KR102176764B1 - Adhesive transparent electrode and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점착성 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 기판, 상기 기판 상에 증착되는 은(Ag) 나노와이어 네트워크가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산(PDMS) 매트릭스를 포함하고, 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는 폴리디메틸실록산 주제(basd) 및 폴리디메틸실록산 경화제를 포함하는 폴리디메틸실록산 및 비이온성 계면활성제를 포함한다.The present invention relates to an adhesive transparent electrode and a method of manufacturing the same, wherein the adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention includes a substrate, and an adhesive polydimethylsiloxane (PDMS) embedded with a silver (Ag) nanowire network deposited on the substrate. A matrix, wherein the tacky polydimethylsiloxane matrix includes polydimethylsiloxane including a polydimethylsiloxane basd and a polydimethylsiloxane curing agent and a nonionic surfactant.

Description

점착성 투명전극 및 이의 제조방법{ADHESIVE TRANSPARENT ELECTRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}Adhesive transparent electrode and its manufacturing method {ADHESIVE TRANSPARENT ELECTRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 점착성 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비이온성 계면활성제를 포함하는 점착성 폴리디메틸실록산(PDMS) 매트릭스에 은 나노 와이어 네트워크가 임베디드되어 순응성 및 점착성이 향상된 점착성 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adhesive transparent electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, a silver nanowire network is embedded in an adhesive polydimethylsiloxane (PDMS) matrix containing a nonionic surfactant to improve compliance and adhesiveness, and It relates to a method of manufacturing the same.

최근 들어 사물인터넷(IoT)의 발달과 웰빙()에 대한 관심 등으로 인해 웨어러블(wearable) 전자기기에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다.Recently, due to the development of the Internet of Things (IoT) and interest in well-being, interest and research on wearable electronic devices are increasing.

특히, 신체에 부착하여 신체의 움직임을 감지하거나 생체 신호를 감지하는 바이오센서의 경우, 신체에 잘 부착되어야하기 때문에 점착성이 있는 전극 재료의 개발이 매우 중요하다. 또한, 전기신호를 이용하는 바이오센서의 경우, 기판 상에 전극을 형성하는 공정이 필요한데, 이러한 추가 공정을 줄인다면 공정 상의 비용을 크게 절감할 수 있을 것이다.In particular, in the case of a biosensor that is attached to the body to detect movement of the body or detects a biological signal, it is very important to develop a sticky electrode material because it must be well attached to the body. In addition, in the case of a biosensor using an electric signal, a process of forming an electrode on a substrate is required. If such additional processes are reduced, the cost of the process can be greatly reduced.

한편, 폴리디메틸실록산에 첨가제를 섞어 폴리디메틸실록산을 점착성이 있고 높은 연성을 갖도록 물성을 제어하는 기술들이 보고되고 있다. 가장 많이 보고가 된 방법은 폴리디메틸실록산과 유사한 실리콘(silicone) 계열의 첨가제를 사용하는 방법이다. 그러나, 실리콘 계열의 첨가제를 사용할 경우 과량의 첨가제가 필요하며, 첨가제에 의해 용액의 점도가 높아져서 용액 공정 시 어려움이 발생하는 문제가 있다.On the other hand, techniques for controlling physical properties of polydimethylsiloxane to have adhesiveness and high ductility by mixing an additive with polydimethylsiloxane have been reported. The most reported method is the use of a silicone-based additive similar to polydimethylsiloxane. However, when a silicone-based additive is used, an excessive amount of additive is required, and the viscosity of the solution increases due to the additive, causing difficulties during the solution process.

또한, 최근에는 아민(amine) 계열의 고분자인 에톡시화 폴리에틸렌아민(PEIE, ethoxylated polyethyleneimine)을 사용하여 폴리디메틸실록산을 점착성이 있고 높은 연성을 갖도록 물성을 제어하는 연구가 보고된 바 있다. 그러나, 에톡시화 폴리에틸렌아민을 사용할 경우 접착 후 분리 시 표면에 잔존물이 남아 있으며, 흡습성이 매우 높기 때문에 내부 수분으로 인해 광 투과도가 감소하는 문제가 있다.In addition, recently, studies on controlling physical properties of polydimethylsiloxane to have adhesiveness and high ductility by using ethoxylated polyethyleneimine (PEIE), which is an amine-based polymer, have been reported. However, in the case of using ethoxylated polyethyleneamine, residues remain on the surface during separation after adhesion, and there is a problem in that light transmittance decreases due to internal moisture because hygroscopicity is very high.

또한, 상기에서 언급한 폴리디메틸실록산의 물성을 바꾸는 방법들은 모두 폴리디메틸실록산 재료의 물성만을 바꾸는 연구로써, 전자소자를 제작하기 위해 전극을 형성하기 위해서는 모두 추가로 코팅 혹은 증착 공정을 통해 전극을 형성하는 공정을 따로 거쳐야 한다.In addition, all of the above-mentioned methods of changing the physical properties of polydimethylsiloxane are studies that only change the physical properties of the polydimethylsiloxane material.To form an electrode for manufacturing an electronic device, all electrodes are formed through an additional coating or deposition process. You have to go through a separate process.

따라서 소량의 첨가제로도 폴리디메틸실록산의 물성을 쉽게 제어할 수 있고, 기존 폴리디메틸실록산에 비해 투과도의 차이가 크지 않으며, 경화 전 액체의 점도가 높지 않아 공정이 용이한 새로운 기술 개발이 필요하다.Therefore, even with a small amount of additives, the physical properties of polydimethylsiloxane can be easily controlled, the difference in transmittance is not large compared to the existing polydimethylsiloxane, and the viscosity of the liquid before curing is not high, so it is necessary to develop a new technology that facilitates the process.

본 발명의 실시예들은 비이온성 계면활성제를 이용함으로써 극소량의 비이온성 계면활성제만으로도 폴리디메틸실록산의 물성을 쉽게 제어할 수 있는 점착성 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide an adhesive transparent electrode capable of easily controlling the physical properties of polydimethylsiloxane with only a very small amount of nonionic surfactant by using a nonionic surfactant, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 투명전극의 점착성이 높아 추가 접착제 없이 피부에 부착할 수 있고, 여러 번 탈부착 후에도 점착성을 유지할 수 있는 점착성 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are to provide an adhesive transparent electrode and a method for manufacturing the same, which can be attached to the skin without an additional adhesive due to the high adhesiveness of the transparent electrode according to the embodiment of the present invention, and that can maintain the adhesiveness even after several times of detachment and detachment.

본 발명의 실시예들은 경화된 고분자 기판 상에 다른 코팅 처리 등을 통해 전극을 형성하는 종래의 방법과 달리 폴리디메틸실록산의 경화와 동시에 투명전극을 제조할 수 있는 점착성 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.The embodiments of the present invention provide an adhesive transparent electrode capable of manufacturing a transparent electrode at the same time as the curing of polydimethylsiloxane, unlike the conventional method of forming an electrode on a cured polymer substrate through other coating treatments, and a method for manufacturing the same. I want to.

본 발명의 실시예들은 은 나노와이어 네트워크의 전기적 특성으로 인해 높은 연신율(strain) 에서도 전기전도도를 유지할 수 있는 점착성 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide an adhesive transparent electrode capable of maintaining electrical conductivity even at a high strain due to the electrical characteristics of a silver nanowire network, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 기판 및 상기 기판 상에 증착되는 은(Ag) 나노와이어 네트워크가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 포함하고, 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는 폴리디메틸실록산 주제(base) 및 폴리디메틸실록산 경화제를 포함하는 폴리디메틸실록산 및 비이온성 계면활성제를 포함한다.An adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention includes a substrate and an adhesive polydimethylsiloxane matrix in which a silver (Ag) nanowire network deposited on the substrate is embedded, and the adhesive polydimethylsiloxane matrix is a polydimethylsiloxane matrix ( base) and polydimethylsiloxane and nonionic surfactants including a polydimethylsiloxane curing agent.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 상기 폴리디메틸실록산 경화제에 존재하는 백금(Pt) 촉매 및 상기 비이온성 계면활성제에 존재하는 극성 작용기의 상호 작용으로 인하여 상기 폴리디메틸실록산의 가교 반응(crosslinking reaction)이 저해(hindering)되고, 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 기계적 특성이 향상될 수 있다.The adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention is a crosslinking reaction of the polydimethylsiloxane due to the interaction of the platinum (Pt) catalyst present in the polydimethylsiloxane curing agent and the polar functional group present in the nonionic surfactant. ) Is hindered, and mechanical properties of the adhesive polydimethylsiloxane matrix may be improved.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 상기 비이온성 계면활성제에 존재하는 극성 작용기 및 은 나노와이어 네트워트에 존재하는 극성 작용기 사이의 상호작용으로 인하여 상기 은 나노와이어 네트워크가 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에 임베디드될 수 있다.The tacky transparent electrode according to an embodiment of the present invention has the silver nanowire network in the tacky polydimethylsiloxane matrix due to the interaction between the polar functional group present in the nonionic surfactant and the polar functional group present in the silver nanowire network. Can be embedded.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 상기 비이온성 계면활성제는 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜일 수 있다.In the adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the nonionic surfactant may be 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극은 상기 폴리디메틸실록산 주제, 상기 폴리디메틸실록산 경화제 및 상기 비이온성 계면활성제가 10:1:0.01 내지 10:1:0.08의 중량비를 가질 수 있다.The adhesive transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention may have a weight ratio of 10:1:0.01 to 10:1:0.08 in the polydimethylsiloxane base, the polydimethylsiloxane curing agent, and the nonionic surfactant.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조 방법은 기판 상에 은 나노와이어 네트워크를 형성하는 단계, 상기 은 나노와이어 네트워크가 형성된 상기 기판 상에 폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 분산액을 코팅하는 단계 및 상기 은 나노와이어 네트워크가 형성된 상기 기판 상에 코팅된 분산액을 열경화시켜 상기 은 나노와이어 네트워크가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming a silver nanowire network on a substrate, a polydimethylsiloxane motif, a polydimethylsiloxane curing agent, and a nonionic interface on the substrate on which the silver nanowire network is formed. Coating a dispersion containing an activator, and thermosetting the dispersion coated on the substrate on which the silver nanowire network is formed, thereby forming an adhesive polydimethylsiloxane matrix in which the silver nanowire network is embedded.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조 방법은 상기 기판으로부터 상기 은 나노와이어 네트워크가 임베디드된 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention may further include separating the adhesive polydimethylsiloxane matrix in which the silver nanowire network is embedded from the substrate.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조 방법에 있어서, 상기 기판 상에 나노와이어 네트워크를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하는 단계; 및 상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 상기 기판을 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the forming of a nanowire network on the substrate comprises: coating a silver nanowire solution on the substrate; And annealing the substrate coated with the silver nanowire solution.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조 방법은 상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 상기 기판이 100 ℃ 내지 180 ℃에서 5분 내지 20 분 동안 어닐링될 수 있다.In the method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the substrate coated with the silver nanowire solution may be annealed at 100° C. to 180° C. for 5 minutes to 20 minutes.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조 방법은 상기 은 나노와이어 네트워크가 형성된 상기 기판 상에 코팅된 분산액은 40 ℃ 내지 80 ℃에서 열경화될 수 있다.In the method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention, the dispersion coated on the substrate on which the silver nanowire network is formed may be heat cured at 40°C to 80°C.

본 발명의 실시예에 따르면, 비이온성 계면활성제를 이용함으로써 극소량의 비이온성 계면활성제만으로도 폴리디메틸실록산의 물성을 쉽게 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using a nonionic surfactant, the physical properties of polydimethylsiloxane can be easily controlled with only a very small amount of nonionic surfactant.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 투명전극의 점착성이 높아 추가 접착제 없이 피부에 부착할 수 있고, 여러 번 탈부착 후에도 점착성을 유지할 수 있다.In addition, according to the exemplary embodiment of the present invention, the transparent electrode according to the exemplary embodiment of the present invention has high adhesiveness, so that it can be attached to the skin without an additional adhesive, and the adhesiveness can be maintained even after several times of detachment.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 경화된 고분자 기판 상에 다른 코팅 처리 등을 통해 전극을 형성하는 종래의 방법과 달리 폴리디메틸실록산의 열경화와 동시에 투명전극을 제조할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, unlike a conventional method of forming an electrode on a cured polymer substrate through other coating treatments, etc., a transparent electrode can be manufactured simultaneously with thermal curing of polydimethylsiloxane.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 은 나노와이어 네트워크의 전기적 특성으로 인해 높은 연신율(strain) 에서도 전기전도도를 유지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, due to the electrical characteristics of the silver nanowire network, it is possible to maintain electrical conductivity even at a high strain.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100 함량에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 이미지를 도시한 것이고, 도 2f는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100 함량에 따른 광투과율을 도시한 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 응력-변형률 선도(stress-strain curve)를 도시한 그래프이고, 도 3b는 a4-PDMS_40의 1축 인장 시험(uniaxial stretching test) 동안의 사진을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 점탄성(viscoelasticities)을 도시한 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 필 테스트(peel test)에 의해 측정한 접착력(adhesion force)을 도시한 그래프이고, 도 5b 내지 도 5h는 필 테스트에 의해 측정한 접착력을 도시한 그래프이며, 도 5i는 다양한 무게를 지지하는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 이미지를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 팽창비(Swelling ratio)를 도시한 그래프이고, 도 6c 및 도 6d는 겔분율(Gel fraction)을 도시한 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 생체 적합성을 측정하기 위한 세포 생존력을 도시한 그래프 및 섬유 아세포의 광학 현미경 이미지를 도시한 것이고, 도 7c는 섬유 아세포의 흡광도를 도시한 그래프이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극의 광투과율을 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극의 신축성을 평가하기 위하여 신축성 테스트를 수행한 결과를 도시한 그래프이고, 도 9b 내지 도 9e는 스트레칭 전후의 전계방사형-주사전자현미경(FE-SEM, Field Emission-Scanning Electron Microscopy) 이미지를 도시한 것이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서를 손목에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이고, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서를 손목에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이다. 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서의 상대 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서를 각각 팔에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이고, 도 11d는 ECG 센서를 이용하여 측정한 피부 임피던스(Impedance)를 도시한 그래프이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서의 전극 위치를 도시한 것이고, 도 12b 내지 도 12e는 ECG 센서로 측정한 심전도 신호를 도시한 그래프이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서의 전극 위치를 도시한 것이고, 도 13b 내지 도 13d는 ECG 센서로 측정한 심전도 신호를 도시한 그래프이다.
1 is a view showing a method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E show images of the tacky polydimethylsiloxane matrix according to the content of Triton x-100 in the tacky polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2F is a triton x- in the tacky polydimethylsiloxane matrix. It is a graph showing the light transmittance according to the 100 content.
3A is a graph showing a stress-strain curve of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing a uniaxial stretching test of a4-PDMS_40. It shows a picture.
4 is a graph showing the viscoelasticities of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention.
Figure 5a is a graph showing the adhesion (adhesion force) measured by the peel test (peel test) of the adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, Figures 5b to 5h are adhesion measured by the peel test Is a graph showing, and FIG. 5i shows an image of an adhesive polydimethylsiloxane matrix supporting various weights.
6A and 6B are graphs showing a swelling ratio of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6C and 6D are graphs showing a gel fraction.
7A and 7B are graphs showing cell viability for measuring the biocompatibility of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention and an optical microscope image of fibroblasts, and FIG. 7C is an absorbance of fibroblasts. It is a graph showing.
8 is a graph showing the light transmittance of an adhesive transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention.
9A is a graph showing the results of performing an elasticity test to evaluate the elasticity of an adhesive transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 9B to 9E are It shows a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM, Field Emission-Scanning Electron Microscopy) image before and after stretching.
FIG. 10A is a photograph illustrating a case of attaching a deformation sensor to a wrist to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 10B is A picture of a case where a deformation sensor to which a polydimethylsiloxane matrix-based adhesive transparent electrode (PDMS_40NW) is applied is attached to a wrist according to an embodiment of the present invention. Figure 10c is a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires and a transparent electrode (PDMS_40NW) based on a polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the relative resistance change of the applied strain sensor.
11A to 11C are an adhesive polydimethylsiloxane matrix-based transparent electrode (a4-PDMS_40NW) embedded with silver nanowires and a polydimethylsiloxane matrix-based adhesive transparent electrode embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention ( PDMS_40NW) is a photograph of an ECG sensor applied to each arm attached to each arm, and FIG. 11D is a graph showing skin impedance measured using the ECG sensor.
12A is a view showing the electrode position of an ECG sensor to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 12B to 12E are ECG sensors It is a graph showing the ECG signal measured by.
13A to 13D show electrode positions of an ECG sensor to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 13B to 13D Is a graph showing the ECG signal measured by the ECG sensor.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 이용되는 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.The terms used in this specification are for describing exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서 이용되는 "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms "comprises," "have," or "have" as used herein are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, It is to be understood that the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, elements, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

또한, 본 명세서에서 이용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.In addition, as used herein, "an embodiment", "example", "side", "example", and the like are described as having any aspect or design that is better or advantageous than other aspects or designs. It does not have to be interpreted.

또한, 본 명세서에서 이용되는 "또는" 이라는 용어는 배타적 논리합 "exclusive or"이기보다는 포함적인 논리합 "inclusive or"를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, "x가 a 또는 b를 이용한다"라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term "or" used herein refers to an inclusive OR "inclusive or" rather than an exclusive OR "exclusive or". That is, unless stated otherwise or unless clear from context, the expression “x uses a or b” means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서에서 이용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression ("a" or "an") used in the present specification should be generally interpreted as meaning "one or more" unless otherwise stated or unless it is clear from the context that it relates to the singular form. do.

또한, 본 명세서에서 막, 층, 영역, 구성요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In addition, in the present specification, when a portion such as a film, layer, region, component, etc. is said to be “on” or “on” another portion, not only the case directly above the other portion, but also another film, layer, region in the middle thereof This includes cases where components, etc. are interposed.

또한, 본 명세서에서 "제1" 또는 "제2" 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 이용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.In addition, in this specification, terms such as "first" or "second" may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 이용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this specification. Does not.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such an embodiment, and the spirit of the present invention may be proposed differently by addition, change and deletion of components constituting the embodiment, but this is also included in the spirit of the invention. It becomes.

본 발명은 점착성 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 폴리디메틸실록산에 첨가제(비이온성 계면활성제)가 추가되어 연성이 뛰어나고 점착성이 있는 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adhesive transparent electrode and a method for manufacturing the same, and to a transparent electrode having excellent ductility and adhesiveness by adding an additive (nonionic surfactant) to polydimethylsiloxane, and a method of manufacturing the same.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극의 제조방법을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a method of manufacturing an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판, 폴리디메틸실록산, 비이온성 계면활성제 및 은 나노와이어 네트워크를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 점착성 투명전극을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 1, an adhesive transparent electrode according to an embodiment of the present invention may be manufactured using a substrate, polydimethylsiloxane, a nonionic surfactant, and a silver nanowire network.

기판(110) 상에 은 나노와이어 용액(120)을 코팅(130a)한 후 어닐링(140a)을 통하여 기판(110) 상에 은 나노와이어 네트워크(150)를 형성할 수 있다.After coating 130a of the silver nanowire solution 120 on the substrate 110, the silver nanowire network 150 may be formed on the substrate 110 through annealing 140a.

기판(110)은 광을 투과시킬 수 있는 투명한 물질을 포함할 수 있고, 예를들면, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The substrate 110 may include a transparent material capable of transmitting light, and may include, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate, but is not limited thereto.

상기 실리콘 기판은 단일 실리콘 기판 또는 p-Si 기판을 포함할 수 있고, 상기 유리 기판은, 규산알칼리계 유리, 무알칼리계 유리, 또는 석영 유리 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 물질로 이루어질 수 있다.The silicon substrate may include a single silicon substrate or a p-Si substrate, and the glass substrate may be formed of any one or a combination of alkali silicate-based glass, alkali-free glass, or quartz glass, but is limited thereto. Not, and can be made of various materials.

상기 고분자 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphtalate, PEN), 폴리이미드(polyimide, PI), 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 고분자 기판은 투명한 플렉서블 디스플레이에 사용될 있을 정도의 투명성과 유연성을 가지는 한 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer substrate may be made of any one of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphtalate (PEN), polyimide (PI), and polyurethane, or a combination thereof, It is not limited thereto, and may be made of various materials. However, the polymer substrate is not limited thereto as long as it has transparency and flexibility enough to be used for a transparent flexible display.

은 나노와이어 용액(120)은 상기 기판 상에 스핀 코팅(Spin-coating) 방식으로 코팅할 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 회전속도와 시간을 다르게 할 수 있으며, 다른 공지의 코팅 방식을 이용할 수도 있다.The silver nanowire solution 120 may be coated on the substrate by a spin-coating method, but is not limited thereto, and the rotation speed and time may be different, and other known coating methods may be used. have.

구체적으로, 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 잉크젯코팅(inkjet coating), 슬릿코팅(slit coating) 또는 딥코팅(deep coating) 등의 방법을 사용할 수 있으나, 그 방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.Specifically, methods such as spin coating, spray coating, inkjet coating, slit coating, or deep coating can be used, but the method is special. It is not limiting.

기판(110) 상에 은 나노와이어 용액(120)을 400 rpm 내지 1000 rpm 으로 30 초 내지 60 초 동안 스핀 코팅을 통하여 코팅한 후(130a) 용매를 증발 건조시키기 위해서 어닐링(140a)을 수행한다.After coating the silver nanowire solution 120 on the substrate 110 by spin coating at 400 rpm to 1000 rpm for 30 to 60 seconds (130a), an annealing 140a is performed to evaporate and dry the solvent.

구체적으로, 100 ℃ 내지 180 ℃에서 5 분 내지 20 분간 어닐링하여 은 나노와이어 네트워크(150)를 형성할 수 있다.Specifically, the silver nanowire network 150 may be formed by annealing at 100° C. to 180° C. for 5 minutes to 20 minutes.

이후, 은 나노와이어 네트워크(150)가 코팅된 기판(110) 상에 폴리디메틸실록산 주제(base), 폴리디메틸실록산 경화제(cross-linker) 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 분산액(160)을 코팅한다.Thereafter, a dispersion 160 including a polydimethylsiloxane base, a polydimethylsiloxane cross-linker, and a nonionic surfactant is coated on the substrate 110 coated with the silver nanowire network 150. .

분산액(160)은 폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제 및 비이온성 계면활성제는 10:1:0.01 내지 10:1:0.08의 중량비로 혼합하여 제조할 수 있고 바람직하게는 10:1:0.03 내지 10:1:0.05의 중량비로 혼합하여 제조할 수 있다.The dispersion 160 may be prepared by mixing a polydimethylsiloxane base, a polydimethylsiloxane curing agent, and a nonionic surfactant in a weight ratio of 10:1:0.01 to 10:1:0.08, and preferably 10:1:0.03 to 10 It can be prepared by mixing in a weight ratio of :1:0.05.

폴리디메틸실록산 주제는 상용화된 제품일 수 있고, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The polydimethylsiloxane motif may be a commercially available product, and may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020025885138-pat00001
Figure 112020025885138-pat00001

폴리디메틸실록산 경화제는 하기 화학식 2로 표시되는 물질일 수 있다.The polydimethylsiloxane curing agent may be a material represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020025885138-pat00002
Figure 112020025885138-pat00002

비이온성 계면활성제는 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜(4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol), 지방 알코올-폴리옥시에틸렌 에테르(fatty alcohol-polyoxyethylene ether), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters), 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르(polyoxyethylene faty acid ester), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르(polyoxyethylene alkylether), 소르비탄에스테르(sorbitan esters), 글리세릴 에스테르(glyceryl esters), 글리세롤 모노스테아레이트(glyceryl monostearate), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜 에스테르(polypropylene glycol esters), 세틸 알코올(cetyl alcohol), 세토스테아릴 알코올(cetostearyl alcohol), 스테아릴 알코올(stearyl alcohol) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 물질로 이루어질 수 있다.Nonionic surfactants are 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol (4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol), fatty alcohol-polyoxyethylene Ether (fatty alcohol-polyoxyethylene ether), polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene faty acid ester, polyoxyethylene alkylether, sorbitan ester ( sorbitan esters), glyceryl esters, glyceryl monostearate, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polypropylene glycol esters, cetyl alcohol alcohol), cetostearyl alcohol, stearyl alcohol, or a combination thereof, but is not limited thereto, and may be made of various materials.

바람직하게는, 비이온성 계면활성제는 하기 화학식 3으로 표시되는 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜 [4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol] 일 수 있다.Preferably, the nonionic surfactant is 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol [4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl- represented by the following formula (3). polyethylene glycol].

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020025885138-pat00003
Figure 112020025885138-pat00003

분산액(160)은 탈기(degassing)를 통해 조성물 내 기포가 제거될 수 있고, 분산액(160)에 포함되어있는 비이온성 계면활성제를 통하여 분산액(160)의 물성을 제어할 수 있다. The dispersion liquid 160 may remove air bubbles in the composition through degassing, and the physical properties of the dispersion 160 may be controlled through a nonionic surfactant included in the dispersion 160.

분산액(160)은 은 나노와이어 네트워크(150)가 코팅된 기판(110) 상에 스핀 코팅(Spin-coating) 방식으로 코팅할 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 회전속도와 시간을 다르게 할 수 있고, 다른 공지의 코팅 방식을 이용할 수도 있다.The dispersion 160 may be coated on the substrate 110 coated with the silver nanowire network 150 by a spin-coating method, but is not necessarily limited thereto, and the rotation speed and time may be different. , Other known coating methods may be used.

구체적으로, 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 잉크젯코팅(inkjet coating), 슬릿코팅(slit coating) 또는 딥코팅(deep coating) 등의 방법을 사용할 수 있으나, 그 방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.Specifically, methods such as spin coating, spray coating, inkjet coating, slit coating, or deep coating can be used, but the method is special. It is not limiting.

은 나노와이어 네트워크(150)가 코팅된 기판(110) 상에 분산액(160)을 3 rpm 내지 400 rpm 으로 15 초 내지 30 초 동안 스핀 코팅을 통하여 코팅한 후(130b) 열경화(140b)을 수행한다.After coating the dispersion 160 on the substrate 110 coated with the silver nanowire network 150 at 3 rpm to 400 rpm for 15 seconds to 30 seconds through spin coating (130b), thermal curing (140b) is performed. do.

구체적으로, 40 ℃ 내지 80 ℃에서 9 시간 내지 11 시간 동안 열경화하여 은 나노와이어 네트워크(150)가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스(170)를 형성할 수 있다.Specifically, the adhesive polydimethylsiloxane matrix 170 in which the silver nanowire network 150 is embedded may be formed by heat curing at 40° C. to 80° C. for 9 to 11 hours.

이후, 기판(110)으로부터 열경화된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스(170)를 떼어내면 은 나노와이어 네트워크가 임베디드되어 있는 점착성이 있는 투명전극(100)이 형성된다.Thereafter, when the thermosetting adhesive polydimethylsiloxane matrix 170 is removed from the substrate 110, the adhesive transparent electrode 100 in which the silver nanowire network is embedded is formed.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 기반으로 하는 점착성 투명전극은 열경화된 고분자 기판 상에 다른 코팅 처리 등을 통해 전극을 형성하는 종래의 방법과 달리, 폴리디메틸실록산을 열경화한 후 기판에서 분리하면 은 나노와이어 네트워크가 폴리디메틸실록산 매트릭스의 표면에 존재하기 때문에, 전기전도성 물질을 형성하는 추가적인 공정이 없이 간단하게 형성할 수 있다.The adhesive transparent electrode based on the adhesive polydimethylsiloxane matrix according to the embodiment of the present invention is obtained by thermally curing polydimethylsiloxane, unlike the conventional method of forming an electrode through other coating treatment on a thermosetting polymer substrate. After separation from the substrate, since the silver nanowire network exists on the surface of the polydimethylsiloxane matrix, it can be simply formed without an additional process of forming an electrically conductive material.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 및 이를 기반으로 하는 점착성 투명전극의 특성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, characteristics of an adhesive polydimethylsiloxane matrix and an adhesive transparent electrode based on the adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention will be described.

(실시예)(Example)

(분산액의 제조)(Preparation of dispersion)

분산액은 폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제 및 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜(이하, 트리톤 x-100(Triton x-100) 이라 칭한다.)을 10 : 1 : 0 에서 10 : 1 : 0.08 의 다양한 중량비로 혼합하여 제조하였다. The dispersion is a polydimethylsiloxane base, a polydimethylsiloxane curing agent, and 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol (hereinafter referred to as Triton x-100). It was prepared by mixing in various weight ratios of: 1: 0 to 10: 1: 0.08.

폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제의 중량비는 10 : 1로 고정하였다.The weight ratio of the polydimethylsiloxane main agent and the polydimethylsiloxane curing agent was fixed at 10:1.

(점착성 투명전극의 제조)(Manufacture of adhesive transparent electrode)

기판으로 사용할 슬라이드 글라스(Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, Germany)를 아세톤, 2-프로판올 및 탈이온수를 이용하여 각각 10분동안 순차적으로 초음파 처리 욕조에서 세척한 후 공기총을 이용하여 건조시켰다.A slide glass (Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, Germany) to be used as a substrate was sequentially washed in a sonication bath for 10 minutes each using acetone, 2-propanol, and deionized water, and then dried using an air gun.

평균 길이가 30nm 및 직경이 30nm인 0.65 중량%의 은 나노와이어 용액(Novarials社) 을 500rpm에서 60초 동안 상기 기판 상에 스핀-코팅한 후, 용매를 증발시키기 위하여 100 ℃에서 5분동안 어닐링하였다.A 0.65 wt% silver nanowire solution (Novarials) having an average length of 30 nm and a diameter of 30 nm was spin-coated on the substrate at 500 rpm for 60 seconds, and then annealed at 100° C. for 5 minutes to evaporate the solvent. .

분산액을 상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 기판 상에 300rpm에서 15초 동안 스핀-코팅한 후, 40 ℃내지 80 ℃의 온도에서 11 시간 동안 열경화시켰다.The dispersion was spin-coated on the substrate coated with the silver nanowire solution at 300 rpm for 15 seconds, and then thermally cured at a temperature of 40° C. to 80° C. for 11 hours.

이후 경화된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 실온에서 5분 동안 탈이온수 욕조에 침지시킨 후 탈 이온수에 잠긴 상태에서 기판으로부터 은 나노와이어 네트워크가 임베디드되어 있는 점착성 투명전극을 제거 하였다.Thereafter, the cured adhesive polydimethylsiloxane matrix was immersed in a deionized water bath for 5 minutes at room temperature, and then the adhesive transparent electrode embedded with the silver nanowire network was removed from the substrate while immersed in deionized water.

(비교예)(Comparative example)

(분산액의 제조)(Preparation of dispersion)

분산액은 폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제를 10 : 1의 중량비로 혼합하여 제조하였다. The dispersion was prepared by mixing a polydimethylsiloxane base material and a polydimethylsiloxane curing agent in a weight ratio of 10:1.

(투명전극의 제조)(Manufacture of transparent electrode)

기판으로 사용할 슬라이드 글라스(Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, Germany)를 아세톤, 2-프로판올 및 탈이온수를 이용하여 각각 10분동안 순차적으로 초음파 처리 욕조에서 세척한 후 공기총을 이용하여 건조시켰다.A slide glass (Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, Germany) to be used as a substrate was sequentially washed in a sonication bath for 10 minutes each using acetone, 2-propanol, and deionized water, and then dried using an air gun.

평균 길이가 30nm 및 직경이 30nm인 0.65 중량%의 은 나노와이어 용액(Novarials社) 을 500rpm에서 60초 동안 상기 기판 상에 스핀-코팅한 후, 용매를 증발시키기 위하여 100 ℃에서 5분동안 어닐링하였다.A 0.65 wt% silver nanowire solution (Novarials) having an average length of 30 nm and a diameter of 30 nm was spin-coated on the substrate at 500 rpm for 60 seconds, and then annealed at 100° C. for 5 minutes to evaporate the solvent. .

분산액을 상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 기판 상에 300rpm에서 15초 동안 스핀-코팅한 후, 40 ℃내지 80 ℃의 온도에서 11 시간 동안 열경화시켰다.The dispersion was spin-coated on the substrate coated with the silver nanowire solution at 300 rpm for 15 seconds, and then thermally cured at a temperature of 40° C. to 80° C. for 11 hours.

이후 열경화된 폴리디메틸실록산 매트릭스를 실온에서 5분 동안 탈이온수 욕조에 침지시킨 후 탈 이온수에 잠긴 상태에서 기판으로부터 은 나노와이어 네트워크가 임베디드되어 있는 폴리디메틸실록산 매트릭스를 제거 하였다.After that, the heat-cured polydimethylsiloxane matrix was immersed in a deionized water bath for 5 minutes at room temperature, and then the polydimethylsiloxane matrix embedded with the silver nanowire network was removed from the substrate while immersed in deionized water.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 특성을 살펴보기 위하여 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100의 중량% 및 경화온도(Tc)를 변화시켰으며, 사용된 샘플은 하기 [표 1]과 같다.In order to examine the characteristics of the adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, the weight% and curing temperature (T c ) of Triton x-100 in the adhesive polydimethylsiloxane matrix were changed, and the samples used were shown in the following [Table] Same as 1].

샘플 이름Sample name 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100의 중량%(%)% By weight of Triton x-100 in the tacky polydimethylsiloxane matrix 열경화온도(Tc) (oC)Heat curing temperature (T c ) ( o C) PDMS_40PDMS_40
0

0
4040
PDMS_70PDMS_70 7070 a3-PDMS_40a3-PDMS_40
0.3

0.3
4040
a3-PDMS_50a3-PDMS_50 5050 a3-PDMS_70a3-PDMS_70 7070 a4-PDMS_40a4-PDMS_40
0.4

0.4
4040
a4-PDMS_50a4-PDMS_50 5050 a4-PDMS_70a4-PDMS_70 7070 a5-PDMS_40a5-PDMS_40 0.50.5 4040 a8-PDMS_40a8-PDMS_40 0.80.8 4040

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100 함량에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 이미지를 도시한 것이고, 도 2f는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100 함량에 따른 광투과율을 도시한 그래프이다.도 2a 내지 도 2e를 참조하면 열경화온도가 40 ℃일 때 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 내의 트리톤 x-100의 함량을 각각 0%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 및 0.8%로 증가시켰으며, 트리톤 x-100의 함량이 증가함에 따라 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광 산란이 심해짐을 알 수 있다. 2A to 2E show images of the tacky polydimethylsiloxane matrix according to the content of Triton x-100 in the tacky polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2F is a triton x- in the tacky polydimethylsiloxane matrix. It is a graph showing the light transmittance according to the content of 100. Referring to Figs. 2A to 2E, the contents of Triton x-100 in the adhesive polydimethylsiloxane matrix are 0%, 0.3%, and 0.4%, respectively, when the thermal curing temperature is 40°C. , 0.5%, and 0.8%, and it can be seen that light scattering of the sticky polydimethylsiloxane matrix increases as the content of Triton x-100 increases.

도 2f를 참조하면, 트리톤 x-100의 함량이 증가함에 따라 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광투과율(T)은 감소하는 것을 알 수 있고, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광투과율에 대한 열경화온도(Tc)의 영향은 거의 무시할 수 있음을 알 수 있다. Referring to Figure 2f, it can be seen that the light transmittance (T) of the adhesive polydimethylsiloxane matrix decreases as the content of Triton x-100 increases, and the thermal curing temperature (T) for the light transmittance of the adhesive polydimethylsiloxane matrix It can be seen that the effect of c ) is almost negligible.

트리톤 x-100을 혼합하지 않은 폴리디메틸실록산 매트릭스(PDMS_40)는 550 nm 파장에서 94.3%의 값으로 가장 높은 광투과율 값을 갖는다. 0.3 중량%의 트리톤 x-100(이하, a3-PDMS_40로 칭한다.) 및 0.4 중량%의 트리톤 x-100(이하, a4-PDMS_40로 칭한다.)를 혼합한 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광투과율은 각각 91.4 % 및 84.7 %로 PDMS_40보다 광투과율이 감소함을 알 수 있다.The polydimethylsiloxane matrix (PDMS_40) not mixed with Triton x-100 has the highest light transmittance value of 94.3% at a wavelength of 550 nm. The light transmittance of the tacky polydimethylsiloxane matrix obtained by mixing 0.3% by weight of Triton x-100 (hereinafter referred to as a3-PDMS_40) and 0.4% by weight of Triton x-100 (hereinafter referred to as a4-PDMS_40) was respectively obtained. It can be seen that the light transmittance is reduced to 91.4% and 84.7% compared to PDMS_40.

점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에 기초한 투명 전극을 제조하기 위해서는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광투과율이 80% 이상이어야한다. 따라서 추후 분석을 위해 a3-PDMS_40과 a4-PDMS_40을 선택했다. In order to manufacture a transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix, the light transmittance of the adhesive polydimethylsiloxane matrix should be 80% or more. Therefore, a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 were selected for later analysis.

트리톤 x-100의 함량이 증가함에 따라 광투과율이 감소하는 이유는 트리톤 x-100를 혼합한 폴리디메틸실록산 매트릭스에 형성된 미셀 구조에 의한 빛의 산란 때문이다. 폴리디메틸실록산 매트릭스는 매우 소수성이기 때문에 트리톤 x-100 사슬의 알킬(alkyl)은 셸(shell)을 형성하는 반면, 상응하는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 부분은 미셀(michelle) 구조의 코어(core)를 형성한다. The reason why the light transmittance decreases as the content of Triton x-100 increases is due to scattering of light due to the micelle structure formed in the polydimethylsiloxane matrix mixed with Triton x-100. Since the polydimethylsiloxane matrix is very hydrophobic, the triton x-100 chain alkyl forms a shell, whereas the corresponding polyethylene glycol (PEG) moiety forms a micelle structure core. do.

또한, 광산란강도는 계면 활성제의 농도가 증가함에 따라 미셀의 크기가 증가하기 때문에 광산란강도 또한 증가하는 것으로 알려져있다.In addition, it is known that the light scattering intensity increases as the size of the micelle increases as the concentration of the surfactant increases.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 응력-변형률 선도(stress-strain curve)를 도시한 그래프이고, 도 3b는 a4-PDMS_40의 1축 인장 시험(uniaxial stretching test) 동안의 사진을 도시한 것이다. 3A is a graph showing a stress-strain curve of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing a uniaxial stretching test of a4-PDMS_40. It shows a picture.

폴리디메틸실록산 매트릭스 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 영의 계수(Young's modulus) 및 파단 변형률(failure strain)은 열경화온도를 각각 40 ℃, 50 ℃ 및 70 ℃로 변화시켜 제조된 0.3 중량%의 트리톤 x-100 및 0.4 중량%의 트리톤 x-100을 포함하는 샘플만 측정하였다.The Young's modulus and failure strain of the polydimethylsiloxane matrix and the sticky polydimethylsiloxane matrix were 0.3% by weight of Triton x prepared by changing the thermal curing temperature to 40°C, 50°C and 70°C, respectively. Only samples containing -100 and 0.4% by weight of Triton x-100 were measured.

또한, 인장 속도는 1 mm·sec-1로 고정하였고, 온도는 20℃로 유지 하였으며, 영의 계수는 0 %에서 100 %까지의 변형률로 계산되었다.In addition, the tensile speed was fixed at 1 mm·sec -1 , the temperature was maintained at 20°C, and the Young's modulus was calculated as a strain from 0% to 100%.

폴리디메틸실록산 매트릭스 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 영의 계수 및 파단 변형률을 측정하기 위한 샘플 및 그 측정 결과는 하기 [표 2]와 같다.Samples for measuring Young's modulus and breaking strain of the polydimethylsiloxane matrix and the adhesive polydimethylsiloxane matrix, and the measurement results are shown in Table 2 below.

샘플Sample 영의 계수(kPa)Young's modulus (kPa) 파단 변형률 (%)Breaking strain (%) PDMS_40PDMS_40 480 ± 30480 ± 30 230230 a3-PDMS_40a3-PDMS_40 38 ± 6.338 ± 6.3 > 400> 400 a4-PDMS_40a4-PDMS_40 40 ± 540 ± 5 > 400> 400 a3-PDMS_50a3-PDMS_50 194 ± 7.2194 ± 7.2 > 300> 300 a4-PDMS_50a4-PDMS_50 162 ± 20162 ± 20 > 300> 300 a3-PDMS_70a3-PDMS_70 1000 ± 501000 ± 50 220220 a4-PDMS_70a4-PDMS_70 810 ± 20810 ± 20 210210

도 3a 및 [표2]를 참조하면, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40은 모든 샘플 중에서 가장 낮은 영의 계수 및 가장 큰 파단 변형률을 나타냄을 알 수 있다.PDMS_40의 영의 계수 및 파단 변형률은 각각 500 kPa 및 230 %였고, 대조적으로, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40의 영의 계수는 각각 38 kPa 및 40 kPa이며, 두 필름 모두 400 % 이상의 파단 변형률을 보였다. 3A and [Table 2], it can be seen that a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 represent the lowest Young's modulus and the largest fracture strain among all samples. The Young's modulus and fracture strain of PDMS_40 are 500, respectively. kPa and 230%, in contrast, the Young's modulus of a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 were 38 kPa and 40 kPa, respectively, and both films showed a breaking strain of 400% or more.

a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40의 영의 계수는 인간의 피부의 영의 계수인 500 kPa 내지 1 MPa 보다 훨씬 낮았으며, 이로부터 a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40가 표피 전자 공학에 적합함을 알 수 있다. The Young's modulus of a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 was much lower than that of 500 kPa to 1 MPa, which is the Young's modulus of human skin, from which it can be seen that a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 are suitable for epidermal electronics. .

고분자 매트릭스의 영의 계수가 감소함에 따라 전극의 순응성(conformability)이 증가하게되는데, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스가 피부보다 낮은 영의 계수를 가질 때, 전극과 피부 사이의 접촉 영역이 확대되고 사용자는 불쾌감을 덜 느낄 수 있다.As the Young's modulus of the polymer matrix decreases, the conformability of the electrode increases.When the adhesive polydimethylsiloxane matrix has a lower Young's modulus than the skin, the contact area between the electrode and the skin expands and the user feels uncomfortable. Can feel less.

또한, 도 3a를 참조하면, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 열경화온도가 증가함에 따라 영의 계수가 증가함을 알 수 있다. 종래에는 폴리디메틸실록산 경화제의 양을 줄임으로써 폴리디메틸실록산의 탄성 계수를 낮췄지만, 이에 따라 폴리디메틸실록산의 파단 변형도 낮아지는 단점이 존재하였다. In addition, referring to FIG. 3A, it can be seen that the Young's modulus increases as the thermal curing temperature of the adhesive polydimethylsiloxane matrix increases. Conventionally, the elastic modulus of the polydimethylsiloxane was lowered by reducing the amount of the polydimethylsiloxane curing agent, but there was a disadvantage in that the fracture deformation of the polydimethylsiloxane was also lowered.

대조적으로, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40는 고도로 강화된 파단 변형률을 보여 주며, 이로부터 a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40는 표피 전자의 투명하고 신축성 있는 폴리머 매트릭스로서 적용하기에 적합한 후보 물질임을 알 수 있다.In contrast, a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 show highly enhanced fracture strain, from which it can be seen that a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 are candidates suitable for application as transparent and stretchable polymer matrix of epidermal electrons. .

도 3b를 참조하면, a4-PDMS_40는 400% 이상의 변형에도 파단이 발생하지 않음을 알 수 있다. Referring to FIG. 3B, it can be seen that a4-PDMS_40 does not break even when deformation is greater than 400%.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 점탄성(viscoelasticities)을 도시한 그래프이다. 4 is a graph showing the viscoelasticities of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention.

폴리디메틸실록산 매트릭스 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 점탄성은 동적 기계 분석기를 사용하여 측정되었다. 또한, 폴리디메틸실록산 매트릭스 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 점탄성은 다음 식 (1)과 같이 정의된다.The viscoelasticity of the polydimethylsiloxane matrix and the tacky polydimethylsiloxane matrix was measured using a dynamic mechanical analyzer. In addition, the viscoelasticity of the polydimethylsiloxane matrix and the adhesive polydimethylsiloxane matrix is defined by the following formula (1).

Figure 112020025885138-pat00004
Figure 112020025885138-pat00004

tanδ는 손실 탄젠트이고, E'는 탄성체의 탄성을 나타내며, E"는 탄성체의 점탄성을 나타낸다. 따라서 탄성체는 높은 손실 탄젠트(tanδ) 값을 가질 수록 점탄성 거동을 더 많이 나타낸다.tanδ is the loss tangent, E'represents the elasticity of the elastic body, and E" represents the viscoelasticity of the elastic body. Therefore, the higher the loss tangent (tanδ) of the elastic body, the more viscoelastic behavior is exhibited.

참고로, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40은 일축 인장 시험에서 유사한 결과를 나타내었으므로, 폴리디메틸실록산 매트릭스 및 0.4 중량%의 트리톤 x-100을 포함하는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 점탄성만 분석하였다.For reference, since a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 showed similar results in the uniaxial tensile test, only the viscoelasticity of the polydimethylsiloxane matrix and the tacky polydimethylsiloxane matrix containing 0.4% by weight of Triton x-100 was analyzed.

도 4를 참조하면, PDMS_40, a4-PDMS_40, a4-PDMS_50 및 a4-PDMS_70의 경화온도가 감소함에 따라 손실 탄젠트가 감소함을 알 수 있다. 또한, a4-PDMS_40은 0.1 Hz의 낮은 주파수에서도 약 0.5의 높은 손실 탄젠트 값을 보임을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the loss tangent decreases as the curing temperatures of PDMS_40, a4-PDMS_40, a4-PDMS_50, and a4-PDMS_70 decrease. Also, it can be seen that a4-PDMS_40 shows a high loss tangent value of about 0.5 even at a low frequency of 0.1 Hz.

종래 연구에서 실리콘 고무의 손실 탄젠트 값은 0.4 미만 또는 0.1 보다 작은 것으로 나타났으며, 이로부터, a4-PDMS_40이 다른 실리콘 기반 탄성체와 비교하여 매우 높은 점탄성을 나타냄을 알 수 있다.In previous studies, the loss tangent value of the silicone rubber was found to be less than 0.4 or less than 0.1, and from this, it can be seen that a4-PDMS_40 exhibits very high viscoelasticity compared to other silicone-based elastomers.

상기에서 살펴본 일축 인장 시험 및 점탄성 측정을 바탕으로 경화온도가 40 ℃이고, 0.3 중량%의 트리톤 x-100 또는 0.4 중량%의 트리톤 x-100을 첨가 한 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스가 트리톤 x-100을 첨가하지 않은 폴리디메틸실록산 매트릭스 보다 더 유연하고 높은 점탄성을 가짐을 알 수 있다. Based on the above-described uniaxial tensile test and viscoelasticity measurement, the curing temperature is 40°C, and the tacky polydimethylsiloxane matrix to which 0.3% by weight of Triton x-100 or 0.4% by weight of Triton x-100 is added is triton x-100. It can be seen that it is more flexible and has higher viscoelasticity than the polydimethylsiloxane matrix without the addition.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 필 테스트(peel test)에 의해 측정한 접착력(adhesion force)을 도시한 그래프이고, 도 5b 내지 도 5h는 필 테스트에 의해 측정한 접착력을 도시한 그래프이며, 도 5i는 다양한 무게를 지지하는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 이미지를 도시한 것이다.Figure 5a is a graph showing the adhesion (adhesion force) measured by the peel test (peel test) of the adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, Figures 5b to 5h are adhesion measured by the peel test Is a graph showing, and FIG. 5i shows an image of an adhesive polydimethylsiloxane matrix supporting various weights.

폴리디메틸실록산 매트릭스 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 접착력은 90 ㅀ의 박리 각도로 ASTM D3330 표준을 따라 필 테스트에 의해 측정하였고, 시험 장치는 도 5a의 삽입된 이미지에 도시되었다. The adhesion of the polydimethylsiloxane matrix and the tacky polydimethylsiloxane matrix was measured by a peel test according to the ASTM D3330 standard with a peel angle of 90°, and the test apparatus is shown in the inserted image of FIG. 5A.

접착력 측정을 위한 샘플의 크기는 100mm × 25mm이고, 박리 속도는 300 mm· min-1로 고정하였으며, 로드셀의 힘은 20 N이다. 또한, 시험 환경은 25 ± 2 ℃ 및 상대 습도 45 ± 5 %로 유지하였다.The size of the sample for measuring the adhesion was 100 mm × 25 mm, the peel rate was fixed at 300 mm·min -1 , and the force of the load cell was 20 N. In addition, the test environment was maintained at 25±2° C. and 45±5% relative humidity.

도 5a를 참조하면, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40은 모든 샘플 중에서 가장 높은 접착력을 나타냈다. a3-PDMS_40의 접착력은 35 Nm-1이며 이는 폴리디메틸실록산 매트릭스의 접착력보다 7배 더 높음을 알 수 있다.5A, a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 exhibited the highest adhesion among all samples. It can be seen that the adhesion of a3-PDMS_40 is 35 Nm -1 , which is 7 times higher than that of the polydimethylsiloxane matrix.

도 5b 내지 도 5h를 참조하면, 필 테스트에 의해 측정한 샘플의 접착력-거리를 살펴보면, a3-PDMS_40 및 a4-PDMS_40의 접착력이 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 5B to 5H, looking at the adhesion-distance of the sample measured by the peel test, it can be seen that the adhesion of a3-PDMS_40 and a4-PDMS_40 is the highest.

도 5i를 참조하면, a4-PDMS_40을 이용하여 각각 7.7g의 동전, 30g의 황동 블록 및 50g의 황동 블록을 손가락에 부착한 결과, a4-PDMS_40는 50g의 무게를 갖는 황동 블록도 완벽하게 부착된 상태로 유지할 수 있음을 알 수 있다. Referring to Figure 5i, using a4-PDMS_40, each 7.7g of coins, 30g of brass block, and 50g of brass block were attached to the finger. As a result, a4-PDMS_40 is a brass block having a weight of 50g. You can see that you can keep it.

도 5a 내지 도 5i로부터, 열경화온도가 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 접착력에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 40 ℃에서 열경화된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 매우 낮은 탄성 계수 및 점탄성은 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에서 폴리머 사슬의 젖음과 퍼짐을 향상시키고, 이로 인해 표면 접촉이 향상되었으며, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 접착력이 향상됨을 알 수 있다.From FIGS. 5A to 5I, it can be seen that the heat curing temperature affects the adhesion of the tacky polydimethylsiloxane matrix. The very low modulus and viscoelasticity of the tacky polydimethylsiloxane matrix heat-cured at 40°C improves the wetting and spreading of the polymer chain in the tacky polydimethylsiloxane matrix, thereby improving the surface contact, and the adhesion of the tacky polydimethylsiloxane matrix. It can be seen that this is improved.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 팽창비(Swelling ratio)를 도시한 그래프이고, 도 6c 및 도 6d는 겔분율(Gel fraction)을 도시한 그래프이다. 6A and 6B are graphs showing a swelling ratio of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6C and 6D are graphs showing a gel fraction.

점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 광학적 특성은 트리톤 x-100의 함량에 의해 크게 영향을 받으며, 영의 계수, 파단 변형률, 점탄성 및 접착력과 같은 기계적 성질은 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 열경화온도에 크게 영향을 받는다. The optical properties of the tacky polydimethylsiloxane matrix are greatly affected by the content of Triton x-100, and the mechanical properties such as Young's modulus, breaking strain, viscoelasticity and adhesion have a great influence on the thermosetting temperature of the tacky polydimethylsiloxane matrix. Receive.

이와 같이 트리톤 x-100의 함량이 영의 계수, 점탄성 및 접착력에 미치는 영향을 설명하기 위하여 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 및 폴리디메틸실록산 매트릭스의 팽창비 및 겔분율을 측정하였으며, 이를 측정하기 위한 용매로 클로로포름 및 톨루엔을 이용하였다.As described above, in order to explain the effect of the content of Triton x-100 on Young's modulus, viscoelasticity and adhesion, the expansion ratio and gel fraction of the adhesive polydimethylsiloxane matrix and the polydimethylsiloxane matrix were measured, and chloroform and Toluene was used.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, a4-PDMS_40의 팽창비는 PDMS_40의 팽창비보다 클로로포름 및 톨루엔에서 각각 2.5배, 2배 높은 것을 알 수 있다.6A and 6B, it can be seen that the expansion ratio of a4-PDMS_40 is 2.5 times and 2 times higher in chloroform and toluene than that of PDMS_40, respectively.

또한, 도 6c 및 6d를 참조하면, a4-PDMS_40의 겔분율은 클로로포름 및 톨루엔에서 각각 0.8 및 0.77 이고, PDMS_40은 클로로포름 및 톨루엔에서 각각 0.95 및 1.0의 값을 갖는 것을 알 수 있다.In addition, referring to Figures 6c and 6d, it can be seen that the gel fraction of a4-PDMS_40 is 0.8 and 0.77 in chloroform and toluene, respectively, and PDMS_40 has values of 0.95 and 1.0 in chloroform and toluene, respectively.

구체적으로, 클로로포름 및 톨루엔 용매에서의 팽창비는 a4-PDMS 및PDMS_40의 겔 분율을 경화온도의 함수로 나타내고, 팽창비 및 겔분율은 각각 하기의 식 (2) 및 (3)으로 정의된다.Specifically, the swelling ratio in chloroform and toluene solvents represents the gel fractions of a4-PDMS and PDMS_40 as a function of curing temperature, and the swelling ratio and the gel fraction are defined by the following equations (2) and (3), respectively.

Figure 112020025885138-pat00005
Figure 112020025885138-pat00005

도 6a 및 도 6b에서 살펴본 바와 같이 a4-PDMS_40의 팽창비는 클로로포름및 톨루엔을 사용했을 때 PDMS_40의 팽창비보다 각각 2.5배, 2배 높다. 따라서, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 팽창비는 열경화온도가 높아짐에 따라 감소하고 열경화온도가 70 ℃ 이상일 때 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 팽창비와 비슷해진다.As shown in FIGS. 6A and 6B, the expansion ratio of a4-PDMS_40 is 2.5 times and 2 times higher than that of PDMS_40 when chloroform and toluene are used, respectively. Accordingly, the expansion ratio of the adhesive polydimethylsiloxane matrix decreases as the thermal curing temperature increases, and becomes similar to the expansion ratio of the adhesive polydimethylsiloxane matrix when the thermal curing temperature is 70°C or higher.

또한, 도 6c 및 도 6d에서 살펴본 바와 같이 a4-PDMS_40의 겔분율은 클로로포름 및 톨루엔에서 각각 0.8 및 0.77 이고, PDMS_40은 클로로포름 및 톨루엔에서 각각 0.95 및 1.0의 값을 나타냈으며, 팽창비와 유사하게, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 겔분율은 열경화온도가 높아짐에 따라 증가하고 열경화온도가 70 ℃ 이상일 때 폴리디메틸실록산 매트릭스과 유사하게 된다.In addition, as shown in Figs. 6c and 6d, the gel fraction of a4-PDMS_40 is 0.8 and 0.77 in chloroform and toluene, respectively, and PDMS_40 has values of 0.95 and 1.0 in chloroform and toluene, respectively, and similar to the expansion ratio, adhesiveness The gel fraction of the polydimethylsiloxane matrix increases as the thermal curing temperature increases, and becomes similar to the polydimethylsiloxane matrix when the thermal curing temperature is 70°C or higher.

폴리디메틸실록산의 가교는 백금(Pt) 촉매를 사용한 하이드로실릴화(hydrosilylation)를 통해 발생한다. 백금 촉매는 가교 결합 반응을 완료하기 위해 폴리디메틸실록산 매트릭스를 통해 확산된다. 백금 촉매는 배위적으로 불포화되기 때문에 트리톤 x-100의 PEG 사슬과 같은 다른 극성 작용기와 복합체를 형성한다. Crosslinking of polydimethylsiloxane occurs through hydrosilylation using a platinum (Pt) catalyst. The platinum catalyst diffuses through the polydimethylsiloxane matrix to complete the crosslinking reaction. Because the platinum catalyst is coordinarily unsaturated, it forms a complex with other polar functional groups, such as the PEG chain of Triton x-100.

또한 트리톤 x-100는 폴리디메틸실록산 매트릭스 내부에 코어-쉘 구조를 형성한다. 따라서, 비극성 작용기가 폴리디메틸실록산 매트릭스 내부의 트리톤 x-100 코어-쉘 구조의 백금 상호 작용 극성 그룹을 둘러싸는 경우, 폴리디메틸실록산 매트릭스에 존재하는 활성 백금 촉매의 양이 고갈된다. In addition, Triton x-100 forms a core-shell structure inside the polydimethylsiloxane matrix. Therefore, when the non-polar functional group surrounds the platinum interacting polar group of the Triton x-100 core-shell structure inside the polydimethylsiloxane matrix, the amount of the active platinum catalyst present in the polydimethylsiloxane matrix is depleted.

따라서 가교 결합 반응은 폴리디메틸실록산에서 이질적으로 가교 결합 된 네트워크를 형성하기 위한 주 메커니즘인 백금 촉매의 비활성화를 통해 폴리디메틸실록산 혼합물에 소량의 트리톤 x-100을 첨가함으로써 저해된다. 트리톤 x-100 분자에 의해, 가교 및 비가교 폴리디메틸실록산으로 구성된 이질적으로 가교 결합 된 네트워크가 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에 형성된다. Therefore, the crosslinking reaction is inhibited by adding a small amount of Triton x-100 to the polydimethylsiloxane mixture through deactivation of the platinum catalyst, which is the main mechanism for forming a heterogeneously crosslinked network in polydimethylsiloxane. By means of Triton x-100 molecules, a heterogeneously crosslinked network composed of crosslinked and non-crosslinked polydimethylsiloxanes is formed in the tacky polydimethylsiloxane matrix.

이러한 복합체형 구조는 영의 계수, 파단 변형률, 점탄성 및 접착력과 같은 기계적 성질을 조절하여 연성(soft) 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 형성하게된다.Such a composite structure forms a soft and tacky polydimethylsiloxane matrix by controlling mechanical properties such as Young's modulus, breaking strain, viscoelasticity and adhesion.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 생체 적합성을 측정하기 위한 세포 생존력을 도시한 그래프 및 섬유 아세포의 광학 현미경 이미지를 도시한 것이고, 도 7c는 섬유 아세포의 흡광도를 도시한 그래프이다. 7A and 7B are graphs showing cell viability for measuring the biocompatibility of an adhesive polydimethylsiloxane matrix according to an embodiment of the present invention and an optical microscope image of fibroblasts, and FIG. 7C is an absorbance of fibroblasts. It is a graph showing.

본 발명의 실시예에 따른 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스(사용된 샘플은 a4-PDMS_40 및 a4-PDMS_70) 및 폴리디메틸실록산 매트릭스(사용된 샘플은 PDMS_40 및 PDMS_70)의 생체 적합성을 측정하기 위한 세포 생존율 및 증식속도는 간접적인 방법으로 분석하였다. 섬유 아세포(L929)를 37 ℃에서 5 % CO2 대기 배양기에서 성장시켰다. 샘플을 에탄올 및 UV 노출로 세정 하였다. 이어서, 샘플을 24-웰(24-well) 플레이트에 넣고, 섬유 아세포 세포를 함유하는 용액 1 ml를 샘플에 뿌렸다. Cell viability and proliferation for measuring the biocompatibility of the adhesive polydimethylsiloxane matrix (a4-PDMS_40 and a4-PDMS_70 in the sample used) and the polydimethylsiloxane matrix (PDMS_40 and PDMS_70 in the sample used) according to an embodiment of the present invention The speed was analyzed by an indirect method. Fibroblasts (L929) were grown in a 5% CO 2 atmosphere incubator at 37°C. Samples were washed with ethanol and UV exposure. Then, the sample was placed in a 24-well plate, and 1 ml of a solution containing fibroblast cells was sprayed onto the sample.

용액의 세포 밀도는 105 cells·ml-1 이었고, 세포 생존력은 CCK-8 키트를 통해 분석하였으며, 흡광도는 마이크로 플레이트 판독기 (VersaMax, Molecular Devices LLC)를 사용하여 450 nm에서 측정 하였다. The cell density of the solution was 105 cells·ml -1 , the cell viability was analyzed by the CCK-8 kit, and the absorbance was measured at 450 nm using a microplate reader (VersaMax, Molecular Devices LLC).

시료의 세포 생존율은 시료 표면에서 성장한 세포의 수와 대조 시료(최상의 조건에서 세포가 자라는 환경)에서 성장한 세포의 수의 비율로 정의되고, 세포 생존율이 80 % 이상이면 표본은 생체 적합성으로 간주된다.The cell viability of a sample is defined as the ratio of the number of cells grown on the surface of the sample to the number of cells grown in a control sample (the environment in which cells grow under the best conditions), and if the cell viability is 80% or more, the sample is considered biocompatible.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 4개의 샘플 즉, 40 ℃에서 열경화된 PDMS_40 및 a4-PDMS_40, 70 ℃에서 열경화된 PDMS_70 및 a4-PDMS_70 모두 80% 이상의 세포 생존율을 가지며 이로부터 트리톤 x-100은 폴리디메틸실록산 매트릭스의 생체 적합성에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 7A and 7B, four samples, that is, PDMS_40 and a4-PDMS_40 thermally cured at 40° C., PDMS_70 and a4-PDMS_70 thermally cured at 70° C. all have a cell viability of 80% or more, from which Triton x- It can be seen that 100 does not affect the biocompatibility of the polydimethylsiloxane matrix.

시료의 세포 생존율은 시료 표면에서 성장한 세포의 수와 대조 시료 (최상의 조건에서 세포가 자라는 환경)에서 성장한 세포의 수의 비율로 정의되고, 세포 생존율이 80 % 이상이면 표본은 생체 적합성으로 간주된다.The cell viability of a sample is defined as the ratio of the number of cells grown on the sample surface to the number of cells grown in a control sample (the environment in which cells grow under the best conditions), and if the cell viability is 80% or more, the sample is considered biocompatible.

도 7c를 참조하면, 트리톤 x-100의 첨가 및 열경화온도를 낮췄을 경우 흡광도가 낮아짐을 알 수 있다. 흡광도는 CCK-8 키트를 사용하여 측정하고, CCK-8 키트가 살아있는 세포의 신호를 감지하기 때문에 세포의 증식 속도에 비례한다. Referring to FIG. 7C, it can be seen that when the addition of Triton x-100 and the thermosetting temperature is lowered, the absorbance is lowered. Absorbance is measured using the CCK-8 kit and is proportional to the rate of cell proliferation because the CCK-8 kit detects signals from living cells.

따라서, 트리톤 x-100의 첨가 및 낮은 열경화온도는 각각 독립적으로 세포의 증식 속도의 감소를 유도하며, 특히 a4-PDMS_40는 다른 샘플보다 세포 증식 속도가 현저하게 낮음을 알 수 있다. 세포가 증식하기 위하여는 세포가 성장할 수 있을 만큼 표면이 부드러워야 하는데, a4-PDMS_40는 표면 거칠기가 높아서 낮은 세포 증식 속도를 갖는다. Therefore, it can be seen that the addition of Triton x-100 and the low heat curing temperature independently induces a decrease in the cell proliferation rate, and in particular, a4-PDMS_40 has a significantly lower cell proliferation rate than other samples. In order for cells to proliferate, the surface must be smooth enough for cells to grow, but a4-PDMS_40 has a low cell proliferation rate due to its high surface roughness.

도 8는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극의 광투과율을 도시한 그래프이다.8 is a graph showing the light transmittance of an adhesive transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 은 나노와이어가 임베디드 되어 있고, 40 ℃에서 열경화된 0.4 중량%의 트리톤 x-100을 포함하는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 기반으로 하는 점착성 투명전극은 표면 저항(RS)이 35 Ω·sq-1이고, 광투과율은 약 75%인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, the adhesive transparent electrode based on the adhesive polydimethylsiloxane matrix containing 0.4% by weight of Triton x-100, which has silver nanowires embedded and heat-cured at 40°C, has surface resistance (R S ) It can be seen that this is 35 Ω·sq -1 and the light transmittance is about 75%.

도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극의 신축성을 평가하기 위하여 신축성 테스트를 수행한 결과를 도시한 그래프이고, 도 9b 내지 도 9e는 스트레칭 전후의 전계방사형-주사전자현미경(FE-SEM, Field Emission-Scanning Electron Microscopy) 이미지를 도시한 것이다.9A is a graph showing the results of performing an elasticity test to evaluate the elasticity of an adhesive transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 9B to 9E are It shows a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM, Field Emission-Scanning Electron Microscopy) image before and after stretching.

신축성 테스트를 수행하기 위하여 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명 전극(PDMS_40NW) 및 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스인 a4-PDMS_40 기반의 투명 전극(a4-PDMS_40NW) 샘플을 사용하였고, 12.5%의 변형률로 500 사이클(cycle) 동안 수행되었다.To perform the elasticity test, samples of a transparent electrode based on a polydimethylsiloxane matrix (PDMS_40NW) and a transparent electrode based on a4-PDMS_40 (a4-PDMS_40NW), an adhesive polydimethylsiloxane matrix, were used, and 500 cycles at a strain rate of 12.5% ).

a3-PDMS_40 기반의 투명 전극(a3-PDMS_40NW) 샘플은 표면 저항이 투명 전극에 적용하기에는 너무 높기 때문에 a4-PDMS_40NW 샘플만 사용하였다.The a3-PDMS_40-based transparent electrode (a3-PDMS_40NW) sample was used only for the a4-PDMS_40NW sample because the surface resistance was too high to be applied to the transparent electrode.

도 9a를 참조하면, a4-PDMS_40NW의 표면 저항의 비(R/R0)는 100 사이클 후에 0.8로 감소하고, 500 사이클 후에는 0.94에 도달함을 알 수 있다. 반면에, PDMS_40NW의 표면 저항의 비는 계속 증가하다가, 500 사이클 후에 1.5에 도달함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9A, it can be seen that the ratio (R/R 0 ) of the surface resistance of a4-PDMS_40NW decreases to 0.8 after 100 cycles and reaches 0.94 after 500 cycles. On the other hand, it can be seen that the ratio of the surface resistance of PDMS_40NW continues to increase and reaches 1.5 after 500 cycles.

도 9b를 참조하면, PDMS_40NW는 주기적인 신축성 테스트 전에도 은 나노와이어의 박리가 심함을 관찰할 수 있고, 도 9c를 참조하면, 은 나노와이어가 주기적인 신축성 테스트 후(도 9c)에 파단된 것을 알 수 있다(붉은 점선). 이로부터, 폴리디메틸실록산 매트릭스와 은 나노와이어 사이의 접착력이 낮기 때문에 은 나노와이어가 폴리디메틸실록산 매트릭스에 잘 매립되지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9B, it can be observed that the peeling of the silver nanowires is severe even before the periodic elasticity test in the PDMS_40NW. Referring to FIG. 9C, it can be seen that the silver nanowires are broken after a periodic elasticity test (Fig. 9c). Yes (red dotted line). From this, it can be seen that since the adhesion between the polydimethylsiloxane matrix and the silver nanowires is low, the silver nanowires are not well embedded in the polydimethylsiloxane matrix.

반면에, 도 9d를 참조하면, a4-PDMS_40NW는 AgNW의 박리를 보이지 않음을 알 수 있고, 도 9e를 참조하면, 주기적인 신축성 테스트 후 골절되지 않았으며 이로부터 a4-PDMS_40NW는 AgNW와 PDMS_40NW보다 접착력이 우수함을 나타낸다.On the other hand, referring to FIG. 9D, it can be seen that a4-PDMS_40NW does not show peeling of AgNW, and referring to FIG. 9E, a4-PDMS_40NW did not fracture after a periodic elasticity test. This shows excellence.

트리톤 x-100의 PEG사슬이 은 나노와이어와의 정전기적 상호작용에 참여할 수 있기 때문에, a4-PDMS_40과 은 나노와이어 사이의 접착력은 PDMS_40과 은 나노와이어 사이의 접착력보다 높다. Since the PEG chain of Triton x-100 can participate in electrostatic interactions with silver nanowires, the adhesion between a4-PDMS_40 and silver nanowires is higher than that between PDMS_40 and silver nanowires.

a4-PDMS_40과 은 나노와이어 사이의 접착성이 좋기 때문에 a4-PDMS_40NW 전극의 신축성이 향상되었다. 100 회 연신 후 표면 저항의 비가 감소한 다른 이유는 연신 방향을 따라 은 나노와이어의 정렬이 변화했기 때문이다. 다른 연구자들의 이전 연구에 따르면, 은 나노와이어 기계적 스트레칭중에 신축 방향을 따라 정렬될 수 있다.Since the adhesion between a4-PDMS_40 and silver nanowires is good, the elasticity of the a4-PDMS_40NW electrode is improved. Another reason why the ratio of surface resistance decreased after stretching 100 times is that the alignment of the silver nanowires changed along the stretching direction. According to previous work by other researchers, silver nanowires can be aligned along the stretch direction during mechanical stretching.

은 나노와이어 및 a4-PDMS_40 사이의 접착력은 트리톤 x-100 으로 인해 강하기 때문에 a4-PDMS_40에 삽입된 은 나노와이어는 주기적 스트레칭 중에 연신 방향을 따라 정렬 할 수 있다. Since the adhesion between the silver nanowire and a4-PDMS_40 is strong due to Triton x-100, the silver nanowire inserted in the a4-PDMS_40 can be aligned along the stretching direction during periodic stretching.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극을 변형센서 및 ECG 센서에 적용하였을 경우의 특성에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, characteristics when the adhesive transparent electrode based on the adhesive polydimethylsiloxane matrix in which silver nanowires are embedded according to an embodiment of the present invention are applied to a strain sensor and an ECG sensor will be described.

도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서를 손목에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이고, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서를 손목에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이다.FIG. 10A is a photograph illustrating a case of attaching a deformation sensor to a wrist to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 10B is A picture of a case where a deformation sensor to which a polydimethylsiloxane matrix-based adhesive transparent electrode (PDMS_40NW) is applied is attached to a wrist according to an embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, a4-PDMS_40NW는 피부와 완벽하게 컨포멀(conformal)한 접촉을 보여주었으며, 10회의 손목의 반복적인 굽힘(bent) 운동(도 10a의 세 번째 이미지)에 의하여도 박리되지 않음을 알 수 있다. 그러나, PDMS_40NW는 첫 번째 굽힘 운동(도 10b의 두 번째 이미지)시에도 변형 센서가 피부에서 박리됨을 알 수 있다.10A and 10B, a4-PDMS_40NW showed a perfectly conformal contact with the skin, and was also shown by repeated bending motions of the wrist 10 times (the third image in FIG. 10A). It can be seen that it does not peel off. However, in PDMS_40NW, it can be seen that the deformation sensor peels off the skin even during the first bending motion (the second image in FIG. 10B).

도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 변형 센서의 상대 저항 변화를 도시한 그래프이다.Figure 10c is a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires and a transparent electrode (PDMS_40NW) based on a polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the relative resistance change of the applied strain sensor.

도 10c를 참조하면, a4-PDMS_40NW는 동일하게 적용된 변형에 대해 PDMS_40NW보다 큰 전기 저항 변화를 나타냄을 알 수 있고, 이것은 a4-PDMS_40NW의 감도가 고정된 변형에서 PDMS_40NW의 감도보다 상당히 높다는 것을 알 수 있다. 이 차이는 PDMS_40NW에 비해 a4-PDMS_40NW의 피부에 대한 높은 순응성과 신축성으로 인하여 발생한 것이다. Referring to FIG. 10C, it can be seen that a4-PDMS_40NW exhibits a greater change in electrical resistance than PDMS_40NW for the same applied strain, and it can be seen that the sensitivity of a4-PDMS_40NW is significantly higher than that of PDMS_40NW in a fixed strain. . This difference is due to the high conformability and elasticity of a4-PDMS_40NW to the skin compared to PDMS_40NW.

또한 도 10c에 도시된 바와 같이 a4-PDMS_40NW을 적용한 변형 센서는 낮은 히스테리시스를 나타내며 상대 저항 변화 (ΔR·R0 -1)가 손목의 주기적 굽힘 동안 0으로 유지된다. In addition, as shown in FIG. 10C, the strain sensor to which a4-PDMS_40NW is applied exhibits low hysteresis, and the relative resistance change (ΔR·R 0 -1 ) is maintained at zero during periodic bending of the wrist.

그러나 PDMS_40NW을 적용한 변형 센서는 변형률 센서의 성능을 크게 저하시키는 높은 히스테리시스 특성을 나타내고, 스트레이트(straight) 상태의 ΔR·R0 -1비는 손목의 다중 벤딩 사이클 동안 연속적으로 증가한다.However, the strain sensor with PDMS_40NW exhibits a high hysteresis characteristic that greatly degrades the performance of the strain sensor, and the ΔR·R 0 -1 ratio in the straight state increases continuously during multiple bending cycles of the wrist.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서를 각각 팔에 부착하였을 경우의 사진을 도시한 것이고, 도 11d는 ECG 센서를 이용하여 측정한 피부 임피던스(Impedance)를 도시한 그래프이다.11A to 11C are an adhesive polydimethylsiloxane matrix-based transparent electrode (a4-PDMS_40NW) embedded with silver nanowires and a polydimethylsiloxane matrix-based adhesive transparent electrode embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention ( PDMS_40NW) is a photograph of an ECG sensor applied to each arm attached to each arm, and FIG. 11D is a graph showing skin impedance measured using the ECG sensor.

도 11a를 참조하면 피부 임피던스를 측정하기 위하여 a4-PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서를 3cm의 간격을 두고 팔에 부착하였으며 센서가 들뜸이 없이 팔에 잘 부착되어 있음을 알 수 있다. 또한 아래에 도시된 이미지를 살펴보면, 다른 각도에서 살펴보았을 때 센서가 들뜸이 없이 팔에 잘 부착되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 11A, in order to measure skin impedance, an ECG sensor to which a4-PDMS_40NW was applied was attached to the arm at an interval of 3 cm, and it can be seen that the sensor was well attached to the arm without lifting. Also, looking at the image shown below, it can be seen that the sensor is well attached to the arm without lifting when viewed from a different angle.

반면, 도 11b를 참조하면, PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서를 접착 테이프 없이 부착한 경우에는 피부와의 접착이 좋지 않아 쉽게 박리됨을 알 수 있다. 따라서 피부와의 접착력을 향상시키기 위하여 도 11c와 같이 PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서를 접착 테이프를 이용하여 부착하였다.On the other hand, referring to FIG. 11B, it can be seen that when the ECG sensor to which the PDMS_40NW is applied is attached without an adhesive tape, it is easily peeled off due to poor adhesion to the skin. Therefore, in order to improve the adhesion with the skin, the ECG sensor to which PDMS_40NW was applied was attached using an adhesive tape as shown in FIG. 11C.

도 11d를 참조하면, PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서의 경우는, 피부와의 접착력이 좋지않아 낮은 순응도가 나타남에 따라 피부 임피던스가 매우 높게 나타남을 알 수 있다. Referring to FIG. 11D, in the case of the ECG sensor to which PDMS_40NW is applied, it can be seen that the skin impedance is very high as the adhesion with the skin is poor and the degree of compliance is low.

따라서, 피부와의 접착력이 좋지 않은 PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서를 접착 테이프를 이용하여 부착한 경우에는 피부와의 접착력이 높아지게 되므로, 접착 테이프를 이용하지 않은 경우보다 피부 임피던스가 낮게 나타남을 알 수 있다.Therefore, when the ECG sensor to which the PDMS_40NW is applied, which has poor adhesion to the skin, is attached using an adhesive tape, the adhesion to the skin increases, so it can be seen that the skin impedance is lower than when the adhesive tape is not used.

또한, a4-PDMS_40NW 를 적용한 ECG 센서의 경우는, PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서 및 접착 테이프를 이용하여 부착한 ECG 센서보다 피부 임피던스가 낮게 나타남을 알 수 있다.In addition, in the case of an ECG sensor to which a4-PDMS_40NW is applied, it can be seen that the skin impedance is lower than that of the ECG sensor to which PDMS_40NW is applied and an ECG sensor attached using an adhesive tape.

이로부터, ECG 신호를 기록할 경우, 피부와의 접착력이 매우 중요함을 알 수 있다. From this, when recording an ECG signal, it can be seen that adhesion with the skin is very important.

도 11e는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 피부에서 분리한 경우의 사진를 도시한 것이다. FIG. 11E is a photograph illustrating a case where a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is separated from the skin.

도 11e를 참조하면, a4-PDMS_40NW를 피부에서 분리한 후에도 피부 상에 잔류물이 남아있지 않음을 알 수 있고, 피부 상의 잔류물로 인한 피부 자극이나 알레르기 반응을 일으키지 않아 ECG 센서의 적용시 유리함을 알 수 있다.Referring to FIG. 11E, it can be seen that no residues remain on the skin even after separating a4-PDMS_40NW from the skin, and it is advantageous when applying the ECG sensor because it does not cause skin irritation or allergic reactions due to residues on the skin. Able to know.

도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서의 전극 위치를 도시한 것이고, 도 12b 내지 도 12e는 ECG 센서로 측정한 심전도 신호를 도시한 그래프이다. 12A is a view showing the electrode position of an ECG sensor to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 12B to 12E are ECG sensors It is a graph showing the ECG signal measured by.

심전도 신호를 측정하기 위하여, 상용 젤(gel), 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서를 사용하였다.To measure the ECG signal, a commercial gel, an adhesive transparent electrode based on a polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires (PDMS_40NW), and a transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires (a4- PDMS_40NW) was applied to the ECG sensor.

도 12a에 도시된 바와 같이 가슴의 오른쪽, 가슴의 왼쪽 및 흉곽의 오른쪽 아래에 3개의 전극을 부착하여 심전도를 측정하였다.As shown in FIG. 12A, three electrodes were attached to the right side of the chest, the left side of the chest, and the lower right side of the rib cage to measure the electrocardiogram.

도 12b 및 도 12c를 참조하면, 도 12b에 도시된 바와 같이 상용 젤 기반의 투명전극을 적용한 ECG 센서를 사용한 경우와 비교하였을때, 도 12c에 도시된 바와 같이 PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서의 경우 일부 신호에서 낮은 신호 잡음 및 구별 가능한 P파가 관찰 되지 않을 정도로 심각한 노이즈를 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIGS. 12B and 12C, when compared with the case of using an ECG sensor to which a commercial gel-based transparent electrode is applied as shown in FIG. 12B, some signals in the case of an ECG sensor to which PDMS_40NW is applied as shown in FIG. 12C It can be seen that low signal noise and significant noise are not observed in the P-wave.

도 12d를 참조하면, PDMS_40NW 및 피부의 접촉을 개선하기 위하여 부착 테이프를 사용한 ECG 센서의 경우 도 12c에 도시된 PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서와 비교하였을 때보다 ECG 신호의 노이즈가 약간 줄어들었으나, 여전히 신호 잡음이 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 12D, in the case of an ECG sensor using an adhesive tape to improve contact between the PDMS_40NW and the skin, the noise of the ECG signal was slightly reduced compared to the ECG sensor to which the PDMS_40NW shown in FIG. 12C was applied, but still signal noise. You can see that there is this.

도 12e를 참조하면, a4-PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서는 도 12b에 도시된 상용 젤 기반의 투명 전극을 적용한 ECG 센서와 비교하였을 때 ECG 신호의 노이즈가 훨씬 적게 나타남을 알 수 있다.Referring to FIG. 12E, it can be seen that the ECG sensor to which a4-PDMS_40NW is applied has much less noise of the ECG signal when compared to the ECG sensor to which the commercial gel-based transparent electrode shown in FIG. 12B is applied.

도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서의 전극 위치를 도시한 것이고, 도 13b 내지 도 13d는 ECG 센서로 측정한 심전도 신호를 도시한 그래프이다.13A to 13D show electrode positions of an ECG sensor to which a transparent electrode (a4-PDMS_40NW) based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires according to an embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 13B to 13D Is a graph showing an ECG signal measured by an ECG sensor.

심전도 신호를 측정하기 위하여, 상용 젤(gel), 은 나노와이어가 임베디드된 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 점착성 투명전극(PDMS_40NW) 및 은 나노와이어가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스 기반의 투명전극(a4-PDMS_40NW)을 적용한 ECG 센서를 사용하였다.To measure the ECG signal, a commercial gel, an adhesive transparent electrode based on a polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires (PDMS_40NW), and a transparent electrode based on an adhesive polydimethylsiloxane matrix embedded with silver nanowires (a4- PDMS_40NW) was applied to the ECG sensor.

또한, PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서의 경우 피부와의 접촉을 개선하기 위하여 부착 테이프를 사용하였다.In addition, in the case of the ECG sensor to which PDMS_40NW was applied, an attachment tape was used to improve contact with the skin.

도 13a에 도시된 바와 같이 양 팔 및 왼쪽 발목에 3개의 전극을 부착하여 심전도를 측정하였다.As shown in FIG. 13A, three electrodes were attached to both arms and left ankles to measure ECG.

도 13b 내지 도 13d를 참조하면, 전극과 심장 사이의 거리로 인하여, ECG센서가가슴에 부착된 경우(도 12b 내지 도 12e 참조)보다 ECG 신호의 노이즈가 크게 나타남을 알 수 있다.13B to 13D, due to the distance between the electrode and the heart, it can be seen that the noise of the ECG signal is larger than that when the ECG sensor is attached to the chest (see FIGS. 12B to 12E).

도 13c를 참조하면, PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서는 피부와의 접촉력을 개선하기 위하여 접촉 테이프를 사용하였음에도 불구하고 ECG 신호의 노이즈가 매우 심하게 나타났으며, 이는 팔 피부와의 접촉이 매우 약하다는 것을 알 수 있다.13C, the ECG sensor to which the PDMS_40NW was applied, despite the use of a contact tape to improve the contact force with the skin, showed very severe noise of the ECG signal, which indicates that the contact with the arm skin is very weak. I can.

도 13d를 참조하면, a4-PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서는 상용 젤 기반의 투명전극을 적용한 ECG 센서와 유사하게 명확하고 안정적인 ECG 신호를 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 13D, it can be seen that the ECG sensor to which a4-PDMS_40NW is applied shows a clear and stable ECG signal similar to the ECG sensor to which a commercial gel-based transparent electrode is applied.

a4-PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서의 경우 피부와의 높은 순응성 및 임베디드 되어있는 은 나노와이어의 높은 전기 전도도때문에 신호의 노이즈가 낮게 나타남을 알 수 있다. In the case of the ECG sensor with a4-PDMS_40NW applied, it can be seen that the signal noise is low due to the high compliance with the skin and the high electrical conductivity of the embedded silver nanowire.

a4-PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서는 PDMS_40NW를 적용한 ECG 센서보다 피부에 대한 점착력이 높으며, 상용 젤 기반의 투명전극을 적용한 ECG 센서보다 생체 적합성이 상당히 향상되었음을 알 수 있다.It can be seen that the ECG sensor applied with a4-PDMS_40NW has higher adhesion to the skin than the ECG sensor applied with PDMS_40NW, and has significantly improved biocompatibility compared to the ECG sensor applied with a commercial gel-based transparent electrode.

상기에서 살펴본 바와 같이 비이온성 계면활성제를 포함하는 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에 은 나노 와이어 네트워크가 임베디드 되어있는 투명전극은 표피 바이오 센서로 응용하기 위하여 순응성이 매우 높음을 알 수 있다. As described above, it can be seen that a transparent electrode in which a silver nanowire network is embedded in an adhesive polydimethylsiloxane matrix containing a nonionic surfactant has very high compliance for application as a skin biosensor.

이는, 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 접착성, 컴플라이언스(compliance) 및 점탄성 등과 같은 기계적 특성을 향상시킴으로서 전극의 순응성이 향상되었음을 알 수 있다. It can be seen that the conformability of the electrode is improved by improving mechanical properties such as adhesion, compliance, and viscoelasticity of the tacky polydimethylsiloxane matrix.

상기와 같은 기계적 특성은 경화온도 조절 및 비이온성 계면활성제인 트리톤 x-100을 첨가함으로써, 폴리디메틸실록산 경화제에 존재하는 백금(Pt) 촉매 및 트리톤 x-100에 존재하는 극성 작용기의 상호 작용으로 인하여 폴리디메틸실록산의 가교 반응(crosslinking reaction)이 저해(hindering)됨에 따라 향상될 수 있다. The mechanical properties as described above are due to the interaction of the platinum (Pt) catalyst present in the polydimethylsiloxane curing agent and the polar functional groups present in Triton x-100 by controlling the curing temperature and adding Triton x-100, a nonionic surfactant. It can be improved as the crosslinking reaction of polydimethylsiloxane is hindered.

또한, 본 발명에 따른 투명 전극을 적용한 센서의 경우 EMG, EEG 및 포도당과 같이 다양한 생체 신호의 검출 감도를 크게 향상시킬 수 있으며, 바이오 센서 외에도 마찰 전기 나노 발전기, 광전자 장치, 투명 박막 히터 및 무선 안테나와 같은 다양한 착용형 전자 장치의 전극 재료로 사용될 수 있다.In addition, in the case of the sensor to which the transparent electrode according to the present invention is applied, the detection sensitivity of various biological signals such as EMG, EEG and glucose can be greatly improved. It can be used as an electrode material for various wearable electronic devices such as.

이와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from the above description are provided for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Transformation is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by the claims to be described later as well as equivalents to the claims.

Claims (9)

기판; 및
상기 기판 상에 증착되는 은(Ag) 나노와이어 네트워크가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산(PDMS) 매트릭스를 포함하고,
상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는 폴리디메틸실록산 주제(base) 및 폴리디메틸실록산 경화제를 포함하는 폴리디메틸실록산 및 비이온성 계면활성제를 포함하며,
상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는 상기 비이온성 계면활성제에 의해 가교 및 비가교 폴리디메틸실록산으로 이루어져 이질적으로 가교 결합된 것을 특징으로 하고,
상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는,
상기 은 나노와이어 네트워크가 코팅된 상기 기판 상에 분산액을 3 rpm 내지 400 rpm 으로 15 초 내지 30 초 동안 스핀 코팅을 통하여 코팅한 후 40 ℃내지 50 ℃에서 9 시간 내지 11 시간 동안 열경화하여 형성되고,
상기 분산액은 상기 폴리디메틸실록산 주제, 상기 폴리디메틸실록산 경화제 및 상기 비이온성 계면활성제로서 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜을 10 : 1 : 0.03 에서 10 : 1 : 0.05 의 중량비로 혼합하여 제조되고, 상기 폴리디메틸실록산 주제, 상기 폴리디메틸실록산 경화제는 10 : 1의 비율로 고정되는 것을 특징으로 하는 점착성 투명 전극.
Board; And
A silver (Ag) nanowire network deposited on the substrate includes an embedded adhesive polydimethylsiloxane (PDMS) matrix,
The tacky polydimethylsiloxane matrix comprises a polydimethylsiloxane including a polydimethylsiloxane base and a polydimethylsiloxane curing agent and a nonionic surfactant,
The tacky polydimethylsiloxane matrix is composed of crosslinked and non-crosslinked polydimethylsiloxane by the nonionic surfactant, and is heterogeneously crosslinked,
The tacky polydimethylsiloxane matrix,
The dispersion liquid is coated on the substrate coated with the silver nanowire network at 3 rpm to 400 rpm for 15 seconds to 30 seconds through spin coating and then thermally cured at 40° C. to 50° C. for 9 hours to 11 hours. ,
The dispersion contains 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol as the polydimethylsiloxane base, the polydimethylsiloxane curing agent, and the nonionic surfactant from 10:1:0.03 to 10:1 : It is prepared by mixing at a weight ratio of 0.05, wherein the polydimethylsiloxane base material and the polydimethylsiloxane curing agent are fixed at a ratio of 10:1.
제1항에 있어서,
상기 폴리디메틸실록산 경화제에 존재하는 백금(Pt) 촉매 및 상기 비이온성 계면활성제에 존재하는 극성 작용기의 상호 작용으로 인하여 상기 폴리디메틸실록산의 가교 반응(crosslinking reaction)이 저해(hindering)되고, 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스의 기계적 특성이 향상되는 것을 특징으로 하는 점착성 투명전극.
The method of claim 1,
Due to the interaction of the platinum (Pt) catalyst present in the polydimethylsiloxane curing agent and the polar functional group present in the nonionic surfactant, the crosslinking reaction of the polydimethylsiloxane is hindered, and the adhesive poly Adhesive transparent electrode, characterized in that the mechanical properties of the dimethylsiloxane matrix are improved.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제에 존재하는 극성 작용기 및 은 나노와이어 네트워크에 존재하는 극성 작용기 사이의 상호작용으로 인하여 상기 은 나노와이어 네트워크가 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스에 임베디드 되는 것을 특징으로 하는 점착성 투명 전극.
The method of claim 1,
An adhesive transparent electrode, characterized in that the silver nanowire network is embedded in the adhesive polydimethylsiloxane matrix due to the interaction between the polar functional group present in the nonionic surfactant and the polar functional group present in the silver nanowire network.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제는 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜, 지방 알코올-폴리옥시에틸렌 에테르(fatty alcohol-polyoxyethylene ether), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters), 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르(polyoxyethylene faty acid ester), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르(polyoxyethylene alkylether), 소르비탄에스테르(sorbitan esters), 글리세릴 에스테르(glyceryl esters), 글리세롤 모노스테아레이트(glyceryl monostearate), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜 에스테르(polypropylene glycol esters), 세틸 알코올(cetyl alcohol), 세토스테아릴 알코올(cetostearyl alcohol), 스테아릴 알코올(stearyl alcohol) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 점착성 투명 전극.
The method of claim 1,
The nonionic surfactant is 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol, fatty alcohol-polyoxyethylene ether, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester (polyoxyethylene). sorbitan fatty acid esters), polyoxyethylene faty acid ester, polyoxyethylene alkylether, sorbitan esters, glyceryl esters, glyceryl monostearate monostearate), polyethylene glycol, polypropylene glycol, polypropylene glycol esters, cetyl alcohol, cetostearyl alcohol, stearyl alcohol ) At least one of the adhesive transparent electrode, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제는 0.3중량% 내지 0.4중량%의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 점착성 투명 전극.
The method of claim 1,
The nonionic surfactant is an adhesive transparent electrode, characterized in that it has a weight ratio of 0.3% to 0.4% by weight.
기판 상에 은 나노와이어 네트워크를 형성하는 단계;
상기 은 나노와이어 네트워크가 형성된 상기 기판 상에 폴리디메틸실록산 주제, 폴리디메틸실록산 경화제 및 비이온성 계면활성제를 포함하는 분산액을 코팅하는 단계; 및
상기 은 나노와이어 네트워크가 형성된 상기 기판 상에 코팅된 분산액을 열경화시켜 상기 은 나노와이어 네트워크가 임베디드된 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스는 상기 비이온성 계면활성제에 의해 가교 및 비가교 폴리디메틸실록산으로 이루어져 이질적으로 가교 결합되고,
상기 은 나노와이어 네트워크가 코팅된 상기 기판 상에 분산액을 3 rpm 내지 400 rpm 으로 15 초 내지 30 초 동안 스핀 코팅을 통하여 코팅한 후 40 ℃내지 50 ℃에서 9 시간 내지 11 시간 동안 열경화하여 형성되고,
상기 분산액은 상기 폴리디메틸실록산 주제, 상기 폴리디메틸실록산 경화제 및 상기 비이온성 계면활성제로서 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜을 10 : 1 : 0.03 에서 10 : 1 : 0.05 의 중량비로 혼합하여 제조되고, 상기 폴리디메틸실록산 주제, 상기 폴리디메틸실록산 경화제는 10 : 1의 비율로 고정되는 것을 특징으로 하는 점착성 투명전극의 제조 방법.
Forming a silver nanowire network on the substrate;
Coating a dispersion comprising a polydimethylsiloxane base material, a polydimethylsiloxane curing agent, and a nonionic surfactant on the substrate on which the silver nanowire network is formed; And
Forming an adhesive polydimethylsiloxane matrix in which the silver nanowire network is embedded by thermally curing the dispersion solution coated on the substrate on which the silver nanowire network is formed
Including,
The adhesive polydimethylsiloxane matrix is composed of crosslinked and non-crosslinked polydimethylsiloxane by the nonionic surfactant, and is heterogeneously crosslinked,
The dispersion liquid is coated on the substrate coated with the silver nanowire network at 3 rpm to 400 rpm for 15 seconds to 30 seconds through spin coating and then thermally cured at 40° C. to 50° C. for 9 hours to 11 hours. ,
The dispersion contains 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol as the polydimethylsiloxane base, the polydimethylsiloxane curing agent, and the nonionic surfactant from 10:1:0.03 to 10:1 : It is prepared by mixing at a weight ratio of 0.05, the polydimethylsiloxane main body, the polydimethylsiloxane curing agent is fixed at a ratio of 10:1.
제6항에 있어서,
상기 기판으로부터 상기 은 나노와이어 네트워크가 임베디드된 상기 점착성 폴리디메틸실록산 매트릭스를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점착성 투명 전극의 제조 방법.
The method of claim 6,
The method of manufacturing an adhesive transparent electrode, further comprising the step of separating the adhesive polydimethylsiloxane matrix in which the silver nanowire network is embedded from the substrate.
제6항에 있어서,
상기 기판 상에 나노와이어 네트워크를 형성하는 단계는
상기 기판 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하는 단계; 및
상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 상기 기판을 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점착성 투명전극의 제조 방법.
The method of claim 6,
The step of forming a nanowire network on the substrate
Coating a silver nanowire solution on the substrate; And
And annealing the substrate coated with the silver nanowire solution.
제8항에 있어서,
상기 은 나노와이어 용액이 코팅된 상기 기판은 100 ℃내지 180 ℃에서 5분 내지 20분 동안 어닐링 하는 것을 특징으로 하는 점착성 투명전극의 제조 방법.
The method of claim 8,
The method of manufacturing an adhesive transparent electrode, characterized in that the substrate coated with the silver nanowire solution is annealed at 100° C. to 180° C. for 5 to 20 minutes.
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