흑연 나노입자를 이용한 나노 냉각제의 제조방법 document_id A220623014686

본 발명은 흑연 나노입자를 이용한 나노 냉각제의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리 피롤 나노입자의 탄화 과정을 통해 흑연 나노입자를 제조하고, 이를 산소 플라즈마 표면처리하여 상기 흑연 나노입자의 표면에 극성 관능기를 도입하고, 이를 극성 용매에 분산시키는 흑연 나노입자를 이용한 나노 냉각제의 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 나노재료는 1 ~ 100 나노미터 정도 크기의 기능을 가지는 소재로서, 크기 면에서는 분자와 덩어리 고체의 중간 상태에 해당하는 물질이라 할 수 있다. 상기 나노재료는 분자상태나 덩어리 고체 상태에서는 볼 수 없는 새로운 전자적, 자기적, 광학적, 전기적인 성질들이 나타나게 되며, 이와 같은 현상을 양자 크기 효과(quantum size effect)라 한다. 금속, 금속 산화물, 무기 재료, 유기 고분자 재료를 이용한 나노재료의 제조에 관한 연구가 지속적으로 행하여져 왔으며, 이는 새로운 성질을 이용하여 다양한 신소재를 개발하려는 목적이 있기 때문이다. 그 결과, 수 나노미터 크기의 금속, 무기계 반도체 나노입자를 제조하는 방법이 다양하게 발표되어왔으며, 산업적 응용이 활발히 연구되고 있다. 하지만 유기 고분자 나노재료의 경우, 금속 및 무기계 반도체 나노입자에 비해 제조공정이 상대적으로 복잡하여 응용 범위가 한정되어 왔던 것이 사실이다. 최근 들어, 나노 기술 적용에 대한 관심이 커지면서 나노섬유, 나노튜브와 같은 1차원적인 전도성 나노구조물질에 대한 연구가 활발하게 진행되었다. 이들은 전기/전자 장치, 화학/바이오 센서, 전자기파 차폐 물질, 그리고 금속 부식 방지제와 같은 다양한 분야에 그 응용 가능성을 가지고 있다. 이와 같은 다양한 응용 분야에 있어서, 나노 크기의 높은 열전도도를 갖는 물질을 물 또는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycole)에 분산시켜 유체의 열전도도를 상승시키는 연구는 수 년 간 꾸준히 연구되어 왔다. 이중, 상기 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube:CNT)는 높은 열전도도(~2000 W/mK)를 갖는 물질로 알려져 있으며, 이를 이용하여 유체의 열전도도 상승 효과를 고찰한 보고가 J. Appl. Phys. 2003년에 개시되었다. 상기 탄소 나노튜브는 그 탁월한 열전도도 특성으로 나노 유체의 개발에 이용될 수 있으나, 그 가격이 비싸기 때문에, 대량 생산하는데에는 많은 한계가 있다. 또한, 상기 탄소 나노튜브는 표면이 무극성 성격을 띠기 때문에 이를 부동액에 많이 사용되는 극성 용매인 물, 또는 에틸렌 글리콜에 분산시키기 위해서는 추가적인 처리가 필요하다. 즉, 산 처리 등의 화학적 처리와, 계면 활성제 등 첨가제의 도입이 추가 처리의 대표적인 예이나, 이도 많은 문제점을 갖고 있다. 예를 들어, 상기 탄소 나노튜브의 화학적 처리는 탄소 나노튜브의 모양을 변화시키는 등 탄소 나노튜브의 물리적 화학적 변형을 일으킬 수 있고, 따라서 탄소 나노튜브에 의한 열전도도 상승 효과도 크게 저하될 수 있다. 또한, 화학적 처리는 지루한 공정으로 대량생산에 적용 시 시간과 비용이 많이 소비되는 바, 특히 산 처리의 경우를 예로 들게 될 경우, 황산과 질산의 혼합 용액인 왕수에 120℃의 고온에서 1일 정도 처리 해야 하며, 또한 산 처리된 최종 탄소 나노튜브를 얻기 위해서 pH를 천천히 올려 가며 1 ~ 2일 정도 추가 처리 시간이 필요하다. 만약에 산 처리 후 탄소 나노튜브를 갑자기 중성용액이나 약 염기 용액에 집어 넣으면 pH 쇼크를 받아 산 처리 한 것이 무용지물이 될 뿐 아니라, 탄소 구조의 심각한 변형을 야기시킨다. 또한, 파우더(powder) 상의 탄소 나노튜브를 얻기 위해서는 건조 작업이 병행되어야 하는데, 건조 시에도 주의를 기울이지 않으면, 탄소 나노튜브의 모양에 변형이 일어난다. 한편, 계면활성제 등을 첨가하여 탄소 나노튜브를 극성 용매에 분산시키는 방법은 최종 용매의 열전도도 상승 효과에 악영향을 미칠 수 있다. 즉, 계면활성제 등 무정형의 물질이 계에 첨가되면 열전도도를 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 탄소 나노튜브를 대체할 수 있고 대량 생산 가능한 새로운 나노 물질의 개발뿐 아니라, 효과적으로 표면 처리를 할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구된다.