KR101948038B1 - 금 나노구조체를 이용한 스트레인 센서 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

금 나노구조체를 이용한 스트레인 센서 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

금 나노구조체를 포함하는 유연 전극의 제조방법, 및 상기 방법에 의하여 제조되는 유연 전극, 및 상기 유연 전극을 포함하는 스트레인 센서 소자에 관한 것이다.

Description

금 나노구조체를 이용한 스트레인 센서 소자 및 이의 제조 방법{STRAIN SENSOR DEVICE USING GOLD NANOSTRUCTURE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본원은, 금 나노구조체를 이용한 유연 전극, 및 그의 제조 방법, 그리고 상기 유연 전극을 이용한 스트레인 센서소자에 관한 것이다.
미래사회의 전자기기는 성능 및 편의성이 강조된 휴먼인터페이스 기술의 발전이 예측됨에 따라 형태 변환형 소재 및 소자 개발의 중요성이 대두되고 있다.
기존 전자소자용 소재인 인듐갈륨옥사이드(Indium-gallium oxide)나 금속 박막 필름과 같은 소재는 그 구조의 경직성으로 인하여 플렉서블, 형태변환형 시스템에 적용하기 어려우며, 기계적 변형에 의해 전기적 성질이 크게 변화하므로 소자 적용에 있어서 신뢰성을 기대하기 어려우며, 또한 소재의 높은 가격으로 인해 대체 물질 개발 및 연구의 필요성이 요구된다.
유연성 소자에 있어서, 변형 센서 제조 방법 및 변형 센서를 이용한 움직임 감지 장치(대한민국 등록특허 제10-1500840호), 유연 전자소자용 전도성 고분자-금속 나노입자 하이브리드 투명전극필름 및 이의 제조방법(대한민국 등록특허 제10-1224020호) 및 고분자 스트레인 센서(미국 공개특허 제2008-0191177호)등의 기술이 공지되어 있다.
그러나 기존 형태변환형 소자용 금속 나노구조체인은 나노선 및 구리 나노 입자 합성 방법에서 널리 사용되고 있는 유기 용매 기반 합성법은 유기 용매를 사용한 다는 점에서 물을 용매로 사용하는 물상 합성법에 비해 친환경적인 요소가 현저히 떨어지며, 유기 용매의 비싼 가격으로 인하여 제작비용 또한 높다는 문제점을 안고 있다. 또한 기존 물상 합성법에서도 유기 안정화제 및 유기 환원제를 사용하기 때문에 제작비용을 낮추는 데에 한계점에 맞닿아 있는 실정이다.
또한, 대한민국 공개특허 제2014-0003354호에서는 그래핀 성장용 금속 촉매 박막 상에서 탄소 소스를 제공하여 그래핀 시트를 형성시킴으로써 그래핀 시트를 대면적으로 용이하게 제조할 수 있으며, 변형 수용성을 조절하거나 추가로 변형 수용성을 부여할 수 있는 특징이 있는 제조 방법에 대해 개시하고 있다.
하지만, 은 나노선 및 구리 나노입자 이외에 인듐갈륨옥사이드 대체 물질로 부각되고 있는 그래핀 및 그래핀 플레이크는 성능자체는 뛰어나지만 제조비용이 높으며, 형태 변환형 소자 구현 시에 복잡한 공정으로 인하여 상용화 단계에서 많은 어려움이 보고되고 있다.
본원은, 금 나노구조체를 이용한 스트레인 센서소자 및 상기 스트레인 센서소자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 일 측면은, 금 나노구조체를 용매에 분산 시키는 단계; 및 상기 분산된 금 나노구조체를 고분자 기재에 전사하는 단계를 포함하는, 유연 전극의 제조 방법을 제공한다.
본원의 다른 측면은, 상기 본원의 일 측면의 방법에 따라 제조되는 유연 전극 및 상기 유연 전극을 포함하는 스트레인 센서 소자를 제공한다.
본원에 따르면, 금 나노구조체 기반 고신축성 유연 전극을 구현하여 높은 신축성 및 내구성을 확인하였으며 이를 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자에 적용하여 구동됨을 확인하였다. 이에 본원은 기존 신축 전극 기술 분야 및 휴먼인터페이스 기술에 크게 이바지할 것으로 예상된다.
본원에 따르면, 아미노산과 같은 생체분자를 안정화제 및 환원제로 사용하여 친환경 조건에서 새로운 금 나노구조체를 합성할 수 있으며, 이를 상용화시킬 경우 기존 금 나노구조체 합성법보다 제조 비용이 낮아지는 이점이 있다. 또한 금 나노구조체는 약 50 ㎛의 대면적 측면 치수를 가지면서 두께는 약 30 nm로 매우 얇은 특징이 있기 때문에 고신축성과 유연성이 요구되는 형태변환형 소자에 적합하며, 소자에 적용할 경우 적은 양으로도 넓은 면적 커버가 가능하여 금속 가격 상승으로 인한 상용화 한계의 극복이 가능하다.
도 1은, 본원의 실시예에 있어서, 금 나노구조체 기반 고신축성 유연 전극의 제작과정의 개략도이다.
도 2의 (a) 및 (b)은, 본원의 실시예에 있어서, 생체분자인 아미노산을 사용하여 합성된 금 나노구조체의 주사전자현미경 이미지(a) 및 원자힘현미경 이미지(b)이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본원의 일 실시예에 있어서, LB 방법을 통하여 물 위에 띄어진 금 나노구조체 주사전자현미경 이미지(a) 및 금 나노구조체의 전사횟수에 따른 면저항 변화( b)이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본원의 실시예에 있어서, 금 나노구조체 기반 고신축성 유연 전극의 변형률에 따른 저항 변화(a), 지속적인 변형에 따른 고신축성 유연 전극의 내구성 테스트(b), 내구성 테스트 전의 금 나노구조체 기반 고신축성 유연 전극의 표면 광학현미경 이미지(c) 및 내구성 테스트 후의 표면 광학 현미경 이미지(d)이다.
도 5의 (a) 내지 (f)는 본원의 일 실시예에 있어서, 금 나노구조체 기반 고신축성 유연 전극을 이용한 스트레인 센서 데이터(a), 변형률 50%일 때 스트레인 센서 데이터(b), 10,000 번 내구성 테스트 후의 스트레인 센서 데이터(c), 변형률 50% 일 때 스트레인 센서 데이터(d), 60℃의 탈이온수에 센서를 담구어 12 시간 동안 처리 후 스트레인 센서 데이터(e), 변형률 50% 일 때 스트레인 센서 데이터(f), 80℃의 오븐에 넣어 12 시간 동안 처리 후 스트레인 센서 데이터(g) 및 변형률 50%일 때 스트레인 센서 데이터이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본원의 구현예에 있어서, 금 나노구조체 시반 고신축성 유연 전극을 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자에 적용하기 위한 공정(a) 및 소자가 손에 적용된 이미지(b)이다.
도 7의 (a) 내지 (f)는 본원의 실시예에 있어서, 손동작 변화에 따른 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 데이터이다. 손가락 동작 변형 시 이미지 및 데이터(a) 및 (d) , 주먹 동작 변형 시 이미지 및 데이터(b) 및 (e) 및 손목 동작 변형 시 이미지 및 데이터(c) 및 (f)이다.
도 8의 (a) 내지 (f)는 본원의 실시예에 있어서, 무릎의 동작 변화에 따른 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 데이터 이미지(a), 무릎을 굽혔다 펴기 동작 변화 시 데이터(b), 제자리 걸음 동작 변화 시 데이터(c), 무릎을 굽혀 앉았다 일어나기 동작 변화 시 데이터(d), 제자리 점프 동작 변화 시 데이터(e), 및 무릎을 굽혀 앉았다 일어나면서 점프 동작 변화 시 데이터(f)이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 금 나노구조체를 용매에 분산 시키는 단계; 및, 상기 분산된 금 나노구조체를 고분자 기재에 전사하는 단계를 포함하는, 유연 전극의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노구조체는 금 전구체를 함유하는 금 전구체-함유 수용액을 열처리하여 수득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금 전구체-함유 수용액은 탈이온수를 이용하여 제조될 수 있다. 상기 금 전구체는 AuCl3, AuCl, AuBr3, NaAuCl4·xH2O, HAuCl4·xH2O, K(AuCl4), AuCN, Au2S, Au2S3, Au(OH)3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금이온을 포함하는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 전구체 수용액에 안정화제 및 환원제를 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 종래 형태변환형 소자용 나노금속 구조체 합성법에 널리 사용되는 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 같은 유기 용매, 유기 안정화제 및 유기 환원제를 사용하지 않고, 생체 분자인 아미노산을 안정화제 및 환원제로 사용하여 탈이온수에 용해시켜 이를 이용한 친환경 적이고 비용이 저렴한 새로운 합성방법을 이용함으로써, 평균 측면 치수 약 50 ㎛ 이상의 형태변환형 소자용 금 나노구조체를 제조할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 안정화제 및 환원제는 각각 독립적으로 아르기닌, 히스티딘, 리신, 아스파틱산, 글루타믹산, 세린, 트레오닌, 아스파라긴, 글루타민, 시스테인, 셀레노시스테인, 글리신, 프롤린, 알라닌, 발린, 이소류신, 류신, 메티오닌, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 생체분자인 상기 아미노산으로 인해 금 전구체가 금으로 환원되고, 이때 상기 아미노산의 작용기가 금 표면에 부착되어 안정화제 역할을 하여 나노구조체 형상을 합성할 수 있다. 또한 환원제 없이 아미노산 및 금 전구체만으로 반응을 진행했을 때, 불규칙한 그물 형상이 나타남으로써, 아미노산은 환원제 역할을 하여 나노구조체 형상을 합성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노구조체 제조 시 상기 금 전구체 수용액을 아미노산 수용액과 혼합하여준다. 이때 예를 들어, 상기 금 전구체 수용액을 피펫을 이용하여 약 1 분 동안 드롭-와이즈(drop-wise)방식으로 넣어준 뒤 열처리한 온도를 유지하며 약 2 시간 동안 유지시켜 준다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리 온도는 약 20℃ 내지 약 100℃ 온도 범위까지 상승시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 온도는 약 20℃ 내지 약 100℃, 약 20℃ 내지 약 95℃, 약 20℃ 내지 약 90℃, 약 20℃ 내지 약 85℃, 약 20℃ 내지 약 80℃, 약 20℃ 내지 약 75℃, 약 20℃ 내지 약 70℃, 약 20℃ 내지 약 65℃, 약 20℃ 내지 약 60℃, 약 20℃ 내지 약 55℃, 약 20℃ 내지 약 50℃, 약 20℃ 내지 약 45℃, 약 20℃ 내지 약 40℃, 약 20℃ 내지 약 35℃, 약 20℃ 내지 약 30℃, 약 20℃ 내지 약 25℃, 약 40℃ 내지 약 100℃, 약 40℃ 내지 약 95℃, 약 40℃ 내지 약 90℃, 약 40℃ 내지 약 85℃, 약 40℃ 내지 약 80℃, 약 40℃ 내지 약 75℃, 약 40℃ 내지 약 70℃, 약 40℃ 내지 약 65℃, 약 40℃ 내지 약 60℃, 약 40℃ 내지 약 55℃, 약 40℃ 내지 약 50℃, 약 40℃ 내지 약 45℃, 약 60℃ 내지 약 100℃, 약 60℃ 내지 약 95℃, 약 60℃ 내지 약 90℃, 약 60℃ 내지 약 85℃, 약 60℃ 내지 약 80℃, 약 60℃ 내지 약 75℃, 약 60℃ 내지 약 70℃, 약 60℃ 내지 약 65℃, 약 80℃ 내지 약 100℃, 약 80℃ 내지 약 95℃, 약 80℃ 내지 약 90℃, 또는 약 80℃ 내지 약 85℃ 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노구조체는 대면적으로 제조될 수 있으며, 상기 대면적 금 나노구조체의 측면 치수는 약 100 ㎛ 이상, 약 50 ㎛ 이상, 또는 약 100 nm 내지 약 100 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금 나노구조체의 측면 치수는 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 100 nm 내지 약 80 ㎛, 약 100 nm 내지 약 50 ㎛, 100 nm 내지 약 30 ㎛, 약 100 nm 내지 약 1000 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 600 nm, 100 nm 내지 약 400 nm, 또는 100 nm 내지 약 200 nm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 대면적 금 나노구조체의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 대면적 금 나노구조체의 두께는 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 80 nm, 약 10 nm 내지 약 60 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 합성된 금 나노구조체는 매우 얇은 특징이 있어서 고신축성과 유연성이 요구되는 형태 변환형 소자에 적합할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노구조체는 다양한 용도에 활용할 수 있다. 예를 들면, 상기 금 나노구조체를 용매에 분산시키는 단계; 및, 상기 분산된 금 나노구조체를 고분자 기재상에서 열처리하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 유연 전극을 구현할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 금 나노구조체를 기반으로 하는 유연 전극을 구현하는 경우, 상기 용매는 알코올(예를 들어, 부탄올, 프로판올, 또는 에탄올), 헵탄, 헥산, 시클로헥산, 옥탄, 이소옥탄, 데칸, 도데칸, 헥사데칸, 벤젠, 에틸벤젠, 디비닐벤젠, 톨루엔, 자일렌, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 클로로포름, 스타이렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 기재로서는 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS) 에코플렉스 (Ecoflex), 폴리우레탄, 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 폴리이미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금 나노구조체의 분산 단계에 있어서, 용매에 분산시킨 상기 금 나노구조체를 랭뮤어 블라젯법(Langmuir Blodgett Method)을 이용하여 용매에 띄우는데 이때 피펫을 이용하여 한방울 씩 떨어뜨린다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적합한 고분자 기재에 금 나노구조체를 전사하는 경우, 유연 전극의 안정적인 전도도 및 높은 변형률을 갖기 위해 금 나노구조체를 2 회 내지 10 회에 걸쳐 전사공정을 진행하며 열처리 과정을 거쳐야 바람직하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리 온도는 약 100℃ 내지 약 250℃ 온도 범위까지 상승시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어 상기 열처리 온도는 약 100℃ 내지 약 250℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 150℃ 내지 약 250℃, 약 150℃ 내지 약 200℃, 또는 약 200℃ 내지 약 250℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 다른 측면은, 상기 본원의 일 측면의 방법에 따라 제조되는, 고분자 기재에 전사된 금 나노구조체를 포함하는 유연 전극 및 상기 유연 전극을 포함하는 스트레인 센서 소자를 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 얻어진 유연 전극을 활용하여 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자를 구현하는 것이 가능하다.
상기 스트레인 센서 소자의 구현의 경우, 상기 얻어진 유연 전극을 활용하여 전극 양 끝단에 금속 와이어를 금속 페이스트를 이용하여 고정시킨다. 예를 들면, 구리 와이어를 은 페이스트를 이용하여 고정시킨 후, 은 페이스트가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS) 에코플렉스 (Ecoflex), 폴리우레탄, 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 폴리이미드 와 같은 유연 기재로 몰딩 처리과정을 거쳐 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자를 구현하는 것이 바람직하나 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 스트레인 센서 소자는, 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기 등에 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 스트레인 센서 소자는 형태 변환성 특징 및 움직임을 감지할 수 있으며, 착용 가능한 스트레인 센서인 특징이 있기 때문에 의료산업, 스포츠산업을 비롯한 다양한 산업분야에 응용이 가능하다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
<금 나노구조체 합성>
금 전구체로는 염화금산(Ⅲ)(ChloroauricⅢ acid, Sigma-Aldrich), 안정화제 및 환원제로는 아르기닌(L-arginine , Sigma-Aldrich)을 사용하였다. 탈이온수 5 mL에 아르기닌 0.01 mmol을 녹이고, 탈이온수 2 mL에 금 전구체인 염화금산(Ⅲ) 0.03 mmol을 녹여 각각 수용액 상태로 준비하였다. 교반 없이 아르기닌 수용액을 95℃의 온도조건에서 20 분 동안 예열하였다. 금 전구체 수용액을 95℃로 예열된 아르기닌 수용액 5 mL에 2 mL/min의 첨가 속도로 드랍-와이즈 방식을 적용하여 첨가하고, 2 시간 동안 온도를 유지하였다. 수 분내로 반응이 일어나 금 나노구조체가 합성되면서 침전되는 것이 확인되었으며, 2 시간 이후에는 반응용액 하단에 금색 빛깔의 금 나노구조체가 완전히 침전되는 것을 확인하였다.
합성된 금 나노구조체의 주사전자현미경 이미지를 도 2의 (a)에 나타낸 바, 합성된 금 나노구조체는 측면 치수가 약 50 ㎛ 이상임을 확인 하였으며, 원자힘현미경 이미지[도 1의 (b)]에 나타난 바와 같이, 직경이 20 nm 내외인 금 나노구조체가 확인 되었다.
<금 나노구조체를 이용한 고신축성 유연 전극 소자의 구현>
상기 대면적 금 나노구조체 합성 실시예에 따라 합성된 금 나노구조체의 세척이 완료된 후, 금 나노구조체에 약 2 mL의 프로판올(Propanol, 대정화금)및 부탄올(Butanol, 대정화금)을 첨가하였다. 페트리 디쉬에 초순수를 채우고 앞서 준비한 금 나노구조체를 피펫을 이용하여 랭뮤어 블로드젯막(Langmuir-Blodgett film)을 형성하였다. 금 나노구조체 필름이 초순수 표면에 충분히 형성이 되면 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, Sylgard) 및 에코플렉스(EcoFlex, Smooth-on Inc)로 찍어내거나 떠내는 방식으로 전사하여 고신축성 유연 전극을 제작하였다. 전사횟수는 2 회 내지 10 회를 진행하였으며, 100℃ 온도 조건에서 약 10 분 동안 열처리를 진행하였다. 상기 유연 전극 제조과정은 도 1에 도식화 하여 나타내었다.
랭뮤어 블로드젯방법을 통하여 초순수 위에 띄어진 금 나노구조체를 1회 전사한 주사전사현미경 이미지를 나타내었으며[도 3의 (a)], 초순수 위에 띄어진 금 나노구조체를 2 회부터 10 회까지 전사했을 때 전사 횟수에 따라 면저항이 변화하는 것을 그래프로 나타내었다[도 3의 (b)].
이어서, 유연 전극의 내구성 테스트 전후 광학 현미경 이미지[도 4의 (c) 및 (d)] 및 데이터[도 4의 (b)]를 통하여 높은 변형률에도 찢어지거나 깨지지 않아 형태 변환형 소재로 적합하다는 것을 확인하였으며, 유연 전극의 변형률에 따른 저항변화의 데이터[도 4의 (a)]에 나타낸 바와 같이 안정적인 전도성을 갖고 반복적인 변형 후에도 안정적인 전도성을 갖는 것을 확인 하였다.
<인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 구현>
금 나노구조체 기반 고신축헝 유연 전극 양 끝단에 구리 와이어를 은 페이스트를 이용하여 고정한 후 폴리디메틸실록산 및 에코플렉스를 몰딩처리하여 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자를 구현하여 공정을 도 6의 (a)에 도식화 하였으며, 도 6의 (b)에 상기 센서 소자가 손에 적용된 이미지를 나타내었다. 도 5의 (a)에 상기 유연 전극으로 구현된 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 민감성을 나타내었으며, 50%의 변형률에서도 안정적인 민감성을 나타내는 것을 확인 하였다[도 5의 (b)]. 상기 스트레인 센서를 10,000번의 내구성 테스트 후, 상기 센서 소자의 민감성을 확인 하였으며[도 5의 (C)], 변형률 50% 데이터를 좀더 자세히 살펴보았을 경우, 민감성이 유지되고 있는 것을 확인하였다[도 5의 (d)]. 상기 스트레인 센서를 60℃의 탈이온수에 담구어 12 시간 동안 처리 후 스트레인 센서의 민감성을 확인 하였으며[도 5의(e)], 같은 조건에서 50% 변형을 주었을 때에도 민감성이 유지되고 있는 것을 확인하였다[도 5의(f)]. 상기 스트레인 센서를 80℃의 오븐에 넣어 12 시간 동안 처리 후 스트레인 센서의 민감성을 확인 하였으며[도5의(g)], 같은 조건에서 50% 변형을 주었을 때에도 민감성이 유지되고 있는 것을 확인 하였다.[도 5의(h)] 상기 데이터를 통하여, 상기 신축센서가 수분 및 열에 장시간 노출되어 있어도 특성이 변함없음을 확인하였다.
도 7의 (a) 내지 (f)에 손동작변화에 따른 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 민감성 데이터를 나타내었다. 손가락 동작을 변형 시켰을 때의 데이터 및 이미지(a) 및(d), 주먹 동작을 주었을 때의 데이터 및 이미지 (b) 및 (e) 및 손목 동작에 변형을 주었을 때의 데이터 및 이미지 (c) 및 (f)를 확인 하였다.
도 8에 상기 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자를 무릎에 착용하였을 경우[도 8의 (a)], 무릎의 동작 변화에 따른 인체동작 감지용 스트레인 센서 소자의 민감성 데이터를 나타내었다. 무릎을 굽혔다 펴기 동작 시[도 8의 (b)], 제자리 걸음 시[도 8의 (c)], 무릎 굽혀 앉았다 일어났을 때[도 8의 (d)], 제자리 점프 동작 시[도 8의 (e)] 및 무릎 굽혀 앉았다 일어나면서 점프 동작 시[도 8의 (f)]를 민감성 데이터 변화를 나타내었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 금 전구체, 안정화제 및 환원제를 함유하는 금 전구체-함유 수용액을 열처리하여 금 나노구조체를 수득하는 단계;
    금 나노구조체를 용매에 분산시키는 단계; 및
    상기 분산된 금 나노구조체를 고분자 기재에 전사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 금 나노구조체는 50 ㎛ 이상의 평균 측면 치수 및 10 nm 내지 40 nm 의 두께를 가지는 것이고,
    상기 안정화제 및 상기 환원제는 아르기닌을 포함하는 것이고, 추가의 유기 안정화제 및 유기 환원제를 포함하지 않고,
    상기 금 전구체-함유 수용액은 탈이온수를 포함하고, 유기 용매를 포함하지 않는 것인, 유연 전극의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금 전구체는 AuCl3, AuCl, AuBr3, NaAuCl4·xH2O, HAuCl4·xH2O, K(AuCl4), AuCN, Au2S, Au2S3, Au(OH)3 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금 이온 화합물을 포함하는 것인, 유연 전극의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 온도는 20℃ 내지 100℃ 온도 범위에서 진행하는 것을 포함하는 것인, 유연 전극의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 기재는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄, 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS), 폴리이미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 유연 전극의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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