고 진공 오븐에서 80oC, 1시간을 처리한 후 핫프레스를 이용하여 80oC에서 1시간과 120oC에서 2시간 동안 경화시켜 나노카본 에폭시 복합 소재를 제조하였다. 나노탄소 충진재로는 초음파 처리를 한 EG (S-EG) 와 aligned 형태의 CNT를 사용하였고, EG와 CNT 비율과 충진재의 함량을 다양하게 조절하여 복합 소재를 제조하였다. 레이저 플레쉬법 (DXF-900, TA Instrument 사) 을 이용하여 나노카본-에폭시 복합 소재의 열전도도를 측정하였다. 인장시험기 (Universal Tensile Machine, AGS-X, Shimadzu 사)로 복합 소재의 기계적 강도를 측정하였으며, 표면형상은 FE-SEM (Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 분석하였다. 복합 소재의 열전도도 측정 결과, 하이브리드 충진재의 함량이 저함량에서 고함량으로 갈수록 최적 비율이 변화하였다. 0.5, 1 wt.% 함유 복합 소재의 경우 S-EG/CNT 최적 비율이 각각 0.7:0.3, 0.8:0.2 으로 나타났다. 2 wt.% 부터는 그 비율이 0.97:0.03 으로 나타났고, 10, 20 wt.% 역시 같은 비율로 나타났다. CNT 첨가에 따른 열전도도 시너지 효과 (Synergy effect, (TChybrid-TCEG)/TCEG) 는 저함량인 0.5, 1 wt.% 와 고함량 (2, 5, 10, 20 wt.%)에서 서로 다른 거동을 보였고, 최적 비율에서의 시너지 효과는 함량에 따라 감소하였다. 복합 소재의 전기전도도 측정 결과 시너지 효과와 saturation 포인트의 함량에 따른 변화가 열전도도 시너지 효과와 비슷한 양상을 보였다. 열전도도 최적 조합 비율에서의 에폭시 복합 소재의 최대인장응력 (Ultimate Tensile Strength, UTS) 측정 결과, 하이브리드 충진재의 UTS 가 EG 단독 충진재 함유 복합 소재에 비하여 약 20% 정도 상승한 결과를 나타냈다. LED 방열 구조체로 응용할 고방열 소재 개발을 위하여 열전도 향상의 효과가 있는 S-EG/CNT 복합 소재 특성의 필러 함량에 대한 변화를 관찰하였고, 시너지 양상의 변화를 광학 현미경, 전기전도도를 통하여 관찰하고 설명하였다. 또한 CNT 의 첨가는 복합 소재의 기계적 물성 역시 증가시킴을 확인하였다.
전자 소자가 속도 및 집적도 면에서 급격히 발전함에 따라 작동 시 발생되는 열로 인해 전자 소자의 수명이 감소하는 문제가 일어나고 있다. 이러한 열 문제를 해결하기 위하여 고 열전도성 방열체에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 주로 사용되는 금속기반 방열체는 무겁기 때문에 열전도도가 우수한 팽창흑연 (expanded graphite, EG)이나 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)를 복합화한 고분자 방열복합 소재에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 EG/CNT 하이브리드 충진재의 함량에 따른 열전도 최적 조합 비율의 변화와 EG 입자 크기에 따른 나노탄소-에폭시 복합 소재의 열전도와 인장 응력 특성 향상에 대하여 연구하였다. 복합 소재 제조과정은 에폭시를 용해시킨 아세톤에 EG와 CNT를 넣고 초음파로 2시간 동안 분산하고 아세톤 용매를 증발시킨 후 경화제와 촉진제를 넣고 혼합하였다. 혼합한 에폭시 페이스트를 몰드에 넣고 진공 오븐에서 80oC, 1시간을 처리한 후 핫프레스를 이용하여 80oC에서 1시간과 120oC에서 2시간 동안 경화시켜 나노카본 에폭시 복합 소재를 제조하였다. 나노탄소 충진재로는 초음파 처리를 한 EG (S-EG) 와 aligned 형태의 CNT를 사용하였고, EG와 CNT 비율과 충진재의 함량을 다양하게 조절하여 복합 소재를 제조하였다. 레이저 플레쉬법 (DXF-900, TA Instrument 사) 을 이용하여 나노카본-에폭시 복합 소재의 열전도도를 측정하였다. 인장시험기 (Universal Tensile Machine, AGS-X, Shimadzu 사)로 복합 소재의 기계적 강도를 측정하였으며, 표면형상은 FE-SEM (Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 분석하였다. 복합 소재의 열전도도 측정 결과, 하이브리드 충진재의 함량이 저함량에서 고함량으로 갈수록 최적 비율이 변화하였다. 0.5, 1 wt.% 함유 복합 소재의 경우 S-EG/CNT 최적 비율이 각각 0.7:0.3, 0.8:0.2 으로 나타났다. 2 wt.% 부터는 그 비율이 0.97:0.03 으로 나타났고, 10, 20 wt.% 역시 같은 비율로 나타났다. CNT 첨가에 따른 열전도도 시너지 효과 (Synergy effect, (TChybrid-TCEG)/TCEG) 는 저함량인 0.5, 1 wt.% 와 고함량 (2, 5, 10, 20 wt.%)에서 서로 다른 거동을 보였고, 최적 비율에서의 시너지 효과는 함량에 따라 감소하였다. 복합 소재의 전기전도도 측정 결과 시너지 효과와 saturation 포인트의 함량에 따른 변화가 열전도도 시너지 효과와 비슷한 양상을 보였다. 열전도도 최적 조합 비율에서의 에폭시 복합 소재의 최대인장응력 (Ultimate Tensile Strength, UTS) 측정 결과, 하이브리드 충진재의 UTS 가 EG 단독 충진재 함유 복합 소재에 비하여 약 20% 정도 상승한 결과를 나타냈다. LED 방열 구조체로 응용할 고방열 소재 개발을 위하여 열전도 향상의 효과가 있는 S-EG/CNT 복합 소재 특성의 필러 함량에 대한 변화를 관찰하였고, 시너지 양상의 변화를 광학 현미경, 전기전도도를 통하여 관찰하고 설명하였다. 또한 CNT 의 첨가는 복합 소재의 기계적 물성 역시 증가시킴을 확인하였다.
Efficient heat management has been important in electronic devices due to their miniaturization and integration. It requires the development of more efficient heat dissipation materials such as thermally conductive composites, thermal interface materials. Current heat spreaders based on metallic mat...
Efficient heat management has been important in electronic devices due to their miniaturization and integration. It requires the development of more efficient heat dissipation materials such as thermally conductive composites, thermal interface materials. Current heat spreaders based on metallic materials have high density and prices. Carbon materials such as carbon nanotubes (CNTs), expanded graphite (EG), graphene nanoplatelets (GNPs) exhibit superior thermal conductivity (300~3000 W/m•K) and low density. Especially low-priced EG due to the easy and inexpensive fabrication emerged as a prominent filler for thermally conductive polymer composites to replace metal-based heat spreaders. This study investigated thermal conductivities and mechanical properties of epoxy composites from the synergy effect of hybridizing EG and multi-walled CNTs varying the total filler weight percent. The composites were fabricated by ultrasonically and mechanically treating EG and CNTs with epoxy in acetone. After adding curing agent and drying acetone under vacuum, the resulting slurry was cured in a hot-pressed mold. The hybrid epoxy composites were prepared to have the filler contents of 0.5, 1, 2, 10 and 20 wt.%, where the ratios of S-EG:CNTs were systematically changed. The optimum S-EG:CNT mixing ratios were changed at different filler contents. At 0.5, 1 wt.% have optimum ratio on 7:3 and 8:2 respectively. The raio of 0.97:0.03 investigated as the optimum ratio of 2 wt.% and it was hold at 10, 20 wt.%. At the filler content of 20 wt.%, the maximum of 3.12 W/m∙K at the EG/CNT ratio of 0.97:0.03. The synergy effects ((TChybrid-TCEG)/TCEG) according to CNT addition were 21% at 0.5 wt.% and decreased by increasing the filler loading. In conclusion, we studied EG/CNT hybrid synergy effects shifted with filler contents increment and the optimum ratio suddenly fixed at 2 wt.%. To verify the synergy effect of S-EG/CNT, optical microscope and electrical conductivities fo composites were mesured and explained with schematic images. Higher mechanical properties also were showed by EG/CNT hybrid filler contained epoxy composites than sinlgle EG filler composites.
Efficient heat management has been important in electronic devices due to their miniaturization and integration. It requires the development of more efficient heat dissipation materials such as thermally conductive composites, thermal interface materials. Current heat spreaders based on metallic materials have high density and prices. Carbon materials such as carbon nanotubes (CNTs), expanded graphite (EG), graphene nanoplatelets (GNPs) exhibit superior thermal conductivity (300~3000 W/m•K) and low density. Especially low-priced EG due to the easy and inexpensive fabrication emerged as a prominent filler for thermally conductive polymer composites to replace metal-based heat spreaders. This study investigated thermal conductivities and mechanical properties of epoxy composites from the synergy effect of hybridizing EG and multi-walled CNTs varying the total filler weight percent. The composites were fabricated by ultrasonically and mechanically treating EG and CNTs with epoxy in acetone. After adding curing agent and drying acetone under vacuum, the resulting slurry was cured in a hot-pressed mold. The hybrid epoxy composites were prepared to have the filler contents of 0.5, 1, 2, 10 and 20 wt.%, where the ratios of S-EG:CNTs were systematically changed. The optimum S-EG:CNT mixing ratios were changed at different filler contents. At 0.5, 1 wt.% have optimum ratio on 7:3 and 8:2 respectively. The raio of 0.97:0.03 investigated as the optimum ratio of 2 wt.% and it was hold at 10, 20 wt.%. At the filler content of 20 wt.%, the maximum of 3.12 W/m∙K at the EG/CNT ratio of 0.97:0.03. The synergy effects ((TChybrid-TCEG)/TCEG) according to CNT addition were 21% at 0.5 wt.% and decreased by increasing the filler loading. In conclusion, we studied EG/CNT hybrid synergy effects shifted with filler contents increment and the optimum ratio suddenly fixed at 2 wt.%. To verify the synergy effect of S-EG/CNT, optical microscope and electrical conductivities fo composites were mesured and explained with schematic images. Higher mechanical properties also were showed by EG/CNT hybrid filler contained epoxy composites than sinlgle EG filler composites.
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