초록
▼
AI-Helper
운수, 건축, 레저, 우주산업 등 신시장 출현으로 인해 고성능, 저비용,
경량, 고부가가치를 만족시킬 수 있는 탄소 소재에 대한 관심이
증대되고 있다. 장치 소형화 및 전자기기 사용 증가로 인해 발생하는
전자파장해(electromagnetic interference) 현상을 차단하고, 무게
감소로 사용 효율을 향상시키기 위해서 탄소 기반 경량 ...
운수, 건축, 레저, 우주산업 등 신시장 출현으로 인해 고성능, 저비용,
경량, 고부가가치를 만족시킬 수 있는 탄소 소재에 대한 관심이
증대되고 있다. 장치 소형화 및 전자기기 사용 증가로 인해 발생하는
전자파장해(electromagnetic interference) 현상을 차단하고, 무게
감소로 사용 효율을 향상시키기 위해서 탄소 기반 경량 차폐 재료
개발이 중요시 되고 있다. 또한 의류, 생활용품을 비롯하여 소재, 농수산,
기계, 공업, 자동차, 우주 항공 등 열을 필요로 하는 다양한 산업에 적용
가능한 고효율 발열체에 대한 기술 개발이 필요하다.
본 연구에서는 전기적, 기계적, 화학적 안정성, 열적 특성이 우수한
탄소나노튜브와 탄소섬유를 이용하여 전자파차폐 및 발열 소재로
활용하고자 한다. 특히 우수한 탄소(탄소나노튜브, 탄소섬유)소재를
기반으로 자동차 소재에 적용하기 위한 가볍고 유연한 전자 재료 즉,
전자파차폐 및 발열소재를 개발하였다.
논문은 총 8장으로 구성된다. 1장에서는 연구 목표와 논문 구성을
제시하였다. 2장에서는 탄소 소재의 종류, 구조(형태), 제조, 특성, EMI
차폐 이론, 발열에 관한 이론적 배경을 정리하였다. 3장부터 7장까지는
본 논문에서 개발한 EMI 차폐, 발열, 전자기 재료의 제조 및 구조
특성에 관한 것이다.
3장은 자기적 성질을 가진 합금 (FexNi1-x)을 우수한
탄소나노튜브에 코팅시킨 필러에 대한 연구 결과이다. 나노 사이즈로
탄소나노튜브 표면에 코팅된 합금의 자기적 특성에 대한 결과와 고찰을
나타내었다.
4장은 열전도도, 전기적, 원적외선 방사 특성이 우수하고 열 확산이
증대되어 저 저항 구동이 가능한 chopped carbon fiber/XTG(xanthan
gum) 발열 시트에 관한 연구 결과이다. 발열 시트로 사용하기 위한
전기적, 기계적 특성이 최적인 조건은 탄소섬유의 길이가 6mm이고
분산제의 함량이 16.9–45.8 wt.%이었다. 또한 CF 발열 시트의 낮은
열용량으로 인해 에너지가 포화되는데 걸리는 시간이 5초 이내였다. CF
발열 시트의 원적외선 방사율은 흑체의 90%에 해당하며 니크롬
와이어(55%) 보다 높은 수치를 나타내었다.
5장에서는 탄소섬유 표면에 얇은 금속 층을 형성하기 위해 니켈
무전해 도금을 하였고, 두께에 따른 온도저항계수(TCR)를 측정하였다.
니켈 입자 크기가 평균 100nm 미만인 경우는, 온도가 올라감에 따라
phonon-driven transport 현상이 나타나며 저항이 증가하고, 저항
온도 계수 (TCR)가 300K에서 1.5×10-3/K 으로 마치 전도성 금속과
같은 거동을 보였다. 그러나 니켈 입자 크기가 평균 100nm보다 큰
경우, 불순물 관련된 variable range hopping (VRH)현상이
발생하였으며, 온도 저항 계수가 300K 에서 -1.0×10-4/K 으로 음의
값을 나타내며, 마치 반도체와 같은 특성을 보였다.
6장에서는 탄소섬유 표면에 무전해 구리(Cu) 도금으로 얇은
3
금속층을 형성하여 Cu-CF를 제조하였다. Cu-CF의 전기적 및 열적
특성 평가는 3ω 방법을 사용하였다. 또한 Cu-CF 와이어에는 금속과
같은 전기전도도 특성과 절연체와 같은 열전도도 특성이 결합되어있음을
확인하였다.
이러한 얇은 금속층에 의해 전기전도도가 향상된 특성을 이용하여
EMI 차폐 소재로 적용하기 위해 7장에서는 스프레딩, 함침 공정을
이용하여 구리/니켈이 코팅된 MCF(Cu/Ni coated carbon fiber)
테이프를 제조하고 유연성 향상 및 보풀 발생을 최소화하기 위해
폴리우레탄을 사용하였다. 기존에 차폐 소재로 사용되고 있는 구리
테이프는 구리의 높은 전기적 특성에 의해 EMI 차폐 성능이 우수한
반면, MCF의 EMI 차폐성능은 높은 유전율과 투자율 특성으로 향상된
것으로 확인하였다. 이러한 현상은 주로 전자기파를 반사하는 구리
테이프에 비해 MCF 테이프는 전자기파를 반사뿐만 아니라 흡수성능도
우수함을 확인하였다.
마지막 8장은 이 논문에 대한 결론 요약과 향후 연구를 제시하였다.
운수, 건축, 레저, 우주산업 등 신시장 출현으로 인해 고성능, 저비용,
경량, 고부가가치를 만족시킬 수 있는 탄소 소재에 대한 관심이
증대되고 있다. 장치 소형화 및 전자기기 사용 증가로 인해 발생하는
전자파장해(electromagnetic interference) 현상을 차단하고, 무게
감소로 사용 효율을 향상시키기 위해서 탄소 기반 경량 차폐 재료
개발이 중요시 되고 있다. 또한 의류, 생활용품을 비롯하여 소재, 농수산,
기계, 공업, 자동차, 우주 항공 등 열을 필요로 하는 다양한 산업에 적용
가능한 고효율 발열체에 대한 기술 개발이 필요하다.
본 연구에서는 전기적, 기계적, 화학적 안정성, 열적 특성이 우수한
탄소나노튜브와 탄소섬유를 이용하여 전자파차폐 및 발열 소재로
활용하고자 한다. 특히 우수한 탄소(탄소나노튜브, 탄소섬유)소재를
기반으로 자동차 소재에 적용하기 위한 가볍고 유연한 전자 재료 즉,
전자파차폐 및 발열소재를 개발하였다.
논문은 총 8장으로 구성된다. 1장에서는 연구 목표와 논문 구성을
제시하였다. 2장에서는 탄소 소재의 종류, 구조(형태), 제조, 특성, EMI
차폐 이론, 발열에 관한 이론적 배경을 정리하였다. 3장부터 7장까지는
본 논문에서 개발한 EMI 차폐, 발열, 전자기 재료의 제조 및 구조
특성에 관한 것이다.
3장은 자기적 성질을 가진 합금 (FexNi1-x)을 우수한
탄소나노튜브에 코팅시킨 필러에 대한 연구 결과이다. 나노 사이즈로
탄소나노튜브 표면에 코팅된 합금의 자기적 특성에 대한 결과와 고찰을
나타내었다.
4장은 열전도도, 전기적, 원적외선 방사 특성이 우수하고 열 확산이
증대되어 저 저항 구동이 가능한 chopped carbon fiber/XTG(xanthan
gum) 발열 시트에 관한 연구 결과이다. 발열 시트로 사용하기 위한
전기적, 기계적 특성이 최적인 조건은 탄소섬유의 길이가 6mm이고
분산제의 함량이 16.9–45.8 wt.%이었다. 또한 CF 발열 시트의 낮은
열용량으로 인해 에너지가 포화되는데 걸리는 시간이 5초 이내였다. CF
발열 시트의 원적외선 방사율은 흑체의 90%에 해당하며 니크롬
와이어(55%) 보다 높은 수치를 나타내었다.
5장에서는 탄소섬유 표면에 얇은 금속 층을 형성하기 위해 니켈
무전해 도금을 하였고, 두께에 따른 온도저항계수(TCR)를 측정하였다.
니켈 입자 크기가 평균 100nm 미만인 경우는, 온도가 올라감에 따라
phonon-driven transport 현상이 나타나며 저항이 증가하고, 저항
온도 계수 (TCR)가 300K에서 1.5×10-3/K 으로 마치 전도성 금속과
같은 거동을 보였다. 그러나 니켈 입자 크기가 평균 100nm보다 큰
경우, 불순물 관련된 variable range hopping (VRH)현상이
발생하였으며, 온도 저항 계수가 300K 에서 -1.0×10-4/K 으로 음의
값을 나타내며, 마치 반도체와 같은 특성을 보였다.
6장에서는 탄소섬유 표면에 무전해 구리(Cu) 도금으로 얇은
3
금속층을 형성하여 Cu-CF를 제조하였다. Cu-CF의 전기적 및 열적
특성 평가는 3ω 방법을 사용하였다. 또한 Cu-CF 와이어에는 금속과
같은 전기전도도 특성과 절연체와 같은 열전도도 특성이 결합되어있음을
확인하였다.
이러한 얇은 금속층에 의해 전기전도도가 향상된 특성을 이용하여
EMI 차폐 소재로 적용하기 위해 7장에서는 스프레딩, 함침 공정을
이용하여 구리/니켈이 코팅된 MCF(Cu/Ni coated carbon fiber)
테이프를 제조하고 유연성 향상 및 보풀 발생을 최소화하기 위해
폴리우레탄을 사용하였다. 기존에 차폐 소재로 사용되고 있는 구리
테이프는 구리의 높은 전기적 특성에 의해 EMI 차폐 성능이 우수한
반면, MCF의 EMI 차폐성능은 높은 유전율과 투자율 특성으로 향상된
것으로 확인하였다. 이러한 현상은 주로 전자기파를 반사하는 구리
테이프에 비해 MCF 테이프는 전자기파를 반사뿐만 아니라 흡수성능도
우수함을 확인하였다.
마지막 8장은 이 논문에 대한 결론 요약과 향후 연구를 제시하였다.
Interest of carbon materials have been increased to satisfied high performance,
low cost, light weight, and high added value as the emergence of new markets such
as transportation, architecture, leisure, and space industries. The development of
carbon-based lightweight shi...
Interest of carbon materials have been increased to satisfied high performance,
low cost, light weight, and high added value as the emergence of new markets such
as transportation, architecture, leisure, and space industries. The development of
carbon-based lightweight shielding materials have been considered to block the
electromagnetic interference caused by the miniaturization of devices and the
increase of use electronic devices, and to improve the performances with reducing
weight. In addition, there was a need for the development of technology for high
efficiency heating elements that can be applied to various industries that require
heat such as clothing, household goods, materials, agriculture, fisheries, machinery,
automobiles, and aerospace.
In this study, we utilized carbon nanotubes and carbon fibers with good electrical,
mechanical, chemical stability, and thermal characteristics for electromagnetic
shielding and heat generation. In particular, lightweight and flexible electronic
materials (i.e. electromagnetic shielding and heat generation materials) based on
carbon components (carbon nanotube, carbon fiber) with excellent properties were
developed for automotive applications.
This dissertation includes eight chapters. The first chapter presents the objectives
of this research. In chapter 2, a definition of carbon materials (carbon nanotubes,
carbon fiber) with a focus on the characteristics of type, manufacture, structure
including theory of EMI shielding and heat transfer is presented. Chapters 3 to 7
describe the preparation, structure, and properties of materials for EMI shielding,
heat generation, and electromagnetic absorption developed in this thesis work.
The third chapter introduces the alloy (FexNi1-x) coated carbon nanotube fillers.
The effect of nano sized alloy coated carbon nanotubes on magnetic properties that
was investigated is discussed.
The fourth chapter focuses on chopped carbon fiber (CF)/xanthan gum (XTG)
heat-generating sheets that have excellent thermal conductivity, electrical and far-
infrared radiation characteristics. In addition, chopped CF/XTG sheets increased
heat spread to enable low resistance drive. Sheets containing CFs of 6 mm in
length and 16.9–45.8 wt.% dispersant showed optimal electrical and mechanical
properties for heating elements. The far-infrared emissivity of CF heating sheets
corresponded to 90% of that of a black body and was higher than that of nichrome
wire. Internal energy saturation of CF heating sheets occurred within 5 s due to
their low heat capacity. An exothermic mechanism for the CF planar heating
element and nichrome linear heating element was established.
In the fifth chapter, Ni electroless plating was utilized to form a thin metal layer
on the surface of carbon fibers. When the average Ni grain size was less than 100
nm, phonon-driven transport behavior governs such that as the temperature rises,
resistance increases with a positive temperature coefficient of resistance (TCR),
1.5×10-3/K at 300 K (like metal conduction). However, with an average grain size
larger than 100 nm, impurity-related variable range hopping (VRH) transport
occurred with negative TCR, -1.0×10-4/K at 300 K (like a semiconductor).
In the sixth chapter, Cu electroless plating was utilized to form a thin metal layer
on the surface of carbon fibers. Electrical and thermal properties of Cu-CF were
assessed using the 3ω method. Metal-like electrical conduction and insulator-like
thermal conduction were combined in the Cu-CF wire.
In order to use carbon fiber with improved conductivity by incorporation of a
thin metal layer as EMI shielding material, in the seventh chapter, MCF (Cu/Ni
coated carbon fiber) tapes were manufactured by spreading and dipping processes,
and polyurethane was used to minimize fluff generation and increase flexibility.
While the high electromagnetic shielding rate of Cu tape was mainly due to the
high electrical conductivity of Cu, the EMI shielding rate of the MCF was found to
be due to higher permittivity and permeability. These phenomena indicated that
EMI shielding of the MCF tape was affected not only by electromagnetic wave
reflection but also by absorption, while EMI shielding of the Cu tape was mainly
achieved by electromagnetic wave reflection in the frequency range of 500 kHz to
3 MHz.
The eighth chapter provides a summary for this thesis and describes prospective
future work.
Interest of carbon materials have been increased to satisfied high performance,
low cost, light weight, and high added value as the emergence of new markets such
as transportation, architecture, leisure, and space industries. The development of
carbon-based lightweight shielding materials have been considered to block the
electromagnetic interference caused by the miniaturization of devices and the
increase of use electronic devices, and to improve the performances with reducing
weight. In addition, there was a need for the development of technology for high
efficiency heating elements that can be applied to various industries that require
heat such as clothing, household goods, materials, agriculture, fisheries, machinery,
automobiles, and aerospace.
In this study, we utilized carbon nanotubes and carbon fibers with good electrical,
mechanical, chemical stability, and thermal characteristics for electromagnetic
shielding and heat generation. In particular, lightweight and flexible electronic
materials (i.e. electromagnetic shielding and heat generation materials) based on
carbon components (carbon nanotube, carbon fiber) with excellent properties were
developed for automotive applications.
This dissertation includes eight chapters. The first chapter presents the objectives
of this research. In chapter 2, a definition of carbon materials (carbon nanotubes,
carbon fiber) with a focus on the characteristics of type, manufacture, structure
including theory of EMI shielding and heat transfer is presented. Chapters 3 to 7
describe the preparation, structure, and properties of materials for EMI shielding,
heat generation, and electromagnetic absorption developed in this thesis work.
The third chapter introduces the alloy (FexNi1-x) coated carbon nanotube fillers.
The effect of nano sized alloy coated carbon nanotubes on magnetic properties that
was investigated is discussed.
The fourth chapter focuses on chopped carbon fiber (CF)/xanthan gum (XTG)
heat-generating sheets that have excellent thermal conductivity, electrical and far-
infrared radiation characteristics. In addition, chopped CF/XTG sheets increased
heat spread to enable low resistance drive. Sheets containing CFs of 6 mm in
length and 16.9–45.8 wt.% dispersant showed optimal electrical and mechanical
properties for heating elements. The far-infrared emissivity of CF heating sheets
corresponded to 90% of that of a black body and was higher than that of nichrome
wire. Internal energy saturation of CF heating sheets occurred within 5 s due to
their low heat capacity. An exothermic mechanism for the CF planar heating
element and nichrome linear heating element was established.
In the fifth chapter, Ni electroless plating was utilized to form a thin metal layer
on the surface of carbon fibers. When the average Ni grain size was less than 100
nm, phonon-driven transport behavior governs such that as the temperature rises,
resistance increases with a positive temperature coefficient of resistance (TCR),
1.5×10-3/K at 300 K (like metal conduction). However, with an average grain size
larger than 100 nm, impurity-related variable range hopping (VRH) transport
occurred with negative TCR, -1.0×10-4/K at 300 K (like a semiconductor).
In the sixth chapter, Cu electroless plating was utilized to form a thin metal layer
on the surface of carbon fibers. Electrical and thermal properties of Cu-CF were
assessed using the 3ω method. Metal-like electrical conduction and insulator-like
thermal conduction were combined in the Cu-CF wire.
In order to use carbon fiber with improved conductivity by incorporation of a
thin metal layer as EMI shielding material, in the seventh chapter, MCF (Cu/Ni
coated carbon fiber) tapes were manufactured by spreading and dipping processes,
and polyurethane was used to minimize fluff generation and increase flexibility.
While the high electromagnetic shielding rate of Cu tape was mainly due to the
high electrical conductivity of Cu, the EMI shielding rate of the MCF was found to
be due to higher permittivity and permeability. These phenomena indicated that
EMI shielding of the MCF tape was affected not only by electromagnetic wave
reflection but also by absorption, while EMI shielding of the Cu tape was mainly
achieved by electromagnetic wave reflection in the frequency range of 500 kHz to
3 MHz.
The eighth chapter provides a summary for this thesis and describes prospective
future work.
주제어
#탄소섬유 탄소나노튜브 전기적 열적 전자파 차폐
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.