KR102237353B1 - 신축성 전극용 전도성 잉크 및 이를 이용한 신축성 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신축성 전극용 전도성 잉크 및 이를 이용한 신축성 전극에 관한 것으로 금속 전도체, 신축성 고분자, 소수성 용매, 계면활성제 및 물을 포함함으로써, 다공성 구조의 전도성 잉크층을 형성하여 높은 신축성뿐만 아니라 우수한 전도성을 보인다.

Description

신축성 전극용 전도성 잉크 및 이를 이용한 신축성 전극{Conductive ink and stretchable electrode using the same}

본 발명은 다공성 구조의 전도성 잉크층을 형성하여 높은 신축성뿐만 아니라 우수한 전도성을 보이는 전도성 잉크 및 이를 이용한 신축성 전극에 관한 것이다.

마이크로 전자장치, 의학장치 및 웨어러블 전기소재 등의 다양한 다기능성 전자장치에 대한 소비자들의 욕구를 충족시키기 위하여, 더 작고, 얇으며, 가벼우면서, 신축성이 있는 물질을 개발하는데 많은 관심이 모여졌다.

신축성이 있는 전자장치는 옷감, 장기 또는 피부와 같은 곡면에 잘 부착되어, 표피 및 웨어러블 장치, 부드러운 로봇 및 임플란트에 널리 사용될 수 있다.

최근 유연하면서 내구성이 우수한 전기 전도성 섬유(실, 직물 등 다양)를 이용한 생체 신호 취득을 위한 전극개발 사례가 늘고 있다.

대한민국 등록특허 제1010810호에 따르면, 피부에 밀착 가능한 직물-전극이 개시되어 있다. 상기 기술은 전도성 실을 이랑뜨기 구조(ribbed knit)로 엮어 인장 가능한 전극을 구현하였는데, 상기 전극을 탄성이 있는 의류의 안쪽에 위치시키면 착용자가 해당 의류를 착용시 전극이 착용자의 피부에 잘 밀착된다. 반면에, 여성, 남성, 아동 등 체형에 꼭 맞는 의류를 각각 구매해야 하며, 꽉 조이는 의류 착용을 꺼리는 노인과 환자에게는 적합하지 않은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 신축성 장치를 많이 이용하는데, 상기 신축성이 있는 장치의 대부분은 두 부분, 즉 활성(전도성)층과 기판을 포함한다. 상기 기판은 실리콘 고무, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리우레탄 폴리머, 수백 밀리 파스칼 또는 메가 파스칼 범위의 모듈러스로 이루어진 불소 고무로 구성된다.

상기 신축성이 있는 장치의 착용 쾌적성은 기판의 탄성 계수를 낮춤으로써 증가될 수 있다.

유기 기반의 신축성 도체(폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌설포 네이트; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrenesulfonate)(PEDOT : PSS) 또는 하이드로겔과 같은 탄소계 재료를 통합하기 위한 많은 시도가 최근 시도되어왔으며, 몇몇 그룹은 신축성이 있는 전도성 물질에 대한 유망한 과학적 방법을 제안하였다.

구체적으로, Electron Device Lett. 2011, 32, 1424에는 폴리우레탄 기판에 Ag 플레이크-폴리우레탄 잉크를 사용하여 2.4 Ωcm에서 최대 600 %의 신축성을 보이는 기술이 개시되어 있다.

또한, Nat. Mater. 2017, 16, 834에는 불소 고무에서 Ag 플레이크로부터 은 나노입자의 동일 반응계 형성을 통해 400% 변형에서 935 S cm-1의 높은 전도성을 갖는 인쇄 가능한 도체가 개시되어 있다.

대한민국 등록특허 제1010810호

Electron Device Lett. 2011, 32, 1424 Nat. Mater. 2017, 16, 834

본 발명의 목적은 다공성 구조의 전도성 잉크층을 형성하여 높은 신축성뿐만 아니라 우수한 전도성을 보이는 전도성 잉크를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전도성 잉크를 이용한 신축성 전극을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 신축성 전극을 포함하는 전자장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전도성 잉크를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 신축성 전극을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신축성 전극용 전도성 잉크는 금속 전도체, 신축성 고분자, 소수성 용매, 계면활성제 및 물을 포함할 수 있다.

상기 전도성 잉크는 금속 전도체 100 중량부에 대하여 신축성 고분자 10 내지 35 중량부, 소수성 용매 15 내지 50 중량부, 계면활성제 1 내지 20 중량부 및 물 1 내지 10 중량부로 함유될 수 있다.

상기 금속 전도체는 두께 및 길이가 각각 1 내지 4 ㎛인 플레이크(flake) 형상일 수 있다.

상기 플레이크는 가로길이 및 세로길이가 1 : 1-3의 길이비로 형성될 수 있다.

상기 금속 전도체는 은 플레이크, 금 플레이크, 구리 플레이크 및 철 플레이크로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 신축성 고분자는 에코플렉스(ecoflex), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 소수성 용매는 메틸이소부틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 계면활성제는 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피롤(polypyrole) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 신축성 전극은 하이드로겔층; 상기 하이드로겔층 상면에 형성된 탄성층; 및 상기 탄성층 상면에 상기 전도성 잉크가 형성된 전도성 잉크층;을 포함할 수 있다.

상기 탄성층의 두께는 10 내지 40 ㎛일 수 있다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자장치는 상기 신축성 전극을 포함할 수 있다.

상기 전자장치는 웨어러블 장치, 표피장치 또는 로봇일 수 있다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신축성 전극용 전도성 잉크를 제조하는 방법은 (A) 금속 전도체, 신축성 고분자 및 소수성 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; (B) 계면활성제 및 물을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 (C) 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합하여 전도성 잉크를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신축성 전극을 제조하는 방법은 (i) 탄성층을 벤조페논 용액에 침지시켜 표면을 처리하는 단계; (ⅱ) 상기 표면처리된 탄성층에 하이드로겔을 도포한 후 경화시켜 탄성층/하이드로겔층을 형성시키는 단계; (ⅲ) 테플론 기판에 상기 전도성 잉크를 도포하여 전도성 잉크층을 형성하는 단계; (ⅳ) 상기 테플론 기판으로부터 상기 전도성 잉크층을 테이프로 분리시키는 단계; (ⅴ) 상기 테이프에 부착된 전도성 잉크층을 상기 (ⅱ)에서 경화된 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 부착하는 단계; 및 (ⅵ) 상기 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 형성된 테이프에 부착된 전도성 잉크층에서 상기 테이프를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 (ⅱ)단계에서 경화는 UV/O3로 수행될 수 있다.

상기 (ⅲ)단계에서 상기 전도성 잉크를 도포한 후 50 내지 70 ℃에서 30 내지 90분 동안 1차 열처리한 다음 100 내지 120 ℃에서 80 내지 120분 동안 2차 열처리한 후 130 내지 140 ℃에서 80 내지 120분 동안 3차 열처리를 수행하여 다공성의 전도성 잉크층을 형성할 수 있다.

본 발명은 전도 경로를 형성하기 위한 평평한 구조와 달리 신축성 전극 전체에 다공성 구조의 전도성 잉크층을 형성함으로써, 높은 신축성과 전도성을 가진 신축성 전극을 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 신축성 전극을 나타낸 개략도이며; 도 1b는 본 발명의 전도성 잉크의 구성요소를 나타낸 것이고; 도 1c는 본 발명의 전도성 잉크를 나타낸 것이며; 도 1d는 본 발명의 전도성 잉크가 기판 상에 전사된 사진이고; 도 1e는 얇은 탄성층(빨간 점선 상자로 표시)과 단단한 하이드로겔층(파란색 점선 상자로 표시)으로 구성된 본 발명의 하이브리드 기판을 촬영한 사진이며; 도 1f는 상기 하이브리드 기판의 단면을 촬영한 SEM 이미지이고; 도 1g는 1780 %까지 신장된 본 발명의 신축성 전극을 촬영한 사진이다.
도 2a 내지 도 2c는 실시예 1의 신축성 전극을 제조하는 과정을 나타낸 도면이며; 도 2d는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판을 신장시킨 도면이고; 도 2e는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판에 대한 스트레인-스트레스 곡선을 나타낸 그래프이며; 도 2f는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판에 대한 이력 특성을 나타낸 그래프이고; 도 2g 및 도 2h는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 신축성 전극에서 전도성 잉크층의 신축정도를 나타낸 도면이며; 도 2i는 실시예 1의 신축성 전극의 단면을 촬영한 SEM사진이다. 도 2i에서 Ag 잉크층은 하이브리드 필름 표면에 강력하게 부착되어 있다.
도 3a는 전도성 잉크를 IPL 처리한 사진(하이드로겔에 포함된 수분의 증발은 거품 형성과 필름 표면의 균열을 일으킴, 붉은 점선으로 표시된 삽입 그림 참조)이며; 도 3b는 본 발명에 따른 열처리를 통해 하이브리드 기판 상에 인쇄된 전도성 잉크가 소결된 사진이다.
도 4a는 본 발명의 전도성 잉크가 테프론 표면에 인쇄된 사진이며; 도 4b는 상기 도 4a에 사용된 전도성 잉크의 점도를 나타낸 그래프이며; 도 4c는 해상도를 최적화하기 위해 전도성 잉크의 유동 특성을 제어한 사진이고(파란색 점선 상자는 본 발명의 전도성 잉크); 도 4d는 수용성 테이프에 의해 테프론 표면으로부터 전도성 잉크층이 박리되는 사진이다.
도 5a는 실시예 1(Hybrid), 비교예 1(ECO-T) 및 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 저항을 나타낸 그래프이며; 도 5b는 상기 세 개의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 회복을 나타낸 그래프이고; 도 5c는 변형률 50%에서 주기시험동안 실시예 1(Hybrid)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이며; 도 5d-f는 실시예 1(Hybrid), 비교예 1(ECO-T) 및 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 광학 현미경 이미지이고; 도 5g-i는 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 초기 상태(도 5g), 400% 변형률(도 5h) 및 고배율에서 빨간색 점선 박스의 내부(도 5i)를 나타낸 SEM 이미지이며; 도 5j-l은 실시예 1(Hybrid)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 초기 상태(도 5j), 400% 변형률(도 5k) 및 고배율에서 빨간색 점선 박스의 내부(도 5l)를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 1의 하이브리드 필름 상에 전사된 탄성 전도성 잉크층을 PET 필름 상에 4 mm의 고정 거리로 에폭시 적층시킨 사진(위)이며, 상기 탄성 전도성 잉크층이 형성된 하이브리드 필름이 75.2 mm까지 신장(1780%)된 사진(아래)이다.
도 7a는 50% 변형률에서 비교예 3(ECO-P)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이며; 도 7b는 비교예 1(ECO-T)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 실시예 1의 신축성 필름(하이브리드 필름에 KIST 패턴의 전도성 잉크층 형성)을 상용 녹색 LED에 연결한 사진이며; 도 8b는 실시예 1의 신축성 필름을 연신시 LED가 계속 밝게 빛나는 것을 촬영한 사진이고; 도 8c는 스마트 스킨 패치(실시예 1의 신축성 필름 이용)의 이미지와 압력 센서 구조를 나타낸 개략도이며; 도 8d는 인간의 손에 부착된 스마트 피부 패치의 편안한 상태와 굽힘 상태를 나타낸 사진이고; 도 8e는 손가락이 움직이는 동안 스마트 피부 패치상의 압력 센서의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9는 스킨 패치를 제작하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다공성 구조의 전도성 잉크층을 형성하여 높은 신축성뿐만 아니라 우수한 전도성을 보이는 전도성 잉크 및 이를 이용한 신축성 전극에 관한 것이다.

본 발명의 신축성 전극은 저탄성률 하이브리드 기판 상에 신축성이 우수한 전도성 잉크층이 구비된 구조로서, 1700 내지 1900%의 연신율을 보인다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 신축성 전극용 전도성 잉크는 금속 전도체, 신축성 고분자, 소수성 용매, 계면활성제 및 물을 포함한다.

본 발명에 따른 상기 금속 전도체는 신축성 전극에 전도성을 부여하는 물질로서 전도성 측면에서 유기 전도체보다 우수하며, 두께 및 길이가 각각 1 내지 4 ㎛, 바람직하게는 1.5 내지 2.5 ㎛인 플레이크(flake) 형상인 것이 구형 등 다른 형상인 경우에 비하여 신장 후 우수한 전도성을 유지하는 면에서 바람직하다.

상기 플레이크의 길이는 가로길이와 세로길이를 각각 의미하는 것으로서, 가로길이와 세로길이 각각의 길이가 1 내지 4 ㎛, 바람직하게는 1.5 내지 2.5 ㎛이면서, 가로길이 및 세로길이의 길이비가 1 : 1-3인 것이다.

상기 플레이크의 두께 및 길이가 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 신장 후 전도성을 갖기 어려울 수 있으며, 상기 바람직한 범위의 상한치 초과인 경우에는 신장에 방해될 수 있다.

또한, 플레이크의 가로길이를 기준으로 세로길이의 길이비가 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 신장 후 전도성을 갖기 어려울 수 있으며, 상기 바람직한 범위의 상한치 초과인 경우에는 신장에 방해되며 신장 후 전도성이 저하될 수 있다.

상기 금속 전도체로는 플레이크 형상의 전도성을 갖는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 은 플레이크, 금 플레이크, 구리 플레이크 및 철 플레이크로 이루어진 군에서 선택된 1종을 들 수 있다.

또한, 상기 신축성 고분자는 전도성 잉크가 우수하게 연신될 수 있도록 하는 물질로서, 구체적으로는 에코플렉스(ecoflex), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 신축성 고분자의 함량은 금속 전도체 100 중량부에 대하여 10 내지 35 중량부, 바람직하게는 20 내지 30 중량부이다. 신축성 고분자의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 전도성 잉크가 신축성을 가지지 못할 수 있으며, 상기 바람직한 범위의 상한치 초과인 경우에는 경도가 저하될 수 있다.

본 발명의 전도성 잉크는 신축성 고분자, 용매의 소수성, 계면활성제의 양극성 및 물을 이용하여 전도성 잉크 내부에 역마이셀을 형성한다. 상기 전도성 잉크를 경화시키기 위하여 1차 열처리를 수행시 신축성 고분자가 경화되더라도 상기 역마이셀에 의해 물과 용매가 증발하지 않고 이후 2차 열처리시 상기 물과 용매가 증발하여 다공성이 형성되며, 상기 다공성 형태를 유지시킨 상태에서 3차 열처리를 통해 소결이 수행되므로 다공성의 전도성 잉크를 제공할 수 있다.

상기 소수성 용매로는 메틸이소부틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 금속 전도체 100 중량부에 대하여 15 내지 50 중량부, 바람직하게는 20 내지 35 중량부로 사용된다.

소수성 용매의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 전도성 잉크의 내부에 역마이셀을 형성하지 못하여 다공성의 전도성 잉크를 제공할 수 없으며, 상기 바람직한 범위의 상한치 초과인 경우에는 많은 다공성이 형성되어 전도성 및 경도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 계면활성제로는 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피롤(polypyrole) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 금속 전도체 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 3 내지 8 중량부로 사용된다.

또한, 물은 금속 전도체 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부로 사용된다.

계면활성제 및 물의 함량이 상기 바람직한 범위를 벗어난 경우에는 전도성 잉크의 내부에 역마이셀을 형성하지 못할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전도성 잉크를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 전도성 잉크를 제조하는 방법은 (A) 상압 및 상온에서 금속 전도체, 신축성 고분자 및 소수성 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; (B) 상압 및 상온에서 계면활성제 및 물을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 (C) 상압 및 상온에서 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합하여 전도성 잉크를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 (A)단계에서는 금속 전도체, 신축성 고분자 및 소수성 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는데, 계면활성제 및 물을 상기 (A)단계에 첨가하여 함께 혼합하는 경우에는 전도성 잉크 내부에 역마이셀이 형성되지 않으므로 상기 (A)단계와 별도로 (B)단계에서 계면활성제 및 물을 혼합(제2 혼합물)한 후 상기 제1 및 제2 혼합물을 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 신축성 전극을 제공한다.

본 발명의 신축성 전극은 하이드로겔층; 상기 하이드로겔층 상면에 형성된 탄성층; 및 상기 탄성층 상면에 상기 전도성 잉크가 형성된 전도성 잉크층;을 포함한다.

본 발명의 전도성 잉크는 단단한 하이드로겔층 및 얇은 탄성층이 포함된 하이브리드 기판에 라미네이트된다(도 1a). 상기 단단한 하이드로겔은 이중 망상 수분을 함유한 폴리머로 구성되어 인간의 피부와 비슷한 탄성 계수와 2000% 이상의 신축성을 가지므로 피부와 같은 전자 제품에 적합한 재료이다.

상기 전도성 잉크(도 1b 및 1c)의 금속 전도체와의 계면 호환성을 위하여, 단단한 하이드로겔층의 상면에 벤조페논을 이용하여 탄성층(예: Ecoflex)을 코팅시킨다. 상기 탄성층은 상기 하이드로겔층 표면에 10 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 35 ㎛ 두께의 매우 얇은 코팅층으로 형성되며(도 1e, 1f), 전도성 잉크의 소수성 용매 성분과의 우수한 상용성은 물론 700%까지 높은 신축성을 나타낸다.

상기 하이브리드 기판(하이드로겔층+탄성층) 상에 전도성 잉크가 전사(도 1d)된 신축성 전극은 1700 내지 1900%의 높은 신축성을 가질 수 있다(도 1g).

본 발명의 신축성 전극은 전자장치에 이용될 수 있으며, 상기 전자장치로는 신축성 전극을 사용할 수 있는 전자장치라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 웨어러블 장치, 표피장치 또는 로봇을 들 수 있다.

또한, 본 발명은 신축성 전극을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 신축성 전극을 제조하는 방법은 (i) 탄성층을 벤조페논 용액에 침지시켜 표면을 처리하는 단계; (ⅱ) 상기 표면처리된 탄성층에 하이드로겔을 도포한 후 경화시켜 탄성층/하이드로겔층을 형성시키는 단계; (ⅲ) 테플론 기판에 상기 본 발명의 전도성 잉크를 도포하여 전도성 잉크층을 형성하는 단계; (ⅳ) 상기 테플론 기판으로부터 상기 전도성 잉크층을 테이프로 분리시키는 단계; (ⅴ) 상기 테이프에 부착된 전도성 잉크층을 상기 (ⅱ)에서 경화된 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 부착하는 단계; 및 (ⅵ) 상기 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 형성된 테이프에 부착된 전도성 잉크층에서 상기 테이프를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다(도 2a-c).

먼저, 탄성층을 형성하는 물질을 스핀 코팅으로 얇게 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트 위에 형성한 다음 벤조페논 용액에 침지시켜 표면처리를 수행한다.

그 후 상기 표면처리된 탄성층상에 하이드로겔 용액을 떨어뜨린 다음 자외선(UV)/O3로 경화시켜 하이드로겔과 탄성층을 가교결합시킨다(도 2a).

종래에는 전도성 잉크를 열 어닐링 또는 강렬한 펄스광에 의해 소결하였으나, 수분을 함유한 하이드로겔층을 포함한 하이브리드 필름을 상기의 두 방법으로건조시키는 경우에는 신축성이 감소된다(도 3).

상기 종래의 방법 대신에 테이프, 바람직하게는 수용성 테이프를 사용하는 전사방법을 사용하여 전도성 잉크에 대한 테이프의 접착력이 본래의 기재에 대한 전도성 잉크의 접착력보다 강한 경우에는 인쇄된 전도성 잉크를 하이브리드 기판에 부착할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 전도성 잉크를 먼저 테플론 기판에 인쇄(도 4a)한 다음 열 어닐링을 통해 소결한 후 상기 소결된 전도성 잉크층을 상기 테플론 기판으로부터 분리한다(도 2b). 예컨대, 상기 소결된 전도성 잉크층은 테이프에 의해 테플론 기판으로부터 쉽게 분리(도 4d)되며, 상기 전도성 잉크층을 하이브리드 기판에 점착시킨 후 수용성 용액을 수용성 테이프의 표면에 떨어뜨려 상기 수용성 테이프를 몇 분 안에 빠르게 용해시킴으로써 상기 하이브리드 기판에 전도성 잉크층이 구비된다(도 2c).

상기 테플론 기판은 초소수성 표면을 가지고 있기 때문에 인쇄된 전도성 잉크가 형성된 패턴의 가장자리를 따라 퍼져서 해상도(resolution)를 감소시킬 수 있다. 상기 문제는 전도성 잉크의 점도 변화에 따라 해결할 수 있다. 전도성 잉크에서 용매의 양을 줄이면 패턴 해상도가 증가하고, 인쇄를 위한 적절한 점도 범위 내에서 잉크 계면 특성에 비해 점도의 영향이 우세하기 시작한다(도 4b-c).

상기 본 발명의 전도성 잉크는 3차에 걸친 열처리를 통해 소결되는데, 구체적으로 테플론 기판에 도포된 전도성 잉크를 50 내지 70 ℃에서 30 내지 90분 동안 1차 열처리하여 용매를 1차적으로 증발시키면서 신축성 고분자를 경화시키고, 100 내지 120 ℃에서 80 내지 120분 동안 2차 열처리하여 물과 잔여 용매를 증발시키며, 130 내지 140 ℃에서 80 내지 120분 동안 3차 열처리를 수행하여 전도성 잉크를 소결시킴으로써 다공성의 전도성 잉크층을 형성한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1.

전도성 잉크층

신축성 고분자인 Ecoflex의 프리폴리머(Ecoflex 00-30, Smooth-On) 22.2 중량부와 가교제를 1:1 중량비로 5분 동안 혼합한 다음 10분에 걸쳐 소수성 용매인 메틸이소부틸케톤(대중 화학) 33.3 중량부를 첨가하고 이어서 Ag 플레이크(DSF-500MWZ-S, Daejoo Electronics) 100 중량부를 첨가하여 5시간 동안 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다. 상기 제1 혼합물에 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 4.4 중량부와 물 2.2 중량부를 혼합한 제2 혼합물을 첨가하여 1시간 동안 교반하여 전도성 잉크를 제조하였다.

테플론 기판에 상기 전도성 잉크를 인쇄한 후 60 ℃에서 1 시간 동안 온화한 열처리를 수행하고, 온도를 올려 110 ℃에서 2시간 동안 열처리한 다음 130 ℃에서 2시간 동안 열처리하여 소결된 전도성 잉크층을 제조하였다.

신축성 전극

탄성층을 형성하는 Ecoflex의 프리폴리머와 가교 결합제(1:1 중량비)를 5분 동안 혼합한 혼합물을 3000 rpm으로 PET 필름(250 ㎛) 상에 스핀 코팅한 후 평탄화를 위해 하룻밤 경화시켰다. 이어서, Ecoflex/PET를 2 중량%의 벤조페논(시그마 알드리치 B9300)이 함유된 에탄올 용액에 침지하여 표면처리한 후 하이드로겔 용액을 직사각형 모양의 상기 Ecoflex/PET의 Ecoflex층 위에 부은 다음 5분 동안 UV/O3로 경화시키고 1일 동안 습기 상자에 방치하였다. 경화 후 상기 PET로부터 Ecoflex층/하이드로겔층(하이브리드 기판)을 박리하였다. 상기 수득한 전도성 잉크층을 수용성 테이프(3M WST5414)를 사용하여 테프론으로부터 분리한 후 상기 하이브리드 기판에 부착한 다음 상기 수용성 테이프를 탈이온수에 용해시켜 제거함으로써 신축성 전극(하이드로겔층/탄성층/전도성 잉크층)을 제조하였다.

상기 신축성 전극에 사용한 하이드로겔 용액은 단단한 하이드로겔 네트워크를 만들기 위해, 알긴산 나트륨(Sigma-Aldrich W201502)을 황산칼슘(Sigma-Aldrich 31221)과 이온 결합으로 교차결합된 단량체로 사용하고, 아크릴아미드(Sigma-Aldrich A8887)를 폴리아크릴아미드 네트워크를 구축하기 위하여 단량체로 사용하였다. 상기 알긴산 나트륨과 아크릴아미드:탈이온수를 9:1의 질량비로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 1일 동안 교반하였다. 아크릴아미드 중합을 위한 광개시제로서 황산암모늄(Sigma-Aldrich A9164; 0.0059 X 아크릴 아미드 중량)을 첨가하고, N,N-메틸렌비스아크릴아미드(Sigma-Aldrich M7279, 0.0006 X 아크릴아미드 중량)를 가교 결합제로 첨가하였다. 1시간 동안 교반 후, 10 mL의 물에 황산칼슘(0.06 g)을 첨가하여 알긴산 염을 가교결합시키고, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(Sigma-Aldrich T7024, 0.003 x 아크릴 아마이드 중량)을 폴리아크릴아미드의 가교 촉진제로 사용하였다.

비교예 1. 탄성층만 사용_하이드로겔층 생략

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄성층 상에 하이드로겔 층을 형성하는 과정을 생략하여 탄성층/전도성 잉크층으로 이루어진 신축성 필름을 제조하였다.

비교예 2. 하이드로겔층만 사용_탄성층 생략

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄성층을 생략하여 하이드로겔층/전도성 잉크층으로 이루어진 신축성 필름을 제조하였다.

비교예 3. 비교예 1. 탄성층만 사용_하이드로겔층 생략_전도성 잉크를 직접 인쇄

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 전도성 잉크층을 따로 제조한 후 테이프를 이용하여 탄성층에 부착하는 것이 아니라, 탄성층 상면에 전도성 잉크를 인쇄한 후 소결시켜 신축성 필름을 제조하였다.

<시험예>

시험예 1. 전극 특성화

도 2a 내지 도 2c는 실시예 1의 신축성 전극을 제조하는 과정을 나타낸 도면이며; 도 2d는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판을 신장시킨 도면이고; 도 2e는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판에 대한 스트레인-스트레스 곡선을 나타낸 그래프이며; 도 2f는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 기판에 대한 이력 특성을 나타낸 그래프이고; 도 2g 및 도 2h는 실시예 1, 비교예 1(ECO) 및 비교예 2(DNHG)의 신축성 전극에서 전도성 잉크층의 신축정도를 나타낸 도면이며; 도 2i는 실시예 1의 신축성 전극의 단면을 촬영한 SEM사진이다. 도 2i에서 Ag 잉크층은 하이브리드 필름 표면에 강력하게 부착되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 하이브리드 기판의 신축성 정도는 400%로서, 비교예 1 및 2의 순수한 Ecoflex 및 하이드로겔과 매우 유사하다(도 2d).

그러나, 상기 기판들은 상이한 탄성 모듈러스 및 파괴점을 보인다(도 2e). 하이드로겔층 표면에 코팅된 탄성층은 매우 얇기 때문에 하이드로겔층의 인장 탄성률(0.004 N·mm-2)은 하이브리드 기판(하이드로겔층/탄성층)의 인장 탄성률(0.005 N·mm-2)과 거의 동일하다. 비교예 1인 Ecoflex층의 인장 탄성률(0.69 N·mm-2)은 실시예 1의 하이브리드 기판 및 비교예 2의 하이드로겔층의 인장 계수보다 170배 높았다. 기판의 탄성 계수가 낮을수록 피부의 곡면과의 등각(conformal) 접촉이 보장되고, 운동 중 피부 편안함이 보장된다.

상기 기판의 이력현상은 300%의 연신율로 연신한 후 느린 방출이 일어난다. 결과적으로, 하이브리드 기판(실시예 1) 및 하이드로겔층(비교예 2)의 회복 특성은 Ecoflex층(비교예 1)의 회복 특성과 비교하여 양호한 것으로 나타났다(도 2f).

또한, Ag 전도성 물질은 Ag 플레이크 및 신축성 고분자와 같은 소수성 성분을 함유하고 있기 때문에 소수성을 나타내지만, 하이드로겔의 습윤 표면은 친수성을 유지한다.

본 발명의 얇은 탄성층(Ecoflex층)은 가공된 초내분해성 전도성 물질에서 매우 중요한 역할을 한다(도 2g, h). 일반적으로, 탄성층은 기판의 신장률에 비례하여 늘어나는 소수성 전도성 물질과 사용되어 호환된다(도 2g, h의 ECD). 상기 탄성층에 하이드로겔층을 부착 후, 상기 전도성 잉크는 기판 표면에서의 슬립(slip) 운동으로 인하여 연신하는 동안 신장(elongation)을 나타내지 않았다(도 2g, h의 DNHG). 따라서, 하이드로겔층에 코팅된 얇은 탄성층은 전도성 잉크층의 슬립 저항을 증가시키는 것을 확인하였다(도 2g, h의 Hybrid).

상기 세 가지 구성 요소를 모두 포함하는 실시예 1에 따라 제조된 신축성 전극의 단면 SEM 이미지가 도 2i에 도시되었다. Ag 전도성 잉크층과 단단한 하이드로겔층 사이에 위치한 얇은 탄성층이 상기 두 층 모두에 잘 접촉되어 있음을 보여준다.

시험예 2. 신축성 테스트

도 5a는 실시예 1(Hybrid), 비교예 1(ECO-T) 및 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 저항을 나타낸 그래프이며; 도 5b는 상기 세 개의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 회복을 나타낸 그래프이고; 도 5c는 변형률 50%에서 주기시험동안 실시예 1(Hybrid)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이며; 도 5d-f는 실시예 1(Hybrid), 비교예 1(ECO-T) 및 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 광학 현미경 이미지이고; 도 5g-i는 비교예 3(ECO-P)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 초기 상태(도 5g), 400% 변형률(도 5h) 및 고배율에서 빨간색 점선 박스의 내부(도 5i)를 나타낸 SEM 이미지이며; 도 5j-l은 실시예 1(Hybrid)에 따라 제조된 신축성 필름의 전도성 잉크층의 초기 상태(도 5j), 400% 변형률(도 5k) 및 고배율에서 빨간색 점선 박스의 내부(도 5l)를 나타낸 SEM 이미지이다.

전사 방법에 의해 부착된 전도성 잉크층(도 5e 및 5f)은 직접 인쇄한 전도성 잉크층(도 5d)에 비하여 패턴의 가장자리에서 잔류 잉크의 양이 적다.

도 6은 실시예 1의 하이브리드 필름 상에 전사된 탄성 전도성 잉크층을 PET 필름 상에 4 mm의 고정 거리로 에폭시 적층시킨 사진(위)이며, 상기 탄성 전도성 잉크층이 형성된 하이브리드 필름이 75.2 mm까지 신장(1780%)된 사진(아래)이다.

도 7a는 50% 변형률에서 비교예 3(ECO-P)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이며; 도 7b는 비교예 1(ECO-T)의 신축성 필름의 전도성 잉크층에 대한 표준화된 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 연신에 의한 비교예 3(ECO-P) 전도성 잉크층의 신장은 500%에 이르는 반면, 그것의 상대 저항(ΔR / R0)은 약 19.2인 것을 확인하였다. 또한, 비교예 1(ECO-T)의 전도성 잉크층 최대 신장율이 600%에 도달하였으며, 이는 비교예 3(ECO-P)의 전도성 잉크층 보다 최대 100% 더 높은 수치이다. 상기 두 전도성 잉크층의 신장점에서 관찰된 차이는 이들의 제조방법의 차이에 기인한다. 즉, 비교예 3(ECO-P)은 Ecoflex 기판에 전도성 잉크를 인쇄한 후 소결하므로 Ecoflex 기판이 과경화 상태가 되는 반면, 비교예 1(ECO-T)은 Ecoflex 기판이 열처리의 영향을 받지 않는다. 상기 전도성 잉크층이 형성된 기판은 전도성 잉크층에 비하여 빨리 파손되었다. 따라서, 탄성 Ag 전도성 잉크층의 최대 신축성을 조사할 수 있었다.

본 발명에서는 탄성 Ag 전도성 잉크층의 최대 신축성을 결정하기 위해 하이브리드 기판(실시예 1)이 선택되었다.

상기 하이브리드 기판의 탄성률과 신장점이 하이드로겔의 탄성률 및 신장점과 거의 같기 때문에 전도성 잉크층은 초기 상태에서 1780%의 파괴점까지 신장될 수 있었으며(표 1), 이것의 저항력은 비교예 1 및 3에 비하여 400% 변형에 대해 가장 작은 변화를 겪었다.

하이브리드 기판상의 탄성 Ag 전도성 잉크층은 PET 필름에 부착된 채로 1780%까지 신장되었다(도 6). 도 6에 도시된 바와 같이, PET 필름의 위치는 연신 테스트 동안 4 ㎜(위)에서 75.2 ㎜(아래)로 증가하였다. 저항의 회복은 전도성 물질의 중요한 특성이라는 점도 주목해야한다

도 5b에 도시된 바와 같이, 3가지 상이한 신축성 전극의 전도성 잉크층은 100% 연신 후 관찰된 저항 변화의 형태를 모니터한 결과 천천히 회복되었다. 실시예 1(하이브리드 기판)의 저항 회복은 비교예 1(ECO-T)와 비교예 3(ECO-P)에 비해 신뢰성이 높았으며, 저항 회복의 형태가 다른 것을 확인하였다.

다른 변형 메커니즘을 이용하여 상기 현상을 가정하였다.

비교예 3(ECO-P)의 경우, 전도성 잉크층은 탄성층(Ecoflex)의 변형 해제 동작을 따르지만 전사된 전도성 잉크층은 물리적 접촉으로 인해 기판과 불일치한다.

변형율 50%에서 수행된 사이클 테스트의 결과는 1000 사이클 동안 실시예 1의 전도성 잉크층에서 우수한 신뢰성을 보이는 것을 확인하였다(도 5c). 동일 조건에서 시험된 비교예 1(ECO-T) 및 비교예 3(ECO-P)의 전도성 잉크층의 사이클 특성은 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 1000 사이클 동안 신뢰성이 우수하지 못한 것을 확인하였다.

도 5d-f는 전도성 잉크층으로 얻어진 패턴의 해상도를 결정하기 위하여 광학 현미경 이미지를 도시한 것으로서, 직접 인쇄된 비교예 3(ECO-P)의 전도성 잉크층은 스크린 인쇄하는 동안 잉크의 확산으로 인해 패턴의 양면에 잔류물이 생긴다. 상기 비교예 3(ECO-P)의 전도성 잉크층과 비교하여, 전사된 전도성 잉크층(도 5e 및 5f)에서와 같이 전사 공정 중 제거로 인해 전류도가 낮았다. 전도성 경로는 매트릭스 내부의 Ag 플레이크의 침투에 의해 형성된다.

따라서, 시스템의 침투 특성에 대한 Ag 플레이크 함량의 영향이 탄성층에서 자세히 조사되었다.

실시예 1의 전도성 잉크층은 600%의 높은 변형률에서 전기적 성능을 나타내었다. 그러나, Ag 플레이크의 함량이 실시예 1에 비하여 낮은 경우에는 침투의 정도가 연신하는 동안 약화되고 250% 변형시 전도성 잉크층의 표준화된 저항이 급격하게 증가(그러나 필름은 그대로 남음)하며, Ag 플레이크의 함량이 실시예 1에 비하여 높은 경우에는 전기 성능은 최대에 도달하였으나, Ag 플레이크의 응집에 의한 전도성 잉크층의 비교적 높은 강성으로 인해 400%의 신장까지만 연신될 수 있었다.

도 5g-i에 도시된 바와 같이, 비교예 3(ECO-P)의 전도성 잉크층은 400%의 연신율에 도달한 후 일정한 전도도를 유지하면서 전도성 잉크층의 내부에 공동이 형성되었다.

비교예 3(ECO-P)의 Ecoflex 기판 상에 형성된 탄성 전도성 잉크층의 재배열 특성은 실시예 1의 하이브리드 기판의 재배열 특성보다 작다. 따라서 Ag 플레이크 사이의 평균 거리는 400%의 동일한 변형에서 하이브리드 기판(도 5j, 5k)보다 Ecoflex 기판(도 5g, h)에서 더 컸다(두 전도성 잉크층의 확대 SEM 이미지는 각각 도 5I, 5l).

신축성에 대한 저항력이 Ecoflex에서 더 크다는 가정하에서 전도성 잉크층의 Ag 플레이크가 전도 경로를 재배치하는 것을 방지하였다.

시험예 3. 신축성 전극의 이용

도 8은 LED 배선 및 스마트한 피부 패치를 위해 제작된 신축성 전극을 적용한 도면이다.

도 8a는 실시예 1의 신축성 필름(하이브리드 필름에 KIST 패턴의 전도성 잉크층 형성)을 상용 녹색 LED에 연결한 사진이며; 도 8b는 실시예 1의 신축성 필름을 연신시 LED가 계속 밝게 빛나는 것을 촬영한 사진이고; 도 8c는 스마트 스킨 패치(실시예 1의 신축성 필름 이용)의 이미지와 압력 센서 구조를 나타낸 개략도(센서는 마이크로구조화된 Au 박막과 하이브리드 기판 표면의 Ag 전도성 잉크층 와이어에 연결된 PEDOT 잉크 필름으로 구성)이며; 도 8d는 인간의 손에 부착된 스마트 피부 패치의 편안한 상태와 굽힘 상태를 나타낸 사진(전도성 잉크층은 구부러지는 동안 변형됨)이고; 도 8e는 손가락이 움직이는 동안 스마트 피부 패치상의 압력 센서의 성능을 나타낸 그래프이다(파란색 화살표는 압력 센서를 나타냄).

도 8에 도시된 바와 같이, 전도성 잉크층의 적용 가능성을 입증하기 위하여, "KIST"패턴 모양의 LED 배선을 제조하는데 사용되었다(도 8a). 녹색 LED는 패턴이 형성된 전도성 잉크층을 200% 변형률로 늘인 후에도 밝은 빛을 방출하는 것을 확인하였다(도 8b).

또한, 탄성 전도성 잉크는 간단한 압축 센서를 포함하는 생체 적합성 피부 유사 패치에 증착된다(하이브리드 기판 상에 전사된 미세구조의 금 전극과 잉크 기반의 PEDOT 전극으로 구성된 구조가 도 8c에 도시됨).

몸에서 가능한 많이 변형할 수 있는 손가락을 선택하여 전도성 잉크층을 적용하였으며, 상기 전도성 잉크층은 구부러진 손가락이 원형으로 되돌아갈 때 완전히 펴졌다(도 8d). 그럼에도 불구하고 상기 위치에서 압력 센서는 완전히 작동 상태를 유지하였다.

이러한 결과는 제작된 센서가 패치 플랫폼의 상대적으로 낮은 탄성 계수 때문에 인간의 피부에 쉽고 편안하게 놓일 수 있음을 보여준다.

도 8e에 따르면, 손가락의 변형 전후에 패치에 힘이 가해졌기 때문에 신축성이 있는 장치의 양호한 신뢰성을 실시간으로 나타낸다.

본 발명에서 얇은 탄성층과 하이드로겔층으로 구성된 하이브리드 저탄성률 기판에서 전도성 잉크층의 우수한 신축성이 입증되었다. 금속 전도체 및 신축성 고분자를 포함하는 전도성 잉크는 1780%의 높은 연신율까지 신장될 수 있었다.

따라서 우수한 신축성이 있는 전도성 잉크층은 얇은 탄성층을 통해 저모듈러스 하이드로겔층에 성공적으로 부착되었다.

본 발명의 하이브리드 기판은 제조된 패치의 편안한 움직임을 보장하므로 사람의 피부에도 부착될 수 있다. 상기 하이브리드 기판상의 신축성 전도성 잉크층은 피부 패치 센서 네트워크 및 이식 가능한 의료 기기와 같은 저탄성률 플랫폼을 필요로하는 다양한 분야에서 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

-전도성 잉크의 특성화 및 연신 테스트-

도 6에 도시된 설정으로 자체 제작한 기계를 사용하여 연신 및 사이클링 테스트를 수행하였다. 전도성 잉크층은 미끄러짐을 방지하기 위해 에폭시 수지로 PET 필름 상에 고정시켰다.

저항 프로브 및 모터 고정 부품의 구성요소는 Rhinoceros(Robert McNeel & Associates)에 의해 설계되고, 3D 프린터(Anartz Engine)로 인쇄되었다. 기존의 스테퍼 모터(stepper motor)는 Arduino Uno에 의해 운영되었으며 맞춤형 변형 프로그램은 C 프로그래밍 언어를 사용하여 작성되었다.

전기적 저항을 측정하기 위해 둥근 팁 테스트 핀(P75-D), 디지털 멀티 미터 (NI USB-4065) 및 LabVIEW (National Instrument)를 사용하였으며, 8 mm·min-1의 연신 속도가 사용되었다.

한국 고분자 시험 연구원에서 유변학적 점도 및 변형-응력 곡선을 측정하였다.

-스마트 스킨 패치 제작-

도 9는 스킨 패치를 제작하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

선 모양의 탄성 전도성 잉크를 수용성 테이프를 사용하여 글러브형 하이브리드 기판에 전사하고 PEDOT 잉크를 탄성 전도성 잉크의 전사 방법을 사용하여 기판 상에 증착시켰다.

미세구조의 폴리(디메틸실록산)(PDMS)(Dow Corning Sylgard 184) 필름은 피라미드 패턴의 실리콘 몰드를 사용하여 제작되었으며, Au/Cr은 열 증발기를 사용하여 PDMS 필름 위에 증착된다.

Claims (16)

1. 금속 전도체, 신축성 고분자, 소수성 용매, 계면활성제 및 물을 포함하는 신축성 전극용 전도성 잉크로서,
   상기 신축성 전극용 전도성 잉크는 (i) 상기 금속 전도체, 신축성 고분자 및 소수성 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하고, (ii) 상기 계면활성제와 물을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하여 (iii) 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합함으로써 물이 신축성 고분자와 섞이지 않고 내부에 역마이셀이 형성되며,
   상기 금속 전도체는 가로길이 및 세로길이가 1 : 1-3의 비율로 형성된 플레이크(flake) 형상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크는 금속 전도체 100 중량부에 대하여 신축성 고분자 10 내지 35 중량부, 소수성 용매 15 내지 50 중량부, 계면활성제 1 내지 20 중량부 및 물 1 내지 10 중량부로 함유되는 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 전도체는 두께 및 길이가 각각 1 내지 4 ㎛인 플레이크(flake) 형상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 금속 전도체는 은 플레이크, 금 플레이크, 구리 플레이크 및 철 플레이크로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
6. 제1항에 있어서, 상기 신축성 고분자는 실리콘 고무인 에코플렉스(ecoflex), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
7. 제1항에 있어서, 상기 소수성 용매는 메틸이소부틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
8. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피롤(polypyrole) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크.
9. 알긴산 나트륨, 아크릴아미드 및 물의 혼합물로 형성된 하이드로겔층;
   상기 하이드로겔층 상면에, 실리콘 고무인 에코플렉스와 가교결합제의 혼합물로 형성된 탄성층; 및
   상기 탄성층 상면에 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전도성 잉크가 형성된 전도성 잉크층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 전극.
10. 제9항에 있어서, 상기 탄성층의 두께는 10 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 신축성 전극.
11. 제9항의 상기 신축성 전극을 포함하는 전자장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 전자장치는 웨어러블 장치, 표피장치 또는 로봇인 것을 특징으로 하는 전자장치.
13. (A) 금속 전도체, 신축성 고분자 및 소수성 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    (B) 계면활성제 및 물을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (C) 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물을 혼합하여 전도성 잉크를 제조하는 단계;를 포함하여 잉크 내부에 역마이셀을 형성하며,
    상기 금속 전도체는 가로길이 및 세로길이가 1 : 1-3의 비율로 형성된 플레이크(flake) 형상인 것을 특징으로 하는 신축성 전극용 전도성 잉크의 제조방법.
14. (i) 탄성층을 벤조페논 용액에 침지시켜 표면을 처리하는 단계;
    (ⅱ) 상기 표면처리된 탄성층에 하이드로겔을 도포한 후 경화시켜 탄성층/하이드로겔층을 형성시키는 단계;
    (ⅲ) 테플론 기판에 상기 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전도성 잉크를 도포하여 전도성 잉크층을 형성하는 단계;
    (ⅳ) 상기 테플론 기판으로부터 상기 전도성 잉크층을 테이프로 분리시키는 단계;
    (ⅴ) 상기 테이프에 부착된 전도성 잉크층을 상기 (ⅱ)에서 경화된 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 부착하는 단계; 및
    (ⅵ) 상기 탄성층/하이드로겔층의 탄성층 상면에 형성된 테이프에 부착된 전도성 잉크층에서 상기 테이프를 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 탄성층은 실리콘 고무인 에코플렉스와 가교결합제의 혼합물로 형성되고, 상기 하이드로겔층은 알긴산 나트륨, 아크릴아미드 및 물의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 신축성 전극의 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 (ⅱ)단계에서 경화는 UV/O3로 수행되는 것을 특징으로 하는 신축성 전극의 제조방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 (ⅲ)단계에서 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전도성 잉크를 도포한 후 50 내지 70 ℃에서 30 내지 90분 동안 1차 열처리한 다음 100 내지 120 ℃에서 80 내지 120분 동안 2차 열처리한 후 130 내지 140 ℃에서 80 내지 120분 동안 3차 열처리를 수행하여 다공성의 전도성 잉크층을 형성하는 것을 특징으로 하는 신축성 전극의 제조방법.

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