KR20110052261A

KR20110052261A - 적층형 전자파흡수체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110052261A
Application number: KR1020090109222A
Authority: KR
Inventors: 남중희; 주용휘; 조정호; 전명표; 김용상; 표정석; 한대희
Original assignee: 한국세라믹기술원; 주식회사 엠피코
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-18
Also published as: KR101121457B1

Abstract

본 발명에 의한 적층형 전자파흡수체는 교호 적층된 제1층 및 제2층을 포함하고, 제1층은 파이버메쉬상의 페라이트로 되고 제2층은 센더스트(sendust) 및 폴리머의 혼합물로 된다. 이러한 적층형 전자파흡수체는 광역주파수대에서 특정주파수 대역의 2중 피크를 갖는 우수한 다중주파수 광역 스펙트럼 특성을 갖고, 또한 상기 제1층의 적층개수를 조절하여 반사손실피크의 대역폭을 확장할 수도 있어 흡수 주파수대역의 광역화와 다중밴드화가 달성가능하다.

전자파흡수체

Description

적층형 전자파흡수체 및 그 제조방법 {MUTILAYERED ELECTROMAGNETIC ABSORBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 전자파흡수체에 관한 것으로, 더 상세하게는 광역주파수대에서 특정주파수 대역의 다중 피크를 갖는 전자파흡수체에 관한 것이다.

전자파흡수체는 전파를 차폐 및 흡수하여 고성능의 전자기기를 보호하는 것으로서, 이의 구동원리로서 전자파흡수체는 전자파 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환시킴으로써 소모하여 반사파가 발생하지 않게 한다.

최근, 전자 및 정보통신분야의 가전 및 군사 기기에서의 급격한 발전과 함께, 전자파의 외부복사로 인한 상호교란 등 여러 폐해를 방지하는데 전자파흡수체가 활용되고 있다. 특히, 수 GHz 주파수대의 영역은 과거 군사기술분야에만 한정되었으나, 오늘날에는 위성방송, 휴대폰 등의 상업용 주파수영역이 극초단파(UHF: 300MHz~3GHz)까지 확대되어 상용주파수 영역이 점차 고주파수대로 진행되고 있으므로, 전자파흡수체의 소형화, 박층화 및 유연화가 적극적으로 요구된다.

그러나, 일반적인 전자파흡수체는 폴리머 기지에 연자성 특성의 분말이 분산된 형태로 제조되며, 또한 두께가 얇아지면 전자파 흡수율이 크게 저하되는 문제가 있다. 즉, 박층화를 시도하면 가공이 어려워질 뿐만 아니라 흡수재료로서의 유연성과 연신성이 부족하여 쉽게 균열 내지는 파열이 일어나게 된다. 따라서, 이를 해결하기 위해 최근에는 고분자에 자성체나 유전체 등 다양한 물성의 분말을 혼합한 전자파흡수복합체가 개발되고 있다. 이러한 구조에서 상기 고분자는 기지재료로서 입자간의 하중을 전달하고 형태를 유지하는 기능을 한다. 일 예를 들면, 최근의 국내 특허출원공개공보 제10-2009-0095191호(2009. 9. 9 공개)에서는 연자성 금속분말을 폴리아미드-러버 블록 공중합체와 혼합한 조성을 개시하고 있다.

뿐만 아니라, 사용에 보다 효율적인 전자파 차폐 및 흡수를 위하여는 협대역의 단일주파수보다는 다중주파수의 광역 스펙트럼을 갖는 전자파흡수체가 적극적으로 요망된다. 예를 들어, 일본 특허출원공개공보 제2003-193103호(2003. 7. 9 공개)에서는 연자성 금속분말을 고무 또는 플라스틱 매트릭스 내에 분산하여 시트형상으로 제조함으로써 20~30GHz의 광역주파수대에서 각각 대략 -30dB 정도로 우수한 반사손실을 갖는 2중 피크(peak)를 지닌 전자파흡수체를 개시한다. 이러한 다중주파수의 광역주파수 스펙트럼을 갖는 전자파흡수체는 각기 다른 두께와 유전율을 갖는 복수층으로서 전자파흡수체를 구성함으로써 달성될 수 있으며, 특히 상술한 전자파흡수복합체를 여러 장 겹쳐서 평판으로 제조함으로써 적합한 전자파흡수체가 얻어질 수 있다. 일 예를 들어 상기 복수층에서 전자파의 입사표면으로부터 멀어질수록 임피던스가 작은 값을 갖는 층을 배치하여 두께방향으로 임피던스가 지수함수 형태로 감소하도록 각 층을 배치하는 경사다중흡수체 구조도 제시된 바 있다.

본 발명에서는 흡수 주파수대역의 광역화와 다중밴드화가 구현되면서도 반사손실 피크의 대역폭이 확장된 적층형 전자파흡수체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 의한 전자파흡수체는 교호 적층된 제1층 및 제2층을 포함하고, 제1층은 파이버메쉬상의 페라이트로 되고 제2층은 센더스트(sendust) 및 폴리머의 혼합물로 될 수 있다 이때, 상기 페라이트는 NiZn 페라이트, Ni 페라이트, Co 페라이트, NiCo 페라이트, NiZnCo 페라이트, NiZnCu 페라이트 및 NiZnMg 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있고, 상기 센더스트의 분말은 플레이크(flake) 상으로 될 수 있다. 또한, 상기 폴리머는 클로라이드 폴리에틸렌(chloride polyethylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(ethylene ethyl acrylate), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(ethylene methyl acrylate), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(ethylene butyl acrylate), 에틸렌 메틸 메타아크릴레이트(ethylene methyl metaacrylate), 에틸렌 아크릴산(ethylene acryic acid), 에틸렌 메타아크릴산 공중합체(ethylene-methacrylic acid), 아크릴수지(acrylic resin) 및 부틸고무(butyl rubber)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 전자파흡수체의 제조방법은 페라이트 파이버메쉬로 되는 시트를 제조하여 제1층을 형성하는 단계와, 센더스트 분말을 폴리머와 혼합하고 시트를 제조하여 제2층을 형성하는 단계와, 제1층 및 제2층을 교호 적층한 후 가압하여 적층체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 페라이트 파이버메쉬는 페라이트 용액을 전기방사하여 제조될 수 있고, 상기 페라이트는 NiZn 페라이트, Ni 페라이트, Co 페라이트, NiCo 페라이트, NiZnCo 페라이트, NiZnCu 페라이트 및 NiZnMg 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다. 또한, 상기 혼합은 트윈롤링(twin rolling)하여 컴파운딩하는 방법으로 될 수 있다.

본 발명에 의하면, 파이버메쉬상의 페라이트로 되는 제1층과 센더스트 분말 및 폴리머의 혼합물로 되는 제2층이 교호하여 1회 또는 복수회 적층되어 전자파흡수체를 제조함으로써, 광역주파수대에서 특정주파수 대역의 2중 피크를 갖는 우수한 다중주파수 광역 스펙트럼 특성이 구현가능하다. 또한, 상기 제1층의 적층개수를 조절하여 반사손실피크의 대역폭을 확장할 수도 있어 흡수 주파수대역의 광역화와 다중밴드화가 달성가능하다.

본 발명자들은 페라이트 파이버메쉬(fiber-mesh)로 제조된 시트와 센더스트(Sendust: Fe-Si-Al)와 폴리머 혼합물 조성으로 제조된 전자파흡수복합체 시트를 교대로 1회 또는 복수회 적층하여 전자파흡수체를 제조함으로써, 1~20GHz 광역주파 수대에서 특정주파수 대역(1~8GHz 및 10~14GHz)의 2중 피크(peak)를 갖는 우수한 다중주파수 광역 스펙트럼 특성을 얻었다. 특히, 본 발명자들은 상기 페라이트 파이버메쉬의 경우 그 적층되는 시트의 개수를 변화시킴으로써 전자파흡수성능을 나타내는 반사손실(Reflection loss) 피크의 대역폭을 확장시킬 수 있음을 발견하였으며, 이로써 흡수 주파수대역의 광역화와 다중밴드화를 구현할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 전자파흡수체의 바람직한 구조는 도 1에 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 전자파흡수체(1)는 페라이트 파이버메쉬로 되는 시트(2)와 센더스트와 폴리머 혼합물 조성으로 되는 복합체 시트(3)가 1회 또는 복수회 교호(layer-by-layer) 적층된 구조로 된다. 이때, 전체 두께를 고려하여 페라이트 시트(2)의 두께는 최대 0.2㎜, 복합체 시트(3)의 두께는 최대 0.4㎜로서, 전체 전자파흡수체(1)의 두께가 1㎜ 이하로 됨이 바람직하다. 또한, 각 시트(2, 3)의 적층회수는 제한되지 아니하며, 다만 적층회수가 늘어날수록 전자파흡수체(1)의 두께가 늘어나므로, 사용용도에 맞추어 조절함이 바람직하다. 바람직하게는, 각 시트(2, 3)는 교호 적층된 후, 압축 가압된다.

전술하였듯이, 본 발명에 있어서, 상기 페라이트 시트(2)는 전자파흡수체(1)의 주파수특성에 있어서 반사손실 피크의 대역폭을 확장시키기 위하여 파이버메쉬상의 페라이트로 된다. 이 페라이트 조성으로서는 일반적으로 NiZn 페라이트, Ni 페라이트, Co 페라이트, NiCo 페라이트, NiZnCo 페라이트, NiZnCu 페라이트, NiZnMg 페라이트 등의 스피넬(spinnel) 구조의 페라이트로 될 수 있고, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상기 파이버메쉬상의 페라이트는 일반적인 파이버 제조방법인 전기방사법(electrospinning)으로 제조됨이 바람직하며, 이는 조성액을 미세노즐을 통하여 방사하고 후속 열처리를 통하여 스피넬 구조의 페라이트 나노섬유메쉬로 제조한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 복합체 시트(3)는 센더스트(Fe-Si-Al: 즉, Fe 85%, Si 9%, Al 6%)와 폴리머 혼합물 조성으로 되며, 이는 특히 플래이키(flaky) 상의 센더스트 분말과 폴리머를 혼합한 조성으로 됨이 바람직하며, 또한 이 혼합물은 쌍롤식 캐스팅(twin-roll casting)하여 시트상으로 제조됨이 바람직하다. 또한, 사용가능한 상기 폴리머로는 할로겐계인 클로라이드 폴리에틸렌(chloride polyethylene)과, 비할로겐계인 폴리에틸렌(polyethylene), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(ethylene ethyl acrylate), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(ethylene methyl acrylate), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(ethylene butyl acrylate), 에틸렌 메틸 메타아크릴레이트(ethylene methyl metaacrylate), 에틸렌 아크릴산(ethylene acryic acid), 에틸렌 메타아크릴산 공중합체(ethylene-methacrylic acid), 아크릴수지(acrylic resin), 부틸고무(butyl rubber)로 이루어진 군에서 하나 이상으로 될 수 있다.

이하, 각 시트(2, 3)의 제조공정의 실시예들을 설명하며, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 아니한다.

페라이트 시트의 제조

먼저, 도 1의 페라이트 파이버메쉬 시트(2)를 제조한다.

철(Ⅲ) 클로라이드(FeCl₃)를 N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide: DMF)에 첨가하고 교반하여 용액에 완전히 녹인다. 그리고, 니켈(Ⅱ) 아세테이트 테트라하이드레이트(acetate tetrahydrate) ((CH₃COO)₂Niㆍ4H₂O)와 아연 아세테이트 디하이드레이트(acetate dihydrate) ((CH₃COO)₂Znㆍ2H₂O)를 원하는 조성비로 칭량하여 용액에 첨가한 후, 완전히 섞이도록 수시간(예를 들어, 3시간) 동안 교반한다. 준비된 용액에 점도를 부여하는 것이 바람직하며, 일 예를 들어 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone: PVP)을 사용할 수 있다. PVP가 균질하게 녹아 들어가면 용액 내부의 잔류 기포를 제거하기 위해 밀폐된 용기에서 천천히 교반하며 탈포한다.

그리고, 상기 준비된 용액을 주사기(예를 들어, 10㎖용량)에 넣고 금속바늘을 노즐에 직접 연결한 후 방사를 한다. 일 예를 들면, 바늘과 콜렉터 드럼 사이의 최단거리(Tip to Collector Distance: TCD)는 10㎝ 간격으로 유지하고 10kV의 직류전압을 바늘에 직접 인가하고 토출량은 2㎖/h로 일정하게 유지한다. 얻어진 섬유상의 금속염/폴리머 복합체는 하소를 하며, 일 예로서 600℃에서 3시간 동안 하소하고 승온 및 하강 속도는 2℃/min로 정밀하게 제어한다. 이러한 하소 후에 후속 열처리과정(예를 들어, 900~1200℃까지)을 통해 스피넬 구조의 페라이트 나노파이버 메쉬를 제조한다. 이렇게 제조된 페라이트 파이버 메쉬의 미세구조를 전자현미경 사진으로서 도 2a에 나타낸다. 그리고, 예를 들어 테이프캐스팅하여 시트를 제조한다.

센더스트와 폴리머 복합체 시트의 제조

그리고, 도 1의 센터스트 및 폴리머 복합체 시트(3)를 제조한다.

Fe-Si-Al 혼합체(즉, Fe 85%, Si 9%, Al 6%) 및 솔벤트(예를 들어, 메틸알콜, 에틸알콜, 테트라에틸알콜 또는 테트라부틸알콜)와 유기첨가제(예를 들어, 금속산화방지제 및/또는 분산제)를 투입하여 함께 볼밀링하고(예를 들어, 어트리션밀(attrition mill)로 5~20시간) 얻어진 금속슬러리를 건조 및 분쇄하여 플레이크(flake) 상의 센더스트 분말을 얻는다. 이렇게 얻어진 센더스트 분말의 미세구조를 전자현미경 사진으로서 도 2b에 나타낸다.

그리고, 상기 센더스트 분말과 상술한 폴리머(예를 들어, 클로라이드 폴리에틸렌) 및 기타 첨가제(예를 들어, 난연조제)를 투입하여 함께 예를 들어 트윈롤링(twin rolling) 믹싱으로 컴파운딩한다. 이렇게 1차 컴파운딩된 시트를 다시 예를 들어 트윈롤링 과정을 거쳐 최종단계의 센더스트 및 폴리머 복합체 시트를 제조한다.

본 발명에 의한 적층체의 제조

최종적으로 상기와 같이 제조된 페라이트 시트(2)와 복합체 시트(3)를 교호 적층한 후 가압하여 라미네이팅 성형한다. 즉, 먼저 상기 일 복합체 시트(3) 상에 상기 일 페라이트 시트(2)를 적층하고 다시 이 위에 상기 일 복합체 시트(3)를 적층한 후, 가압(예를 들어, 90~130℃에서 3~10ton/㎤ 으로 일축가압)하여 라미네이팅 성형한다. 이리하여, 적층형 전자파흡수체(1)가 제조된다.

실시예 1~2의 제조

본 발명의 실시예들로서 상술한 방법으로 각각 다음과 같이 실시예 1, 2를 제조하였다:

·실시예 1: 상술한 NiZn 페라이트 파이버 메쉬 시트(2)의 상면 및 하면 상에 각각 상술한 센더스트 및 폴리머 복합체 시트(3)를 적층하여 총 3개층인 전자파흡수체.

·실시예 2: 실시예 1의 적층방법으로 하되 총 10개층인 전자파흡수체.

비교예 1~3의 제조

먼저, 비교예 1로서, Fe-Si-Al 혼합체(Fe 85%, Si 9%, Al 6%)로 된 플레이크상의 센더스트 분말을 상술한 본 실시예 1~2의 해당 제조방법과 동일하게 제조하여 시트로 제조하였다. 즉, 솔벤트와 유기첨가제를 함께 투입하여 5~20시간 어트리션밀링하고 건조 및 분쇄하여 플레이크상의 센더스트 분말을 얻었고, 이를 센더스트 분말 대 실리콘 러버(silicon rubber)의 중량비: 4:1로 실리콘 러버와 본 실시예에서 상술한 바와 마찬가지로 컴파운딩 및 트윈롤링하여 시트로 제조하였다(시트두께: 3.71㎜).

그리고, 비교예 2로서, Ni₀ _.2Zn₀ _.4Co₀ _.4Fe₂O₄에 상기 Fe-Si-Al 혼합체(Fe 85%, Si 9%, Al 6%)로 되는 센더스트가 5wt% 첨가된 조성을 비교예 1과 동일한 제조방법으로 시트로 제조하였다(시트두께: 2.40㎜)

그리고, 비교예 3으로서, Ni₀ _.2Zn₀ _.4Co₀ _.4Fe₂O₄에 상기 Fe-Si-Al 혼합체(Fe 85%, Si 9%, Al 6%)로 되는 센더스트가 10wt% 첨가된 조성을 비교예 1과 동일한 제조방법으로 시트로 제조하였다(시트두께: 2.52㎜).

본 실시예 1~2와 비교예 1~3과의 특성 비교

상기와 같이 제조된 본 실시예 1~2의 전자파흡수특성을 도 3에 나타내고, 비교예 1~3의 전자파흡수특성을 도 4에 나타낸다. 특히, 도 4에 있어서, 전자파 흡수능(반사손실@흡수주파수)으로서, 비교예 1은 -10.9dB @1.1GHz, 비교예 2는 -15dB @9.7GHz, 비교예 3은 -26.6dB @7.6GHz였다.

도 3~4를 참조하면, 비교예 1~3에서는 오로지 단일 피크(1.1GHz 또는 7.6GHz 또는 9.7GHz)의 전자파 흡수능을 보이는데 반해, 본 발명에 의한 적층형 전자파흡수체(1)는 1~20GHz의 광역주파수대에서 특정주파수 대역(1~8GHz 및 10~14GHz)의 2중 피크를 갖는 전자파 흡수능을 나타낸다. 뿐만 아니라, 반사손실특성도 최대 -20dB로서 우수하다. 또한, 도 3에 있어서, 전자파흡수체(1)의 두께는 교호적층된 층의 개수가 3개층일 경우(즉, 실시예 1)에는 최대 0.06㎜, 10개층일 경우(즉, 실시예 2)에는 최대 0.2㎜로서, 페라이트 파이버 메쉬 시트(2)의 층 개수가 증가할수록 반사손실의 주파수 대역이 약간 고주파수 대역으로 이동하거나 전자파 흡수능인 반사손실의 변화가 발생함이 관찰된다. 즉, 페라이트 파이버 메쉬 시트(2)의 층 개수를 변화시킴으로써 반사손실 피크의 대역폭을 확장할 수 있으며, 이에 따라 흡수주파수 대역의 광대역화 및 흡수대역의 다중밴드화의 구현이 가능하다.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 열처리 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 전자파흡수체의 바람직한 개략 구조도.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 페라이트 파이버 메쉬의 미세구조의 전자현미경사진.

도 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에서 제조된 센더스트 분말의 미세구조의 전자현미경사진.

도 3은 본 실시예 1~2의 전자파흡수특성그래프.

도 4는 비교예 1~3의 전자파흡수특성그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명

1: 전자파흡수체, 2: 페라이트 시트, 3: 복합체 시트

Claims

교호 적층된 제1층 및 제2층을 포함하고, 제1층은 파이버메쉬상의 페라이트로 되고 제2층은 센더스트(sendust) 및 폴리머의 혼합물로 되는 전자파흡수체.
제1항에 있어서,

상기 페라이트는 NiZn 페라이트, Ni 페라이트, Co 페라이트, NiCo 페라이트, NiZnCo 페라이트, NiZnCu 페라이트 및 NiZnMg 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 되는 전자파흡수체.
제1항에 있어서,

상기 센더스트의 분말은 플레이크(flake) 상인 전자파흡수체.
제1항에 있어서,

상기 폴리머는 클로라이드 폴리에틸렌(chloride polyethylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(ethylene ethyl acrylate), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(ethylene methyl acrylate), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(ethylene butyl acrylate), 에틸렌 메틸 메타아크릴레이트(ethylene methyl metaacrylate), 에틸렌 아크릴산(ethylene acryic acid), 에틸렌 메타아크릴산 공중합체(ethylene-methacrylic acid), 아크릴 수지(acrylic resin) 및 부틸고무(butyl rubber)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 되는 전자파흡수체.
페라이트 파이버메쉬로 되는 시트를 제조하여 제1층을 형성하는 단계와;

센더스트 분말을 폴리머와 혼합하고 시트를 제조하여 제2층을 형성하는 단계와;

제1층 및 제2층을 교호 적층한 후 가압하여 적층체를 형성하는 단계를 포함하는 전자파흡수체의 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 페라이트 파이버메쉬는 페라이트 용액을 전기방사하여 제조되는 전자파흡수체의 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 페라이트는 NiZn 페라이트, Ni 페라이트, Co 페라이트, NiCo 페라이트, NiZnCo 페라이트, NiZnCu 페라이트 및 NiZnMg 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 되는 전자파흡수체의 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 혼합은 트윈롤링(twin rolling)하여 컴파운딩하는 전자파흡수체의 제조 방법.