碳纳米管散热片
阅读：151发布：2020-05-13
专利汇可以提供碳纳米管散热片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于凹版印刷的面状 散热 体，更详细地，本发明提供如下的面状 散热片 ：在双轴拉伸的透明PET或OPS 薄膜 之间形成以锯齿形排列的 银 浆之后，以面状涂敷散热性优秀的 碳 纳米管 油墨，从而能在短时间内提升 温度 ，没有折断或发生火灾的危险性，耗电少。，下面是碳纳米管散热片专利的具体信息内容。
1.一种散热片，其特征在于，包括由碳纳米管构成的散热层。
2.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜层、电极层、碳纳米管散热层、薄膜层、粘结剂层、保护材料层。
3.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜层、电极层、碳纳米管散热层、薄膜层、粘结剂层、绝热材料层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的散热片，其特征在于，碳纳米管为掺杂了金属的碳纳米管。
5.根据权利要求4所述的散热片，其特征在于，金属为银。
6.根据权利要求2或3所述的散热片，其特征在于，在碳纳米管散热层的两个侧面形成铜薄膜层。
7.根据权利要求6所述的散热片，其特征在于，在铜薄膜层与电极层之间使用导电性粘结剂。
8.根据权利要求2或3所述的散热片，其特征在于，基材薄膜层和薄膜层为双轴拉伸薄膜。
碳纳米管散热片
技术领域
[0001] 本发明涉及一种采用凹版印刷涂敷了碳纳米管(CarbonNanoTube，简称CNT)溶液的高分子面状散热片，更详细地涉及一种作为基于凹版印刷的面状散热体，在双轴拉伸的透明PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之间形成以锯齿形排列的银浆之后，以面状涂敷散热性优秀的碳纳米管油墨，从而能在短时间内提升温度，没有折断或发生火灾的危险性，耗电少的面状散热片。
背景技术
[0002] 普通的汽车座椅利用薄的电导线通过瞬间性高电流将温度提升，通过利用温度传感器或双金属的时而接通时而断开电流的方式维持规定温度。然而，上述的产品由于存在断路引起的运行中断现象或以电导线为中心发生高温现象，导致热量向周边流出产生热损失，由于手动进行电线的排列工作，因而存在根据不同产品其散热均匀度下降的问题。
[0003] 用于汽车的面状散热体的制作需要符合12Volt(伏特)，但用现有碳浆制作的情况下，为了防止局部温度上升而需要制作成网状，用作电极的银浆也由于随着距离而发生变化的电阻和碳浆与银浆间的断路而使用四个以上导线，这最终导致产品的大小受限。因此，现有产品具有难以在12Volt的条件下制作成250mm×300mm以上的面状散热体，不均匀的温度上升会导致散热耐久性下降的缺陷。
[0005] 图4是普通碳的电网结构图。普通碳只有在使碳和金属在粘结剂中部分混合之后粒子间发生接触的情况下才会通电，据此在粒子间发生短路的情况下，电集中在未发生短路的特定部位导致产生高温现象，由于累积的能量而发生短路。
[0006] 由于利用普通导电性碳的电阻浆料具有作为碳的特性的负(-)的电阻温度系数，因而反复使用时会致使电阻数值降低而难以确保可靠性。并且，由于金属性物质具有正(+)的电阻温度系数，因而反复使用时会致使电阻数值升高而难以确保可靠性。
[0007] 韩国实用新型授权第207322号揭示了一种具有散热功能的汽车座椅，其特征在于，利用由经纱排列而织造的棉纱或天然纤维和以与棉纱或天然纤维相同的方向进行配置并以规定间隔隔开地进行配置的方式织造的铜线以及在棉纱或天然纤维上涂敷碳而用纬纱织造的散热纱进行织造，由以能够在规定温度范围内接通/关闭的方式附着于在上下面形成聚氨酯涂敷层的散热板体上的温度传感器构成，铜线的端子具有与车辆用电源连接的连接端子。
[0008] 韩国实用新型授权第300692号揭示了一种基于丝网印刷的面状散热体，该基于丝网印刷的面状散热体作为一种基于丝网印刷的通常的面状散热体，在由合成树脂材料形成的板状底板上面形成为以多级结构相互交错排列的多个阶梯形状的碳浆和涂敷于碳浆外周面的一侧部分或整个外周面，能够使阴电极和阳电极交错地交互形成而传递电极的多个银浆相互连接结合，在碳浆和银浆的上面覆盖规定厚度和宽度的薄层而涂敷固化从而具有绝缘性的合成树脂材料和用粘结成分和粘附成分涂敷的收尾板层压安装。
[0009] 韩国实用新型授权第644089号揭示了一种内置有散热线的汽车座椅及椅背用部件，其设置于汽车座椅及椅背内部，由座椅加热垫和座椅加热椅背构成，其分别由以平面方式设置于具有规定形态的耐热性部件的散热线构成，各个散热线为了防止体重导致的断开而通过接线塞孔结合，与座椅加热垫散热线的另一侧结合从而具有电阻值随着散热线的温度上升而下降的负特性的负温度系数(Negative Temperature Coefficient，简称NTC)，电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)与NTC的一侧结合，上述汽车座椅及椅背用部件具有与ECU的一侧及NTC的另一侧结合的可变电阻多级调节器，电源根据NTC及可变电阻多级调节器的电阻值连续地接通/关闭(ON-OFF)。
[0010] 在现有技术中利用热线、碳等作为散热体，但没有将碳纳米管用作散热体的例子。
发明内容
[0011] 技术课题
[0012] 本发明的目的在于提供一种将碳纳米管用作散热体的碳纳米管散热片。
[0013] 解决课题的手段
[0014] 本发明为了达成上述目的，提供一种包括由碳纳米管构成的散热层的散热片。
[0015] 本发明的特征在于，使用利用了碳纳米管(Carbon Nano Tube，简称CNT)溶液的面状散热体，从而解决在现有碳浆中发生的温度上升致使电阻增加而导致板状的合成树脂的形状发生变化以及局部的电阻变化引发火灾的问题，为了用作汽车散热织物，在不利用作为另行设置的过电流防止装置的ECU等部件的情况下，利用碳纳米管材料的正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)效果在初始温度上升后维持均衡的温度。并且，使用双轴拉伸的PET或OPS防止织物在薄膜散热时收缩或膨胀，以防止电阻发生变化。
[0016] 本发明的特征在于，在用于汽车用途的12Volt条件下快速达到目标温度之后，利用即使没有双金属等温度调节器也能够根据PTC性质维持均匀温度的碳纳米管溶液。碳纳米管与呈现有板状结构的碳浆不同，由于呈长发丝结构，因而是沿着发丝结构的水平方向顺利通电的物质。并且，采用发丝一根一根缠在一起连接的结构使得电易流通的原理，因而即使在弯曲的状态，电阻变化也不大。在用作汽车用座椅加热器的情况下，臀部的摩擦或重力会导致加热器弯曲，现有产品中的最大问题是电阻变化，然而本发明产品不发生电阻变化。
[0018] 碳纳米管作为由六个碳原子形成的六边形相互连接形成冠状的新材料，形态为由六个碳原子形成的六边形连接形成的冠状。冠的直径仅为几纳米至几十纳米，故称之为碳纳米管。电导率与铜类似，导热率相当于在自然界导热率最高的金刚石，刚度比钢铁强100倍。碳纤维只变形1％也会折断，而碳纳米管则耐于15％变形。
[0019] 本发明能够将掺杂了金属的碳纳米管用作碳纳米管。适用金属-碳纳米管的浆料的电阻温度系数几乎为零，即使反复使用也不会致使电阻数值发生变化，因而容易确保可靠性。在碳纳米管中掺杂金属，从而能够体现正温度系数(PTC)热敏电阻的性质的同时，使得电流流动性变好。
[0020] 在本发明中，用于在碳纳米管中掺杂的金属能够使用银、铜等，但从电导率及与电极的相容性层面出发时优选为银。
[0021] 本发明第一实施方式的散热片自上而下由基材薄膜层、电极层、碳纳米管散热层、薄膜层、粘结剂层、保护材料层构成。
[0022] 本发明第二实施方式的散热片自上而下由基材薄膜层、电极层、碳纳米管散热层、薄膜层、粘结剂层、绝热材料层构成。
[0023] 优选地，在本发明中，在碳纳米管散热层的两个侧面形成铜薄膜层。能够通过使用导电性良好的铜箔使得电流流动更加顺畅。在使用铜箔的情况下，能够解决在现有面状散热体上发生的温度分布不均匀的现象。
[0024] 在本发明中，在铜薄膜层与电极层之间能够使用导电性粘结剂。使用导电性粘结剂能够使铜薄膜层与电极层间的接触电阻最小化，由此能够预防铜薄膜的破损引起铜薄膜层和电极层的折断。
[0025] 在本发明中，基材薄膜层和薄膜层通过使用经阻燃处理的薄膜，能够赋予阻燃等级为3级以上的阻燃性。
[0026] 本发明的碳纳米管散热片能用于侧视镜、座椅加热器、座椅垫、电热垫等各种用途。
[0027] 发明效果
[0028] 本发明的碳纳米管散热片由于散热面积大，因而对被加热体的传热效率优秀，升至最高温度的升温时间也快，由于具有以发丝结构相互缠在一起的结构，因而耐于长期使用的耐久性出色，在分子结构上即使发生局部短路也因接触点较多而没有发生短路或火灾的危险性，即使在粒子不粘附在一起而保持某种程度距离的情况下也因与纤维状结构类似而能维持有通电的电网现象，从而与普通碳的含量相比能以极低的含量发挥出同等以上的性能，保持电稳定性。并且，在碳纳米管掺杂金属的情况下，电阻温度系数几乎为零，在反复使用时也不会致使电阻数值发生变化，因而容易确保可靠性，能够以不断开的电网效果防止集热现象引起的短路，发挥出正温度系数热敏电阻性质。附图说明
[0029] 图1是表示现有热线散热体的加热机制的图；
[0030] 图2是表示碳纳米管散热体的加热机制的图；
[0031] 图3是表示碳纳米管的掺杂过程的图；
[0032] 图4是普通碳的电网结构图；
[0033] 图5是碳纳米管的电网结构图；
[0034] 图6是本发明第一实施方式的碳纳米管散热片的剖视图；
[0035] 图7是本发明第二实施方式的碳纳米管散热片的剖视图。
[0036] 图8是本发明的碳纳米管散热片的俯视图。
[0037] 附图标记说明
[0038] 10 基材薄膜层 20 电极层
[0039] 30 碳纳米管散热层 40 铜薄膜层
[0040] 50 薄膜层 60 粘结剂层
[0041] 70 保护材料层 80 绝热材料层
具体实施方式
[0042] 以下，参照附图对本发明进行详细说明。
[0043] 图2是表示碳纳米管散热体的加热机制的图，相对图1而言，被加热体与散热层的接触面遍及整个面，因而对被加热体的传热效率优秀，升至最高温度的升温时间也快。
[0044] 图3是表示碳纳米管的掺杂过程的图，呈现碳纳米管与金属原子的化学结合特性。如果用酸处理碳纳米管，如图3的第一图所示，会在碳纳米管的末端形成官能团，如果在该官能团涂敷金属，如图3的第二图所示，金属离子会与碳纳米管的末端官能团进行化学结合。图3的第三图是掺杂有金属的碳纳米管粉末的示意图。
[0045] 适用于金属-碳纳米管的浆料的电阻温度系数几乎为零，即使反复使用也不会致使电阻数值发生变化，因而容易确保可靠性。这种效果不能简单地靠具有负的电阻温度系数的碳和具有正的电阻温度系数金属的混合来实现，而是在碳纳米管表面化学结合的金属粒子来体现出如上所述的特性。
[0046] 图5是碳纳米管的电网结构图，在碳纳米管掺杂金属的情况下，能够通过不会断开的电网效果来防止如图4所示在使用普通碳时出现的反复的集热现象引起的短路。碳纳米管即使在粒子不粘附在一起而隔开某种程度的距离的情况下也因与纤维状结构类似维持通电的电网现象，从而与普通碳的含量相比能以极低的含量发挥出同等以上的性能，并保持电稳定性。
[0047] 碳纳米管具有以发丝结构相互缠在一起的结构，因而耐于长期使用的耐久性出色，在分子结构上即使发生局部短路也因存在很多相连接的接触点(Contact Point)而没有发生短路或火灾的危险性。
[0048] 图6是本发明第一实施方式的碳纳米管散热片的剖视图，该碳纳米管散热片自上而下由基材薄膜层10、电极层20、碳纳米管散热层30、铜薄膜层40、薄膜层50、粘结剂层60及保护材料层70构成。
[0049] 基材薄膜层10作为电极层20的印刷基材，能够使用双向拉伸的(双轴拉伸)聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)薄膜或定向聚苯乙烯(Oriented Polystyrene，OPS)薄膜，其厚度为100μm以下。能够将双轴拉伸PET或双轴拉伸OPS用作基材来用于散热至160℃的产品，并且，能够另行对基材薄膜层10进行阻燃处理来确保3级的阻燃等级。
[0050] 电极层20为用银浆进行图案印刷的层，印刷宽度窄于基材薄膜层10。能够根据银浆电极间的间隔、宽度调节电流的流动来决定碳纳米管的散热温度上升时间和维持时间。
[0051] 碳纳米管散热层30为用碳纳米管油墨进行印刷而干燥的层，碳纳米管油墨为由丙烯酸等的粘结剂、分散剂、稳定剂组成的具有粘性的凹版印刷用油墨，通过进行凹版印刷形成图案。
[0052] 碳纳米管在制作存在透明性要求的散热体的情况下，利用单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nano Tube，SWCNT)或薄的多壁碳纳米管(Thin Multi-Walled Carbon Nano Tube，Thin MWCNT)，在可以不透明的情况下使用多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nano Tube，MWCNT)。在碳纳米管掺杂金属，从而能够发挥出正温度系数热敏电阻(PTC)性质，使得电流流动性变好。能够通过调节碳纳米管的浓度、涂敷厚度来决定散热体的饱和温度(Saturated Temperature)。
[0053] 铜薄膜层40是将铜薄膜层叠于碳纳米管散热层30的两个侧面的层。能够使用导电性优秀的铜箔使得电流流动更加顺畅。即使不使用铜也不成太大问题，但如果使用铜箔，就能够解决在现有面状散热体上发生的温度分布不均匀的现象。并且，为了使铜薄膜层40的铜部位与电极层20的银浆间的接触电阻最小化，能够使用导电性粘结剂，这是为了防止铜薄膜层40的破损导致铜薄膜层40和电极层20的折断。
[0054] 薄膜层50是用于保护电极层20和碳纳米管散热层30等的层，使用与基材薄膜层10相同的薄膜进行热熔叠层。
[0055] 粘结剂层60能够使用丙烯酸类、氨酯类、环氧类粘结剂等。
[0056] 保护材料层70作为用于保护粘结剂层60的层，是对保护薄膜或保护纸进行叠层而制成。
[0057] 图7是本发明第二实施方式的碳纳米管散热片的剖视图，该碳纳米管散热片自上而下由基材薄膜层10、电极层20、碳纳米管散热层30、铜薄膜层40、薄膜层50、粘结剂层60及绝热材料层80构成。
[0058] 基材薄膜层10、电极层20、碳纳米管散热层30、铜薄膜层40、薄膜层50及粘结剂层60与图6的碳纳米管散热片相同，并呈用绝热材料层80来替代保护材料层70进行层压的结构。
[0059] 绝热材料层80作为用于防止热量向下部流失的层，能够使用聚氨酯(Polyurethane，PU)、发泡性聚苯乙烯(Expandable Polystyrene，EPS)、发泡性聚丙烯(Expandable Polypropylene，EPP)等的绝热材料。
[0060] 图8是本发明碳纳米管散热片的俯视图，由于以锯齿形大面积地对碳纳米管散热层30进行印刷，因而其散热面积增大，由此能量传递效率得以提高。图8中所示的电极层20、碳纳米管散热层30及铜薄膜层40的图案仅作为一个例子，能够对其进行各种变更。
[0061] 产业上的可利用性
[0062] 本发明涉及一种采用凹版印刷涂敷了碳纳米管(CarbonNanoTube，简称CNT)溶液的高分子面状散热片，更详细地涉及一种作为基于凹版印刷的面状散热体，在双轴拉伸的透明PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之间形成以锯齿形排列的银浆之后，以面状涂敷散热性优秀的碳纳米管油墨，从而能在短时间内提升温度，没有折断或发生火灾的危险性，耗电少的面状散热片。本发明的碳纳米管散热片由于散热面积大，因而对被加热体的传热效率优秀，升至最高温度的升温时间也快，由于具有以发丝结构相互缠在一起的结构，因而耐于长期使用的耐久性出色，在分子结构上即使发生局部短路也因接触点较多而没有发生短路或火灾的危险性，即使在粒子不粘附在一起而保持某种程度距离的情况下也因与纤维结构类似而能维持通电的电网现象，从而与普通碳的含量相比能以极低的含量发挥出同等以上的性能，保持电稳定性。并且，在碳纳米管掺杂金属的情况下，电阻温度系数几乎为零，即使在反复使用也不会致使电阻数值发生变化，因而容易确保可靠性，能够以不断开的电网效果来防止集热现象引起的短路，体现出正温度系数热敏电阻性质。
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