KR102138469B1 - 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서 - Google Patents

마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR102138469B1
KR102138469B1 KR1020190066803A KR20190066803A KR102138469B1 KR 102138469 B1 KR102138469 B1 KR 102138469B1 KR 1020190066803 A KR1020190066803 A KR 1020190066803A KR 20190066803 A KR20190066803 A KR 20190066803A KR 102138469 B1 KR102138469 B1 KR 102138469B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base
microwire
rgo
source solution
polymer
Prior art date
Application number
KR1020190066803A
Other languages
English (en)
Inventor
박진성
김웅
이규도
이원석
Original Assignee
고려대학교 세종산학협력단
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 고려대학교 세종산학협력단 filed Critical 고려대학교 세종산학협력단
Priority to KR1020190066803A priority Critical patent/KR102138469B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102138469B1 publication Critical patent/KR102138469B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/22—Stretching or tensioning, shrinking or relaxing, e.g. by use of overfeed and underfeed apparatus, or preventing stretch
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/16—Physical properties antistatic; conductive

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함하는 소스 용액을 준비하는 제1 단계, 및 상기 소스 용액을 응축 및 상기 응축된 소스 용액을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계를 포함하고, 상기 제2 단계에 의해, 상기 용매 내 수분의 증발하여, 상기 고분자가 고형화되면서, 마이크로 와이어로 제조되는, 마이크로 와이어의 제조방법이 제공된다.

Description

마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서{Method for manufacturing micro-wire, device for manufacturing the same, and composite sensor using the micro-wire}
본 발명은 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 그를 이용한 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서에 관련된 것으로써, 보다 구체적으로는, 고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함하는 소스 용액을 반복적으로 응축 및 늘림으로써 마이크로 와이어를 제조하는 방법, 그의 제조장치, 및 그를 이용한 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서에 관련된 것이다.
마이크로 와이어는 다양한 섬유, 구조 등에 사용되고 있으며, 매우 작은 크기와 무게로 인해 다양한 응용이 가능하여 널리 사용되고 있다. 이러한 마이크로 와이어를 생성하기 위한 기존의 장비 또는 방법은 주로 전기방사법이 사용되고 있는데, 전기방사법은 고가의 장비와 전문 인력을 필요로 한다는 단점이 있다.
또한, 마이크로 와이어의 생성 방식 특성 때문에 마이크로 와이어의 직경, 기계적 강도 및 특성에 대한 변형을 주기가 어려워 이를 제어하고 적용하는 데 한계가 존재한다. 이에 따라, 상술된 문제점을 해결하고 간단한 방법으로 마이크로 와이어를 제조할 수 있는 다양한 방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 공정 과정이 간소화된 마이크로 와이어의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 시간이 감소된 마이크로 와이어의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 직경 및 강도 등의 물성 제어가 용이한 마이크로 와이어의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전기 전도도 뿐만 아니라, 이산화질소 가스 분자와의 결합력이 우수한 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 호기(습도)에 노출되는 경우 단전 특성이 우수한 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로 와이어의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로 와이어의 제조방법은, 고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함하는 소스 용액을 준비하는 제1 단계, 및 상기 소스 용액을 응축 및 상기 응축된 소스 용액을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계를 포함하고, 상기 제2 단계에 의해, 상기 용매 내 수분의 증발하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 마이크로 와이어로 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액이 포함하는 상기 용매의 함량이 제어됨에 따라, 상기 마이크로 와이어의 물성이 제어될 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로 와이어 제조장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로 와이어 제조장치는, 제1 베이스, 상기 제1 베이스와 이격되어 배치되는 제2 베이스, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 적어도 어느 하나의 베이스에 배치되고, 고분자, 용매, 및 rGO를 포함하는 소스 용액, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스가 서로 접촉 및 분리되도록, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스를 이동시키는 가이드 레일, 및 상기 가이드 레일을 통하여 상기 제1 및 제2 베이스의 이동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 베이스 중 적어도 어느 하나의 베이스 배치된 상기 소스 용액은, 상기 제1 및 제2 베이스가 접촉되는 경우 응축되고, 접촉된 상기 제1 및 제2 베이스가 분리되는 경우 일 방향으로 늘어날 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 베이스의 접촉 및 분리가 반복적으로 수행되도록, 상기 제1 및 제2 베이스의 이동을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스는 중력 방향으로 서로 마주보도록 배치되되, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스는 각각 오목부 및 볼록부가 교대로 배치되는 물결 구조를 갖고, 상기 제1 베이스의 오목부 및 상기 제2 베이스의 볼록부, 상기 제1 베이스의 볼록부 및 상기 제2 베이스의 오목부는 서로 대응되며, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 어느 하나의 베이스 볼록부에는 상기 용매가 배치되고, 오목부에는 상기 고분자 및 상기 rGO 중 적어도 어느 하나가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 어느 하나의 베이스 볼록부에 배치되는 상기 용매의 양을 제어하여, 상기 마이크로 와이어의 직경 및 강도를 제어할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격되어 배치된 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공되되, 고형화된 고분자 및 rGO를 포함하는 마이크로 와이어, 및 상기 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공되되, 상기 마이크로 와이어의 전기적 특성 변화를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감지부는, 상기 rGO와 이산화질소의 결합에 따른 마이크로 와이어의 제1 전기적 특성 변화 및 수분에 의한 마이크로 와이어의 제2 전기적 특성을 모두 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함하는 소스 용액을 준비하는 제1 단계, 및 상기 소스 용액을 응축 및 상기 응축된 소스 용액을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계를 포함하되, 상기 제2 단계에 의해, 상기 용매 내 수분의 증발하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서 마이크로 와이어로 제조되는, 마이크로 와이어의 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 마이크로 와이어의 제조방법에 의하면, 상기 소스 용액이 포함하는 상기 용매의 함량을 제어하는 간단한 방법으로, 상기 마이크로 와이어의 직경, 및 강도와 같은 물성을 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 마이크로 와이어의 제조방법에 의하면, 상기 소스 용액이 상기 rGO를 포함하는 것에 의해, 전기전도도 및 이산화질소 가스 분자와 결합력이 우수한 마이크로 와이어를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 마이크로 와이어의 제조방법에 의하면, 상기 소스 용액이 상기 고분자를 포함하는 것에 의해, 호기(습도)에 노출되는 경우, 상기 고분자가 용해되어 쉽게 절단되는 마이크로 와이어를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치의 작동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 마이크로 와이어의 실사이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 마이크로 와이어의 I-V(current- voltage) 곡선이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 표면 라만 측정 및 매핑 결과이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 및 비교 예 4에 따른 마이크로 와이어의 이산화질소 분위기에서 I-V 곡선이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 포함하는 LED회로의 실험 결과이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법이 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법은, 소스 용액(10) 준비하는 제1 단계(S100), 및 상기 소스 용액(10)을 응축 및 상기 응축된 소스 용액(10)을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계(S200)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계가 구체적으로 설명된다.
단계 S100
단계 S100에서, 상기 소스 용액(10)이 준비될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(10)은, 고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 용액(10)은, 상기 고분자로 PVP(polyvinylpyrrolidone), 상기 용매로 에탄올(ethanol)을 포함할 수 있다. 상술된 실시 예들은 일례일 뿐, 그에 한정되지 않고, 변형하여 적용 가능함은 물론이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 rGO는 전기 전도도가 우수할 수 있다.
또한, 상기 rGO는 이산화질소 가스 분자와 결합력이 우수할 수 있다.
이에 따라, 후술되는 단계에서, 상기 소스 용액(10)으로부터 제조되는 마이크로 와이어는, 상기 rGO를 포함하는 것에 의해 전기전도도 및 이산화질소 가스 분자와 결합력이 우수할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, 점성 및 용해성이 우수할 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자는, 상기 소스 용액(10) 내 용매 및 rGO와 용이하게 혼합되되, 상기 소스 용액(10)에 점성을 부여할 수 있다.
또한, 후술되는 단계에서, 상기 소스 용액(10)으로부터 제조되는 마이크로 와이어는, 상기 고분자를 포함하는 것에 의해 호기(습도)에 노출되는 경우, 상기 고분자가 용해되어 쉽게 절단될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 용매는, 휘발성이 우수할 있다.
이에 따라, 후속 단계에서, 마이크로 와이어를 제조하기 위한 공정 시간이 단축될 수 있다.
단계 S200
단계 S200에서, 단계 S100에서 준비된 소스 용액(10)을 응축시킨 후, 상기 응축된 소스 용액(10)을 일 방향으로 늘릴 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 응축 및 상기 늘림은 반복적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 용매 내의 수분이 증발할 수 있고, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 상기 실시 예에 따른 마이크로 와이어가 제조될 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(10)의 용매 내 수분이 증발되고, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화됨에 따라, 상기 소스 용액(10)의 점성이 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 단계 S100에서 상술된 바와 같이, 상기 소스 용액(10)은, 상기 고분자 및 상기 용매를 포함하는바, 점성 및 수분을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 소스 용액(10)을 응축시킨 후 늘리는 경우에, 상기 소스 용액(10)이 늘어나면서 브릿지(bridge) 형상의 중간 구조체를 형성할 수 있다.
또한, 상기 소스 용액(10)의 응축 및 늘림이 반복적으로 수행되는 경우, 상기 용매 내의 수분이 증발되어, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화된 상기 마이크로 와이어가 제조될 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 상기 용매는 휘발성이 우수한 바, 상기 용매의 수분이 빠르게 증발하여, 상기 마이크로 와이어를 제조하는 공정 시간이 단축될 수 있다.
단계 S200을 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 2를 참조하면, 상기 소스 용액(10)은, 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, 엄지 손가락의 일 측에 제공될 수 있다. 상기 엄지 손가락의 일 측에 제공된 소스 용액(10)은, 상기 엄지 손가락의 일 측 및 검지 손가락의 일 측을 접촉시켜 누르는 방법에 의해 응축될 수 있다.
한편, 다른 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(10)은, 제1 소스 용액(12) 및 제2 소스 용액(14)을 포함할 수 있다. 상기 제1 소스 용액(12)은 상기 고분자 및 상기 rGO를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 소스 용액(14)은 상기 용매를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제 2 소스 용액(12, 14)은, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 각각 엄지 및 검지 손가락의 일 측에 제공될 수 있다. 상기 엄지 및 검지 손가락의 일 측에 각각 제공된 제1 및 제2 소스 용액(12, 14)은, 상기 엄지 및 검지 손가락의 일 측을 접촉시켜 누르는 방법에 의해 응축될 수 있다.
이후, 도 3 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 엄지 및 검지 손가락 일 측의 접촉 및 분리를 반복 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 용액들(10, 12, 14)의 응축 및 늘림이 반복적으로 수행되어, 상기 마이크로 와이어가 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 엄지 및 검지 손가락 일 측의 접촉 및 분리가 반복 수행되어, 상기 소스 용액들(10, 12, 14)의 응축 및 늘림이 반복적으로 수행되는 동안, 상기 용매 내 수분이 증발하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 상기 마이크로 와이어가 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량이 제어됨에 따라, 상기 마이크로 와이어의 물성이 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량이 증가함에 따라, 상기 마이크로 와이어의 직경이 증가할 수 있다. 이는, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량이 증가하는 경우, 상기 마이크로 와이어를 구성하는 분자들의 크기가 증가하여, 상기 마이크로 와이어의 직경이 증가하기 때문일 수 있다.
또한, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량이 증가함에 따라, 상기 마이크로 와이어의 강도가 감소할 수 있다.
이는, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량이 증가하는 경우, 상기 마이크로 와이어를 구성하는 분자들 사이의 결합력을 저하시키기 때문일 수 있다.
본 발명의 실시 예와는 달리, 종래의 마이크로 와이어를 제조하기 위한 전기방사 공정의 경우, 제조되는 마이크로 와이어의 직경을 변경하기 위해, 방사 노즐을 직접 교체해야 하는 단점이 있다.
또한, 종래의 마이크로 와이어를 제조하기 위한 전기방사 공정의 경우, 제조되는 마이크로 와이어의 강도와 같은 물성을 제어하기 어려운 단점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법에 의하면, 상기 고분자, 상기 용매, 및 상기 rGO를 포함하는 상기 소스 용액(10)을 준비하는 제1 단계, 및 상기 소스 용액(10)을 응축 및 상기 응축된 소스 용액(10)을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 단계에 의하여, 상기 용매 내 수분이 증발할 수 있고, 따라서, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 상기 마이크로 와이어를 제조할 수 있다.
따라서, 종래의 마이크로 와이어 제조방법과는 달리, 제조 시간 및 공정 과정이 간소화된 마이크로 와이어의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법에 의하면, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매의 함량을 제어하는 간단한 방법으로써, 상기 마이크로 와이어의 직경 및 강도와 같은 물성을 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조방법이 설명되었다.
상기 마이크로 와이어의 제조방법에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어는, 상기 고분자, 상기 용매, 및 상기 rGO를 포함하는 상기 소스 용액(10)으로부터 제조될 수 있다.
상기 마이크로 와이어는, 상기 rGO를 포함하는 소스 용액(10)으로부터 제조되는 바, 전기 전도도가 우수할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 마이크로 와이어는, 이산화질소 가스 분자와 결합력이 우수할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 와이어는, 상기 고분자를 포함하는 소스 용액(10)으로부터 제조되는 바, 용해성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치가 설명된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치의 작동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제1 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치는, 제1 베이스(100), 제2 베이스(200), 소스 용액(10), 가이드 레일(300), 제1 가이드 브릿지(310), 제2 가이드 브릿지(320), 및 제어부(400) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200)는 서로 마주보며 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 소스 용액(10)은, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200) 중 적어도 어느 하나의 베이스에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 베이스(100)에만 상기 소스 용액(10)이 배치될 수도 있고, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 모두에 상기 소스 용액(10)이 배치될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(10)은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 단계 S100 및 단계 S200에 따른 마이크로 와이어의 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 따라서, 상기 소스 용액(10)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 간략히 말하면, 상기 소스 용액(10)은, 상기 고분자, 상기 용매, 및 상기 rGO를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 가이드 브릿지(310)는, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 가이드 레일(300)을 연결할 수 있다. 또한, 상기 상기 제2 가이드 브릿지(320)는, 상기 제2 베이스(200) 및 상기 가이드 레일(300)을 연결할 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)는, 상기 가이드 레일(300)로부터 각각 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)를 지지할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)는, 상기 가이드 레일(300)을 따라, 상기 가이드 레일(300)의 길이 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)와 각각 연결된 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 또한 상기 가이드 레일의 길이 방향을 따라 직선 왕복 이동할 수 있다.
즉, 상기 가이드 레일(300)은, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)를 통해, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)를 상기 가이드 레일(300)의 길이 방향을 따라 이동시킬 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)가 이동하는 경우, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200) 간에 접촉 및 분리될 수 있다. 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 간에 접촉 및 분리에 의해, 상기 소스 용액(10)은 응축될 수 있고, 또한 상기 응축된 소스 용액(10)은 늘어날 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200) 간에 접촉되는 경우, 상기 소스 용액(10)은 응축될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 접촉된 제1 및 제2 베이스(100, 200)가 분리되는 경우, 응축된 상기 소스 용액(10)은 일 방향으로 늘어날 수 있다. 예를 들어, 상기 응축된 소스 용액(10)은, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 이동 방향과 같은 방향으로 늘어날 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(400)는 상기 가이드 레일(300)을 통하여, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 이동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)가 접촉 및 분리를 반복 수행하도록, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 이동을 제어할 수 있다.
상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 접촉 및 분리가 반복 수행되는 경우, 상기 소스 용액(10)이 일 방향으로 늘어나는 동시에, 상기 용매 내의 수분이 증발하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 마이크로 와이어로 제조될 수 있다.
즉, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200) 간의 접촉 및 분리가 반복적으로 수행되어, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200) 사이에 상기 마이크로 와이어가 형성될 수 있는 것이다.
상기 소스 용액(10)의 응축 및 늘림을 반복함에 따라, 상기 마이크로 와이어가 형성되는 메커니즘은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 단계 S100 및 단계 S200에 따른 마이크로 와이어의 제조방법과 동일한 바, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 제2 실시 예에 따른 마이크로 와이어 제조장치는, 제1 베이스(100), 제2 베이스(200), 고분자 및 rGO(10a), 용매(10b), 가이드 레일(300), 제1 가이드 브릿지(310), 제2 가이드 브릿지(320), 제어부(400), 고분자 및 rGO 저장부(20), 및 용매 저장부(30) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스(100)는 볼록부(110) 및 오목부(120)가 교대로 배치되는 물결 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 베이스(200) 역시 볼록부(210) 및 오목부(220)가 교대로 배치되는 물결 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 베이스(100) 및 제2 베이스(200)는 중력 방향으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 베이스(100) 및 제2 베이스(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 아래 위로 서로 이격되어 배치될 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스(100)의 오목부(120) 및 상기 제2 베이스(200)의 볼록부(210)는 서로 대응될 수 있다. 또한, 상기 제1 베이스(100)의 볼록부(110) 및 상기 제2 베이스(200)의 오목부(220)는 서로 대응될 수 있다. 즉, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200)가 접촉되는 경우 상기 제1 베이스(100)의 물결 구조 및 상기 제2 베이스(200)의 물결 구조는 서로 맞물리는 구조를 가질 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 볼록부(110, 210)에는 상기 용매(10b)가 배치될 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 오목부(120, 220)에는 상기 고분자 및 rGO(10a) 중 적어도 어느 하나가 배치될 수 있다. 상기 고분자 및 rGO(10a)는 상기 고분자 및 rGO 저장부(20)로부터 공급될 수 있다. 상기 용매(10b)는 상기 용매 저장부(30)로부터 공급될 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베이스(100)의 볼록 부(110)에는 상기 용매(10b)가 배치되고 상기 제1 베이스(100)의 오목부(120)에는 상기 고분자 및 rGO(10a)가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 용매(10b)는 상기 제1 베이스(100)의 볼록부(110)로부터 오목부(120)로 흘러내려, 상기 고분자 및 rGO(10a)와 혼합될 수 있다. 상기 고분자 및 rGO(10a)와 상기 용매(10b)가 혼합되는 경우, 상기 소스 용액(10)이 형성될 수 있다.
상술된 실시 예에서, 상기 고분자 및 rGO(10a)가, 하나의 상기 고분자 및 rGO 저장부(20)로부터 하나의 공급라인을 통해 공급되는 것으로 도 7에 도시되었으나, 상기 고분자 및 상기 rGO는 각각 분리되어 공급될 수도 있다.
즉, 상기 마이크로 와이어 제조장치는, 분리된 고분자 저장부 및 rGO 저장부를 포함할 수도 있다. 이에 따라, 상기 고분자 및 상기 rGO는, 각각의 고분자 저장부 및 rGO 저장부로부터 공급될 수 있는 것이다.
상기 고분자 및 상기 rGO는, 상기 각각의 고분자 저장부 및 rGO 저장부로부터 공급되는 경우에도, 하나의 공급라인을 통해 공급될 수 있다. 다시 말해, 상기 고분자 및 상기 rGO는, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 오목부(120, 220)에 배치되기 위해, 하나의 공급라인을 통해 공급될 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 고분자 및 상기 rGO는 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 오목부(120, 220)에 배치되기 전에 먼저 혼합될 수 있다.
상기 제1 가이드 브릿지(310)는 상기 제1 베이스(100) 및 상기 가이드 레일(300)을 연결할 수 있다. 상기 제2 가이드 브릿지(320)는 상기 제2 베이스(200) 및 상기 가이드 레일(300)을 연결할 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)는 상기 가이드 레일(300)로부터 각각 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)를 지지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)는 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 가이드 레일(300)의 길이 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 가이드 브릿지(310, 320)와 연결된 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 또한 각각 상기 가이드 레일(300)의 길이 방향을 따라 직선 이동할 수 있다. 즉, 상기 가이드 레일(300)은 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)를 이동시킬 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)가 이동하는 경우, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)는 접촉 및 분리될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200)가 접촉되는 경우, 상기 소스 용액(10)은 응축될 수 있다. 이후, 접촉된 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200)가 분리되는 경우, 응축된 상기 소스 용액(10)은 일 방향으로 늘어날 수 있다. 응축된 상기 소스 용액이 늘어나는 방향은, 상기 제1 베이스(100) 및 상기 제2 베이스(200)의 이동 방향과 같은 방향일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(400)는 상기 가이드 레일(300)을 통하여 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 이동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)가 접촉 및 분리를 반복적으로 수행하도록, 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 이동을 제어할 수 있다. 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200)의 접촉 및 분리가 반복적으로 수행되는 경우, 상기 소스 용액(10)은 일 방향으로 늘어나는 동시에, 상기 용매 내의 수분의 증발에 의하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 마이크로 와이어로 제조될 수 있는 것이다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 볼록부(110, 210)에 배치되는 상기 용매(10b)의 양을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 용매 저장부(30)로부터 상기 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 볼록부(110, 210)로 공급되는 상기 용매(10b)의 양을 제어할 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자 및 rGO(10a)와 혼합되는 상기 용매(10b)의 양이 제어될 수 있다. 즉, 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매(10b)의 양이 제어될 수 있다. 상기 소스 용액(10)이 포함하는 상기 용매(10b)의 양이 제어됨에 따라, 상기 마이크로 와이어의 직경 및 강도가 제어될 수 있다.
상기 용매(10b)의 제어에 따른 상기 마이크로 와이어의 직경 및 강도 제어는, 도 1 내지 도 3을 참조한 단계 S100 및 단계 S200을 통하여 설명된 바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조장치가 설명되었다.
상기 마이크로 와이어의 제조장치의 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 볼록부(110, 210)에는 상기 용매(10b)가 배치되고, 제1 및 제2 베이스(100, 200) 중 어느 하나의 베이스 오목부(120, 220)에는 상기 고분자 및 rGO(10a) 중 적어도 어느 하나가 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자, 상기 용매, 및 상기 rGO를 포함하는 상기 소스 용액(10)으로부터 마이크로 와이어가 제조될 수 있다.
상기 마이크로 와이어는, 상기 rGO를 포함하는 소스 용액(10)으로부터 제조되는 바, 전기 전도도가 우수할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 마이크로 와이어는, 이산화질소 가스 분자와 결합력이 우수할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 와이어는, 상기 고분자를 포함하는 소스 용액(10)으로부터 제조되는 바, 용해성이 우수할 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로 와이어는, 호기에 노출되는 경우 상기 고분자 용해에 의해 쉽게 절단될 수 있다.
따라서, 상기 마이크로 와이어는, 상술된 전기, 화학, 및 기계적 특성으로 인해 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서로 응용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서가 설명된다.
상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서는, 제1 전극, 제2 전극, 마이크로 와이어, 및 감지부 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극은, 서로 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 상기 마이크로 와이어는, 상기 서로 이격되어 배치된 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공될 수 있다. 상기 마이크로 와이어는, 상술된 도 1 내지 도 3을 참조한 단계 S100 및 단계 S200을 통하여 제조된 바, 고형화된 고분자 및 rGO를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 마이크로 와이어는, 상기 rGO에 의해 전기 전도도 및 이산화질소와의 결합력이 우수할 수 있다.
따라서, 상기 마이크로 와이어를 포함하는 상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서의 이산화질소 검출 특성이 우수할 수 있다.
구체적으로, 상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서는, 상기 마이크로 와이어가, 이산화질소 분위기에 노출되는 경우, 이산화질소 분위기 노출 전보다 전기 전도도가 증가할 수 있고, 이에 따라, 이산화질소를 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 와이어는, 상기 고분자에 의해 용해성이 우수할 수 있다.
따라서, 상기 마이크로 와이어를 포함하는 상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서의 단전 특성이 우수할 수 있다.
구체적으로, 상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서는, 상기 마이크로 와이어가, 호기에 노출되는 경우 상기 고분자가 용해되는 것에 의해 단전될 수 있다. 즉, 퓨즈로써 응용이 가능하다.
또한, 상기 감지부는, 상기 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 감지부는, 상기 상기 마이크로 와이어의 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
구체적으로, 상기 감지부는, 상기 rGO와 이산화질소의 결합에 따른 마이크로 와이어의 제1 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다. 또한, 상기 감지부는, 수분에 의한 마이크로 와이어의 제2 전기적 특성을 감지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서가 설명되었다.
상기 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서는, 본 발의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 포함함으로써, 상기 마이크로 와이어의 rGO와 이산화질소 결합에 따른 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 센서는, 상기 마이크로 와이어를 포함함으로써, 상기 마이크로 와이어의 고분자가 수분에 의하여 단락되는 전기적 특성을 감지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어에 대한 구체적인 실험 예 및 특성 평가가 설명된다.
실시 예에 따른 마이크로 와이어의 제조
PVP(polyvinylpyrrolidinone), 에탄올(ethanol) 및 rGO(reduced graphene oxide)를 혼합하여 소스 용액을 제조하였다.
상기 소스 용액을 엄지 손가락의 일 측에 제공한 후, 상기 엄지 손가락의 일 측 및 검지 손가락의 일 측을 접촉시켜 눌러 응축시켰다.
이후, 엄지 손가락 및 검지 손가락을 벌려 응축된 소스 용액을 늘려줬고, 상기 소스 용액의 응축 및 늘림을 반복적으로 수행하여, 실시 예에 따른 마이크로 와이어(rGO/μGT)를 제조하였다.
비교 예 1에 따른 마이크로 와이어의 제조
상술된 실시 예에서, 상기 rGO 대신에 10 nm 직경의 Au 나노입자를 혼합하여 소스 용액을 제조하였다.
이후, 상술된 실시 예와 동일한 방법으로, 비교 예 1에 따른 마이크로 와이어(AuNP(10)/μGT)를 제조하였다.
비교 예 2에 따른 마이크로 와이어의 제조
상술된 실시 예에서, 상기 rGO 대신에 40 nm 직경의 Au 나노입자를 혼합하여 소스 용액을 제조하였다.
이후, 상술된 실시 예와 동일한 방법으로, 비교 예 2에 따른 마이크로 와이어(AuNP(40)/μGT)를 제조하였다.
비교 예 3에 따른 마이크로 와이어의 제조
상술된 실시 예에서, 상기 rGO 대신에 ZnO 나노와이어를 혼합하여 소스 용액을 제조하였다.
이후, 상술된 실시 예와 동일한 방법으로, 비교 예 3에 따른 마이크로 와이어(ZnONW/μGT)를 제조하였다.
비교 예 4에 따른 마이크로 와이어의 제조
상술된 실시 예에서, 상기 rGO를 혼합하지 않고 소스 용액을 제조하였다.
이후, 상술된 실시 예와 동일한 방법으로, 비교 예 4에 따른 마이크로 와이어(Bare/μGT)를 제조하였다.
상술된 실시 예 및 비교 예 1 내지 4에 따른 마이크로 와이어는 아래 <표 1>과 같이 정리될 수 있다.
고분자 용매 전도성 물질
실시 예
(rGO/μGT)		 PVP 에탄올 rGO
비교 예 1
(AuNP(10)/μGT)		 Au 나노입자
(직경: 10 nm)
비교 예 2
(AuNP(40)/μGT)		 Au 나노입자(직경: 40 nm)
비교 예 3
(ZnONW/μGT)		 ZnO 나노와이어
비교 예 4(Bare/μGT) N/A
도 8은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 마이크로 와이어의 실사이고, 도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 마이크로 와이어의 I-V(current- voltage) 곡선이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예(rGO/μGT) 및 비교 예들(AuNP(10)/μGT, AuNP(40)/μGT, ZnONW/μGT)에 따른 마이크로 와이어를 관찰할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 마이크로 와이어의 전기 전도도를 살펴볼 수 있다. 도 9를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 전기 전도도가 가장 우수한 것을 알 수 있다.
한편, 비교 예 2, 비교 예 1, 비교 예 4, 비교 예 3의 순서로 마이크로 와이어의 전기 전도도가 우수한 것을 알 수 있다.
비교 예 1 및 2를 통해, Au 나노입자의 직경이 상대적으로 작아지는 경우, 마이크로 와이어의 전기 전도도가 저하되는 것을 알 수 있다.
또한, 비교 예 3 및 4를 통해, 전도성 물질을 첨가하기 전보다, ZnO 나노와이어를 첨가하는 경우에, 마이크로 와이어의 전기 전도도가 저하되는 것을 알 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예와는 달리 rGO를 포함하지 않는 비교 예들보다, 본 발명의 실시 예에 따라 rGO를 포함하는 마이크로 와이어의 전기 전도도가 우수한 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어의 표면 라만 측정 및 매핑 결과이고, 도 11은 본 발명의 실시 예 및 비교 예 4에 따른 마이크로 와이어의 이산화질소 분위기에서 I-V 곡선이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 100 ppm의 이산화질소 가스 분위기에 3 분 동안 노출시킨 결과, 상기 마이크로 와이어에 이산화질소가 결합된 것을 관찰할 수 있다.
상술된 실험 결과는, 상기 마이크로 와이어의 rGO가 이산화질소와 결합한 것을 의미한다.
이로써, 상기 마이크로 와이어가 이산화질소 검출 센서로 응용 가능함을 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 10을 참조하여 설명한 이산화질소 가스 분위기에서, 본 발명의 실시 예 및 비교 예 4에 따른 마이크로 와이어의 전기 전도도를 관찰할 수 있다.
비교 예 4에 따른 마이크로 와이어는, 이산화질소와 결합 전(Bare_μGT)과, 이산화질소와 결합 후(No2_μGT)의 전기 전도도 변화가 미약한 것을 확인할 수 있다.
반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어는, 이산화질소와 결합 전(Bare_rGO/μGT)보다, 이산화질소와 결합 후(No2_rGO/μGT)에 전기 전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
상술된 실험 결과를 통해, 본 발명의 실시 예와는 달리 rGO를 포함하지 않는 비교 예보다, 본 발명의 실시 예에 따라 rGO를 포함하는 마이크로 와이어의 이산화질소 결합에 따른 전기 전도도가 우수한 것을 알 수 있다.
이로써, 상기 마이크로 와이어의 전기적 특성 변화, 보다 구체적으로 전기 전도도 변화를 이용해 마이크로 센서로 응용 가능함을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 와이어를 포함하는 LED회로의 실험 결과이다.
도 12 A를 참조하면, 본 발명의 실험을 위한 마이크로 와이어를 포함하는 LED 회로도를 관찰할 수 있다.
도 12 B를 참조하면, 상기 마이크로 와이어를 포함하는 LED 회로에 전류가 흐름에 따라, LED가 on되어 빛을 내는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 12 C를 참조하면, 상기 마이크로 와이어를 포함하는 LED 회로가 호기에 노출됨에 따라, LED 빛의 밝기가 약해지다가, 결국 도 12 D에 도시된 바와 같이 LED가 off되는 것을 확인할 수 있다.
이는, 상기 회로의 마이크로 와이어에 포함된 고분자의 용해성이 우수하기 때문일 수 있다. 즉, 상기 마이크로 와이어에 포함된 고분자가 호기에 노출됨에 따라 용해될 수 있고, 따라서, 상기 마이크로 와이어의 LED 회로가 단전될 수 있는 것이다.
이로써, 상기 마이크로 와이어는 고분자의 용해성을 이용해 퓨즈로써 응용 가능함을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 소스 용액
100: 제1 베이스
200: 제2 베이스
310: 제1 가이드 브릿지
320: 제2 가이드 브릿지
300: 가이드 레일
400: 제어부

Claims (9)

  1. 수분을 흡수하는 흡습성 및 흡수한 수분에 의해 용해되는 용해성을 가지는 고분자, 용매, 및 rGO(reduced graphene oxide)를 포함하는 소스 용액을 준비하는 제1 단계; 및
    건식 환경에서, 상기 소스 용액을 응축 및 상기 응축된 소스 용액을 일 방향으로 늘리되, 상기 응축 및 상기 늘림을 반복적으로 수행하는 제2 단계;를 포함하고,
    상기 제2 단계에 의해, 상기 용매 내 수분의 증발하여, 상기 고분자 및 상기 rGO가 고형화되면서, 마이크로 와이어로 제조되는, 마이크로 와이어의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 용액이 포함하는 상기 용매의 함량이 제어됨에 따라, 상기 마이크로 와이어의 물성이 제어되는 것을 포함하는 마이크로 와이어의 제조방법.
  3. 제1 베이스;
    상기 제1 베이스와 이격되어 배치되는 제2 베이스;
    상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 적어도 어느 하나의 베이스에 배치되고, 수분을 흡수하는 흡습성 및 흡수한 수분에 의해 용해되는 용해성을 가지는 고분자, 용매, 및 rGO를 포함하는 소스 용액;
    건식 환경에서, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스가 서로 접촉 및 분리되도록, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스를 이동시키는 가이드 레일; 및
    상기 가이드 레일을 통하여 상기 제1 및 제2 베이스의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 마이크로 와이어 제조장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베이스 중 적어도 어느 하나의 베이스 배치된 상기 소스 용액은,
    상기 제1 및 제2 베이스가 접촉되는 경우 응축되고, 접촉된 상기 제1 및 제2 베이스가 분리되는 경우 일 방향으로 늘어나는 것을 포함하는 마이크로 와이어 제조장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 베이스의 접촉 및 분리가 반복적으로 수행되도록, 상기 제1 및 제2 베이스의 이동을 제어하는 것을 포함하는 마이크로 와이어 제조장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 베이스 및 제2 베이스는 중력 방향으로 서로 마주보도록 배치되되,
    상기 제1 베이스 및 제2 베이스는 각각 오목부 및 볼록부가 교대로 배치되는 물결 구조를 갖고,
    상기 제1 베이스의 오목부 및 상기 제2 베이스의 볼록부, 상기 제1 베이스의 볼록부 및 상기 제2 베이스의 오목부는 서로 대응되며,
    상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 어느 하나의 베이스 볼록부에는 상기 용매가 배치되고, 오목부에는 상기 수분을 흡수하는 흡습성 및 흡수한 수분에 의해 용해되는 용해성을 가지는 고분자 및 상기 rGO 중 적어도 어느 하나가 배치되는 것을 포함하는 마이크로 와이어 제조장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 베이스 및 제2 베이스 중 어느 하나의 베이스 볼록부에 배치되는 상기 용매의 양을 제어하여,
    상기 마이크로 와이어의 직경 및 강도를 제어하는 것을 포함하는 마이크로 와이어 제조장치.
  8. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격되어 배치된 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공되되, 고형화된 고분자 및 rGO를 포함하는 마이크로 와이어; 및
    상기 제1 및 제2 전극의 전기적 경로에 제공되되, 상기 마이크로 와이어의 전기적 특성 변화를 감지하는 감지부;를 포함하되,
    상기 고분자는 수분을 흡수하는 흡습성 및 흡수한 수분에 의해 용해되는 용해성을 가지는 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 rGO와 이산화질소의 결합에 따른 마이크로 와이어의 제1 전기적 특성 변화 및 수분을 흡수한 상기 고분자의 용해에 의한 마이크로 와이어의 제2 전기적 특성을 모두 감지하는, 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서.
KR1020190066803A 2019-06-05 2019-06-05 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서 KR102138469B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190066803A KR102138469B1 (ko) 2019-06-05 2019-06-05 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190066803A KR102138469B1 (ko) 2019-06-05 2019-06-05 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102138469B1 true KR102138469B1 (ko) 2020-07-27

Family

ID=71893926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190066803A KR102138469B1 (ko) 2019-06-05 2019-06-05 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102138469B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011214174A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Shinshu Univ ナノ繊維の製造方法、ナノ繊維の製造装置及び「ナノ繊維からなる糸」の製造方法
KR101823771B1 (ko) * 2016-07-22 2018-03-14 건국대학교 산학협력단 고신축성 환원 그래핀 산화물 유해 가스 센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 가스 센서
KR101883935B1 (ko) * 2017-07-14 2018-07-31 이화여자대학교 산학협력단 섬유 제조장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011214174A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Shinshu Univ ナノ繊維の製造方法、ナノ繊維の製造装置及び「ナノ繊維からなる糸」の製造方法
KR101823771B1 (ko) * 2016-07-22 2018-03-14 건국대학교 산학협력단 고신축성 환원 그래핀 산화물 유해 가스 센서의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 가스 센서
KR101883935B1 (ko) * 2017-07-14 2018-07-31 이화여자대학교 산학협력단 섬유 제조장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. MXene functionalized, highly breathable and sensitive pressure sensors with multi‐layered porous structure
Lee et al. Transparent, flexible strain sensor based on a solution-processed carbon nanotube network
Cho et al. Continuous meter-scale synthesis of weavable tunicate cellulose/carbon nanotube fibers for high-performance wearable sensors
Tang et al. Highly stretchable core–sheath fibers via wet-spinning for wearable strain sensors
Zhou et al. Highly sensitive wearable textile-based humidity sensor made of high-strength, single-walled carbon nanotube/poly (vinyl alcohol) filaments
Drmosh et al. Zinc oxide‐based acetone gas sensors for breath analysis: a review
Jin et al. Ultrathin nanofibrous membranes containing insulating microbeads for highly sensitive flexible pressure sensors
US10845349B2 (en) Encased polymer nanofiber-based electronic nose
Gao et al. Breathable and flexible polymer membranes with mechanoresponsive electric resistance
Tao et al. Nanostructured electrically conductive hydrogels obtained via ultrafast laser processing and self-assembly
KR20100035380A (ko) 박막형 센싱부재를 이용한 화학 센서
Montes‐García et al. Humidity sensing with supramolecular nanostructures
WO2008099638A1 (ja) カーボンナノチューブ抵抗体、半導体装置、カーボンナノチューブ抵抗体及び半導体装置の製造方法
CN108917582A (zh) 应变传感器及其制造方法
US11563122B2 (en) Multi-functional field effect transistor with intrinsic self-healing properties
Slobodian et al. Multifunctional flexible and stretchable polyurethane/carbon nanotube strain sensor for human breath monitoring
CN103149245A (zh) 聚电解质-碳纳米管复合薄膜湿度传感器
CN105474006B (zh) 场效应晶体管和包括多个场效应晶体管的气体检测器
Preethichandra et al. Conducting polymer based ammonia and hydrogen sulfide chemical sensors and their suitability for detecting food spoilage
Zhang et al. Na+‐doped zinc oxide nanofiber membrane for high speed humidity sensor
KR102138469B1 (ko) 마이크로 와이어의 제조방법, 그의 제조장치, 및 마이크로 와이어를 이용한 복합 센서
Sinha et al. Wearable humidity sensor embroidered on a commercial face mask and its electrical properties
Yan et al. Comparative study on TPU/multi-walled carbon nanotubes conductive nanocomposites for volatile organic compounds sensor applications
Bhaliya et al. Functionalized nanofibers for gas and volatile organic compound sensing
Yan et al. Patterned, flexible, self-supporting humidity sensor with core-sheath structure for real-time sensing of human-related humidity

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant