KR102295060B1 - 3d 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 3d 프린팅 스트레처블 전극 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지정된 크기 이상의 연신 특성을 가지는 고분자 소재, 2차원 전도성을 가지는 제1 전도성 소재, 금속 나노 입자 형태의 제2 전도성 소재, 상기 고분자 소재의 용해가 가능하고 지정된 속도 이상의 건조 속도를 가지는 휘발성 용매;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 기반으로 하는 스트래처블 전극을 포함하는 센서를 개시한다.

Description

3D 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 3D 프린팅 스트레처블 전극 센서{Ink for 3D Printing, manufacturing method, 3D Printing Stretchable conductive sensor thereof}
본 발명은 3D 프린팅 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 기술을 활용하여 다양한 구조물 표면에 스트레처블 전극을 형성할 수 있는 전도성 유연소재를 이용한 3D 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 3D 프린팅 스트레처블 전극에 관한 것이다.
웨어러블 기술은 헬스 모니터링, 인체 모션 검출, 인간-기계 인터페이스, 소프트 로보틱스 등등에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 생체 통합 시스템의 새로운 영역으로 제시되고 있다.
최근 몇 년 동안, 인간 친화적인 요소들을 기반으로 웨어러블 전자 장치들에 연관된 다양한 연구들이 수행되고 있다. 이러한 연구들의 초점은 효과적으로 사람 몸의 3D 변형(예: 3%~55% 압력)을 수용할 수 있으면서, 움직임에 대한 간섭 없이 인체 활동들을 모니터링할 수 있는 주문 제작된 웨어러블 장치들의 개발에 있다. 예컨대, 웨어러블 전자 장치는 사람의 피부에 비교될 수 있는 연신력 및 유연성을 매우 높게 요구하며, 신체의 긴장이나, 구부림, 부러짐에 기인한 큰 변형이 반복적으로 발생하더라도 안정적인 전기적 특성을 요구한다.
상술한 요구를 만족하는 웨어러블 전자 장치에 대한 개발 노력의 일환으로 사람 몸체의 복잡한 형상에 매칭되는 주문 제작된 3D 구조의 제조가 이루어지고 있다. 3D 프린팅은 또한 첨삭 가공으로 잘 알려져 있으며, 이 기술은 레이어층 단위로 프린트될 수 있는 3D 객체들에 적용될 수 있다. 즉, 3D 프린팅 기술은 사람 몸체와 같은 복잡한 3D 구조를 쉽게 디자인하고 생성하기 위한 환경 친화적이며, 저비용 및 대량생산에 있어 좋은 방안이 될 수 있다. 이러한 이유로, 인간 친화적이며 다양한 복합 소재들로 된 개개별 맞춤화된 기능성 객체들을 3D 프린팅 기술을 통해 생성하기 위해, 3D 프린팅 응용 분야의 확장이 급격하게 진행되고 있다.
3D 프린팅 기술들의 다양한 타입들은 융합 적층 모델링(Fused deposition modeling, FDM), 스테레오리소그라피(Stereolithography, SLA), 선택적 레이저 소결 기술(selective laser sintering, SLS), 액상 증착 모델링(liquid deposition modeling, LDM) 등등을 포함한다. 여기서, FDM 기술을 사용한 기능성 객체들의 생산은 운용 원리들이 단순하고 비용면에서 효과적인 제조 공정을 가지기 때문에 널리 이용되고 있다.
상술한 다양한 기술들은 기능성 3D 객체들을 생산하기 위한 다양한 가능성을 제시하고 있다. 예를 들면, 인간-컴퓨터 인터렉션을 위한 흡습 액츄에이터 및 용량성 터치 센서는 3D 프린팅 기술로 구현될 수 있다. 그러나, 표준 FDM 3D 프린터를 사용하기 위해서는, 고체 혼합 필라멘트가 요구되고, 상대적으로 소수의 폴리머들만이 요구되는 적정한 온도 및 유동학적 특성을 만족하기 때문에 이 공정을 어렵게 하고 있다.
최근, LDM과 같은 용매 제거 방식의 3D 프린팅 기술이 FDM 방식의 3D 프린팅의 한계를 극복하기 위해 대체 기술 및 효과적인 전략으로 시도되고 있다. 이러한 접근 방식은, 용액에 분산된 재료들의 직접 증착 및 상온에서 액상 필라멘트의 급속 건조가 가능하도록 지원할 뿐만 아니라, 단단한 3D 구조의 형성을 제공할 수 있다.
한편, 웨어러블 전자 장치의 필수적인 센서들로서, 3가지 압력 센서들 예컨대, 압전 저항기, 압전기 및 용량성 센서들이 제시되고 있다. 이러한 센서들 중, 압전 저항 센서들은 인간의 신체의 큰 움직임을 검출하기에 적합하며, 높은 민감도와 빠른 주파수 응답 및 뛰어난 안정성을 제공하기 때문에, 다양한 생체 통합 시스템들에 널리 이용될 수 있다. 압전 저항 센서들은 구조적 변형에 의해 기인하는 재료의 저항성 변화를 통해 동작할 수 있다.
압전 저항 센서에서, 높은 민감도 및 연신력을 달성하기 위한 해결책들 중 하나로서, 전도 경로로서 동작하는 네트워크를 형성할 수 있는 도전성 필러들을 탄성 중합체 매트릭스에 분산한 도전성 탄성 중합체 물질이 연구되어 왔다. 예를 들어, 탄소 나노튜브, 은나노와이어, 그래핀 및 탄소 블랙의 도전성 탄성 중합체 혼합체를 기반으로 하는 압전 저항 센서들은 상대적으로 향상된 민감도와 연신력이 있다고 보고되어 왔다. 그러나, 인체 움직임을 보다 안정적으로 감지하기 위해서는, 인체의 형상에 일치되도록 성형될 수 있고 뛰어난 민감도와 연신력을 가지는 도전성 탄성 중합체 재료가 필요하다. 더 나아가, 3D 프린팅 기술을 통해 압전 저항 센서를 직접 제조할 수 있고 높은 민감도와 연신력을 가지는 도전성 탄성 중합체 재료는 아직 보고되지 않고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전도성 유연소재를 3D 프린팅용 잉크로 이용하여, 출력물의 형상을 유지할 수 있을 만큼의 빠른 건조속도를 제공하고, 양호한 소재의 분산 특성 및 양호한 잉크의 흐름 특성 제어가 가능하며, 또한, 다양한 온도에서의 변형율이 적은 3D 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전극을 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 유연성을 갖는 소재 (ex. 폴리우레탄)와 전도성을 갖는 소재(ex. 그래핀, 은 나노입자)를 기반으로 하는 복합소재 (Composite)에 안정적인 분산과 각 소재의 결합력 향상을 위한 가소제를 첨가함으로써 3D 프린팅용 잉크와 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 3D 프린팅 시 요구되는 빠른 건조속도를 확보하기 위해 실온 상태에서 휘발성을 갖는 용매를 사용함으로써 잉크를 토출하고 적층하여 3차원 형상을 갖는 스트레처블 전극을 형성할 수 있는 3D 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전극을 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지정된 크기 이상의 연신 특성을 가지는 고분자 소재, 2차원 전도성을 가지는 제1 전도성 소재, 금속 나노 입자 형태의 제2 전도성 소재, 상기 고분자 소재의 용해가 가능하고 지정된 속도 이상의 건조 속도를 가지는 휘발성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물을 제공한다.
상기 고분자 소재는 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함할 수 있다.
상기 제1 전도성 소재는 그래핀, 보론나이트라이드(boron nitride), 텅스텐옥사이드(WO3), 몰리브데넘설파이드(MoS2), 몰리브데넘텔루라이드(MoTe2), 니오비움 디셀레나이드(NbSe2), 탄탈륨 디셀레나이드(TaSe2), 망간옥사이드(MnO2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 전도성 소재는 AgNPs, CuNPs, AuNPs, PtNPs 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 용매는 DCM(Dichloromethane)을 포함할 수 있다.
상기 잉크 조성물은 상기 전도성 소재들의 분산 특성 및 상기 고분자 소재와의 결합력 개선과 관련한 가소제를 더 포함할 수 있다.
상기 가소제는 EGBE (Ethylene glycol butyl ether) 및 DBP (Dibutyl phthalate)를 포함할 수 있다.
상기 고분자 소재와 제1 전도성 소재 및 제2 전도성 소재를 포함하는 혼합물의 농도가 0.13 내지 0.21 g/ml의 함량을 가질 수 있다.
상기 제1 전도성 소재 및 상기 제2 전도성 소재의 비가 5:3일 수 있다.
또한, 본 발명은 연신 특성이 지정된 값 이상인 고분자 소재와 지정된 값 이상의 전도 특성을 가지는 제1 전도성 소재를 고휘발성 용매에 혼합하는 단계, 상기 혼합물에 추가로 금속 나노 입자 타입의 제2 전도성 소재를 혼합하는 단계, 가소제를 상기 제2 전도성 소재를 혼합한 혼합물에 추가 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전도성 소재와 상기 제2 전도성 소재의 비가 5:3인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 잉크 조성물 제조 방법을 제시한다.
또한 본 발명은 3D 프린팅된 객체, 상기 3D 프린팅된 객체 상에 증착되는 스트래처블 전극을 포함하고, 상기 스트래처블 전극은 폴리우레탄, 2차원 전도성 소재 및 금속 나노 입자 형태의 전도성 소재를 고휘발성 용매에 혼합한 용액에, EGBE(Ethylene glycol butyl ether) 및 DBP(Dibutyl phthalate) 가소제가 첨가된 3D 프린팅용 잉크 조성물로 구성되고, 상기 그래핀과 상기 은 나노입자의 비율이 5:3인 것을 특징으로 하는 스트래처블 전극을 포함하는 센서를 제공한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 소재의 성분과 비율을 조절함으로써 전도성 유연소재의 전도도 및 연신 특성을 제어할 수 있는 3D 프린팅 가능한 잉크를 제조할 수 있도록 지원한다.
또한, 본 발명은 실온이나 저온에서 휘발되는 용매를 사용함으로써 고온의 열처리 과정 없이 저온에서도 스트레처블 전극을 형성할 수 있기 때문에 높은 온도에서 구조물의 변형이 쉽게 발생할 수 있는 다양한 분야 (웨어러블 디바이스, 플렉서블 센서 등)에 이용될 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 본 발명은 대기 중에서 자연건조가 가능하여 열처리 공정을 생략할 수 있기 때문에 제조 (공정) 단가를 낮출 수 있는 기술을 제공한다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린트용 잉크 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린트용 잉크 제조와 적용의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크를 이용한 3D 스트레인 센서 프린팅 과정 및 인쇄 후 표면에 형성된 센서의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 매커니즘 설명의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 다양한 비율의 유동학적 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크 기반의 센서의 내외부 마이크로 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 압축 센싱 특성과 관련한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 실제 응용에서 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 운용의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 인장 변형 센싱 특성과 관련한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 센서를 손가락 운용에 적용한 한 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
상술한 용어들 이외에, 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하에서 설명되는 본 발명은 연신될 수 있는 3D 프린팅과 인간 모션 검출이 가능한 다축 압전 저항 센서를 형성하기 위한 도전성 나노 복합 재료들을 이용하는 기술을 제시한다. 다축 압전 저항 센서들은 2차원 전도성 소재(예: 그래핀 나노플라틀렛(GNPs)), 금속 나노 입자 타입의 전도성 소재(예: 은 나노파티클들(AgNPs)) 및 고분자 소재(예: 폴리우레탄(PU))을 기반으로 나노 복합 재료들의 직접 3D 프린팅을 통해 조합될 수 있다.
여기서, 상기 2차원 전도성 소재는 그래핀 외에, 보론나이트라이드(boron nitride), 텅스텐옥사이드(WO3), 몰리브데넘설파이드(MoS2), 몰리브데넘텔루라이드(MoTe2), 니오비움 디셀레나이드(NbSe2), 탄탈륨 디셀레나이드(TaSe2), 망간옥사이드(MnO2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속 나노 입자 타입의 전도성 소재는 AgNPs, CuNPs, AuNPs, PtNPs 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 다축 압전 저항 센서는 압축 검출뿐만 아니라 인장력(또는 장력) 변형율이 160% 이상이고, 48.2 게이지 요소를 가지는 높은 민감도를 가질 수 있다. 본원 발명에서 설명하는 GNPs 및 AgNPs 간의 시너지를 기반으로, 3D 프린트된 GNPs/AgNPs 나노 복합 센서는 높은 민감도와 빠른 응답 시간 및 500싸이클 이상의 뛰어난 안정성을 가지는 다축 압전 저항 센싱 장치로서의 성능을 제공할 수 있다. 또한, 상술한 센서와 LED 라이트 시스템의 통합에 의해, 압력에 따른 광 밀도 조절이 가능한 기술을 제공할 수 있다. 이러한 본원 발명은 재활 모니터링 시스템으로서의 잠재적성을 제시하기 위하여, 손가락 움직임들을 검출하기 위해 3D 프린팅된 장갑에서 센싱 장치에 적용하고, 그 결과로서, LED 광원의 변환을 통해 손가락 움직임을 통해 나타낼 수 있는 기술을 제시한다. 상술한 기술들은 인체 코스튬들과, 산업 로보트들 및 신체 움직임 측정을 위한 적응형 센서들 또는 의료 모니터링뿐만 아니라 재활 또는 상해 방지를 위한 생체 통합 시스템과 같은 웨어러블 전자 장치들에 적용될 수 있다.
이러한 본원 발명은 연신특성과 전기적 특성 (전도도)이 우수하면서 3차원 프린팅 공정에 적합한 폴리우레탄(Polyurethane)/그래핀 (Graphene)/은나노입자(AgNPs) 기반의 전도성 유연소재를 이용한 3D 프린팅용 잉크 제조 방법 및 이를 이용한 3D 프린팅 스트레처블 전극 응용 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린트용 잉크 제조 방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린트용 잉크 제조와 적용의 예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 3D 프린트용 잉크 제조 방법은 110 단계에서, 연신 특성이 지정된 값 이상인 고분자 소재(101)(예: 폴리우레탄, Polyurethane; PU)와, 지정된 값 이상의 전도 특성을 가지는 제1 전도성 소재(102)(예: 그래핀, Graphene nano-platelets; GNPs)를 마련할 수 있다.
120 단계에서, 상기 고분자 소재(101)와 전도성 소재(102)를 고휘발성 용매(103) (예: DCM)를 이용하여 혼합할 수 있다.
130 단계에서, 상기 혼합물에 추가로 제2 전도성 소재(104)(예: 은 나노입자, AgNPs)를 혼합한다.
140 단계에서, 선택적으로 가소제를 추가하여 3D 프린용 잉크(105)를 제조할 수 있다.
한 실시 예에 따르면, PU (0.35g)와 GNPs (0.15g)를 3 : 1의 중량비로 혼합하고, 추가로 AgNPs를 GNPs의 중량에 대해 GNPs:AgNPs = 1 : 0, 5 : 1, 5 : 2, 5 : 3, 5 : 4 및 1 : 1 비율로 첨가하여 혼합물을 생성한다. 그리고, 상기 혼합물에 DCM (2.328 ml), EGBE (0.30 ml) 및 DBP (0.15 ml)를 첨가하고 600 rpm의 회전 속도로 4 시간 동안 유성 볼 밀링하여 전도성 유연소재를 이용한 3D 프린팅용 잉크를 제조할 수 있다. 이때, 상기 전도성 유연소재를 이용한 3D 프린팅용 잉크의 농도가 0.13 g/ml 이상이면 3D 프린팅이 가능하나, 잉크의 농도가 0.18 g/ml인 경우가 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 3D 프린팅 기술을 활용하여 다양한 구조물 표면에 스트레처블 전극을 형성할 수 있는 전도성 유연소재를 이용한 잉크 제조방법 및 이를 이용한 3D 프린팅 스트레처블 전극 형성을 제공할 수 있다. 이 과정에서, 상기 잉크 제조와 관련한 실시 예에서는 폴리우레탄 (Polyurethane; PU)/그래핀 (Graphene nano-platelets; GNPs)/은 나노입자 (AgNPs)와 높은 휘발성을 갖는 DCM(Dichloromethane, 57.3 kPa@25℃)과의 안정적인 분산 및 폴리우레탄과의 결합력 향상을 위해 가소제 EGBE (Ethylene glycol butyl ether)과 DBP (Dibutyl phthalate)를 첨가함으로써 3D 프린팅용 잉크를 제조하고, 이를 3D 프린팅하여 스트레처블 전극을 제조할 수 있다.
스트레처블 전극 제조와 관련하여, 상술한 방식으로 제조한 잉크를 도 1b에 나타낸 바와 같이, 3D 프린팅 니들(107)이 장착된 3D 프린팅 헤드(106)에 주입하고, 상기 3D 프린팅 니들(107)을 이용하여 직접 3D 프린팅 증착 방식으로 스트레처블 전극(108)을 적층할 수 있다. 스트레처블 전극(108)은 도시된 바와 같이 압축 또는 인장 변형(109)될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크를 이용한 3D 스트레인 센서 프린팅 과정 및 인쇄 후 표면에 형성된 센서의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅을 이용하여 인체(예: 손, 손가락 등)에 매칭되는 객체(200)를 생성하고, 생성된 객체(200) 상에 3D 프린용 스트레처블 전극 형성을 위한 잉크를 프린팅하여 스트레처블 전극(108)을 형성할 수 있다. 상기 스트레처블 전극(108)은 예컨대, 다축 압전 저항 센서에 적용될 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 기반의 다축 압전 저항 센서는 쉽게 디자인될 수 있고 인체의 형상에 매칭되는 인체 또는 사용자 맞춤 복합 3D 구조를 생성할 수 있으며, 다른 후처리 없이 액상 증착으로 불리는 직접 3D 프린팅 기술을 통해 에코 친화, 저비용 및 대량 생산이 가능할 수 있다. 여기서, 3D 프린팅 잉크들, 다축 압전 저항 센서의 대응 구조 및 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료를 위한 제조 공정들은 상술한 도 1a 및 도 1b와 관련한 설명이 될 수 있다. 예를 들어, 높은 휘발성을 가지는 DCM에서 확산에 의해 준비된 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크는 기판 상에 직접 증착되고 3D 다축 압전 저항 센서를 얻기 위해 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 층들을 순차적으로 라미네이트될 수 있다. 여기서, 적절히 수정된 주입기가 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크들의 분출을 위해 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 매커니즘 설명의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 센서 매커니즘은 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들에서의 압축과 인장 변형에 따른 저항 변화(tensile strain-dependent resistance changes)에 기인한다. 압축 외부 힘이 가해지면 센서가 부분 압축변형을 일으킬 수 있으며, 이 때문에 GNP와/또는 AgNP의 접촉 거리가 멀어지고 접촉 폭이 부분적으로 좁아져 전도 경로가 감소될 수 있다. 이와 유사하게, 도 4에 나타낸 봐와 같이 인장력에 의한 센서의 변형은 GNPs 및/또는 AgNPs의 전기적 접촉점들을 감소시켜 전도 경로가 감소될 수 있다. 그래서, 압축 및 인장력들이 적용될 때, 저항은 도전성 경로와 관련된 센서 내부 GNPs/AgNPs 마이크로구조의 변형에 기인하여 증가할 수 있다. 한편, 프린트 해상도 및 라미네이션 특성은 보다 정교하고 복합적인 형태들을 생성하기 위해 중요 인자들이다. 이에 따라 잉크는 뭉침이나, 급속 건조 없이 노즐을 통해 부드럽게 노출되어야 하며, 적층(stacked well) 및 추간간판 접착(interlaminar bond)은 안정적인 구조 유지를 위하여 충분히 높은 힘을 가지도록 설계될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 다양한 비율의 유동학적 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 각 그래프는 지정된 온도(예; 25도)에서 GNPs/AgNPs(1:0, 5:1, 5:2, 5:3, 5:4 및 1:1)의 다양한 비율의 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크를 위해, 전단율의 함수로서 전단 응력 및 겉보기 점도 측면에서 유동학적 상태를 나타낸다. 겉보기 점도 값들은 도 5의 (a)에서 흐름 곡선으로 불리는 전단 응력 곡선들의 기울기로부터 간단히 계산될 수 있다. 전단율 함수로서 점도가 고려될 때, 뉴턴 유체는 전단율이 증가되는 상수 점도 상태를 나타내며, 전단율 증가에 따른 점도의 감소는 전단 박화 동작으로서 정의된다.
도 5의 (b)에서는, AgNPs 양 증가에 따라 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크들의 겉보기 점도가 증가되는 상태를 알 수 있다. 중요한 것으로, 모든 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크들은 전단율 범위 2-80 s-1에서 비-뉴턴 상태(전단 박화)를 나타낸다. 그래서, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들은 전단력이 높을 때 낮은 겉보기 점도를 가지며, 전단력이 없을 때 겉보기 점도는 3D 프린터 잉크들의 요구에 잘 맞을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 잉크 기반의 센서의 내외부 마이크로 구조를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 6의 (a)는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 합성된 3D 구조의 전극 센서의 일 예를 나타낸 것으로, 이전 증착층 또는 기판 상에 250 um 길이 및 내부 지름 400 um를 가지는 미세 노즐을 통해 잉크를 사출하여 전극을 형성할 수 있다. 도 6의 (b)는 3D 프린팅된 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들의 적층된 수직 방향 면에서 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM) 이미지를 나타낸 것으로, 각 층들 사이에서 건조된 층 두께가 142um이고, 표면에 즉시 증착된 층 두께는 230um로서, 층별간 잘 부착됨을 확인할 수 있다. 또한, 3D 프린팅된 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들의 SEM 이미지 절단면으로부터, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들이 PU 매트릭스와 네트워크로 잘 연결되어 있고, 또한 상호 간에 잘 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 도 6의 (c)는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 에너지 분산 스펙트로미터(EDS, energy dispersive spectrometer) 기본 매핑 이미지를 나타낸 것이다. 해당 도면에서와 같이 (AgNPs에 대표되는) Ag가 전체 시스템을 통해 고르게 확산됨이 확인된다. 한편, 불행하게도, 도 6의 (d)에 나타난 바와 같이, GNPs의 확산 정도는 PU 매트릭스 및 GNPs 둘다 모두에서 C 기본 신호들로 나타나기 때문에 EDS 기본 매핑에 의해 확인되지 않는다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 압축 센싱 특성과 관련한 도면이다.
도 7을 참조하면, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료들의 전기적 특성 조사를 위하여, 정적 및 동적 전기 테스트들이 수행될 수 있다. 도 7의 (a)에서와 같이 GNPs/AgNPS 나노 복합 센서에 외부 압력이 적용될 수 있다. 이 경우, 도 7의 (b)에 나타난 바와 같이, GNPs 및 AgNPs의 무게 비율에서 변화는 동일 압축력 하에 전기적 반응 변화를 이끌어냄을 알 수 있다. 특히, 도 7의 (b)에 나타난 바와 같이 GNPs 및 AgNPs의 무게 비율이 약 5:3이면, 전류 변화율은 최대에 이르고, 5:3 무게 비율의 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료는 다른 나노 복합 재료들의 무게 비율보다 높은 전류 변화율을 가진다. 압력 센서의 민감도(Sp)는 (|△I/Io|)/△P로 정의될 수 있다. 여기서, 여기서, △I는 전류의 상대적 변화이며, Io는 로딩이 없는 센서의 전류이며, △P는 적용된 힘의 변화를 나타낼 수 있다. 도 4의 (b)는 GNPs 및 AgNPs의 다양한 무게 비율을 가지는 GNPs/AgNPs의 전기적 응답 민감도를 의미할 수 있다. 예컨대, 순수 GNPs가 고려되지 않는 상황에서, 5:3의 무게비율을 가지는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서가 5:4 및 5:5의 무게 비율 및 5:1 및 5:2의 무게 비율에 비하여 가장 높은 민감도를 가진다. GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 높은 민감도는 금속 도전성을 가지는 재료가 감소된 그래핀 옥사이드(rGO) 시스템에 더해질 때, 혼합 시스템이, 순수 rGO보다 더 민감하게 큰 전류 변화를 나타내는 것의 결과로부터 설명될 수 있다. 유사하게, GNPs의 농도가 일정할 때, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 민감도는 AgNPs의 양의 증가에 따라 도전성 경로의 증가에 기안하여 증가한다. 더 나아가, AgNPs가 과도하게 추가될 때, 더 많은 도전성 경로가 생성되고, 양호한 도체와 유사한 합성물을 만들기 위해 포화된다. 그러나, 도전성 경로가 포화되면(GNPs 및 AgNPS의 비율이 5:4를 넘어서 1:1이되면)전류 변화에 영향을 주는 저항 변화 및 민감도는 감소되고, 결과적으로, 5:3 비율의 민감도는 5:4 및 1:1의 비율보다 높아진다.
도 7의 (c)는 적용 압력에 대응하는 GNPs/AgNPs 나노 복합재료 센서의 I-V 곡선을 나타낸다. I-V 곡선은 -0.5V ~ 0.5V에서 선형 관계를 나타내고, I-V 곡선의 기울기는 압력 증가에 따라 감소한다. 이러한 결과는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서들이 접촉 전극들을 가지는 옴 접촉이고, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 저항이 압력 증가에 따라 점진적으로 증가함을 제시한다. 더 나아가, 단계별 압력 증가에 따라, 도 7의 (d)에 나타낸 바와 같이 음의 방향(도시된 도면을 기준으로 우측에서 좌측 방향)으로 동적 전류 변화율이 계속해서 단계적으로 증가되는 것이 관측된다. 이것은 단계적으로 압력이 증가함에 따라 전류는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 저항의 증가에 기인하여 감소되는 것으로 볼 수 있다. 결과적으로, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 압력 레벨에 따라 세그먼트 신호를 효과적으로 표시할 수 있다.
도 7의 (e)를 참조하면, 0-0.40 MPa 범위에서 적용된 압력의 상대적 전류 변화는 다음 수학식 1에 대응될 수 있다.
[수학식 1]
Y = β0+ΣβiXi(i=1,2,3,4)
여기서, Y는 응답 변수이며, Xi는 복귀자, β0, ,,,, β4는 LSM(least squares method)에 의해 평가된 미지계수이다. R 제곱의 결정 계수는 99.7% 이상의 응답 변수의 분산이 설명 변수들에 의해 설명될 수 있으며, 모델의 종합 적합도가 매우 훌륭하고, 모델이 압력 변화에 기인한 전류에서의 변화를 잘 설명할 수 있음을 나타낸다.
도 7의 (f)에서는, GNPs/AgNPS 나노 복합 재료 센서의 내구성을 평가한 값을 나타낸 것으로, 스태핑 모터를 가지는 핸드메이드 싸이클 테스터에서 0.1Mpa 압력의 적용 및 해제를 지속적으로 하는 동적 싸이클 테스트가 수행될 수 있다. 500싸이클 이후, 센서 신호는 상대적으로 작은 전류 감쇄를 나타냈으며, 단지 72ms 반응 시간 지연을 나타낸다. 이러한 결과는 비록 조금의 미끄럼 변위가 싸이클에서 발생하지만, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 수명이 길고 안정적임을 나타낸다. 게다가, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 500싸이클 이후 705~777 ms의 빠른 응답을 보이며, 이것은 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서가 실제 응용을 만족하기 위해 고려될 수 있음을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 실제 응용에서 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 운용의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)에서와 같이, LED 광에 다양한 압력에 대응하는 전기적 응답을 테스트하기 위한 3V 전력 공급 하의 환경이 센서에 적용될 수 있다. 그 결과로서, 도 8의 (b)-(f)에 나타낸 바와 같이, 0에서 0.4MPa 내에서 외부 압력이 증가함에 따라, LED 광의 밝기가 어둡게 되고 결과적으로 LED가 턴-오프된다. 이러한 동작 상태는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서가, 압력이 적용될 때 저항의 증가에 기인하여 전류 감쇄를 잘 반영한 것으로 볼 수 있으며, 결과적으로, 압축 센서와 같은 실제 응용에서 잘 동작함을 나타내는 것으로 볼 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 인장 변형 센싱 특성과 관련한 도면이다.
인장 변형 센싱 특성 조사와 관련하여, 인장 변형을 위한 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료의 전기적 특성을 조사하기 위하여, 이전 수행된 압축 테스트들과 같은 방법으로 인장 변형을 위한 정적 및 동적 전기적 테스트들이 수행될 수 있다.
도 9의 (a)에서와 같이 외부 인장 변형과 관련하여 외부 압력이 적용될 수 있다. 이 경우, 도 9의 (b)에서와 같이, 도 4의 (b)에서 설명한 압축 경우와 유사하게, GNPs 및 AgNPs의 무게 비율의 변화는 동일 인장 변형 하에 전기적 특성의 변화를 이끌어냄을 관찰할 수 있다.
다른 인장 변형 센싱 특성들은 앞서 설명한 압축의 경우와 유사하다. 예컨대, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 전류 변화율은 GNPs와 AgNPs의 무게 비율이 5:3일 때 최대 값을 나타냈으며, GNPs/AgNPS 나노 복합 재료는 순수 GNPs와 나노 복합 재료의 다른 무게 비율보다 전류 변화율이 높게 나타났다. 인장 변형의 민감도(ST)는 (│△I/Io│)/ε로 정의될 수 있다. 여기서 △I는 전류의 상대적 변화를 나타내며, Io는 변형 없는 상태에서 센서의 전류를 나타내며, ε는 기계적 변형을 의미할 수 있다. 상기 인장 변형의 민감도와 관련하여, 5:3 무게 비율을 가지는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 무게 비율이 더 높은 5:4 및 5:5 및 무게 비율이 더 낮은 5:1 및 5:2와 비교할 때, 순수 GNPs를 거론하지 않고, 가장 높은 민감도를 가진다. 이러한 결과는 이전 압축 과정에서 언급된 것과 유사한 상태임을 나타내는 것으로 볼 수 있다. GNPs의 농도가 상수로 유지될 때, AgNPs 양의 증가에 대응하여, GNPs/AgNPS 나노 복합 재료의 민감도가 도전성 경로의 증가에 의해 점진적으로 증가한다. 그러나, 도전성 경로가 포화된 이후로, 저항의 변화는 감소되고, 결과적으로 민감도가 감소한다. 그래서, 5:3 비율의 민감도는 5:4 및 1:1의 비율보다 높다. 민감도는 GF로 변환될 수 있으며, GF는 (△R/Ro)/ε으로 정의될 수 있다. 여기서, △R은 변형 중 저항 변화를 의미하며, Ro는 변형되기 이전 저항 값을 의미하고, ε은 적용된 변형을 의미할 수 있다. 50% 및 100% 연신(스트래칭)에서, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서들은 21.2 및 30.2의 GF 값을 나타낸다. 개별적으로, 160% 최대 변형에서 48.2 GF 값을 나타내며, 이러한 GF 값들 및 나노 물질 및 탄성 중합체의 금속성 도체들을 또는 혼합체들(대부분의 GF 값이 35 이하를 나타냄) 기반의 연신 변형 센서들의 연신력을 고려할 때 상대적으로 훌륭한 값이 될 수 있다.
도 9의 (c)는 적용된 변형에 대응하는 GNPs/AgNPs 나노복합 재료 센서의 I-V 곡선을 나타낸다. I-V 곡선은 -0.5~0.5V 사이에서 선형 관계를 나타나며, I-V 곡선의 기울기는 인장 변형의 증가에 따라 감소한다. 이러한 결과는 GNPs/AgNPS 나노 복합 재료 센서가 접촉 전극들을 가지는 옴 접촉이며, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 저항이 인장 변형의 증가에 따라 점진적으로 증가함을 나타낸다. 더 나아가, 인장 변형이 단계적으로 증가함에 따라, 도 9의 (d)에서와 같이, 음의 방향(예: 도시된 도면을 기준으로 우측에서 좌측 방향)으로 동적 전류 변화율이 계속해서 증가함을 알 수 있다. 이러한 상태는, 인장 변형이 단계적으로 증가하는 경우, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 저항의 증가에 기인하여 감소하는 것으로 볼 수 있으며, 결과적으로, 전류가 인장 변형 레벨에 따라 세그먼트 신호가 나타날 수 있다.
도 9의 (e)에서와 같이, 0~100% 범위에서 적용된 인장 변형의 상대적 전류 변화율은 앞서 설명한 수학식 1의 2차 함수에 잘 맞는다. R 제곱의 결정 계수와 관련하여, 응답 변수의 99.4% 변화량 이상은 설명 변수들에 의해 설명될 수 있으며, 모델의 종합 적합도가 훌륭하며, 상기 모델이 변형의 변화들에 기인하여 전류의 변화를 잘 설명함을 제시한다.
도 9의 (f)는 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 내구성 평가 결과를 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 동적 싸이클 테스트가 수행될 수 있다. GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 인장 센서들은 약 20% 연신되며, 스태핑 모터를 가지는 핸드메이드 싸이클 테스터에 의해 연신이 해제될 수 있다. 500싸이클 이후, 센서 신호들은 작은 전류 감쇄(△I) 및 응답 속도, 0.7 및 0.24 s의 복구 시간 지연이 각각 나타날 수 있다. 그러나, 500싸이클 이후, 복구 시간은 2.45에서 1.75s로 감소되며, 실제 응용에서는 보다 빠른 반복적 응답 특성을 제공할 수 있을 것이다. 상술한 결과로부터, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 상대적으로 긴 수명 및 안정을 가짐을 나타내고, 결과적으로, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서가 실제 응용에 사용될 수 있음으로 고려될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 센서를 손가락 운용에 적용한 한 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 인장 변형을 위한 높은 민감도 특성을 가지며, 몸체 움직임 측정 및 의학적 모니터링을 위한 적응형 센서들과 같은 잠재적인 응용들을 위해 선호되는 인체 형상에 따라 3D 구조로 제공될 수 있다.
실제 인체 응용에서, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서의 가용성을 제시하기 위하여, 웨어러블 기판으로서 3D 프린팅된 장갑을 마련하고, 상기 3D 프린팅된 장갑 상에 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료로 직접 프린팅 된 손가락 구부림과 같은 제스처를 인식할 수 있는 간단한 인체 모션 센서를 장착하였다. 이러한 구조의 채용과 관련하여, 사람의 손가락은 변형이 많고 큰 특성에 기인한 것으로, 본원 발명의 센서 적용의 다양한 결과를 수집하기 위한 방안이 될 수 있다. 예를 들어, 손목 또는 손가락 구부림의 변형은 지정된 축을 중심으로 약 30%이다. 본 발명의 실시 예에 따른 큰 변형성 센서가 인체에 부착되면, 센서는 인체의 움직임 특성을 검출할 수 있고 또한 부가적인 신호들을 표시할 수 있다.
직접 프린팅된 GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 센싱 성능을 측정하기 위하여 멀티미터에 연결될 수 있고, 손가락의 구부림의 결과로서 변형의 다양한 정도가 발생하면, 전압이 변형됨이 관측될 수 있다. 센싱 시스템은 도 10에서와 같이 손가락 움직임에 의해 제어되는 LED 라이트 시스템으로 확장될 수 있다. 이러한 센싱 시스템은 손가락의 구부림에 의해 기인된 변형에 따라 저항이 클 때 LED가 켜지도록 디자인되거나 또는 반대가 될 수도 있다. GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 손가락 움직임에 따라 LED 광의 동작을 잘 제어한다. 결과적으로, GNPs/AgNPs 나노 복합 재료 센서는 실시간 인체 모션 검출을 위해 잘 적용될 수 있도록 고려할 수 있고, 인체 움직임 측정 및 의학적 모니터링을 위한 적응성 센서들과 같은 잠재적인 응용들을 위해 제시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다.
또한, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 통상의 기술자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
200 : 3D 프린팅 객체
108 : 스트래처블 전극

Claims (12)

  1. 폴리우레탄을 함유하는 고분자 소재;
    그래핀, 보론나이트라이드(boron nitride), 텅스텐옥사이드(WO3), 몰리브데넘설파이드(MoS2), 몰리브데넘텔루라이드(MoTe2), 니오비움 디셀레나이드(NbSe2), 탄탈륨 디셀레나이드(TaSe2) 및 망간옥사이드(MnO2) 중에서 선택된 1종 이상을 함유하는 2차원 전도성을 가지는 제1 전도성 소재;
    금속 나노 입자 형태의 제2 전도성 소재;
    휘발성 용매; 및
    상기 제1 및 제2 전도성 소재의 분산 특성과, 상기 고분자 소재와의 결합력 개선을 위한 EGBE(Ethylene glycol butyl ether) 및 DBP(Dibutyl phthalate)를 함유하는 가소제;를 포함하고,
    상기 제1 전도성 소재 및 상기 제2 전도성 소재의 중량비가 5:3인 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전도성 소재는 AgNPs, CuNPs, AuNPs 및 PtNPs 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 휘발성 용매는 DCM(Dichloromethane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 소재와 제1 전도성 소재 및 제2 전도성 소재를 포함하는 혼합물의 농도가 0.13 내지 0.21 g/ml의 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 전도성 유연 소재를 포함하는 3D 프린팅용 잉크 조성물.
  9. 삭제
  10. 폴리우레탄을 함유하는 고분자 소재와 2차원 전도성을 가지는 제1 전도성 소재를 휘발성 용매에 혼합하는 단계;
    상기 혼합물에 추가로 금속 나노 입자 형태의 제2 전도성 소재를 혼합하는 단계; 및
    EGBE(Ethylene glycol butyl ether) 및 DBP(Dibutyl phthalate)를 함유하는 가소제를 상기 제2 전도성 소재를 혼합한 혼합물에 추가 혼합하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 전도성 소재는 그래핀, 보론나이트라이드(boron nitride), 텅스텐옥사이드(WO3), 몰리브데넘설파이드(MoS2), 몰리브데넘텔루라이드(MoTe2), 니오비움 디셀레나이드(NbSe2), 탄탈륨 디셀레나이드(TaSe2) 및 망간옥사이드(MnO2) 중에서 선택된 1종 이상을 함유하고,
    상기 제1 전도성 소재와 상기 제2 전도성 소재의 중량비가 5:3인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 잉크 조성물 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전도성 소재는 AgNPs, CuNPs, AuNPs, PtNPs 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 휘발성 용매는 DCM(Dichloromethane )을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 잉크 조성물 제조 방법.
  12. 3D 프린팅된 객체; 및
    상기 3D 프린팅된 객체 상에 증착되는 스트래처블 전극;을 포함하고,
    상기 스트래처블 전극은 폴리우레탄, 그래핀 및 은나노입자를 휘발성 용매에 혼합한 용액에, EGBE(Ethylene glycol butyl ether) 및 DBP(Dibutyl phthalate)을 가소제로 첨가한 3D 프린팅용 잉크 조성물로 구성되고,
    상기 그래핀과 상기 은나노입자의 중량비가 5:3인 것을 특징으로 하는 스트래처블 전극을 포함하는 센서.
KR1020190069263A 2019-06-12 2019-06-12 3d 프린팅용 잉크 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 3d 프린팅 스트레처블 전극 센서 KR102295060B1 (ko)

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