KR102326257B1 - 친수성 및 도전성이 우수한 강판 - Google Patents

친수성 및 도전성이 우수한 강판 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 대하여 개시된다. 개시되는 일 예에 따른 친수성 및 도전성이 우수한 강판은 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 포함할 수 있다.

Description

친수성 및 도전성이 우수한 강판 {STEEL PLATE WITH EXCELLENT HYDROPHILICTY AND CONDUCTIVITY}
본 발명은 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 분리판 용도로 활용될 수 있는 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 친환경 전지이다. 연료전지는 전해질과 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전극으로 이루어진 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)의 양측에 기체 확산층과　분리판이 적층된 단위전지 구조로 이루어져 있으며, 이러한 단위전지 여러 개가 직렬로 연결되어 구성된 것을　연료전지　스택이라고 한다.
분리판은　연료전지　전극에 각각 연료(수소 혹은 개질 가스)와 산화제(산소와 공기)를 공급하고, 전기화학 반응물인 물을 배출하기 위한 유로가 형성되어 있으며, 막 전극 집합체와 기체 확산층을 기계적으로 지지하는 기능과 인접한 단위전지와의 전기적 연결기능을 수행한다.
이러한　분리판　소재로 종래에는 흑연 소재를 사용하였으나, 최근에는 제작비용, 무게 등을 고려하여 스테인리스강을 많이 적용하고 있다. 적용되는 스테인리스강 소재는　연료전지　작동환경인 강한 산성 환경 내에 부식성이 우수하여야 하며, 경량화, 소형화, 양산성 관점에서 내식성 및 전도성이 우수한 스테인리스강을 사용하여야 한다.
그러나 기존의 스테인리스강은 부동태 피막으로 높은 저항값을 나타내기 때문에　연료전지　성능에서 저항손실을 나타낼 수 있어 추가로 금(Au)이나 탄소, 나이트라이드(nitride) 등의 전도성 물질을 코팅하는 공정이 제안되어 왔다. 그러나 상기와 같은 방법은 귀금속 또는 코팅물질을 코팅하기 위한 추가 공정으로 인하여 제조비용 및 제조시간이 증가되어 생산성이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.
한국 등록특허공보 제10-0836480호 (공고일자: 2008년06월09일)
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연료전지 분리판 용도로 활용될 수 있는 친수성 및 도전성이 우수한 강판을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 친수성 및 도전성이 우수한 강판은 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 상기 미세돌기들 중 각형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며, 상기 각형 미세돌기는 면적이 같거나 다른 다각형으로 이루어진 서로 다른 면 3개가 하나의 꼭지점을 공유하며, 각 면에서의 법선벡터 간의 각도가 모두 0°초과 180° 미만인 형태의 미세돌기이며, 상기 하나의 꼭지점을 공유하는 서로 다른 면 3개 중 가장 넓은 면의 면적이 40,000nm2 미만이며, 3개의 면의 총 면적 합이 60,000nm2 미만일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 상기 미세돌기들 중 막대형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며, 상기 막대형 미세돌기는 원형 또는 다각형의 밑면 및 원형 또는 다각형의 둘레에서 수직 연장된 옆면으로 구성된 막대 형태를 가지며, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 90°인 미세돌기이며, 상기 옆면의 높이가 50nm 이상일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 30°일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 상기 미세돌기들 중 침상형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며, 침상형 미세돌기는 하나의 꼭지점에서 강판 측으로 연속되어 방사 연장된 곡선들 또는 직선들로 이루어진 입체이며, 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 90°초과 180°이하인 미세돌기이며, 상기 꼭지점으로부터 강판 표면까지의 연직거리가 50nm 이상일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 상기 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 150 내지 180°일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 결정립의 크기가 1 내지 35㎛일 수 있다.
본 발명의 각 친수성 및 도전성이 우수한 강판에 있어서, 결정립 간 높이차가 0.1 내지 1000nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 절리 구조를 포함하여 연료전지 분리판 용도로 활용될 수 있는 친수성 및 도전성이 우수한 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 강판의 표면 SEM 사진이다. (배율 50,000)
도 2a, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 표면 SEM 사진이다. (배율 50,000)
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명자들은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 실험을 다양한 조건에서 반복 수행한 결과, 강판 상에 절리 구조가 있으면 강재의 친수성 및 도전성이 월등히 향상됨을 알아 내었다.
"절리 구조"란 미세돌기들의 피치 간 간격이 1 내지 500nm로 연속적으로 분포되어 있는 구조를 지칭한다. 여기서 "피치 간 간격"은 강판의 두께 방향 단면에서 서로 인접한 미세돌기의 가장 높은 지점 간의 간격을 의미한다.
"강판 상에"는 강판의 위라는 위치 관계를 지칭하며, 특별한 언급이 없는 한 강판의 다른 위치 관계를 배제하는 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 일 실시예에 따르면 강판, 강판 상에 절리 구조, 절리 구조 상에 산화물층 순의 위치 관계도 포함한다.
일 실시예에 따른 강판은 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 가질 수 있다. 미세돌기들이 면적분율로 20% 미만으로 포함되면 충분한 친수성 및 도전성을 확보할 수 없어 연료전지 분리판 용도 등으로 활용되기 부적합할 우려가 있다. 바람직한 실시예에 따른 강판은 상기 미세돌기들의 면적분율이 30% 이상 포함되는 절리 구조를 가질 수 있다. 보다 바람직한 실시예에 따른 강판은 상기 미세돌기들의 면적분율이 50% 이상 포함되는 절리 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면 미세돌기는 각형, 막대형, 침상형 중 적어도 하나의 형태를 가진다.
"각형"이란 면적이 같거나 다른 다각형으로 이루어진 서로 다른 면 3개가 하나의 꼭지점을 공유하며, 각 면에서의 법선벡터 간의 각도가 모두 0°초과 180° 미만인 도형을 의미한다. "각형"의 대표적인 예로는 하나의 꼭지점 상에서 내려다 본 직육면체, 정육면체의 형상을 들 수 있다.
각형 미세돌기의 일 실시예에 따르면, 하나의 꼭지점을 공유하는 서로 다른 면 3개 중 가장 넓은 면의 면적이 40,000nm2 미만이며, 3개의 면의 총 면적 합이 60,000nm2 미만일 수 있다. 가장 넓은 면적을 갖는 면의 넓이가 40,000nm2 이상이거나, 3개의 면의 총 면적 합이 60,000nm2 이상이면 각형 미세돌기가 지나치게 조대하게 형성되어 충분한 친수성 및 도전성을 확보하지 못할 우려가 있다.
일 실시예에 따르면 상기 각형 미세돌기는 면적분율로 20% 이상 포함될 수 있다.
"막대형"이란 원형 또는 다각형의 밑면 및 원형 또는 다각형의 둘레에서 수직 연장된 옆면으로 구성된 막대 형태이며, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 90°인 도형을 의미한다. "막대형"의 대표적인 예로는 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 등을 들 수 있다.
막대형 미세돌기의 일 실시예에 따르면, 옆면의 높이가 50nm 이상일 수 있다. 옆면의 높이가 클수록 친수성 및 도전성을 향상시키는데 유리하며, 이러한 효과를 고려하여 옆면의 높이는 50nm 이상인 것이 바람직하다.
막대형 미세돌기의 일 실시예에 따르면, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 30°일 수 있다. 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 작을수록 친수성 및 도전성을 향상시키는데 유리하며, 이러한 효과를 고려하여 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 0 내지 30°인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면 상기 막대형 미세돌기는 면적분율로 20% 이상 포함될 수 있다.
"침상형"이란 하나의 꼭지점에서 강판 측으로 연속되어 방사(放射) 연장된 곡선들 또는 직선들로 이루어진 입체 도형이며, 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 90°초과 180°이하이다. "침상형"의 대표적인 예로는 원뿔, 사각뿔 등을 들 수 있다.
침상형 미세돌기의 일 실시예에 따르면, 꼭지점으로부터 강판 표면까지의 연직거리가 50nm 이상일 수 있다. 강판 표면으로부터 꼭지점까지의 거리가 클수록 친수성 및 도전성을 향상시키는데 유리하며, 이러한 효과를 고려하여 강판 표면으로부터 꼭지점까지의 거리는 50nm 이상인 것이 바람직하다.
침상형 미세돌기의 일 실시예에 따르면, 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 150 내지 180°일 수 있다. 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 클수록 친수성 및 도전성을 향상시키는데 유리하며, 이러한 효과를 고려하여 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 150 내지 180°인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면 상기 침상형 미세돌기는 면적분율로 20% 이상 포함될 수 있다.
절리 구조 내의 미세돌기는 각형, 막대형, 침상형 중 반드시 어느 하나의 형태만을 갖는 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 다양한 실시예에 따르면 절리 구조 내의 미세돌기는 각형 미세돌기 단독, 막대형 미세돌기 단독, 침상형 미세돌기 단독, 각형과 막대형 미세돌기 혼합, 각형과 침상형 미세돌기 혼합, 막대형과 침상형 미세돌기 혼합, 각형과 막대형과 침상형 미세돌기 혼합으로 구성될 수 있다.
절리 구조의 이해를 돕기 위해 도면을 토대로 그 형상에 대해 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 위해 첨부되었으며, 특별한 언급이 없는 한 본 발명의 절리 구조가 도면에 국한되어 해석되지 않음을 유의할 필요가 있다.
도 1은 종래 강판의 표면 SEM 사진이다.
도 2a, 도 2b를 참조하면 종래 강판과는 달리 본 발명예들은 절리 구조를 가진다. 도 2a를 참조하면 서로 다른 배향성을 갖는 2개의 각형 미세돌기군이 분포할 수 있다. 도 2b를 참조하면 각형 미세돌기와 막대형 미세돌기가 혼재된 조직을 가질 수도 있다.
일 실시예에 따른 강판은 결정립의 크기가 1 내지 35㎛일 수 있다. 결정립의 크기가 1㎛ 미만이면 접촉 표면적이 줄어들어 표면저항이 높아질 우려가 있다. 반대로, 결정립의 크기가 35㎛를 초과하면 접촉불량으로 오히려 표면저항이 높아질 우려가 있다.
일 실시예에 따른 강판은 결정립 간 높이차가 0.1 내지 1000nm일 수 있다. 결정립 간 높이차가 0.1nm 미만인 경우 접촉 표면적이 줄어들어 표면저항이 높아질 우려가 있다. 반대로, 결정립 간 높이차가 1000nm를 초과하면 접촉불량으로 오히려 표면저항이 높아질 우려가 있다.
상술한 절리구조를 만족하는 일 실시예에 따른 강판은 친수성 및 도전성이 우수하다. 일 실시예에 따르면 미세돌기의 면적분율이 20% 이상인 절리구조를 가지는 강판은 5mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 80°이하의 접촉각을 가진다. 바람직한 실시예에 따르면 미세돌기의 면적분율이 30% 이상인 절리구조를 가지는 강판은 4mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 60°이하의 접촉각을 가진다. 보다 바람직한 실시예에 따르면 미세돌기의 면적분율이 50% 이상인 절리구조를 가지는 강판은 3.5mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 50°이하의 접촉각을 가진다.
상술한 절리 구조를 형성하는 일 실시예로, 스케일브레이커를 활용하여 고압수를 강재에 강하게 분사하면 강재의 표면 에너지가 응축되고, 이는 후속되는 산세공정에서 에너지가 응축된 표면의 금속 원자들이 격자 단위로 모재에서 떨어지게끔 유도한다. 금속 원자들이 떨어지고 남은 강판의 표면은 피치 간 간격이 1 내지 500nm이며, 각형, 막대형, 침상형 중 하나의 형태를 갖는 미세돌기들이 연속적으로 분포되어 있는 절리 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강판은 절리 구조를 가지면 친수성 및 도전성이 우수하며, 본 발명의 주요 과제인 친수성 및 도전성을 달성하기 위해 합금조성은 특별히 한정할 필요가 없다. 그러나, 일 실시예에 따른 바람직한 합금조성을 나타내면 다음과 같다. 그러나, 다음의 성분 조성은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시일 뿐, 본 발명의 기술사상을 제한하는 것이 아님을 유의할 필요가 있다.
일 실시예에 따른 강판은 중량%로, C: 0% 초과 0.02% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하, Si: 0% 초과 0.25% 이하, Mn: 0% 초과 0.2% 이하, P: 0% 초과 0.04% 이하, S: 0% 초과 0.02% 이하, Cr: 18 내지 34%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%(wt%)이다.
C: 0% 초과 0.02% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하
C와 N는 강 중 Cr과 결합하여 안정한 Cr 탄질화물을 형성하며, 그 결과 Cr이 국부적으로 결핍된 영역이 형성되어 내식성이 저하될 우려가 있으므로 양 원소의 함량은 낮을수록 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에서 C, N의 함량은 C: 0% 초과 0.02% 이하, N: 0% 초과 0.02% 이하로 첨가될 수 있다.
Si: 0% 초과 0.25% 이하
Si은 탈산에 유효한 원소이다. 그러나, 과다 첨가 시 인성, 성형성을 저하시키며, 소둔 공정 중 생성되는 SiO2 산화물은 전기전도성, 친수성을 저하시킨다. 이를 고려하여 본 발명에서 Si의 함량은 Si: 0% 초과 0.25% 이하로 첨가될 수 있다.
Mn: 0% 초과 0.2% 이하
Mn은 탈산에 유효한 원소이다. 그러나, Mn의 개재물인 MnS는 내식성을 감소시키므로, 본 발명에서 Mn의 함량은 0% 초과 0.2% 이하로 첨가될 수 있다.
P: 0% 초과 0.04% 이하
P는 내식성 뿐만 아니라 인성을 저하시키므로, 본 발명에서 P의 함량은 0% 초과 0.04% 이하로 첨가될 수 있다.
S: 0% 초과 0.02% 이하
S은 강 중 Mn과 결합하여 안정한 MnS를 형성하며, 형성된 MnS은 부식의 기점이 되어 내식성을 저하시키므로 S의 함량을 낮을수록 바람직하다. 이를 고려하여 본 발명에서 S의 함량은 0% 초과 0.02% 이하로 첨가될 수 있다.
Cr: 18 내지 34%
Cr은 내식성을 향상시키는 원소이다. 강한 산성 환경인 연료전지 작동 환경에서의 내식성을 확보하기 위하여 Cr은 적극 첨가된다. 그러나, 과다 첨가 시 인성을 저하시키므로 이를 고려하여 본 발명에서 Cr의 함량은 18 내지 34%로 첨가될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 강판은 상술한 합금 조성 외에 필요에 따라 선택적 합금성분으로 중량%로, V: 0% 초과 0.6% 이하, Ti: 0% 초과 0.5% 이하, Nb: 0% 초과 0.5% 이하 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
V: 0% 초과 0.6% 이하
V는 연료전지 작동환경에서 Fe 용출을 억제하여 연료전지의 수명특성을 향상시키는 원소이다. 그러나, 과다 첨가 시 인성이 저하되므로 이를 고려하여 본 발명에서 V의 함량은 0% 초과 0.6% 이하로 첨가될 수 있다.
Ti: 0% 초과 0.5% 이하, Nb: 0% 초과 0.5% 이하
Ti과 Nb은 강 중 C, N과 결합하여 안정한 탄질화물을 형성함으로써, Cr이 국부적으로 결핍된 영역의 형성을 억제하여 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나, 과다 첨가 시 인성을 저하시키므로 이를 고려하여 본 발명에서 Ti, Nb의 함량은 Ti: 0% 초과 0.5% 이하, Nb: 0% 초과 0.5% 이하로 첨가될 수 있다.
나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
다양한 합금조성을 갖는 강종을 슬라브로 제조한 다음, 제조된 슬라브를 1200℃에서 열간압연을 통해 두께 약 4.5mm의 열연강판으로 제조하였다. 열연강판에 스케일브레이커를 활용하여 고압수를 강하게 분사한 다음, 산세 처리하였다. 이후 열연강판은 1050℃에서 가열된 다음, 냉간압연과 1000℃에서의 소둔을 반복하여 두께 약 0.15mm의 냉연강판으로 제조하였다.　
제조된 냉연강판의 미세돌기 면적분율과 접촉저항을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
표 1의 미세돌기 면적분율은 주사 전자 현미경(SEM)을 활용하여 측정하였다.
표 1의 각형 미세돌기의 면적분율은 면적이 같거나 다른 다각형으로 이루어진 서로 다른 면 3개가 하나의 꼭지점을 공유하며, 각 면에서의 법선벡터 간의 각도가 모두 0°초과 180° 미만인 형태이며, 상기 하나의 꼭지점을 공유하는 서로 다른 면 3개 중 가장 넓은 면의 면적이 40,000nm2 미만이고, 3개의 면의 총 면적 합이 60,000nm2 미만인 미세돌기의 면적을 구하였다.
표 1의 막대형 미세돌기의 면적분율은 원형 또는 다각형의 밑면 및 원형 또는 다각형의 둘레에서 수직 연장된 옆면으로 구성된 막대 형태를 가지며, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 90°이고, 상기 옆면의 높이가 50nm 이상인 미세돌기의 면적을 구하였다.
표 1의 침상형 미세돌기의 면적분율은 하나의 꼭지점에서 강판 측으로 연속되어 방사 연장된 곡선들 또는 직선들로 이루어진 입체이며, 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 90°초과 180°이하이고, 상기 꼭지점으로부터 강판 표면까지의 연직거리가 50nm 이상인 미세돌기의 면적을 구하였다.
표 1의 계면접촉저항 평가는 제조된 소재를 50cm2 면적으로 절단하여 2매 준비 후, 그 사이에 가스 확산층으로 사용되는 4cm2 면적의 카본 페이퍼(SGL-10BA)를 사이에 배치하여 접촉압력 100N/cm2에서의 계면접촉저항을 5회씩 평가한 다음, 평균을 내어 도출하였다.
표 1의 접촉각 평가는 제조된 강판소재를 면적 20cm2으로 절단하여 KRUSS GmbH사 DSK 10-MK2 장비를 사용하여 3μl 증류수를 상온에서 표면에 물방울 형태로 떨어뜨려 표면과의 접촉각을 측정하였다.
미세돌기 면적분율 (%) 접촉저항
(mΩ·cm2)		 접촉각
(°)
각형
미세돌기		 막대형
미세돌기		 침상형
미세돌기		 합계
발명예1 15 5 1 21 4.9 75
발명예2 21 2 2 25 4.8 70
발명예3 3 20 1 24 4.7 65
발명예4 0 1 22 23 4.6 64
발명예5 29 4 1 34 3.9 55
발명예6 2 32 12 45 3.7 53
발명예7 22 20 13 55 3.4 50
발명예8 8 24 28 60 3.2 49
발명예9 22 25 24 71 3.3 47
발명예10 23 26 29 78 2.9 46
비교예1 8 5 4 17 6.2 87
비교예2 5 0 0 5 15.7 92
비교예3 1 2 1 4 21.1 96
비교예4 4 8 0 12 18.3 88
표 1을 참조하면 본 발명이 한정하는 절리구조를 만족하는 발명예 1~10은 접촉저항이 5mΩ·cm2 이하이며, 접촉각이 80°이하로 친수성 및 도전성이 우수하였다. 또한, 미세돌기의 면적분율이 높을수록 접촉저항이 낮아지는 경향을 보였다. 미세돌기의 면적분율이 20% 이상인 절리구조를 가지는 발명예는 5mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 80°이하의 접촉각을 확보하였다. 미세돌기의 면적분율이 30% 이상인 절리구조를 가지는 발명예는 4mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 60°이하의 접촉각을 확보하였다. 미세돌기의 면적분율이 50% 이상인 절리구조를 가지는 발명예는 3.5mΩ·cm2 이하의 접촉저항 및 50°이하의 접촉각을 확보하였다.
그러나, 비교예 1~4는 본 발명이 한정하는 절리구조를 만족하지 못하여 접촉저항이 5mΩ·cm2 초과하였으며, 접촉각이 80°초과로 친수성 및 도전성이 열위하였다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 포함하고,
    상기 미세돌기들 중 각형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며,
    상기 각형 미세돌기는 면적이 같거나 다른 다각형으로 이루어진 서로 다른 면 3개가 하나의 꼭지점을 공유하며, 각 면에서의 법선벡터 간의 각도가 모두 0°초과 180° 미만인 형태의 미세돌기이며,
    상기 하나의 꼭지점을 공유하는 서로 다른 면 3개 중 가장 넓은 면의 면적이 40,000nm2 미만이며, 3개의 면의 총 면적 합이 60,000nm2 미만인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  3. 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 포함하고,
    상기 미세돌기들 중 막대형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며,
    상기 막대형 미세돌기는 원형 또는 다각형의 밑면 및 원형 또는 다각형의 둘레에서 수직 연장된 옆면으로 구성된 막대 형태를 가지며, 상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 90°인 미세돌기이며,
    상기 옆면의 높이가 50nm 이상인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밑면의 법선벡터와 강판 표면의 법선벡터 간의 각도가 0 내지 30°인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  5. 강판 상에 피치 간 간격이 1 내지 500nm인 미세돌기들이 면적분율로 20% 이상 포함되는 절리 구조를 포함하고,
    상기 미세돌기들 중 침상형 미세돌기가 면적분율로 20% 이상 포함되며,
    침상형 미세돌기는 하나의 꼭지점에서 강판 측으로 연속되어 방사 연장된 곡선들 또는 직선들로 이루어진 입체이며, 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 90°초과 180°이하인 미세돌기이며,
    상기 꼭지점으로부터 강판 표면까지의 연직거리가 50nm 이상인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방사 연장되는 각 곡선 또는 직선과 강판 표면의 법선벡터 간의 각도는 150 내지 180°인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  7. 제2, 3, 및 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    결정립의 크기가 1 내지 35㎛인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
  8. 제2, 3, 및 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    결정립 간 높이차가 0.1 내지 1000nm인 친수성 및 도전성이 우수한 강판.
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