KR102044152B1 - 크랙 치유 고분자를 포함하는 크랙 센서 및 이를 포함하는 전자 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예인 크랙 센서는 기판, 상기 기판 상에 위치되고, 크랙을 포함한 전도성층 및 상기 기판과 상기 전도성층 사이에 형성되거나, 상기 전도성층 상에 위치되는 고분자층을 포함하며, 상기 고분자층의 복원력을 통하여, 상기 크랙의 추가 성장을 억제하고, 크랙을 복원한다.

Description

크랙 치유 고분자를 포함하는 크랙 센서 및 이를 포함하는 전자 소자{Crack sensor including polymer for healing crack and electronic device including the same}

본 발명은 치유 고분자를 포함하여, 크랙을 치유하고, 성장을 억제하는 크랙 센서 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.

정교한 생체신호를 검출하거나 미세한 스트레스를 검출하는 생체 통합형 전자 소자 혹은 유연 전자회로 소자 (Flexible integrated electronic circuit)에서 기계적인 자극을 읽을 수 있는 센서의 중요성이 증가하고 있다. 하지만 최근에 연구되고 있는 유연 센서는 그 민감도가 낮아 정확한 신호를 검출하는데 어려움이 있다.

이러한 민감도 문제를 해결하기 위해 거미의 진동 감각기관의 균열 구조를 모사한 균열 센서가 개발되었으며, 이러한 센서는 2% 변형률 범위에서 2,000에 육박하는 민감도를 가진다. 하지만 균열이 가지는 구조적인 영향으로 인하여 스트레스가 축적되고 균열이 깊어져 민감도가 떨어지는 단점을 가진다. 특히, 약 1,000회 이후의 반복 테스트에서 균열이 깊어지거나 파단되어 민감도와 안정성이 점점 낮아지는 단점이 있다.

본 발명은 반복 사용으로 민감도가 감소되지 않는 크랙 센서 및 이를 포함하는 전자 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예인 크랙 센서는 기판, 상기 기판 상에 위치되고, 크랙을 포함한 전도성층 및 상기 기판과 상기 전도성층 사이에 형성되거나, 상기 전도성층 상에 위치되는 고분자층을 포함하며, 상기 고분자층의 복원력을 통하여, 상기 크랙의 추가 성장을 억제하고, 크랙을 복원한다.

일 실시예에서, 상기 고분자층이 전도성층 상에 위치되는 경우, 상기 크랙이 위치한 부분을 제외한 전도성층 상에 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고분자층은 외부에너지가 조사될 때, 복원력이 향상될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고분자층은 열, 적외선, 자외선, 전기 에너지 중 적어도 하나가 조사될 때, 복원력이 향상될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고분자층에 외부에너지가 국부적으로 조사될 때, 국부적으로 상기 크랙이 복원될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복원력은, 상기 고분자의 Diacid 및 Diamine에 의한 반응에 의하여 생성된 작용기에 의하여 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복원력은, 상기 고분자에 포함된 산소와 수소의 결합에 의하여 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고분자의 유리 전이 온도(Tg)는 상온 이하일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고분자층은 용액공정에 의하여 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 외부자극에 의해 상기 크랙의 전기적 단락 또는 개방이 발생하여, 상기 전도성층의 전기적 저항값이 변화될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 크랙의 깊이는 나노 크기 또는 마이크로 크기일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전도성층은, 백금, 니켈, 구리, 금, 은, 철, 크롬, 마그네슘, 아연, 주석, 알루미늄, 코발트, 망간, 텅스텐, 카드뮴, 팔라듐, 및 탄소 중 1종 이상의 전도성 물질 또는 이들의 1종 이상 혼합물을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 센서는, 기계적 센서, 화학적 센서 및 가스 센서 중 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예인, 전자 소자는 상술한 실시예들 중 하나의 크랙 센서를 포함한다.

본 발명의 일실시예인 크랙 센서는, 힐링 고분자로 인하여, 존재하는 크랙의 성장을 억제하고, 크랙의 너비를 줄여줌으로서, 크랙 센서의 내구성을 유지시킬 수 있다. 높은 내구성으로 인하여, 복합적인 전자 회로를 갖는 유연 전자회로 소자, 생체 삽입형 전자 소자, 및 복잡 기계 시스템의 센서 등에 응용될 수 있다.

특히, 높은 내구도를 요하는 기계적 자극 센서 혹은 다기능 통합 전자 회로 등의 형태로 항공, 로봇, 전자피부 등의 분야에 응용할 수 있으며, 또한, 웨어러블 전자 소자 및 생체통합형 전자 소자에서 응용할 수 있는 높은 내구성의 스트레인-게이지 센서의 제작 공정으로 그 응용 범위가 높다.

또한, 추가적인 외부 에너지를 조사함으로서, 치유 능력이 향상될 수 있다. 국부적으로 외부 에너지를 조사하여, 국부지역을 치유할 수 있다. 외부 에너지는 특정 치유 매커니즘에 국한도지 않으며, 다양한 에너지를 조사할 수 있다.

그리고, 간단한 구조의 디바이스기 때문에, 제조비용이 저렴하며, 제작 공정이 매우 간단하여, 대량 생산이 가능하다.

도 1(a)은 본 발명의 일실시예인 크랙센서에 대한 모식도이다.
도 1(b)는 크랙 센서의 이용 전, 후 및 치유 후, 크랙의 변화를 나타내는 모식도 및 이미지 사진이다.
도 1(c)는 크랙이 복원되는 작용을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 민감도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 기본 저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 민감도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 치유 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 시간에 따른 저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서와 종래의 일반 센서의 스트레인에 대한 저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 대해 2% 스트레인까지 인장 후 다시 원상태 0%의 스트레인 상태로 가하면서 15회 반복하여 측정한 전기저항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 이력현상을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 적외선 LED를 조사할 때, 세기에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 적외선 LED를 국부적으로 조사할 때, 온도 변화를 나타내는 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 적외선 LED를 조사할 때, 시간에 따른 저항값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 적외선 LED를 조사할 때, 민감도의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 치유 고분자를 이용하여 크랙 센서의 균열을 치유하거나, 혹은 균열의 간격을 좁게 유지하고자 한다. 이러한 센서는 일정 변형률 범위에서 안정적인 구동 횟수를 가지며, 크랙이 생긴 후에, 자가 치유 혹은 외부 에너지에 의한 자극을 이용한 치유를 통하여, 다시 본래의 성능을 되찾을 수 있다.

이하, 본 발명을 구성요소별로, 상세히 설명한다.

본 발명의 일시예인 크랙 센서는 기판; 상기 기판 상에 위치되고, 크랙을 포함한 전도성층; 및 1) 상기 기판과 상기 전도층 사이 및 2) 상기 전도성층 상 중 적어도 하나의 위치에 형성된 고분자층을 포함하며, 상기 고분자층의 복원력을 통하여, 상기 크랙의 추가 성장을 억제하고, 크랙을 복원할 수 있다. 여기서 설명은 생략하였지만, 상술한 구성요소 이외에 추가적으로 다양한 구성요소가 포함될 수 있음은 자명하다.

상기 센서를 기판을 포함한다. 상기 기판은 센서의 지지체의 역할을 한다. 상기 기판은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 센서의 종류나 목적에 맞게 다양하게 적용될 수 있다. 특히, 플렉서블 센서를 위하여, 유연성 기판이 이용될 수 있으며, 상기 유연성 기판은 플렉서블한 센서를 제공하기 위하여, 그 목적에 맞다면, 어떠한 것이라도 이용될 수 있다.

상기 기판은 단일층 혹은 다중층 구조를 가질 수 있다. 상기 기판이 다중층 구조를 갖는 경우, 베이스층 상에 연질 폴리머층이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 연질 폴리머로서는 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA), 우레탄, 에폭시, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 글리콜, 놀랜드 옵티칼 접착제(NOA), 실리콘 수지계열의 폴리다이메틸 셀록센(PDMS) 등을 사용할 수 있으며, 상기 베이스 필름으로서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드, 폴리디메틸실록산(PDMS) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다

상기 센서는, 상기 기판의 적어도 일면 상에 위치한 전도성층을 포함한다. 여기서, "상에"의 의미는, 상기 기판의 일면과 직접적으로 접촉하면서 위치하는 전도성층 뿐만 아니라, 상기 기판과 상기 전도성층 사이에 추가적인 층이 위치될 수 있는 구조를 포함한다.

상기 전도성층은 금속을 포함할 수 있다. 상기 전도성층은 백금, 니켈, 구리, 금, 은, 철, 크롬, 마그네슘, 아연, 주석, 알루미늄, 코발트, 망간, 텅스텐, 카드뮴, 팔라듐, 및 탄소 중 1종 이상의 전도성 물질 또는 이들의 1종 이상 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전도성층의 두께가 한정되는 것은 아니나 인장 및 구부림 등의 기계적 방법에 의해 크랙이 형성될 수 있는 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 이와 같은 크랙의 형성 조건은 각 금속의 종류에 따라 달라질 수 있다.

상기 전도성층은 크랙을 포함한다. 상기 크랙은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이와 같은 형태는 상기 전도성층의 그레인 바운더리의 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 크랙이 발생하는 정도 또한 전도성층의 두께, 형성 조건 등에 따라 달라질 수 있으며 특별히 제한되지 않는다

상기 크랙은 서로 마주 보는 크랙면과 서로 접촉되어 있는 크랙면이 존재하거나 이웃하는 크랙과 약간의 간격을 가지고 이격되어 있는 단부를 갖는 크랙면이 존재하게 된다. 서로 접촉되어 있는 크랙면은 외부 물리적 자극에 의해 서로 이동하면서 접촉 면적이 달라지거나 이격될 수 있으며 이에 따라 전기적 저항이 바뀌어 전기적 단락이 발생할 수 있으며, 외부 물리적 자극으로 이격되었던 크랙면이 다른 외부 자극의 변화로 다시 접촉하여 전기적 저항의 변화를 발생하게 된다. 외부 자극에 의해 애초에 접촉되어 있던 크랙면이 이동하면서 상기 전도성 박막의 전기적 저항값이 증가하게 되고, 이를 측정함으로써 상기 외부자극의 유무, 강도 등을 알 수 있게 된다. 또한, 애초에 접촉하지 않고 수 nm 간격으로 이격되어 있던 크랙면도 외부자극에 따라서는 접촉될 수 있어 전기적 저항의 변화를 일으킬 수 있다. 이를 이용하여, 센서를 제공할 수 있다.

그러나, 상기 크랙 센서는 반복적인 이용을 통하여, 상기 크랙의 간격이 벌어지거나, 깊이가 깊어져, 센서의 효능을 저하된다. 본 발명의 크랙 센서는 치유 고분자층을 포함하여, 상기 크랙이 추가적으로 성장하는 것을 방지하고, 외부 에너지를 투입하여, 존재하는 크랙을 복원할 수 도 있다.

상기 고분자층은 상기 기판과 전도성층 사이에 위치될 수 있다. 또한, 상기 고분자층은 상기 전도성층 상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 기판과 전도성층 사이 및 상기 전도성층 상에, 즉, 두 위치에 고분자층이 형성될 수 있다. 상기 고분자층이 전도성층 상에 위치되는 경우, 상기 크랙이 위치한 부분을 제외한 전도성층 상에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 고분자가 크랙 내부로 침투하면, 센서의 감도가 저하될 수 있다.

특히, 상기 고분자층은 외부에너지가 조사될 때, 복원력이 향상된다. 상기 외부에너지는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 빛, 열, 적외선, 자외선, 전기 에너지 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고분자층에 외부에너지가 국부적으로 조사되면, 상기 에너지가 조사된 부분을 중심으로, 국부적으로 상기 크랙이 복원되는 효과를 나타낼 수 있다.

상기 복원력은, 적용되는 고분자 및 외부 에너지에 따라 다양한 예에 의하여, 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 산소와 수소의 결합을 들 수 있다. 또한, 이러한 예시들 중 하나로서, 다이액시드 (Diacid)와 다이아민 (Diamine)의 반응으로 생성된 작용기의 수소결합에 의하여 크랙이 복원 또는 치유될 수 있다.

또한, 상기 고분자의 유리 전이 온도(Tg)는 상온 이하인 것이 바람직하다. 상기 크랙 센서를 상온에서 사용하더라도, 고분자층의 유연성에 의하여, 센서의 진동 움직임을 방해하지 않는다.

여기서, 상기 고분자층은 용액공정에 의하여 도포되는 것이 바람직하다. 바코팅, 스핀코팅 등의 방법에 의하여 균열 패턴을 가지는 전도성층 상에 도포될 수 있다.

상기 센서는, 초고감도 센서로서, 특별히 한정되는 않으며, 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이러한 예로서, 기계적 센서, 화학적 센서 및 가스 센서가 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 상술한 크랙 센서를 포함하는 전자 소자를 포함한다. 상기 크랙 센서는 압력 센서일 수 있다. 상기 크랙 센서는 본 발명의 목적을 만족할 수 있는 것이라면, 어떠한 전자 소자에도 적용될 수 있다.

치유 고분자를 기계적 센서 위에 도포했을 경우, 2% 변형률에서 10,000 회 이상의 반복 테스트에도 민감도가 유지된다. 종래의 센서가 1,000 회 이상의 반복 테스트에서 민감도가 유지되지 않는 경향을 보이는데, 치유 고분자를 도포한 센서는 기존의 센서보다 10배 이상의 안정성을 갖는다. 이는 여러 차례의 치유 과정에서도 똑같은 경향을 보인다. 센서의 기본 베이스 저항은 반복 테스트를 진행함에 따라 증가하는데, 치유 과정에서 치유 고분자가 균열의 너비를 줄이는데 도움을 주며, 이를 통하여 본 베이스 저항이 본래의 값으로 돌아오게 되고 본래 센서의 기능을 유지하게 된다. 10,000회 이상의 반복테스트에서 떨어진 민감도는, 상술한 바와 같이, 추가적인 외부에너지를 가함으로써 치유를 가속시킬 수 있다. 이렇게 치유된 센서의 민감도는 치유 과정을 거침에도, 그 성능이 비슷하게 유지된다.

고분자층이 도포된 센서는 초기의 센시티비티와 변형률에 따른 저항변화의 개형이 치유 과정을 거친 후에도 거의 비슷하게 유지가 되고, 이력 현상도 거의 없이 유지되는 특성을 보인다. 또한, 15회 이상의 반복 테스트에서 시간에 따른 저항변화가 모두 비슷하게 유지되는 특성을 보인다.

이하, 보다 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

치유 고분자는 Diacid (Empol 1016, Shijiazhuang Shuliang Commerce Trade Co., Ltd, China) 와 Diamine (diethyelenetriamine)의 반응으로 생긴 작용기의 수소결합으로 치유된다.

먼저, Empol 1016 41.5g 과 다이에틸렌트리아민 (diethyelenetriamine) 17g을 아르곤 (Argon) 기상 하에 160 ℃에서 24시간 반응시켰다. 그 후 반응물의 1.5g을 채취한 후 200mg의 우레아 (Urea)를 135 ℃에서 6시간동안 반응시키면 치유 고분자를 제조하였다.

또한, 베이스층으로, 50 μm의 PET (polyethylene terephthalate) 상에, 연질 폴리머층으로서 10 μm의 두께로 PUA (Poly-urethane acrylate)를 도포하였다. 그 위에 백금(Pt)을 20nm 증착한 후, 1mm의 curvature를 갖는 막대에 굽어 균열을 제작하여 균열센서를 제조하였다. 제작된 센서 위에 치유 고분자 (self-healing polymer, SHP)를 Bar coating 방식을 이용하여 40 μm 의 두께가 되도록 도포하여 자가 치유 센서를 제작하였다.

상기 센서를 25000번 반복 테스트를 한 후, 외부의 열을 이용하여 10분 간 3번의 치유과정을 실시하여, 크랙의 틈을 복원하는 실험을 실시하였다.

상술한 치유 고분자층을 포함하는 크랙 센서의 복원과정에 대한 일실시예를 도 1에 모식도로 나타내었다.

구체적으로, 도 1(a)은 본 발명의 일실시예인 크랙센서에 대한 모식도이다. 또한, 도 1(b)는 크랙 센서의 이용전, 후 및 치유 후, 크랙의 변화를 나타내는 모식도 및 이미지 사진이다. 더불어, 도 1(c)는 크랙이 복원되는 작용을 나타내는 모식도이다.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 기판(10)은 베이스층(12) 및 연질 폴리머층(14)을 포함하며, 상기 기판(10) 상에 형성된 전도성층(20)을 포함하고, 상기 전도성층(20)에 형성된 고분자층(30)을 포함한다. 도 1(a)의 확대도는 고분자층(self-healing polymer, SHP), 전도성층(백금, Pt), 연질 폴리머층(polyurethane acrylate, PUA), 및 베이스층(polyethylene terephthalate, PET)을 나타낸다. 또한, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 크랙 센서의 이용 전(before cycling)과 이용 후(after cycling)를 비교하여 보면, 크랙 센서의 반복적인 이용으로 크랙의 틈이 벌어지고, 깊이가 깊어졌음을 확인할 수 있었다. 열(heating)이 가해진 후(after healing) 크랙의 사이가 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 수소와 산소의 결합을 통하여, 크랙의 틈이 복원되었음을 알 수 있었다.

치유 고분자를 도포한 센서의 성능을 테스트하기 위하여, 치유 고분자가 있는 센서와 일반 센서 두 개를 비교하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1에서 제조된 센서를 이용하여, 센서의 가동 범위인 2% 변형률로 50mm/min의 속도로 가하여, 25,000회의 반복테스트를 실시하였다. 이후, 50℃의 외부 온도에서, 10 분간 치유과정을 3회 실시하였으며, 민감도를 각각 측정하여 결과 그래프를 도 2(a)에 나타내었다. 이와 비교를 위하여, 종래의 센서를 반복테스트를 실시하여, 각각의 민감도를 측정하여 결과 그래프를 도 2(b)에 추가하였다.

도 2(a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 일반 센서의 경우에 1,000번의 반복 테스트 이후에 민감도가 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었지만, 반면에 치유 고분자가 있는 센서의 경우에는 10,000번의 반복테스트에도 민감도가 유지되는 특성을 보였다. 치유 고분자가 있는 센서는 민감도가 떨어진 이후에 자가 치유 성질을 이용하여 민감도가 회복되지만, 일반 센서의 경우에는 민감도가 회복되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 25,000 반복 테스트를 4번 반복하여 진행하였을 때, 그 성질이 모두 똑같이 유지되는 특성을 보였다.

민감도가 치유되는 성질을 확인하기 위하여, 민감도에 영향을 주는 베이스 저항의 변화를 확인하기 위하여 추가적으로 실험을 실시하였다. 실시예 1에서 제조된 크랙 센서(self-healing sensor)와 비교예로 사용된 일반 센서 (normal sensor)의 베이스 저항값을 측정하여 도 3에 그래프로 나타내었다. 민감도가 치유되는 성질은 반복 테스트 후 베이스 저항이 돌아오는 성질에 기인하며, 베이스 저항의 복구 유무에 따라 민감도가 복구되는지에 대한 여부가 결정된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 일반 센서의 경우 반복 테스트 후 베이스 저항이 유지된 채, 계속 증가하였다. 그러나, 자가 치유 고분자를 도포한 센서의 경우, 베이스 저항이 치유 후 원상태로 돌아오는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1에서 제조된 크랙 센서(self-healing sensor)와 비교예로 사용된 일반 센서 (normal sensor)의 민감도의 변화를 측정하여 그 결과 그래프를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 크랙 센서는 치유 과정을 통하여, 민감도가 최초와 유사하게 복원되는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1에서 제조된 크랙 센서(self-healing sensor)와 비교예로 사용된 일반 센서 (normal sensor)의 치유 정도를 확인하기 위하여, 1차, 2차, 3차의 치유 과정을 통하여, 어느 정도 치유가 될 수 있는지 healing percentage를 측정하여, 도 5에 그래프로 나타내었다.

자가 치유 고분자를 이용한 센서의 센서 특성 및 치유 후 특성을 알아보고자 각 치유된 센서를 상대로 인장실험을 진행하였다. 상기 실험은 1 mm/min의 인장 속도로 2%의 변형률을 가한 뒤 시간에 따른 전기 저항 변화를 측정하였다. 구체적으로, 실시예 1에서 제조된 크랙 센서(self-healing sensor)에 대하여 치유 과정 실시 전 및 후에서, 시간에 따른 저항값의 변화를 측정하여 도 6에 그래프로 나타내었다. 도 6에 나타낸 그래프는, 일반 센서와 치유 고분자를 도포한 후의 센서의 전기적 신호를 비교한 그래프로서, 자가치유 고분자를 도포하기 전과 후의 그래프 개형이 비슷함을 확인할 수 있었다.

실시예 1에서 제조된 크랙 센서(self-healing sensor)에 대하여, 최초, 1차 치유과정 후, 2차 치유과정 후, 및 3차 치유과정 후, 각각에 대하여, 스트레인에 대한 저항값의 변화를 도 7에 그래프로 나타내었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 1, 2, 3차례 치유를 한 센서의 경우, 변형률에 따라서 비슷한 그래프 개형을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 치유 후에도 센서의 특성은 변하지 않으며, 안정성이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1에서 제조된 크랙 센서에 대하여, 내구도를 확인하기 위하여, 추가적인 실험을 실시하였다. 도 8에 자가 치유 고분자를 도포한 센서의 내구도를 나타내는 그래프를 나타내었다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 15번의 반복 테스트에도 민감도가 유지되고, 치유 후에도 동일한 특성을 나타내었다.

본 발명의 일실시예인 크랙 센서에 대해 2% 스트레인까지 인장 후 다시 원상태 0%의 스트레인 상태로 가하면서 측정한 전기저항의 변화를 도 9에 그래프로 나타내었다. 도 9에 나타낸 그래프는 히스테레시스 (이력현상)을 확인한 그래프로서, 자극을 가했을 때와 자극을 풀었을 때, 그래프의 개형이 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 본 발명의 일시예인 센서는 이력현상이 없는 우수한 센서의 요건을 갖춤을 확인할 수 있었다.

실시예 1에서 제조된 센서에 외부에너지를 조사하였을 때의 효과를 확인하기 위하여 추가적인 실험을 실시하였다. 먼저, 외부에너지로서, 적외선 LED를 이용하여 고분자층에 국부적으로 조사하였으며, 그 세기를 3W, 6W, 18W로 제어하면서 시간에 따른 온도를 측정하여 도 10에 나타내었다. 도 10에 나타난 바와 같이, 세기가 커질수록 온도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 또한, 도 11에 온도분포를 이미지로 나타내었다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 시뮬레이션한 것과 유사하게, 고분자 표면의 온도가 국부적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 다른 요소들은 영향을 주지 않고 국부적으로 크랙을 치유할 수 있음을 확인할 수 있었다.

셀프 치유한 경우와, 그 세기를 3W, 6W, 18W로 제어한 적외선 LED를 조사하면서, 시간에 따른 전기저항의 변화를 측정하여, 그 결과 그래프를 도 12에 나타내었다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 3분 정도의 치유에도 기본 베이스 저항이 돌아오는 것을 확인할 수 있으며, 자가 치유 속도에 비해서 10배 정도 빠른 속도를 보였다. 적외선 치유를 통하여 민감도가 본래로 돌아오는 것을 확인할 수 있었다.

추가적으로, 민감도의 변화를 확인하기 위하여, 센서의 사용 전, 반복사용 후, 1차 치유 후, 반복사용 후, 2차 치유 후, 반복사용 후, 3차 치유 후, 후 반복 사용 후 각각의 민감도를 측정하여 도 13에 나타내었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 기판;
   상기 기판 상에 위치되고, 크랙을 포함한 전도성층; 및
   상기 기판과 상기 전도성층 사이에 형성되거나, 상기 전도성층 상에 위치되는 자가 치유 고분자층을 포함하며,
   상기 고분자층은 상기 크랙이 위치한 부분을 제외한 전도성층 상에 위치하고,
   상기 고분자의 유리 전이 온도(Tg)는 상온 이하인,
   상기 고분자층의 복원력을 통하여, 상기 크랙의 추가 성장을 억제하고, 크랙을 복원하는,
   반복 사용에도 민감도 저하가 없는 크랙 센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 고분자층은 외부에너지가 조사될 때, 복원력이 향상되는, 크랙 센서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 고분자층은 열, 빛, 전기 에너지 중 적어도 하나가 조사될 때, 복원력이 향상되는, 크랙 센서.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고분자층에 외부에너지가 국부적으로 조사될 때, 국부적으로 상기 크랙이 복원되는, 크랙 센서.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복원력은 상기 고분자의 Diacid 및 Diamine에 의한 반응에 의하여 생성된 작용기에 의하여 형성된, 크랙 센서.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복원력은, 상기 고분자에 포함된 산소와 수소의 결합에 의하여 형성되는, 크랙 센서.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 고분자층은 용액공정에 의하여 형성되는, 크랙 센서.
11. 제1항에 있어서,
    외부자극에 의해 상기 크랙의 전기적 단락 또는 개방이 발생하여, 상기 전도성층의 전기적 저항값이 변화되는 크랙 센서.
12. 제1항에 있어서,
    상기 크랙의 깊이가 나노 또는 마이크로미터 크기인, 크랙 센서.
13. 제1항에 있어서,
    상기 전도성층은, 백금, 니켈, 구리, 금, 은, 철, 크롬, 마그네슘, 아연, 주석, 알루미늄, 코발트, 망간, 텅스텐, 카드뮴, 팔라듐, 및 탄소 중 1종 이상의 전도성 물질 또는 이들의 1종 이상 혼합물을 포함하는, 크랙 센서.
14. 제1항에 있어서,
    상기 센서는, 기계적 센서, 화학적 센서 및 가스 센서 중 하나인, 크랙 센서.
15. 제1항의 크랙 센서를 포함하는 전자 소자.

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