최근 휴대폰 시장은 유연성을 지닌 휴대폰으로 발전하면서 유연성을 지닌 방열필름이 많은 관심을 받고 있다. 현재 대표적으로 방열필름으로 사용되는 열전도성 물질로는 탄소 물질 재료들이 있으며, 특히 그래핀은 뛰어난 열전도도를 지니고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 그래핀 층 사이의 약한 층간 힘은 그래핀의 분열을 쉽게 유발하여 유연한 장치에 사용하기 어렵다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 ...
최근 휴대폰 시장은 유연성을 지닌 휴대폰으로 발전하면서 유연성을 지닌 방열필름이 많은 관심을 받고 있다. 현재 대표적으로 방열필름으로 사용되는 열전도성 물질로는 탄소 물질 재료들이 있으며, 특히 그래핀은 뛰어난 열전도도를 지니고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 그래핀 층 사이의 약한 층간 힘은 그래핀의 분열을 쉽게 유발하여 유연한 장치에 사용하기 어렵다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 고분자를 그래핀 사이에 침투하여 보호층/그래핀와 고분자 기둥/보호층 구조인 고분자 기둥 기반 그래핀 복합 (PGC) 필름와 보호층/그래핀와 고온 용해 고분자/보호층 구조를 가진 고온 용해 고분자 그래핀 복합 (HGC) 필름을 제작했다. 그래핀 층이 높은 수평 열전도도를 제공하는 동안 고분자들은 그래핀의 파손을 방지하는 역할을 수행한다. 보호층은 카본 블랙이 함유된 고분자 필름으로 외부로부터의 충격을 흡수해주고 보호해주며, 열원으로부터 발생하는 열을 그래핀으로 보내주는 역할을 한다. PGC 필름은 먼저 보호층 위에 고분자와 Al2O3을 일정 비율로 혼합한 용액을 스크린 프린팅 방식으로 코팅하여 직경 350 µm 에 두께 100 µm를 갖는 기둥을 만든다. 그 다음 기둥 사이에 그래핀을 코팅해서 프레스를 진행하는데 총 5번의 코팅과 프레스 공정을 걸쳐 95 W/mK의 열전도도 값을 갖는 방열필름을 제작할 수 있었다. 하지만 이 구조로 제작했을 때 기둥을 미리 보호층 위에 코팅함으로써 그래핀을 코팅 시 그래핀 입자가 기둥 위에 붙는 문제가 발생하며, 보호층이 붙지 않아 접착력과 유연성을 확보하지 못했다. 그래서 두번째 설계한 HGC 필름 구조는 그래핀을 먼저 코팅함으로써 위 문제를 해결할 수 있었다. 두 층으로 쌓인 그래핀을 메탈 마스크를 통해 코팅하였고 쌓인 그래핀 사이에 의도적으로 남겨놓은 작은 구멍 안에 고온 용해 고분자를 코팅함으로써 보호층을 고정할 수 있었다. 위, 아래로 고정된 보호층은 그래핀 층의 분리를 방해하기 때문에 HGC 필름은 높은 열전도율과 우수한 기계적 내구성을 모두 달성할 것으로 기대되었다. HGC 필름은 열전도율을 극대화하기 위해 그래핀의 두께, 패턴 모양을 조절하였고 이때 HGC-4 필름에서 최대 53 W/m∙K의 최고 열전도도를 얻을 수 있었다. 또한 모든 필름은 R=1.5 mm 반경에서 U-folding test을 10,000회 진행하여도 열전도도가 10% 미만으로 감소하였으며, 접착력에 의해 변형도 최소화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
최근 휴대폰 시장은 유연성을 지닌 휴대폰으로 발전하면서 유연성을 지닌 방열필름이 많은 관심을 받고 있다. 현재 대표적으로 방열필름으로 사용되는 열전도성 물질로는 탄소 물질 재료들이 있으며, 특히 그래핀은 뛰어난 열전도도를 지니고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 그래핀 층 사이의 약한 층간 힘은 그래핀의 분열을 쉽게 유발하여 유연한 장치에 사용하기 어렵다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 고분자를 그래핀 사이에 침투하여 보호층/그래핀와 고분자 기둥/보호층 구조인 고분자 기둥 기반 그래핀 복합 (PGC) 필름와 보호층/그래핀와 고온 용해 고분자/보호층 구조를 가진 고온 용해 고분자 그래핀 복합 (HGC) 필름을 제작했다. 그래핀 층이 높은 수평 열전도도를 제공하는 동안 고분자들은 그래핀의 파손을 방지하는 역할을 수행한다. 보호층은 카본 블랙이 함유된 고분자 필름으로 외부로부터의 충격을 흡수해주고 보호해주며, 열원으로부터 발생하는 열을 그래핀으로 보내주는 역할을 한다. PGC 필름은 먼저 보호층 위에 고분자와 Al2O3을 일정 비율로 혼합한 용액을 스크린 프린팅 방식으로 코팅하여 직경 350 µm 에 두께 100 µm를 갖는 기둥을 만든다. 그 다음 기둥 사이에 그래핀을 코팅해서 프레스를 진행하는데 총 5번의 코팅과 프레스 공정을 걸쳐 95 W/mK의 열전도도 값을 갖는 방열필름을 제작할 수 있었다. 하지만 이 구조로 제작했을 때 기둥을 미리 보호층 위에 코팅함으로써 그래핀을 코팅 시 그래핀 입자가 기둥 위에 붙는 문제가 발생하며, 보호층이 붙지 않아 접착력과 유연성을 확보하지 못했다. 그래서 두번째 설계한 HGC 필름 구조는 그래핀을 먼저 코팅함으로써 위 문제를 해결할 수 있었다. 두 층으로 쌓인 그래핀을 메탈 마스크를 통해 코팅하였고 쌓인 그래핀 사이에 의도적으로 남겨놓은 작은 구멍 안에 고온 용해 고분자를 코팅함으로써 보호층을 고정할 수 있었다. 위, 아래로 고정된 보호층은 그래핀 층의 분리를 방해하기 때문에 HGC 필름은 높은 열전도율과 우수한 기계적 내구성을 모두 달성할 것으로 기대되었다. HGC 필름은 열전도율을 극대화하기 위해 그래핀의 두께, 패턴 모양을 조절하였고 이때 HGC-4 필름에서 최대 53 W/m∙K의 최고 열전도도를 얻을 수 있었다. 또한 모든 필름은 R=1.5 mm 반경에서 U-folding test을 10,000회 진행하여도 열전도도가 10% 미만으로 감소하였으며, 접착력에 의해 변형도 최소화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
Recently, as the mobile phone market has developed into a flexible mobile phone, a flexible heat dissipation film is attracting a lot of attention. Currently, many studies have been conducted on the use of carbon materials in heat dissipation film, especially due to the excellent thermal conductivit...
Recently, as the mobile phone market has developed into a flexible mobile phone, a flexible heat dissipation film is attracting a lot of attention. Currently, many studies have been conducted on the use of carbon materials in heat dissipation film, especially due to the excellent thermal conductivity of graphene. However, the weak interlayer force between the graphene layers easily divides graphene and is difficult to use in flexible devices. To overcome this hurdle, the structure of protective layer/graphene and polymer pillar/protective layer named polymer pillar based graphene composites (PGC) films and protective layer/graphene and hot melting polymer/protective layer named hot melting polymer based graphene composites (HGC) films, in which would polymers were infiltrate into graphene layers, were fabricated in this study. While the double stack of graphene patterns attained high-in plane thermal conductivity, the polymers prevented tearing of the graphene. The protective layer is a polymer film containing carbon black to protect external impacts and transfer heat generated from heat sources through graphene. The PGC film first forms a pillar having a diameter of 350 µm and a thickness of 100 µm by coating a solution, in which a polymer and Al2O3 are mixed at a predetermined ratio, on the protective layer by screen printing. Then, graphene was coated between the pillars to proceed with the press, and a heat dissipation film having a thermal conductivity value of 95 W/m∙K could be produced through a total of five coatings and press processes. However, when manufactured in this structure, the pillar is coated on the protective layer in advance, causing a problem that graphene particles adhere to the pillar when coating graphene, and adhesion and flexibility were not secured because the protective layer did not adhere. Therefore, the second designed HGC films could solve the above problem by coating graphene first. The two-layer graphene was coated through a metal mask, and the protective layer was fixed by coating a hot melting polymer in the small holes intentionally left between the stacked graphene. Since the upper and lower fixed black layers interfere with the separation of graphene layers, it is expected that the heat dissipation film will achieve both high thermal conductivity and excellent mechanical durability. In order to maximize the thermal conductivity of the heat dissipation film, the thickness and pattern of graphite were adjusted, and the maximum thermal conductivity was 53 Wm∙K. It can be confirmed that the thermal conductivity of all films can be reduced to less than 10% even after 10,000 folding tests with a radius of R=1.5 mm, and that deformation can be minimized by adhesive force.
Recently, as the mobile phone market has developed into a flexible mobile phone, a flexible heat dissipation film is attracting a lot of attention. Currently, many studies have been conducted on the use of carbon materials in heat dissipation film, especially due to the excellent thermal conductivity of graphene. However, the weak interlayer force between the graphene layers easily divides graphene and is difficult to use in flexible devices. To overcome this hurdle, the structure of protective layer/graphene and polymer pillar/protective layer named polymer pillar based graphene composites (PGC) films and protective layer/graphene and hot melting polymer/protective layer named hot melting polymer based graphene composites (HGC) films, in which would polymers were infiltrate into graphene layers, were fabricated in this study. While the double stack of graphene patterns attained high-in plane thermal conductivity, the polymers prevented tearing of the graphene. The protective layer is a polymer film containing carbon black to protect external impacts and transfer heat generated from heat sources through graphene. The PGC film first forms a pillar having a diameter of 350 µm and a thickness of 100 µm by coating a solution, in which a polymer and Al2O3 are mixed at a predetermined ratio, on the protective layer by screen printing. Then, graphene was coated between the pillars to proceed with the press, and a heat dissipation film having a thermal conductivity value of 95 W/m∙K could be produced through a total of five coatings and press processes. However, when manufactured in this structure, the pillar is coated on the protective layer in advance, causing a problem that graphene particles adhere to the pillar when coating graphene, and adhesion and flexibility were not secured because the protective layer did not adhere. Therefore, the second designed HGC films could solve the above problem by coating graphene first. The two-layer graphene was coated through a metal mask, and the protective layer was fixed by coating a hot melting polymer in the small holes intentionally left between the stacked graphene. Since the upper and lower fixed black layers interfere with the separation of graphene layers, it is expected that the heat dissipation film will achieve both high thermal conductivity and excellent mechanical durability. In order to maximize the thermal conductivity of the heat dissipation film, the thickness and pattern of graphite were adjusted, and the maximum thermal conductivity was 53 Wm∙K. It can be confirmed that the thermal conductivity of all films can be reduced to less than 10% even after 10,000 folding tests with a radius of R=1.5 mm, and that deformation can be minimized by adhesive force.
Keyword
#thermal conductivity flexibility flxible heat dissipation film graphene film
학위논문 정보
저자
필감성
학위수여기관
고려대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
전기전자공학과
지도교수
주병권
발행연도
2022
총페이지
x, 70장
키워드
thermal conductivity flexibility flxible heat dissipation film graphene film
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