Electrical characteristics of crystalline polymer composites filled with nano-sized carbon black particle were studied. The developed composite system exhibited a typical positive temperature coefficient resistance (PTCR) characteristic, where the electrical resistance sharply increased at a specific temperature. The PTCR effect was sometimes followed by a negative temperature coefficient resistance (NTCR) feature with temperature, which seemingly caused by the coagulation of nano-sized carbon black particles in the excessive quantity. The PTCR temperature was controlled by the carbon black content and the external voltage. The change of electric conductivity was shown as a function of carbon black content, and the resistance was constant when the carbon black content was over 20 wt%. The room-temperature resistance was maintained by a repeated heating and cooling. The excellent PTCR characteristic was demonstrated by the low resistance in the initial stage and the instantaneous heating capability.

본 연구에서는 나노 입자의 카본블랙을 결정성 고분자에 분산시켜 특정한 온도에서 저항이 급격하게 증가하는 positive temperature coefficient resistance (PTCR) 특성을 연구하였다. 열가소성 수지를 이용한 PTCR 소재를 열처리에 의하여 고분자의 큐리온도를 조절할 수 있었다. 나노 입자 카본블랙이 고분자 구조내에 고르게 분산이 되지 않고, 카본블랙의 함량이 과다하면 negative temperature coefficient resistance (NTCR) 현상이 발생하였다. 카본블랙의 함량과 내부전압을 조절함에 따라 발열 온도를 선정할 수 있었다. 카본블랙의 함량에 따라 전기 전도성이 다르게 나타났으며, 20 wt% 이상에서는 저항이 거의 일정하게 나타난다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제조된 PTCR 소재는 반복적인 가열 냉각에 따른 상온에서의 초기 저항의 변화가 거의 없어 재현성을 확인하였으며, 초기의 낮은 저항에 의한 순간적인 발열에 의하여 저온에서의 PTCR 성능이 향상되었다.

Keywords: positive temperature coefficient resistance (PTCR); conducting polymer; thermoplastic polymer; nano-sized carbon black; electrical resistance