KR20180013007A - 전기변색 연속섬유의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기변색에 관한 것으로, 전기변색 특성을 섬유에 적용하여 저전압 전기변색 특성을 발현하는 신규한 나노 복합섬유 구조를 개발하여 스마트 변색섬유에 적용하는데 목적이 있다. 구체적으로 변색소재와 전해질등 핵심소재의 다층 코팅 공정기술, 다중 노즐을 이용한 전기방사 및 이를 통한 변색-전해질 복합 nano-web 방사기술, 중심 전극인 고전도성 섬유의 주위 위에 연속적 rolling 공정 기술로서 다층 변색섬유 층을 형성하는 것을 가장 큰 특징으로 한다.

Description

전기변색 연속섬유의 제조방법{Manufacturing process for electrochromic fibers}
본 발명은 전기변색에 관한 것으로 전기 변색 특성을 섬유에 적용하여 저전압 전기변색 특성을 발현하는 신규한 나노 복합섬유 구조를 개발하여 스마트 변색섬유에 사용하는 전기변색 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인가되는 전압에 따라 가역적으로 색깔이 변화하는 현상을 전기변색현상(ELECTROCHROMISM)이라 하고, 이렇게 전기 화학적 산화 환원 반응에 의하여 광학적 특성이 가역적으로 변하는 물질을 전기변색 물질이라고 한다.
이러한 전기변색 물질은 눈부심을 방지하기 위한 차량용 유리나, 건축자재, 전기변색 창문 등으로도 활용되고 있고, 최근에는 폴리티오펜 등의 전도성 고분자를 도입한 전기변색소자를 전자종이 등의 차세대 디스플레이 장치로의 응용이 연구되고 있다.
전기변색 물질은 유기 전기변색 물질(Organic EC material), 무기 전기변색 물질(Inorganic EC material), 및 유기-무기 하이브리드 변색 물질로 나눌 수 있다.
대표적인 유기 전기변색 물질로서는 폴리아닐린(Polyaniline) 등이 있고, 무기 전기변색 물질로서는 WO3, NiOxHy, Nb2O5 , V2O5, TiO2, MoO3 등이 있다. 유기 물질의 경우 장기 안정성이 무기물질에 비하여 떨어져서 수명이 비교적 짧다는 단점이 있다. 무기 전기변색 물질은 상기한 바와 같이 일반적으로 금속산화물 형태를 가진다. 무기 전기 변색 물질 중 가장 대표적인 것은 WO3로서, 전해질 속의 이온이나 전자와 반응하여 다음의 과정을 거쳐서 변색된다.
WO3(bleaching, 투명) + xe- + xM+ ⇔ MxWO3 (coloration, 진한청색)
여기서, M 은 리튬(Lithium) 이나 Proton, 칼슘(Calcium) 등을 나타내며 대표적으로 리튬을 가장 많이 사용한다. 리튬이온(Lithium Ion)은 WO3와 반응함으로써 위와 같은 전기 변색효과를 가지게 된다. 리튬 이온을 공급하기 위하여 전기변색 소자에는 전해질이 필요한데, 상업용으로 사용되는 액체 전해질과 고체 고분자 전해질이 이용될 수 있다. 수용액형 전해질로는 1M H2SO4 수용액, 1M LiOH 수용액, 1M LiClO4수용액, 1M KOH 수용액 등이 있고, 무기계 수화물로는 Ta2O52O, Sb2O52O등이 있으며, 고체 고분자 전해질로는 Poly-AMPS, Poly(VAP), Modified PEO/LiCF3SO3 등이 사용되고 있다.
상기와 같은 무기 전기변색 물질은 변색 상태가 비교적 오래 지속되는 메모리 효과가 우수하지만, 전기변색 물질이 일반적으로 졸(sol) 상태 또는 증착 등의 방법에 의하여 박막 형태로 전극에 코팅되기 때문에 비다공성 막구조가 형성되어 전해질과의 접촉이 원활하지 않아 변색과 탈색 속도가 느리다는 단점이 있다. 특히 탈색 속도가 떨어져서 탈색 후에 잔상이 남아 있어 투명도가 떨어지는 문제가 있기 때문에, 신속한 응답성이 요구되는 전기변색 소자에는 사용이 제한되는 단점이 있다.
최근 들어 전기변색성이 강한 전도성 고분자소재를 스테인레스 스틸의 기재위에 도포하고, 고분자 전해질을 상부층에 코팅하여 전기변색이 가능한 섬유를 제조하고 변색 소재를 달리하여 전기 자극에 의해 RGB삼원색을 구현하는 기술도 개발되었다. 나아가 다양한 환경자극, 즉 온도, pH, 화학 또는 기계 자극 등에 대해 빠르고 가역적으로 색상이 변화하는 복합섬유를 제조하는 기술도 개발되었다. 특히, 매우 작은 외부응력에 대해서도 신속한 변색을 발현하기 때문에 센싱 등 다양한 용도에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.(Nature Nanotechnology 4, 2009, 738)
이와 같은 다양한 선행 연구에도 불구하고, 전기에 의해 발현하는 색상의 변화는 제한적이며 전기변색물질이 섬유로 구현되었을 때 안전성 및 장기 사용성 등에 매우 큰 제약을 받고 있다. 전기변색 섬유를 구현하는데 핵심적인 역할을 하는 소재도 PEDOT:PSS 등 일부 전도성고분자 소재에 한정되어 있다. 현재까지 발표된 외부자극 감응형 변색소재의 경우 학교 및 연구소에서 발표한 소규모 실험실 수준의 연구 논문이 대부분이다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 이들 연구는 주로 평판 기재 상에서 변색 특성을 구현하는 것이며 섬유 상태에서 능동적, 가역적인 변색 특성을 구현한 것은 거의 전무한 상황이다.
한편, 종래의 변색섬유라 하면 염·안료를 마이크로 캡슐화하고 바인더로 직물에 부착하는 형태의 수동적 변색기술이 대부분이다. 이런 방식은 색상 변화폭이 좁고 수동적인 색상발현에 한정되어 있으며 사용상 안정성이 불량한 단점이 있다.
이에 본 특허에서는 상기와 같은 전기변색 특성을 섬유에 적용하여, 저전압 전기변색 특성을 발현하는 신규한 나노 복합섬유 구조를 개발하여 스마트 변색섬유에 적용하는데 목적이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0048115 대한민국 등록특허 제10-0835082호
본 발명의 기술적 과제는 색상 변화폭이 넓고, 다양한 색상을 발현할 수 있으며 구동전압을 낮출 수 있는 전기변색 섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 장섬유(long filament)를 제조할 수 있는 전기변색 섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본원발명은 지지기판을 준비하는 단계; 상기 지지기판위에 더미(dummy)층을 형성하는 단계; 상기 더미층 상에 전해질층을 구비시키는 제1전해질층 형성단계; 상기 제1전해질층 상에 변색층을 형성시키는 단계; 및 상기 변색층 상에 전해질층을 구비시키는 제2전해질층 형성단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제조된 전기변색섬유에서 더미층과 지지기판을 떼어내는 단계; 상기 더미층과 지지기판이 떼어진 전기변색섬유를 중심전극 주위에 롤링하는단계; 및
상기 롤링하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 유리, Si, Pi인 것을 특징으로 한다.
상기 더미층은 폴리스티렌-술폰산 치환 고분자 (polstyrene-sulfonic acid), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐알콜 (polyvinyl alcohol)인 것을 특징 특징으로 한다.
상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 고분자 전해질을 사용하는 것으로 전기변색의 얇은 필름으로부터 이온을 주고받는 역할을 하는 것이다. 구체적인 예로는 폴리메타크릴산 메틸(Poly(methyl methacrylate)), 폴리에틸렌 옥사이드(Poly(ethylene oxide)), 폴리염화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride) (PVDF), 젤라틴(gelatin)인 것을 특징으로 한다. 또한 이온 전도도의 증가를 위해 Ionic liquids 등이 50중량부 이하로 첨가되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 변색층으로 사용되는 고분자 소재로는 다양한 형태의 변색 고분자가 사용될 수 있지만, 발현하는 색의 범위와 가역성 등을 고려하였을 때, 중성 상태에서 녹색(green color at neutral state)을 발현할 수 있는 벤조트리아졸(benzotriazole)계, 벤조싸이아다이아졸(benzothiadiazole)계, 퀴녹살린(quinoxaline)계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 낮은 전압에서 자유롭게 변색 특성을 발휘하기 위해서는 작은 밴드갭(bandgap)과 높은 전기 전도성을 가지는 것이 요구된다. 이를 위해서 상기 소재를 전기받게(acceptor)로 포함하며, 티오펜(thiophene) 유도체 등과 같은 전자주게(donor)를 동시에 포함하는 이극성 고분자(ambiopolar polymer)가 가장 바람직하다.
상기 더미층과 지지기판을 떼어내는 데는 다른 소재에 영향이 적은 물(water)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 중심전극은 높은 전기전도성과 함께 양호한 기계적 물성을 발휘해야 하므로, 스테인레스 스틸 와이어 (stainless steel wire), 탄소나노튜브 전도성 섬유 (conducting fiber of carbon nanotube), 은코팅 전도사 (silver-coated fiber)인 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로 섬유형성 고분자, 광변색성 안료 및 광안정화제를 용매에 용해하여 코팅 또는 방사용액을 준비하는 단계; 및 상기 용액을 스핀코팅을 통해 다층 구조를 형성하거나 전기방사장치에 연결하여 전기방사(electrospinning)하여 광변색성 소재가 포함된 다층구조를 얻는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제조된 나노섬유 웹을 중심전극 주위에 롤링하는 단계; 상기 롤링하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
상기 섬유형성 고분자는 폴리니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephtalate, PBT), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene flouride, PVdF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐알콜(PVA, polyvinylalcohol), 나일론(Nylon) 및 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 중심전극은 스테인레스 스틸 와이어 (stainless steel wire), 탄소나노튜브 전도성 섬유 (conducting fiber of carbon nanotube), 은코팅 전도사 (silver-coated fiber) 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 전기변색소자의 구동전압을 낮추고 안정적으로 소자를 구동할 수 있다.
또한 변색-전해질 소재의 layer 두께, rolling 횟수 등 다양한 제조 공정변수를 조정함에 따라 전기변색 섬유의 물성을 적절하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
구체적으로 다양한 색상으로 변색이 가능하며, 롱필라멘트(long filament)의 섬유 제조도 가능하게 하는 효과를 가진다.
도 1의 좌측부분은 복합 전기 방사에 의한 나노섬유 Web 제조를 나타낸 그림이고 우측 부분은 롤링공정으로 중심 전극인 고전도성 섬유의 주위 위에 다층 변색섬유층을 형성하는 것을 나타내는 그림이다.
이하 본 발명에 따른 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
구체적인 실시예로 본원발명은 지지기판을 준비하는 단계; 상기 지지기판위에 더미(dummy)층을 형성하는 단계; 상기 더미층 상에 전해질층을 구비시키는 제1전해질층 형성단계; 상기 제1전해질층 상에 변색층을 형성시키는 단계; 및 상기 변색층 상에 전해질층을 구비시키는 제2전해질층 형성단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제조된 전기변색섬유에서 더미층과 지지기판을 떼어내는 단계; 상기 더미층과 지지기판이 떼어진 전기변색섬유를 중심전극 주위에 롤링하는단계; 및
상기 롤링하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 유리, Si, Pi인 것을 특징으로 한다.
상기 더미층은 폴리스티렌-술폰산 치환 고분자 (polstyrene-sulfonic acid), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐알콜 (polyvinyl alcohol)인 것을 특징 특징으로 한다.
상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 고분자 전해질을 사용하는 것으로 전기변색의 얇은 필름으로부터 이온을 주고받는 역할을 하는 것이다. 구체적인 예로는 염폴리메타크릴산 메틸(Poly(methyl methacrylate)), 폴리에틸렌 옥사이드(Poly(ethylene oxide)), 폴리염화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride) (PVDF), 젤라틴(gelatin)인 것을 특징으로 한다. 또한 이온 전도도의 증가를 위해 Ionic liquids 등이 50중량부 이하로 첨가되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 변색층으로 사용되는 고분자 소재로는 다양한 형태의 변색 고분자가 사용될 수 있지만, 발현하는 색의 범위와 가역성 등을 고려하였을 때, 중성 상태에서 녹색(green color at neutral state)을 발현할 수 있는 벤조트리아졸(benzotriazole)계, 벤조싸이아다이아졸(benzothiadiazole)계, 퀴녹살린(quinoxaline)계 고분자인 것을 특징으로 한다. 또한, 낮은 전압에서 자유롭게 변색 특성을 발휘하기 위해서는 작은 밴드갭(bandgap)과 높은 전기 전도성을 가지는 것이 요구된다. 이를 위해서 상기 소재를 전기받게(acceptor)로 포함하며, 티오펜(thiophene) 유도체 등과 같은 전자주게(donor)를 동시에 포함하는 이극성 고분자(ambiopolar polymer)가 가장 바람직하다.
그밖에도 전기변색 물질로는 전기변색 특성을 나타내면서 광안정성이 우수한 재료라면 제한 없이 사용 가능하다. 바람직하게는, 종래의 유기 전기변색 물질보다 장기 사용성이 우수한 무기 전기변색 물질을사용하는 것이 좋다. 이러한 무기 전기변색 물질의 비제한적인 예로, WO3, NiOxHy, Nb2O5, V2O5, TiO2, MoO3 또는 이들의 혼합물이 있다.
또한 상기 전기변색 물질을 전해질층에 코팅하는 방법에는 제한이 없다.
예를 들어, 먼저 전해질을 더미기판에 코팅한 후, 전기변색 물질 용액을 제조하여 상기 전해질층에 스핀 코팅하고 열처리하여 건조할 수 있다.
또한, 상기 전해질 물질과 전기변색 물질을 서로 혼합하여 페이스트 형태로 더미기판에 도포하고 열처리하여 페이스트의 접착제를 제거함과 동시에 상기 전해질 및 전기변색 물질이 더미기판에 고착되도록 할 수 있다.
또한 졸-겔 방법을 적용할 수도 있다. 상기 졸-겔 공정은, 출발 물질인 금속 알콕사이드 또는 금속의 염 등을 용매에 용해 및 화학반응 시켜 졸 상태로 만든 후 기타 필요한 처리를 거쳐 궁극적으로는 부수적인 유기물들을 제거하고 산화물만의 망목 구조를 형성하는 기술이다. 이때 출발물질(precursor)은 원하는 물질을 얻기 위한 전구물질로서, 이것을 용해 또는 화학반응 시켜 졸 용액을 만들 수 있다. 화학반응 또는 기타 필요한 처리를 더욱 진행할 경우, 미세 입자나 거대 분자들이 응집되어 마치 젤리와 같이 유동성이 없어진 겔 상태로 변한다.
전기변색 물질로 졸 용액을 만드는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전기변색 물질의 전구물질을 산성 또는 염기성 졸 용액 형태로 제작하여 졸 용액을 만든 후, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등의 방법으로 나노입자에 코팅하는 것이 가능하다.
상기 졸 용액은 예를 들어, 전기변색 물질을 과산화수소에 용해시켜 제조할 수도 있으며, 에탄올 또는 다른 용매를 사용하여 제조할 수도 있다. 사용되는 용매는 전기변색 물질에 따라 다르다. 상기 전기변색 물질을 용해시킬 수 있는 물질이라면 필요에 따라 적정한 용매를 선택하여 사용할 수 있다. 용매는 제조하려는 전기변색 물질을 포함하고 있는 전구물질을 만들기 위하여 필요한데, 화학반응과 분자의 조합 가능 여부 등을 고려하여 당업자가 적의하게 용매를 선택할 수 있다. 용매선택에 따라 제조되는 금속 산화물의 크기나 상(phase)을 포함하는 졸 용액 특성이 달라 질 수 있다. 졸 용액의 농도 및 pH는 사용되는 나노입자의 종류 및 전기변색 물질의 종류에 따라 달라지며, 어떠한 방법을 적용하느냐에 따라서도 달라진다. 당업자라면 필요에 따라 용이하게 적절한 농도 및 pH를 결정할 수 있다.
상기 전기변색 물질의 코팅두께는 발현하는 색상과 소재 특성에 따라 적의하게 조절될 수 있는데, 50 nm 100 ㎛ 정도의 두께가 가장 일반적이다.
상기 유기물 코팅층 자체가 UV 등에 의하여 변성될 수가 있고, 또한 내부의 TiO2 역시 아나타제 형으로서 안정성이 우수하지 못하였다. 그러나 본 발명에서와 같이 무기 전기변색 물질로 코팅할 경우 전기변색 물질 자체가 무기물로서 안정하기 때문에 일차로 UV 등에 대하여 안정하며, 또한 상기 전기변색 물질이 내부의 나노입자를 보호하는 역할도 할 수 있기 때문에 안정성이 더욱 향상된다.
무기 전기변색 물질 중 대표적인 것으로서 산화텅스텐(WO3)를 사용할 수 있다. 즉, 상기 산화텅스텐을 졸 용액으로 제조하여 전기변색 물질로 사용할 수 있다. 상기의 산화텅스텐 졸 용액을 제작하기 위해서, 금속 텅스텐 분말을 과산화수소(H2O2)에 넣고 반응시키면 수소가 발생하면서 산화텅스텐 졸 용액이 만들어지고 과산화수소는 물 분자로 분해가 된다. 이러한 산화텅스텐 졸 용액(이소-폴리 텅스텐산 전구물질)을 이용하여, 전극 위에 형성된 나노입자에 의한 다공성 막에 스핀코팅, 스프레이코팅 또는 디핑(Dipping)법 등으로 산화텅스텐 졸 용액을 코팅한다. 그 후 100200℃ 사이에서 열처리를 함으로써 다공성 막 위에 얇게 코팅된 산화텅스텐 박막을 얻을 수 있다. 열처리에 의하여 용매가 제거되고 졸 용액은 응집되어 겔 박막이 형성된다.
이때, 200℃ 이상의 온도에서 열처리를 할 경우, 산화텅스텐 박막의 결정화가 시작되어 막의 전기변색 특성을 저하시키므로 가능한 한 낮은 온도에서 열처리하여 산화텅스텐이 비정질 상태로 남아있도록 하는 것이 바람직하다.
다른 한편으로 섬유형성 고분자, 광변색성 안료 및 광안정화제를 용매에 용해하여 방사용액을 준비하는 단계; 및 상기 방사 용액을 전기방사장치에 연결하여 전기방사(electrospinning)하여 광변색성 안료가 혼합된 나노섬유 웹을 얻는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제조된 나노섬유 웹을 중심전극 주위에 롤링하는 단계; 상기 제조된 롤링된 나노섬유 웹 위로 전해질층을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법을 제공한다.
상기 섬유형성 고분자는 폴리니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephtalate, PBT), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene flouride, PVdF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐알콜(PVA, polyvinylalcohol), 나일론(Nylon) 및 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 중심전극은 스테인레스 스틸 와이어 (stainless steel wire), 탄소나노튜브 전도성 섬유 (conducting fiber of carbon nanotube), 은코팅 전도사 (silver-coated fiber) 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 한다.
한편 본 특허의 가장 큰 특징은 상기 변책층과 전해질층을 차례로 코팅하여 적층한 전기변색섬유, 또는 Core-Sheath 형태의 다중노즐로 전기방사를 실시하여 변색소재와 전해질소재로 이루어진 nanofiber web을 고전도성 전극 섬유의 주위에 롤링하는 방식으로 멀티플레이어를 형성하는 것에 있다.
이렇게 제조된 새로운 섬유는 전기 전압에 따라 가역적으로 색을 바꾸는 이른바 전기변색(electrochromic) 물질로 사용한다. 이와 같은 감전발색 물질을 이용한 개발품으로, 삼산화텅스텐(tungsten trioxide)과 같은 감전발색 금속 산화물을 건물의 창에 사용하여 투명한 색과 햇빛을 막는 어두운 색 사이에서 변화하는 스마트 유리(smart glass)를 들 수 있다. 색이 변하는 섬유소재와 관련하여, 폴리아닐린(polyanilines)과 폴리티오펜(polythiophenes)과 같은 감전발색 중합체에 대한 연구도 진행되고 있다. 최근 이들 물질을 사용하여 전기전도성 코어의 온도가 올라가면, 바깥쪽의 색이 변화하는 동축 고분자 필라멘트(coaxial polymer filament)가 소개되었다. 그러나 이들 물질은 50 V에서 작동하기 때문에, 매우 큰 건전지가 필요하다.
이와는 대조적으로 이번에 개발된 본원발명은 1.0에서 2.6 V 사이의 전압으로 작동하는데, 이 정도는 시계용 작은 건전지로도 변색이 가능하다.
새로운 전기변색섬유를 개발하기 위해, 낮은 전압에 빨리 반응하며 다양한 색을 나타낼 수 있고, 긴 시간동안 유지할 수 있는 감전발색 고분자로, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(3-methylthiophene) (P3MT), poly(2,5-dimethoxyaniline) (PDMA), poly(benzotriazole) (PBZT), poly(benzothiadiazole) (PBTD), poly(quinoxaline) ((PQX) 등을 선택하였다. 이들 물질을 사용 하여 섬유 구조를 설계할 때, 연구팀은 섬유기반의 태양전지에 사용되는 나선형 구조를 사용하였다. 먼저 직경 0.1 mm와 0.3 mm 스테인리스 스틸 와이어를 세 가지 고분자 중 하나로 코팅한 후, 과염소산 이온들을 포함하는 고분자 겔 전해질 용액에 침지하였다. 마지막으로, 코팅 된 와이어를 더 가는 스테인리스 스틸 와이어를 사용하여 감고, 다시 전해질 용액에 침지하였다.
이렇게 제조된 섬유는 양 또는 음의 전압을 적용했을 때, 전해질로부터 과염소산 이온이 감전발색 고분자의 안 또는 밖으로 이동해서 전기 도핑 작용을 한다. 이러한 작용을 통해 전도성 고분자의 색이 바뀌게 된다. 또한 바깥쪽에 감은 가는 금속 와이어와 전해질 겔이 감전변색섬유에 강도와 유연성을 부여한다. 이 섬유들을 활용하여 고해상도의 색 변화를 보여주는 다색 직물의 제조도 가능하다. 새로 개발된 감전변색 섬유는 낮은 전압에서 색 변화가 가능하기 때문에 의복용으로 적용하는데 필요한 안전성을 확보하는 데 유리할 것으로 예상되고 있다. 앞으로 성능발현 및 유지 시간을 향상시키기 위한 추가적인 연구가 필요하다. 향후 이와 같은 감전발색 섬유 시스템 및 에너지원에 대한 연구를 통해 새로운 웨어러블 일렉트로닉스 개발이 가능할 것으로 예상된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 지지기판을 준비하는 단계;
    상기 지지기판위에 더미(dummy)층을 형성하는 단계;
    상기 더미층 상에 전해질층을 구비시키는 제1전해질층 형성단계;
    상기 제1전해질층 상에 변색층을 형성시키는 단계;및
    상기 변색층 상에 전해질층을 구비시키는 제2전해질층 형성단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제조된 전기변색섬유에서 더미층과 지지기판을 떼어내는 단계;
    상기 더미층과 지지기판이 떼어진 전기변색섬유를 중심전극 주위에 롤링하는단계; 및
    상기 롤링하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법.
  3. 제1항에 있어서
    기판은 유리, Si, Pi인 것을 특징으로 하는 전기변색 섬유 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    더미층은 폴리스티렌-술폰산 치환 고분자 (polstyrene-sulfonic acid), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐알콜 (polyvinyl alcohol)인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 폴리메타크릴산 메틸(Poly(methyl methacrylate)), 폴리에틸렌 옥사이드(Poly(ethylene oxide), 폴리염화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride) (PVDF), 젤라틴(gelatin)인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전해질층에 이온성 액체(Ionic liquids)가 50중량부 이하로 첨가될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변색층은 벤조트리아졸(benzotriazole)계, 벤조싸이아다이아졸(benzothiadiazole)계, 퀴녹살린(quinoxaline)계 고분자인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변색층에 티오펜(thiophene) 유도체 등을 포함하는 이극성 고분자(ambipolar polymer)인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 더미층과 지지기판을 떼어내는데 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 중심전극은 스테인레스 스틸 와이어 (stainless steel wire), 탄소나노튜브 전도성 섬유 (conducting fiber of carbon nanotube), 은코팅 전도사 (silver-coated fiber)인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
  11. 섬유형성 고분자, 광변색성 안료 및 광안정화제를 용매에 용해하여 코팅 또는 방사용액을 준비하는 단계; 및
    상기 용액을 스핀코팅을 통해 다층 구조를 형성하거나 전기방사장치에 연결하여 전기방사(electrospinning)하여 광변색성 소재가 포함된 다층구조를 얻는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제조된 나노섬유 웹을 중심전극 주위에 롤링하는 단계;

    상기 롤링하는 단계 후 전압을 걸어주어 변색하는 단계를 포함하는 전기변색섬유 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 섬유형성 고분자는 폴리니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephtalate, PBT), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene flouride, PVdF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐알콜(PVA, polyvinylalcohol), 나일론(Nylon) 및 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    중심전극은 스테인레스 스틸 와이어 (stainless steel wire), 탄소나노튜브 전도성 섬유 (conducting fiber of carbon nanotube), 은코팅 전도사 (silver-coated fiber) 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 하는 전기변색섬유 제조방법.
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