The conductive polymers, polyaniline (PANI) emeralidin base and 3,4-polyethylene dioxythiophene(PEDOT) were synthesized and coated on the PET film dealt with acryl type primer to study the electromagnetic shielding effectiveness. When both PANI and PEDOT were coated on the PET film dealt with acryl ...
The conductive polymers, polyaniline (PANI) emeralidin base and 3,4-polyethylene dioxythiophene(PEDOT) were synthesized and coated on the PET film dealt with acryl type primer to study the electromagnetic shielding effectiveness. When both PANI and PEDOT were coated on the PET film dealt with acryl type priemer, their surface properties such as he adhesive increased. For PANI, when blended with the binder such as PMMA, it adhesive and surface hardness increased, too. The visible light transmittance decreased, while the electromagnetic shielding effectiveness increased, when coated thickness of PANI and PEDOT increased. For PANI, the electromagnetic shielding effectiveness increased as its surface resistance decreased. For PANI, when the surface resistance was 140 Ω/$\square$, the shielding effectiveness was found to be 11 dB in the far field, and 13 dB in the near field at 1 GHz. For PEDOT, when the surface resistance was 200 Ω/$\square$, the shielding effectiveness was found to be 3 dB in the far field, and 7dB in the near field.
The conductive polymers, polyaniline (PANI) emeralidin base and 3,4-polyethylene dioxythiophene(PEDOT) were synthesized and coated on the PET film dealt with acryl type primer to study the electromagnetic shielding effectiveness. When both PANI and PEDOT were coated on the PET film dealt with acryl type priemer, their surface properties such as he adhesive increased. For PANI, when blended with the binder such as PMMA, it adhesive and surface hardness increased, too. The visible light transmittance decreased, while the electromagnetic shielding effectiveness increased, when coated thickness of PANI and PEDOT increased. For PANI, the electromagnetic shielding effectiveness increased as its surface resistance decreased. For PANI, when the surface resistance was 140 Ω/$\square$, the shielding effectiveness was found to be 11 dB in the far field, and 13 dB in the near field at 1 GHz. For PEDOT, when the surface resistance was 200 Ω/$\square$, the shielding effectiveness was found to be 3 dB in the far field, and 7dB in the near field.
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제안 방법
PANI 과 PEDOT 를 일정 용매에 녹인 후 Polyethylene terephthalate (이하 PET) 필름 위에 코팅을 실시하였다. 코팅 방법으로는 일정한 크기의 홈을 가지고 있어 코팅 면의 두께 조절이 용이하고 용액의 손실이 적은 bar 코팅을 실시하였다.
PANI은 aniline 단량체를 ammonium persulfate를 개시제로 하여 HCI로 도핑된 PANI emeraldine salt를 합성하였고 1M HC1과 0.1N NH4QH로 산화상태를 조절하여 PANI emeraldine base (이하 EB)를 만들었다. 그리고 PANI 분말과 dopant의 몰비가 1:2가 되게 하여 교반하여 도핑된 PANI를 얻었다[10].
이 결과를 보면 PEDOT의 경우 표면저항이 1000 Ω/□ 정도이면 전자파 차폐효과가 1dB 정도로 차폐성이 거의 없고 표면저항이 200 Ω/□ 정도이면 약 3dB 정도가 측정되었다. 그래서 전자파 차폐성을 더 주기 위하여 ITO가 증착된 PET 필름 위에 PEDOT를 코팅하였다. ITO 증착 PET 필름은 표면저항이 100 Ω/口 정도로서 가시광선 투과율이 약 70%인 것을 사용하였다.
1N NH4QH로 산화상태를 조절하여 PANI emeraldine base (이하 EB)를 만들었다. 그리고 PANI 분말과 dopant의 몰비가 1:2가 되게 하여 교반하여 도핑된 PANI를 얻었다[10]. 그림 1에 PANI의 합성경로가 나와 있다.
대상 기판이 코팅성에 큰 영향을 미치나 물성 측정이 용이하며 쉽게 구할 수 있기 때문에 PET 필름을 선택하였고 PET 필름은 코팅 시 접착력을 증가시키기 위하여 acryl 계통의 primer 처리가 되어 있는 것을 사용하였다. 또한 전자파 차폐효과를 높이기 위하여 ITO가 증착된 PET 필름도 사용하였다.
있다. 두 개의 cell로 되어 있는 부분을 분리하여 시료를 장착한 후 전기장은 시료면에 수직한 방향으로 자기장은 시료면에 평행한 방향으로 측정하여 전자파 차폐성을 측정하였다.
본 연구에서는 PANI과 PEDOT을 이용하여 전자파 차폐효과, 전기 전도도, 표면 저항을 측정하였고, 접착력, 연필심 경도, 투명도와 같은 표면 물성을 측정하였다.
계산하였다. 연필심의 경도에 따라 긁히는 정도를 관찰하여 표면경도를 측정하였고, 3M 사에서 나오는 매직 tape를 이용하여 접착럭을 측정하였다[12, 13].
전자파 발생기와 수신기 기능을 갖춘 network analyzer(HP8720C)를 사용하여 차폐효과를 측정하였다. 그림의 원형부분에 시료를 장착하고 이 부분을 통하여 전자파가 입사되고 차폐효과를 측정하였다.
실시하였다. 코팅 방법으로는 일정한 크기의 홈을 가지고 있어 코팅 면의 두께 조절이 용이하고 용액의 손실이 적은 bar 코팅을 실시하였다. 이 방법은 spin 코팅은 넓은 면에 균일한 두께로 코팅하기 어렵고, spray 코팅 또한 두께 조절이 어렵고 용액의 손실이 많으며 먼지 등의 불순물의 유입이 쉽다는 단점을 보완 할 수 있는 코팅 방법이다[11].
투명도는 UV/VIS (UV/Visible Spectrophotometer - MPDS 1024)로 투과도를 측정한 후 가시광선 영역인 380~800nm 영역에서 적분하여 계산하였다. 연필심의 경도에 따라 긁히는 정도를 관찰하여 표면경도를 측정하였고, 3M 사에서 나오는 매직 tape를 이용하여 접착럭을 측정하였다[12, 13].
대상 데이터
그래서 전자파 차폐성을 더 주기 위하여 ITO가 증착된 PET 필름 위에 PEDOT를 코팅하였다. ITO 증착 PET 필름은 표면저항이 100 Ω/口 정도로서 가시광선 투과율이 약 70%인 것을 사용하였다. 투명도가 약 76%인 PEDOT를 코팅했을 경우 투명도는 62% 정도로 떨어졌지만 전자파 차폐효과는 3dB 에서 7dB 정도로 증가하였다.
이론/모형
근역장에서의 차폐특성 측정에는 Duel TEM cell 방법을 이용하였고 측정장치가 그림 3에 나와 있다. 두 개의 cell로 되어 있는 부분을 분리하여 시료를 장착한 후 전기장은 시료면에 수직한 방향으로 자기장은 시료면에 평행한 방향으로 측정하여 전자파 차폐성을 측정하였다.
원역장에서의 차폐특성 측정에는 flanged circular transmission line 방법을 이용하였고 시편의 형태가 그림 4에, 측정장치가 그림 5에 나와 있다[15]. 전자파 발생기와 수신기 기능을 갖춘 network analyzer(HP8720C)를 사용하여 차폐효과를 측정하였다.
전기 전도도는 4단자법 (Keithley 236 source - measure unit)을 이용하여 상온에서 대상 시료에 전류를 가한 후 전압을 측정하고 아래와 같은 계산식 (식 1)에 대입하여 표면 전기 전도도를 구하였으며 표면 비저항측정기 (surface resistivity meter - PINION SRM-110)를 이용하여 표면저항을 측정하였다[14].
성능/효과
하지만 #10 bar coater를 이용한 단면코팅과 양면코팅을 비교하면 양면코팅의 경우 전체 코팅두께는 #16 bar coater보다 두꺼움에도 불구하고 실제 측정된 차폐효과는 #16 bar coater의 경우보다 낮은 것으로 측정되었다. #10 bar coater 단면 코팅물의 전자파 차폐 효과가 7~9dB 정도인데 비해 양면 코팅물의 차폐 효과는 10-12dB 정도로 양면코팅의 경우 단면코팅에 비해 산술적인 2배가 되지 않음을 알 수 있었고 특히 11~13dB 정도로 측정된 #16 bar coater보다도 낮은 차폐효과를 보임을 알 수 있었다. 이것은 차폐층 내에서 발생하는 다중반사에 의한 결과로 보인다.
(1) PANI 자체는 접착력이 거의 없는 0B에 가까운 상태이나 PMMA와 같은 acryl 계통의 binder와블렌드하였을 때, 두명도를 높이면서 접착력은 4B로 크게 증가하였고 표면경도 역시 4B이하에서 3H로 증가하였다. PEDOT는 primer 처리가 되어 있지 않은 PET 필름에 코팅할 경우 접착력이 거의 0B였던 것이 acryl 계통의 primer가 처리된 PET 필름을 사용하였을 경우 4B이상으로 증가하는 것이 관찰되었다.
(2) PANI과 PEDOT 등의 전도성 고분자를 사용할 경우 코팅두께가 증가하면 전자파 차폐효과는 증가하나 가시광선 투과율은 감소하는 것으로 나타났다. PANI의 경우 표면저항이 140 Ω/口 정도면 원 역장에서는 11dB 정도, 그리고 근역장의 경우 1GHz 에서 약 13dB 정도의 차폐효과를 갖는다.
(3) 투명 도전재료인 ITO와 혼성 코팅하면 가시광선 투과율을 높이면서 전자파 차폐효과를 높일 수 있는 것으로 나타났다. 결론적으로 PANI과 PEDOT는 투명성을 요구하는 곳에도 전자파 차폐재료로 사용 가능한 것으로 평가되었다.
PEDOT는 primer 처리가 되어 있지 않은 PET 필름에 코팅할 경우 접착력이 거의 0B였던 것이 acryl 계통의 primer가 처리된 PET 필름을 사용하였을 경우 4B이상으로 증가하는 것이 관찰되었다.
것으로 나타났다. 결론적으로 PANI과 PEDOT는 투명성을 요구하는 곳에도 전자파 차폐재료로 사용 가능한 것으로 평가되었다.
이것은 PANI 자체는 색깔 때문에 투명도가 낮지만 투명한 PMMA와 혼합함에 따라 투명도가 증가한 것으로 사료된다. 그림 7에서 보듯이 PANI의 함량이 증가할수록 블렌드의 전기전도도가 증가하였으며 9wt%이상에서는 크게 증가하지 않음을 알 수 있었다.
따라서 전도성 재료인 ITO를 적당한 두께로 코팅한 후 그 위에 전도성 고분자를 코팅하면 가시광선 투과성을 유지하면서 전자파 차폐효과를 높일 수 있음을 알았다.
PEDOT의 경우 표면저항이 200 Ω/口 정도일 때 약3 dB 정도의 전자파 차폐효과를 가졌다. 또 전도성 고분자를 차폐재료로 사용할 경우 원역장에서의 차폐성보다 근역장에서의 차폐성이 더 좋은 것으로 평가되었다.
이는 PEDOT 용액 제조 시 넣어준 adhesive agent가 PET 자체와는 상용성이 없지만 aryl 계통의 primer와는 상용성을 가져 접착력이 증가한 것으로 보인다. 또 표 3를 보듯이 산화제의 함량이 증가할수록 표면저항과 함께 표면경도 역시 떨어지는 것으로 관찰되었다.
이 결과는 차폐재료의 두께가 두꺼워질수록 차폐효과가 증가한다는 기존 결과와, 일치한다[19]. 또한 전기전도도가 1S/cm이고 38μm의 두께를 갖는 PANI/binder (50/50wt%)를 PET 필름 위에 코팅한 경우 전자파 차폐효과가 9~13dB 정도, 전기전도도가 0.5S/cm이고 65μm 두께의 PANI/ binder (15/85wt%) 시료는 3~5dB 정도의 전자파 차폐효과를 보였다. 코팅 두께가 더 두꺼웠음에도 불구하고 전기전도도가 높은 쪽이 차폐효과가 더 좋은 것으로 봐서 전기전도도가 차폐효과에 주도적인 역할을 한 것으로 보인다.
나와 있다. 이 결과를 보면 PEDOT의 경우 표면저항이 1000 Ω/□ 정도이면 전자파 차폐효과가 1dB 정도로 차폐성이 거의 없고 표면저항이 200 Ω/□ 정도이면 약 3dB 정도가 측정되었다. 그래서 전자파 차폐성을 더 주기 위하여 ITO가 증착된 PET 필름 위에 PEDOT를 코팅하였다.
또 PEDOT 역시 200 fl/D 의 표면저항을 가질 경우 원역장에서의 차폐효과는 3dB 정도를 보이는 반면 근역장에서는 1dB 정도를 보였다. 이것으로 보아 전도성 고분자를 차폐재료로 사용할 경우 원역장에서의 차폐성보다 근역장에서의 차폐성이 더 좋은 것으로 평가되었다.
반면 표면저항이 200 Ω/口 정도인 경우 1GHz에서 약 7dB 정도의 전자파 차폐효과를 보였다. 즉 표면저항이 낮아짐에 따라 차폐효과가 증가함을 알 수 있었다.
있다. 측정 결과 전기 전도도가 20S/cm이고 두께가 5μm인 PANI 필름 시료의 전자파 차폐효과는 측정 주파수 영역에서 7~10dB 정도를 보이고 두께가 18μm인 필름 시료는 12~15dB 정도의 전자파 차폐효과를 보였다. 이 결과는 차폐재료의 두께가 두꺼워질수록 차폐효과가 증가한다는 기존 결과와, 일치한다[19].
또 그림 9에서 보듯이 PANI 역시 같은 #5 bar coater로 코팅했을 때 ITO가 증착된 PET 필름의 경우 4~6dB 에서 8~10dB 로 차폐효과가 증가함을 보였다. 표면저항이 100 Ω/口 정도인 ITO 증착 필름의 전자파 차폐효과가 약 5dB 임을 감안하면 혼성 코팅한 경우의 전자파 차폐효과는 단순한 부가법칙을 따르는 것으로 관찰되었다.
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