그래핀을 이용한 열전도성 소재의 합성 및 특성 평가 = The synthesis and evaluation of thermal conductivity material of using Graphene
저자
발행사항
서산 : 한서대학교 대학원, 2018
학위논문사항
학위논문(박사)-- 한서대학교 대학원 : 신소재공학과 2018. 8
발행연도
2018
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
충청남도
형태사항
173 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 오원춘
UCI식별코드
I804:44015-200000109229
소장기관
The purpose of this study is to develop a thermal conductive additive material in comparison with ZnO, which is a thermal conductive additive used in the past, and whether Graphene is suitable as a thermally conductive additive for thermal conductive grease. In addition, ZnO-Graphene, which is a composite of ZnO and Graphene, is also evaluated as a thermal conductive additive.
Chapter 1 identified the definition and development background of Graphenes, physical properties, synthesis methods, and the properties, applications, and development of heat conductivity additives. Chapter 2. discusses the manufacturing process of Graphene and the advantages and disadvantages of each manufacturing method. The composition, characteristics, manufacturing method, test method and test conditions of the grease are checked. Using Graphene, ZnO and ZnO-Graphene as thermal conductive additive, we made each grease to check XDR, FT-IT, thermal conductivity, thermal diffusivity, DSC, SEM and check whether Graphene can be used as additive for thermal conductive grease. .
The results of DSC analysis show that there is no rapid change in temperature value between 0 and 100 ℃ in thermally conductive grease using Graphene, ZnO and ZnO-Graphene. Respectively. It can be used at 0 ~ 100 ℃ without any abnormality. The XRD, FT-IR results confirmed that peaks of the same size were found and that the grease used in the experiment was made up of the same structure. In the thermal conductivity, the thermal conductivity increased with the increase of Graphene content in the thermally conductive grease using Graphene. In the case of the thermal conductive grease using ZnO, the thermal conductivity increased as the content of ZnO increased. However, The thermal conductivity of Graphene was also less than the increase. The thermal conductivity of ZnO-Graphene was also increased with increasing ZnO-Graphene content, but the increase was not greater than that of Graphene-based thermally conductive grease. The thermal conductivity of the thermally conductive grease using Graphene increased as the temperature increased. However, the thermal conductivity of the thermally conductive grease using ZnO decreased as the temperature increased. The thermal conductivity of ZnO-Graphene-based grease decreased with increasing temperature but decreased less than that of ZnO-based thermally conductive grease. The thermal diffusivity was found to increase with increasing the content of Graphene, ZnO and ZnO-Graphene in the thermally conductive grease using Graphene, ZnO and ZnO-Graphene, respectively. However, the thermal diffusivity of the thermal conductive grease using Graphene increased with increasing the content of Graphene, and the thermal diffusivity of the thermal conductive grease with ZnO and ZnO-Graphene was also lower than that of the thermal conductive grease using Graphene. As for the temperature effect, the thermal conductivity decreases when the temperature rises in the case of the thermally conductive grease using ZnO and ZnO-Graphene. The singularity shows that the thermal diffusivity of the thermally conductive grease using Graphene decreases at 0 ~ 70 ℃ but increases at 70 ℃
Graphene-based thermal conductive grease has higher than that of conventional and lower thermal conductivity than conventional ZnO, indicating that it is suitable as an additive for thermal conductive grease. If the degree of heat transfer is increased, heat from the area of use will be transferred, easy to release, and stable to prevent malfunction of the highly coupled electronic device and deterioration of the substrate
열전도성 그리스에 열전도성 첨가제 소재로 Graphene이 적합한지 여부와 기존에 사용중인 열전도성 첨가제 소재인 ZnO과 비교하여 열전도성 첨가제 소재 개발에 목적 두고 있다. 또한 ZnO와 Graphene을 합성하여 만든 ZnO-Graphene도 열전도성 첨가제로 적합여부를 판단하고자 한다.
Chapter 1. 에서는 열전도성 첨가제로 Graphene의 정의와 개발 배경, 물리적 성질, 합성 방법 등을 확인하고, 열전도성 그리스의 특성과 응용, 개발 등을 서술하였다. Chapter 2. 에서는 Graphene의 제조 방법과 각 제조방법마다의 장단점을 알아본다. 그리고 그리스의 조성, 특성, 제조 방법, 시험 방법, 시험 조건 등을 확인한다. Graphene, ZnO, ZnO-Graphene을 열전도성 첨가제로 사용하여 각각의 그리스를 만들어 XDR, FT-IT, 열전도도, 열확산도, DSC, SEM을 확인하여 Graphene이 열전도성 그리스의 첨가제로 사용가능 여부를 확인하였다.
DSC의 분석한 결과는 Graphene, ZnO, ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스에서 0~100℃사이 칼로리 변화가 급격하게 나타나는 부분이 없으므로 사용온도에서 상변이, 탄화 등 변화가 없음을 확인하였다. 이는 0~100℃에서 이상현상없이 사용 가능한 것으로 나타났다. XRD, FT-IR 결과는 동일점과 동일크기의 Peak가 확인되어 실험에 사용된 그리스는 동일 구조로 이루어짐을 확인하였다. 열전도도에서는 Graphene을 이용한 열전도성 그리스에서는 Graphene의 함량이 올라갈수록 열전도도가 증가하는 것으로 결과가 나타났고, ZnO를 이용한 열전도 그리스에서는 ZnO의 함량이 증가함에 따라 열전도도는 증가하였으나, Graphene의 열전도도 증가분에는 못 미치는 결과가 나타났다. ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스에서 역시 ZnO-Graphene의 함량이 증가함에 따라 열전도도는 증가하였으나, 증가 폭은 Graphene을 이용한 열전도성 그리스보다 크지는 않았다. 온도영향으로는 Graphene을 이용한 열전도성 그리스 경우 온도가 상승하면 열전도성 또한 증가하였으나 ZnO를 이용한 열전도성 그리스는 온도가 상승함에 따라 열전도가 감소하는 것으로 나타났다. ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스는 온도가 상승함에 따라 열전도도가 감소하였으나 ZnO를 이용한 열전도성 그리스보다 감소량을 적었다. 열확산도의 경우는 각각 Graphene, ZnO, ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스에서 Graphene, ZnO, ZnO-Graphene의 함량이 올라갈수록 열확산도가 증가하는 것으로 결과가 나타났다. 다만, Graphene를 이용한 열전도성 그리스에서는 Graphene의 함량이 증가함에 따라 열확산도의 증가폭이 컸으며, ZnO, ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스의 열확산도 증가분에는 Graphene을 이용한 열전도성 그리스의 열확산도 보다 낮았다. 온도영향으로는 ZnO, ZnO-Graphene을 이용한 열전도성 그리스 경우 온도가 상승하면 열전도는 감소한다. 특이점은 Graphene을 이용한 열전도성 그리스의 열확산도가 0 ~ 70℃에서는 감소하나 70℃ 이후 구간에서는 열확산도가 증가하는 것으로 나타났다.
Graphene을 이용한 열전도성 그리스의 경우 기존의 ZnO에 비해 열전도도가 높고 열확산도 역시 낮아 열전도성 그리스의 첨가제로서 적합함을 보여준다. 열전도도 증가하면 사용부위의 열을 전달, 방출에 용이하고 고집접화된 전자기기의 오작동 및 기판 열화 등을 방지하여 안정적으로 사용 가능할 것으로 판단된다.
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