KR20190125094A - 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190125094A KR20190125094A KR1020180049392A KR20180049392A KR20190125094A KR 20190125094 A KR20190125094 A KR 20190125094A KR 1020180049392 A KR1020180049392 A KR 1020180049392A KR 20180049392 A KR20180049392 A KR 20180049392A KR 20190125094 A KR20190125094 A KR 20190125094A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanofiber web
- methylimidazolium
- dimethylimidazolium
- capacitive sensor
- tack
- Prior art date
Links
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 152
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 56
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 36
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 36
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 24
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 23
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- -1 1-propyl-2 Chemical compound 0.000 claims description 13
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical group CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N Pyrrolidine Chemical compound C1CCNC1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N propylene glycol methyl ether acetate Chemical compound COCC(C)OC(C)=O LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MXLZUALXSYVAIV-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethyl-3-propylimidazol-1-ium Chemical compound CCCN1C=C[N+](C)=C1C MXLZUALXSYVAIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UJSKQQLYIWXKGQ-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-propylimidazol-1-ium Chemical compound CCCN1C=C[N+](C)=C1.CCCN1C=C[N+](C)=C1 UJSKQQLYIWXKGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 1-methylimidazole Chemical compound CN1C=C[NH+]=C1 MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- GHCDQWJXCQVZOZ-UHFFFAOYSA-N C(C)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(C)[N+]1=C(N(C=C1)C)C Chemical compound C(C)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(C)[N+]1=C(N(C=C1)C)C GHCDQWJXCQVZOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RBNKSCWUBXRLKU-UHFFFAOYSA-N C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C.C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C Chemical compound C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C.C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C RBNKSCWUBXRLKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BSVSFWSRVDFGST-UHFFFAOYSA-N C(CCCCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(CCCCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C Chemical compound C(CCCCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(CCCCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C BSVSFWSRVDFGST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZZJFGLZFQBIHMB-UHFFFAOYSA-N C(CCCCC)[N+]1=CN(C=C1)C.C(CCCCC)[N+]1=CN(C=C1)C Chemical compound C(CCCCC)[N+]1=CN(C=C1)C.C(CCCCC)[N+]1=CN(C=C1)C ZZJFGLZFQBIHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GMLAJEPAPAWKGW-UHFFFAOYSA-N C[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C[N+]1=C(N(C=C1)C)C Chemical compound C[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C[N+]1=C(N(C=C1)C)C GMLAJEPAPAWKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- KIWBPDUYBMNFTB-UHFFFAOYSA-N Ethyl hydrogen sulfate Chemical compound CCOS(O)(=O)=O KIWBPDUYBMNFTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M methyl sulfate(1-) Chemical compound COS([O-])(=O)=O JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-M triflate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- KMXPUIKCGHDWFM-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethylimidazol-1-ium Chemical compound C[N+]1=CN(C=C1)C.C[N+]1=CN(C=C1)C KMXPUIKCGHDWFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SFFUEHODRAXXIA-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroacetonitrile Chemical compound FC(F)(F)C#N SFFUEHODRAXXIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MSFXYOCVYWWZMQ-UHFFFAOYSA-N C(CCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(CCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C Chemical compound C(CCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C.C(CCC)[N+]1=C(N(C=C1)C)C MSFXYOCVYWWZMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- UYAAVKFHBMJOJZ-UHFFFAOYSA-N diimidazo[1,3-b:1',3'-e]pyrazine-5,10-dione Chemical compound O=C1C2=CN=CN2C(=O)C2=CN=CN12 UYAAVKFHBMJOJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N phenyl(114C)methanol Chemical compound O[14CH2]C1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N 0.000 claims description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940116423 propylene glycol diacetate Drugs 0.000 claims description 3
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FKJOLAWWPCHHMF-UHFFFAOYSA-N C(C)[N+]1=CN(C=C1)C.C(C)[N+]1=CN(C=C1)C Chemical compound C(C)[N+]1=CN(C=C1)C.C(C)[N+]1=CN(C=C1)C FKJOLAWWPCHHMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 27
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 229960004592 isopropanol Drugs 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 3
- XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1C XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002334 Spandex Polymers 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000004759 spandex Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 125000001889 triflyl group Chemical group FC(F)(F)S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethylimidazolium Chemical compound CN1C=C[N+](C)=C1 HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXVKHKJETWAWRR-UHFFFAOYSA-N a805143 Chemical compound C1CCNC1.C1CCNC1 GXVKHKJETWAWRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- LRESCJAINPKJTO-UHFFFAOYSA-N bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide;1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1.FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F LRESCJAINPKJTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- BXEMXLDMNMKWPV-UHFFFAOYSA-N pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1.C1=CC=NC=C1 BXEMXLDMNMKWPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L75/04—Polyurethanes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
- H01B1/122—Ionic conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
Abstract
본 발명은 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성되는 공극(void)을 포함하는 나노섬유웹 및 상기 나노섬유웹(nano-fiber web) 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 샌드위치 구조체; 및 상기 샌드위치 구조체의 외부에 형성되어 상기 샌드위치 구조체를 캡슐화 하는 절연층을 포함하고, 상기 나노섬유웹 내에 이온성 액체(ionic liquid)가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 나노섬유웹 압정전용량(piezocapacitive) 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노섬유웹 내부에 이온성 액체(ionic liquid)가 포함되어 있는 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
필름 또는 섬유 형태의 압력 센서는 웨어러블(wearable) 장치의 개발 및 발전과 함께 필요성이 증대되고 있는 분야이다. 폴리머 기반의 압력 센서는 압정전용량(piezocapacitive) 센서 및 압저항(piezoresistive) 센서로 분류할 수 있는데, 이중 고분자 탄성체를 이용하는 압정전용량 센서는 전력 소모량과 장기 내구성에 있어서 압저항 센서 대비 우수한 특성을 보여준다.
그럼에도 불구하고 일반적인 고분자 탄성체는 보통 유전 상수가 낮아 압력에 대한 정전용량 값의 변화가 적은 단점이 있다. 고분자 탄성체 중 열가소성 폴리우레탄계 물질은 극성을 지니고 있기 때문에 다른 고분자 탄성체에 비하여 상대적으로 정전용량이 크지만, 여전히 정전용량값의 변화가 수 내지 수십 pF 정도에 그친다.
전기방사 공정을 통하여 형성된 폴리머 기반의 나노섬유웹은 부피 대비 표면적 비율이 크고 나노 구조에서 기인하는 고유한 장점으로 인해 다양한 분야에서 주목받고 있다.
이러한 나노섬유웹의 장점에 주목하여, 유기 고분자를 나노섬유웹으로 형성하여 압정전용량 센서로 이용하는 시도가 있었으나, 부족한 탄성 복원력을 갖는다는 단점과, 다수의 공극에서 기인하는 작은 압력에 대한 상대적 커패시턴스 변화로 인한 큰 히스테리시스를 갖는다는 단점이 있다.
본 발명은 탄성 복원력이 뛰어나고 낮은 히스테리시스를 갖는 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는, 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성되는 공극(void)을 포함하는 나노섬유웹 및 상기 나노섬유웹(nano-fiber web) 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 샌드위치 구조체; 및 상기 샌드위치 구조체의 외부에 형성되어 상기 샌드위치 구조체를 캡슐화 하는 절연층을 포함하고, 상기 나노섬유웹 내에 이온성 액체(ionic liquid)가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 전극은 금속 포일 페이퍼(foil paper), 전도성 섬유 직-편물(conductive fabric) 및 탄성 전도체 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 절연층은 절연 페이퍼, 절연 필름 및 절연 섬유 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 나노섬유웹 압정전용량 센서는, 상기 전극과 전기적으로 연결된 구조의 전극 연결부를 포함하고, 상기 전극 연결부는 상기 절연층의 외부로 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 폴리머는 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane) 및 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 이온성 액체는 1-메틸-3-메틸이미다졸리움(1-Methyl-3-methylimidazolium), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-Ethyl-3-methylimidazolium), 1-프로필-3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(1-Butyl-3-methylimidazolium), 1-헥실-3-메틸이미다졸리움(1-Hexyl-3-methylimidazolium), 1-메틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Methyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-프로필-2,3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium) 중 하나의 양이온과, 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 (Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 헥사플로오르포스페이트 (Hexafluorophospate), 메틸슬페이트(Methyl sulfate), 에틸슬페이트(Ethyl sulfate), 테트라플로오르보레이트 (Tetrafluoroborate), 트리플로오르메탄슬페이트 (Trifluoromethanesulfonate), 아오다이드(Iodide), 브로마이드(Bromide), 클로라이드 (Chloride)중 하나의 음이온의 조합으로 만들어지는 이온성 액체중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 나노섬유웹 압정전용량 센서는 0.1% 내지 5% 범위의 커패시턴스-압력 히스테리시스(capacitance-pressure hysteresis)를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법은, 나노섬유웹을 준비하는 단계; 상기 나노섬유웹의 상부와 하부에 각각 상부전극과 하부전극을 부착하여 샌드위치 구조체를 형성하는 단계; 상기 샌드위치 구조체의 외부에 절연층을 부착하여 캡슐화 하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 제1 용매에 폴리머를 넣고 용해하는 제1 폴리머 용액 제조 단계; 상기 제1 폴리머 용액에 제2 용매를 첨가하는 제2 폴리머 용액 제조 단계; 상기 제2 폴리머 용액에 이온성 액체를 첨가하는 제3 폴리머 용액 제조 단계; 및 상기 제3 폴리머 용액을 전기방사 하여 나노섬유웹을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 상기 제1 용매는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide,DMAc), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF), N-메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP) 및 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 상기 제2 용매는 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, iPA, 2-propanol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 트리플루오로아세토나이트릴 (trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine) 및 피롤리딘(pyrrolidine) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 상기 제2 용매는 상기 전기방사 시 용매의 휘발성을 및 전기방사 안정성을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 상기 폴리머는 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane) 및 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 상기 이온성 액체는 1-메틸-3-메틸이미다졸리움(1-Methyl-3-methylimidazolium), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-Ethyl-3-methylimidazolium), 1-프로필-3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(1-Butyl-3-methylimidazolium), 1-헥실-3-메틸이미다졸리움(1-Hexyl-3-methylimidazolium), 1-메틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Methyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-프로필-2,3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium) 중 하나의 양이온과, 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 (Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 헥사플로오르포스페이트 (Hexafluorophospate), 메틸슬페이트(Methyl sulfate), 에틸슬페이트(Ethyl sulfate), 테트라플로오르보레이트 (Tetrafluoroborate), 트리플로오르메탄슬페이트 (Trifluoromethanesulfonate), 아오다이드(Iodide), 브로마이드(Bromide), 클로라이드 (Chloride)중 하나의 음이온의 조합으로 만들어지는 이온성 액체중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에서, 상기 이온성 액체는 상기 폴리머의 중량 대비 0.1 중량% phr 내지 5.0 중량% phr 이내인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 나노섬유웹 내에 이온성 액체가 포함되어 있어 높은 유전상수를 가지며 작은 압력도 민감하게 감지할 수 있는 나노섬유웹 압정전용량 센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 완전탄성체에 가까운 나노섬유웹을 형성할 수 있어 반복적인 압력의 인가에도 높은 내구성을 갖는 나노섬유웹 압정전용량 센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 0.1% 내지 5% 범위의 우수한 커패시턴스-압력 히스테리시스를 갖는 나노섬유웹 압정전용량 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 입체도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에 관한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 나노섬유웹 준비 단계를 세분화한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 전기방사 공정 장치에 관하여 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 비교예 5에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 20 사이클 동안의 주기적인 힘 인가에 따른 시간 대 커패시턴스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 대한 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 대하여, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 크리프(creep) 특성을 도시한 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 일정 커패시턴스에서의 응력완화을 시간 대 압력 곡선으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 입체도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에 관한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 나노섬유웹 준비 단계를 세분화한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 전기방사 공정 장치에 관하여 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 비교예 5에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 20 사이클 동안의 주기적인 힘 인가에 따른 시간 대 커패시턴스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 대한 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 대하여, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 크리프(creep) 특성을 도시한 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 일정 커패시턴스에서의 응력완화을 시간 대 압력 곡선으로 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)는 하부전극(120)과 하부전극(120) 상에 형성된 나노섬유웹(110) 및 나노섬유웹(110) 상에 형성되는 상부전극(130)을 포함하는 샌드위치 구조체(140)와, 상기 샌드위치 구조체(140)를 캡슐화 하는 절연층(150)을 포함한다.
나노섬유웹(110)은 다수의 공극을 포함하고 있으며, 상기 나노섬유웹(110) 내부에 이온성 액체가 포함되어있다.
내부에 이온성 액체를 포함하여 나노섬유웹(110)을 형성하면, 재료의 근본적인 유전 상수 값이 높아지게 되고, 이에 따라 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)의 압력에 대한 민감도가 높아지게 된다.
또한, 이온성 액체가 포함된 나노섬유웹(110)은 종래의 나노섬유웹에 비하여 연화 영역에 주로 들어가게 되어 높은 탄성 복원력을 가지며, 필요 이상 첨가하게 되면 오히려 탄성 복원력을 감소시킨다. 따라서, 이온성 액체가 적정한 수준으로 포함된 나노섬유웹(110)을 이용하면 반복적인 압력의 인가에도 높은 내구성을 갖는 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)를 제조할 수 있다.
더하여, 나노섬유웹(110) 내에 이온성 액체가 포함되어 있으므로 공극의 숫자를 줄이는 역할을 하여 0.1% 내지 5%의 매우 낮은 히스테리시스를 달성할 수 있다.
나노섬유웹(110)을 형성하는 폴리머는 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane), 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane)중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane)는 스판덱스(spandex)로 통칭되는 탄성 섬유를 만들 수 있는 물질일 수 있다.
좋게는 이온성 액체가 연화 영역에 잘 들어가서 탄성력의 히스테리시스가 저감되는 폴리우레탄 계열일 수 있다.
나노섬유웹(100) 내에 이온성 액체를 포함하는 공정은 후술할 제조 방법에서 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)의 하부전극(120) 및 상부전극(130)은 금속 포일 페이퍼(foil paper), 전도성 섬유 직-편물(conductive fabric), 도전성 고분자 필름 및 도전성 나노웹 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 전극(120,130)은 압축 및 신축이 가능한 탄성형 전극도 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)의 절연층은(150) 절연 페이퍼, 절연 필름 및 절연 섬유 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 절연층(150)은 탄성을 지니거나 접착식으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 전기를 통할 수 있는 전극부 및 절연 필름, 절연 섬유 형태의 절연층으로 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)는 가벼운 무게와 유연성, 압축 및 신축이 가능한 탄성을 가질 수 있으며 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 입체도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 나노섬유웹(110)의 하부에 형성된 하부전극(미도시)과 전기적으로 연결되어 연장되는 하부전극 전극연결부(121)와, 나노섬유웹(110)의 상부에 형성된 상부전극(130)과 전기적으로 연결되어 연장되는 상부전극 전극연결부(131)가 더 형성될 수 있다.
전극연결부(121,131)는 절연층(150)의 바깥쪽으로 연장되어, 절연층(150)으로 캡슐화 되어 있는 샌드위치 구조체와 외부의 측정 장비를 전기적으로 연결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법에 관한 흐름도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)의 제조 방법은 나노섬유웹 준비 단계(S110), 샌드위치 구조체 형성 단계(S120), 샌드위치 구조체 캡슐화 단계(S130)을 포함하는 3단계 공정으로 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)를 형성할 수 있다.
나노섬유웹 준비 단계(S110)는, 폴리머 용액을 전기방사 하여 나노섬유웹을 형성하는 단계로, 후술할 도 4에서 상세하게 설명하는 것으로 한다.
샌드위치 구조체 형성 단계(S120)는 나노섬유웹 준비 단계(S110)에서 형성된 나노섬유웹(110) 하부와 상부에 각각 하부전극(120)과 상부전극(130)을 형성하는 단계이다.
상기 하부전극(120) 및 상부전극(130)은 금속 포일 페이퍼, 전도성 섬유 직-편물, 도전성 고분자 필름 및 도전성 나노웹 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 전극(120,130)은 압축 및 신축이 가능한 탄성형 전극도 이용할 수 있어 가벼운 무게와 유연성, 압축 및 신축이 가능한 탄성을 가질 수 있으며 저렴한 비용과 쉬운 공정으로 형성될 수 있다.
샌드위치 구조체 캡슐화 단계(S130)는 샌드위치 구조체 형성 단계(S120)에서 형성된 샌드위치 구조체(140)를 절연층(150)을 이용하여 캡슐화 시키는 단계이다.
절연층(150)은 접착식 절연 페이퍼, 절연 필름를 이용할 수 있으며, 탄성형 센서의 경우, 탄성을 지닌 절연 필름(예, 실리콘 필름), 탄성 섬유, 탄성 나노웹 중 적어도 하나를 사용할 수 있으며 이는 상술한 전극재료의 장점과 동일하게 가벼운 무게와 유연성, 압축 및 신축이 가능한 탄성을 가질 수 있으며 저렴한 비용과 쉬운 공정으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 나노섬유웹 준비 단계를 세분화한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 나노섬유웹 준비 단계(S110)는, 제1 폴리머 용액 제조 단계(S111), 제2 폴리머 용액 제조 단계(S112), 제3 폴리머 용액 제조 단계(S113) 및 나노섬유웹 형성 단계(S114)를 포함하는 4단계 공정으로 나노섬유웹(110)을 형성할 수 있다.
제1 폴리머 용액 제조 단계(S111)는 제1 용매에 폴리머를 넣어 용해하는 단계이다.
제1 용매는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide,DMAc), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF), N-메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP) 및 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 적어도 하나일 수 있다.
폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane) 및 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane)는 스판덱스(spandex)로 통칭되는 탄성 섬유를 만들 수 있는 물질일 수 있다.
좋게는 이온성 액체가 연화 영역에 잘 들어가서 탄성력의 히스테리시스가 저감되는 폴리우레탄 계열일 수 있다.
제1 폴리머 용액 제조 단계(S111)는 제1 용매 60 ml에 폴리머 10 g를 넣고 완전히 용해될 때까지 25 ℃ 내지 100 ℃의 온도 조건으로 12시간 동안 교반한다
제2 폴리머 용액 제조 단계(S112)는 제1 폴리머 용액 제조 단계(S111)에서 제조된 제1 폴리머 용액에 제2 용매를 첨가하는 단계이다.
제2 용매는 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, iPA, 2-propanol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 트리플루오로아세토나이트릴 (trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine) 및 피롤리딘(pyrrolidine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 폴리머 용액 제조 단계(S112)는 제1 폴리머 용액에 제2 용매를 첨가하여 완전히 용해될 때까지 25 ℃ 내지 50 ℃의 온도 조건으로 1시간 내지 12시간 동안 교반한다.
제1 용매와 제2 용매는 중량비 5:1 내지 5:5의 비율로 혼합될 수 있다.
제2 폴리머 용액 제조 단계(S112)에서 제2 용매를 첨가하는 이유는 후술할 후속 공정 단계인 전기방사 공정 동안 용매의 휘발성을 증가시키고 전기방사를 돕는 목적을 갖는다.
제3 폴리머 용액 제조 단계(S113)는 제2 폴리머 용액 제조 단계(S112)를 통해 제조된 제2 폴리머 용액에 이온성 액체를 첨가하는 단계이다.
이온성 액체는 1-메틸-3-메틸이미다졸리움(1-Methyl-3-methylimidazolium), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-Ethyl-3-methylimidazolium), 1-프로필-3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(1-Butyl-3-methylimidazolium), 1-헥실-3-메틸이미다졸리움(1-Hexyl-3-methylimidazolium), 1-메틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Methyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-프로필-2,3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium) 중 하나의 양이온과, 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 (Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 헥사플로오르포스페이트 (Hexafluorophospate), 메틸슬페이트(Methyl sulfate), 에틸슬페이트(Ethyl sulfate), 테트라플로오르보레이트 (Tetrafluoroborate), 트리플로오르메탄슬페이트 (Trifluoromethanesulfonate), 아오다이드(Iodide), 브로마이드(Bromide), 클로라이드 (Chloride)중 하나의 음이온의 조합으로 만들어지는 이온성 액체중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2 폴리머 용액에 첨가되는 이온성 액체의 첨가 량은 0.1 중량% phr 내지 5.0 중량% phr 일 수 있다.
제2 폴리머 용액에 이온성 액체가 첨가되는 시점은 후술할 전기방사 공정 전에 첨가하며, 좋게는 1시간 내지 2시간 전 일 수 있다. 이는 이온성 액체의 상용성이 낮은 경우 점차 상분리가 진행될 수 있기 때문이며, 사용하는 폴리머와 이온성 액체의 종류, 사용하는 용매의 종류에 따라 차이가 난다.
나노섬유웹 형성 단계(S114)는 제3 폴리머 용액 제조 단계(S113)에서 제조된 제3 폴리머 용액을 전기방사 공정을 통하여 나노섬유웹(110)을 형성하는 단계이다.
전기방사 공정의 상세한 조건 및 단계는 후술할 도 5에서 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 전기방사 공정 장치에 관하여 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 전기방사 공정 장치(200)는 시린지펌프(210), 니들(220), 회전형 실린더 콜렉터 및 접지(230), 전원(240)으로 구성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법 중 전기방사 공정은 시린지펌프(210)에 제3 폴리머 용액을 준비하고, 전원(240)이 인가 된 상태에서 0.1 ml/h 내지 10 ml/h의 속도로 니들(220)을 통해 제3 폴리머 용액을 분출한다. 제3 폴리머 용액을 분출하는 니들(220)의 크기는 10 G 내지 30 G 이며, 여러 개의 니들(220)을 사용할 수 있다. 분출된 제3 폴리머 용액은 회전형 실린더 콜렉터 및 접지(230)에서 나노섬유의 형태를 가져 나노섬유웹(110)을 형성할 수 있게 된다. 이때, 실린더는 60 rpm으로 회전하며 회전형 실린더 콜렉터 및 접지(230)는 실린더의 회전축 방향으로 왕복운동 할 수 있다.
본 실시예에서 서술한 내용은 나노섬유웹 압정전용량 센서의 제조 방법의 한가지 예만 보여주는 것으로 다양한 방법으로 제조 가능하며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
상술한 공정을 통하여 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)는 나노섬유웹 내부에 이온성 액체를 포함하여 나노섬유웹(110)을 형성하므로 나노섬유웹 압정전용량 센서(100)의 압력에 대한 민감도가 높아지게 되고, 완전 탄성체의 물리적 성질을 가지며, 이온성 액체의 폴리우레탄 연화 영역에 들어감으로 인해서 0.1 % 내지 5 %의 낮은 히스테리시스를 갖게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[시약 및 물질]
폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(스판텍스)는 효성(Hyosung Co. Ltd. Korea.)에서 구매하였고, 열가소성 폴리우레탄(Estane® R190A) 은 루비졸사(Lubrizol, USA), 폴리(스티렌-b-부타디엔-b-스티렌)공중합체(SBS)는 LG화학(LG Chem. Ltd, Korea), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리풀루오르메틸슬포닐)이미드(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)은 TCI(tokyo chemical industry Co. Ltd. Japan)에서 구매하였으며, N, N-디메틸포름아미드(N, N-dimethylformamide, DMF) 및 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF)은 삼전(Samchun Inc., Korea)에서 구매하였고, 구매한 시약은 정제 없이 구매한 상태 그대로 사용하였다.
또한, 전극(120,130)은 상용의 알루미늄 호일을 사용하였다.
[실시예 1]
60 ml의 N, N-디메틸포름아미드에 10 g의 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(스판텍스)을 혼합하여 완전히 용해될 때까지 100 ℃의 온도에서 12시간 동안 교반한다. 이어서 40 ml의 테트라히드로푸란을 첨가하여 35 ℃의 온도에서 8시간 동안 추가로 교반한다. 이후, 전기방사 1시간 전에 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 0.1 g를 첨가한다. 형성된 용액을 전기방사 공정을 통해 전기방사하여 나노섬유웹을 제조한다.
이후, 제조된 나노섬유웹 하부와 상부에 알루미늄 호일 전극을 부착하여 샌드위치 구조체를 형성한 뒤 샌드위치 구조체를 접착식 절연 페이퍼로 캡슐화 하여 나노섬유웹 압정전용량 센서를 제조하였다.
[실시예 2]
[실시예 2]는 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드를 0.01 g 첨가한 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.
[실시예 3]
[실시예 3]은 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드를 0.3 g 첨가한 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.
[비교예 1]
[비교예 1]은 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 을 첨가하지 않는 것을 제외하면 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조되었다.
[비교예 2]
[비교예 2]는 종래의 열가소성 폴리우레탄(Estane® R190A)을 전기방사하여 형성된 나노섬유웹을 이용한 압정전용량 센서이다.
[비교예 3]
[비교예 3]은 종래의 폴리(스티렌-b-부타디엔-b-스티렌)(Poly(styrene-b-butadiene-b-styrene), SBS)을 전기 방사하여 형성된 나노섬유웹을 이용한 압정전용량 센서이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 특성을 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 6a는 본 발명의 비교예 5에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 600 nm 내지 800 nm 직경을 갖는 나노섬유가 전기방사 공정을 통해 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 표면의 전계 방출 주사 전자 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 도 6a와 마찬가지로 600 nm 내지 800 nm 직경을 갖는 나노섬유가 전기방사 공정을 통해 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b의 전계 방출 주사 전자 현미경 이미지로 미루어, 나노섬유웹(110) 형성 공정에서 이온성 액체를 첨가하더라도 미세 구조 상에서 비드(bead) 또는 섬유의 응집이 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 20 사이클 동안의 주기적인 힘 인가에 따른 시간 대 커패시턴스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d의 그래프에서, 주기적인 힘의 인가는 2 N과 100 N이고, T는 나노섬유웹의 두께를 나타내며, 하단과 상단의 점선은 2 N과 100 N의 힘 인가시 커패시턴스 값의 간격을 나타낸다
도 7a는 본 발명의 실시예 1의 나노섬유웹 압정전용량 센서의 실험 결과값에 따른 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는 제1 사이클 내지 제20 사이클에서 힘의 인가시 일정한 압정전용량을 보여주고 있어 우수한 반복성을 보여 주고 있으며, 힘을 제거하였을 때에도 상당히 빠른 회복력을 보여주고 있다. 약간의 크립 형태로 나타나는 것은 외부에 있는 보호 필름에 의한 효과 때문으로 판단되며, 이후 수 사이클 만에 커패시턴스가 안정화 되는 것을 확인할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 비교예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는 실시예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에 비해서 압정전용량의 변화 폭이 적고, 안정화되는 시간이 많이 필요함을 알 수 있으며, 특히 후술할 도 8b를 참조하면 히스테리시스가 실시예 1에 비해 7.5%로 상당히 크게 나타난다.
도 7c 내지 도 7d의 본 발명의 비교예 2 내지 비교예 3의 그래프를 참조하면 종래의 나노섬유웹 압정전용량 센서는 상대적으로 작은 커패시턴스 폭을 갖고, 제1 사이클 이후 회복되지 않고 전기용량 값이 점차 증가하는 것은 압정전용량 센서의 두께가 회복되지 못하고 점차 감소하거나(도 7c) 커패시턴스 폭이 작아지는 것(도 7d)을 확인할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 실시예 1의 나노섬유웹 압정전용량 센서의 실험 결과값에 따른 그래프이다.
도 8a을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는 1% 내지 2%의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 갖는 것을 확인할 수 있다.
반면에, 도 8b 내지 도 8d의 본 발명의 비교예 1 내지 비교예 3의 그래프를 참조하면, 종래의 나노섬유웹 압정전용량 센서는 7%를 초과하는 큰 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서에서, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 실시예 1에 따른 1 phr의 이온성 액체를 첨가한 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 것이다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서는 1% 내지 2%의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예 2에 따른 0.1 phr의 이온성 액체를 첨가한 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 것이다.
이어서, 도 9c는 본 발명의 실시예 c에 따른 3 phr의 이온성 액체를 첨가한 나노섬유웹 압정전용량 센서의 커패시턴스-압력 히스테리시스 곡선을 도시한 것이다.
도 9a 내지 9c의 결과를 바탕으로 하면, 이상적인 압정전용량 센서가 되기 위해서는 적정량의 이온성 액체가 들어가는 것이 가장 좋으며, 과량 들어가게 되면 도 9c와 같이 민감도는 우수해지지만 히스테리시스가 크게 증가함을 알수 있다. 이와 같은 현상은 나노섬유 바깥으로 이온성 액체가 일부 빠져나오기 때문이다.
도 10a는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 대한 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 10a에 따르면, 이온성 액체를 첨가한 경우 실시예 1의 경우가 히스테리시스가 가장 작고, 반면에 정전용량 변화가 상대적으로 다른 비교예 보다 커서 우수한 정전용량 센서임을 알 수 있다.
도 10b는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 대하여, 이온성 액체의 첨가량 변화에 따른 히스테리시스(%) 및 커패시턴스 변화(ΔC)를 도시한 그래프이다.
도 10b에 따르면, 본 발명의 실시예 1이 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 1 보다 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 이는 적정 수준의 이온성 액체를 첨가해야 함을 알 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 나노섬유웹 압정전용량 센서의 크리프(creep) 특성을 도시한 그래프이다.
도 11a에 따르면, 200 N의 일정한 하중을 가했을 때, 시간당 캐패시턴스의 변화가 거의 없는 결과를 보여주므로 좋은 탄성체 임을 보여준다.
도 11b 내지 도 11d에 따르면, 도 11a와는 달리 시간에 따라 점차 커패시턴스가 증가하는 경향을 보여주고 있으므로 센서 필름의 두께가 점차 감소됨을 보여주고 있어서 압정전용량센서로 부적합함을 보여주고 있다.
도 12a 내지 도 12d는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 일정 커패시턴스에서의 응력완화을 시간 대 압력 곡선으로 도시한 것이다.
이는 일정한 커패시턴스를 얻기 위해 필요한 힘을 도식화한 그림이다. 도 11a 내지 11d의 역으로, 실시예 1의 결과가 그 변화 정도가 가장 작아서 우수한 특성을 나타냄을 보여준다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 나노섬유웹 압정전용량 센서
110: 나노섬유웹
120: 하부전극 121: 하부전극 전극연결부
130: 상부전극 131: 상부전극 전극연결부
140: 샌드위치 구조체 150: 절연층
200: 전기방사 공정 장치 210: 시린지펌프
220: 니들 230: 회전형 실린더 콜렉터 및 접지
240: 전원
120: 하부전극 121: 하부전극 전극연결부
130: 상부전극 131: 상부전극 전극연결부
140: 샌드위치 구조체 150: 절연층
200: 전기방사 공정 장치 210: 시린지펌프
220: 니들 230: 회전형 실린더 콜렉터 및 접지
240: 전원
Claims (15)
- 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성되는 공극(void)을 포함하는 나노섬유웹 및 상기 나노섬유웹(nano-fiber web) 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 샌드위치 구조체; 및
상기 샌드위치 구조체의 외부에 형성되어 상기 샌드위치 구조체를 캡슐화 하는 절연층
을 포함하고,
상기 나노섬유웹 내에 이온성 액체(ionic liquid)가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량(piezocapacitive) 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 전극은 금속 포일 페이퍼(foil paper), 전도성 섬유 직-편물(conductive fabric) 및 탄성 전도체 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층은 탄성 절연층 및 접착성 절연층 중 적어도 하나로 형성되고,
상기 탄성 절연층 및 접착성 절연층은 절연 페이퍼, 절연 필름 및 절연 섬유 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 나노섬유웹 압정전용량 센서는, 상기 전극과 전기적으로 연결된 구조의 전극 연결부를 포함하고,
상기 전극 연결부는 상기 절연층의 외부로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane) 및 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 이온성 액체는 1-메틸-3-메틸이미다졸리움(1-Methyl-3-methylimidazolium), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-Ethyl-3-methylimidazolium), 1-프로필-3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(1-Butyl-3-methylimidazolium), 1-헥실-3-메틸이미다졸리움(1-Hexyl-3-methylimidazolium), 1-메틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Methyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-프로필-2,3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium) 중 하나의 양이온과, 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 (Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 헥사플로오르포스페이트 (Hexafluorophospate), 메틸슬페이트(Methyl sulfate), 에틸슬페이트(Ethyl sulfate), 테트라플로오르보레이트 (Tetrafluoroborate), 트리플로오르메탄슬페이트 (Trifluoromethanesulfonate), 아오다이드(Iodide), 브로마이드(Bromide), 클로라이드 (Chloride)중 하나의 음이온의 조합으로 만들어지는 이온성 액체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 나노섬유웹 압정전용량 센서는 0.1% 내지 5% 범위의 커패시턴스-압력 히스테리시스(capacitance-pressure hysteresis)를 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서.
- 나노섬유웹을 준비하는 단계;
상기 나노섬유웹의 상부와 하부에 각각 상부전극과 하부전극을 부착하여 샌드위치 구조체를 형성하는 단계;
상기 샌드위치 구조체의 외부에 절연층을 부착하여 캡슐화 하는 단계;
를 포함하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 나노섬유웹을 준비하는 단계는,
제1 용매에 폴리머를 넣고 용해하는 제1 폴리머 용액 제조 단계;
상기 제1 폴리머 용액에 제2 용매를 첨가하는 제2 폴리머 용액 제조 단계;
상기 제2 폴리머 용액에 이온성 액체를 첨가하는 제3 폴리머 용액 제조 단계; 및
상기 제3 폴리머 용액을 전기방사 하여 나노섬유웹을 형성하는 단계를 포함하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 용매는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide,DMAc), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF), N-메틸피롤리디논(N-methylpyrrolidinone, NMP) 및 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 용매는 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, t-부틸알코올(t-butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropylalcohol, iPA, 2-propanol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 프로필렌글리콜디아세테이트(propylene glycol diacetate), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA), 아세토니트릴(acetonitrile), 클로로포름(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 트리플루오로아세토나이트릴 (trifluoroacetonitrile), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine) 및 피롤리딘(pyrrolidine) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 용매는 상기 전기방사 시 용매의 휘발성을 및 전기방사 안정성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체(polyester-polyurethane) 및 폴리에테르-폴리우레탄 공중합체(polyether-polyurethane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 이온성 액체는 1-메틸-3-메틸이미다졸리움(1-Methyl-3-methylimidazolium), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-Ethyl-3-methylimidazolium), 1-프로필-3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(1-Butyl-3-methylimidazolium), 1-헥실-3-메틸이미다졸리움(1-Hexyl-3-methylimidazolium), 1-메틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Methyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-프로필-2,3-메틸이미다졸리움(1-Propyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium), 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸리움(1-Hexyl-2,3-dimethylimidazolium) 중 하나의 양이온과, 비스 (트리풀루오르메틸슬포닐)이미드 (Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 헥사플로오르포스페이트 (Hexafluorophospate), 메틸슬페이트(Methyl sulfate), 에틸슬페이트(Ethyl sulfate), 테트라플로오르보레이트 (Tetrafluoroborate), 트리플로오르메탄슬페이트 (Trifluoromethanesulfonate), 아오다이드(Iodide), 브로마이드(Bromide), 클로라이드 (Chloride)중 하나의 음이온의 조합으로 만들어지는 이온성 액체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 이온성 액체는 상기 폴리머의 중량 대비 0.1 중량% phr 내지 5.0 중량% phr 이내인 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 압정전용량 센서 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180049392A KR102042856B1 (ko) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180049392A KR102042856B1 (ko) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190125094A true KR20190125094A (ko) | 2019-11-06 |
| KR102042856B1 KR102042856B1 (ko) | 2019-11-11 |
Family
ID=68535774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180049392A KR102042856B1 (ko) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102042856B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112179530A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-05 | 电子科技大学 | 基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法 |
| CN112923954A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 西安工业大学 | 基于三明治式纺丝薄膜的一体式柔性传感器及制造方法 |
| CN115901028A (zh) * | 2022-09-02 | 2023-04-04 | 河北工业大学 | 具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013034368A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-02-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カーボンナノファイバーアクチュエータ |
| KR101502762B1 (ko) | 2014-04-02 | 2015-03-17 | 경희대학교 산학협력단 | 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서 |
| KR101708113B1 (ko) | 2015-05-28 | 2017-02-17 | 고려대학교 산학협력단 | 고감도 압력 센서 |
| KR20170025694A (ko) * | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 숭실대학교산학협력단 | 커패시터형 촉각센서 및 그 제조방법 |
| KR101730396B1 (ko) | 2015-07-15 | 2017-05-11 | 경희대학교 산학협력단 | 전기방사하여 얻은 나노섬유 웹 형태의 ｐｌａ 압전소재를 이용한 압력측정 센서 |
-
2018
- 2018-04-27 KR KR1020180049392A patent/KR102042856B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013034368A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-02-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カーボンナノファイバーアクチュエータ |
| KR101502762B1 (ko) | 2014-04-02 | 2015-03-17 | 경희대학교 산학협력단 | 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서 |
| KR101708113B1 (ko) | 2015-05-28 | 2017-02-17 | 고려대학교 산학협력단 | 고감도 압력 센서 |
| KR101730396B1 (ko) | 2015-07-15 | 2017-05-11 | 경희대학교 산학협력단 | 전기방사하여 얻은 나노섬유 웹 형태의 ｐｌａ 압전소재를 이용한 압력측정 센서 |
| KR20170025694A (ko) * | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 숭실대학교산학협력단 | 커패시터형 촉각센서 및 그 제조방법 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112179530A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-05 | 电子科技大学 | 基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法 |
| CN112179530B (zh) * | 2020-09-14 | 2021-09-28 | 电子科技大学 | 基于双面微结构电极和纸张的柔性压力传感器及制备方法 |
| CN112923954A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 西安工业大学 | 基于三明治式纺丝薄膜的一体式柔性传感器及制造方法 |
| CN115901028A (zh) * | 2022-09-02 | 2023-04-04 | 河北工业大学 | 具有贴附性和透气性的柔性触觉传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102042856B1 (ko) | 2019-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102042856B1 (ko) | 나노섬유웹 압정전용량 센서 및 이의 제조방법 | |
| Qi et al. | Novel carbon nanotube/cellulose composite fibers as multifunctional materials | |
| Yang et al. | Direct spinning of high-performance graphene fiber supercapacitor with a three-ply core-sheath structure | |
| Zhao et al. | Conducting polymer composites for unconventional solid-state supercapacitors | |
| Zhou et al. | Ultrahigh‐areal‐capacitance flexible supercapacitor electrodes enabled by conformal P3MT on horizontally aligned carbon‐nanotube arrays | |
| Zheng et al. | Nanocellulose-mediated hybrid polyaniline electrodes for high performance flexible supercapacitors | |
| Shalu et al. | Thermal stability, complexing behavior, and ionic transport of polymeric gel membranes based on polymer PVdF-HFP and ionic liquid,[BMIM][BF4] | |
| Lu et al. | Electrospun polyaniline nanofiber networks toward high‐performance flexible supercapacitors | |
| Zhao et al. | Graphene-based single fiber supercapacitor with a coaxial structure | |
| Wang et al. | Effect of PEDOT: PSS content on structure and properties of PEDOT: PSS/poly (vinyl alcohol) composite fiber | |
| Fang et al. | Scalable production of ultrafine polyaniline fibres for tactile organic electrochemical transistors | |
| Sun et al. | Macroscopic, flexible, high-performance graphene ribbons | |
| CN107478360A (zh) | 电容式柔性压力传感器及其制备方法 | |
| CN107574493B (zh) | 一种基于电纺的螺旋缠绕结构柔性可拉伸应变传感器 | |
| CN104963089B (zh) | 一种柔软透气的电极薄膜材料、触觉传感器及其制备方法 | |
| Huang et al. | Electrospinning of magnesium-ion linked binder-less PEDOT: PSS nanofibers for sensing organic gases | |
| Kim et al. | Conformable and ionic textiles using sheath-core carbon nanotube microyarns for highly sensitive and reliable pressure sensors | |
| Wang et al. | The effects of DMSO on structure and properties of PVA/PEDOT: PSS blended fiber | |
| KR102209295B1 (ko) | 정류특성의 다이오드를 이용한 매트릭스 방식의 섬유기반 압력센서 및 이의 제조방법 | |
| Zhang et al. | Na+‐doped zinc oxide nanofiber membrane for high speed humidity sensor | |
| US20240159704A1 (en) | Composite membrane for western blotting containing a pvdf nanofiber web and manufacturing method thereof | |
| JP2010014694A (ja) | 負荷検知繊維 | |
| Fall et al. | Spinning of stiff and conductive filaments from cellulose nanofibrils and PEDOT: PSS nanocomplexes | |
| Huang et al. | Regenerated silk fibroin-modified soft graphene aerogels for supercapacitive stress sensors | |
| Huang et al. | Direct ink writing of Pickering emulsions generates ultralight conducting polymer foams with hierarchical structure and multifunctionality |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20180427 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20190429 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20191031 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20191104 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20191105 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20221005 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20231004 Start annual number: 5 End annual number: 5 |