코어-쉘 구조의 하이브리드 필러를 이용한 3차원 구조의 전기 및 열 전도성 고분자 복합소재 개발

Abstract

본 연구에서는 퍼컬레이션 이론(Percolation Theory)를 바탕으로 Graphene, Hexagonal Boron Nitride (h-BN), Alumina 등 다양한 필러소재를 Core-shell 형태로 제조하고, 이를 활용해 High-Density Polymethylene (HDPE), Polydimethylsiloxane (PDMS) 고분자 매트릭스에 분산시켜 3차원 퍼컬레이션 구조를 가지는 전기 및 열 전도성 고분자 복합소재에 대한 제조 방법 및 이들의 특성에 대해 분석하였다. 복합소재의 구조적 특성, 열적 특성, 전기적 특성 등에 대해 분석하였고, 고분자/그래핀 복합소재는 고분자 Core에 직접박리법으로 제조된 Graphene (Direct Exfoliated Graphene)을 코팅하고 이를 고분자 복합소재로 제조하였다. 제조된 복합소재는 Ex-g가 30 wt% 충진되었을 때 112.3 S/m의 전기전도도와 1.42 W/mK의 열전도도를 갖는 것을 확인하였다. Alumina/h-BN 하이브리드 필러를 이용한 복합소재는 Acoustic Mixer와 무기바인더를 이용해 Core-shell 형태의 전구체를 제조하고, 이를 활용해 3차원 퍼컬레이션 구조의 열전도성 고분자 복합소재를 제조하였다. Core-shell 구조의 Alumina/h-BN를 이용한 복합소재는 최종적으로 수직방향 열전도도 7.11 W/mK으로 고방열 특성을 가지는 것을 확인하였다. 각 재료의 다양한 활용 방법에 대한 연구는 지속적으로 필요하다.