[논문]Graphene, Cu와 Ag 나노 파우더를 이용한 열전도재의 방열 특성에 관한 연구

박상혁; 임성훈; 김현지; 노정필; 허선철

doi:10.21289/ksic.2019.22.6.767

Abstract ▼ AI-Helper

The thermal diffusion performance of the electronic device is a factor for evaluating the stability of the electronic device. Therefore, many of research have been conducted to improve the thermal characteristics of thermal interface materials, which are materials for thermal diffusion of electronic...

The thermal diffusion performance of the electronic device is a factor for evaluating the stability of the electronic device. Therefore, many of research have been conducted to improve the thermal characteristics of thermal interface materials, which are materials for thermal diffusion of electronic products. In this study, nano thermal grease was prepared by blending graphene, silver and copper nano powders into a thermal grease, a type of thermal interface materials, and the heat transfer rate was measured and compared for the purpose of investigating the improved thermal properties. As a result, the thermal properties were good in the order of graphene, silver and copper, which is thought to be due to the different thermal properties of the nano powder itself.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1 A photograph of the graphene nano powder
그림 Fig. 2 (a) A photograph of PWE equipment used in study (NTI 5P, Nano technology Inc.) (b) A schematic diagram of the process of the PWE method.
그림 Fig. 3 A schematic diagram of the process for producing nano thermal grease
표 Table 1. Manufacturing conditions of powders
표 Table 2. Conditions for each sample
그림 Fig. 4 A schematic diagram of a method designed to measure heat transfer rate
그림 Fig. 5 SEI of Cu Nano powder prepared by PWE (MIRA3, TESCAN)
그림 Fig. 6 A BEI of Ag nano thermal grease (MIRA3, TESCAN)
그림 Fig. 7 EDS Spectrum of Ag nano thermal grease (MIRA3, TESCAN)
그림 Fig. 8 Graphs of Experimental results for all samples
표 Table 3. heat transfer rate (velocity)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

Table 2. 는 실험에 사용된 시료들의 조건표이며, 앞선 연구의 결과를 바탕으로 그래핀과 구리, 은을 배합한 나노 서멀그리스의 열전달속도를 측정하여 비교분석을 하기 위해 작성되었다. 나노분말을 배합하지 않은 0번 시료와 그래핀, 구리, 은을 각각 3개 케이스씩 총 10개 시료를 준비했다.

제안 방법

본 연구에서는 구리, 은 및 그래핀 나노 분말을 제조하고 이를 서멀그리스에 배합하여 나노 서멀그리스를 제조했다. 이후 나노 서멀그리스의 향상된 열적특성을 검토하기 위해서 열전달속도를 측정하여 비교분석했다.
본 연구에서는 상용 그래핀과 전기선폭발법으로 제조한 구리, 은 나노분말을 상용 서멀그리스에 배합하여 나노 서멀그리스를 제작하였다. 제조된 나노 서멀그리스를 크기와 두께가 동일한 구리판 사이에 도포한 후 열전달속도를 측정하여 열전달성능을 비교분석하였고 그 결론은 다음과 같다.
이후 0번 시료를 기준으로 모든 시료의 시간당 온도의 변화량을 통해 그 효율성을 검토했다.
본 연구에서는 구리, 은 및 그래핀 나노 분말을 제조하고 이를 서멀그리스에 배합하여 나노 서멀그리스를 제조했다. 이후 나노 서멀그리스의 향상된 열적특성을 검토하기 위해서 열전달속도를 측정하여 비교분석했다.
본 연구에서는 상용 그래핀과 전기선폭발법으로 제조한 구리, 은 나노분말을 상용 서멀그리스에 배합하여 나노 서멀그리스를 제작하였다. 제조된 나노 서멀그리스를 크기와 두께가 동일한 구리판 사이에 도포한 후 열전달속도를 측정하여 열전달성능을 비교분석하였고 그 결론은 다음과 같다.
Figure 4 는 제작된 나노 서멀그리스 시료들의 열전달 속도를 측정하기 위해 고안된 장치의 모식도이다. 제조된 시료들의 열적성능을 평가하기 위하여 시료들은 크기가 같은 구리판 사이에 도포되어서 하부에 위치한 발열판으로부터 전달받은 열을 얼마나 빨리 상부까지 전달시키는가를 측정하였다. 제작된 나노 서멀그리스의 열전도성이 뛰어날수록 전달되는 열량이 더 크기 때문에, 측정된 데이터에서 온도가 높을수록 시료의 효율성이 좋다.
측정실험은 26℃에서 235℃까지 선형적으로 높아지는 발열판 위에서 구리판 상단의 표면온도를 90초간 측정하고 데이터화 하였다.

대상 데이터

Figure 1은 연구에 사용된 그래핀 나노 분말의 사진이며, 미국 소재의 Graphene Laboratories에서 제조/판매하는 제품으로 평균두께가 8nm이고, 평균 분말 크기가 5㎛ 미만인 제품을 사용했다.^[12]
는 실험에 사용된 시료들의 조건표이며, 앞선 연구의 결과를 바탕으로 그래핀과 구리, 은을 배합한 나노 서멀그리스의 열전달속도를 측정하여 비교분석을 하기 위해 작성되었다. 나노분말을 배합하지 않은 0번 시료와 그래핀, 구리, 은을 각각 3개 케이스씩 총 10개 시료를 준비했다.
Figure 3 은 나노 서멀그리스를 제작하는 과정을 나타낸 그림이다. 분말들은 1.93W/m⸱K수준의 열전도도를 가진 서멀그리스에 각각 제조 조건에 맞게 배합시켰으며 모든 시료는 10cc씩 제조하였다. 서멀그리스는 히트 스프레더 위에서 장기간 형태를 유지하기 위해 고점성의 반고체형태로 제조되기 때문에 점성이 높은 상태에서는 분말이 고르게 섞이지 않을뿐더러 임펠러가 크게 진동하는 등 나노 분말을 교반하는데 제한사항이 있었다.

이론/모형

구리와 은 분말은 전기선폭발법(Pulse Wire Evaporation method : PWE)를 이용한 나노분말 제조장치를 이용하여 제조했다.

성능/효과

에 정리했다. 9개의 시료 모두 어떠한 나노 분말도 배합하지 않은 0번 시료보다 열전달성능이 높으며, 나노분말 함량이 높아질수록 열전달성능 또한 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 또한 그래핀, 은, 구리 순으로 효율이 좋다는 것을 확인할 수 있다.
서멀그리스에 나노분말을 배합시킬 때, 100℃ 분위기에서 300rpm에서 20분간 실시하고 FE-SEM에서 BEI로 관찰한 결과 나노 분말들이 고르게 분포되어있음을 확인할 수 있었다.
1℃로 효율이 가장 좋지 못했다. 이를 비교 분석해보면 4번 시료를 기준으로 3번 시료가 4%, 9번 시료의 열전달성능이 2% 더 좋았다.

후속연구

본 연구결과는 추후 나노 서멀그리스의 열적특성을 향상시키고 전기적인 안정성을 향상시키는데 기초자료로써 활용가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열전도재의 어떠한 용도로 사용되는가?	열전도재 (Thermal Interface Materials :TIMs)는 발열을 수반하는 전자제품등의 방열기기에서 열 접촉저항을 감소시켜 방열성능을 향상하는 용도로 사용된다.[9-10] 하지만 열전도율이 낮은 서멀그리스는 CPU의 방열성능을 저하하는 요인이 된다.
	서멀그리스의 제조 시 점성이 높으면 어떤 문제가 발생하는가?	93W/m⸱K수준의 열전도도를 가진 서멀그리스에 각각 제조 조건에 맞게 배합시켰으며 모든 시료는 10cc씩 제조하였다. 서멀그리스는 히트 스프레더 위에서 장기간 형태를 유지하기 위해 고점성의 반고체형태로 제조되기 때문에 점성이 높은 상태에서는 분말이 고르게 섞이지 않을뿐더러 임펠러가 크게 진동하는 등 나노 분말을 교반하는데 제한사항이 있었다. 따라서 발열판을 사용하여 100℃가량의 고온 분위기를 조성함으로써 서멀그리스의 점성을 낮춘 이후 서멀그리스와 나노분말을 300rpm으로 20분 간 교반시켜 분말들이 서멀그리스에 잘 섞이도록 했다.
	전기선폭발은 무엇이고 어떤 장점이 있는가?	Figure 2 는 PWE로 분말을 제조하는 방법을 보여주는 모식도와 그 장비사진이다. PWE는 펄스 전기를 이용하여 축전기에 충전된 고밀도 전류가 금속선을 통과할 때 금속선의 자체저항에 의하여 열이 발생하고, 이를 견디지 못한 금속선이 폭발하는 것을 이용한 방법이며, 모재와 같은 조성을 갖는 분말의 합성이 가능하다는 장점을 가진다.

참고문헌 (12)

Leong, C.K. and Chung, D.D.L., "Carbon black dispersions as thermal pastes that surpass solder in providing high thermal contact conductance" Carbon, vol. 41, no. 13, pp. 2459-2469, (2003).

상세보기
Moore, A.L. and Shi, L., "Emerging challenges and materials for thermal management of electronics" Materials today, vol. 17, no. 4, pp. 163-174, (2014).

상세보기
Shaikh, S., Lafdi, K. and Silverman, E., "The effect of a CNT interface on the thermal resistance of contacting surfaces" Carbon, vol. 45, no. 4, pp. 695-703, (2007).

상세보기
Gaier, J.R., Yoder Vandenberg, Y., Berkebile, S., Stueben, H. and Balagadde, F., "The electrical and thermal conductivity of woven pristine and intercalated graphite fiber-polymer composites "Carbon, vol. 41, no. 12, pp. 2187-2193, (2003).

상세보기
Suh, D., Moon, C.M., Kim, D. and Baik, S., "Ultrahigh thermal conductivity of interface materials by silverfunctionalized carbon nanotube phonon conduits. Advanced Materials "vol. 28, no. 33, pp. 7220-7227, (2016).

상세보기
Wang, H., Feng, J.Y., Hu, X.J. and Ng, K.M., "Reducing thermal contact resistance using a bilayer aligned CNT thermal interface material" Chemical Engineering Science, vol. 65, no. 3, pp. 1101-1108, (2010).

상세보기
Prasher, R., "Thermal interface materials: historical perspective, status, and future directions" Proceedings of the IEEE, vol. 94, no. 8, pp. 1571-1586, (2006).

상세보기
Balandin, A.A., "Thermal properties of graphene and nanostructured carbon materials" Nature materials, vol. 10, no. 8, p.569, (2011).

상세보기
Noordin, M.R. and Liew, K.Y., "Synthesis of alumina nanofibers and composites" In Nanofibers. InTech, (2010).
Masuda, H. and Fukuda, K., "Ordered metal nanohole arrays made by a two-step replication of honeycomb structures of anodic alumina" science, vol. 268, no. 5216, pp. 1466-1468, (1995).

상세보기
Yu, H., Li, L., Kido, T., Xi, G., Xu, G. and Guo, F., "Thermal and insulating properties of epoxy/aluminum nitride composites used for thermal interface material" Journal of Applied Polymer Science, vol. 124, no. 1, pp. 669-677, (2012).

상세보기
Seong, H., Kim, G., Jeon, J., Jeong, H., Noh, J., Kim, Y., Kim, H. and Huh, S., "Experimental Study on Characteristics of Grinded Graphene Nanofluids with Surfactants" Materials, vol. 11, no. 6, p. 950, (2018).

상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Graphene, Cu와 Ag 나노 파우더를 이용한 열전도재의 방열 특성에 관한 연구
A study on the heat dissipation characteristic of thermal interface materials with Graphene, Cu and Ag nano powders 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (11)

표/그림 (11)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Graphene, Cu와 Ag 나노 파우더를 이용한 열전도재의 방열 특성에 관한 연구 A study on the heat dissipation characteristic of thermal interface materials with Graphene, Cu and Ag nano powders 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (11) 모든 표/그림 보기

표/그림 (11) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

노정필 (1) 허선철 (25)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Graphene, Cu와 Ag 나노 파우더를 이용한 열전도재의 방열 특성에 관한 연구
A study on the heat dissipation characteristic of thermal interface materials with Graphene, Cu and Ag nano powders 원문보기

표/그림 (11)

표/그림 (11)

AI 본문요약
AI-Helper