碳納米管散熱片的制作方法

專利名稱：碳納米管散熱片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用凹版印刷涂敷了碳納米管(CarbonNanoTube，簡稱CNT)溶液的高分子面狀散熱片，更詳細地涉及一種作為基于凹版印刷的面狀散熱體，在雙軸拉伸的透明PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優秀的碳納米管油墨，從而能在短時間內提升溫度，沒有折斷或發生火災的危險性，耗電少的面狀散熱片。
背景技術：
普通的汽車座椅利用薄的電導線通過瞬間性高電流將溫度提升，通過利用溫度傳感器或雙金屬的時而接通時而斷開電流的方式維持規定溫度。然而，上述的產品由于存在斷路引起的運行中斷現象或以電導線為中心發生高溫現象，導致熱量向周邊流出產生熱損失，由于手動進行電線的排列工作，因而存在根據不同產品其散熱均勻度下降的問題。用于汽車的面狀散熱體的制作需要符合12Volt (伏特)，但用現有碳漿制作的情況下，為了防止局部溫度上升而需要制作成網狀，用作電極的銀漿也由于隨著距離而發生變化的電阻和碳漿與銀漿間的斷路而使用四個以上導線，這最終導致產品的大小受限。因此，現有產品具有難以在12Volt的條件下制作成250mmX 300mm以上的面狀散熱體，不均勻的溫度上升會導致散熱耐久性下降的缺陷。圖1是表示現有熱線散熱體的加熱機制的圖，由于被加熱體與散熱線的接觸面為局部性，因而對被加熱體的傳熱效率降低，升至最高溫度的升溫時間也緩慢。圖4是普通碳的電網結構圖。普通碳只有在使碳和金屬在粘結劑中部分混合之后粒子間發生接觸的情況下才會通電，據此在粒子間發生短路的情況下，電集中在未發生短路的特定部位導致產生高溫現象，由于累積的能量而發生短路。由于利用普通導電性碳的電阻漿料具有作為碳的特性的負㈠的電阻溫度系數， 因而反復使用時會致使電阻數值降低而難以確保可靠性。并且，由于金屬性物質具有正(+) 的電阻溫度系數，因而反復使用時會致使電阻數值升高而難以確保可靠性。韓國實用新型授權第207322號揭示了一種具有散熱功能的汽車座椅，其特征在于，利用由經紗排列而織造的棉紗或天然纖維和以與棉紗或天然纖維相同的方向進行配置并以規定間隔隔開地進行配置的方式織造的銅線以及在棉紗或天然纖維上涂敷碳而用緯紗織造的散熱紗進行織造，由以能夠在規定溫度范圍內接通/關閉的方式附著于在上下面形成聚氨酯涂敷層的散熱板體上的溫度傳感器構成，銅線的端子具有與車輛用電源連接的連接端子。韓國實用新型授權第300692號揭示了一種基于絲網印刷的面狀散熱體，該基于絲網印刷的面狀散熱體作為一種基于絲網印刷的通常的面狀散熱體，在由合成樹脂材料形成的板狀底板上面形成為以多級結構相互交錯排列的多個階梯形狀的碳漿和涂敷于碳漿外周面的一側部分或整個外周面，能夠使陰電極和陽電極交錯地交互形成而傳遞電極的多個銀漿相互連接結合，在碳漿和銀漿的上面覆蓋規定厚度和寬度的薄層而涂敷固化從而具有絕緣性的合成樹脂材料和用粘結成分和粘附成分涂敷的收尾板層壓安裝。韓國實用新型授權第644089號揭示了一種內置有散熱線的汽車座椅及椅背用部件，其設置于汽車座椅及椅背內部，由座椅加熱墊和座椅加熱椅背構成，其分別由以平面方式設置于具有規定形態的耐熱性部件的散熱線構成，各個散熱線為了防止體重導致的斷開而通過接線塞孔結合，與座椅加熱墊散熱線的另一側結合從而具有電阻值隨著散熱線的溫度上升而下降的負特性的負溫度系數(Negative Temperature Coeff icient，簡稱NTC)，電子控制單元(Electronic Control Unit，簡稱ECU)與NTC的一側結合，上述汽車座椅及椅背用部件具有與ECU的一側及NTC的另一側結合的可變電阻多級調節器，電源根據NTC及可變電阻多級調節器的電阻值連續地接通/關閉(ON-OFF)。在現有技術中利用熱線、碳等作為散熱體，但沒有將碳納米管用作散熱體的例子。

發明內容
技術課題本發明的目的在于提供一種將碳納米管用作散熱體的碳納米管散熱片。解決課題的手段本發明為了達成上述目的，提供一種包括由碳納米管構成的散熱層的散熱片。本發明的特征在于，使用利用了碳納米管(Carbon Nano Tube，簡稱CNT)溶液的面狀散熱體，從而解決在現有碳漿中發生的溫度上升致使電阻增加而導致板狀的合成樹脂的形狀發生變化以及局部的電阻變化引發火災的問題，為了用作汽車散熱織物，在不利用作為另行設置的過電流防止裝置的ECU等部件的情況下，利用碳納米管材料的正溫度系數 (Positive Temperature Coefficient, PTC)效果在初始溫度上升后維持均衡的溫度。并且，使用雙軸拉伸的PET或OPS防止織物在薄膜散熱時收縮或膨脹，以防止電阻發生變化。本發明的特征在于，在用于汽車用途的12Volt條件下快速達到目標溫度之后，利用即使沒有雙金屬等溫度調節器也能夠根據PTC性質維持均勻溫度的碳納米管溶液。碳納米管與呈現有板狀結構的碳漿不同，由于呈長發絲結構，因而是沿著發絲結構的水平方向順利通電的物質。并且，采用發絲一根一根纏在一起連接的結構使得電易流通的原理，因而即使在彎曲的狀態，電阻變化也不大。在用作汽車用座椅加熱器的情況下，臀部的摩擦或重力會導致加熱器彎曲，現有產品中的最大問題是電阻變化，然而本發明產品不發生電阻變化。在本發明中，在形成電極層的銀漿上印刷碳納米管，并不額外需要防氧化層。銀漿具有出色的氧化能力，因而現有產品需要涂敷進行絲網印刷后涂敷固化了的絕緣性合成樹脂。碳納米管作為由六個碳原子形成的六邊形相互連接形成冠狀的新材料，形態為由六個碳原子形成的六邊形連接形成的冠狀。冠的直徑僅為幾納米至幾十納米，故稱之為碳納米管。電導率與銅類似，導熱率相當于在自然界導熱率最高的金剛石，剛度比鋼鐵強100 倍。碳纖維只變形也會折斷，而碳納米管則耐于15%變形。本發明能夠將摻雜了金屬的碳納米管用作碳納米管。適用金屬-碳納米管的漿料的電阻溫度系數幾乎為零，即使反復使用也不會致使電阻數值發生變化，因而容易確保可靠性。在碳納米管中摻雜金屬，從而能夠體現正溫度系數(PTC)熱敏電阻的性質的同時，使得電流流動性變好。在本發明中，用于在碳納米管中摻雜的金屬能夠使用銀、銅等，但從電導率及與電極的相容性層面出發時優選為銀。本發明第一實施方式的散熱片自上而下由基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、 薄膜層、粘結劑層、保護材料層構成。本發明第二實施方式的散熱片自上而下由基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、 薄膜層、粘結劑層、絕熱材料層構成。優選地，在本發明中，在碳納米管散熱層的兩個側面形成銅薄膜層。能夠通過使用導電性良好的銅箔使得電流流動更加順暢。在使用銅箔的情況下，能夠解決在現有面狀散熱體上發生的溫度分布不均勻的現象。在本發明中，在銅薄膜層與電極層之間能夠使用導電性粘結劑。使用導電性粘結劑能夠使銅薄膜層與電極層間的接觸電阻最小化，由此能夠預防銅薄膜的破損引起銅薄膜層和電極層的折斷。在本發明中，基材薄膜層和薄膜層通過使用經阻燃處理的薄膜，能夠賦予阻燃等級為3級以上的阻燃性。本發明的碳納米管散熱片能用于側視鏡、座椅加熱器、座椅墊、電熱墊等各種用途。發明效果本發明的碳納米管散熱片由于散熱面積大，因而對被加熱體的傳熱效率優秀，升至最高溫度的升溫時間也快，由于具有以發絲結構相互纏在一起的結構，因而耐于長期使用的耐久性出色，在分子結構上即使發生局部短路也因接觸點較多而沒有發生短路或火災的危險性，即使在粒子不粘附在一起而保持某種程度距離的情況下也因與纖維狀結構類似而能維持有通電的電網現象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發揮出同等以上的性能，保持電穩定性。并且，在碳納米管摻雜金屬的情況下，電阻溫度系數幾乎為零，在反復使用時也不會致使電阻數值發生變化，因而容易確保可靠性，能夠以不斷開的電網效果防止集熱現象引起的短路，發揮出正溫度系數熱敏電阻性質。


圖1是表示現有熱線散熱體的加熱機制的圖；圖2是表示碳納米管散熱體的加熱機制的圖；圖3是表示碳納米管的摻雜過程的圖；圖4是普通碳的電網結構圖；圖5是碳納米管的電網結構圖；圖6是本發明第一實施方式的碳納米管散熱片的剖視圖；圖7是本發明第二實施方式的碳納米管散熱片的剖視圖。圖8是本發明的碳納米管散熱片的俯視圖。附圖標記說明10基材薄膜層20 電極層30碳納米管散熱層 40銅薄膜層
50薄膜層60粘結劑層70保護材料層80絕熱材料層
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明進行詳細說明。圖2是表示碳納米管散熱體的加熱機制的圖，相對圖1而言，被加熱體與散熱層的接觸面遍及整個面，因而對被加熱體的傳熱效率優秀，升至最高溫度的升溫時間也快。圖3是表示碳納米管的摻雜過程的圖，呈現碳納米管與金屬原子的化學結合特性。如果用酸處理碳納米管，如圖3的第一圖所示，會在碳納米管的末端形成官能團，如果在該官能團涂敷金屬，如圖3的第二圖所示，金屬離子會與碳納米管的末端官能團進行化學結合。圖3的第三圖是摻雜有金屬的碳納米管粉末的示意圖。適用于金屬-碳納米管的漿料的電阻溫度系數幾乎為零，即使反復使用也不會致使電阻數值發生變化，因而容易確保可靠性。這種效果不能簡單地靠具有負的電阻溫度系數的碳和具有正的電阻溫度系數金屬的混合來實現，而是在碳納米管表面化學結合的金屬粒子來體現出如上所述的特性。圖5是碳納米管的電網結構圖，在碳納米管摻雜金屬的情況下，能夠通過不會斷開的電網效果來防止如圖4所示在使用普通碳時出現的反復的集熱現象引起的短路。碳納米管即使在粒子不粘附在一起而隔開某種程度的距離的情況下也因與纖維狀結構類似維持通電的電網現象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發揮出同等以上的性能，并保持電穩定性。碳納米管具有以發絲結構相互纏在一起的結構，因而耐于長期使用的耐久性出色，在分子結構上即使發生局部短路也因存在很多相連接的接觸點(Contact Point)而沒有發生短路或火災的危險性。圖6是本發明第一實施方式的碳納米管散熱片的剖視圖，該碳納米管散熱片自上而下由基材薄膜層10、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50、粘結劑層60 及保護材料層70構成。基材薄膜層10作為電極層20的印刷基材，能夠使用雙向拉伸的(雙軸拉伸)聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)薄膜或定向聚苯乙烯(Oriented Polystyrene, OPS)薄膜，其厚度為100 μ m以下。能夠將雙軸拉伸PET或雙軸拉伸OPS用作基材來用于散熱至160°C的產品，并且，能夠另行對基材薄膜層10進行阻燃處理來確保3 級的阻燃等級。電極層20為用銀漿進行圖案印刷的層，印刷寬度窄于基材薄膜層10。能夠根據銀漿電極間的間隔、寬度調節電流的流動來決定碳納米管的散熱溫度上升時間和維持時間。碳納米管散熱層30為用碳納米管油墨進行印刷而干燥的層，碳納米管油墨為由丙烯酸等的粘結劑、分散劑、穩定劑組成的具有粘性的凹版印刷用油墨，通過進行凹版印刷形成圖案。碳納米管在制作存在透明性要求的散熱體的情況下，利用單壁碳納米管 (Single-Walled Carbon Nano Tube, SWCNT)或薄的多壁碳納米管(Thin Multi-Walled Carbon Nano Tube, Thin MWCNT)，在可以不透明的情況下使用多壁碳納米管(Multi-WalledCarbon Nano Tube, MWCNT) 0在碳納米管摻雜金屬，從而能夠發揮出正溫度系數熱敏電阻 (PTC)性質，使得電流流動性變好。能夠通過調節碳納米管的濃度、涂敷厚度來決定散熱體的Ifi^PiUii (Saturated Temperature)。銅薄膜層40是將銅薄膜層疊于碳納米管散熱層30的兩個側面的層。能夠使用導電性優秀的銅箔使得電流流動更加順暢。即使不使用銅也不成太大問題，但如果使用銅箔， 就能夠解決在現有面狀散熱體上發生的溫度分布不均勻的現象。并且，為了使銅薄膜層40 的銅部位與電極層20的銀漿間的接觸電阻最小化，能夠使用導電性粘結劑，這是為了防止銅薄膜層40的破損導致銅薄膜層40和電極層20的折斷。薄膜層50是用于保護電極層20和碳納米管散熱層30等的層，使用與基材薄膜層 10相同的薄膜進行熱熔疊層。粘結劑層60能夠使用丙烯酸類、氨酯類、環氧類粘結劑等。保護材料層70作為用于保護粘結劑層60的層，是對保護薄膜或保護紙進行疊層而制成。圖7是本發明第二實施方式的碳納米管散熱片的剖視圖，該碳納米管散熱片自上而下由基材薄膜層10、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50、粘結劑層60 及絕熱材料層80構成。基材薄膜層10、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50及粘結劑層60與圖6的碳納米管散熱片相同，并呈用絕熱材料層80來替代保護材料層70進行層壓的結構。絕熱材料層80作為用于防止熱量向下部流失的層，能夠使用聚氨酯 (Polyurethane，PU)、發泡性聚苯乙烯(Expandable Polystyrene, EPS)、發泡性聚丙烯 (Expandable Polypropylene, EPP)等的絕熱材料。圖8是本發明碳納米管散熱片的俯視圖，由于以鋸齒形大面積地對碳納米管散熱層30進行印刷，因而其散熱面積增大，由此能量傳遞效率得以提高。圖8中所示的電極層 20、碳納米管散熱層30及銅薄膜層40的圖案僅作為一個例子，能夠對其進行各種變更。產業上的可利用性本發明涉及一種采用凹版印刷涂敷了碳納米管(CarbonNanoTube，簡稱CNT)溶液的高分子面狀散熱片，更詳細地涉及一種作為基于凹版印刷的面狀散熱體，在雙軸拉伸的透明PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優秀的碳納米管油墨，從而能在短時間內提升溫度，沒有折斷或發生火災的危險性，耗電少的面狀散熱片。本發明的碳納米管散熱片由于散熱面積大，因而對被加熱體的傳熱效率優秀，升至最高溫度的升溫時間也快，由于具有以發絲結構相互纏在一起的結構，因而耐于長期使用的耐久性出色，在分子結構上即使發生局部短路也因接觸點較多而沒有發生短路或火災的危險性，即使在粒子不粘附在一起而保持某種程度距離的情況下也因與纖維結構類似而能維持通電的電網現象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發揮出同等以上的性能，保持電穩定性。并且，在碳納米管摻雜金屬的情況下， 電阻溫度系數幾乎為零，即使在反復使用也不會致使電阻數值發生變化，因而容易確保可靠性，能夠以不斷開的電網效果來防止集熱現象引起的短路，體現出正溫度系數熱敏電阻性質。
權利要求
1.一種散熱片，其特征在于，包括由碳納米管構成的散熱層。
2.根據權利要求1所述的散熱片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、薄膜層、粘結劑層、保護材料層。
3.根據權利要求1所述的散熱片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、薄膜層、粘結劑層、絕熱材料層。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的散熱片，其特征在于，碳納米管為摻雜了金屬的碳納米管。
5.根據權利要求4所述的散熱片，其特征在于，金屬為銀。
6.根據權利要求2或3所述的散熱片，其特征在于，在碳納米管散熱層的兩個側面形成銅薄膜層。
7.根據權利要求6所述的散熱片，其特征在于，在銅薄膜層與電極層之間使用導電性粘結劑。
8.根據權利要求2或3所述的散熱片，其特征在于，基材薄膜層和薄膜層為雙軸拉伸薄
全文摘要
本發明涉及一種基于凹版印刷的面狀散熱體，更詳細地，本發明提供如下的面狀散熱片在雙軸拉伸的透明PET或OPS薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優秀的碳納米管油墨，從而能在短時間內提升溫度，沒有折斷或發生火災的危險性，耗電少。
文檔編號H05B3/14GK102318438SQ201080008123
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月17日 優先權日2009年2月17日
發明者芮圣勛, 鄭龍培, 金宗范 申請人:樂金華奧斯有限公司