KR102446078B1 - Variable resistance film and sensor device comprising the same - Google Patents

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KR102446078B1
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이윤구
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Abstract

열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자를 포함하는 가변저항 막, 및 상기 가변저항 막을 포함하는 압력 센서 및 온도 센서가 제공된다.A variable resistive film comprising thermosetting polymer and dendritic silver particles, and a pressure sensor and a temperature sensor comprising the variable resistive film are provided.

Description

가변저항 막 및 이를 포함하는 센서 장치{Variable resistance film and sensor device comprising the same}Variable resistance film and sensor device comprising the same

본 발명은 외부 자극으로부터 저항이 변화하는 가변저항 막, 및 이를 포함하는 센서 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a variable resistance film whose resistance is changed from an external stimulus, and a sensor device including the same.

센서란 외부의 자극, 예를 들어, 열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하여 일정한 신호로 알려주는 장치를 의미하며, 그러한 예로는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광 센서, 음향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등이 있다.A sensor means a device that detects a physical quantity or change of an external stimulus, for example, heat, light, temperature, pressure, sound, etc. There are sensors, magnetic sensors, light sensors, acoustic sensors, taste sensors, olfactory sensors, and the like.

외부의 자극의 양이나 변화를 감지하기 위한 목적을 고려할 때, 센서의 외부 자극 민감도를 향상시키는 것은 매우 중요하며, 이에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다.Considering the purpose of detecting the amount or change of an external stimulus, it is very important to improve the sensitivity of the sensor to the external stimulus, and research on this is being made steadily.

최근에는, 외부 자극에 응답하여 저항값이 민감하게 변화하는 재료를 이용하는 센서의 제작에 관한 연구가 이루어지고 있으나, 기존의 센서에 비해 감지 특성이 뛰어난 재료에 대한 요구가 여전히 존재한다.Recently, research has been made on the fabrication of a sensor using a material whose resistance value is sensitively changed in response to an external stimulus, but there is still a demand for a material having superior sensing properties compared to the conventional sensor.

한국등록공보, 제101412623호, "압저항 센싱감도가 향상된 탄소나노튜브 복합체 및 그 제조방법, 이 탄소나노튜브 복합체를 갖는 압력감응센서"Korean Registration Publication, No. 101412623, "Carbon nanotube composite with improved piezoresistive sensing sensitivity and manufacturing method therefor, and pressure sensitive sensor having this carbon nanotube composite"

본 발명은 외부 자극으로부터 저항이 변화하는 가변저항 막, 및 이를 포함하는 센서 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a variable resistance film whose resistance is changed from an external stimulus, and a sensor device including the same.

본 발명의 발명자는 수지상으로 성장한 은 입자와 경화성 폴리머를 이용하여 제작한 막이 외부자극에 대하여 저항값이 민감하게 변화하는 것을 확인하였고, 이러한 견지에서 본 발명의 가변저항 막 및 이를 포함한 센서 장치의 개발에 성공하였다.The inventor of the present invention has confirmed that the resistance value of the film made using the dendritic grown silver particles and the curable polymer is sensitive to external stimuli, and in this respect, the variable resistance film of the present invention and the sensor device including the same succeeded in

일 측면에 따르면, 열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자를 포함하는 가변저항 막이 제공된다.According to one aspect, a variable resistance film comprising a thermosetting polymer and dendritic silver particles is provided.

다른 측면에 따르면, 제1기재; 상기 제1기재 상에 배치된 제1전극; 상기 제1전극에 마주하는 제2전극; 상기 제2전극 상에 배치된 제2기재; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 개제된 상기 가변저항 막;을 포함하는 압력 센서가 제공된다.According to another aspect, the first substrate; a first electrode disposed on the first substrate; a second electrode facing the first electrode; a second substrate disposed on the second electrode; and the variable resistance film interposed between the first electrode and the second electrode.

또 다른 측면에 따르면, 기재; 상기 가변저항 막; 및 상기 기재 및 상기 가변저항 막 사이에 개재된 제1전극 및 제2전극;을 포함하는 온도 센서가 제공된다.According to another aspect, the substrate; the variable resistance film; and a first electrode and a second electrode interposed between the substrate and the variable resistance layer.

일 측면에 따른 가변저항 막을 포함하는 센서장치, 예를 들어 압력 센서 및 온도 센서는 외부에서 가해지는 압력, 열의 물리적인 양 또는 변화에 응답하여 신속하고 큰 저항값의 변화를 보임으로써, 센서장치의 본질적인 기능인 센싱 특성이 향상될 수 있다.A sensor device including a variable resistance film according to one aspect, for example, a pressure sensor and a temperature sensor, shows a rapid and large change in resistance in response to a physical amount or change of pressure and heat applied from the outside, thereby increasing the resistance of the sensor device. A sensing characteristic, which is an essential function, may be improved.

도 1은 1차 수지상 은 입자의 FESEM(Field Emission Scanning Electron microscope) 사진이다.
도 2는 2차 수지상 은 입자의 FESEM(Field Emission Scanning Electron microscope) 사진이다.
도 3은 3차 수지상 은 입자의 FESEM(Field Emission Scanning Electron microscope) 사진이다.
도 4는 압력 센서의 구조를 개략적으로 보여주는 도해이다.
도 5는 압력 센서의 압저항 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6a-도6c은 압력 센서의 반응 시간을 보여주는 그래프이다.
도 7은 압력 센서의 투광도를 보여주는 그래프이다.
도 8은 구형 금 나노 입자를 포함하는 압력 센서의 압력 대비 저항 그래프이다.
도 9은 온도 센서의 구조를 개략적으로 보여주는 도해이다.
도 10는 온도 센서에 사용된 열경화성 폴리머 및 가변저항막의 온도에 따른 열 흐름을 측정한 그래프이다.
도 11은 온도 센서의 온도에 따른 저항값의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12는 수지상 은 나노입자 및 구형 은 나노입자의 함량에 따른 저항의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 수지상 은 나노입자의 함량에 따른 투광도를 보여주는 그래프이다.
1 is a field emission scanning electron microscope (FESEM) photograph of primary silver dendritic particles.
2 is a field emission scanning electron microscope (FESEM) photograph of secondary silver dendritic particles.
3 is a field emission scanning electron microscope (FESEM) photograph of tertiary dendritic silver particles.
4 is a diagram schematically showing the structure of a pressure sensor.
5 is a graph showing the piezoresistive characteristics of the pressure sensor.
6A-6C are graphs showing the response time of the pressure sensor.
7 is a graph showing the light transmittance of the pressure sensor.
8 is a pressure versus resistance graph of a pressure sensor including spherical gold nanoparticles.
9 is a diagram schematically showing the structure of a temperature sensor.
10 is a graph of measuring heat flow according to the temperature of the thermosetting polymer and the variable resistance film used in the temperature sensor.
11 is a graph showing a change in a resistance value according to a temperature of a temperature sensor.
12 is a graph showing a change in resistance according to the content of dendritic silver nanoparticles and spherical silver nanoparticles.
13 is a graph showing transmittance according to the content of dendritic silver nanoparticles.

이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present inventive concept described below can apply various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present inventive concept to a specific embodiment, and should be understood to include all transformations, equivalents or substitutes included in the technical scope of the present inventive concept.

이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.Terms used below are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present inventive concept. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Hereinafter, terms such as “comprising” or “having” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, component, material, or combination thereof described in the specification exists, but one or the It should be understood that the above does not preclude the existence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, components, materials, or combinations thereof, or additions thereof. "/" used below may be interpreted as "and" or "or" depending on the situation.

도면에서 여러 구성요소, 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 직경, 길이, 두께를 확대하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. In the drawings, in order to clearly express various components, layers, and regions, diameters, lengths, and thicknesses are enlarged or reduced. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. Throughout the specification, when a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is referred to as “on” or “on” another part, it includes not only the case where it is directly on the other part, but also the case where there is another part in the middle. .

명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 도면에서 구성요소의 일부가 생략될 수 있으나, 이는 발명의 특징에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서 생략된 구성요소를 배제하려는 의도가 아니다.Throughout the specification, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. Some of the components may be omitted from the drawings, but this is for helping understanding of the features of the invention and is not intended to exclude the omitted components.

일 측면에 따르면, 열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자를 포함하는 가변저항 막이 제공된다.According to one aspect, a variable resistance film comprising a thermosetting polymer and dendritic silver particles is provided.

일 구현예에 따르면, 상기 수지상 은 입자는, 은(Ag) 입자를 포함하는 코어 입자; 상기 코어 입자로부터 방사방향으로 성장된 하나 이상의 가지부를 포함하고, 상기 가지부의 단부는 침형을 가질 수 있다. 상기 하나 이상의 가지부의 단부가 침형을 가짐으로써, 양자 터널링 효과에 의한 전기적 특성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 가지부의 단부가 침형을 가짐으로써, 전류가 가지부의 단부에 집중되기 쉽고, 이로 인해 가지부의 단부에서 전자가 외부로 튀어나가게 되므로 이러한 전자의 이동으로 인해 전기적 특성이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 전기적 특성의 향상은 외부 자극에 따른 민감도를 향상시키는 결과를 가져옴으로써, 센서 등의 외부 자극의 변화량을 감지하기 위한 장치에 적용 가능하다.According to an embodiment, the dendritic silver particles may include a core particle including silver (Ag) particles; It may include one or more branch portions grown in a radial direction from the core particle, and an end of the branch portion may have a needle shape. When the ends of the one or more branch portions have needle-like shapes, electrical characteristics due to quantum tunneling effect may be improved. Specifically, since the end of the branch has a needle-like shape, current is easily concentrated at the end of the branch, and thus electrons are ejected from the end of the branch to the outside. In addition, the improvement of the electrical characteristics results in improving the sensitivity according to the external stimulus, and thus can be applied to a device for detecting the amount of change in the external stimulus, such as a sensor.

일 구현예에 따르면, 상기 수지상 은 입자 중, 상기 가지부는 메인 가지부 및 메인 가지부로부터 2차원적으로 및/또는 3차원적으로 성장된 하나 이상의 서브 가지부를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, among the dendritic silver particles, the branch portion may include a main branch portion and one or more sub-branch portions grown two-dimensionally and/or three-dimensionally from the main branch portion.

상기 메인 가지부는 다른 서브 가지부에 비해 단면의 직경이 더 크고, 상기 메인 가지부의 성장방향에서의 길이(이하, "성장길이"라 지칭함)는 상기 서브 가지부의 길이에 비해 더 길다. 예를 들어, 상기 메인 가지부 및 상기 서브 가지부의 성장길이 비율은 1:0.5 내지 1:0.0001일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 범위 내에 속하는 임의의 비율 범위를 가질 수 있다.The main branch has a larger cross-sectional diameter than other sub-branches, and a length (hereinafter, referred to as a “growth length”) in the growth direction of the main branch is longer than the length of the sub-branch. For example, the growth length ratio of the main branch portion and the sub branch portion may be in a range of 1:0.5 to 1:0.0001, but is not limited thereto, and may have any ratio range falling within the range.

상기 서브 가지부는 2차원적으로 성장된 하나 이상의 서브 가지부를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 2차원적으로 성장된 서브 가지부는 메인 가지부로부터 방사방향으로 성장된 가지부를 포함한다. 상기 서브 가지부의 단부는 침형을 가질 수 있다.The sub-branch may include one or more two-dimensionally grown sub-branches. In the present specification, the two-dimensionally grown sub-branch includes a branch that grows radially from the main branch. An end of the sub-branch may have a needle shape.

유사하게, 상기 서브 가지부는 3차원적으로 성장된 하나 이상의 서브 가지부를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 3차원적으로 성장된 서브 가지부는 메인 가지부로부터 방사방향으로 성장된 가지부의 표면으로부터 성장된 가지부를 포함한다. 상기 서브 가지부의 단부는 침형을 가질 수 있다.Similarly, the sub-branch may include one or more three-dimensionally grown sub-branches. In the present specification, the three-dimensionally grown sub-branch includes a branch grown from the surface of the branch grown in a radial direction from the main branch. An end of the sub-branch may have a needle shape.

상기 메인 가지부 및 상기 서브 가지부의 단부가 모두 침형을 가짐으로써, 양자 터널링 효과가 극대화될 수 있으며, 이에 의하여 전기적 특성이 현저히 향상될 수 있다.Since both the ends of the main branch and the sub-branch have needle-shaped ends, the quantum tunneling effect may be maximized, thereby remarkably improving electrical characteristics.

상기 열경화성 폴리머는 아크릴레이트계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 불포화 폴리에스테르계, 및 폴리우레탄계로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The thermosetting polymer may include at least one selected from the group consisting of acrylate-based, acrylic urethane-based, epoxy-based, silicone-based, unsaturated polyester-based, and polyurethane-based polymers.

상기 열경화성 폴리머는 가변저항 막의 사용 목적에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 폴리머들 중, 후술하겠지만, 탄성을 갖는 열경화성 폴리머가 압력 센서용 가변저항 막에 사용될 수 있고, 정온도계수(positive temperature coefficient) 효과를 갖는 폴리머가 온도 센서용 가변저항 막에 사용될 수 있다.The thermosetting polymer may be selected according to the purpose of use of the variable resistance film. For example, among the thermosetting polymers, as will be described later, a thermosetting polymer having elasticity may be used in a variable resistance film for a pressure sensor, and a polymer having a positive temperature coefficient effect may be used in a variable resistance film for a temperature sensor. can be used

상기 열경화성 폴리머는 경화 후 수지상 은 입자를 내포하는 매트릭스의 역할을 하여, 수지상 은 입자의 탈리를 방지하고, 외부 자극을 수용하여 수지상 은 입자에 전달하는 역할을 한다.The thermosetting polymer serves as a matrix enclosing the silver dendritic particles after curing, thereby preventing the silver dendritic particles from being detached, and receiving external stimuli and delivering them to the silver dendritic particles.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화 방지제, 점착제, 가소제, 자외선 흡수제, 소포제, 필러, 경화제 등을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the variable resistance layer may further include an additive. For example, it may further include an antioxidant, an adhesive, a plasticizer, an ultraviolet absorber, an antifoaming agent, a filler, a curing agent, and the like.

일 측면에 따르면, 상기 가변저항 막을 포함하는 압력센서 및 온도센서가 제공된다.According to one aspect, a pressure sensor and a temperature sensor including the variable resistance film are provided.

우선, 하기에서는 도 4를 참고하여, 압력센서를 설명한다.First, a pressure sensor will be described with reference to FIG. 4 below.

도 4를 참고하면, 제1기재(1); 상기 제1기재 상에 배치된 제1전극(2); 상기 제1전극에 마주하는 제2전극(4); 상기 제2전극 상에 배치된 제2기재(5); 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 개제된 상기 가변저항 막(3);을 포함하는 압력 센서(10)가 제공된다.Referring to Figure 4, the first substrate (1); a first electrode (2) disposed on the first substrate; a second electrode (4) facing the first electrode; a second substrate 5 disposed on the second electrode; and the variable resistance film 3 interposed between the first electrode and the second electrode.

일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(2)과 상기 가변저항 막(3) 사이에, 및/또는 상기 제2전극(4)과 상기 가변저항 막(3) 사이에는 하나 이상의 도전층(미도시)이 더 배치될 수 있다. According to one embodiment, between the first electrode 2 and the variable resistance film 3 and/or between the second electrode 4 and the variable resistance film 3, one or more conductive layers (not shown) city) may be further arranged.

다른 구현예에 따르면, 상기 제1전극(2)과 상기 가변저항 막(3) 사이에, 및/또는 상기 제2전극(4)과 상기 가변저항 막(3)은 서로 접촉하도록 배치될 수 있다.According to another embodiment, between the first electrode 2 and the variable resistance film 3 , and/or the second electrode 4 and the variable resistance film 3 may be disposed to contact each other. .

상기 가변저항 막(4)은 1종 이상의 열경화성 폴리머와 수지상 은 입자를 혼합한 슬러리를, 제1전극(2) 상에 도포한 후, 열경화하여 제조될 수 있다.The variable resistance film 4 may be prepared by applying a slurry in which one or more types of thermosetting polymer and silver dendritic particles are mixed on the first electrode 2 and then thermosetting the slurry.

상기 열경화성 폴리머는 아크릴레이트계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 불포화 폴리에스테르계, 및 폴리우레탄계로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 폴리머로는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리디에틸실록산, 폴리우레탄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성 중합체라면 모두 사용 가능하다.The thermosetting polymer may include at least one selected from the group consisting of acrylate-based, acrylic urethane-based, epoxy-based, silicone-based, unsaturated polyester-based, and polyurethane-based polymers. For example, polydimethylsiloxane (PDMS), polydiethylsiloxane, polyurethane, etc. may be used as the thermosetting polymer, but is not limited thereto, and any elastic polymer may be used.

상기 열경화성 폴리머는 가변저항 막(4) 중에 50 중량부 내지 99.9 중량부로 포함될 수 있다. 상기 열경화성 폴리머의 함량이 상기 범위에 속하는 경우에, 수지상 은 입자의 매트릭스로 기능하여 상기 수지상 은 입자의 이탈을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 압력에 따른 저항 변화를 극대화 할 수 있다.The thermosetting polymer may be included in an amount of 50 to 99.9 parts by weight in the variable resistance film 4 . When the content of the thermosetting polymer is within the above range, it is possible to function as a matrix of silver dendritic particles to prevent separation of the silver dendritic particles, and to maximize resistance change according to pressure.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(3)의 두께는 20 ㅅm 내지 1 mm 일 수 있다. 가변저항 막(3)의 두께가 상기 범위에 속하는 경우, 수지상 은 입자가 외부로 노출됨 없이 가변저항 막 내에 포함될 수 있다. 또한, 상기 막(3)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 가변저항 막 내에 가해지는 응력이 수지상 은 입자에 충분히 전달되지 못하여, 압력 센서의 반응 속도가 감소될 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the variable resistance layer 3 may be 20 μm to 1 mm. When the thickness of the variable resistance film 3 falls within the above range, the dendritic silver particles may be included in the variable resistance film without being exposed to the outside. In addition, when the thickness of the film 3 is too thick, the stress applied in the variable resistance film may not be sufficiently transmitted to the silver dendritic particles, so that the reaction speed of the pressure sensor may be reduced.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(3) 중의 수지상 은 입자의 함량비는 가변저항 막 전체 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 50 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 가변저항 막(3) 중의 수지상 은 입자의 함량비는 가변저항 막 전체 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 50 중량부, 0.5 중량부 내지 50 중량부, 1 중량부 내지 50 중량부, 5 중량부 내지 50 중량부, 10 중량부 내지 50 중량부, 15 중량부 내지 50 중량부, 20 중량부 내지 50 중량부, 25 중량부 내지 50 중량부, 30 중량부 내지 50 중량부, 35 중량부 내지 50 중량부, 40 중량부 내지 50 중량부, 0.1 중량부 내지 45 중량부, 0.1 중량부 내지 40 중량부, 0.1 중량부 내지 35 중량부, 0.1 중량부 내지 30 중량부, 0.1 중량부 내지 25 중량부, 0.1 중량부 내지 20 중량부, 0.1 중량부 내지 15 중량부, 0.1 중량부 내지 10 중량부, 또는 0.1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 수지상 은 입자의 함량이 상기 범위에 속하는 경우 가변저항 막의 외부 압력에 대한 저항 변화를 극대화할 수 있다. 상기 수지상 은 입자의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우, 가변저항 막(3) 내지 수지상 은 입자들이 멀리 떨어져 있게 되어, 수지상 은 입자들 간에 양자 터널링 효과를 기대하기 어려우므로, 압력에 따른 충분한 반응 속도를 얻기 어려워진다. 또한, 상기 수지상 은 입자의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 수지상 은 입자들이 매우 인접하여 분산되므로, 압력을 인가되기 전에 이미 전도층으로서 기능하여, 압력에 따른 저항 변화를 감지하기 어려워진다.According to an exemplary embodiment, the content ratio of the silver dendritic particles in the variable resistance film 3 may be 0.1 parts by weight to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the variable resistance film. For example, the content ratio of silver dendritic particles in the variable resistive film 3 is 0.1 to 50 parts by weight, 0.5 to 50 parts by weight, 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total variable resistive film. parts, 5 parts by weight to 50 parts by weight, 10 parts by weight to 50 parts by weight, 15 parts by weight to 50 parts by weight, 20 parts by weight to 50 parts by weight, 25 parts by weight to 50 parts by weight, 30 parts by weight to 50 parts by weight; 35 parts by weight to 50 parts by weight, 40 parts by weight to 50 parts by weight, 0.1 parts by weight to 45 parts by weight, 0.1 parts by weight to 40 parts by weight, 0.1 parts by weight to 35 parts by weight, 0.1 parts by weight to 30 parts by weight, 0.1 parts by weight parts by weight to 25 parts by weight, 0.1 parts by weight to 20 parts by weight, 0.1 parts by weight to 15 parts by weight, 0.1 parts by weight to 10 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 5 parts by weight. When the content of the silver dendritic particles falls within the above range, the change in resistance to external pressure of the variable resistance film may be maximized. When the content of the silver dendritic particles is less than 0.1 parts by weight, the variable resistance film 3 and the silver dendritic particles are far apart, and it is difficult to expect a quantum tunneling effect between the silver dendritic particles, so that a sufficient reaction rate according to pressure is obtained. becomes difficult to obtain In addition, when the content of the silver dendritic particles exceeds 50 parts by weight, since the silver dendritic particles are dispersed very closely, they already function as a conductive layer before pressure is applied, making it difficult to detect a change in resistance according to pressure.

일 구현예에 따르면, 상기 압력 센서에 채용되는 상기 가변저항 막(3) 중의 수지상 은 입자의 밀도는 0.1 mg/mL 내지 1 g/mL일 수 있다. 수지상 은 입자의 밀도가 상기 범위에 속하는 경우, 압력에 따른 우수한 저항 변화 특성을 달성할 수 있다.According to one embodiment, the density of the silver dendritic particles in the variable resistance film 3 employed in the pressure sensor may be 0.1 mg/mL to 1 g/mL. When the density of the dendritic silver particles falls within the above range, excellent resistance change characteristics according to pressure can be achieved.

일 구현예에 따르면, 상기 기재(1,5)는 유연 재료, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmethacrylate), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 기재를 채용함으로써, 유연한 압력 센서의 제작이 용이하다.According to one embodiment, the substrate 1, 5 is a flexible material, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene-terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyy It may include at least one polymer selected from the group consisting of imide (PI), polymethylmethacrylate, and polycarbonate (PC). Therefore, by employing such a base material, it is easy to manufacture a flexible pressure sensor.

일 구현예에 따르면, 상기 전극(2,4)은 도전체 또는 도전막이 코팅된 비도전체일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극은 투명 도전체일 수 있다. 투명 도전체는 예를 들어, ITO, IZO, ZnO와 같은 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 전극(2,4)은 투명 전도성 물질이 스퍼터링에 의해 증착되어 형성될 수 있다.According to one embodiment, the electrodes 2 and 4 may be a conductor or a non-conductor coated with a conductive film. For example, the electrode may be a transparent conductor. The transparent conductor may include, for example, a transparent conductive material such as ITO, IZO, or ZnO. The electrodes 2 and 4 may be formed by depositing a transparent conductive material by sputtering.

일 구현예에 따르면, 상기 압력 센서는 소스-드레인 전압(source-drain voltage)으로 1V 직류전압(DC bias)을 사용하여 디지털 소스 메터기(digital source meter)에 의해 저항을 측정할 때, 10000배 이상의 저항 변화를 보일 수 있다.According to one embodiment, when the pressure sensor measures the resistance by a digital source meter using a 1V DC bias as a source-drain voltage, 10000 times More resistance changes may be observed.

다음으로, 하기에서는 도 9를 참고하여, 온도센서를 설명한다.Next, a temperature sensor will be described with reference to FIG. 9 .

도 9을 참고하면, 제1기재(21); 상기 가변저항 막(23); 및Referring to FIG. 9 , a first substrate 21; the variable resistance film 23; and

상기 제1기재(21) 및 상기 가변저항 막(23) 사이에 개재된 제1전극(22) 및 제2전극(24);을 포함하는 온도 센서(20)가 제공된다.A temperature sensor 20 including a first electrode 22 and a second electrode 24 interposed between the first substrate 21 and the variable resistance layer 23 is provided.

일 구현예에 따르면, 상기 제1전극(22) 및 제2전극(24)은 동일 평면상에 서로 이격되어 배치될 수 있다.According to one embodiment, the first electrode 22 and the second electrode 24 may be disposed to be spaced apart from each other on the same plane.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(23)의 일부가 상기 제1전극(22)과 접촉하고, 나머지 일부가 상기 제2전극(24)과 접촉하도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 가변저항 막(23)의 상부면 및 하부면 각각에 제2전극 및 제1전극(22)이 접촉하도록 배치될 수 있다.According to an exemplary embodiment, a portion of the variable resistance layer 23 may be in contact with the first electrode 22 , and the remaining portion may be disposed to contact the second electrode 24 , but is not limited thereto. , the second electrode and the first electrode 22 may be in contact with the upper and lower surfaces of the variable resistance layer 23 , respectively.

상기 가변저항 막(23)은 1종 이상의 열경화성 폴리머와 수지상 은 입자가 혼합된 슬러리를, 제1전극(22) 및 제2전극(24) 상에 도포한 후, 열경화하여 제조될 수 있다.The variable resistance film 23 may be manufactured by applying a slurry in which one or more types of thermosetting polymer and silver dendritic particles are mixed on the first electrode 22 and the second electrode 24 and then thermosetting.

상기 열경화성 폴리머는 아크릴레이트계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 불포화 폴리에스테르계, 및 폴리우레탄계로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 폴리머로는 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌(PE), 폴리술폰(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리아미드(PA) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 정온도계수(PTC) 특성을 갖는 폴리머라면 모두 사용 가능하다.The thermosetting polymer may include at least one selected from the group consisting of acrylate-based, acrylic urethane-based, epoxy-based, silicone-based, unsaturated polyester-based, and polyurethane-based polymers. For example, as the thermosetting polymer, acrylate copolymer, polyethylene (PE), polysulfone (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyamide (PA), etc. may be used. , but is not limited thereto, and any polymer having a positive temperature coefficient (PTC) characteristic may be used.

상기 열경화성 폴리머는 가변저항 막(23) 중에 25 중량부 내지 99.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 열경화성 폴리머의 함량이 상기 범위에 속하는 경우에, 상기 열경화성 폴리머가 수지상 은 입자의 매트릭스로 기능하여 상기 수지상 은 입자의 이탈을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 온도 감지 특성을 발휘할 수 있다.The thermosetting polymer may be included in the variable resistance film 23 in an amount of 25 to 99.5 parts by weight. When the content of the thermosetting polymer falls within the above range, the thermosetting polymer functions as a matrix of silver dendritic particles to prevent separation of the silver dendritic particles and exhibit excellent temperature sensing properties.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(23)의 두께는 10 ㅅm 내지 5 mm 일 수 있다. 가변저항 막(23)의 두께가 상기 범위에 속하는 경우, 수지상 은 입자가 외부로 노출됨 없이 가변저항 막 내에 포함될 수 있다. 또한, 상기 막(23)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 외부 온도 변화에 대한 감지 특성이 떨어질 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the variable resistance layer 23 may be 10 μm to 5 mm. When the thickness of the variable resistance film 23 is within the above range, the dendritic silver particles may be included in the variable resistance film without being exposed to the outside. In addition, when the thickness of the film 23 is too thick, the sensing characteristic for external temperature change may be deteriorated.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(23) 중의 수지상 은 입자의 함량비는 가변저항 막 전체 100 중량부에 대해 0.5 중량부 내지 75 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 가변저항 막(23) 중의 수지상 은 입자의 함량비는 가변저항 막 전체 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 70 중량부, 0.5 중량부 내지 65 중량부, 0.5 중량부 내지 50 중량부, 0.5 중량부 내지 45 중량부, 0.5 중량부 내지 40 중량부, 0.5 중량부 내지 35 중량부, 0.5 중량부 내지 30 중량부, 0.5 중량부 내지 25 중량부, 0.5 중량부 내지 20 중량부, 0.5 중량부 내지 15 중량부, 0.5 중량부 내지 10 중량부, 0.5 중량부 내지 9.5 중량부, 0.5 중량부 내지 9 중량부, 0.5 중량부 내지 8.5 중량부, 0.5 중량부 내지 8 중량부, 0.5 중량부 내지 7.5 중량부, 0.5 중량부 내지 7 중량부, 0.5 중량부 내지 6.5 중량부, 0.5 중량부 내지 6 중량부, 0.5 중량부 내지 5.5 중량부, 0.5 중량부 내지 5 중량부, 0.5 중량부 내지 4.5 중량부, 0.5 중량부 내지 4 중량부, 0.5 중량부 내지 3.5 중량부, 0.5 중량부 내지 3 중량부, 0.5 중량부 내지 2.5 중량부, 0.5 중량부 내지 2 중량부, 0.5 중량부 내지 1.5 중량부, 0.5 중량부 내지 1 중량부, 또는 0.5 중량부 내지 0.6 중량부일 수 있다. 상기 수지상 은 입자의 함량이 상기 범위에 속하는 경우 온도 변화에 따른 우수한 저항 변화 특성을 가질 수 있다.According to one embodiment, the content ratio of the silver dendritic particles in the variable resistance film 23 may be 0.5 parts by weight to 75 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the variable resistance film. For example, the content ratio of silver dendritic particles in the variable resistive film 23 is 0.5 to 70 parts by weight, 0.5 to 65 parts by weight, 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total variable resistive film. parts, 0.5 parts by weight to 45 parts by weight, 0.5 parts by weight to 40 parts by weight, 0.5 parts by weight to 35 parts by weight, 0.5 parts by weight to 30 parts by weight, 0.5 parts by weight to 25 parts by weight, 0.5 parts by weight to 20 parts by weight; 0.5 parts by weight to 15 parts by weight, 0.5 parts by weight to 10 parts by weight, 0.5 parts by weight to 9.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 9 parts by weight, 0.5 parts by weight to 8.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 8 parts by weight, 0.5 parts by weight parts by weight to 7.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 7 parts by weight, 0.5 parts by weight to 6.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 6 parts by weight, 0.5 parts by weight to 5.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 4.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 4 parts by weight, 0.5 parts by weight to 3.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 3 parts by weight, 0.5 parts by weight to 2.5 parts by weight, 0.5 parts by weight to 2 parts by weight, 0.5 parts by weight to 1.5 parts by weight parts, 0.5 parts by weight to 1 parts by weight, or 0.5 parts by weight to 0.6 parts by weight. When the content of the dendritic silver particles falls within the above range, it may have excellent resistance change characteristics according to temperature change.

일 구현예에 따르면, 상기 수지상 은 입자의 함량은 7.5 중량부 미만일 수 있다. 상기 수지상 은 입자는 침형 말단을 가짐으로써, 가변저항 막 내에 적은 양이 포함되더라도 양자 터널링 효과에 의하여 우수한 전도성을 나타낼 수 있다. 따라서, 일반적인 구형 또는 원통형, 막대형 등의 말단을 갖는 은 입자에 비해 적은 양으로 동등한 또는 그 이상의 전도성을 나타낼 수 있다. 그 결과, 정온도계수 특성을 갖는 폴리머의 팽창에 의해 저항이 급변하는 영역을 감지하는 온도 센서의 가변저항 막으로서의 적용에 이점을 갖는다.According to one embodiment, the content of the silver dendritic particles may be less than 7.5 parts by weight. Since the dendritic silver particles have needle-shaped ends, even if a small amount is included in the variable resistance film, excellent conductivity may be exhibited due to the quantum tunneling effect. Therefore, it is possible to exhibit the same or higher conductivity in a small amount compared to silver particles having a general spherical, cylindrical, rod-shaped, or the like end. As a result, it has an advantage in application as a variable resistance film of a temperature sensor that detects a region in which resistance changes rapidly due to expansion of a polymer having a positive temperature coefficient characteristic.

또한, 상기 수지상 은 입자의 구조적 특성에 기인한 우수한 전기적 특성으로부터, 수지상 은 입자의 함량을 감소시킬 수 있으므로, 온도 센서의 투명성을 확보할 수 있다.In addition, since the content of the silver dendrite particles can be reduced from the excellent electrical properties due to the structural characteristics of the silver dendrite particles, the transparency of the temperature sensor can be secured.

다시 말하면, 수지상 은 입자의 우수한 전기적 특성 및 정온도계수 특성을 갖는 폴리머의 조합으로부터, 소량의 수지상 은 입자 만으로도 우수한 온도 감지 특성을 갖고, 이와 동시에 투명성을 확보할 수 있다는 이점을 갖는다. In other words, from the combination of a polymer having excellent electrical properties and positive temperature coefficient properties of silver dendritic particles, it has an advantage in that it has excellent temperature sensing properties with only a small amount of silver dendrite particles, and at the same time, transparency can be secured.

일 구현예에 따르면, 상기 온도 센서에 채용되는 상기 가변저항 막(23) 중의 수지상 은 입자의 밀도는 5 mg/mL 내지 1.2 g/mL일 수 있다. 상기 범위에서 온도에 따른 저항 변화 특성이 우수하다.According to one embodiment, the density of the silver dendritic particles in the variable resistance film 23 employed in the temperature sensor may be 5 mg/mL to 1.2 g/mL. In the above range, the resistance change characteristic according to the temperature is excellent.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(23)과 상기 제1전극(22) 및 상기 제2전극(24) 사이에 하나 이상의 도전층(미도시)이 더 배치될 수 있다.According to another embodiment, one or more conductive layers (not shown) may be further disposed between the variable resistance layer 23 and the first electrode 22 and the second electrode 24 .

일 구현예에 따르면, 상기 기재(21)는 유연성 재료, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmethacrylate), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재는 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET)일 수 있다.According to one embodiment, the substrate 21 is a flexible material, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene-terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide ( PI), polymethylmethacrylate, and polycarbonate (PC) may include one or more polymers selected from the group consisting of. For example, the substrate may be polyethylene-terephthalate (PET).

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막(23)은 열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자를 2:1의 중량 비율로 포함할 수 있다. 상기 열경화성 폴리머 및 수지상 은 입자를 상기 중량 비율로 포함하는 경우에 상기 가변저항 막의 녹는점이 약 40℃ 이므로, 체온 근처에서 정온도계수(positive temperature coefficient) 효과가 발휘될 수 있다. 그 결과, 체온 근처에서 저항 변화가 급격하게 발생할 수 있다. 따라서, 체온 근방에서의 온도 감지 기능이 향상된 온도 센서의 제작이 용이하다.According to an exemplary embodiment, the variable resistance layer 23 may include a thermosetting polymer and dendritic silver particles in a weight ratio of 2:1. When the thermosetting polymer and the silver dendritic particles are included in the above weight ratio, the melting point of the variable resistance film is about 40° C., so that a positive temperature coefficient effect may be exhibited near body temperature. As a result, a change in resistance may occur abruptly near body temperature. Accordingly, it is easy to manufacture a temperature sensor with improved temperature sensing function in the vicinity of body temperature.

일 구현예에 따르면, 상기 가변저항 막의 융점이 약 38℃ 내지 약 40℃일 수 있다. 상기 가변저항 막의 융점이 상기 범위 내에 포함되므로, 상기 온도센서는 상기 온도에 대한 센싱이 필요한 장치, 예를 들어 체온계 등에 사용될 수 있다.According to an embodiment, the melting point of the variable resistance layer may be about 38°C to about 40°C. Since the melting point of the variable resistance film is within the above range, the temperature sensor may be used in a device requiring sensing of the temperature, for example, a thermometer.

일 구현예에 따르면, 상기 온도 센서는 소스-드레인 전압(source-drain voltage)으로 1V 직류전압(DC bias)을 사용하여 디지털 소스 메터기(digital source meter)에 의해 저항을 측정할 때, 35℃에 비해 38℃에서 저항 값이 108배 이상 증가할 수 있다. 즉, 체온 근처에서 극적인 저항값의 변화를 보임으로써, 체온 근처에서 온도 센싱 특성이 우수하다.According to one embodiment, when the temperature sensor measures the resistance by a digital source meter using a 1V DC bias as a source-drain voltage, 35° C. Compared to that, the resistance value at 38°C can be increased by more than 10 8 times. That is, by showing a dramatic change in resistance value near the body temperature, the temperature sensing characteristic is excellent near the body temperature.

실시예Example

(수지상 은 입자의 합성)(Synthesis of dendritic silver particles)

<1차 입자의 합성><Synthesis of primary particles>

0.06M NH2OH 5mL가 미리 담긴 125mL 삼각 플라스크에 0.06M AgNO3 25mL와 0.06M NH2OH 25mL를 튜브연동식펌프(peristaltic pump)를 이용하여 각각 2.5mL/min의 속도로 주입하였다. 용액을 주입하는 동안 magnetic bar를 이용하여 삼각 플라스크 내 용액을 교반시켰다. 주입이 끝난 후, 약 5분 간 반응이 완전히 진행되어 침전물이 생기는 것을 확인하고 감압 여과를 통하여 회색 침전물을 얻었다. 잔여 리간드 및 이온의 제거를 위해 여과된 침전물을 진공 데시케이터에서 약 3시간 동안 건조시켜 회색 가루 형태의 물질을 얻어냈다.25mL of 0.06M AgNO3 and 25mL of 0.06M NH2OH were injected into a 125mL Erlenmeyer flask pre-packed with 5mL of 0.06M NH 2 OH using a peristaltic pump at a rate of 2.5mL/min, respectively. While injecting the solution, the solution in the Erlenmeyer flask was stirred using a magnetic bar. After the injection was completed, the reaction proceeded completely for about 5 minutes, and it was confirmed that a precipitate was formed, and a gray precipitate was obtained through filtration under reduced pressure. To remove residual ligands and ions, the filtered precipitate was dried in a vacuum desiccator for about 3 hours to obtain a gray powdery material.

얻어낸 물질을 초음파분산기를 이용하여 에탄올에 분산시킨 뒤 실리콘 웨이퍼에 적가 캐스팅(drop casting)한 후 건조시킨 후, 얻은 분말을 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) (S-4800, Hitachi)로 촬영하여, 얻은 분말 입자의 가지가 1차까지만 존재하는 수지상 입자임을 확인하였다. After dispersing the obtained material in ethanol using an ultrasonic disperser, drop casting on a silicon wafer and drying, the obtained powder was photographed with a FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) (S-4800, Hitachi), It was confirmed that the branches of the obtained powder particles are dendritic particles that exist only in the first order.

FESEM으로 확인한 수지상 은 입자를 도 1에 나타내었다.The dendritic silver particles confirmed by FESEM are shown in FIG. 1 .

<2차 입자의 합성><Synthesis of secondary particles>

0.06M AgNO3 25mL와 0.12M NH2OH 25mL를 튜브연동식펌프(peristaltic pump)를 이용하여 125mL 삼각 플라스크에 각각 5mL/min의 속도로 주입하였다. 용액을 주입하는 동안 magnetic bar를 이용하여 삼각 플라스크 내 용액을 교반시켰다. 주입이 끝난 후, 약 5분 간 반응이 완전히 진행되어 침전물이 생기는 것을 확인하고 감압 여과를 통하여 회색 침전물을 얻었다. 잔여 리간드 및 이온의 제거를 위해 여과된 침전물을 진공 데시케이터에서 약 3시간 동안 건조시켜 회색 가루 형태의 물질을 얻어냈다.25 mL of 0.06M AgNO 3 and 25 mL of 0.12M NH 2 OH were injected into a 125 mL Erlenmeyer flask using a peristaltic pump at a rate of 5 mL/min, respectively. While injecting the solution, the solution in the Erlenmeyer flask was stirred using a magnetic bar. After the injection was completed, the reaction proceeded completely for about 5 minutes, and it was confirmed that a precipitate was formed, and a gray precipitate was obtained through filtration under reduced pressure. To remove residual ligands and ions, the filtered precipitate was dried in a vacuum desiccator for about 3 hours to obtain a gray powdery material.

얻어낸 물질을 초음파분산기를 이용하여 에탄올에 분산시킨 뒤 실리콘 웨이퍼에 적가 캐스팅한 후 건조시켜 얻은 분말을, FESEM (S-4800, Hitachi)으로 촬영하여, 분말 입자의 가지가 2차까지 존재하는 2차 수지상 은 입자임을 확인하였다.After dispersing the obtained material in ethanol using an ultrasonic disperser, dropwise casting on a silicon wafer and drying the obtained powder was photographed with FESEM (S-4800, Hitachi). It was confirmed that the dendritic silver particles were.

FESEM으로 확인한 수지상 은 입자를 도 2에 나타내었다.Fig. 2 shows dendritic silver particles identified by FESEM.

<3차 입자의 합성><Synthesis of tertiary particles>

0.06M AgNO3 25mL와 0.24M NH2OH 25mL를 튜브연동식펌프(peristaltic pump)를 이용하여 125mL 삼각 플라스크에 각각 15mL/min의 속도로 주입하였다. 용액을 주입하는 동안 magnetic bar를 이용하여 삼각 플라스크 내 용액을 교반시켰다. 주입이 끝난 후, 약 5분 간 반응이 완전히 진행되어 침전물이 생기는 것을 확인하고 감압 여과를 통하여 회색 침전물을 얻었다. 잔여 리간드 및 이온의 제거를 위해 여과된 침전물을 진공 데시케이터에서 약 3시간 동안 건조시켜 회색 가루 형태의 물질을 얻어냈다.25 mL of 0.06M AgNO 3 and 25 mL of 0.24M NH 2 OH were injected into a 125 mL Erlenmeyer flask using a peristaltic pump at a rate of 15 mL/min, respectively. While injecting the solution, the solution in the Erlenmeyer flask was stirred using a magnetic bar. After the injection was completed, the reaction proceeded completely for about 5 minutes, and it was confirmed that a precipitate was formed, and a gray precipitate was obtained through filtration under reduced pressure. To remove residual ligands and ions, the filtered precipitate was dried in a vacuum desiccator for about 3 hours to obtain a gray powdery material.

얻어낸 물질을 초음파분산기를 이용하여 에탄올에 분산시킨 뒤 실리콘 웨이퍼에 적가 캐스팅한 후 건조시켜 얻은 분말을 FESEM (S-4800, Hitachi)으로 촬영하여, 분말 입자의 가지가 3차까지 존재하는 3차 수지상 은 입자임을 확인하였다.After dispersing the obtained material in ethanol using an ultrasonic disperser, dropwise casting on a silicon wafer, and then drying the obtained powder was photographed with FESEM (S-4800, Hitachi). It was confirmed that it was a silver particle.

FESEM으로 확인한 수지상 은 입자를 도 3에 나타내었다.The silver dendritic particles confirmed by FESEM are shown in FIG. 3 .

(압력 센서의 제작)(Manufacture of pressure sensor)

실시예 1Example 1

2차 은 수지상 입자 36mg을 에탄올 적당량이 담긴 25mL vial에 넣고 초음파분산기를 이용하여 분산시켰다. 폴리우레탄 수지 (Robnor Resins Ltd., EL227CL) 2mL를 수지상 입자가 분산된 용액에 넣고 vortex 믹서와 초음파분산기를 이용하여 혼합시켰다. 이 후, 에탄올 용매를 제거하기 위해 회전 증발기(rotary evaporator)를 이용하여 상온에서 증발시켰다. 용매가 모두 증발된 후, 폴리우레탄 경화제(Robnor Resins Ltd., HL227CL) 0.5mL를 넣고 위와 같이 5분간 혼합시켜 폴리우레탄 중합 반응을 유도하였다. 중합이 모두 완료되기 전, 혼합물을 닥터블레이드를 이용하여 PET/ITO 기판에 약 50ㅅm의 두께로 코팅하였다. 혼합물이 코팅된 필름의 빠른 중합 반응을 유도하기 위해 50℃ 오븐에서 약 18시간 경화시켰다. 경화가 완료된 필름에 또 다른 PET/ITO 기판을 부착하여 최종적으로 PET/ITO/AgFDs-PU/ITO/PET 구조의 투명한 압저항 압력 센서(piezoresistive pressure sensor)를 제작하였다.36 mg of secondary silver dendritic particles were placed in a 25 mL vial containing an appropriate amount of ethanol and dispersed using an ultrasonic disperser. 2 mL of polyurethane resin (Robnor Resins Ltd., EL227CL) was put into the solution in which the dendritic particles were dispersed and mixed using a vortex mixer and an ultrasonic disperser. Thereafter, the ethanol solvent was evaporated at room temperature using a rotary evaporator. After the solvent was all evaporated, 0.5 mL of a polyurethane curing agent (Robnor Resins Ltd., HL227CL) was added and mixed for 5 minutes as above to induce a polyurethane polymerization reaction. Before all polymerization was completed, the mixture was coated on a PET/ITO substrate to a thickness of about 50 μm using a doctor blade. The mixture was cured in an oven at 50° C. for about 18 hours to induce a rapid polymerization reaction of the coated film. Another PET/ITO substrate was attached to the cured film to finally prepare a transparent piezoresistive pressure sensor having a PET/ITO/AgFDs-PU/ITO/PET structure.

비교예 1Comparative Example 1

2차 은 수지상 입자 대신에 100nm의 구형 금 나노입자를 9 mg로 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 압력 센서를 제작하였다.A pressure sensor was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 9 mg of 100 nm spherical gold nanoparticles were used instead of the secondary silver dendritic particles.

평가예 1: 압력 센서의 특성 평가Evaluation Example 1: Characteristic evaluation of pressure sensor

실시예 1에서 제작한 압력 센서 위/아래 ITO 전극에 전선을 연결하여 디지털 소스 메터기(digital source meter)(2636A, Keithley)로 소스-드레인 전압(source-drain voltage)이 1V 직류전압인 상태에서 저항을 측정하였다. 저항 측정 결과는 도 5에서 보여진다. 도 5를 참조하면, 센서를 손으로 터치했을 때, 약 에서 까지 10000배 정도의 안정적이고 큰 저항 변화가 확인되었다.Connect the wires to the ITO electrodes above and below the pressure sensor prepared in Example 1 and use a digital source meter (2636A, Keithley) in a state where the source-drain voltage is 1V DC voltage. The resistance was measured. The resistance measurement results are shown in FIG. 5 . Referring to FIG. 5 , when the sensor was touched with a hand, a stable and large resistance change of about 10000 times from to was confirmed.

또한, 도 6a 내지 6c을 참조하면, 센서의 반응속도를 분석해본 결과 약 30ms의 빠른 응답속도를 보였다. 특히, 측정장비의 응답시간 한계치가 30ms이므로 실제 센서의 응답속도는 더 빠를 수도 있음을 잠재하고 있다. In addition, referring to FIGS. 6A to 6C , as a result of analyzing the response speed of the sensor, a fast response speed of about 30 ms was shown. In particular, since the response time limit of the measuring equipment is 30 ms, the actual sensor response speed may be faster.

더 나아가, 도 7을 참조하면, 제작한 수지상 은 입자 ?? PU 필름의 투과율을 알아보기 위해 UV-vis-NIR spectrophotometer (CARY 5000 spectrophotometer, Agilent)를 이용하여 측정하였다. 필름의 투과율은 550nm 파장에서 73.56%로 준수한 투명성을 지님을 확인하였다.Furthermore, referring to FIG. 7 , the prepared silver dendritic particles ?? To determine the transmittance of the PU film, it was measured using a UV-vis-NIR spectrophotometer (CARY 5000 spectrophotometer, Agilent). It was confirmed that the transmittance of the film was 73.56% at a wavelength of 550 nm and had transparency.

또한, 비교예 1에서 제작한 압력 소자에 대하여, 압력을 높여가면서 저항의 크기를 측정하였다. 그 결과, 도 8에서 보는 바와 같이, 압력이 10000 Pa를 초과하는 경우에도 108 이상의 저항값을 유지하였다. 즉, 구형 은 나노입자는 높은 압력을 가하여도 은 나노입자들 간에 전자 이동이 원활히 일어나기 어렵기 때문에, 압력 센서로서 작동하기 어려운 것으로 생각된다.In addition, with respect to the pressure element manufactured in Comparative Example 1, the magnitude of the resistance was measured while increasing the pressure. As a result, as shown in FIG. 8 , a resistance value of 10 8 or more was maintained even when the pressure exceeded 10000 Pa. That is, it is considered that the spherical silver nanoparticles are difficult to operate as a pressure sensor because it is difficult for electrons to smoothly move between the silver nanoparticles even when a high pressure is applied.

(온도 센서의 제작)(Production of temperature sensor)

<아크릴레이트 코폴리머의 제조><Preparation of acrylate copolymer>

2.53g (78mol%) 옥타데실 아크릴레이트와 0.31mL (22mol%) 부틸 아크릴레이트를 100mL 비커에 넣었다. 이후 비커에 테트라하이드로퓨란 3.2mL (약 100wt%)와 2,2-디메톡시-2-2-페닐아세토페논(2,2 dimethoxy-2-2-phenylacetophenone) 28mg (약 1wt%)를 넣고 흔들어서 녹여주었다. 완전히 교반되어 투명해진 용액을 365nm의 UV 광을 24시간동안 조사하여 중합반응을 진행시켰다. UV 광을 조사하는 동안 산소와의 접촉을 방지하기 위하여 윗부분을 유리판으로 막고, 다른 파장대의 빛을 차단하기 위해 암실에서 진행하였다. 반응이 완료된 후, 용매를 제거하기 위하여 합성된 고분자를 비커에서 긁어내어 진공 데시케이터에서 약 24시간 건조시켜 흰색 가루 형태의 고분자 물질을 얻어내었다.2.53 g (78 mol%) octadecyl acrylate and 0.31 mL (22 mol%) butyl acrylate were placed in a 100 mL beaker. Then, add 3.2mL (about 100wt%) of tetrahydrofuran and 28mg (about 1wt%) of 2,2-dimethoxy-2-2-phenylacetophenone (about 1wt%) to a beaker and shake to dissolve. gave. The completely stirred and transparent solution was irradiated with 365 nm UV light for 24 hours to proceed with polymerization. To prevent contact with oxygen while irradiating UV light, the upper part was blocked with a glass plate, and it was carried out in a dark room to block light of other wavelengths. After the reaction was completed, the synthesized polymer was scraped from the beaker to remove the solvent and dried in a vacuum desiccator for about 24 hours to obtain a polymer material in the form of white powder.

<온도 센서의 제작><Production of temperature sensor>

실시예 2Example 2

2차 수지상 은 입자(2.5 중량%)와 아크릴레이트 코폴리머를 1g : 2g의 질량 비율로 25mL vial에 넣었다. 50℃의 열을 가해 코폴리머를 녹이고 magnetic bar를 이용해 약 24시간 동안 교반시켜 수지상 은 입자 ?? 아크릴레이트 코폴리머 복합체를 얻어내었다. 이 후 ITO가 약 40ㅅm 거리로 커팅된 PET/ITO 기판 위에 얻어낸 물질을 올린 후 50℃의 열을 가하고 PI 테이프와 유리판을 이용해 아랫 방향으로 균일한 압력을 가해서 양쪽 ITO 전극에 닿도록 코팅하여, 온도 센서를 제작하였다.Secondary dendritic silver particles (2.5 wt%) and acrylate copolymer were placed in a 25 mL vial in a mass ratio of 1 g: 2 g. Heat at 50°C to melt the copolymer and stir it for about 24 hours using a magnetic bar to create dendritic silver particles. An acrylate copolymer composite was obtained. After that, the obtained material is placed on the PET/ITO substrate where ITO is cut at a distance of about 40 μm, heat is applied at 50°C, and uniform pressure is applied downward using PI tape and a glass plate to coat both ITO electrodes. , a temperature sensor was fabricated.

(온도 센서의 평가)(Evaluation of temperature sensor)

평가예 2: 정온도 계수 평가Evaluation Example 2: Positive temperature coefficient evaluation

아크릴레이트 코폴리머 및 아크릴레이트 코폴리머-수지상 은 입자의 복합체를 DSC(DISCOVERY, TA instruments)로 측정하여 온도에 관련한 정보를 도 10에 나타내었다. 코폴리머와 수지상 은 입자-코폴리머 복합체의 녹는점은 약 40도 근처로 체온 근처에서 정온도계수(positive temperature coefficient) 효과가 발휘되어 극적인 저항 변화를 유도할 수 있음을 확인하였다.The composite of the acrylate copolymer and the acrylate copolymer-dendritic silver particle was measured by DSC (DISCOVERY, TA instruments), and temperature-related information is shown in FIG. 10 . It was confirmed that the melting point of the copolymer and the silver dendritic particle-copolymer composite was around 40°C, and a positive temperature coefficient effect was exhibited near body temperature, thereby inducing a dramatic change in resistance.

평가예 3: 저항 변화 평가(1)Evaluation Example 3: Resistance Change Evaluation (1)

실시예 2에서 제작한 온도 센서의 양 옆 ITO 전극에 전선을 연결하여 디지털 소스 미터기(digital source meter)(2636A, Keithley)로 소스-드레인 전압(source-drain voltage)이 1V 직류 전압 인 상태에서 온도의 변화에 따른 저항의 변화를 측정하였다. 그 결과는 도 11에서 보여진다. 도 11을 참조하면, 측정된 저항은 약 103Ω부터 최대 5X1011Ω까지 큰 변화를 보였으며, 특히 체온 부근인 35℃ 이후에서 극적인 변화를 일으키는 것을 확인하였다.Connect the wires to the ITO electrodes on both sides of the temperature sensor manufactured in Example 2 and use a digital source meter (2636A, Keithley) in a state where the source-drain voltage is 1V DC voltage. The change in resistance according to the change in was measured. The results are shown in FIG. 11 . Referring to FIG. 11 , the measured resistance showed a large change from about 10 3 Ω to a maximum of 5×10 11 Ω, and it was confirmed that a dramatic change occurred especially after 35° C., which is near the body temperature.

평가예 4: 저항 변화 평가(2)Evaluation Example 4: Resistance Change Evaluation (2)

실시예 2와 동일한 방법으로 온도센서를 제작하되, 2차 수지상 은 나노 입자를 0.6 중량%, 2.5중량%, 5.0중량%, 7.5중량%, 10.0중량%, 12.5중량%, 15.0중량%로 포함하도록 각각의 온도 센서를 제작하였고, A temperature sensor was manufactured in the same manner as in Example 2, but containing secondary silver dendritic nanoparticles in an amount of 0.6 wt%, 2.5 wt%, 5.0 wt%, 7.5 wt%, 10.0 wt%, 12.5 wt%, 15.0 wt% Each temperature sensor was fabricated,

실시에 2와 동일한 방법으로 온도센서를 제작하되, 수지상 은 나노 입자 대신에 직경 약 2㎛의 구형 은 나노입자를 0.6 중량%, 2.5중량%, 5.0중량%, 7.5중량%, 10.0중량%, 12.5중량%, 15.0중량%로 포함하도록 각각의 온도 센서를 제작하였다.A temperature sensor was fabricated in the same manner as in Example 2, except that, instead of dendritic silver nanoparticles, 0.6 wt%, 2.5 wt%, 5.0 wt%, 7.5 wt%, 10.0 wt%, 12.5 wt% of spherical silver nanoparticles having a diameter of about 2 μm were used. Each temperature sensor was prepared to contain 15.0% by weight and 15.0% by weight.

이후에, 이들 각각에 대하여 35℃ 근방의 온도에서 저항을 측정하였고, 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 2차 수지상 은 나노입자가 7.5 중량% 미만의 함량으로 포함되는 경우에 낮은 저항을 나타냄을 알 수 있다.Thereafter, the resistance was measured at a temperature of around 35° C. for each of them, and the results are shown in FIG. 12, and when the secondary silver dendritic nanoparticles are included in an amount of less than 7.5 wt %, low resistance is shown. Able to know.

평가예 5: 투명성 평가Evaluation Example 5: Transparency Evaluation

실시예 2와 동일한 방법으로 온도 센서를 제작하되, 2차 수지상 은 나노입자를 0 중량%, 2.5 중량%, 5 중량%, 10 중량%로 포함하도록 온도센서를 제작하였고, 각각에 대하여 300nm 내지 800nm의 광에 대한 투광도를 측정하였다. 또한, 대조군으로서 PET/ITO 기판의 투광도도 함께 측정하였다,A temperature sensor was fabricated in the same manner as in Example 2, but the temperature sensor was manufactured to contain secondary silver dendritic nanoparticles in an amount of 0 wt%, 2.5 wt%, 5 wt%, and 10 wt%, and each of 300 nm to 800 nm of light transmittance was measured. In addition, as a control, the transmittance of the PET/ITO substrate was also measured.

그 결과는 도 13에서 보여지며, 2차 수지상 은 나노입자를 2.5 중량% 포함하는 경우 550nm에서 85% 이상의 투광도를 보였다.The results are shown in FIG. 13, and when the secondary silver dendritic nanoparticles were included in 2.5 wt%, the transmittance was 85% or more at 550 nm.

평가예 4 및 평가예 5의 결과를 종합적으로 살펴보면, 2차 수지상 은 나노입자의 우수한 전기적 특성으로 인하여 소량의 수지상 은 나노입자를 포함하는 온도 센서의 제작이 가능하고, 이와 더불어 온도 센서의 투명성도 확보할 수 있다. Comprehensively examining the results of Evaluation Example 4 and Evaluation Example 5, it is possible to manufacture a temperature sensor including a small amount of silver dendritic nanoparticles due to the excellent electrical properties of the secondary silver dendritic nanoparticles. can be obtained

Claims (20)

열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자를 포함하고,
상기 수지상 은 입자는,
은(Ag)을 포함하는 코어 입자; 및
상기 코어 입자로부터 방사방향으로 성장된 하나 이상의 가지부를 포함하며,
상기 가지부의 단부는 침형을 가지고,
상기 가지부는 메인 가지부 및 메인 가지부로부터 2차원적으로 및/또는 3차원적으로 성장된 하나 이상의 서브 가지부를 포함하며,
상기 메인 가지부 및 상기 서브 가지부의 성장길이 비율은 1:0.5 내지 1:0.0001인, 가변저항 막.
thermosetting polymers and dendritic silver particles,
The dendritic silver particles,
a core particle comprising silver (Ag); and
Comprising one or more branches grown in a radial direction from the core particles,
The end of the branch has a needle shape,
The branch includes a main branch and one or more sub-branches grown two-dimensionally and/or three-dimensionally from the main branch,
and a growth length ratio of the main branch portion and the sub branch portion is in a range of 1:0.5 to 1:0.0001.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
열경화성 폴리머는 아크릴레이트계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 불포화 폴리에스테르계, 및 폴리우레탄계로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 가변저항 막.
According to claim 1,
The thermosetting polymer is a variable resistance film comprising at least one selected from the group consisting of acrylate-based, acrylic urethane-based, epoxy-based, silicone-based, unsaturated polyester-based, and polyurethane-based polymers.
제1항에 있어서,
상기 가변저항 막은 산화 방지제, 점착제, 가소제, 자외선 흡수제, 소포제, 필러, 경화제를 더 포함하는, 가변저항 막.
According to claim 1,
The variable resistance film further comprises an antioxidant, an adhesive, a plasticizer, an ultraviolet absorber, an antifoaming agent, a filler, and a curing agent.
제1기재;
상기 제1기재 상에 배치된 제1전극;
상기 제1전극에 마주하는 제2전극;
상기 제2전극 상에 배치된 제2기재; 및
상기 제1전극 및 제2전극 사이에 개제된 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 가변저항 막;
을 포함하는, 압력 센서.
the first substrate;
a first electrode disposed on the first substrate;
a second electrode facing the first electrode;
a second substrate disposed on the second electrode; and
A variable resistance film according to any one of claims 1, 4, and 5 interposed between the first electrode and the second electrode;
comprising, a pressure sensor.
제6항에 있어서,
상기 가변저항 막 100 중량부 중에 수지상 은 입자가 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함되는, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
and 0.1 to 50 parts by weight of silver dendritic particles in 100 parts by weight of the variable resistance film.
제6항에 있어서,
상기 가변저항 막은 수지상 은 입자를 포함하고,
상기 가변저항 막 중에 수지상 은 입자의 밀도는 0.1 mg/mL 내지 1 g/mL인, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
The variable resistance film includes dendritic silver particles,
The pressure sensor, wherein the density of the silver dendritic particles in the variable resistance film is 0.1 mg/mL to 1 g/mL.
제6항에 있어서,
상기 가변저항 막의 두께는 20㎛ 내지 1mm인, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
The thickness of the variable resistance film is 20㎛ to 1mm, the pressure sensor.
제6항에 있어서,
상기 가변저항 막은 열경화성 폴리머를 포함하고,
상기 열경화성 폴리머는 탄성 중합체인, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
The variable resistance film includes a thermosetting polymer,
wherein the thermosetting polymer is an elastomeric polymer.
제6항에 있어서
상기 열경화성 폴리머가 상기 가변저항 막 100 중량부 중에 50 중량부 내지 99.9 중량부로 포함되는, 압력 센서.
7. The method of claim 6
The thermosetting polymer is included in an amount of 50 parts by weight to 99.9 parts by weight in 100 parts by weight of the variable resistance film.
제6항에 있어서,
상기 제1기재 및 제2기재는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmethacrylate), 및 폴리카보네이트(PC)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
The first and second substrates are polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene-terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polymethylmethacrylate ( A pressure sensor comprising at least one polymer selected from the group consisting of polymethylmethacrylate), and polycarbonate (PC).
제6항에 있어서,
상기 압력 센서는 소스-드레인 전압(source-drain voltage)으로 1V 직류전압(DC bias)을 사용하여 디지털 소스 메터기(digital source meter)에 의해 저항을 측정할 때, 10000배 이상의 저항 변화를 보이는, 압력 센서.
7. The method of claim 6,
When the pressure sensor measures the resistance by a digital source meter using a 1V DC voltage as a source-drain voltage, the pressure sensor shows a resistance change of 10,000 times or more, pressure sensor.
제1기재;
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 가변저항 막; 및
상기 제1기재 및 상기 가변저항 막 사이에 개재된 제1전극 및 제2전극;
을 포함하는 온도 센서.
the first substrate;
A variable resistance film according to any one of claims 1, 4 and 5; and
a first electrode and a second electrode interposed between the first substrate and the variable resistance layer;
A temperature sensor comprising a.
제14항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2 전극은 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치되는, 온도 센서.
15. The method of claim 14,
The first electrode and the second electrode are disposed spaced apart from each other on the same plane, the temperature sensor.
제14항에 있어서,
상기 가변저항 막의 일부가 상기 제1전극과 접촉하고, 나머지 일부가 상기 제2전극과 접촉하는, 온도 센서.
15. The method of claim 14,
A portion of the variable resistance film is in contact with the first electrode, and the remaining portion is in contact with the second electrode.
제14항에 있어서,
상기 가변저항 막은 수지상 은 입자를 포함하고,
상기 가변저항 막 100 중량부 중에 수지상 은 입자가 0.5 중량부 내지 75 중량부로 포함되는, 온도 센서.
15. The method of claim 14,
The variable resistance film includes dendritic silver particles,
and 0.5 to 75 parts by weight of silver dendritic particles in 100 parts by weight of the variable resistance film.
제14항에 있어서,
상기 가변저항 막은 수지상 은 입자를 포함하고,
상기 가변저항 막 중에 수지상 은 입자의 밀도는 5 mg/mL 내지 1.2 g/mL인, 온도 센서.
15. The method of claim 14,
The variable resistance film includes dendritic silver particles,
The temperature sensor, wherein the density of the silver dendritic particles in the variable resistance film is 5 mg/mL to 1.2 g/mL.
제14항에 있어서,
상기 가변저항 막은 열경화성 폴리머 및 수지상 은 입자를 포함하고,
상기 열경화성 폴리머 및 수지상(dendritic) 은 입자의 중량비율은 2:1인, 온도 센서.
15. The method of claim 14,
The variable resistance film includes a thermosetting polymer and dendritic silver particles,
wherein the weight ratio of the thermosetting polymer and the dendritic silver particles is 2:1.
제17항에 있어서,
상기 가변저항 막은 열경화성 폴리머를 포함하고,
상기 열경화성 폴리머는 정온도계수(positive temperature coefficient) 특성을 갖는 폴리머를 포함하는, 온도 센서.
18. The method of claim 17,
The variable resistance film includes a thermosetting polymer,
The thermosetting polymer comprises a polymer having a positive temperature coefficient property.
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