KR101541461B1 - 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101541461B1
KR101541461B1 KR1020140148582A KR20140148582A KR101541461B1 KR 101541461 B1 KR101541461 B1 KR 101541461B1 KR 1020140148582 A KR1020140148582 A KR 1020140148582A KR 20140148582 A KR20140148582 A KR 20140148582A KR 101541461 B1 KR101541461 B1 KR 101541461B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive
elastic material
pressure sensor
nanofibers
present
Prior art date
Application number
KR1020140148582A
Other languages
English (en)
Inventor
이태윤
이재홍
권혁호
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020140148582A priority Critical patent/KR101541461B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101541461B1 publication Critical patent/KR101541461B1/ko
Priority to US14/926,230 priority patent/US20160122941A1/en

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/38—Oxides or hydroxides of elements of Groups 1 or 11 of the Periodic System
    • D06M11/42—Oxides or hydroxides of copper, silver or gold
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/09—Addition of substances to the spinning solution or to the melt for making electroconductive or anti-static filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/195—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds sulfated or sulfonated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Abstract

본 발명은 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 섬유를 유연성 폴리머(polymer)를 코팅하고, 상기 유연성 폴리머에 금속 나노입자를 형성하여 제조된 고성능의 전도성 나노섬유를 제공한다. 또한, 상기 고성능의 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질을 코팅하고, 상기 유전성 탄성 물질이 코팅된 전도성 나노섬유를 교차로 배열하여 제조된 고성능의 전도성 나노섬유 기반 압력센서를 제공한다.

Description

전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법{CONDUCTIVE NANO FIBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND THE CONDUCTIVE NANO FIBER BASED PRESSURE SENSOR}
기존의 전도성 섬유는 섬유 표면에 금속 도금을 하거나, 탄소나노튜브(CNT) 등의 전도성 있는 탄소 소재를 사용하였다. 하지만, 금속 도금한 경우 외부 자극에 의해 쉽게 손상되며, 탄소 소재를 사용한 경우 금속을 이용한 경우보다 전기적 특성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 기존의 섬유 기반 압력 센서는 섬유 내부에 압력 센서를 삽입하는 등의 형태로 구현되었으며, 순수하게 섬유만을 기반으로 한 고성능의 압력 센서를 제조하는데 기술적 한계가 있었다.
따라서, 외부 자극에 쉽게 손상되지 않도록 유연성이 좋고, 전도성이 높은 전도성 섬유 및 순수하게 섬유만을 기반으로 한 압력 센서가 요구된다.
본 발명의 목적은 유연성이 좋고, 전기 전도성이 높은 고성능의 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따라 제조된 상기 전도성 나노섬유를 이용하여 섬유만을 기반으로 한 고성능의 섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유는 섬유; 상기 섬유를 코팅하는 유연성 폴리머; 및 상기 유연성 폴리머에 형성된 금속 나노 입자;를 포함할 수 잇다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유연성 폴리머는, SBS(styrene-butadiene-styrene)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 나노 입자는, 은(Ag)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 나노 입자는 상기 유연성 폴리머 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 제조 방법은, 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계; 및 상기 유연성 폴리머에 금속 나노 입자를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유연성 폴리머에 금속 나노 입자를 형성하는 단계는, SBS(styrene-butadiene-styrene) 폴리머에 은(Ag) 나노 입자를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계는, 상기 섬유에 유연성 폴리머 용액을 접촉시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 섬유에 유연성 폴리머 용액을 접촉시키는 단계는, 상기 섬유의 길이 방향을 따라 상기 폴리머 용액을 흐르게 할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계는, 상기 섬유를 지면과 수직이 되도록 위치시킨 후, 폴리머 용액을 섬유의 윗부분에서 상기 섬유를 따라 아래 방향으로 흐르게 할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유연성 폴리머에 금속 나노입자를 형성하는 단계는, 상기 유연성 폴리머를 금속 전구체 용액에 침지하여 금속 전구체를 유연성 폴리머 내부로 흡수시키는 단계; 및 상기 유연성 폴리머 내부로 흡수된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유연성 폴리머 내부로 흡수된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계는, 상기 금속 전구체가 흡수된 유연성 폴리머를 환원제로 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 전구체가 흡수된 유연성 폴리머를 환원제로 처리하는 단계는, 상기 금속 전구체가 흡수된 유연성 폴리머에 환원제인 하이드라진 하이드레이트(Hydrazine hydrate)를 접촉시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서는 상기 전도성 나노 섬유; 및 상기 전도성 나노섬유를 코팅하는 유전성 탄성 물질;을 포함하는 전도성 나노 소재;를 포함하고, 적어도 두개 이상의 상기 전도성 나노소재가 교차로 배열될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전성 탄성 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법은 상기 전도성 나노섬유의 제조 방법에 따라 전도성 나노섬유를 제조하는 단계; 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계; 및 적어도 두개 이상의 상기 유전성 탄성 물질이 코팅된 전도성 나노섬유를 교차로 배열하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전성 탄성 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계는, 상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계는, 상기 전도성 나노섬유의 길이 방향을 따라 상기 유전성 탄성 물질 용액을 흐르게 할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전성 탄성 물질 용액은, PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계는, 상기 전도성 나노섬유를 지면과 수직이 되도록 위치시킨 후, 상기 유전성 탄성 물질 용액을 상기 전도성 나노섬유의 윗부분에서 상기 전도성 나노섬유를 따라 아래 방향으로 흐르게 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 유연성이 좋고, 전기 전도성이 좋은 고성능의 전도성 나노섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 섬유만을 기반으로 한 고성능의 전도성 나노섬유 기반 압력 센서를 제조할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 유연성 폴리머 또는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 유전성 탄성 물질을 코팅하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전도성 나노섬유의 반복적인 외부 자극에 대한 전기적 성능의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 전도성 나노소재를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노소재가 교차로 배열된 전도성 나노섬유 기반 압력 센서를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 성능을 측정한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 다양한 외부 자극에 대한 반응을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한다', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 섬유를 유연성 폴리머(polymer)를 코팅하고, 상기 유연성 폴리머에 금속 나노입자를 형성함으로써, 전기적 성능이 좋고, 외부 자극에도 안정성이 높은 고성능의 전도성 나노섬유를 형성할 수 있다. 또한, 상기 고성능의 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질을 코팅하고, 상기 유전성 탄성 물질이 코팅된 전도성 나노섬유를 교차로 배열함으로써 고성능의 전도성 나노섬유 기반 압력센서를 형성할 수 있다.
이하, 도면 및 실시 예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법과 상기 전도성 나노섬유의 성능을 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유(100)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유(100)는 섬유(120), 상기 섬유를 코팅하는 유연성 폴리머(polymer)(140), 및 상기 유연성 폴리머(140)에 형성된 금속 나노입자(160)를 포함하는 것을 알 수 있다. 상기 섬유(120)는 종류에 제한되지 않고, 기존의 섬유를 사용할 수 있으므로, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유(100)는 필요에 따라 적절한 섬유를 사용할 수 있는 이점을 갖는다. 본 발명의 실시 예에서는 kevlar 섬유를 사용하였다. 상기 섬유(120)를 코팅하는 유연성 폴리머(140)는 SBS(styrene-butadiene-styrene)폴리머일 수 있고, 상기 유연성 폴리머에 형성된 금속 나노입자는 은(Ag)일 수 있다. 상기 SBS 폴리머는 은 이온의 흡수율이 높으므로, 본 발명의 실시 예에서는 SBS 폴리머와 은 이온 용액으로 실시하였다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 유연성 폴리머는 SBS 폴리머 외에도, 폴리우레탄(Polyurethane), 실리콘 기반의 고무물질(PDMS, Ecoflex), SBR(styrene butadiene rubber) 폴리머, 및 폴리(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 등의 폴리머가 사용될 수 있다. 상기 금속 나노입자(160) 또한 은 나노입자로 제한되는 것은 아니며, 은 외의 금, 구리 또는 백금 등의 금속이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도(S20)이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 제조 방법은 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계(S21), 및 상기 유연성 폴리머에 금속 나노입자를 형성하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계(S21)는 상기 섬유에 유연성 폴리머 용액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 섬유는 복수 개의 섬유를 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 상기 섬유에 유연성 폴리머 용액을 접촉시키는 단계는 상기 섬유의 길이 방향을 따라 상기 폴리머 용액을 흐르게 할 수 있다. 다른 일 실시 예에 있어서, 상기 섬유를 유연성 폴리머로 코팅하는 단계(S21)는 상기 섬유를 지면과 수직이 되도록 위치시킨 후, 폴리머 용액을 섬유의 윗부분에서 상기 섬유를 따라 아래 방향으로 흐르게 함으로써 코팅할 수 있다(이하, 도 3에서 설명).
일 실시 예에 있어서, 상기 유연성 폴리머에 금속 나노입자를 형성하는 단계(S23)는 상기 유연성 폴리머를 금속 전구체 용액에 침지하여 금속 전구체를 유연성 폴리머 내부로 흡수시키는 단계, 및 상기 유연성 폴리머 내부로 흡수된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리머를 금속 전구체 용액에 침지하여 금속 전구체를 유연성 폴리머 내부로 흡수시키는 단계, 및 상기 유연성 폴리머 내부로 흡수된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계를 반복적으로 실시함에 따라, 전기적 특성을 더욱 개선시킬 수 있다. 일 실시 예로, 상기 유연성 폴리머를 금속 전구체 용액에 침지하여 금속 전구체를 유연성 폴리머 내부로 흡수시키는 단계는, 금속 전구체가 다량으로 녹아있는 용액에 디핑(Dipping)함으로써, 금속 전구체를 유연성 폴리머 내부로 흡수시킬 수 있다. 일 실시 예로, 상기 유연성 폴리머 내부로 흡수된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계는 상기 금속 전구체가 흡수된 유연성 폴리머를 환원제로 처리하는 단계;를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 유연성 폴리머에 환원제인 하이드라진 하이드레이트(Hydrazine hydrate)를 접촉시킴으로써, 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시킬 수 있다. 다만, 상기 환원제는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유의 유연성 폴리머 또는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 유전성 탄성 물질을 코팅하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연성 폴리머 또는 유전성 탄성 물질의 코팅 방법은 코팅할 대상, 즉 섬유(120) 또는 전도성 나노섬유(100)에 추(350)를 매달아 지면에 수직이 되도록 배치할 수 있다. 그리고, 유연성 폴리머 용액(144) 또는 유전성 탄성 물질 용액(144)이 담긴 탱크(310)로부터 노즐(330)을 통해 상기 섬유(120) 또는 전도성 나노섬유(100)에 유연성 폴리머 용액 (144)또는 유전성 탄성 물질 용액(144)을 일정한 속도로 흘려줌으로써, 상기 섬유(120) 또는 전도성 나노섬유(100)에 상기 유연성 폴리머(140) 또는 유전성 탄성 물질(500)을 균일하게 코팅할 수 있다.
[실시 예] 전도성 나노섬유의 제조
기존의 Kevlar 섬유를 지면에 수직하게 배치하고, 상기 Kevlar 섬유에 추를 매달아 고정시켰다. SBS 폴리머 용액은 Tetrahydrofuran(THF)와 Dimethylformamide(DMF)를 3:1의 무게비로 혼합한 용매에 SBS 물질을 녹여 5%의 농도로 SBS 폴리머 용액을 준비하였다. SBS 폴리머 용액을 일정한 속도로 Kevlar 섬유를 따라 흘려주었고, 약 1분 정도 후에 상기 SBS 폴리머 용액은 상기 Kevlar 섬유에 균일하게 코팅되었다. 이후, 은(Ag) 전구체 용액(은 이온이 다량으로 녹아있는 용액)은 에탄올을 용매로 AgCF3COO 물질을 15% 농도로 녹여 준비하였고, 상기 SBS 폴리머가 코팅된 Kevlar 섬유를 상기은 전구체 용액에 30분 정도 침지하여, 상기 다량의 은 이온을 상기 SBS 폴리머 내부에 흡수시킨 뒤 상기 은 전구체 용액에서 꺼내어 건조하였다. 이후, 상기 은 이온이 다량 함유된 SBS 폴리머에 하이드라진 하이드레이트(Hydrazine hydrate)를 떨어뜨려 은 이온을 환원시켰으며, 5분 뒤 물로 상기 하이드라진 하이드레이트를 씻어내어 은 나노입자가 함유된 고성능의 전도성 나노섬유를 제조하였다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전도성 나노섬유의 반복적인 외부 자극에 대한 전기적 성능의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전도성 나노섬유는 반복적인 외부 자극에도 전기적 성능은 차이가 없어 안정성이 높음을 보여준다. 도 4 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 전도성 나노섬유는 180도 접힘을 3000회를 가해주었음에도 전기적 성능이 일정함을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법을 이용한 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 전도성 나노소재(1000)를 나타내는 모식도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 전도성 나노소재(1000)는 섬유(120), 상기 섬유(120)를 코팅하는 유연성 폴리머(140), 및 상기 유연성 폴리머(140)에 형성된 금속 나노입자(160)를 포함하는 전도성 나노섬유(100)와 상기 전도성 나노섬유(100)를 코팅하는 유전성 탄성 물질(500)을 포함한다. 상기 유전성 탄성 물질(500)은 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노소재가 교차로 배열된 전도성 나노섬유 기반 압력 센서를 나타내는 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서는 상기 전도성 나노섬유(100)를 코팅하는 유전성 탄성 물질(500)을 포함하는 전도성 나노소재(도 5 참조)가 교차로 배열되어 형성될 수 있다. 도 6의 확대된 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 전도선 나노섬유 기반 압력 센서는 적어도 두개의 전도성 나노소재(1000)의 접점에서 유전성 탄성 물질을 유전체로 갖는 축전기가 형성되며, 이에 따라 상기 압력 센서에 압력이 가해질 경우, 상기 유전성 탄성 물질의 두께가 감소하고, 상기 두개의 전도성 나노소재 간의 접촉하는 접촉 면적이 증가함에 따라 정전 용량이 증가하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력센서는 유연성 폴리머(140)로 코팅된 전도성 나노섬유(100)를 사용함에 따라, 압력이 가해질 때 상기 두 전도성 나노소재(1000) 간의 접촉 면적이 더욱 넓어질 수 있다. 이에 따라, 정전 용량이 더욱 증가된 전도성 나노섬유 기반 압력센서의 구현이 가능하다. 따라서, 이러한 원리를 바탕으로 전도성 나노섬유 기반 고성능 압력 센서를 제작하였다.
이하, 상기 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 제조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 제조 방법은, 전도성 나노섬유의 제조 방법에 따라 전도성 나노섬유를 제조하는 단계(S20), 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계(S40), 및 적어도 두개 이상의 상기 유전성 탄성 물질이 코팅된 전도성 나노섬유를 교차로 배열하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유를 제조하는 단계(S20)는 도 2를 참조하여 전술한 방법으로 제조할 수 있다(도 2 설명 참조).
일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계(S40)는 상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계는 상기 전도성 나노섬유의 길이 방향을 따라 상기 유전성 탄성 물질 용액을 흐르게 함으로써, 상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시킬 수 있다. 다른 일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계(S40)는 상기 전도성 나노섬유를 지면과 수직이 되도록 위치시킨 후, 상기 유전성 탄성 물질 용액을 상기 전도성 나노섬유의 윗부분에서 상기 전도성 나노섬유를 따라 아래 방향으로 흐르게 함으로써, 상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 균일하게 코팅할 수 있다(도 3 참조). 상기 유전성 탄성 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex)를 포함할 수 있다. 특히, PDMS는 탄성력이 좋으나, 점성이 높아 기존에는 이를 균일하게 코팅할 수 없었으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 코팅 방법(도 3)에 의해 균일하게 코팅하였다.
마지막으로, 도 8 내지 도 9, 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 성능을 검토한다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 성능을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서에 다양한 크기의 힘이 가해졌을 때 상기 압력 센서의 정전 용량 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서는 다양한 크기의 힘에 반응하였으며, 0.05N의 작은 힘이 가해진 경우에도 확연하게 반응하였다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서에 반복적으로 압력을 가했을 때의 정전 용량의 변화량을 나타내는 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서는 반복적으로 압력을 가했을 때에도 정전 용량의 변화량은 감소하지 않고, 일정하게 나타났다. 즉, 도 9에 나타난 결과를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력센서가 높은 안정성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시 예에 따른 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 다양한 외부 자극에 대한 반응을 나타내는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 압력(pressure), 구부림(bending), 비틀림(torsion)의 외부 자극을 주었을 때의 본 발명의 실시 예에 따른 압력 센서의 반응을 나타내는 그래프이다. 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 압력 센서는 다양한 외부 자극에도 정전 용량의 변화가 확연히 나타난 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 및 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법에 대해 검토하였으며, 본 발명에 따른 전도성 나노섬유 및 전도성 나노섬유 기반 압력 센서의 성능이 우수함을 실험 결과를 통해 확인하였다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 전도성 나노섬유
120: 섬유
140: 유연성 폴리머
142: 금속 전구체가 흡수된 유연성 폴리머
144: 유연성 폴리머 용액 또는 유전성 탄성 물질 용액
160: 금속 나노입자
310: 탱크
330: 노즐
350: 추
500: 유연성 탄성 물질
1000: 전도성 나노소재

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 전도성 나노섬유; 및
    상기 전도성 나노섬유를 코팅하는 유전성 탄성 물질;을 포함하는 전도성 나노소재;를 포함하고,
    적어도 두개 이상의 상기 전도성 나노소재가 교차로 배열된 전도성 나노섬유 기반 압력 센서.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 유전성 탄성 물질은,
    PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서.
  15. 전도성 나노섬유를 제조하는 단계;
    상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계; 및
    적어도 두개 이상의 상기 유전성 탄성 물질이 코팅된 전도성 나노섬유를 교차로 배열하는 단계;를 포함하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 유전성 탄성 물질은,
    PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계는,
    상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계;를 포함하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전도성 나노섬유에 유전성 탄성 물질 용액을 접촉시키는 단계는,
    상기 전도성 나노섬유의 길이 방향을 따라 상기 유전성 탄성 물질 용액을 흐르게 하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 유전성 탄성 물질 용액은,
    PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 제조 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 전도성 나노섬유를 유전성 탄성 물질로 코팅하는 단계는,
    상기 전도성 나노섬유를 지면과 수직이 되도록 위치시킨 후, 상기 유전성 탄성 물질 용액을 상기 전도성 나노섬유의 윗부분에서 상기 전도성 나노섬유를 따라 아래 방향으로 흐르게 하는 전도성 섬유 기반의 압력 센서 제조 방법.
KR1020140148582A 2014-10-29 2014-10-29 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법 KR101541461B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140148582A KR101541461B1 (ko) 2014-10-29 2014-10-29 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법
US14/926,230 US20160122941A1 (en) 2014-10-29 2015-10-29 Conductive yarn, conductive yarn based pressure sensor and methods for producing them

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140148582A KR101541461B1 (ko) 2014-10-29 2014-10-29 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150092444A Division KR101750242B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101541461B1 true KR101541461B1 (ko) 2015-08-04

Family

ID=53884583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140148582A KR101541461B1 (ko) 2014-10-29 2014-10-29 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20160122941A1 (ko)
KR (1) KR101541461B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105926277A (zh) * 2016-05-31 2016-09-07 深圳市微纳集成电路与系统应用研究院 导电纤维及其制备方法，电容式压力传感器及其制备方法
KR20180038088A (ko) * 2016-10-05 2018-04-16 한국생산기술연구원 전도성 점착성 필름 및 pu-코팅된 직물을 포함하는 염료 감응형 태양전지
KR20180085696A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 연세대학교 산학협력단 섬유형 센서 및 이의 제조방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019183321A (ja) * 2018-04-10 2019-10-24 インダストリー−アカデミック コーペレイション ファウンデイション， ヨンセイ ユニバーシティ 伸縮可能な導電性繊維及びその製造方法
CN110403592B (zh) * 2018-04-28 2022-03-29 五邑大学 一种腕带式心率计
CN110904675A (zh) * 2019-11-25 2020-03-24 华南理工大学 一种导电织物及其制备方法
CN113155326A (zh) * 2021-03-09 2021-07-23 河北工业大学 一种柔性自支撑纤维编织型触觉传感器
TWI831004B (zh) * 2021-04-28 2024-02-01 財團法人紡織產業綜合研究所 導電紗線的製作方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453367B1 (ko) 2014-08-06 2014-10-23 주식회사 경인 무가소제 폴리프로필렌 변성 컴파운드 조성물을 코팅한 산업용 섬유제품의 제조방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2004076A1 (en) * 1988-11-29 1990-05-29 Makoto Miyazaki Sulfone compounds, process for surface-treating reinforcing fibers using same and surface-treated reinforcing fibers obtained thereby
EP2084324B1 (en) * 2006-11-14 2013-12-04 Kolon Glotech Inc. Flexible printed conductive fabric and method for fabricating the same
US8191433B2 (en) * 2008-05-19 2012-06-05 The Hong Kong Polytechnic University Method for manufacturing fabric strain sensors
US20100260998A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Lockheed Martin Corporation Fiber sizing comprising nanoparticles
US20140093731A1 (en) * 2011-03-07 2014-04-03 Alma Mater Studiorum - Universita` Di Bologna Conductive fiber materials
KR101902927B1 (ko) * 2011-08-10 2018-10-02 삼성전자주식회사 신축가능한 전도성 나노섬유, 이를 포함하는 신축가능한 전극 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453367B1 (ko) 2014-08-06 2014-10-23 주식회사 경인 무가소제 폴리프로필렌 변성 컴파운드 조성물을 코팅한 산업용 섬유제품의 제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105926277A (zh) * 2016-05-31 2016-09-07 深圳市微纳集成电路与系统应用研究院 导电纤维及其制备方法，电容式压力传感器及其制备方法
KR20180038088A (ko) * 2016-10-05 2018-04-16 한국생산기술연구원 전도성 점착성 필름 및 pu-코팅된 직물을 포함하는 염료 감응형 태양전지
KR101863641B1 (ko) * 2016-10-05 2018-06-04 한국생산기술연구원 전도성 점착성 필름 및 pu-코팅된 직물을 포함하는 염료 감응형 태양전지
KR20180085696A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 연세대학교 산학협력단 섬유형 센서 및 이의 제조방법
KR102026011B1 (ko) 2017-01-19 2019-09-25 연세대학교 산학협력단 섬유형 센서 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20160122941A1 (en) 2016-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101541461B1 (ko) 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법
KR101750242B1 (ko) 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법
Hu et al. Multiscale disordered porous fibers for self-sensing and self-cooling integrated smart sportswear
Chatterjee et al. Electrically conductive coatings for fiber-based e-textiles
Dong et al. Highly sensitive and stretchable MXene/CNTs/TPU composite strain sensor with bilayer conductive structure for human motion detection
Lee et al. Highly sensitive multifilament fiber strain sensors with ultrabroad sensing range for textile electronics
Wu et al. Novel electrically conductive porous PDMS/carbon nanofiber composites for deformable strain sensors and conductors
Wang et al. Polyurethane/cotton/carbon nanotubes core-spun yarn as high reliability stretchable strain sensor for human motion detection
Cai et al. Highly stretchable sheath–core yarns for multifunctional wearable electronics
Cho et al. Three-dimensional continuous conductive nanostructure for highly sensitive and stretchable strain sensor
Ma et al. Extraordinarily high conductivity of stretchable fibers of polyurethane and silver nanoflowers
Ryu et al. Extremely elastic wearable carbon nanotube fiber strain sensor for monitoring of human motion
CN104142118B (zh) 应变传感器
McLellan et al. Recent progress in transparent conductors based on nanomaterials: advancements and challenges
US20140065422A1 (en) Stretchable conductive nanofibers and methods of producing the same
KR101610899B1 (ko) 전도성 신축성 섬유, 상기 섬유를 포함하는 직물, 및 이들의 제조방법
Li et al. Highly conductive PVA/Ag coating by aqueous in situ reduction and its stretchable structure for strain sensor
Lin et al. Superior stretchable conductors by electroless plating of copper on knitted fabrics
Liu et al. High-performance strain sensors based on spirally structured composites with carbon black, chitin nanocrystals, and natural rubber
Zhai et al. Stretchable, sensitive strain sensors with a wide workable range and low detection limit for wearable electronic skins
KR20120111661A (ko) 신축가능한 전도성 나노섬유, 이를 이용한 신축가능한 섬유전극 및 그 제조방법
Wu et al. Emulsion dipping based superhydrophobic, temperature tolerant, and multifunctional coatings for smart strain sensing applications
Fu et al. Electronic textiles based on aligned electrospun belt-like cellulose acetate nanofibers and graphene sheets: portable, scalable and eco-friendly strain sensor
Niu et al. Highly sensitive and stretchable fiber strain sensors empowered by synergetic conductive network of silver nanoparticles and carbon nanotubes
Slobodian et al. Multifunctional flexible and stretchable polyurethane/carbon nanotube strain sensor for human breath monitoring

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180723

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190722

Year of fee payment: 5