본문 요약
천연 자원 고갈 문제로 인해 대체 난방에 대한 관심이 뜨겁다. 전기 히터, 발열체 등과 같이 천연자원을 직접 사용하지 않는 난방 장치 개발이 이루어지는 한편, 목재 펠릿 보일러, 하이브리드 보일러 등 석유 자원과 다른 자원을 혼합하여 쓰는 방식의 난방 제품들도 활발히 개발되고 있다. 그 중 면상발열체는 에너지 소비 효율이 높고 부피가 크지 않아 다양한 난방 용도로 응용 사용되고 있는 제품이다. 또한 면상발열체는 시공이 간편하고, 원료의 형태에 따라 단열재, 판넬 등과 접합하여 사용 가능하기 때문에 그 활용 용도가 상당히...
본문 요약
천연 자원 고갈 문제로 인해 대체 난방에 대한 관심이 뜨겁다. 전기 히터, 발열체 등과 같이 천연자원을 직접 사용하지 않는 난방 장치 개발이 이루어지는 한편, 목재 펠릿 보일러, 하이브리드 보일러 등 석유 자원과 다른 자원을 혼합하여 쓰는 방식의 난방 제품들도 활발히 개발되고 있다. 그 중 면상발열체는 에너지 소비 효율이 높고 부피가 크지 않아 다양한 난방 용도로 응용 사용되고 있는 제품이다. 또한 면상발열체는 시공이 간편하고, 원료의 형태에 따라 단열재, 판넬 등과 접합하여 사용 가능하기 때문에 그 활용 용도가 상당히 높다고 볼 수 있다.
현재 사용되고 있는 발열체는 금속 발열체와 비금속 발열체가 있으며, 발열체와 전열체를 일체화한 시드히터, 원적외선히터, 세라믹히터, 석영관히터, 에칭히터, 할로겐히터, 탄소나노튜브히터 등도 발열체로 통칭하고 있다. 이와 같은 발열체는 열선을 통하여 전기에너지를 저항 열로 변환시키는 방식이다. 이러한 발열체에서 발생되는 열은 그 대부분이 주변 공기의 대류에 의하여 전달되며, 사용시간에 따라 효율이 떨어져 안정적인 온도를 유지 못할 뿐만 아니라 에너지 손실이 큰 문제점이 있다. 특히 온도가 상승하면 경우에 따라 열선이 결선되거나 변형되어 발열체 기능을 발휘하지 못하거나 현격히 성능이 떨어지는 경우도 있다. 물속이나 사용되는 발열체, 화공약품 등의 발열체의 경우 내구성이 취약하여 자주 교환해야하는 불편한 점이 있다.
최근에는 탄소나노튜브를 이용한 발열체를 선진국에서 개발하여 상용화하려고 하고 있으나, 기존 발열체 대비 가격이 고가이므로 일반화되지 못하고 있다. 따라서 기존의 니크롬선 등을 이용한 전기가열 방식과 달리 세라믹, 유리, 금속 등에 나노발열체를 코팅하여 전기 가열하는 새로운 방식인 나노면상발열체의 이용이 증가하고 있다.
면상발열체란 면 상태의 열이 나는 물체란 뜻으로 얇은 면상의 전도성 발열체(카본)위에 금속 전극(동)을 양쪽 끝에 설치한 후 절연재로 절연 처리하여 금속 전극에 정격 전압을 인가하면 면 전체에서 발열이 되도록 한 것이다. 비슷한 종류로 열이 나는 발열 부위가 굵은 선 모양의 형태로 된 선상발열체와 탄소섬유를 이용한 선사발열체가 있으며 넓은 의미로 선상발열체와 선사발열체도 면상발열체라고하기도 한다. 면상발열체는 니크롬선을 이용한 전기가열 방식과 달리 세라믹, 유리, 금속 등에 나노발열체를 코팅하여 전기 가열하는 새로운 방식이다. 면상발열체 가열방식은 니크롬선 방식보다 효율이 50~60% 우수하며 반응속도가 빨라 저온에서 500℃이상으로 상승시킬 수 있으며 소재형상에 관계없이 다양한 디자인에 적용 가능하다. 또한 내화학성, 내습성, 내마모성이 우수하여 반영구적이며, 장시간 흘러도 효율변화가 거의 없어 에너지 절감에 큰 장점이 있다. 나노발열체는 주석산화물의 금속화합물과 다양한 광물질을 나노크기의 입자로 분쇄하여 혼합시킨 새로운 발열재료이다. 기존의 면상발열체 재료가 아닌 상기에서 설명한 발열재료를 면상에 특수 코팅하여 발열시키는 것을 면상발열체라 말한다.
발열체의 소재로는 금속발열체, 비금속발열체, 기타발열체로 나눌 수 있다. 초기 발열체의 주류는 Fe-Cr-Al계, Ni-Cr계, 고융점 금속(백금, Mo, W, Ta 등)의 금속발열체를 이용한 봉상형 히터가 가장 많았으며 MgO 등의 무기절연물을 충전한 금속관의 표면에 원적외선 방사물질을 표면 처리한 것이다. 비금속발열체 재질은 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드, 란탄크로마이트, 탄소, 지르코니아 등이 이용된다. 기타발열체로는 세라믹스재질과 탄산바륨, 후막저항 등을 이용한 직접 통전형 발열체가 이용된다.
면상발열체는 후막저항을 이용한 직접 통전형 형태로 철, 크롬, 니켈, 백금 등의 금속 박판을 에칭한 발열체와 탄화규소, 지르코니아, 탄소 등의 비금속발열체 등이 있다. 또한 고분자 절연재에 원적외선 방사특성이 우수한 카본블랙(Carbon black)과 카본섬유를 코팅하여 저항발열을 이용한 것이 있으며 카본섬유를 직조한 형태의 발열체 등도 있다. 카본은 열과 내구성이 강하며 열전도도가 좋고 열팽창계수가 낮은 가벼운 특징이 있다. 또한 카본은 금속발열체를 에칭하는 것보다 제작이 쉽고 가격이 저렴하여 많이 이용되고 있다.

Prologue1
I. 면상발열체의 기술원리 2
1.1 탄소재료와 탄소섬유2
2.2 탄소섬유의 분류2
3.3 탄소섬유의 특성4
4.4 탄소섬유의 응용분야5
2. 면상발열체 기술현황9
2.1 면상발열체 기술9
2.2 원적외선 면상발열체10
2.3 투명 면상발열체 12
2.4 활용범위 및 응용분야13
2.5 기존 면상발열체의 단점 15
3. CNT (탄소나노튜브) 기반 면상발열체18
3.1 CNT의 정의 18
3.2 CNT의 종류 19
3.3 CNT의 역사 20
3.4 CNT의 특성 21
3.5 CNT의 합성법 22
3.6 CNT의 응용 27
3.7 CNT의 정제 37
3.8 CNT의 표면개질 38
3.9 CNT를 이용한 면상발열체 기술 40
3.10 CNT기술을 활용한 면상발열체 현황 40
4. 면상발열체 시장동향과 CNT 업체동향42

4.1 면상발열체 시장동향 42
4.2 CNT 시장동향 46
4.3 면상발열체 기업현황 53
4.4 백색가전 관련 업체 70
4.5 CNT 기술 활용한 기업 73
5. 면상발열체 기술전망과 특허동향77

4.1 CNT 기술전망 77
4.2 중소기업 로드맵 81
4.3 면상발열체 특허동향 82
4.4 주요 분야별 특허 출원 동향 83
Epilogue 97
부록 98
CNT 기술분석 98
스마트 섬유 100
MWCNT의 위험성 105
CNT 관련 기업목록 106
참고문헌111