In this research, the composites (100-x)LCP-xBNT (x = 0, 10, 20, 30, 40 vol.%) were fabricated with thermoplastic LCP(Liquid Crystal Polymer) and BNT($BaNd_2Ti_4O_{12}$) which is a high frequency dielectric material. Their dielectric properties, mechanical strength and microstructure were...
In this research, the composites (100-x)LCP-xBNT (x = 0, 10, 20, 30, 40 vol.%) were fabricated with thermoplastic LCP(Liquid Crystal Polymer) and BNT($BaNd_2Ti_4O_{12}$) which is a high frequency dielectric material. Their dielectric properties, mechanical strength and microstructure were investigated by Impedance analyser, Instron and SEM. In order to fabricate LCP-BNT composites, LCP resin was put into the twin screw type mixer($310^{\circ}C$), melted by keeping for 10 min. After that, BNT filler was dispersed with melted LCP resin for 15 min. in the mixer. For measuring the dielectric properties and mechanical strength, Composite specimens were made by pressing composite granule (LCP-BNT) with 7 ton in the mold at $310^{\circ}C$. With increasing the BNT content (0~40 vol.%) of the composite, Its dielectric constant increased, dielectric loss and flexural strength decreased. The dielectric constant and flexural strength of composites with 20~30 vol.% of BNT filler are 4.1~6.0 and 35~55 MPa respectively. BNT/LCP composite is the potential substrate material for the high frequency application.
In this research, the composites (100-x)LCP-xBNT (x = 0, 10, 20, 30, 40 vol.%) were fabricated with thermoplastic LCP(Liquid Crystal Polymer) and BNT($BaNd_2Ti_4O_{12}$) which is a high frequency dielectric material. Their dielectric properties, mechanical strength and microstructure were investigated by Impedance analyser, Instron and SEM. In order to fabricate LCP-BNT composites, LCP resin was put into the twin screw type mixer($310^{\circ}C$), melted by keeping for 10 min. After that, BNT filler was dispersed with melted LCP resin for 15 min. in the mixer. For measuring the dielectric properties and mechanical strength, Composite specimens were made by pressing composite granule (LCP-BNT) with 7 ton in the mold at $310^{\circ}C$. With increasing the BNT content (0~40 vol.%) of the composite, Its dielectric constant increased, dielectric loss and flexural strength decreased. The dielectric constant and flexural strength of composites with 20~30 vol.% of BNT filler are 4.1~6.0 and 35~55 MPa respectively. BNT/LCP composite is the potential substrate material for the high frequency application.
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문제 정의
본 연구에서는 내장용 안테나용 복합소재로써의 응용을 위하여 BNT-LCP 세라믹-폴리머 복합소재들에 대한 미세구조 및 유전특성에 대하여 연구하였다.
제안 방법
고분자기판소재의 유전특성을 향상시켜 안테나둥의 고주파 응용을 위해 열가소성수지인 LCP에고주파 유전체 재료인 BNTNBaNtfeTiQm)를 twin screw형 흔합기를 사용하여 복합체를 제조하였다.
강도측정기 (Instron, Model 4204)를 사용하여 분당 5 mm 속도로 측정하였다. 복합체 샘플의 미세구조는 SEMCTopcon, ABT-32)로 관찰하였다.
[그림 2](a)에서 나타나는 디스크형의 측정용 샘플(지름 2 cm, 두께 1 mm)을 제작하기 위하여 몰드에 넣어 310℃, 7 ton의 압력으로 약 15분간 가압 성형 후, 시편 냉각시 수축에 의한 깨짐을 방지하고, 성형몰드에서 쉽게 탈영시키기 위해 상온에서 7 ton으로 5분 성형한다. 복합체 시편의 상부 및 하부에 In/Ga전극을 사용하여 외부 단자 전극을 형성하였다. 이렇게 제작된 BNT/LCP 복합체 샘플의 유전 특성은 100 KHz ~ 10 MHz 주파수범위에서 Impedance analyzed Agilent, HP4194) 로 측정하였다.
복합체 시편의 상부 및 하부에 In/Ga전극을 사용하여 외부 단자 전극을 형성하였다. 이렇게 제작된 BNT/LCP 복합체 샘플의 유전 특성은 100 KHz ~ 10 MHz 주파수범위에서 Impedance analyzed Agilent, HP4194) 로 측정하였다. BNT/LCP 복합체의 꺾임 강도 실험을위한 샘플의 형상을 [그림 2](b)는 보여준다.
대상 데이터
건조된 파우더는 1270℃(승온/하강 속도: 5℃/min)에서 3 시간을 유지하여 하소 후 그 파우더는 XRD(Max Science, KFX-987228-SE) 분석을 통해 합성됨을 확인하였다. 복합체를 제조하기 위한 고분자로는 1MHz에서 유전율이 3.7이고 유전손실이 0.034인 LCPCPolyplastics, E473i)> 사용하였다. 세라믹 필러 인 BNT와 고분자 LCP의 혼합은 Twin screw mixer(Brabender, PlastographX 사용하였다.
세라믹 필러인 BNT(BaNd2Ti40i2)는 BaCO3 (대정, 99%), Nd2O3 (KANTO, 99.9%), TiO2 (고순도, 99.9%)를 사용하여 다음과 같은 고상반응법에 의해 합성하였다. 출발원료들을 습식혼합하기 위하여 에탄올을 용매로 하여 24시간 동안 ball-mill을 실시한 후, &TC 에서 24시간 건조를 하였다.
성능/효과
출발원료들을 습식혼합하기 위하여 에탄올을 용매로 하여 24시간 동안 ball-mill을 실시한 후, &TC 에서 24시간 건조를 하였다. 건조된 파우더는 1270℃(승온/하강 속도: 5℃/min)에서 3 시간을 유지하여 하소 후 그 파우더는 XRD(Max Science, KFX-987228-SE) 분석을 통해 합성됨을 확인하였다. 복합체를 제조하기 위한 고분자로는 1MHz에서 유전율이 3.
감소함을 보여준다. 또한, 주파수가 증가할수록 유전율 및 유전손실은 감소하는 relaxation 거동을 보이고 있다. 유전손실은 결함이 없는 격자의 phonon에 의한 intrinsic loss와 격자결함이나 계면에 의한 extrinsic loss로 구성된다.
세라믹 필러인 BNT의 함량이 증가함에 따라 복합체의 유전율은 증가하고, 유전손실은 감소하였다. 한편, 세라믹 필러의 함량 증가에 따라 BNT 30 vol.
후속연구
특성 향상을 위해 세라믹필러의 함량을 증가시키기 위해서는 세라믹 필러의 입도를 더욱 미립화하여 비 표면적을 넓혀 고분자와의 접촉면적을 넓혀야 할 것이다. 결론적으로 BNT/LCP 복합체는 고주파용 기판 재료로써의 응용 가능성을 확인할 수 있었고, 이러한 복합체는 앞으로 내장용 복합소재나 PCB 재료로 충분히 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
세라믹필러의 입자크기 등의 분체 특성 및 분산상태에 따른 유전율의 의존성은 측정전압에 따른세라믹필러 및 matrix 폴리머의 분극상태가 다르기 때문으로 사료된다. 유전율이 높은 세라믹필러가 분산이 잘 되어 서로 가깝게 인접하게 되면, 극단적으로는 연결되어 있으면 외부측정전압에 의한 분극이 잘되어 유전특성 향상에 기여가 가능할 것이다. BNT함량이 30 에서 40 vol.
이러한 강도의 급격한 감소를 완화시키기 위해서는 미립의 세라믹필러를 적용하는 것이 좋을 것이다. 한편, 세라믹과 폴리머 복합체에 대한 꺾임 강도 데이터는 거의 보고되지 않고 있으며 대부분 기계적 특성을향상시키기 위하여 고분자에 fiber 또는 CNT 등을넣은 것이 대부분이므로 이번의 BNT/LCP의 필러함량에 따른 꺾임강도 데이터는 향후 연구를 위한상당한 의미를 가질 것이다[15]. 복합체에서 세라믹 필러인 BNT의 함량이 30 vol.
참고문헌 (15)
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