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본 연구에서는 가교 폴리스타이렌을 이용하여 고온의 솔더링 공정에서도 캡슐막을 유지할 수 있는 액체 금속 캡슐을 제조하고, 그 특성을 분석하는 연구를 진행하였다. 액체 금속 입자의 분산과 캡슐화에는 초음파 장치(ultrasonicator)가 사용되었으며, 가교 폴리스타이렌 캡슐막은 스타이렌 ...

본 연구에서는 가교 폴리스타이렌을 이용하여 고온의 솔더링 공정에서도 캡슐막을 유지할 수 있는 액체 금속 캡슐을 제조하고, 그 특성을 분석하는 연구를 진행하였다. 액체 금속 입자의 분산과 캡슐화에는 초음파 장치(ultrasonicator)가 사용되었으며, 가교 폴리스타이렌 캡슐막은 스타이렌 단량체를 자유 라디칼 개시제 2,2’-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride (AIPH)와 2,2’-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile) (AMVN)으로 라디칼 중합하고, 다이바이닐벤젠(DVB)을 가교제로 사용해 합성했다. 액체 금속 캡슐을 합성하는 실험은 PVA 수용액의 농도, 단량체 용액의 양, 심물질의 종류 등의 조건을 변화키면서 진행했고, 조건에 따라 캡슐이 어떻게 형성되는지를 확인했다. 캡슐 형성의 최적 조건은 0.25 g의 액체 금속을 캡슐화할 경우, 1 wt % PVA와 0.2 g의 단량체 용액을 사용해 합성한 것임을 확인했으며, 또한 심물질로 갈린스탄을 이용할 경우에도 캡슐이 형성되는 것을 확인했다. 최적 조건으로 형성된 액체 금속 캡슐은 코어-쉘 구조를 확인하기 위해 전자현미경을 이용한 분석을 진행했고, 캡슐의 심물질과 막물질의 성분을 확인하기 위해 EDS mapping과 FT-IR 분석을 진행했다. 이와 같은 분석으로 심물질은 액체 금속이고 막물질으로는 폴리스타이렌이 사용된 액체 금속 캡슐이 성공적으로 형성된 것을 확인했다. 형성된 액체 금속 캡슐은 그 열적 특성을 확인하기 위해 열중량분석을 진행했고, 캡슐의 막을 이루고 있는 가교 폴리스타이렌의 열분해가 300 ℃ 부근에서 나타나고 200 ℃에서 20분 동안 안정한 것을 확인했다. 또한, 200 ℃에서 10분 동안 열처리한 액체 금속 캡슐을 주사전자현미경으로 확인하여 캡슐막이 유지되는 것으로 열적 안정성을 확인했다. 0.25 g의 액체 금속을 사용하는 실험을 통해 캡슐 합성의 최적 조건을 확립한 후, 이에 대해 40배 규모로 액체 금속 캡슐을 합성하는 대량 합성 실험 또한 수행하였으며, 이 경우에도 전자현미경을 이용해 분석해 액체 금속 캡슐이 합성된 것을 확인했다. 본 연구에서는 액체 금속 입자를 가교 폴리스타이렌으로 캡슐화했고, 캡슐의 형성을 다양한 분석 방법을 통해 확인했다. 또한, 형성된 액체 금속 캡슐을 열중량분석법과 전자현미경을 이용해 분석하여 고온의 솔더링 환경에서도 캡슐막이 안정적으로 유지되는 것을 확인한 것으로 형성된 액체 금속 캡슐이 솔더 파우더와 함께 솔더링에 사용됨으로써 솔더부에 자기치유를 도입하는 데 적용할 수 있을 것이라 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, liquid metal capsules having cross-linked polystyrene shell were
prepared for self-healing soldering applications. For the dispersion and
encapsulation of liquid metal particles, ultrasonicator was used, and the
cross-linked polystyrene shell was synthesized via polymer...

In this study, liquid metal capsules having cross-linked polystyrene shell were
prepared for self-healing soldering applications. For the dispersion and
encapsulation of liquid metal particles, ultrasonicator was used, and the
cross-linked polystyrene shell was synthesized via polymerization of styrene
monomer with 2,2’-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride (AIPH) and
2,2’-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile) (AMVN) as radical initiator,
and divinylbenzene(DVB) as cross-linker. Synthesis of gallium capsules was
conducted by changing conditions such as concentration of PVA solution, amount of
monomer solution, and type of core material. Based on these experimental results,
optimum condition was confirmed to be the usage of 1 wt % PVA and 0.2 g monomer
solution when 0.25 g of liquid metal was used. It was also confirmed that
capsules can form when galinstan was used as core material. To confirm core-shell
structure of liquid metal capsules, scanning electron microscopy (SEM) and
transmission electron microscopy (TEM) were used, and EDS mapping and FT-IR to
analyze the components of core and shell. The result of these analyses indicate
that capsules consisting of liquid metal core and polystyrene shell were
successfully synthesized. Thermal resistance of the liquid metal capsules were
measured by thermogravimetric analysis and SEM picture of thermal-treated liquid
metal capsules. Based on TGA data, cross-linked polystyrene shell degraded at
near 300 ℃ and was stable at 200 ℃ for 20 min. In addition, it was found by SEM
that capsules which were thermally treated at 200 ℃ for 10 min maintained their
shell. A large-scale synthesis was also conducted, and 10 g of the liquid metal
capsules could be obtained in yield of 52%. It is expected that the thermally
stable liquid metal capsules can be used in self-healing solder joint.

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