바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")Nanotube Applied Research Center[연구 센터 디렉터 IIJIMA SUMIO] HATA KENJI 수석 연구원 및 슈퍼 성장 CNT 팀 연구원, ATA Seisuke, 일본 층 융합 연구소의 연구 및 개발 연구소의 새로운 재료 [Furukawa Naozumi 의장 (이하 Furukawa Naozumi] (이하 "TASC")바카라 규칙 벽 탄소 나노 튜브 (바카라 규칙 벽 CNT)및 피치 유형탄소 섬유 (CF)고무에 분산되어 25 w/mk에서 티타늄 금속과 비슷합니다열전도도개발되었습니다
통합으로 인한 전자 장치의 온도 상승에 대한 반응으로 금속 열 소산 재료와 장치 (열원) 사이의 소프트 충전높은 열전도율 (TIM :열 인터페이스 재료)에 대한 큰 수요가 있습니다 이번에는슈퍼 성장 방법고무에 분산되었고, 혼합물의 양을 약 20%로 유지하면서 기존의 열전도성 복합재의 양보다 낮으며, 25 w/mk의 높은 열전도율을 달성하는 데 성공했습니다 바카라 규칙 층 CNT 및 CF의 양은 작기 때문에 고무는 원래의 유연한 특성을 잃지 않고 자유롭게 구부릴 수 있습니다 (그림 1)
이 기술에 대한 자세한 내용은 AIST Open Lab 2011에서 도입 될 예정이며 2011 년 10 월 13 일과 14 일에 이바라키 주 츠쿠바시에서 개최됩니다
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그림 1 : 제작 된 A4 크기의 바카라 규칙 층 CNT/CF/고무 복합 재료
자유롭게 구부릴 수 있습니다 |
최근에는 잘 통과하는 부드러운 재료를 개발할 필요가있었습니다 예를 들어, 반도체 통합 회로 (LSI)를 사용하여 장치가 점점 작고 빠르게 발생함에 따라 생성 된 열 증가로 인한 온도 상승으로 인해 (1) 원래 성능을 수행 할 수없는 문제가 발생하고 (2) 반복 된 열 응력은 접합의 신뢰성을 줄이고 (3) 장치 수명을 단축시킵니다 열 전도성 (높은 열전도율)은 주로 열 소산 재료에 사용되지만 열원과 열 소산 재료는 단단한 재료이기 때문에 열 절연 층으로 작용하므로 열 절연 층으로 작용하므로 열 사이에 쉽게 삽입해야합니다
열 전도는 열 전도도가 낮은 폴리머로 만든 복합 재료의 열전도율을 향상시키기 위해 열 전도가 열 에너지가 전달되는 현상이기 때문에, 알루미나 및 알루미나 (Alumina)와 같은 다량의 열 전도성 필러는 복합재 재료에 추가되어야한다 결과적으로, 재료는 부서지기 쉬우거나 단단해져 기계적 특성이 악화되어 Tim을 실용적으로 사용하기가 어렵습니다
대조적으로, CF와 같은 탄소 재료는 최근 몇 년 동안 열 전도성 충전제로서 주목을 끌고있다 특히, 피치 기반 CF는 약 1000 w/mk의 높은 열전도율을 가지며, 이는 복합 재료의 열 전도도를 크게 증가시킨다 그러나 CF는 단단하고 선형적인 재료이기 때문에 성형 점도, 손잡이, 경화 및 표면에 수직 인 방향의 열전도율을 향상시키지 않는 것과 같은 TIM 응용의 가장 중요한 문제와 같은 문제가 필요하며 개선이 필요했습니다
또한 AIST에는 점탄성 CNT (Aisotech Press 발표 2010 년 12 월 3 일)는 개발되었지만이 재료는 스폰지와 같고 접착력이 좋지 않으며 열전도율이 충분하지 않으므로 TIM 응용 분야를위한 완전히 새로운 재료를 개발해야했습니다
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| 그림 2 : 고열 전도성 물질의 중요성 |
CNT는 다이아몬드 (1000-2000 w/mk) 및 cf보다 우수한 열전도도를 가진 재료로 생각됩니다 또한 바카라 규칙 계층 CNT는 중량 당 표면적이 매우 큽니다 (1000m2/g ~), 직경은 몇 nm에서 얇아서 부드럽고 변형하기 쉽습니다 이러한 이유로부터, 바카라 규칙 층 CNT와 엘라스토머 (탄성 재료), 고무 및 열가소성 엘라스토머를 결합함으로써, 이는 열전도율이 높은 유연한 재료를 생성 할 것으로 예상된다
AIST는 바카라 규칙 계층 CNT의 합성 기술로서 슈퍼 성장 방법을 확립했으며 응용 프로그램을 개발하고 있습니다 이번에는 TASC와 협력하여 우수한 열전도율을 갖는 고무 복합 재료를 개발하려고 시도했으며, 이는 기존 재료와 바카라 규칙 계층 CNT의 융합 및 실제 적용을 촉진합니다
이 연구는 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직 (NEDO)의 "저탄소 사회를 실현하기위한 혁신적인 탄소 나노 튜브 복합 재료 개발 프로젝트"(NEDO)에서 수행되었습니다
CF와 바카라 규칙 층 CNT는 열전도율이 높지만 구조는 완전히 다릅니다 CF의 직경은 10 마이크로 미터 (µm)이며 두껍고 선형이 매우 높습니다 한편, 슈퍼 글로싱 방법에 의해 생성 된 바카라 규칙 층 CNT (SG-CNT)는 약 3 nm (합성 될 때 방향을 향한 구조)의 직경을 가지며, 비교적 자유롭게 구부릴 수있는 특징이있다 특히, SG-CNT는 여러 mm의 길이로 성장하고 서로 얽혀있는 부피가 큰 네트워크를 형성 할 수있다
구조는 이러한 탄소 재료의 특성을 활용하여 제어되었습니다 먼저, SG-CNT는 길이를 유지하면서 메쉬 모양으로 퍼지는 네트워크 구조를 형성하는 특수한 방법으로 분산되었다 결과적으로, 바카라 규칙 층 CNT가 부피가 커집니다 기본 재료 인 피치 기반 CF 및 고무 재료는 이러한 방식으로 분산 된 바카라 규칙 계층 CNT에 첨가되었고, 필름 같은 성형 기사는 균일하게 분산되고 성형되었습니다 필름 두께는 100 µm에서 2000 µm 사이로 조정될 수 있습니다
CF 및 바카라 규칙 층 CNT의 조성을 변화시키는 동안 샘플을 제조하였고, 열 확산 성, 밀도 및 열 용량을 측정하고, 이들 결과로부터 열 전도도를 측정 하였다 예를 들어, 바카라 규칙 레이어 CNT (4% 중량) 및 피치 기반 CF (18%)를 함유하는 플루오로 루버 복합 재료의 열전도율 열 전도도를 측정하고 평면 내 방향으로 25 w/mk 및 평면에 수직 방향으로 2 w/mk를 나타냈다 (플루오로 루버 단독의 열 전도도는 02 w/mk) 이 열 전도도는 티타늄 (17 w/mk)과 크롬 강 (19 w/mk)보다 크며 알루미나 (29 w/mk)에 더 가깝습니다 비교 예로서, CF의 20 중량%를 함유하는 샘플의 열 전도도는 평면 내 방향으로 약 5 w/mk이고 평면에 수직 방향으로 02 w/mk 였으므로, 바카라 규칙 층 CNT의 중량에 의해 약 5%를 추가함으로써 열전도율을 크게 향상시킬 수있다 또한, 다층 CNT가 바카라 규칙 층 CNT의 대체물로 첨가 될 때, 열 전도도는 절반 미만으로 감소 하였다
바카라 규칙 층 CNT를 사용한 높은 열전도율의 이유는 구조적 관찰에서 CFS 사이에 부피가 큰 바카라 규칙 계층 CNT 네트워크가 도입되어 CFS의 열전도율을 연결 한 것으로 추정됩니다 또한, 바카라 규칙 계층 CNT가 첨가 될 때, CF는 복합 재료에 균일하게 분포되었으며, CNT 메쉬가 CF의 균일 한 분산에 기여하는 것으로 밝혀졌다 또한, 바카라 규칙 층 CNT는 복합 재료에 균일하게 분포되어 표면에 수직 인 방향으로 열 전도도가 향상됩니다 따라서, CF 및 바카라 규칙 계층 CNT를 혼성화함으로써, 우리는 열전도율이 높은 재료를 성공적으로 개발했다
비슷한 사양을 갖는 복합 재료와 비교하여, 열 전도성 첨가제의 분산량은 이전 모델의 1/2보다 이전 모델의 1/3보다 낮게 유지 될 수있다 따라서, 재료의 손상과 경화의 효과는 작았으며, 우리는 기본 재료가 본질적으로 가지고있는 고무 특성을 유지하는 데 성공했습니다 또한, 아래 그림과 같이, 이번에 개발 된 열 전도성 고무는 비슷한 열전도율을 갖는 재료보다 밀도가 낮으므로 가벼워 질 것으로 예상된다
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그림 3 CF와 바카라 규칙 레이어 CNT가있는 경우 만있는 경우
복합재에서의 바카라 규칙 레이어 CNT 스프레드는 열전도율을 향상시킵니다 |
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그림 4 : 각 물질의 열전도율과 밀도의 관계
이번에 개발 된 재료는 밀도가 낮고 전도도가 높습니다 |
고 화부 바카라 규칙 계층 CNT와 열전 전도성 CF 및 기타 탄소 및 금속 재료를 결합함으로써, 우리는 추가 팀을 개발하기 위해 노력하고 궁극적으로 100 w/mk 이상의 열전도율을 갖는 재료를 개발하는 것을 목표로합니다 또한 파트너 회사를 모집하여 실용적으로 사용하도록 도와 줄 계획입니다