KR102088864B1 - Conductive flexible device - Google Patents

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최광묵
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이정호
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서울대학교산학협력단
한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 전도성 유연 소자에 관한 것이다. 본 발명의 전도성 유연 소자(1)는 기판부(10) 및 기판부(10)의 적어도 일면 상에 배치되는 전극부(20)를 포함하고, 기판부(10)에는 옥세틱(auxetic) 구조체(30)가 삽입되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a conductive flexible element. The conductive flexible element 1 of the present invention includes a substrate portion 10 and an electrode portion 20 disposed on at least one surface of the substrate portion 10, and the substrate portion 10 has an auxetic structure ( 30) is characterized by being inserted.

Description

전도성 유연 소자 {CONDUCTIVE FLEXIBLE DEVICE}Conductive flexible device {CONDUCTIVE FLEXIBLE DEVICE}

본 발명은 전도성 유연 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판부와 전극부의 푸아송비를 조절하여 인장 특성, 신축성 및 신뢰성을 향상시킨 전도성 유연 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive flexible element. More specifically, the present invention relates to a conductive flexible device having improved tensile properties, stretchability and reliability by adjusting the Poisson's ratio of the substrate portion and the electrode portion.

최근 들어, 단단한 기판 상에 전극을 형성한 전도성 소자에서 벗어나, 유연한 기판 상에 전극을 형성한 전도성 유연 소자가 많이 연구되고 있다. 특히, 전도성 유연 소자는 플렉서블 장치, 웨어러블 장치 등에 적용될 수 있고, 더 나아가서는 표피 상에 또는 인체 내에 부착되어 센서, 전극 등으로 활용될 가능성이 있다.Recently, a conductive flexible element in which an electrode is formed on a flexible substrate has been studied, rather than a conductive element in which an electrode is formed on a rigid substrate. In particular, the conductive flexible element may be applied to a flexible device, a wearable device, etc., and further, there is a possibility that it is used as a sensor, an electrode, etc. on the skin or attached to the human body.

유연성과 바이오 호환성을 확보하기 위한 종래 기술의 유형을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 금속 전극의 구조에 초점을 맞춘 기술로서, 금속 전극의 패턴을 물결(wavy), 말발굽(horse-shoe) 등의 유연 특성에 적합한 구조로 만드는 것이다. 둘째, 전극 재료에 초점을 맞춘 기술로서, 유연특성이 뛰어난 전도성 고분자, CNT, 그래핀(graphene) 등의 재료를 채용하는 것이다.Looking at the types of prior art to secure flexibility and biocompatibility are as follows. First, as a technique focused on the structure of the metal electrode, it is to make the pattern of the metal electrode suitable for flexible characteristics such as wavy and horse-shoe. Second, as a technology focused on electrode materials, materials such as conductive polymers, CNTs, and graphene, which have excellent flexibility characteristics, are employed.

이처럼, 기존의 전도성 유연 소자는 통상적으로 고분자 재료 내 금속 전극을 형성하여 구현하는 것이 대부분이다. 이렇게 구현한 전도성 유연 소자는 당김, 접힘 등의 외력에 노출될 수 있고, 이때, 금속과 고분자 재료 간의 물성의 차이로 인해서 소자 내 크랙(crack), 버클링(buckling) 등의 결함(defect)이 발생되는 문제점이 있었다.As such, most of the existing conductive flexible elements are usually implemented by forming a metal electrode in a polymer material. The conductive flexible device implemented in this way may be exposed to external forces such as pulling and folding, and at this time, defects such as cracks and buckling in the device may occur due to differences in physical properties between the metal and the polymer material. There was a problem that occurred.

전도성 유연 소자 내 금속과 고분자 재료 간의 물성 중에서 탄성 매칭(elastic matching)이 중요하게 된다. 당김, 접힘 등의 외력에 노출될 경우, 금속과 고분자가 각각 신축되는 특성이 다르기 때문에, 계면에서 결함이 발생되기 때문이다. 수직 인가 응력에 의한 가로 변형과 세로 변형과의 비를 의미하는 푸아송비(Poisson's ratio)는 이러한 신축되는 특성을 반영하는 수치로서 고려될 수 있다.Among the physical properties between the metal and the polymer material in the conductive flexible element, elastic matching becomes important. This is because when exposed to external forces such as pulling and folding, defects are generated at the interface because metals and polymers have different stretching characteristics. The Poisson's ratio, which means the ratio between the lateral deformation and the vertical deformation due to the vertical applied stress, can be considered as a value reflecting these elastic properties.

도 1은 각종 재료에 대한 영률(Young's modulus), 푸아송비(Poisson's ratio)를 나타내는 그래프이다. 도 2는 금속과 고분자 재료 간의 탄성 미스매칭(elastic mismatching)을 나타내는 개략도이다.1 is a graph showing Young's modulus and Poisson's ratio for various materials. 2 is a schematic diagram showing elastic mismatching between a metal and a polymer material.

도 1에서 탄성 고분자(elastomer)의 푸아송비는 약 0.5, 금속의 푸아송비는 약 3.5에 해당한다. 도 2의 (a)와 같이 탄성 고분자를 지지 기판으로 사용하고, 상부에 금속 박막을 접합하여 전도성 유연 소자를 제조할 수 있다. 전도성 유연 소자의 특정 방향으로의 외력이 작용하면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 탄성 고분자 기판과 금속 박막은 푸아송비의 차이에 따라 가로 변형과 세로 변형이 상이하게 이루어 질 수 있다. 결과적으로 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 고분자 기판과 금속 박막의 계면에서 푸아송비의 차이에 의한 미스매치가 누적되면, 계면 접착이 약화되거나 금속 박막에 손상이 발생하여 유연 소자의 신뢰성 저하를 초래할 수 있다.In Fig. 1, the Poisson's ratio of the elastomer is about 0.5, and the Poisson's ratio of the metal is about 3.5. As shown in FIG. 2 (a), a conductive flexible device may be manufactured by using an elastic polymer as a support substrate and bonding a metal thin film on the upper portion. When an external force in a specific direction of the conductive flexible element is applied, as illustrated in FIG. 2B, the elastic polymer substrate and the metal thin film may have different horizontal and vertical deformations depending on the difference in Poisson's ratio. As a result, as shown in FIG. 2 (c), when mismatches due to differences in Poisson's ratio are accumulated at the interface between the polymer substrate and the metal thin film, the interface adhesion is weakened or damage to the metal thin film occurs, thereby reducing reliability of the flexible device. Can cause.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전도성 유연 소자의 기판 물질과 전극 물질 간의 푸아송비 차이를 줄일 수 있는 전도성 유연 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve a number of problems, including the above problems, and an object of the present invention is to provide a conductive flexible element capable of reducing a Poisson's ratio difference between a substrate material and an electrode material of a conductive flexible element.

그리고, 본 발명은 인장 특성, 신축성 및 신뢰성을 향상시킨 전도성 유연 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.And, it is an object of the present invention to provide a conductive flexible element with improved tensile properties, stretchability and reliability.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 기판부; 및 상기 기판부의 적어도 일면 상에 배치되는 전극부를 포함하고, 상기 기판부에는 옥세틱(auxetic) 구조체가 삽입되는, 전도성 유연 소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention for solving the above problems, the substrate portion; And an electrode portion disposed on at least one surface of the substrate portion, wherein the conductive flexible element is provided in which an auxetic structure is inserted into the substrate portion.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판부는 탄성 재질로 구성될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the substrate portion may be made of an elastic material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판부의 푸아송비(Poisson's ratio)는 0.47 내지 0.52일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the Poisson's ratio of the substrate portion may be 0.47 to 0.52.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극부는 금속 재질로 구성될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the electrode part may be made of a metal material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극부는 Au, Ag, Al, Cu, Ti 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the electrode part may include at least one of Au, Ag, Al, Cu, and Ti.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극부의 푸아송비는 0.31 내지 0.41일 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the Poisson's ratio of the electrode portion may be 0.31 to 0.41.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 옥세틱 구조체는 푸아송비가 음의 값을 가질 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the Poisson's ratio of the oxetic structure may have a negative value.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 옥세틱 구조체는 탄성 재질로 구성될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the oxetic structure may be made of an elastic material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판부에 옥세틱 구조체가 삽입되어, 푸아송비 값이 감소될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an oxetic structure is inserted into the substrate portion, so that the Poisson's ratio value may be reduced.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도성 유연 소자의 기판 물질과 전극 물질 간의 푸아송비 차이를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, there is an effect that can reduce the Poisson's ratio difference between the substrate material and the electrode material of the conductive flexible element.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인장 특성, 신축성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.And, according to an embodiment of the present invention, there is an effect that can improve the tensile properties, stretchability and reliability.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 각종 재료에 대한 영률(Young's modulus), 푸아송비(Poisson's ratio)를 나타내는 그래프이다.
도 2는 금속과 고분자 재료 간의 탄성 미스매칭(elastic mismatching)을 나타내는 개략도이다.
도 3은 논옥세틱(Non-auxetic)과 옥세틱(Auxetic)을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 유연 소자의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체가 결합된 PDMS 및 비교예에 따른 PDMS의 푸아송비를 측정하는 과정 및 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 유연 소자 및 비교예에 따른 전도성 유연 소자를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체의 유무에 따른 인장 피로도 특성을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing Young's modulus and Poisson's ratio for various materials.
2 is a schematic diagram showing elastic mismatching between a metal and a polymer material.
FIG. 3 is a diagram showing Non-auxetic and Auxetic.
4 is a view showing an oxetic structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view showing a manufacturing process of a conductive flexible device according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 show the process and results of measuring the Poisson's ratio of PDMS according to an oxetic structure according to an embodiment of the present invention and PDMS according to a comparative example.
9 shows a conductive flexible device according to an embodiment of the present invention and a conductive flexible device according to a comparative example.
10 is a graph showing tensile fatigue properties according to the presence or absence of an oxetic structure according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.For a detailed description of the present invention, which will be described later, reference is made to the accompanying drawings that illustrate, by way of example, specific embodiments in which the invention may be practiced. These examples are described in detail enough to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and properties described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or placement of individual components within each disclosed embodiment can be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all ranges equivalent to those claimed. In the drawings, similar reference numerals refer to the same or similar functions across various aspects, and length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those skilled in the art to easily implement the present invention.

도 3은 논옥세틱(Non-auxetic)과 옥세틱(Auxetic)을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing Non-auxetic and Auxetic.

도 3의 (a)를 참조하면, 일반적인 물질, 즉, 논옥세틱(Non-auxetic) 물질들은 물질 내부에 응력이 가해지면 해당 방향으로 신장함과 동시에 수직 방향으로 수축이 행해진다. 따라서, 재료 내부에 생기는 수직 응력에 의한 가로 변형과 세로 변형과의 비를 의미하는 푸아송비(Poisson's ratio)는 양수를 가진다.Referring to Figure 3 (a), a general material, that is, non-auxetic (Non-auxetic) materials when stress is applied to the inside of the material is stretched in the corresponding direction and contracted in the vertical direction. Therefore, the Poisson's ratio, which means the ratio between the lateral deformation and the vertical deformation due to vertical stress occurring inside the material, has a positive number.

도 3의 (b)를 참조하면, 반대로, 옥세틱(Auxetic) 물질[또는, 팽창 구조(Auxetic structure)를 가지는 물질]들은 물질 내부에 응력이 가해지면 해당 방향과 수직 방향으로 모두 신장될 수 있다. 따라서, 푸아송비는 음수를 가진다.Referring to (b) of FIG. 3, on the contrary, an auxetic material (or a material having an auxetic structure) can be stretched in both a corresponding direction and a vertical direction when stress is applied inside the material. . Therefore, the Poisson's ratio has a negative number.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체(30)를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an oxetic structure 30 according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 본 발명의 전도성 유연 소자(1)는 옥세틱 구조체(30)를 포함하여 구현될 수 있다. 종래 기술들은 전극의 구조, 전극의 재료 등에 초점을 맞춘 반면, 본 발명의 전도성 유연 소자(1)는 기판부(10)의 구조를 조절하는 것에 초점을 맞춘 것을 특징으로 한다. 옥세틱 구조를 가지는 옥세틱 구조체(30)를 기판부(10) 내에 삽입시킨 전도성 유연 소자(1)가 구현될 수 있다.Referring to FIG. 4 (a), the conductive flexible element 1 of the present invention may be implemented by including an oxetic structure 30. While the prior art focuses on the structure of the electrode, the material of the electrode, etc., the conductive flexible element 1 of the present invention is characterized by focusing on controlling the structure of the substrate portion 10. The conductive flexible element 1 having the oxetic structure 30 having the oxetic structure inserted into the substrate portion 10 may be implemented.

옥세틱 구조체(30)는 한 쌍의 삼각형이 상호 대향하고, 삼각형의 꼭지점 부분이 중첩되어 일체로 연결된 듯한 단위 테두리를 가질 수 있다. 이러한 단위 테두리가 가로 방향 및 세로 방향으로 빈틈없이 반복 배치된 형태를 가질 수 있다. 하지만, 반드시 옥세틱 구조체(30)가 반드시 이 형상에 제한되는 것은 아니며, 푸아송비가 음수를 가지는 구조라면 본 발명의 옥세틱 구조체(30)로 채용할 수 있다.The oxetic structure 30 may have a pair of triangles facing each other and a unit border as if the vertices of the triangles overlap and are integrally connected. The unit borders may have a shape repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions without gaps. However, the oxetic structure 30 is not necessarily limited to this shape, and if the Poisson's ratio has a negative structure, it can be employed as the oxetic structure 30 of the present invention.

도 4의 (b)를 참조하면, 옥세틱 구조체(30)에 응력이 가해지면 해당 응력 인가 방향과 그에 수직하는 방향으로 모두 신장(30')될 수 있다. 즉, 옥세틱 구조체(30)가 점유하는 면적이 커지는 방향으로 신장(30')될 수 있다.Referring to (b) of FIG. 4, when stress is applied to the oxetic structure 30, both stresses may be stretched 30 ′ in a direction perpendicular to the stress application direction. That is, the area occupied by the oxetic structure 30 may be stretched 30 ′ in a direction in which the area is increased.

응력이 인가되었다가 해제되면 다시 옥세틱 구조체(30')가 원래의 형태(30)로 원상복구될 수 있도록, 옥세틱 구조체(30)는 탄성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 도 4의 (c)에는 탄성 재질인 실리콘 러버(Si rubber)로 옥세틱 구조체(30)를 형성한 실시예가 도시된다.When the stress is applied and released, the oxetic structure 30 is preferably made of an elastic material so that the oxetic structure 30 'can be restored to its original shape 30. 4 (c) shows an embodiment in which the oxetic structure 30 is formed of an elastic material, silicone rubber.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 유연 소자(1)의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the conductive flexible element 1 according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)를 참조하면, 먼저, 기판부(10) 및 옥세틱 구조체(30)를 준비한다.Referring to (a) of FIG. 5, first, the substrate portion 10 and the oxetic structure 30 are prepared.

유연성, 신축성을 확보하기 위해 기판부(10)는 탄성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 탄성 재질은 도 1의 탄성체(elastomers) 군에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성될 수 있다. 이러한 탄성 재질은 푸아송비가 약 0.47 ~ 0.52의 값을 가질 수 있다. 본 명세서에서는 PDMS(polydimethylsiloxane)을 재질의 기판부(10)를 사용하는 것을 상정하여 설명한다. In order to ensure flexibility and elasticity, the substrate portion 10 is preferably made of an elastic material. The elastic material may be composed of any one material selected from the group of elastomers of FIG. 1. The elastic material may have a Poisson's ratio of about 0.47 to 0.52. In this specification, it is assumed and described that a polydimethylsiloxane (PDMS) material is used as the substrate portion 10.

옥세틱 구조체(30)는 도4에서 설명한 구조, 재질을 가질 수 있다.The oxetic structure 30 may have the structure and material described in FIG. 4.

다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 옥세틱 구조체(30)를 기판부(10)에 삽입할 수 있다. 옥세틱 구조체(30)를 삽입한다는 의미는, 기판부(10)와 옥세틱 구조체(30)를 각각 제조한 후 옥세틱 구조체(30)를 기판부(10)에 집어넣는 방식으로 삽입하는 것뿐만 아니라, 기판부(10)를 형성하는 과정에서 옥세틱 구조체(30)가 기판부(10) 내부에 매립되도록 형성하는 것까지 포함하는 의미로 이해되어야 한다.Next, referring to (b) of FIG. 5, the oxetic structure 30 may be inserted into the substrate portion 10. The meaning of inserting the oxetic structure 30 is only to insert the oxetic structure 30 into the substrate part 10 after manufacturing the substrate part 10 and the oxetic structure 30, respectively. Rather, in the process of forming the substrate portion 10, it should be understood as meaning including the formation of the oxetic structure 30 to be embedded in the substrate portion 10.

일 예로, 글래스 상에 옥세틱 구조체(30)를 배치한 후, 글라스 및 옥세틱 구조체(30) 상부에 PDMS 베이스와 경화제가 10:1로 섞인 용액을 도포한 후, 경화를 거쳐 PDMS 기판부(10)와 옥세틱 구조체(30)를 일체로 형성할 수 있다. For example, after disposing the oxetic structure 30 on the glass, a solution of 10: 1 PDMS base and curing agent is applied onto the glass and the oxetic structure 30, and then cured to obtain a PDMS substrate portion ( 10) and the oxetic structure 30 may be integrally formed.

다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 기판부(10)의 적어도 일면 상에 전극부(20)를 형성할 수 있다. 전극부(20)는 금속박을 부착하거나, 프린팅법, 도금법, 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD), 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등 공지의 박막 형성 방법을 제한없이 사용하여 형성할 수 있다.Next, referring to (c) of FIG. 5, the electrode unit 20 may be formed on at least one surface of the substrate unit 10. The electrode portion 20 may be formed by attaching a metal foil or using a known thin film forming method such as printing, plating, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) without limitation. You can.

전극부(20)는 유연 특성에 적합하도록, 물결(wavy), 말발굽(horse-shoe) 등의 전극 패턴을 가지는 와이어 형태인 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 전극부(20)의 재질은 도 1의 금속(metal) 군에서 선택된 재질, 즉, Au, Ag, Al, Cu, Ti 등의 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질은 푸아송비가 약 0.31 ~ 0.41의 값을 가질 수 있다.The electrode portion 20 is preferably in the form of a wire having an electrode pattern such as a wavy or horse-shoe, so as to be suitable for flexible characteristics, but is not limited thereto. The material of the electrode part 20 may be made of a material selected from the metal group of FIG. 1, that is, materials such as Au, Ag, Al, Cu, and Ti. The metal material may have a Poisson's ratio of about 0.31 to 0.41.

본 발명의 전도성 유연 소자(1)는 기판부(10)에 옥세틱 구조체(30)가 삽입됨에 따라, 기판부(10)의 원래 푸아송비보다 낮은 푸아송비를 가지도록 조절한 것을 특징으로 한다.The conductive flexible element 1 of the present invention is characterized in that it is adjusted to have a Poisson's ratio lower than the original Poisson's ratio of the substrate portion 10 as the oxetic structure 30 is inserted into the substrate portion 10.

예를 들어, PDMS 기판부(10)는 푸아송비가 약 0.5, Cu 전극부(20)는 푸아송비가 약 0.34로 차이가 있다. PDMS 기판부(10)에 음의 푸아송비를 가지는 옥세틱 구조체(30)를 삽입하면, PDMS 기판부(10)의 푸아송비가 0.5보다 낮아지게 된다. 즉, PDMS 기판부(10)에 응력을 인가하면 응력 인가 방향으로 신장과 동시에 응력 인가 방향에 수직하는 방향으로는 축소가 되어야 하는데, 옥세틱 구조체(30)가 응력 인가 방향으로 신장과 동시에 응력 인가 방향에 수직하는 방향으로도 신장이 되어, PDMS 기판부(10)가 수직하는 방향으로 축소되는 것을 어느 정도 방지할 수 있게 된다. 따라서, 결과적으로 옥세틱 구조체(30)가 삽입된 PDMS 기판부(10)의 푸아송비가 감소되는 효과가 나타날 수 있다.For example, the PDMS substrate portion 10 has a Poisson's ratio of about 0.5, and the Cu electrode portion 20 has a Poisson's ratio of about 0.34. When the oxetic structure 30 having a negative Poisson's ratio is inserted into the PDMS substrate portion 10, the Poisson's ratio of the PDMS substrate portion 10 is lower than 0.5. That is, when a stress is applied to the PDMS substrate portion 10, it must be elongated in the stress application direction and reduced in the direction perpendicular to the stress application direction. It extends also in the direction perpendicular to the direction, and it is possible to prevent the PDMS substrate portion 10 from shrinking in the vertical direction to some extent. Therefore, as a result, the Poisson's ratio of the PDMS substrate portion 10 into which the oxetic structure 30 is inserted may be reduced.

옥세틱 구조체(30)가 삽입된 PDMS 기판부(10)의 푸아송비를 Cu 전극부(20)에 유사한 정도로 감소시키게 되면, PDMS 기판부(10)와 Cu 전극부(20)의 계면에 작용하는 응력을 감소시킬 수 있고, 전극부(20)에 크랙, 버클링 등의 결함이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.When the Poisson's ratio of the PDMS substrate portion 10 into which the oxetic structure 30 is inserted is reduced to a similar degree to the Cu electrode portion 20, it acts on the interface between the PDMS substrate portion 10 and the Cu electrode portion 20. It is possible to reduce the stress, it is possible to reduce the occurrence of defects such as cracks, buckling, etc. in the electrode portion 20.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체가 결합된 PDMS 및 비교예에 따른 PDMS의 푸아송비를 측정하는 과정 및 결과를 나타낸다. 도 6 내지 도 8에서는 전극부(20)를 형성하지 않고, 옥세틱 구조체(30)의 삽입 여부에 따른 기판부(10)의 푸아송비의 변화를 살펴본다.6 to 8 show the process and results of measuring the Poisson's ratio of PDMS according to an oxetic structure according to an embodiment of the present invention and PDMS according to a comparative example. In FIGS. 6 to 8, changes in the Poisson's ratio of the substrate portion 10 depending on whether or not the oxetic structure 30 is inserted, without forming the electrode portion 20 will be described.

도 6을 참조하면, 비교예[도 6의 (a)]에 따라 2mm의 두께를 가지는 PDMS 기판부를 제조하고(이하, "비교예 샘플"), 실시예[도 6의 (b)]에 따라 2mm의 두께를 가지고 Si rubber 재질의 옥세틱 구조체(30)가 삽입된 PDMS 기판부(10)를 제조하였다(이하, "실시예 샘플"). 그리고, 인장강도 테스트 장비를 이용하여 비교예 샘플, 실시예 샘플을 인장시키는 동안, 각 샘플 내의 인식점(빨간점으로 표시) 간 거리를 측정하여 변형율을 계산하였다.Referring to FIG. 6, a PDMS substrate portion having a thickness of 2 mm was prepared according to a comparative example (FIG. 6 (a)) (hereinafter, “Comparative Sample”), and according to an example [FIG. 6 (b)]. A PDMS substrate portion 10 having a thickness of 2 mm and having an oxitic structure 30 made of Si rubber inserted therein was manufactured (hereinafter, "Example Sample"). Then, while stretching the comparative sample and the example sample using tensile strength test equipment, the distance between the recognition points (indicated by the red dot) in each sample was measured to calculate strain.

도 7의 (a)와 같이, 비교예 샘플을 인장시키는 동안, Position (1), (2), (3)의 인식점 3개에 대해서 푸아송비를 측정하였다. 그 결과, 도 7의 (b)와 같이, 비교예 샘플의 Position (1), (2), (3)에서의 푸아송비 데이터는 약 0.71, 0.82, 0.74로 측정되었다.As shown in Fig. 7 (a), Poisson's ratio was measured for three recognition points of Position (1), (2), and (3) while the sample of the comparative example was stretched. As a result, as shown in Fig. 7 (b), Poisson's ratio data at the positions (1), (2), and (3) of the comparative sample was measured to be about 0.71, 0.82, and 0.74.

또한, 도 8의 (a)와 같이, 실시예 샘플을 인장시키는 동안, Position (1), (2), (3)의 인식점 3개에 대해서 푸아송비를 측정하였다. 그 결과, 도 8의 (b)와 같이, 실시예 샘플의 Position (1), (2), (3)에서의 푸아송비 데이터는 약 0.23, 0.28, 0.44로 측정되었다.In addition, as shown in Fig. 8 (a), Poisson's ratio was measured for the three recognition points of Position (1), (2), and (3) while the example sample was being tensioned. As a result, as shown in Fig. 8 (b), Poisson's ratio data at the positions (1), (2), and (3) of the example samples were measured to be about 0.23, 0.28, and 0.44.

옥세틱 구조체(30)를 적용한 실시예 샘플과 적용하지 않은 비교예 샘플 간의 유의차를 확인하기 위해 2-sample T test를 실시한 결과, 옥세틱 구조체(30)를 적용하기 전 푸아송비는 0.76에서, 적용한 후 0.32로 감소하였다.As a result of performing a 2-sample T test to confirm the significant difference between the sample of the example in which the oxetic structure 30 was applied and the sample of the comparative example not applied, the Poisson's ratio before applying the oxetic structure 30 was 0.76, After application, it decreased to 0.32.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 유연 소자(1) 및 비교예에 따른 전도성 유연 소자(5)를 나타낸다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥세틱 구조체의 유무에 따른 인장 피로도 특성을 나타내는 그래프이다.9 shows a conductive flexible element 1 according to an embodiment of the present invention and a conductive flexible element 5 according to a comparative example. 10 is a graph showing tensile fatigue properties according to the presence or absence of an oxetic structure according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 전도성 유연 소자(1)는 PDMS 기판부(10)에 옥세틱 구조체(30)를 삽입/결합하고, Cu 전극부(20)를 접합하였다. Cu 전극부(20)는 옥세틱 구조체(30)의 단위 테두리가 반복 배치된 방향에 대응하도록 배치되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비교예의 전도성 유연 소자(5)는 PDMS 기판부(10)에 Cu 전극부(20)를 접합하였다. 기판부(10)의 두께는 2mm, 전극부(20)의 두께는 2㎛로 형성하였다.Referring to FIG. 9, the conductive flexible element 1 of the present invention inserts / couples the oxetic structure 30 to the PDMS substrate portion 10 and bonds the Cu electrode portion 20. The Cu electrode portion 20 is preferably disposed to correspond to the direction in which the unit edges of the oxetic structure 30 are repeatedly arranged, but is not limited thereto. In the conductive flexible element 5 of the comparative example, the Cu electrode portion 20 was bonded to the PDMS substrate portion 10. The thickness of the substrate portion 10 was 2 mm, and the thickness of the electrode portion 20 was 2 μm.

도 9의 샘플을 이용하여, 인장력 인가, 5% 신장, frequency 0.05 Hz의 테스트 조건 하에 인장 피도로 특성을 테스트 하였다. 도 10을 참조하면, 비교예의 전도성 유연 소자(5)는 10회의 인장 테스트를 넘지 못하고 전극부(20)가 파단되어 저항 값이 높게 나타나는 반면, 실시예의 전도성 유연 소자(1)는 1000회 정도까지 특성을 유지하여 옥세틱 구조체(30)를 삽입/결합한 유연 소자(1)의 인장 피로도 특성이 우수함을 확인할 수 있다.Using the sample of Figure 9, the tensile force was applied, 5% elongation, the characteristics were tested with tensile fatigue under test conditions of frequency 0.05 Hz. Referring to FIG. 10, the conductive flexible element 5 of the comparative example does not exceed ten tensile tests and the electrode part 20 breaks, resulting in a high resistance value, whereas the conductive flexible element 1 of the embodiment is up to about 1000 times By maintaining the characteristics, it can be confirmed that the tensile fatigue characteristics of the flexible element 1 in which the oxetic structure 30 is inserted / combined are excellent.

이는 옥세틱 구조를 적용하지 않은 고분자 재료의 경우는 푸아송비가 약 0.5 정도로 측정되는데, 옥세틱 구조를 적용한 동일한 고분자 재료의 경우에는 푸아송비가 0.3 수준으로 감소한 결과이다. 금속의 푸아송비가 약 0.3 수준이므로 옥세틱 구조를 통해서 고분자와 금속 재료의 푸아송비를 유사한 수준으로 조절함으로써 인장 특성을 향상 시킬 수 있음을 보여준다.This is a result of the Poisson's ratio being reduced to about 0.3 in the case of the same polymer material to which the oxetic structure is applied, but the Poisson's ratio is about 0.5. Since the Poisson's ratio of the metal is about 0.3, the tensile properties can be improved by adjusting the Poisson's ratio of the polymer and the metal material to a similar level through an oxetic structure.

위와 같이, 본 발명은 고분자 기판 내 옥세틱 구조를 삽입함으로써 전도성 유연 소자의 기판 물질과 전극 물질 간의 푸아송비 차이를 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 인장 특성, 신축성 및 신뢰성을 향상시킴에 따라, 플렉서블 장치, 웨어러블 장치 등에 적용가능한 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of reducing the difference in Poisson's ratio between the substrate material of the conductive flexible element and the electrode material by inserting an oxetic structure in the polymer substrate. And, as the tensile properties, stretchability and reliability are improved, there is an effect applicable to a flexible device, a wearable device, and the like.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.The present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, as described above, but is not limited to the above embodiments and can be varied by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Modifications and modifications are possible. Such modifications and variations are to be regarded as falling within the scope of the invention and appended claims.

1: 전도성 유연 소자
10: 기판부
20: 전극부
30: 옥세틱 구조체1: Conductive flexible device
10: substrate portion
20: electrode part
30: oxetic structure

Claims (9)

탄성 재질로 구성되고 푸아송비(Poisson's ratio)는 0.47 내지 0.52인 기판부; 및
상기 기판부의 적어도 일면 상에 배치되는 전극부
를 포함하고,
상기 기판부에는 옥세틱(auxetic) 구조체가 삽입되는, 전도성 유연 소자.A substrate portion made of an elastic material and having a Poisson's ratio of 0.47 to 0.52; And
Electrode portion disposed on at least one surface of the substrate portion
Including,
A conductive flexible element in which an auxetic structure is inserted into the substrate portion. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극부는 금속 재질로 구성되는, 전도성 유연 소자.According to claim 1,
The electrode portion is made of a metal material, a conductive flexible element. 제4항에 있어서,
상기 전극부는 Au, Ag, Al, Cu, Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전도성 유연 소자.According to claim 4,
The electrode portion includes at least one of Au, Ag, Al, Cu, Ti, conductive flexible element. 제4항에 있어서,
상기 전극부의 푸아송비는 0.31 내지 0.41인, 전도성 유연 소자.According to claim 4,
The Poisson's ratio of the electrode portion is 0.31 to 0.41, a conductive flexible element. 제1항에 있어서,
상기 옥세틱 구조체는 푸아송비가 음의 값을 가지는, 전도성 유연 소자.According to claim 1,
The oxetic structure has a Poisson's ratio having a negative value, a conductive flexible device. 제7항에 있어서,
상기 옥세틱 구조체는 탄성 재질로 구성되는, 전도성 유연 소자.The method of claim 7,
The oxetic structure is made of an elastic material, a conductive flexible element. 제1항에 있어서,
상기 기판부에 옥세틱 구조체가 삽입되어, 푸아송비 값이 감소되는, 전도성 유연 소자.According to claim 1,
The conductive flexible element is inserted into the substrate portion, the Poisson's ratio is reduced.
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