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중국과학원 닝보(寧波) 재료기술 및 공정 연구소 산하 표면 사업부 소속 기능 탄소 재료 연구팀이 수직 배열 그래핀 구조를 보유하고 있는 동시에 높은 열전도 계수 및 낮은 압축률을 보유하고 있는 신형 열 계면 재료를 개발하는데 성공함.

연구팀이 신형 열 계면 재료를 제조하는 과정을 보면, 흡인 여과(suction filtration)를 거친 그래핀 종이에 횡적 방향의 기계력을 추가하여 그래핀이 주름 구조를 보유할 수 있도록 한 후 압력을 추가하여 촘촘한 그래핀 열전도 패드를 조성할 수 있도록 하는 과정인 것으로 나타났는데 이런 제조 과정은 그래핀 종이의 방향이 수평으로부터 수직으로 되게끔 하여 그래핀 종이가 수평 열전도로부터 수직 열전도로 전환할 수 있도록 하는 것이 제일 중요한 특징으로 밝혀짐. 그래핀 열전도 패드 제조 과정에서의 각 단계 형태 변화로부터 보면, 최종적인 그래핀 열전도 패드는 미시적으로 다층 구조를 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 중간 부분은 수직 배열한 그래핀이 위주이고, 윗부분과 하단은 얇은 층의 수평 배열 그래핀을 보유하고 있기 때문에 전체적인 구조는 벌집 판(honeycomb plate)과 유사한 것으로 나타났음. 연구팀이 개발한 그래핀 열전도 패드는 높은 열전도 계수를 보유하고 있는 외, 실리콘과 비슷한 압축률을 보유하고 있는 동시에 0.87MPa 수준밖에 되지 않기 때문에 금속재료보다 많이 낮고 패키징을 할 때 변형이 발생하지 않고 비교적 낮은 접촉 열 저항을 실현할 수 있는 것으로 나타났음.

CFD 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 산열 과정에 대한 시뮬레이션을 실행한 결과, 그래핀 열전도 패드의 접촉 열 저항은 주요 상용화 열전도 패드보다 낮은 것으로 나타남.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ 지에 게재됨