In this thesis, fabrication of highly thermally conductive and optically transparent films using hexagonal boron nitride(h-BN) and transfer printing technique is demonstrated. Hexagonal boron nitride is an analogue of graphite which composed of layered structure and is optically transparent, electrically insulating, thermally conductive. To fabricate boron nitride (BN) transfer-printed film, a bulk BN particle is first exfoliated and edge-functionalized by high energy ball milling resulting in a BN nanosheets dispersion. Through vacuum filtration with PTFE membrane, BN nanosheets are stacked and anisotropically aligned through membrane surface and forming interconnected structure. Immediately after the filtration, BN nanosheet film is in a solvent swollen-state and directly transferred to substrate, deriving solvent evaporation induced interface merging. As a result, leaving BN film on substrate and selectively peel off the PTFE membrane, a defectless, smooth BN flim with uniform thickness is successfully transfer printed on various substrate including PET, Cu, glass vial, etc. The transfer-printing technique allows easy/facile thickness adjustment, surpasses optical transparency of 90%, and shows in-plane thermal conductivity over 24W/m·K. By applying the BN printing on light entrance part of LED devices, the thermal dissipation effect can be demonstrated, deriving temperature decrease over 20’C at high working voltage.
본 학위논문에서는 육방정 질화붕소로 제작된 투명 고열전도성 필름을 제작하고 다양한 기판에 전사 프린팅할 수 있는 기술을 구현하였다. 육방정 질화붕소는 흑연과 동일한 원자구조를 가지고 있는 2차원 물질로 높은 밴드갭을 가지고 있어 가시광선을 투과하고 전기적 절연성을 가지고 있으며 면 평행방향으로 효율적인 포논 수송을 통한 고 열전도도를 가지고 있다. 전사 프린팅된 질화붕소 필름을 만들기 위해 적층된 벌크 질화붕소 입자를 고에너지 볼밀링을 통해 박리 및 기능화를 시켜 질화붕소 나노시트 분산액을 만들고 이를 PTFE 분리막을 이용한 진공필터링을 통해 적층시켜 평행방향으로 배열된 질화붕소 필름을 제작하였다. 필터링 직후 질화붕소 나노시트 필름이 잔여 용매에 팽윤된 상태로 기판에 전사하여 접촉시킨 후 용매 증발을 통해 질화붕소 필름과 기판과의 계면을 융합하였다. 결과적으로 질화붕소를 기판위에 남기고 선택적으로 PTFE만 탈착시켜 결함이 없고 매끄러우며 일정한 두께의 질화붕소 필름을 PET, 구리, 유리 vial, 등 다양한 기판에 성공적으로 프린팅하였다. 프린팅한 필름은 두께조절이 용이하고 가시광선 광투과도 90%를 상회하였으며 수평열전도도는 24W/m·K에 달하였다. 이를 LED 발광소자 전면부에 적용하여 고전압에서의 구동온도를 최대 20도 정도 낮추는 효과를 이루어 내었고 발광소자의 효율을 증대시키는 효과를 확인하였다.
