📌 수성 그래핀 카본 페이스트(Water-based Graphene Carbon Paste)

 

📌 수성 그래핀 카본 페이스트(Water-based Graphene Carbon Paste) 제조 방법

수성 그래핀 카본 페이스트는 전도성, 난방 필름, 전자소재, 센서, 배터리 전극 등에 사용되는 친환경적인 전도성 페이스트입니다.
기존의 유기용매(유성) 기반 카본 페이스트보다 친환경적이며, 인체에 무해하여 다양한 산업에서 활용됩니다.

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🔹 1️⃣ 수성 그래핀 카본 페이스트의 기본 성분

✔ 기본적으로 4가지 핵심 성분으로 구성됩니다.

성분	역할	예시 물질
전도성 입자 (Conductive Filler)	전기전도성을 결정하는 핵심 물질	그래핀(Graphene), 카본 블랙, CNT(탄소나노튜브)
바인더(Binder, 고분자 수지)	입자들을 결합하여 필름을 형성	PVA(폴리비닐알코올), PU(폴리우레탄), CMC(카르복시메틸셀룰로오스)
분산제(Dispersant)	입자들이 뭉치지 않도록 균일한 분산 유도	Triton X-100, SDS(소듐도데실설페이트), PVP(폴리비닐피롤리돈)
용매(Solvent, 수성기반 용액)	전체 혼합물의 점도 조절	증류수(DI Water), 에탄올(소량 혼합 가능)

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🔹 2️⃣ 수성 그래핀 카본 페이스트 제조 과정

📌 [1단계] 그래핀 및 카본 분산
✅ 그래핀 및 카본 입자를 균일하게 분산시키는 과정
✔ 용매(물 + 소량 에탄올) + 분산제 + 그래핀/카본을 혼합
✔ 초음파 분산기(Sonicator) 또는 볼밀(Ball Milling)로 30분~2시간 이상 분산
✔ 입자가 균일하게 퍼지도록 속도 및 시간 조절 필요

📌 추천 분산 조건:

• 초음파 분산기: 3090분 (출력 200500W)
• 볼밀 (Ball Mill): 1224시간 (고형분 비율 510%)

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📌 [2단계] 바인더 및 점도 조절
✅ 필름을 형성하는 바인더를 추가하여 점도를 맞춤
✔ PVA(폴리비닐알코올) 또는 PU(폴리우레탄) 용액을 소량씩 첨가
✔ 점도가 너무 높으면 증류수로 희석
✔ 고분자 바인더의 비율에 따라 필름의 강도와 전도성이 결정됨

📌 바인더 비율 조절 (예시)

• 전도성이 높은 페이스트 → 바인더 5~10%
• 유연성이 필요한 페이스트 → 바인더 10~20%

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📌 [3단계] 혼합 및 최종 분산
✅ 고속 교반기로 혼합하여 최적의 점도를 조절
✔ 교반 속도: 5001000 rpm, 3060분 이상
✔ 점도가 너무 낮으면 PVA 또는 증류수를 조절하여 최적화
✔ 점도가 너무 높으면 에탄올을 1~5% 범위에서 추가 희석 가능

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📌 [4단계] 필름 코팅 및 건조
✅ 완성된 페이스트를 필름 형태로 코팅한 후 건조
✔ 스크린 인쇄(Screen Printing) 또는 드롭 코팅(Drop Coating) 방식 적용
✔ 건조 온도: 80150°C (시간: 30120분, 소재에 따라 다름)
✔ 건조 후 전도성 테스트 및 필름 균일성 확인

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🔹 3️⃣ 수성 그래핀 카본 페이스트의 주요 특성

항목	특징
전기 전도성	그래핀 함량에 따라 1~10⁻³ Ω·cm 조절 가능
유연성	바인더 종류에 따라 유연성 조절 가능
환경 친화적	유기 용매 없음 (친환경)
분산성	초음파 처리로 안정적인 분산 가능
코팅 가능성	다양한 필름(유리, PET, PI 등)에 적용 가능

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🔹 4️⃣ 응용 분야

✔ 전기 난방 필름(히팅 필름) → 균일한 저항값 조절 가능
✔ 전자 회로 및 센서 → 그래핀 기반 전도성 잉크
✔ 정전기 방지 필름(ESD 보호 필름) → 저저항/고저항 선택 가능
✔ 배터리 전극(리튬이온 배터리) → 고전도성 그래핀 기반 전극 제작

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🔹 5️⃣ 수성 그래핀 카본 페이스트 제작 시 주의할 점

✅ 그래핀과 카본의 혼합 비율 조절

• 그래핀 함량이 많을수록 전도성 증가하지만 점도 문제 발생 가능
• 전도성 최적화: 그래핀 510%, 카본 블랙 2040%

✅ 초음파 분산 과정 최적화

• 너무 강한 초음파(출력↑)는 그래핀 구조 파괴 위험
• 적절한 출력(200~500W)에서 30분 이상 유지

✅ 바인더 비율 조절

• 바인더가 많으면 강도 증가, 전도성 감소
• 바인더가 적으면 필름 강도 약화, 깨짐 가능

✅ 건조 속도 조절

• 고온에서 너무 빠르게 건조하면 균열 발생
• 80~150°C에서 서서히 건조하는 것이 중요

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🔹 6️⃣ 결론

✔ 수성 그래핀 카본 페이스트는 친환경적이며, 전도성 및 내구성이 우수한 소재
✔ 초음파 분산 + 바인더 조절 + 적절한 건조 조건이 중요
✔ 전자 회로, 난방 필름, 배터리 전극 등 다양한 산업에서 활용 가능