KR20160130984A - 그래핀이 코팅된 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
한 측면에서, 코팅된 전자 부품이 본 명세서에 설명되어 있다. 일부 구현예로서, 코팅된 전자 부품은 전자 부품 및 전자 부품의 표면에 배치된 그래핀 코팅층을 포함한다. 그래핀 코팅층은, 일부 구현에에서, 약 300 nm 이하의 두께를 갖는다. 다른 측면에서, 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키기 위한 방법이 본 명에서 설명되어 있다. 일부 구현예에서, 이러한 방법은 장치의 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 그래핀 코팅층을 배치하는 것을 포함하며, 여기서, 전자 장치는 그래핀 코팅층을 포함하지 않는 다른 동등한 전자 장치와 비교해서 환경 시험 성능에서 적어도 10%의 개선을 보이며, 본 명세서에서 기재하는 상기 환경 시험 성능은 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알콜 시험에서의 성능을 포함한다.
Description
본 발명은 코팅된 전자 부품, 코팅된 전자 부품을 포함하는 장치 및 전자 부품의 코팅 방법에 관한 것이다.
전자 부품(electronic components) 및 전자 연결부(electronic connections) 또는 커넥터(connectors)는 환경 요소와 자극에 일반적으로 민감하다. 결과적으로, 서비스 수명을 증가시키기 위해 부품 또는 연결부 또는 커넥터를 코팅 또는 커버하는 것이 종종 바람직하다. 그러나, 다수의 분야에서, 전자 부품 및/또는 연결부는 정상 작동시 전자기 방사의 특정 파장에 대해 가시 및/또는 투명할 필요가 있다. 이러한 상황에서, 컨포멀 코팅(conformal coating)이 종종 사용된다.
불행하게도, 코팅의 빈약한 도포 또는 낮은 품질의 코팅은 부품 또는 연결 노출 및 뒤이은 부품 또는 연결 실패로 이어질 수 있다. 또한, 온도, 압력 및/또는 습도의 급격한 변화(예 : 일부 우주 항공 분야에서 경험함 등)는 부품 또는 연결 실패로 이어질 수 있다. 또한, 전자 부품 및 연결부 보호를 위한 많은 컨포멀 및 비컨포멀 타입은 무겁고 부피가 크며, 과도한 중량의 추가 및/또는 과도한 부피를 차지한다. 우주 항공과 같은 대부분의 분야에서, 중량 및 부피의 추가는 바람직하지 못하다. 따라서, 전자 부품 및 연결부를 위한 개선된 코팅의 필요성이 존재한다.
한 측면에서, 코팅된 전자 부품 및 전자 부품으로부터, 전자 부품에, 또는 전자 부품 간의 전자 커넥터 또는 연결부(이하에서는 모두 "전자 부품"으로 통칭한다)가 본 명세서에서 기재되어 있다. 이러한 코팅된 전자 부품은, 일부 구현예로서, 종전에 코팅된 전자 부품에 비해 하나 또는 그 이상의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 어떤 다른 코팅된 전자 부품에 비해 감소된 부피 및/또는 질량을 갖는다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 어떤 다른 전자 부품과 비교해서 개선된 경도 및/또는 감소된 두께를 갖는다. 또한, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 크게 변경하거나 하층 부품의 가시성을 저하시키지 않고, 환경 요소 및 자극에 대한 개선된 저항을 나타낸다. 따라서, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 부품의 가시성 또는 광 투과성을 실질적으로 변경함이 없이 향상된 기계적 및 환경 성능을 발휘할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 전자 부품 및 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에 배치된 그래핀 코팅층(graphene coating layer)을 포함한다. 그래핀 코팅층은, 일부 구현예에서, 약 300 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 하나 이상의 그래핀 시트를 포함한다. 다른 구현예에서, 그래핀 코팅층은 그래핀 튜브층을 포함한다. 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브는, 일부 구현예에서, 수평 또는 실질적으로 수평 배향(配向)을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브는 수직 또는 실질적으로 수직 배향을 가질 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 전자 부품과 그래핀 코팅층 사이에 배치된 전기 절연 재료층을 추가로 포함한다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 하나 또는 그 이상의 높은 수중 기포 접촉각과 높은 경도 및/또는 부피가 큰 모듈러스를 보인다.
다른 측면에서, 전자 부품을 코팅하는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 전자 부품을 코팅하는 방법은 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 그래핀 층을 배치하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 그래핀 층의 배치는 기상 증착법을 사용하여 수행된다. 다른 경우에, 그래핀 층은 환경과 대향하는 표면에 복수의 그래핀 플레이트렛(platelets)을 배치하고, 플레이트렛을 하나 이상의 미세 와이어와 서로 연결하는 것에 의해 형성된다. 어떤 경우에는, 그래핀 층은 고온 환경에서 전자 부품을 배치하고, 열 침탄 기술에 의해 그래핀 코팅층을 형성하는 것에 의해 형성된다. 또한, 일부 경우에, 본 명세서에서 기재하는 방법은 전기 절연성 재료층을 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 배치하는 것을 추가로 포함하되 여기서, 절연 재료층은 환경과 대향하는 표면과 그래핀 층 사이에 위치한다.
다른 측면에서, 차량 또는 다른 환경에 배치된 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키는 방법을 본 명세서에서 기재한다. 차량은 항공기, 헬리콥터, 로켓이나 위성과 같은 우주 항공 수단이 될 수 있다. 대안적으로, 상기 차량은 보트, 잠수함 또는 자동차와 같은 비우주 차량일 수 있다. 전자 장치는 제조 환경과 같은 환경 내에 배치될 수도 있다. 어떤 경우에, 전자 장치는 항공기 승객 객실 내에 배치된다. 일부 구현예에서, 이러한 방법은 그래핀 코팅층, 임의로 전기 절연 재료층을 장치의 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 배치하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 전자 장치는 그래핀 코팅층을 포함하지 않는 다른 동등한 전자 장치와 비교하여 환경 시험 성능에서 적어도 10%의 개선을 보인다. 본 명세서에서 기재하는 환경 시험 성능은 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알코올 시험을 포함한다. 또한, 일부 구현예에서, 전자 장치는 하나 또는 그 이상의 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 및 메틸 알콜 시험에서 적어도 10%의 개선을 보인다.
본 발명의 한 측면에서 차량의 구획 내에 또는 차량의 외부에 배치된 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 전자 장치의 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 그래핀 코팅층을 배치하되, 여기서, 전자 장치는 다른 동등한 그래핀 코팅층이 없는 전자 장치와 비교하여 환경 시험 성능에서 적어도 10%의 개선을 보이며, 상기 환경 시험 성능을 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알코올 시험에서의 성능을 포함한다.
유리하게, 전자 장치는 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 및 메틸 알콜 시험에서 적어도 10 % 개선을 보인다.
유리하게, 그래핀 코팅층은 하나 또는 그 이상의 그래핀 시트를 포함한다.
유리하게, 그래핀 코팅층은 1과 10 원자층 사이를 포함한다.
유리하게, 그래핀 코팅층은 그래핀 튜브의 층을 포함한다.
유리하게, 그래핀 튜브는 수평 또는 실질적으로 수평 방향을 가지고 있다.
바람직하게, 그래핀 튜브는 수직 또는 실질적으로 수직 방향을 갖고 있다.
유리하게, 그래핀 코팅층은 미세 와이어로 연결된 복수의 그래핀 플레이트렛을 포함하고 있다.
유리하게, 전자 장치는 항공기 승객 실내 또는 운전석 내에 배치된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에 배치된 그래핀 코팅층을 포함하는 코팅된 전자 부품을 제공하되 여기서, 그래핀 층은 약 300 nm 이하의 두께를 갖는다.
유리하게, 코팅된 부품은 전자 부품과 그래핀 코팅층 사이에 위치한 전기 절연 재료층을 추가로 포함한다.
유리하게, 코팅된 전자 부품은 환경과 대향하는 표면에 약 95도와 약 130도 사이의 수중 기포 접촉각을 보인다.
유리하게, 코팅된 전자 부품은 원자력 현미경에서 나노 압입 시험에 의해서 측정했을 때 약 1 GPa와 약 1 TPa 사이의 인장 모듈러스를 나타낸다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에서 그래핀 층을 배치하는 것을 포함하는 전자 부품을 코팅하는 방법을 제공하되 여기서, 상기 그래핀 층은 약 300 nm 이하의 두께를 갖는다.
유리하게, 그래핀 층의 배치는 기상 증착을 이용하여 수행된다.
유리하게는, 기상 증착은 화학 기상 증착을 포함한다.
유리하게, 그래핀 층은 환경과 대향하는 표면에 복수의 그래핀 플레이트렛을 배치하고, 해당 플레이트렛을 하나 또는 그 이상의 미세 와이어로 서로 연결하는 것에 의해 형성된다.
유리하게, 그래핀 층은 탄소 공급원의 존재 하에서 전자 부품을 가열하는 것에 의해 형성된다.
유리하게, 그래핀 층은 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에서 산화 흑연 필름을 레이저 스크라이빙(laser scribing)하는 것에 의해 형성된다.
유리하게, 상기 방법은 그래핀 층의 일부를 제거하는 것을 추가로 포함한다.
이들 및 다른 구현예는 다음의 상세한 설명에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 명세서에서 기재하는 한 구현예에 따른 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다.
도 2는 본 명세서에서 기재하는 한 구현예에 따른 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다.
도 3은 본 명세서에서 기재하는 한 구현예에 따른 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다.
도 2는 본 명세서에서 기재하는 한 구현예에 따른 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다.
도 3은 본 명세서에서 기재하는 한 구현예에 따른 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다.
본 명세서에서 기재하는 구현예는 다음의 상세한 설명, 구현예 및 도면을 참조하여 더욱 용이하게 이해할 수 있다. 그러나 본 명세서에서 기재하는 요소, 장치 및 방법은 상세한 설명, 구현예 및 도면들에 제시된 특정 구현예에 한정되는 것은 아니다. 이들 구현예는 본 발명의 원리를 단지 예시한 것으로 인식되어야 한다. 수많은 변형 및 개조들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 모든 범위는 거기에 부분합 된 일부 및 모든 부분 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다, 예를 들어, "10.0 내지 1.0"은 1.0 또는 그 이상의 최소값에서 시작해서 10.0 또는 그 이하의 최대값에서 끝나는 일부 및 모든 부분 범위, 예를 들어서 1.0 내지 5.3, 또는 4.7 내지 10.0, 또는 3.6 내지 7.9 등을 포함하는 것으로 고려되어야 한다.
본 명세서에서 기재하는 모든 범위는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 범위의 끝점을 포함하는 것으로 간주한다. 예를 들어, "5와 10 사이"의 범위는 일반적으로 종료점 5 및 10을 포함하는 것으로 간주되어야한다.
또한, 문구"까지"는 양(amount) 또는 수량(quantity)과 관련하여 사용되는 것으로 그 양은 최소한 검출 가능한 양 또는 수량임을 이해해야 한다. 예를 들어, 특정한 양"까지"의 양으로 존재한다는 재료는 검출 가능한 양으로부터, 특정한 양을 포함하는 양까지 존재할 수 있다.
I. 코팅된 전자 부품
한 측면에서, 코팅된 전자 부품이 본 명세서에 기재되어 있다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 전자 부품 및 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 배치된 그래핀 코팅층을 포함한다. 또한, 어떤 경우에는, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 전자 부품과 그래핀 코팅층 사이에 배치된 전기 절연 재료층을 추가로 포함한다. 그래핀 코팅층은, 일부 구현예에서, 전자 부품의 총 부피 또는 질량을 증가시키지 않고, 환경 노출로부터 개선된 보호를 제공한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 코팅되지 않은 전자 부품에 비해서 전자 부품의 환경에 대향하는 표면에서 증가된 수중 기포 접촉각을 보이고 및/또는 증가된 내부식성을 보인다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 코팅층은 어떤 다른 전자 부품의 코팅과 비교해서 감소된 두께 및/또는 개선된 광 투과성을 갖는다. 코팅된 전자 부품의 전기 절연 재료층은, 일부 구현예에서, 그래핀 코팅층과 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 노출된 전기 전도성 재료 간의 전기적 접촉을 방지할 수 있다.
코팅된 전자 부품의 특정 부품을 참조하면, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은, 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에 배치된 그래핀 코팅층을 포함한다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, "환경과 대향하는" 표면은, 부품의 외부 환경에 노출되는 어떤 표면일 수 있다. 따라서, 환경과 대향하는 표면은 다양한 조건 및/또는 자극에 노출될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 환경과 대향하는 표면은 하나 이상의 공기 중 오염 물질에 노출될 수 있다. 환경과 대향하는 표면은 코팅된 전자 부품 근방에서 일어날 수 있는 액체 유출이나 다른 사고에 노출될 수 있다. 일부 구현예에서, 환경과 대향하는 표면은, 본 명세서에서 기재하는 항공 우주 차량 또는 비항공 우주 차량의 격실 또는 제작 환경의 격실과 같은 차량 또는 다른 환경의 격실에 노출 및/또는 향해서 배향될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 환경과 대향하는 표면은 비행기 기내의 승객실 및/또는 조종석에 노출 및/또는 향해서 배향될 수 있다. 대안적으로, 환경과 대향하는 표면은 차량 또는 다른 환경의 외부에 노출 및/또는 향해서 배향될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 코팅된 전자 부품은 우주선, 비행기, 잠수함, 자동차, 빌딩 또는 다른 구조물의 외측 또는 외부에 부착된 전자 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재하는 코팅된 전자 부품은, 일부 구현예로서, 외부 환경에 노출된 센서를 포함해서, 센서, 레이더 부품, 안테나 접시 안테나, 습도 검출기, 오디오 감지기, 핵 감지기, 바이오 센서 또는 다른 전자 센서 등의 전자 부품을 보호하기 위해 우주, 수중, 공기, 독성 화학 환경, 또는 다른 환경에서 사용될 수 있다.
본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 그래핀 코팅층이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, "그래핀" 코팅층은 sp3-결합 탄소가 아닌 주요 탄소 성분으로 sp2-결합 탄소를 포함한다. 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는그래핀 코팅층은 sp3-하이브리드된 탄소를 포함하지 않거나 실질적으로 sp3-하이브리드된 탄소를 포함하지 않는다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 코팅층에서 탄소의 총량에 대하여 약 10 원자% 이하 또는 약 5 원자% 이하의 sp3-하이브리드된 탄소를 포함한다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 2 원자% 이하 또는 약 1 원자% 이하의 sp3-하이브리드된 탄소를 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 일부 구현예로서, 다이아몬드형 탄소(DLC)를 포함하거나, 구성되거나 본질적으로 구성되지 않는다.
일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 하나 또는 그 이상의 그래핀 시트를 포함, 구성 또는 실질적으로 구성되어 있다. 그래핀 시트는, 일부 구현예로서, 평편한 평면 구조를 갖는 단일 분자 또는 원자층을 포함한다. 본 발명의 목적에 모순되지 않게 임의의 개수의 그래핀 시트가 사용될 수 있다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 복수의 그래핀 시트를 포함한다. 복수의 그래핀 시트는 일부 구현예로서, 적층 또는 층상 구조로 배열될 수 있다. 다른 구현예에서, 그래핀 코팅층은 단일의 그래핀 시트를 포함 또는 구성되어 있다. 따라서, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 하나 또는 그 이상의 원자층을 포함한다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 1과 10 원자층 사이를 포함한다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 1과 5 원자층 또는 1과 3 원자층 사이의 그래핀 층을 포함한다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 1 원자층의 그래핀 층을 포함한다.
도 1은 그래핀 시트를 포함하는 그래핀 코팅층을 포함하는 코팅된 전자 부품의 측면도를 예시한 것이다. 당업자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 묘사되어 있는 다양한 요소들은 단지 표시하기 위한 것이며, 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니다. 도 1의 구현예에서, 코팅된 전자 부품(100)은 전자 부품(110)과 해당 전자 부품(110)의 표면(112)에 배치된 그래핀 코팅층(120)을 포함한다. 그래핀 코팅층(120)은 그래핀 시트(130)를 포함한다. 그래핀 시트(130)는 도 1에서 알칸 사슬과 유사한 선으로 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 묘사는 단지 설명을 하기 위한 것이다. 또한, 전자 부품(110)도 도 1에 사각형 단면과 편평한 평면 구조를 갖는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 구현도 또한 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 전자 부품은, 원형, 타원형 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 목적에 모순되지 않는 한 임의의 크기 및 형상이 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 일부 구현예로서, 전자 부품(110)의 표면(112)은 볼록한 곡률, 오목한 곡률, 또는 주기적 또는 기복이 많은 곡률을 포함하는 곡률을 가질 수 있다. 또한, 일부 구현예로서, 전자 부품(110)의 표면(112)은 그 표면에 배치된 하나 또는 그 이상의 전자 부분품(electronic subcomponent)을 가질 수 있으며, 텍스쳐(textured) 또는 요철(irregular) 표면을 만든다. 예를 들어, 어떤 경우에는, 하나 이상의 변압기, 저항기, 콘덴서 및/또는 인덕터가 표면(112) 상에 배치되고, 그래핀 시트(130)가 부분품으로 배치된다. 또한, 일부의 경우에, 중간 절연 재료층(도시되지 않음)이, 표면(112) 상에 배치될 수 있는 하나 또는 그 이상의 전자 부분품을 포함하는 표면(112)과 그래핀 코팅층(120) 사이에 배치될 수 있다.
다른 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 그래핀 튜브층을 포함, 구성 또는 본질적으로 구성되어 있다. 본 발명의 목적에 모순되지 않게 임의의 그래핀 튜브를 사용할 수 있다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 단일벽 탄소 나노 튜브(SWNTs) 또는 다중벽 탄소 나노 튜브(MWNTs)와 같은 탄소 나노 튜브(CNTs)를 포함한다. 또한, 그래핀 튜브는 본 발명의 목적과 모순되지 않게 임의의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 300 nm 이하, 또는 약 100 nm 이하에서 적어도 하나 치수의 크기를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 1 nm와 약 200 nm 사이, 약 1 nm와 약 150 nm 사이 또는 약 5 nm와 약 100 nm 사이에서 적어도 하나 치수의 크기를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 5 nm와 약 75 nm 사이, 또는 약 15 nm와 약 60 nm 사이에서 적어도 하나 치수의 크기를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 20 nm와 약 30 nm 사이 또는 약 45 nm와 약 55 nm의 사이에서 적어도 하나 치수의 크기를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 300 nm 이하, 또는 약 100nm 이하의 적어도 두개 치수의 크기를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 1 nm와 약 200 nm 사이, 약 1 nm와 약 150 nm 사이, 또는 약 5 nm와 약 100 nm의 사이에서 적어도 두개 치수의 크기를 가진다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 5 nm와 약 75 nm의 사이 또는 약 15 nm와 약 60 nm의 사이에서 적어도 두개 치수의 크기를 가진다.
또한, 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브는 낮은 종횡비를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 20 이하 또는 약 10 이하의 종횡비를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 튜브는 약 2와 약 15 사이 또는 약 3과 약 10 사이의 종횡비를 갖는다. 또한, 약 20 이하의 종횡비를 가지는 그래핀 튜브는, 일부 구현예로서 약 5 nm 내지 약 200 nm 또는 약 10 nm 내지 약 100 nm의 범위의 길이를 갖는다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브는, 일부 구현예로서, 층 상에서 배향될 수 있다. 일부 구현예로서, 하나 이상의 그래핀은 층 상에서 수평 또는 실질적으로 수평으로 배향될 수 있다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 그래핀 튜브는 층 상에서 수직 또는 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 또한, 일부 구현예로서, 층 상에서 수직 또는 실질적으로 수직으로 배향된 그래핀 튜브는 일렬을 포함해서 배열되거나 실질적으로 배열된 것이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 명세서에 기재하는 일부 구현예에 따른 그래핀 튜브 층을 포함하는 그래핀 코팅층을 예시한 것이다. 도 2에 의하면, 코팅된 전자 부품(200)은 전자 부품(210)과 전자 부품(210)의 표면(212) 상에 배치된 그래핀 코팅층(220)을 포함한다. 또한, 일부 경우에, 중간 전기 절연층(도시 생략)은 표면(212)과 그래핀 코팅층(220) 사이에 위치할 수 있다. 도 2의 구현예에서, 코팅된 전자 부품(200)의 그래핀 코팅층(220)은 전자 부품(210)의 표면(212) 상에 수평 또는 실질적으로 수평으로 배향된 복수의 그래핀 튜브(230)를 포함한다. 수평 배향은 표면(212)을 기준으로 한다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, "수평" 배향은 어떤 배향을 포함하는데, 여기서 그래핀 튜브(230)의 장축이 표면(212)에 평행하게 배향된다. 도 2의 구현예에서, 모든 그래핀 튜브(230)는 표면(212)에 평행하게 배향된 장축을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 하나 이상의 그래핀 튜브는 도 2에서 선 A ' 또는 표면(212)에 평행하지 않은 일부 다른 방향에 따라 장축을 가질 수 있다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, "실질적으로 수평"의 배향은 그래핀 튜브의 장축(A')이 전자 부품(210)의 표면에 평행한 선(A)과 약 45도 각도 이하의 각도(θ1)로 형성하는 배향을 포함한다. 일부 구현예로서, 각도(θ1)는 약 30도 이하 또는 약 15도 이하이다. 일부 구현예로서, 각도(θ1)는 약 0도와 약 30도 사이이다. 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브의 대부분은 수평 또는 실질적으로 수평으로 배향된다. 또한, 일부 구현예는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브의 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 또는 약 90%는 수평 또는 실질적으로 수평으로 배향된다.
다른 구현예에서, 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브는 수직 또는 실질적으로 수직하게 배향될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 관련하여, 코팅된 전자 부품(300)은 전자 부품(310)과 전자 부품(310)의 표면(312) 상에 배치된 그래핀 코팅층(320)을 포함한다. 또한, 어떤 경우에는, 중간 절연층(도시하지 않음)은 표면(312)과 그래핀 코팅층(330) 사이에 배치될 수 있다. 도 3의 구현예에서, 코팅된 전자 부품(300)의 그래핀 코팅층(320)은 전자 부품(310)의 표면 (312)에 수직 또는 실질적으로 수직하게 배향된 복수의 그래핀 튜브(330)를 포함한다. 수직한 배향은 표면(312)를 기준으로 한다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, "수직 배향"은 배향을 포함하며, 여기서 그래핀 튜브(330)의 장축은 표면(312)에 수직으로 배향된다. 도 3의 구현예에서, 모든 그래핀 튜브(330)는 표면(312)에 수직하게 배향된 장축을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 하나 또는 그 이상의 그래핀 튜브는 도 3에서 선 B' 또는 표면(312)에 평행하지 않은 어떤 다른 방향을 따라 장축을 가질 수 있다. 본 명세서에 참고를 목적으로, "실질적으로 수직한" 배향은 어떤 배향을 포함하는데, 여기서, 그래핀 튜브의 장축(B')은 전자 부품의 표면에 수직한 선(B)과 약 45도 이하의 각도(θ2)를 형성한다. 일부 구현예로서, 각도(θ2)는 약 30도 이하 또는 약 15도 이하이다. 일부 구현예로서, 각도(θ2)는 약 0도와 약 30도 사이이다. 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브의 대부분은 수직 또는 실질적으로 수직한 배향을 갖는다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층의 그래핀 튜브의 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%는 수직 또는 실질적으로 수직한 배향을 갖는다.
또한, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 수평 또는 실질적으로 수평으로 배향된 단층의 그래핀 튜브 또는 수직 또는 실질적으로 수직으로 배향된 단층의 그래핀 튜브를 포함하는 단층의 그래핀 튜브를 포함, 구성 또는 본질적으로 구성되어 있다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 본 발명의 목적과 모순되지 않게 임의의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들면, 그래핀 코팅층은 약 300 nm 이하 또는 약 200 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 100 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 50 nm 이하, 10 nm 이하, 또는 약 5 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 3 nm 이하, 약 2 nm 이하, 또는 약 1 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 약 1 nm와 약 300 nm의 사이, 약 1 nm와 약 200 nm 사이, 약 1 nm와 약 100 nm 사이, 약 10 nm와 약 300 nm 사이, 약 10 nm와 약 200 nm 사이 또는 약 10 nm와 약 100 nm 사이의 평균 두께를 갖는다. 또한, 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 50 nm와 약 300 nm 사이, 약 50 nm와 약 200 nm 사이, 약 50 nm와 약 100 nm 사이, 또는 약 100 nm와 약 300 nm 사이의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 100 nm 이상, 또는 약 300 nm 이상의 평균 두께를 가질 수 있다.
또한, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 코팅층은 그래핀 튜브층을 포함하고, 코팅층의 평균 두께는 그래핀 튜브의 평균 직경의 약 50배 보다 크지 않다. 일부 구현예로서, 코팅층의 평균 두께는 그래핀 튜브의 평균 직경 보다 약 20배 이상 또는 약 10배 이상 보다 크지 않다. 일부 구현예로서, 코팅층의 평균 두께는 그래핀 튜브의 평균 직경 보다 약 5배 이상, 약 3배 이상, 약 2배 이상 보다 크지 않다. 다른 구현예에서, 코팅층의 평균 두께는 그래핀 튜브의 평균 길이에 비해 약 3배 이상 보다 크지 않다. 일부 구현예로서, 코팅층의 평균 두께는 그래핀 튜브의 평균 길이에 비해 약 2배 이상, 약 1.5배 이상 또는 약 1배 이상 보다 크지 않다.
일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 미세 와이어에 의해 연결된 복수의 그래핀 플레이트렛(platelets)들로부터 형성된다. 일부 구현예로서, 복수의 그래핀 플레이트렛은 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 배치될 수 있고, 복수의 그래핀 플레이트렛은 하나 또는 그 이상의 미세 와이어에 의해 연결될 수 있다. 일부 구현예로서, 그래핀 플레이트렛은 전자 부품과 별도로 미리 제조될 수 있고, 이어서 미세 와이어에 의해서 후속 연결을 위해 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에 배치된다. 또한, 본 발명의 목적과 모순되지 않게 그래핀 플레이트렛은 어떤 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에 그래핀 플레이트렛은 약 1 ㎛ 내지 약 2000 ㎛의 폭 또는 직경을 갖는다. 일부 구현예로서, 그래핀 플레이트렛은 약 50 ㎛와 약 1800 ㎛ 사이, 약 200 ㎛와 약 1500 ㎛의 사이, 또는 약 400 ㎛와 약 1200 ㎛ 사이의 폭 또는 직경을 갖는다. 또한, 일부 구현예로서, 그래핀 플레이트렛은 약 1 ㎛와 약 1500 ㎛ 사이, 약 500 ㎛와 약 1300 ㎛ 사이, 약 1000 ㎛과 약 2000 ㎛ 사이, 또는 약 50 ㎛ 와 약 1000 ㎛ 사이의 폭 또는 직경을 갖는다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 미세 와이어는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 미세 와이어는 금 나노 입자, 폴리머 미립자 및/또는 이들의 조합물과 같은 금속성 나노 입자로 형성된다. 일부 구현예로서, 미세 와이어는 금과 서브 마이크론 크기의 폴리스티렌 라텍스 미립자의 혼합 현탁액으로 형성할 수 있다. 또한, 미세 와이어는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 어떤 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 미세 와이어는 약 10 nm와 약 100 nm 사이, 약 10 nm와 약 40 nm 사이, 또는 약 15 nm와 약 50 nm 사이의 직경을 갖는다. 일부 구현예로서, 미세 와이어는 약 1 nm와 약 30 nm 사이, 약 15 nm와 약 30 nm 사이, 또는 약 15 nm와 약 100 nm의 사이의 직경을 갖는다. 또한, 일부 구현예로서, 미세 와이어는 약 15 nm와 약 5 cm 사이, 약 100 nm와 약 5 cm 사이, 약 500 nm와 약 5cm 사이, 약 1 ㎛와 약 5cm 사이, 또는 약 1 mm와 약 5cm 사이의 길이를 갖는다. 일부 구현예로서, 미세 와이어는 약 15 nm와 약 1 cm 사이, 약 500 nm와 약 1 cm 사이, 약 1 cm와 약 5 cm 사이, 약 1 ㎛와 약 1cm 사이, 약 1 mm와 약 1 cm 사이, 또는 약 5 mm와 약 3 cm 사이의 길이를 갖는다. 미세 와이어의 형성, 증착 및/또는 배치는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 방법으로 수행할 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들면, 미세 와이어는 또한 이하에서 설명하는대로 유전체 조립 공정에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 전자 부품의 표면에 배치된다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 전자 부품의 표면에 직접 배치되어 있다. 또한, 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 전자 부품의 표면에 접합 또는 접착되어 있다. 접합은 일부 구현예에서 화학적 접합을 포함한다. 일부 구현예로서, 접합은 물리적인 접합을 포함한다. 접합은, 일부 구현예에서, 공유 결합, 이온 결합, 수소 결합, 정전기적 상호 작용 및 반 데르 발스 상호 작용 중 하나 또는 그 이상을 포함 또는 구성한다. 일부 구현예로서, 예를 들면, 접합은 반 데르 발스 상호 작용을 포함 또는 구성한다. 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은, Zong et al.,"Direct measurement of graphene adhesion on silicon surface by intercalation of nanoparticles", J Appl. Phys., volume 107, page 026104-1 ~ 026104-3(2007)의 방법에 따라 주사 전자 현미경(SEM)으로 측정했을 때, 전자 부품의 표면에 적어도 약 75 mJ/m2, 또는 약 100 mJ/m2의 접착 에너지로 접합 또는 접착한다. 구체적으로, 접착 에너지(γ)는 다음 식 (1)으로 주어진다.
γ = λEh(w/a) 4 (1)
위 식에서, λ는 1/16와 같은 기하학적 인자이고, E는 0.5 TPa이고, h는 그래핀 코팅층의 두께이며, w는 삽입된 나노 입자의 직경과 같은 중심 블리스터(blister) 변위이고, a는 SEM에 의해서 측정된 기포 반경이다. 블리스터는 Zong 등에 교시되어 있는 바와 같이, 코팅층과 기판 사이에 소위 쐐기 입자 또는 삽입된 나노 입자를 배치하는 것에 의해 제공된다. 쐐기 입자는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 적당한 입자를 포함할 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들면, 쐐기 입자는 약 10 nm와 약 100nm 사이의 직경을 갖는 금 또는 은 나노 입자를 포함하며, 전자 부품과 측정 목적의 코팅층 사이에 배치되어 있다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 전자 부품의 표면에 본 명세서에서 기재하는데로 측정했을 때, 적어도 약 150 mJ/m2의 접착 에너지로 접합 또는 접착된다. 일부 구현예로서, 그래핀 코팅층은 약 50 mJ/m2 와 약 300 mJ/m2 사이, 또는 약 100 mJ/m2 와 약 200 mJ/m2 사이의 접착 에너지로 전자 부품의 표면에 접합 또는 접착된다. 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 극단적인 온도, 고습도, 먼지, 전자기 방사선 노출과 같은 불리한 환경 조건에 노출되는 경우 또는 그러한 조건에 대한 노출의 변화 또는 주기에 노출될 때를 포함해서, 시간이 지남에 따라, 전자 부품에서 층간박리(delamination) 또는 다른 분리(detachment)에 대해 대항한다. 또한, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층은 전자 부품의 전체 표면에 걸쳐 연속적 또는 실질적으로 연속적이다.
본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 전자 부품이 사용될 수 있다. 일부 구현에에서, 전자 부품은 전자 부품에 대해, 전자 부품으로부터 또는 전자 부품 간에 집적 회로, 변압기, 저항기, 콘덴서, 인덕터 또는 전기적인 접속부를 포함한다. 일부 구현예로서, 전자 부품은 하나 이상의 전자 접속부 또는 커넥터를 포함할 수 있는 인쇄 회로 기판 등의 회로 기판을 포함한다. 또한, 전자 부품은 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 전자 부품은 구리 박판, 수지 함침 B-스테이지 천, 에폭시, 액체 광 이미지 땜납 마스크 잉크 및/또는 건조 필름 광 이미지 땜납 마스크와 같은 박판을 포함하거나 그로부터 형성된다. 일부 구현예로서, 전자 부품은 Si, Ge 또는 InP 등의 반도체 재료; 스테인리스 스틸, 금, 은 또는 구리 등의 금속; 및/또는 사파이어, SiO2 및 SiC 등의 유전체 재료(dielectric material)를 포함하거나 그로부터 형성된다.
본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 일부 경우에, 그래핀 코팅층과 전자 부품의 환경과 대항하는 표면 사이에 배치된 전기 절연 재료층을 포함한다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 절연 재료층이 사용될 수 있다. 어떤 경우에, 예를 들면, 절연 재료층은 플라스틱 또는 고무 재료와 같은 폴리머성 재료를 포함하거나 그로부터 형성된다. 다른 경우에, 절연 재료층은 이중층 그래핀(BLG) 또는 그래핀 산화물을 포함하거나 그로부터 형성된다. 일부 구현예로서, 절연 재료층은 이산화 규소 또는 세라믹 등의 무기 재료를 포함하거나 그로부터 형성된다. 다른 전기 절연 재료도 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 절연 재료층은, 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들어, 절연 재료층은 약 10 ㎛ 이하 또는 약 1 ㎛ 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 절연 재료층은 약 500 nm 이하의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 절연 재료층은 약 100 nm와 약 10 ㎛ 사이, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛의 사이, 또는 약 100 nm와 약 1 ㎛ 사이의 평균 두께를 갖는다. 일부 구현예로서, 전기 절연 재료층은 약 10 ㎛ 보다 큰 평균 두께를 가질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 일부 구현예로서, 하나 이상의 바람직한 특성을 발휘할 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들면, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 전자기 스펙트럼의 가시 영역을 포함해서 높은 광 투과성(optical transparency)을 나타낸다. 본 명세서에서 참고를 목적으로, 광 투과성은 소정 파장 영역에서 입사 광선의 합계를 기준으로한다. 광 투과성은 광범위한 스펙트럼 소스 또는 협소한 스펙트럼 소스로 측정할 수 있다. 또한, 코팅의 광 투과성은 임의의 적절한 수단을 포함하여, 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 투과성은 BECKMAN 분광계 등의 분광계로 측정한다.
일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅 층은 약 350 nm와 약 750 nm 사이에서 적어도 약 60% 또는 적어도 약 70%의 광 투과성을 나타낸다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 약 350 nm와 약 750 nm 사이에서 약 85%의 투과성을 나타낸다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 약 350 nm와 약 750 nm의 사이에서 적어도 약 90% 또는 적어도 약 95%의 투과성을 나타낸다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 약 350 nm와 약 750 nm 사이의 파장에서 약 60 %와 약 99.99 % 사이, 또는 약 70 %와 약 95 % 사이의 광 투과성을 나타낸다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 약 200 nm와 약 800 nm 사이 또는 약 220 nm와 약 350 nm의 사이의 파장에서 약 65 % 내지 약 99.99 % 또는 약 75 % 내지 약 60 %의 광 투과성을 나타낸다.
일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 높은 내수성을 나타낸다. 예를 들어, 일부의 경우에, 코팅된 전자 부품은 코팅된 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에서 적어도 약 95도, 적어도 약 100도, 또는 적어도 약 110도의 수중 기포 접촉각을 보인다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 약 95도와 약 130도 사이, 약 95도와 약 125도 사이, 약 95도와 약 110도 사이, 약 95도와 약 105도 사이, 또는 약 95도와 약 100도 사이의 수중 기포 접촉각을 나타낸다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 약 100도와 약 125도 간의 수중 기포 접촉각을 나타낸다. 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 수중 기포 접촉각은 물에서 공기의 접촉각은 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 수중 기포 접촉각은 접촉각 각도계를 사용하는 정적법(static sessile drop method) 또는 동적법(dynamic sessile drop method)에 의해 측정된다.
또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 압축에 대해 높은 기계적 강도, 강성, 또는 저항을 나타낸다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품의 그래핀 코팅층은 Lee et al., "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene," Science, volume 321, number 5887, pages 385-388 (18 July 2008)에 기재된 방법에 따라 원자력 현미경(AFM)에서 나노 압입에 의해 측정했을 때 약 2 TPA 까지 또는 약 1 TPA 까지의 최대의 인장 모듈러스를 나타낸다. 구체적으로는, 인장 모듈러스는 식 (2)에 의해 결정된다.
F = σ
0
(πa) (δ/a) + E (q
3
a) (δ/a)
3
(2)
여기서, F는 인가된 힘이고, σ 0 는 코팅층에서의 사전장력이며, a는 멤브레인 직경, δ는 중심점에서의 편향율이며, E는 인장 모듈러스이며, q는 1.02와 같은 상수이다. 측정 목적을 위해, 그래핀 코팅층은 복수의 원형 벽면(약 1.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛의 직경, 약 500 nm의 깊이)을 갖는 전자 부품 상에 배치된다. 벽면 위에 배치된 코팅층은 일련의 자립형 멤브레인을 형성할 수 있다. 기계적인 속성은 Lee at al.에 의해서 교시된 바와 같은 AFM를 갖는 자립형 멤브레인의 중심을 약간 들어가게 하여 측정된다. 코팅된 전자 부품은 본 명세서에서 기재하는 나노 압입에 의해 측정할 때 약 500 GPa 까지 또는 약 100 GPa 까지의 인장 모듈러스를 보인다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 약 50 GPa 까지 또는 약 30 GPa 까지의 인장 탄성율을 나타낸다. 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅 된 전자 부품은 위에서 기재한 바와 같이, 원자력 현미경에서 나노 압입에 의해서 측정했을 때, 약 1 GPa와 약 1 TPA 사이 또는 약 500 GPa와 약 1 TPa 사이의 인장 모듈러스를 보인다. 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 약 10 GPa와 약 30 GPa 사이의 인장 모듈러스를 보인다.
또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 본 명세서에서 기재하는 속성의 조합을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 기재하는 코팅된 전자 부품은 본 발명의 목적과 모순되지 않는 속성과 특징의 어떤 조합을 보일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 코팅된 전자 부품은 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 특징이 있다 :
(1) 약 200 nm와 약 800 nm 사이의 파장에서 약 60 %와 약 99.99 %의 사이에 광 투과성을 가지는 코팅,
(2) 상기에서 기재한 한 바와 같이, 나노 압입에 의해 측정했을 때, 약 1 GPa와 약 1 TPA 사이 또는 약 500 GPa와 약 1 TPa 사이의 경도,
(3) 상기에서 기재한 바와 같이 측정했을 때, 약 95도와 약 130도 사이의 수중 기포 접촉각,
(4) 상기에서 기재한 바와 같이 측정했을 때, 적어도 약 75 mJ/m2 또는 적어도 약 100 mJ/m2의 접착 에너지,
(5) 약 100 nm 이하 또는 약 10 nm 이하의 두께를 가지는 그래핀 코팅층.
II. 전자 부품을 코팅하는 방법
또 다른 측면에서, 전자 부품을 코팅하는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 일부 구현예로서, 전자 부품의 코팅 방법은, 전자 부품의 표면에 그래핀 층을 배치하여 그래핀 코팅층을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 어떤 경우에, 본 명세서에서 기재하는 방법은 전자 부품의 환경에 대향하는 표면에 절연 재료층을 배치하는 것을 추가로 포함하되 여기서, 전기 절연성 재료층은 환경에 대향하는 표면과 그래핀 코팅층 사이에 배치된다.
방법의 특정 단계를 참조하면, 전자 부품을 코팅하는 방법은 전자 부품의 표면에 그래핀의 층을 배치하여 그래핀 코팅층을 제공하는 단계를 포함한다. 그래핀 층은 본 발명의 목적에 모순되지 않는 임의의 방법으로 전자 부품의 표면 상에 배치될 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들어, 그래핀 층을 배치하는 것은 기상 증착법을 사용하여 수행된다. 증착은, 일부 구현예로서, 화학 기상 증착(CVD)을 포함한다. 예를 들어, 일부 구현예로서, CVD는 하나 이상의 그래핀 시트를 포함하는 그래핀 코팅층을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 CVD 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 대기압 CVD, 초고진공 CVD법, 열 필라멘트(또는 핫 와이어 또는 촉매) CVD가 사용될 수 있다. 일부 구현예로서, CVD 방법은 하나 이상의 탄소 함유 기체상 반응물로부터 그래핀 층을 배치하는 것을 포함한다. 일부 구현예로서, 기체상 반응물은 탄화수소를 포함한다. 일부 구현예로서, 기체상 반응물은 벤젠, 에탄, 메탄 또는 이들의 조합 또는 혼합물을 포함한다. 또한, 일부 구현예로서, 기체상 반응물은 H2와 같은 담체 가스에 제공된다.
다른 구현예로서, 그래핀 층의 배치는 촉매 기상 증착을 이용하여 수행된다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 촉매 증착은 본 명세서에서 기재하는 수직 또는 실질적으로 수직 배향을 갖는 그래핀 튜브의 층을 포함하는 그래핀 코팅층을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 촉매 기상 증착 방법이 사용될 수 있다. 일부 구현예로서, 촉매 기상 증착 방법은 전자 부품의 표면에 금속 촉매 입자를 배치하는 단계를 포함한다. 금속 촉매 입자는, 일부 구현예로서, 동일한 간격 입자들의 질서 있는 배열과 같이 일렬로 전자 부품에 배치될 수 있다. 또한, 금속 촉매 입자는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 크기 및 화학적 조성을 가질 수 있다. 또한, 금속 촉매 입자의 크기는, 일부 구현예로서, 소망의 그래핀 튜브 직경을 얻기 위해 선택된다. 일부 구현예로서, 예컨대, 금속 촉매 입자는 약 1 nm 내지 약 20 nm 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm의 범위의 평균 직경을 갖는다. 일부 구현예로서, 금속 촉매 입자는 약 1 ㎚ 이하의 평균 직경을 갖는다. 또한, 일부 구현예로서, 금속 촉매 입자는 순금속, 금속 합금, 혹은 금속의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 일부 구현예로서, 금속 촉매 입자는 니켈 입자를 포함한다. 다른 구현예에서, 금속 촉매 입자는 금 또는 은과 같은 귀금속을 포함한다.
또한, 일부 구현예로서는, 본 명세서에서 기재하는 촉매 기상 증착법은 진공실에 전자 부품을 배치하고, 전자 부품을 가열하는 것을 포함한다. 금속 촉매 입자의 층을 포함하는 전자 부품은, 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 온도로 진공실 내에서 가열될 수 있다. 일부 구현예로서, 전자 부품은 약 600℃와 약 800℃ 사이의 온도로 가열된다. 일부 구현예로서, 전자 부품은 약 700℃의 온도로 가열된다.
일부 구현예로서, 촉매 기상 증착 방법은 진공실 내로 하나 이상의 가스를 도입하는 것을 포함하며, 여기서, 적어도 하나의 가스는 탄소를 함유하는 종류를 포함한다. 일부 구현예로서, 아세틸렌 또는 에틸렌 등의 탄소를 함유하는 가스가 암모니아 또는 질소와 같은 공정 가스와 함께 도입된다. 이와 같이, 일부 구현예로서, 그래핀 튜브의 층은 전자 부품 상에 배치된 금속 촉매 입자에서 성장될 수 있다.
또한, 일부 구현예로서, 그래핀 층은 환경에 대향하는 표면 상에 복수의 그래핀 플레이트렛을 배치하고, 하나 이상의 미세 와이어로 플레이트렛을 서로 연결하는 것에 의해 형성된다. 복수의 그래핀 플레이트렛은 미세 와이어 기술에 의한 연결에 모순이 없는 임의의 그래핀 형성 기술에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 그래핀 플레이트렛은 조립식 그래핀 시트로 구성된다. 또한, 미세 와이어에 의한 그래핀 플레이트렛의 연결은, 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 미세 와이어 기술에 의해 수행될 수 있다.
일부 구현예로서, 복수의 그래핀 플레이트렛을 연결하는 것은 유전 영동법(dielectrophoretic method)에 의해 수행된다. 예를 들어, 환경에 대향하는 표면 상에 배치된 그래핀 플레이트렛과 함께 전자 부품은 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 다양한 방식으로 전극들 사이의 거리에서 유전 영동을 실시할 수 있다. 일부 구현예로서, 예를 들어 전극 사이의 거리는 소망하는 미세 와이어의 길이에 따라 약 1 ㎛ 내지 약 1cm 이상으로 다양할 수 있다. 전도성과 같은 특정한 속성에 대해 선택된 재료로 형성되는 나노 입자는 전극 위의 챔버 내로 도입될 수 있다. 일부 구현예로서, 나노 입자는 약 15 nm와 약 30 nm 사이의 직경을 갖는 금 나노 입자를 포함할 수있다. 교류 전압이 유전 영동실로 적용될 수 있다. 일부 구현예로서, 약 50 V 내지 약 250 V의 교류 전압이 약 50 Hz 내지 약 250 Hz의 주파수와 함께 전극에 인가될 수 있다. 인가되는 교류 전압은 얇은 금속 섬유의 형성을 초래할 수 있다. 이러한 그래핀 플레이트렛과 같은 탄소를 함유하는 기관의 영역은 플레이트렛의 방향으로의 미세 와이어의 성장을 일으키고 두 전극에 플레이트렛을 연결하는 것과는 달리 균질한 기판 상에 섬(islands)를 형성할 수 있다. 일부 구현예로서, 미세 와이어는 Hermanson et al. "Dielectrophoretic Assembly of Electrically Functional Microwires from Nanoparticle Suspensions," Science, vol. 294 (5544), pages 1082-1086 (2001)에 기재된 유전 영동 조립공정에 의해서 형성될 수 있다.
다른 구현에서는, 그래핀 층의 배치는 열적 침탄(thermal carburization)를 사용하여 수행된다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 열적 침탄법이 사용될 수 있다. 일부 구현예로서, 열적 침탄법은 초고진공 또는 불활성 분위기 하의 고온에서 SiC 또는 탄소강 기판 또는 부품과 같이 본 명세서에서 기재하는 탄소를 함유하는 기판 또는 전자 부품을 가열하는 것을 포함한다. 또한, 어떤 경우에는, 열적 침탄법은 탄소를 함유하는 분위기에서 고온으로 본 명세서에서 기재하는 기판이나 전자 부품을 가열하는 단계를 포함한다. 고온은, 어떤 경우에는 약 1000 ℃의 온도 이상의 온도를 포함한다. 일부 구현예로서, 고온은, 약 800℃ 이상 또는 900℃ 이상일 수 있다. 이론적으로 한정하는 것은 아니지만, 본 명세서에서 기재하는 열적 침탄법 중에 탄소가 풍부한 표면은 남고, 표면으로부터 비탄소 기판 원자는 탈착할 것으로 생각된다. 일부 구현예로서, 열적 침탄은 Van Bommel et al. "LEED and Auger electron observations of the SiC (0001) surface," Surface Science, 48(2), pages 463-472 (1975); 또는 Gullapalli et al. "Graphene Growth via Carburization of Stainless Steel and Application in Energy Storage," Small, 12, pages 1697-1700 (2011)에 기재된 방법에 따른 방식으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 일부 구현예로서, 그래핀 층의 배치는 탄소를 함유하는 기판 상에 전자 부분품을 배치한 후에 약 1000 ℃의 이상의 온도에서 상기 기판을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 온도와 시간의 증가에 따라, 기판과 전자 부분품에 대해 탄소가 풍부한 코팅은 남겨두고 기판에서의 비탄소 원자는 탈착될 수 있다. 일부 구현예로서, 탄소가 풍부한 코팅은 전자 부품에 배치된 그래핀 층이다. 또한, 일부 구현예로서는, 그래핀 층의 배치는 탄소를 함유하지 않는 기판 상에 전자 부품을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 기판과 전자 부분품은 탄소가 풍부한 대기를 함유하는 고온 환경 하에서 배치할 수 있다. 일부 구현예로서, 고온은 약 950 ℃의 온도일 수 있다. 또한, 일부 구현예로서, 탄소가 풍부한 분위기는 핵산 또는 다른 탄화수소를 포함 할 수 있다. 이러한 구현에서, 그래핀 코팅층은 전자 부분품과 기판 위에서 형성 될 수 있다.
다른 구현에서는, 그래핀 층의 배치는 전자 부품 상에 배치된 산화 흑연(GO)의 박막에 직접 레이저 묘화(laser writing) 또는 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 사용하여 수행된다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 직접 레이저 묘화 또는 스크라이빙 방법이 사용될 수 있다. 일부 구현예로서, 직접 레이저 묘화 또는 스크라이빙 방법은, 고체 상태에서 그래핀 필름을 환원 및 패턴화하기 위해 주변 조건하에서 산화 흑연(GO) 필름의 직접 레이저 조사를 포함한다. 또한, 레이저 강도 및 레이저 조사 처리의 변경은 최종의 레이저 스크라이브 그래핀(LSG)의 전기적 특성을 전환시킬 수 있다. 또한, 레이저 강도(laser intensity), 레이저 주파수(laser frequency), 레이저 펄스 프로필(laser pulsing profile), 펄스 주파수(pulsing frequency), 펄스 듀티 사이클(pulsing duty cycle) 및/또는 산화흑연(GO) 필름의 두께를 변경함으로써, 그래핀 코팅층의 소망하는 두께를 얻을 수 있다. 일부 구현예로서, 직접 레이저 기록은 El-Kady & Kaner, "Scalable fabrication of high-power graphene micro-supercapacitors for flexible and on-chip energy storage," Nature Communications, 4, article number 1475, (February 12, 2013); 또는 Strong et al., "Patterning and Electronic Tuning of Laser Scribed Graphene for Flexible All-Carbon Devices," ACS Nano, 6(2), 1395-1403 (2012)에 게재된 방법에 부합하는 방식으로 수행할 수 있다.
본 명세서에서 기재하는 방법에 의해 제공되는 그래핀 코팅층은 상기의 섹션 I에서 설명한 그래핀 코팅층의 어떤 속성을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 본 명세서에서 기재하는 방법에 의해 제조된 그래핀 코팅층은 약 100 nm 이하의 두께를 갖는다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 그래핀 코팅층의 두께는, 일부 구현예로서, 전자 부품에 코팅층의 증착시 하나 이상의 매개 변수를 변경하여서 선택할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예로서, 상기 코팅층의 두께는 증착 시간을 변경시켜서 선택되며, 여기서, 짧은 증착 시간은 보다 얇은 코팅층을 제공한다. 또한, 증착 시간은, 일부 구현예로서, 전자 부품 상에 배치된 재료의 질량을 결정하기 위해서 준비한 미량 천칭(microbalance)(수정 진동자 미량 천칭 등)에서 얻어진 정보를 이용하여 선택될 수 있다. 일부 구현예로서, 상기 정보는 미량 천칭의 출력에 관한 정보(예를 들면, 전자 부품의 측정된 질량 변경)를 화학 증착 시스템과 같은 증착 장치에 제공하여 피드백 루프(feedback loop)를 형성함으로써 실시간으로 얻어진다.
또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 전자 부품을 코팅하는 방법은 그래핀 코팅층의 일부분의 제거를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 그래핀 코팅층의 일부 제거는 그래핀 코팅층의 매끄럽고 또는 보다 균일한 환경과 대향하는 표면에서 일어날 수 있다. 그래핀 코팅층의 일부는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 방법으로 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 그래핀 코팅층의 일부의 제거는 그래핀 코팅층의 탄소 전체가 아닌 일부를 제거하기 위해 그래핀 코팅층에 탄소 제거기를 적용하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 탄소 제거기는 그래핀 코팅층 위 또는 가로질러서 문지름, 가압, 지움, 또는 칠하게 된다. 또한, 탄소 제거기는, 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 장치를 포함할 수있다. 일부 구현예에서, 탄소 제거기는 그래핀 코팅층에 마찰, 마모 및/또는 접착성을 제공하는 하나 이상의 평탄한 표면을 포함한다.
일부 구현예에서, 탄소 제거기는 하나 또는 그 이상의 평면에 추가해서 또는 그 대신에 하나 이상의 곡면을 포함한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 그래핀 코팅층에 탄소 제거기의 적용은 그래핀 코팅층 위에 접착제 롤러를 압연하는 것을 포함한다. 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 접착제 롤러가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 점착제 롤러는 점착제 롤러의 압연 표면에 배치된 접착제 재료를 포함한다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 점착제 롤러와 같은 탄소 제거기는 핸들, 홀더 또는 다른 장치에 연결되며, 여기서, 탄소 제거기는 핸들이 접착제 롤러의 압연 표면과 같이, 탄소 제거기의 표면에 접선 방향으로 이동할 때 압연 또는 이동하도록 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 점착제 롤러 또는 기타 탄소 제거기의 접착제 재료는 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 접착제 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 접착제 재료는 유체 물질 또는 고체 물질일 수 있다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 콜라겐 아교, 알부민 아교, 카제인 아교 또는 육류 아교와 같은 동물성 단백질계 접착제 재료를 포함한다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 뼈 아교, 생선 아교, 가죽 아교, 발굽 아교, 또는 토끼 피부 아교를 포함한다. 접착제 재료는 또 수지 또는 전분 등의 식물성 접착제 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 캐나다 발삼 수지, 코코이나, 아라비아 고무 수지, 라텍스, 메틸 셀룰로오스, 점액, 레조 르시놀 수지, 우레아-포름 알데히드 수지 또는 이들의 조합을 포함한다. 접착제 재료는 또한 합성 모노머 아교 또는 합성 폴리머 아교와 같은 합성 접착제 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 아크릴로니트릴, 시아노아크릴 레이트 또는 아크릴 아교 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는, 에폭시 수지, 에폭시 퍼티, 에틸렌-비닐 아세테이트, 페놀 포름 알데히드 수지, 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 핫멜트 아교, 폴리프로필렌 아교, 폴리설파이드, 폴리우레탄, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 고무 시멘트, 실리콘 또는 스티렌-아크릴레이트 코폴리머, 또는 이들의 조합 또는 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 용제계 접착제를 포함한다. 일부 구현예에서, 접착제 재료는 도료 또는 프라이머를 포함한다. 또한, 일부 구현예에서, 본 명세서에서 기재하는 접착제 재료는 탄소 또는 그래핀의 시트간 결합 에너지를 초과하는 그래핀 코팅층에 대해 접착 강도를 갖는다.
또한, 일부 경우에, 본 명세서에서 기재하는 방법은 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 전기 절연성 재료의 층을 증착하는 것을 포함하며, 여기서, 절연 재료층은 환경과 대향하는 표면과 그래핀 코팅층 사이에 위치한다. 전기 절연성 재료층은 본 발명의 목적과 모순되지 않는 임의의 방법으로 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에 배치될 수 있다. 어떤 경우에는, 예를 들면, 전기 절연층은 딥 코팅(dip coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)에 의해 형성된다. 또한, 본 명세서에서 기재하는 방법에 의해 제공되는 절연 재료층은 상기의 섹션 I에서 설명한 절연 재료층의 어떤 속성을 가질 수 있다.
본 명세서에서 기재하는 일부 구현예는 제한하고자 하는 것이 아닌 다음의 실시예에서 추가로 예시하기로 한다.
III. 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키는 방법
또 다른 측면에서, 차량 또는 다른 환경의 외부(또는 외면) 내에 또는 상에 배치되어 있는 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키는 방법이 본 명세서에서 기재되어 있다. 차량은 항공기, 헬리콥터, 로켓이나 위성과 같은 우주 항공 수단이 될 수 있다. 대안적으로, 상기 차량은 보트, 잠수함 또는 자동차와 같은 비우주 차량 일 수 있다. 전자 장치는 또한 제조 환경과 같은 환경 내에 배치 될 수 있다. 어떤 경우에는, 본 명세서에서 기재하는 전자 장치는 항공기 승객 객실 내 또는 외부에 배치되어 있다. 일부 구현예에서, 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키는 방법은 그래핀 코팅층과, 임의로 장치의 전자 부품의 환경에 대향하는 표면 상에 전기 절연 재료층을 배치하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 전자 장치는 다른 동등한 그래핀 코팅층이 없는 전자 장치와 비교해서 환경 시험 성능에서 10% 개선을 보인다(예, 그래핀 코팅층을 포함하지 않는 다른 동등한 전자 장치). 환경 시험 성능은 본 명세서에서 기재하는 수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알콜 시험을 포함한다. 일부 실시예에서, 전자 장치는 본 명세서에서 기재하는 하나 이상의 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알콜 시험에서 적어도 약 20 %, 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 100%, 또는 적어도 200%의 환경 시험 성능에서 개선을 보일 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 전자 장치는 하나 또는 그 이상의 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 및 메틸 알콜 시험에서 본 명세서에서 인용된 퍼센트의 개선을 보일 수 있다.
전자 장치의 환경 시험 성능은 참고로 기재되어 있는 Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment, Document DO-160 issued by RTCA, Inc., 에 설정에 따라 측정할 수 있다.
실시예 1
그래핀 코팅된 전자 부품
그래핀 코팅된 전자 부품이 다음과 같이 제조한다. CVD 챔버 내에 전자 부품을 배치하고, CVD 증착 조건에 전자 부품을 노출시켜서 편평한 그래핀 시트를 포함하는 그래핀 코팅층을 세정된 전자 부품의 표면에 인가한다. 임의로, 전자 부품은 그래핀 코팅층의 증착 전에 그의 표면에 배치된 전기 절연층을 가질 수도 있다. 구체적으로, 그래핀 코팅층의 증착은 대략 101 Torr의 전체 압력에서, 약 100 Torr의 분압 벤젠, 에탄, 메탄의 분위기 및 1 Torr의 분압 H2 하에서 대략 100분 동안 500 ℃에서 증착을 수행한다. 얻어진 그래핀 코팅층의 두께는 대략 100 nm 이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 보다 얇은 그래핀 코팅층이 증착 시간을 단축시켜서 얻을 수 있다. 또한, 증착 시간은, 상기에서 설명한 바와 같이, 챔버 내에 배치되어 있고 전자 부품 상에 증착된 재료의 질량을 결정하기 위하여 배열되어 있는 미량 천칭으로부터 얻어진 정보를 사용하여 선택할 수 있다.
실시예 2
그래핀 코팅된 전자 부품
그래핀 코팅된 전자 부품을 다음과 같이 제조한다. 수직 또는 실질적으로 수직으로 배향된 단일벽 탄소 나노 튜브(SWNTs)를 포함하는 그래핀 코팅층을 CVD 챔버 내에 있는 전자 부품을 배치하고, 전자 부품을 촉매성 기상 증착 조건에 노출시키는 것에 의해 세정된 전자 부품의 표면에 적용한다. 선택적으로, 상기 전자 부품은 그래핀 코팅층의 증착 전에 그의 표면 상에 배치된 전기 절연층을 가질 수도 있다. 구체적으로, 그래핀 코팅층의 증착은 100 Torr의 분압 아세틸렌 또는 에틸렌과 5 Torr 분압 N2 또는 NH3의 분위기, 즉 105 Torr의 전체 압력하에서 대략 100 분 동안 약 700℃의 전자 부품 온도 하에서 수행한다. 약 10 nm의 직경을 가지는 일련의 니켈 입자가 SWNTs의 촉매 형성용 전자 부품에 배치된다. 얻어진 SWNTs는 배열되고, 약 10 nm의 평균 직경과 약 100 nm의 평균 길이를 갖는다. 그래핀 코팅층의 평균 두께는 약 20 ㎚이다.
실시예 3
그래핀 코팅된 전자 부품
그래핀 코팅된 전자 부품을 다음과 같이 제조한다. 복수의 그래핀 플레이트렛을 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 적용한다. 선택적으로, 상기 전자 부품은 그래핀 플레이트렛의 증착 전에 그의 표면에 배치된 전기 절연층을 갖게 할 수 있다. 상기 부품을 미세 와이어의 소망하는 길이에 따라서 10 - 100 ㎛로 변하는 전극들 사이의 갭을 갖는 유전 영동으로 처리한다. 미세 와이어는 15 - 30 nm의 직경을 가지는 금 나노 입자의 현탁액을 상기 평면 금속성 전극 위의 박막실에 도입 후에 형성한다. 50 내지 250 V 및 50 내지 200 Hz의 교류 전압을 평면 전극에 인가하여 금속성 섬유를 형성한다. 전도성 그래핀 플레이트렛은 상기 플레이트렛을 양 전극에 접속 하는 플레이트렛의 방향으로 미세 와이어의 성장과는 달리 균질한 기판 상에 작은 섬을 형성한다.
실시예 4
그래핀 코팅된 전자 부품
그래핀 코팅된 전자 부품은 다음과 같이 제조한다. 전자 부품의 표면에 산화 흑연(GO)의 박막 필름을 배치하는 것에 의해 세정된 전자 부품의 표면에 그래핀 코팅층을 적용한다. 산화 흑연(GO)의 박막 필름의 증착 전에 전자 부품의 표면에 임의로 절연층을 갖게 할 수 있다. 산화 흑연(GO)의 박막 필름을 레이저 강도를 제어하기 위해 대물 렌즈 어셈블리를 주기적으로 펄스하는 광 드라이브 유니트(optical drive unit) 내부에서 5 mW의 최대 전원 출력을 가진 788 nm 적외선 레이저로 처리한다. 최종 레이저 스크리브된 그래핀(LSG) 코팅층의 두께는 레이저 강도, 레이저 펄스의 주파수, 펄싱 듀티 사이클(pulsing duty cycle), 산화 흑연(GO) 필름의 박막성, 및 산화 흑연에서의 레이저 포커스(laser focuses)의 전체 시간에 의해서 결정된다.
본 개시의 다양한 구현예들은 본 발명의 다양한 목적을 달성하기 위해 기재한 것이다. 이들 구현예는 본 발명의 원리를 단지 예시한 것으로 인식되어야 한다. 다양한 변형 및 이의 개조들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다.
100,200,300: 코팅된 전자 부품
110,210,310: 전자 부품
112,212,312: 표면
120,220,320: 그래핀 코팅층
130: 그래핀 시트
230,330: 그래핀 튜브
110,210,310: 전자 부품
112,212,312: 표면
120,220,320: 그래핀 코팅층
130: 그래핀 시트
230,330: 그래핀 튜브
Claims (20)
- 차량의 격실 내에 또는 차량의 외부에 배치된 전자 장치의 서비스 수명을 증가시키기 위한 방법으로, 상기 방법은,
상기 전자 장치의 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 그래핀 코팅층을 배치하는 단계;
여기서, 상기 전자 장치는 다른 동등한 그래핀 코팅층이 없는 전자 장치와 비교해서 환경 시험 성능에서 적어도 10% 개선을 보이되, 상기 환경 시험 성능은 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험 또는 메틸 알콜 시험에서의 성능을 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 전자 장치는 하나 또는 그 이상의 방수성 시험, 아세트산 시험, 당액 시험, 및 메틸 알콜 시험에서 적어도 10% 개선을 보이는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀 코팅층은 하나 또는 그 이상의 그래핀 시트를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀 코팅층은 약 1과 10 원자층 사이를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀 코팅층은 그래핀 튜브 층을 포함하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 그래핀 튜브는 수평 또는 실질적으로 수평 방향을 갖는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 그래핀 튜브는 수직 또는 실질적으로 수직 방향을 갖는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀 코팅층은 미세 와이어로 연결된 복수의 그래핀 플레이트렛을 포함하는 방법.
- 상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자 장치는 항공기의 승객 객실 또는 조종실 내에 배치되는 방법.
- 전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 배치된 그래핀 코팅층을 포함하되 여기서, 상기 그래핀 층은 약 300 nm 이하의 두께를 갖는 코팅된 전자 부품.
- 제10항에 있어서, 상기 전자 부품과 상기 그래핀 코팅층 사이에 배치된 전기 절연 재료층을 추가로 포함하는 코팅된 전자 부품.
- 제10항에 있어서, 상기 코팅된 전자 부품은 환경과 대향하는 표면에서 약 95도와 약 130도 사이의 수중 기포 접촉각을 보이는 코팅된 전자 부품.
- 제10항에 있어서, 상기 코팅된 전자 부품은 원자력 현미경에서 나노 압입 시험에 의해서 측정했을 때 약 1 GPa와 약 1 TPa 사이의 인장 모듈러스를 보이는 코팅된 전자 부품.
- 전자 부품의 코팅 방법으로서,
전자 부품의 환경과 대향하는 표면에 그래핀 층을 배치하는 단계를 포함하되 여기서, 상기 그래핀 층은 약 300 nm 이하의 두께를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서, 상기 그래핀의 층의 배치는 기상 증착을 이용하여 수행하는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 기상 증착은 화학 기상 증착을 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 그래핀 층은 환경과 대향하는 표면에 복수의 그래핀 플레이트렛을 배치하고, 해당 플레이트렛을 하나 또는 그 이상의 미세 와이어로 서로 연결하는 것에 의해 형성되는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 그래핀 층은 탄소 공급원의 존재 하에서 전자 부품을 가열하는 것에 의해 형성되는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 그래핀 층은 전자 부품의 환경과 대향하는 표면 상에서 산화 흑연 필름을 레이저 스크라이빙하는 것에 의해 형성되는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 방법은 그래핀 층의 일부를 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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