전도성 잉크의 다단식 전류 열경화 시 물성 변화 및 열경화 메커니즘

Abstract

본 연구에서는 초기 저항이 높은 전도성잉크를 정전류 열경화법을 통해 열경화 시켰을 때 발생하는 열에 의한 손상을 보완할 수 있는 다단식 열경화 방법을 제안하였다. 새롭게 도입된 다단식 전류 열경화법은 전도성 잉크를 열경화 시키기 위해 전류를 점진적으로 증가시켜가며 줄열반응을 통해 열경화 시키는 방법이다. 동일 비저항의 샘플에 전기를 인가한다고 가정하였을 때, 정전류 경화법이 다단식 전류 경화법 보다 높은 전류를 경화 초기부터 공급하기 때문에 샘플에 높은 전력을 흘려 샘플을 손상을 야기 시킬 수 있다. 하지만 다단식 정전류 경화법은 낮은 전류부터 서서히 전류를 증가시켜가며 전도성 잉크를 열경화 시키기 때문에 정전류 경화법과는 달리 높은 초기저항의 전도성 잉크에도 안정적으로 전류를 인가하여 경화할 수 있다. 다단식 전류 경화법과 정전류 열경화법의 차이를 살펴보기 위해 실시간 비저항을 측정하였다. 경화 온도와 비저항의 관계를 살펴보기 위해 동일 시간동안 전류 공급조건을 달리하여 실험한 뒤, 2차원 열전도 방정식을 이용하여 각 경화 조건에 대한 온도를 계산하였고 가열로 경화법의 결과와 비교하였다. 더불어 위의 실험 조건에 대하여 동일시간 동안 전류 공급조건이 달라짐에 따라 발생하는 표면 입자구조를 차이를 살펴보기 위해 Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM)를 이용하여 단면 형상을 촬영하였다. 마지막으로 다단식 경화법의 메커니즘을 규명하기 위해 각 단에서의 비저항 변화와 표면 입자구조 변화를 살펴보았다. 본 연구를 통해 다단식 전류 경화법의 경화공정 중 전도성 잉크의 입자간 표면 형상 변화와 공급전류에 따른 소결 결과 변화를 살펴보았다. 또한 이러한 결과들을 통해 다단식 전류 경화법의 경화 메커니즘을 도출할 수 있었다.