[논문]카본블랙 전도성 도료의 전기적 특성

이승협; 최종운; 강계명

카본블랙 전도성 도료의 전기적 특성
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이승협 (서울산업대학교, 안전과학연구소) , 최종운 (서울산업대학교, 신소재공학과) , 강계명 (서울산업대학교, 신소재공학과)

카본블랙을 충전제로 사용하여 전도성도료를 제작하였으며 충전제의 양과 그리고 도료가 도포된 두께에 따른 전기적 특성을 조사하였다. 충전제의 양이 많아질수록 박막의 저항값은 지수적으로 감소하였으며 박막의 두께가 증가함에 따라 저항값이 감소하였다. 이러한 박막내 충전제의 증가와 박막두께의 변화에 따른 전기전도도의 변화에 대해 조사하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 인체 감전 모델 연구를 위하여 카본블랙을 충전제로 사용하여 전도성 도료를 제작하였으며 이 도료의 전기적 특성에 대해 조사하였다. 분무기를 이용하여 전도성 도료 시편을 제작하여 도료 내의 충전제의 함량과 두께에 따른 저항값을 조사하였다.

제안 방법

기판으로는 75 25 mm 크기의 Slide glass를 사용하였으며 분무기를 사용하여 도포하였다. 두께를 조절하기 위하여 1회 도포 후 완전히 건조된 후 다음 도포를 진행하였다. 그림 1은 도포가 완료된 시편의 표면을 현미경을 사용하여 관찰한 결과이다.
박막 형성을 위해 분무기를 사용하여 1회 분사한 경우 약 20~30μm (오차범위 ±5μm)의 두께를 나타냈다. 본 연구에서는 최소 3회에서 최대 10회 분무하여 박막의 두께를 70μm에서 200μm로 변화시켰다. 그림4 (a)에서 볼 수 있듯이 두께가 70μm의 경우 측정된 지점마다 나타나는 저항값이 매우 불규칙하였으나 두께가 증가할수록 전 영역에 걸처 고른 저항값을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
본 연구에서는 인체 감전 모델 연구를 위하여 카본블랙을 충전제로 사용하여 전도성 도료를 제작하였으며 이 도료의 전기적 특성에 대해 조사하였다. 분무기를 이용하여 전도성 도료 시편을 제작하여 도료 내의 충전제의 함량과 두께에 따른 저항값을 조사하였다.
카본블랙을 충전제로 하는 전도성 도료를 제작한 후 충전에의 양과 도포된 박막의 두께 변화에 따른 저항값의 거동을 조사하였다. 충전제의 양이 증가함에 따라 저항값의 감소하였으나 점차 감소의 정도가 포화상태에 이르는 것을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

기판으로는 75 25 mm 크기의 Slide glass를 사용하였으며 분무기를 사용하여 도포하였다. 두께를 조절하기 위하여 1회 도포 후 완전히 건조된 후 다음 도포를 진행하였다.
박막의 두께변화에 대한 저항값의 거동을 조사하기 위해 카본블랙 12g 함유된 도료 (카본블랙 : Lacquer : Thinner = 12g:8g:40g)를 사용하였다. 박막 형성을 위해 분무기를 사용하여 1회 분사한 경우 약 20~30μm (오차범위 ±5μm)의 두께를 나타냈다.
전도성 도료는 충전제와 충전제를 고정시키는 Binder 그리고 충전제를 용해할 용해제로 이루어진다. 본 연구에서는 충전제로 카본블랙(평균입도 4μm)을 사용하였으며 Binder로는 Lacquer그리고 용해제로 Thinner를 사용하였다. 도료 제작을 위한 함유 비율을 표 1에 나타냈다.

데이터처리

제작된 시편의 저항값은 그림 2와 같이 5개의 지점을 각각 측정한 후 평균과 표준편차를 구하여 시편의 저항값으로 나타내었다. 저항측정은 ASTM F-43-93의 방법중 2단자법을 사용하여 측정하였다.

이론/모형

제작된 시편의 저항값은 그림 2와 같이 5개의 지점을 각각 측정한 후 평균과 표준편차를 구하여 시편의 저항값으로 나타내었다. 저항측정은 ASTM F-43-93의 방법중 2단자법을 사용하여 측정하였다.

성능/효과

Lacquer와 Thinner의 양을 일정하게 한 후 카본블랙의 양에 따른 저항값의 거동을 그림 3에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯이 카본 함량의 증가에 따라 저항값이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있으며 카본의 양이 증가함에 따라 저항값의 감소의 폭은 점차 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 도료 내의 카본블랙의 양이 계속 증가함에 따라 초기에는 저항값의 감소에 큰 영향을 미치지만 그 양이 매우 많아지면 도포된 도료의 내부에 포함될 수 있는 카본블랙의양이 포화상태에 이르기 때문에 증가된 양만큼 영향이 미치지 못하는 것으로 판단된다.
도포된 시편의 표준편차에 의하면 카본블랙의 양이 4g일 경우 약 45 Ω으로 매우 큰 것을 알 수 있지만 12g의 경우 그 표준편차값이 약 8 Ω으로 급격히 감소하는 것으로 보아 시편 전체에 매우 고르게 분포하고 있다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.
카본블랙의 양이 증가할수록 표준편차가 감소하는 것 역시 간접적인 증거로 고려된다. 박막의 두께의 증가에 따라 박막의 단면적이 증가하므로 저항값이 감소됨을 확인할 수 있었다.
카본블랙을 충전제로 하는 전도성 도료를 제작한 후 충전에의 양과 도포된 박막의 두께 변화에 따른 저항값의 거동을 조사하였다. 충전제의 양이 증가함에 따라 저항값의 감소하였으나 점차 감소의 정도가 포화상태에 이르는 것을 확인할 수 있었다. 이는 도료 내부에 전도체 역할을 하는 카본블랙의 양이 포화상태가 되는 것이 그 원인으로 판단된다.

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