KR101654025B1 - 섬유형 온도센서 제조방법 - Google Patents

섬유형 온도센서 제조방법 Download PDF

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신한재
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Abstract

섬유형 온도 센서 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서제조방법은, 전도성 염료를 준비하는 단계; 전도성 염료를 섬유에 도포하는 단계; 전도성 염료가 도포된 섬유의 양단에 금속 배선을 형성하는 단계; 및 금속 배선이 형성된 섬유에 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

섬유형 온도센서 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING A FABRIC TYPE TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 섬유형 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 주목받는 융합기술과 관련하여, 섬유산업에서도 기존의 방적, 방직 기술을 IT기술이나 광기술과 연계하여 새로운 기술분야를 창출하려는 시도가 계속되고 있다. 디스플레이 소자를 섬유 기술과 접목시켜 의류와 일체화하는 스마트 의류 (smart textile) 관련 기술들이 많이 보고되고 있다.
스마트 의류는 섬유 패션 제품 내에 신호 전달성 섬유 신기술을 적용하고 각종 디지털 장치들을 내장시킴으로써, 언제 어디에서나 디지털 기능을 사용할 수 있도록 한 것이다. 이러한 스마트 의류는 특수산업용, 군사용, 패션 제품, 스포츠 용품 등 적용 분야가 다양하다.
최근에는 전도성 필러를 직물에 부착하는 방법, 전도성 고분자를 전기 방사를 통해 직접 섬유화하는 방법, 섬유 형태의 전도성 물질을 용액 상에서 중합하는 방법 등이 제안되고 있다.
그러나, 전도성 필러를 사용하는 경우에는 파우더 형태로 이루어져 호흡기 계통에 문제를 일으킬 소지가 있으며, 중합된 전도성 고분자를 전기 방사를 통해 섬유화하는 방법은 계면활성제와 같은 보조제를 필수로 요구하며, 전기방사시 고전압에서 이루어져야 하는 등 조건이 까다롭다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 간단하게 섬유형 온도센서를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기능성 웨어러블 디바이스를 구현할 수 있는 섬유형 온도 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 피트니스/웰빙/레저, 헬스케어/의료, 인포테인먼트(infortainment), 산업/군사 등 다양한 분야에서 활용가능한 섬유형 온도 센서를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하고자 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유형 온도센서 제조방법은, 전도성 염료를 준비하는 단계; 상기 전도성 염료를 직물에 도포하는 단계; 상기 전도성 염료가 도포된 상기 직물의 양단에 금속 배선을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배선이 형성된 상기 직물에 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료를 직물에 도포하는 단계 이후에, 소정 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료를 직물에 도포하는 단계와 상기 소정 시간 동안 열처리하는 단계를 소정 횟수 반복하는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 열처리하는 단계에서, 용해제를 기화시키는 공정을 추가로 수행하는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료를 직물에 도포하는 단계에서, 도포되는 상기 전도성 염료는 상기 직물의 외면에 소정 두께로 도포되되 상기 직물의 길이보다 짧도록 상기 직물의 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료를 직물에 도포하는 단계에서, 상기 전도성 염료는, 침염, 롤러 날염, 스크린 날염, 잉크젯 프린팅, 스프레이 프린팅, 및 스핀 코팅을 포함하는 방법 중 선택된 어느 하나의 방법으로 도포되는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료는 PEDOT/PSS, 풀러린을 포함하는 전도성 고분자 잉크, 및 PSS 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크를 포함하는 전도성 고분자 용액인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료가 도포된 상기 직물의 양단에 금속 배선을 형성하는 단계는, 금속 페이스트를 도포함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 금속 페이스트는 Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, 및 Cu를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 금속 배선이 형성된 상기 직물에 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 코팅층은 톨루엔과 폴리스티렌을 포함하는 용액인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 톨루엔과 폴리스티렌은 10:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬유형 온도 센서는, 소정 길이의 직물; 상기 직물을 감싸도록 소정 두께로 형성되되, 상기 직물의 중앙부에 도포되는 전도성 염료; 상기 직물을 감싸도록 소정 두께로 형성되되, 상기 직물의 양단부에 형성되는 금속; 및 상기 전도성 염료를 감싸도록 형성되는 코팅층을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료는, 침염, 롤러 날염, 스크린 날염, 잉크젯 프린팅, 스프레이 프린팅, 및 스핀 코팅을 포함하는 방법 중 선택된 어느 하나의 방법으로 도포되는 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 염료는 PEDOT/PSS, 풀러린을 포함하는 전도성 고분자 잉크, 및 PSS 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크를 포함하는 전도성 고분자 용액인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 금속은 Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, 및 Cu를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 코팅층은 톨루엔과 폴리스티렌을 포함하는 용액인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 간단한 제조공정으로 섬유형 온도 센서를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기능성 웨어러블 온도 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 온도 센서를 적용한 웨어러블 디바이스는 피트니스/웰빙/레저, 헬스케어/의료, 인포테인먼트(infortainment), 산업/군사 등 다양한 분야에서 활용가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도센서 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도센서 제조방법의 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서의 온도에 따른 저항 변화 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도센서 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유형 온도센서 제조방법은 직물(섬유)에 전도성 염료를 염색함으로써 온도 센서를 제조하는 데 특징이 있다. 여기서, 섬유(fiber)란 일반적으로 의류에 사용될 수 있는 가늘고 긴 실과 같은 물질을 의미하는 것으로, 특별한 종류에 제한되는 것은 아니다. 또한, 섬유는 최소 단위인 섬유질부터 면 단위의 섬유까지 모두 포함할 수 있다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따라 섬유형 온도센서를 제조하기 위하여, 전도성 염료를 준비(S100)한 후, 준비된 전도성 염료를 섬유에 도포한다(S110). 전도성 염료를 섬유에 도포하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으며, 예를 들어, 침염, 롤러 날염, 스크린 날염, 잉크젯 프린팅, 스프레이 프린팅, 및 스핀 코팅을 포함하는 방법 중 선택된 어느 하나의 방법에 의해 전도성 염료를 섬유에 도포할 수 있다. 침염은 섬유를 용액에 담가 섬유를 염색하는 방법으로서, 본 발명에 따르면 섬유를 전도성 염료에 담가 염색함으로써 섬유 외면에 전도성 염료를 도포할 수 있다. 롤러 날염은 롤러를 이용하여 섬유 위에 염료를 인쇄하는 방법이며, 스크린 날염은 스퀴징(squeezing)에 의해 섬유에 염료를 인쇄하는 방법이며, 잉크젯 프린팅 기술은 헤드로부터 미세 잉크방울(수십 um)을 원하는 위치에 기판의 손상없이 패턴을 형성할 수 있는 비접촉식 공정 방식으로, 직접 패터닝 방식이다. 스프레이 프린팅은 스프레이를 이용한 프린팅 방식이고, 스핀 코팅은 원심력에 의해 코팅액을 기판 위에 넓게 퍼트려 코팅하는 방식이다.
한편, 전도성 염료 도포(S110)시에, 추후 다음 단계(S130)에서 섬유의 양단에 금속 배선을 형성하기 위하여, 섬유의 양단부를 제외하고 섬유의 중앙부에 위치하도록 전도성 염료를 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 섬유 전체에 전도성 염료를 형성하는 것도 가능하다 할 것이다.
상기 전도성 염료는 전도성 고분자 용액일 수 있으며, 예를 들어 PEDOT/PSS 또는 풀러린을 포함하는 전도성 고분자 잉크 또는 PSS 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크일 수 있다.
전도성 염료를 섬유에 도포(S110)한 후, 소정 시간 동안 열처리하는 단계(S120)를 더 포함할 수 있다. 열처리 공정은 예를 들어, 120℃에서 대략 10분간 건조시킴으로써 수행될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전도성 염료를 섬유에 도포하는 단계(S110)와 열처리 단계(S120)를 소정 횟수 반복하여 수행할 수도 있다. 예를 들어, 섬유를 전도성 염료에 5분간 침염한 후, 120℃에서 10분간 건조시키고, 다시 섬유를 전도성 염료에 5분간 침염한 후, 120℃에서 10분간 건조시키는 과정을 통해 섬유의 외면뿐만 아니라 섬유 내부의 빈 공간까지 전도성 염료가 도포되도록 할 수 있다. 상술한 예에서의 침염 수행 시간과 열처리 환경(온도, 시간)은 일 예에 불과할 뿐이므로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 용도 및 목적에 따라 설계 변경할 수 있음은 자명하다.
또한, 도시되지는 않았지만, 열처리하는 단계에서 용해제(solvent)를 기화시키는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 용해제로는 메탄올 등의 기화가능한 용제를 사용할 수 있으며, 상기 용해제를 기화시키는 공정을 함께 수행함으로써 전도성 고분자의 roughness를 줄이고 전도성 고분자의 캐리어 이동성을 증가시킬 수 있다.
전도성 염료가 도포된 섬유를 열처리(S120)한 후, 섬유 양단에 금속 배선을 형성한다(S130). 금속 배선은 예를 들어, 금속 페이스트를 섬유에 도포하는 방식 등으로 형성될 수 있다. 금속 배선은 섬유 양단부에 형성되되, 섬유 외면을 감싸도록 소정 두께로 형성되며, 이 때, 섬유 양측면에는 섬유가 노출되도록 형성될 수 있다. 금속 배선으로 사용되는 금속은 Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, 및 Cu를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 배선은 섬유를 감싸도록 소정 두께로 형성되며, 이 때, 도포되는 전도성 염료의 두께와 금속 배선의 두께가 동일할 수도 있고, 금속 배선이 전도성 염료보다 돌출될 수도 있고, 반대로 전도성 염료가 금속 배선보다 돌출될 수도 있다. 또한, 전도성 염료와 금속 배선이 일부 중첩되도록 형성될 수도 있다. 즉, 도체의 역할을 하는 금속 배선과 전도성 염료는 물리적으로 연결되어 있기만 하면 충분하며, 그 두께에 어떤 제한이 있는 것은 아니다.
금속 배선을 형성(S130)한 후, 코팅층을 형성한다(S140). 코팅층은 센서의 보호층으로서 기능하며, 전도성 염료가 도포된 부분을 감싸도록 소정 두께로 형성될 수 있다. 또한, 전도성 염료와 금속 부분을 함께 감싸도록 형성될 수도 있다. 코팅액으로서 톨루엔과 폴리스티렌을 혼합한 용액을 사용할 수 있으며, 톨루엔과 폴리스티렌은 10:1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도시되지는 않았지만, 코팅층 형성(S140) 이후, 상온 건조를 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도센서 제조방법의 공정도이다. 도 1 과 관련하여 설명한 바와 같이, 섬유(10)와 전도성 염료(20)를 준비한 후(S200), 섬유(10)에 전도성 염료(20)를 도포한다(S210). 전도성 염료(20)가 도포된 섬유(10)의 양단부에 금속 배선(30)을 형성한다(S220). 금속 배선(30) 형성 후, 코팅층(40)을 형성한다(S230). 각 단계별 상세한 설명은 도 1 과 관련하여 설명한 바 있으므로 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서는 섬유(10), 상기 섬유(10)에 염색 또는 도포되는 전도성 염료(20), 상기 섬유(10)의 양단부에 형성되는 금속 배선(30), 및 상기 전도성 염료(20)를 감싸도록 형성되는 코팅층(40)을 포함하여 이루어진다. 상기 섬유(10)는 특정 종류에 제한되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 최소 단위인 섬유질부터 면 단위의 섬유까지 모두 포함할 수 있다.
전도성 염료(20)는 침염, 롤러 날염, 스크린 날염, 잉크젯 프린팅, 스프레이 프린팅, 및 스핀 코팅을 포함하는 방법 중 선택된 어느 하나의 방법으로 섬유에 도포될 수 있다. 또한, 전도성 염료(20)는 이에 제한되지는 않으나, PEDOT/PSS, 풀러린을 포함하는 전도성 고분자 잉크, 및 PSS 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크를 포함하는 전도성 고분자 용액인 것이 바람직하다.
금속 배선(30)은 섬유(10)의 양단부에 섬유(10)를 감싸도록 형성되어 도체의 역할을 하는 것으로, 섬유(10)에 도포되는 전도성 염료(20)의 두께와 금속 배선(30)의 두께가 동일할 수도 있고, 금속 배선(30)이 전도성 염료(20)보다 돌출될 수도 있고, 반대로 전도성 염료(20)가 금속 배선(30)보다 돌출될 수도 있다. 또한, 전도성 염료(20)와 금속 배선(30)이 일부 중첩되도록 형성될 수도 있다. 상기 금속은Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, 및 Cu를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 코팅층(40)은 전도성 염료(20)를 감싸도록 형성되어 보호층으로 기능하는 것으로, 적어도 전도성 염료(20)를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 염료(20)와 금속 배선(30)의 일부를 덮도록 형성할 수도 있다. 코팅액은 톨루엔과 폴리스티렌을 포함하는 용액일 수 있으며, 예를 들어 톨루엔과 폴리스티렌을 10:1의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
각 실시예에 대하여 상세히 설명하면, 도 3(a) 및 도 3(b)는 전도성 염료(20)가 섬유(10)에 부분적으로 도포된 실시예이고, 도 3(c) 및 도 3(d)는 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 도포된 실시예이다. 전도성 염료(20)가 섬유(10)에 부분적으로 도포된 경우는 다시 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않도록 형성된 경우(도 3a)와 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮도록 형성된 경우(도 3b)로 나눌 수 있다. 도 3(a)과 도 3(b)의 실시예의 차이점은 도 4의 단면도를 통해 상세히 설명하도록 한다.
마찬가지로, 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 도포된 경우는 다시 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않도록 형성된 경우(도 3c)와 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮도록 형성된 경우(도 3d)로 나눌 수 있다. 도 3(c)와 도 3(d)의 실시예의 차이점은 도 4의 단면도를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 정단면도이다. 도4(a) 내지 도 4(d) 각각은 도 3(a) 내지 도 3(d) 실시예의 이해를 돕기 위한 정단면도이나, 상세 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4(a)는 도3(a)의 구성 중 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않는 구성을 설명하기 위한 것이며, 코팅층(40)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 금속 배선(30)보다 돌출되도록 형성될 수도 있고, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 금속 배선(30)보다 돌출되거나 함몰되지 않도록 형성될 수도 있으며, 코팅층(40)이 금속 배선(30)보다 함몰되도록 형성될 수도 있다(미도시).
도 4(a)는 도3(a)의 실시예와 관련된 것으로, 섬유(10)에 전도성 염료(20)가 부분적으로 도포되고, 섬유(10) 양단에 금속 배선(30)이 형성되며, 외부로 노출된 전도성 염료(20) 부분을 덮도록 코팅층(40)이 형성된다. 도 4(b)는 도3(b)의 실시예와 관련된 것으로, 섬유(10)에 전도성 염료(20)가 부분적으로 염색되고, 섬유(10) 양단에 금속 배선(30)이 형성되며, 외부로 노출된 전도성 염료(20) 부분과 금속 배선(30)을 덮도록 코팅층(40)이 형성된다. 도 4(c)는 도3(c)의 실시예와 관련된 것으로, 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 염색되고, 섬유(10) 양단에 금속 배선(30)이 형성되며, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않도록 전도성 염료(20)가 도포된 섬유(10) 외면에 형성된다. 도 4(d)는 도3(d)의 실시예와 관련된 것으로, 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 염색되고, 섬유(10) 양단에 금속 배선(30)이 형성되며, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮도록 형성된다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서의 단면도를 설명한다. 도 5(a) 내지 도 5(d)는 도3의 다양한 실시예와 관련된 것으로, 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다. 도 5(a)는 도 3(a) 의 a부분의 단면도이고, 도 5(c)는 도 3(a)의 b 부분의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 도 3(a)의 실시예는 섬유(10)에 전도성 염료(20)가 부분적으로 도포되고, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않는 구성이므로, a부분의 단면도는 도 5(a)에 도시된 바와 같이 섬유(10)를 금속 배선(30)이 둘러싸고 있으며, b 부분의 단면도는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 코팅층(40)이 섬유(10)와 전도성 염료(20)를 둘러싸고 있다.
도 3(b)의 실시예는 섬유(10)에 전도성 염료(20)가 부분적으로 도포되고, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮는 구성이므로, 도 3(b)의 a부분의 단면도는 도5(a)에 도시된 바와 같이 섬유(10)를 금속 배선(30)이 둘러싸고 있으며, b부분의 단면도는 도5(c)에 도시된 바와 같이 코팅층(40)이 섬유(10)와 전도성 염료(20)를 둘러싸고 있다. 한편, c부분의 단면도는 도 5(d)에 도시된 바와 같이 섬유(10)와 섬유(10)에 도포된 전도성 염료(20)를 금속 배선(30)이 둘러싸고 있으며, 금속 배선(30)을 코팅층(40)이 다시 둘러싸고 있다.
도 3(c)의 실시예는 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 도포되고, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮지 않는 구성이므로, a 부분의 단면도는 도5(b)에 도시된 바와 같이 섬유(10)와 전도성 염료(20)를 금속 배선(30)이 둘러싸고 있으며, b부분의 단면도는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 섬유(10)와 전도성 염료(20)를 코팅층(40)이 둘러싸고 있다.
도 3(d)의 실시예는 전도성 염료(20)가 섬유(10) 전체에 도포되고, 코팅층(40)이 금속 배선(30)을 덮는 구성이므로, a 부분의 단면도는 도5(b)와 같고, b부분의 단면도는 도 5(c)와 같고, c부분의 단면도는 도 5(d)와 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 온도 센서의 온도 특성을 나타내는 그래프이다. 온도 측정 방법은, 항온항습기를 이용하여 -50 ~ +80℃ 의 온도 범위 내에서 온도를 높여가며 본 발명에 따른 온도 센서의 저항변화를 디지털 멀티미터(Agilent-USA)로 측정하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서는 134.9 ~ 90.7 ㏀의 범위 안에서 320Ω/℃의 감도로 96.2 %의 선형성을 가지며 감소했음을 확인할 수 있다. 이는 온도가 증가할수록 전체 저항이 감소하는 NTC(Negative Temperature Coefficient of Resistance)의 특성을 갖는 것이다. 외인성 반도체는 진성 반도체와 달리 금지대에 전자가 허용되는 에너지 준위가 존재한다. 이로 인해 불순물 에너지 준위와 전도대 또는 가전자대 사이에서 전자의 이동이 원활해진다. p형 반도체의 경우 아래의 수학식 1 에서와 같은 페르미 에너지 준위를 가지므로 가전자대에 가깝게 불순물 에너지 준위가 형성된다.
Figure 112015042875815-pat00001
여기서, Ef는 p형 반도체 페르미 레벨 에너지, Efi는 진성 페르미 레벨 에너지, k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, P0는 p형 반도체의 정공 농도, Ni는 진성 캐리어 농도이다. 외부로부터 에너지가 가해지면 가전자대의 전자가 여기되어 이에 상응하는 정공이 가전자대에 형성됨으로 인해 전기전도가 증가한다. 하기의 표 1은 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서의 온도에 따른 특성을 요약한 표이다.
측정 온도 -50 ~ +80℃
저항 변화 134.9 ~ 90.7㏀
감도 320Ω/℃
선형성 96.2 %
한편, 본 발명에 따른 섬유형 온도 센서의 섬유 길이에 따른 측정 저항은 다음의 표 2와 같다.
섬유 길이(cm) 저항 (kΩ) 비저항(Ω·cm)
1 65 31.85
2 130 31.85
3 202 32.98
4 249 30.50
5 313 30.67
상기 측정 저항값을 해석하면, 전도성 염료 도포시
Figure 112015042875815-pat00002
(A는 단면적, L은 길이)에 근거하여 섬유의 길이에 따라 저항이 일정하게 증가함을 알 수 있다. 즉, 섬유에 전도성 고분자를 도포하기에 충분한 양이 있다면 섬유 길이에 대한 제한은 없음을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 제조공정이 간단하고, 공정비용과 공정 시간을 절감할 수 있는 섬유형 온도 센서 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제작된 섬유형 온도 센서를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 섬유(직물)
20 : 전도성 염료
30 : 금속 배선
40 : 코팅층

Claims (7)

  1. 전도성 염료를 준비하는 단계;
    침염 방식으로 상기 전도성 염료를 섬유 내부의 빈 공간까지 도포하는 단계;
    상기 전도성 염료가 도포된 상기 섬유의 양단에 금속 페이스트를 도포함으로써 금속 배선을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 배선이 형성된 상기 섬유에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 코팅층은 톨루엔과 폴리스티렌을 포함하는 용액인 섬유형 온도센서 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 염료는 PEDOT/PSS, 풀러린을 포함하는 전도성 고분자 잉크, 및 PSS 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크를 포함하는 전도성 고분자 용액인, 섬유형 온도센서 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 염료가 도포된 상기 섬유의 양단에 금속 배선을 형성하는 단계는,
    Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, 및 Cu를 포함하는 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속 페이스트를 도포함으로써 수행되는, 섬유형 온도센서 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 염료를 섬유에 도포하는 단계 이후에, 소정 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하되,
    상기 전도성 염료를 섬유에 도포하는 단계와 상기 소정 시간 동안 열처리하는 단계를 소정 횟수 반복하는, 섬유형 온도센서 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계에서, 용해제를 기화시키는 공정을 추가로 수행하는, 섬유형 온도센서 제조 방법.
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