KR20200026707A - 섬유복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신축성(Strechable) 섬유; 상기 신축성 섬유 상에 코팅된 전도성 탄성 고분자 층; 상기 신축성 섬유 상 또는 상기 탄성 고분자 층 상에 배치된 고분자 비드; 및 상기 고분자 비드를 코팅하는 전도성 탄성 고분자 층을 포함하는 스트레인 센서용 섬유복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 간단한 혼합 및 코팅을 이용하여 전도성 입자, 고분자 비드 및 탄성 고분자들을 신축성 섬유 표면에 코팅함으로서, 우수한 내구성, 회복성, 반복성, 민감도가 높은 스트레인을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 섬유복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스트레인 센서용 섬유복합체에 관한 것이다.
최근 주목받고 있는 웨어러블 디바이스 시장에서 착용할 수 있는 형태로 된 섬유 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 소방용 및 군사용과 같은 특수 분야의 의복뿐만 아니라 신체의 동작 모니터링을 통한 라이프 스타일 케어에 대한 연구 또한 각광받고 있다. 이러한 분야에서 활용되는 섬유형 스트레인 센서의 경우에는, 강한 스트레인에서는 신축성과 감도를 유지하고 작은 스트레인에 대해서는 높은 감도를 갖는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 섬유형 스트레인 센서에 사용되는 전도성 섬유는 유연함과 편안함을 기대하기 어려워 실제 의복에는 적용하기 힘든 문제점이 있다. 또한 기존의 스트레인 센서에 사용되는 전도성 섬유의 경우에는, 고가의 재료가 사용되어 제조 단가가 높고 대량 생산 제조에 용이하지 못한 단점이 있어, 종래의 전도성 섬유를 이용한 스마트 웨어 보편화는 한계가 있다. 이러한 문제 해결을 위한 연구 개발이 진행되어 왔지만, 여전히 실제 적용에 어려움이 있다. 따라서 저비용, 무해물질 사용, 높은 내구성 및 우수한 센싱 감도 등을 동시에 갖는 섬유 구현 기술 개발이 강력하게 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 저비용, 무해물질 사용, 높은 내구성 및 우수한 센싱 감도 등을 동시에 갖는 스트레인 센서용 섬유복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 신축성(Stretchable) 섬유; 상기 신축성 섬유 상에 코팅된 전도성 탄성 고분자 층; 상기 신축성 섬유 상 또는 상기 탄성 고분자 층 상에 배치된 고분자 비드; 및 상기 고분자 비드를 코팅하는 전도성 탄성 고분자 층을 포함하는, 스트레인 센서용 섬유복합체를 제공한다.
스트레인 센서란, 측정하는 대상물의 기계적인 변화를 감지하여 전기신호로 검출하는 센서이다.
고분자 비드란, 적어도 하나 이상의 고분자 물질이 경화되어 고체 상태로 존재하고, 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 사이의 직경을 가지는 구형의 독립적인 형태를 가진다. 그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
신축성이란, 물체가 늘어나고 줄어드는 성질을 의미한다.
일 실시예에서, 상기 전도성 탄성 고분자 층은, 탄성 고분자에 전도성 입자가 분산된 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도성 입자는 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 비드는 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 사이의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 비드는 경화된 고분자 비드일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄성 고분자 및 상기 고분자 비드는 각각 서로 독립적으로, 천연 고무(natural rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 스티렌부타디엔 고무(styrenebutadiene rubber), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 이소프렌 이소부틸렌 고무(isoprene-isobutylene rubber), 에틸렌프로피렌 고무(ethylene propylene rubber), 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무(chlorosulphonated polyethylene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 불소 고무(fluoro rubber), 다황화물계 고무(polysulfide rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 부타디엔 고무(butadiene rubber), 이소프렌 고무(isoprene rubber), 우레탄 고무(urethane rubber), 폴리우레탄(polyurethane), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머(polyolefin thermoplastic elaster, TPE), 폴리스티렌계 TPE(polystyrene TPE), 폴리염화비닐 TPE(Polyvinyl chloride TPE), 폴리에스터 TPE(polyester TPE), 폴리우레탄 TPE(polyurethane TPE) 및 폴리아미드 TPE(polyamide TPE) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄성 고분자는 폴리우레탄일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 비드는 PDMS의 비드일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신축성 있는 섬유 소재는 폴리우레탄 기재 섬유일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신축성(Strechable) 섬유는 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)로 코팅된 신축성 섬유이고, 성가 전도성 탄성 고분자 층은 카본 블랙이 분산된 폴리우레탄을 포함하는 고분자 층이고, 상기 고분자 비드는 PDMS의 비드일 수 있다.
본 발명은, 유기 용매; 상기 유기 용매에 용해되는 탄성 고분자; 상기 유기 용매에 용해되지 않는 고분자 비드; 및 전도성 입자가 혼합된 고분자 용액으로, 신축성 있는(Strechable) 섬유 소재 표면에 코팅함을 포함하는, 스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법을 제공한다.
유기 용매란, 탄성 고분자를 녹일 수 있는 액체 상태의 유기물질이다.
일 실시예에서, 상기 고분자 용액은 분산제를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분산제는 P3HT(poly(3-hexylthiophene))일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄성 고분자는 폴리우레탄일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 비드는 경화된 PDMS 비드일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유기 용매는 클로로포름(Chloroform), DMF(dimethylformamide), 톨루엔(Toluene), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및 NMP(N-Methylpyrrolidone) 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도성 입자는 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고분자 용액은 카본 블랙, 경화된 PDMS 비드, 폴리우레탄 및 유기 용매의 용액일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스트레인 섬유는 PVA 코팅된 섬유일 수 있다.
본 발명의 섬유복합체는 간단한 제조 방법을 통해 제조되며, 신축성 또는 탄성이 있는 섬유 소재의 표면에 전도성 물질과 탄성 고분자가 표면에 배치되어, 상대적으로 내구성 및 전도도 등이 우수하며 안정적이다. 따라서 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서의 경우 내구성, 회복성, 반복성 및 민감도 등이 우수하게 나타나며, 또한 빠른 센싱 속도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 고분자 비드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 고분자 용액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체에 스트레인을 가하기 전 표면 이미지를 나타내는 도면이다. (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체에 스트레인을 가한 후 표면 이미지를 나타내는 도면이다. (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 센서의 스트레인에 따른 반응 속도 및 저항 변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 센서의 안정성을 평가하기 위한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 PVA 코팅에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 표면 이미지를 나타내는 도면이다.
도 9는 PVA 코팅 유무 및 PDMS 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 9의 (a) 및 (b)는 고분자 비드를 포함하지 않는 경우, PVA 코팅 유무에 따라 제조된 섬유복합체 각각의 표면을 나타내는 이미지이다. (c) 및 (d)는 5 wt%의 고분자 비드를 포함한 경우, PVA 코팅 유무에 따라 제조된 섬유복합체 각각의 표면을 나타내는 이미지이다.
도 10은 PU 첨가 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체 이미지를 나타내는 도면이다.
도 11은 PU 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 Optical microscope (OM) 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 PU 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 13은 고분자 비드 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 기계적 성질을 평가하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14는 고분자 비드의 첨가 비율에 따른 섬유복합체를 이용하여 제조된 센서의 반응 속도를 비교하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 고분자 비드 비율에 따라 제조된 섬유복합체들의 표면 SEM 이미지를 나타낸다.
도 16은 고분자 비드의 첨가 비율에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다. 도 16의 (a)는 고분자 비드 첨가 비율에 따른 스트레인 센서의 스트레인에 따른 저항을 나타내는 그래프 이다. (b)는 고분자 비드 첨가 비율에 따른 센서의 스트레인에 따른 게이지율(Gauge Factor)을 나타내는 그래프이다.
도 17은 고분자 비드에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 도면이다.
도 18은 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 도면이다. 도 18의 (a)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 전도도를 나타내는 그래프이다. 도 18의 (b)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 안정성을 나타내는 그래프이다. 도 18의 (c)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 19는 분산제의 첨가 비율에 따른 센서의 300 %의 스트레인을 가한 후 성능을 평가하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 맥박 측정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 고분자 비드 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 고분자 용액의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체에 스트레인을 가하기 전 표면 이미지를 나타내는 도면이다. (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체에 스트레인을 가한 후 표면 이미지를 나타내는 도면이다. (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 센서의 스트레인에 따른 반응 속도 및 저항 변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 포함하는 센서의 안정성을 평가하기 위한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 PVA 코팅에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 표면 이미지를 나타내는 도면이다.
도 9는 PVA 코팅 유무 및 PDMS 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 9의 (a) 및 (b)는 고분자 비드를 포함하지 않는 경우, PVA 코팅 유무에 따라 제조된 섬유복합체 각각의 표면을 나타내는 이미지이다. (c) 및 (d)는 5 wt%의 고분자 비드를 포함한 경우, PVA 코팅 유무에 따라 제조된 섬유복합체 각각의 표면을 나타내는 이미지이다.
도 10은 PU 첨가 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체 이미지를 나타내는 도면이다.
도 11은 PU 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 Optical microscope (OM) 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 PU 첨가 유무에 따른 섬유복합체의 표면 비교 분석을 위한 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 13은 고분자 비드 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 기계적 성질을 평가하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14는 고분자 비드의 첨가 비율에 따른 섬유복합체를 이용하여 제조된 센서의 반응 속도를 비교하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 고분자 비드 비율에 따라 제조된 섬유복합체들의 표면 SEM 이미지를 나타낸다.
도 16은 고분자 비드의 첨가 비율에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다. 도 16의 (a)는 고분자 비드 첨가 비율에 따른 스트레인 센서의 스트레인에 따른 저항을 나타내는 그래프 이다. (b)는 고분자 비드 첨가 비율에 따른 센서의 스트레인에 따른 게이지율(Gauge Factor)을 나타내는 그래프이다.
도 17은 고분자 비드에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 도면이다.
도 18은 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 성능을 평가하기 위한 도면이다. 도 18의 (a)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 전도도를 나타내는 그래프이다. 도 18의 (b)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 안정성을 나타내는 그래프이다. 도 18의 (c)는 카본 블랙의 중량에 따른 스트레인 센서의 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 19는 분산제의 첨가 비율에 따른 센서의 300 %의 스트레인을 가한 후 성능을 평가하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 맥박 측정을 나타내는 도면이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 스트레인 센서용 섬유복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 먼저, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 섬유복합체는 신축성(Strechable) 섬유; 상기 신축성 섬유 상에 코팅된 전도성 탄성 고분자 층; 상기 신축성 섬유 상 또는 상기 탄성 고분자 층 상에 배치된 고분자 비드; 및 상기 고분자 비드를 코팅하는 전도성 탄성 고분자 층을 포함한다.
도 1의 (ⅰ)를 참조하면, 본 발명의 신축성 섬유는, 늘어나고 줄어들 수 있는 특성을 가진 섬유로 폴리우레탄 계열의 섬유일 수 있고, 폴리우레탄섬유의 탄성사로 만든 합성섬유인 스판덱스일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 늘어나고 줄어듦에 있어서 안정적으로 본래의 형태로 회복될 수 있는 섬유일 수 있다. 또한, 상기 신축성 섬유는, 폴리비닐알콜(Poly vinyl alcohol, 이하 PVA라 함)이 코팅된 신축성 섬유일 수 있다. 상기 PVA의 코팅은 전도성 탄성 고분자 층과의 접착력을 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 구체적으로, 상기 PVA의 OH 말단기가 전도성 입자의 -OH 말단기와 수소 결합으로 인하여 전도성 탄성 고분자 층과의 접착력이 증가되는 효과를 나타낼 수 있다.
도 1의 (ⅱ) 및 (ⅲ)을 참조하면, 본 발명의 섬유복합체는 신축성 섬유 또는 PVA가 코팅된 신축성 섬유 상에 코팅된 전도성 탄성 고분자 층이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 상기 전도성 탄성 고분자 층 상 또는 상기 신축성 섬유 상에는 고분자 비드가 존재하며, 상기 고분자 비드는 전도성 탄성 고분자 층으로 코팅될 수 있다.
상기 전도성 탄성 고분자 층은 탄성 고분자에 전도성 입자가 분산된 것일 수 있다. 상기 전도성 입자는 카본 블랙, 카본 나노 튜브 및 그래핀 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전도성 입자는 카본 블랙일 수 있다. 전도성 입자로 카본 블랙을 이용하는 경우, 70 wt%의 카본 블랙을 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 전도성 입자로 인해 본 발명의 섬유복합체는 우수한 전도도를 가질 수 있고, 이는 스트레인 센서에도 영향을 미친다.
상기 고분자 비드는 적어도 하나 이상의 고분자 물질이 경화되어 고체 상태로 존재하고, 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 사이의 직경을 가지는 구형의 독립적인 형태를 가진다. 바람직하게는, 상기 고분자 비드는 PDMS의 비드 일 수 있다. 그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 섬유복합체는 상기 고분자 비드로 인해 본 발명의 섬유 복합체는 울퉁불퉁한 표면을 가질 수 있으며, 스트레인 센서로 이용될 때, 스트레인의 변화에도 탄성 고분자 층 또는 신축성 섬유로 인해 고분자 비드의 떨어짐 없이 안정적으로 본래의 형태로 회복될 수 있다. 이러한 효과는, 고분자 비드가 전도성 탄성 고분자 층으로 코팅되기 때문에 나타날 수 있다.
본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조 방법을 도 2,3 및 4를 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 고분자 비드는 적어도 하나 이상의 고분자 물질이 경화되어 고체 상태로 존재하고, 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 사이의 직경을 가지는 구형의 독립적인 형태를 가진다. 도 2를 참조하여, (a) 본 발명의 고분자 비드의 제조방법을 설명하면, 고분자 물질 용액과 3차 증류수에 PVA를 용해시켜 용해 용액을 멤브레인 유화(membrane emulsification) 장치를 이용하여 고분자 물질 에멀젼을 제조하고, 상기 제조된 고분자 물질 에멀젼을 오븐을 이용하여 경화하여 제조할 수 있다. 추가적인 단계로, 경화된 고분자 비드를 물과 에탄올을 이용하여 워싱 과정을 거친 후, 건조시켜 제조할 수 있다. 이 때, (b) 제조된 고분자 비드의 현미경 사진을 참조하면, 상기 고분자 비드는 각각의 독립적인 구형의 입자 상태로 존재한다. 상기 고분자 비드는 100 내지 200 ㎛ 사이의 직경을 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 고분자 용액의 제조 방법을 설명하면, 먼저 유기 용매에 탄성 고분자를 녹이는 단계를 수행할 수 있다. 상기 유기 용매는 탄성 고분자를 녹일 수 있는 액체 상태의 유기물질로 클로로포름(Choloroform), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, 이하 DMF이라 함), 톨루엔(Toluene), 다이메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, 이하 DMSO이라 함) 및 메틸피롤리돈(NMP) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는, 클로로포름일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 탄성 고분자가 녹아 있는 용액은 분산제를 추가로 혼합하는 단계를 수행할 수 있다. 그런 다음, 전도성 입자를 혼합하여 분산시키는 단계 및 상기 전도성 입자가 혼합된 용액에 고분자 비드를 혼합하여 분산시키는 단계를 차례대로 수행하여 본 발명의 고분자 용액을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 고분자 용액에서 고분자 비드는 유기 용매에 용해되지 않은 상태로, 상기 고분자 용액에서 비드의 상태를 유지하며 존재할 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기와 같이 준비된 경화된 고분자 비드 및 고분자 용액을 이용하여 본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조 방법을 설명한다. 상기 제조 방법은 신축성 섬유에 PVA를 용액을 PVA 코팅하는 단계 및 상기 PVA 코팅된 섬유를 고분자 용액에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 코팅 후, 건조하는 단계를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 코팅은 딥-코팅(Dip-coating) 방식을 이용하여 수행할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에는, 구체적인 실시예 및 비교예들을 통해서, 본 발명의 스트레인 센서용 섬유복합체 및 이의 제조방법에 대해서 더욱 자세히 설명하기로 한다.
실시예 1: 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조
1-1. 고분자 비드의 제조
Sylgard 184 실리콘 엘러스토머 키트(Dow corning, 미국) Part A와 Part B를 6:4의 질량 퍼센트 비율로 혼합하여 4 mL의 혼합용액을 제조하고, 80 mL의 3차 증류수에 5 wt%의 PVA를 용해시킨 용해용액을 제조한 후, SPG 멤브레인 유화(membrane emulsification) 장치를 통해서 상기 혼합용액과 상기 용해용액을 이용하여 PDMS 에멀젼을 제조하였다. 상기 에멀젼을 오븐에 넣고, 70 ℃의 분위기 하에서 경화시키고, 상기 경화된 입자를 물과 에탄올을 이용하여 워싱한 후 건조 시켜, 본 발명의 실시예 1(1-1)에 따른 PDMS 고분자 비드를 제조하였다.
1-2. 고분자 용액의 제조
유기 용매인 20 g의 클로로포롬에 0.74 g 폴리우레탄을 첨가한 후, 30 분동안 소닉케이션(sonication)을 통하여 상기 폴리우레탄이 용해된 용액을 제조하고, 상기 용액에 분산제로서 P3HT(Poly(3-hexylthiophene))를 첨가하고 다시 5분간 소닉케이션을 진행하여 중간 용액을 제조하였다. 상기 중간 용액에 전도성 입자로서 1.26 g의 카본 블랙을 넣고 10분간 소닉케이션을 이용한 후, 상기에서 실시예 1에 따라 제조된 PDMS 고분자 비드를 5 wt% 로 첨가하고 10분간 소닉케이션을 수행하여, 본 발명의 실시예 1(1-2)에 따른 고분자 용액을 제조하였다.
1-3. 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조
스판덱스인 폴리우레탄 섬유에 1 wt%의 PVA 용액을 딥-코팅 방식을 통하여 코팅시킨 후, 상기 PVA 코팅된 섬유를 본 발명의 실시예 1(1-2)에 따른 고분자 용액에 함침시키고, 5분간 소닉케이션을 이용하여 제조한 후, 건조시키는 과정을 수행하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 제조하였다.
비교예 1
스판덱스인 폴리우레탄 섬유에 1 wt%의 PVA 용액을 딥-코팅 방식을 통하여 코팅시키는 단계를 제외하고, 본 발명의 실시예 1에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조와 동일한 공정을 수행하여, 본 발명의 비교예 1에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 제조하였다.
비교예 2
고분자 용액의 제조에 있어서, 0.74 g 폴리우레탄(PU)을 첨가하는 것을 제외하고, 본 발명의 실시예 1에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 제조와 동일한 공정을 수행하여, 본 발명의 비교예 2에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 제조하였다.
실험예 1: 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 분석
본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 섬유복합체의 표면을 분석하기 위해 SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 표면 이미지를 얻었다. 얻어진 표면 이미지를 도 5에 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 나타낸 이미지이다.
도 5를 참조하면, (a) 섬유복합체의 표면은, 신축성 섬유 상에 고분자 비드 및 전도성 탄성 고분자 층이 신축성 섬유 상에 균일하게 코팅된 모습을 확인할 수 있으며, 고분자 비드로 인하여 굴곡진 표면을 확인할 수 있다. (b) 스트레인을 가한 후 섬유복합체의 표면은, 고분자 비드의 떨어짐 없이 잘 늘어난 모습을 확인할 수 있으며, 스트레인을 가하기 전의 섬유 복합체의 표면 보다 고분자 비드들이 거리를 두고 떨어져 있는 모습을 확인할 수 있다. (c)는 섬유복합체를 이용하여 제조한 스트레인 센서의 모습으로, 구리테이프 및 도전성 페이스트를 통하여 전극을 추가로 부착 및 연결한 상기 센서는 미세한 스트레인 변화를 전기적으로 특정할 수 있다. 도 5를 통해서, 본 발명의 섬유복합체는 스트레인의 변화에도 안정적으로 본래의 형태로 회복됨을 알 수 있다.
실험예 2: 스트레인 센서의 성능 평가
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서에 대해서 성능 평가를 수행하기 위해, 10 %, 50 %, 100 % 및 200 %의 스트레인을 가하고 측정된 반응 속도 및 저항 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6을 참조하면, 동일한 크기의 스트레인을 반복적으로 센서에 수행하였을 때, 센서는 빠른 반응 속도 및 민감한 저항 변화를 나타내는 것을 알 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 안정성을 평가하기 위해, 상기 센서에 20 %의 스트레인을 5000번 반복 수행하면서 저항을 측정하였고, 측정된 저항을 통해 스트레인 센서의 안정성을 평가하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7을 참조하면, 스트레인 20 %를 5000번의 반복 수행하여도 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유 복합체를 포함하는 센서는 안정성을 유지함을 확인할 수 있다.
실험예 3: PVA 코팅에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 비교 평가
PVA 코팅에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면을 분석하기 위해, 본 발명의 일 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 이용하여, 섬유복합체 각각에 100 %의 스트레인을 가한 후 다시 원상태로 되돌렸을 때의 각각의 표면 이미지를 얻었다. 상기 이미지는 OM(Optical Microscope)(Olympus BX51, Olympus, 일본) 을 이용하여 얻었고, 그 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8을 참조하면, PVA 코팅 처리를 하지 않고 제조된 섬유복합체의 경우, 섬유복합체 표면이 매끄럽지 못하고 표면에서 이물질이 떨어져 나온 모습을 확인할 수 있다. 반면, PVA 코팅 처리되어 제조된 섬유복합체의 경우에는 표면이 매끄럽게 유지되어 있는 표면을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, PVA 코팅은 신축성 섬유 상에 탄성 고분자 층이 잘 유지될 수 있도록 접착력을 향상시켜주는 효과를 갖는 것을 예상할 수 있다.
앞서 살펴본 PVA의 코팅에 따른 전도성 탄성 고분자 층과의 접착력을 더 자세하게 확인하기 위해, PVA 코팅 및 PDMS 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 제조하였고, 각각의 섬유복합체에 스트레인을 가한 후 다시 원상태로 되돌렸을 때, 섬유복합체 각각의 표면 이미지를 SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 얻었다. 그 결과를 도 9에 나타낸다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하여, PDMS를 포함하지 않은 섬유복합체의 PVA 코팅 유무에 따른 표면을 비교해보면, (a)의 PVA 코팅 처리를 하지 않고 제조된 섬유복합체의 경우, 신축성 섬유 상에 코팅된 탄성 고분자 층이 유지되지 못하고 떨어져 섬유복합체의 표면이 고르지 못한 것을 확인할 수 있다. 반면, (b)의 PVA 코팅 처리하여 제조된 섬유복합체의 경우, 표면이 매끄럽게 코팅이 잘 유지되어 있는 모습을 확인할 수 있어 탄성 고분자 층이 표면에 안정적으로 존재하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해서, PVA 코팅은 고분자 비드의 유무와 상관없이 신축성 섬유 상에 탄성 고분자 층이 잘 유지될 수 있는 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 9의 (c) 및 (d)를 참조하여, 5 wt%의 PDMS가 포함된 섬유복합체의 PVA 코팅 유무에 따른 표면을 비교해보면, (c)의 PVA 코팅 처리를 하지 않고 제조된 섬유복합체의 경우, 신축성 섬유 상에서 고분자 비드가 부분적으로 떨어져있는 모습을 확인할 수 있으며, 전도성 탄성 고분자 층 또한 부분적으로 신축성 섬유 상에서 떨어져있는 모습을 확인할 수 있다. 반면, (d) PVA 코팅 처리하여 제조된 섬유복합체의 경우, PVA 코팅된 신축성 섬유 상에 고분자 비드가 안정적으로 고정된 모습을 확인할 수 있으며, 전도성 탄성 고분자 층 또한 안정적으로 PVA 코팅된 신축성 섬유 상에 고정된 모습을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에서의 PVA 코팅은 신축성 섬유 상에 탄성 고분자 층이 잘 유지될 수 있도록 접착력을 향상시켜줄 뿐만 아니라 고분자 비드 또한 신축성 섬유 상에 잘 부착될 수 있도록 하는 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
실험예 4 : 폴리우레탄(PU)에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체의 비교 평가
폴리우레탄의 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 비교하기 위해, 본 발명의 일 실시예 및 비교예 2에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체를 비교분석하였다. 상기 비교분석은 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10을 참조하면, 비교예 2에 따른 폴리우레탄이 포함되지 않은 섬유복합체(왼쪽)의 경우, 섬유복합체 주변으로 검은 입자들이 떨어져 있는 모습을 확인할 수 있으며, 이는 실제로 손으로 섬유복합체를 잡았을 경우 카본 블랙이 손에 묻어나 탄성 고분자 층이 불안정함을 확인할 수 있다. 반면, 폴리우레탄이 포함된 섬유복합체(오른쪽)의 경우, 섬유복합체 주변에 입자들이 떨어진 모습이 나타나있지 않고 코팅이 잘 된 것을 확인할 수 있다. 도 10을 통해서, 폴리우레탄을 포함하지 않고 섬유복합체를 제조하는 경우, 폴리우레탄이 카본 블랙과 PDMS 고분자 비드를 잡아주는 역할을 하는 것을 예상할 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예 및 비교예 2에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면을 비교하기 위해, 각각의 섬유복합체의 표면을 OM(Optical Microscope)(Olympus BX51, Olympus, 일본)으로 측정하였고, 그 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11을 참조하면, 폴리우레탄의 유무에 따른 표면은 모두 매끄러운 모습을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이에, 더 자세한 표면 분석을 위해, SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 본 발명의 일 실시예 및 비교예 2에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면 이미지를 얻었고, 그 결과를 12에 나타냈다.
도 12를 참조하면, 먼저, 비교예 2에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체의 표면을 분석해보면, 폴리우레탄이 포함된 섬유복합체(PU 30%)는 폴리우레탄으로 인해 전도성 탄성 고분자 층이 그물 형태를 나타내며 고분자 비드인 PDMS 및 카본 블랙이 표면에서 떨어지지 않게 고정하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 비교하여, 폴리우레탄을 포함하지 않는 섬유복합체(PU 0%)의 표면에는 카본 블랙 및 PDMS 고분자 비드를 고정해주지 못해 표면이 굉장히 불안정한 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해서, 폴리우레탄이 그물 형태의 전도성 탄성 고분자 층을 형성할 수 있도록 도움을 주는 역할을 하며 이로 인하여 PDMS 및 카본 블랙을 고정해주는 역할을 하는 것을 예상할 수 있다.
실험예 5: 고분자 비드에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체 및 센서 성능 평가
먼저, 고분자 비드 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체 및 이를 포함하는 센서에 대한 평가를 수행하였다. 고분자 비드로는 PDMS를 사용하였다.
고분자 비드 유무에 따른 스트레인 센서용 섬유복합체를 평가하기 위해, PDMS의 유무에 따라 제조된 스트레인 센서용 섬유복합체에 가한 변형률(strain)에 따른 응력(stress)을 측정하였다. 그 결과를 도 13에 나타낸다.
도 13을 참조하면, PDMS가 포함되지 않은 섬유복합체와 비교하여, PDMS가 포함된 섬유복합체 그래프가 유사한 모습을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 이를 통하여 고분자 비드 입자를 포함하더라도 종래의 섬유복합체의 기계적 성질을 저해시키지 않으면서 유지하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 고분자 비드 유무에 따른 섬유복합체를 이용하여 제조된 스트레인 센서의 민감도를 측정하여 성능 평가를 수행하였다. 그 결과를 도 14에 나타낸다.
도 14를 참조하면, PDMS가 포함된 스트레인 센서(빨간색)의 경우, PDMS를 포함하지 않는 스트레인 센서(검정색)보다 약 13배 까지 더 높은 센서 민감도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 고분자 비드가 첨가된 섬유복합체를 이용하여 제조된 스트레인 센서는 높은 감도를 갖는 것을 알 수 있다.
이어서, 본 발명의 고분자 비드 비율에 따라 제조된 섬유복합체 및 이를 포함하는 센서에 대한 평가를 수행하였다. 상기 평가에서 사용된 고분자 비드는 PDMS이며, 그 결과들을 도 15 내지 17에 나타낸다.
도 15는 본 발명의 고분자 비드 비율에 따라 제조된 섬유복합체들의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 1 wt% 및 3 wt%의 PDMS가 첨가된 섬유복합체의 표면은 고분자 비드들이 각각 멀리 떨어져 있고, 고분자 비드가 부착되지 않은 표면이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 1 wt%의 PDMS와 비교하여, 3 wt%의 PDMS가 첨가된 섬유복합체의 표면은 고분자 비드들이 서로 붙어있는 모습이 더 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 5 wt%의 PDMS가 첨가된 섬유복합체의 표면의 경우에는 섬유복합체의 표면의 대부분에 고분자 비드가 부착되어 있으며, 각각의 고분자 비드들끼리 매우 밀착된 모습으로 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 고분자 비드가 부착되지 않은 표면이 거의 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.
마찬가지로, 7 wt% 및 10 wt%의 PDMS가 첨가된 섬유복합체의 표면의 경우에도 섬유복합체의 표면의 대부분에 고분자 비드가 부착되어 있으며, 각각의 고분자 비드들끼리 매우 밀착된 모습으로 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 16의 (a) 및 (b)를 참조하면, 0 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서 및 1 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서의 경우, 스트레인에 따른 저항 및 게이지율(gauge factor) 의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 3 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서 및 5 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서의 경우, 스트레인이 증가할수록 저항 및 게이지율(gauge factor)의 변화가 있음을 확인할 수 있고, 3 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서와 비교하여, 5 wt% PDMS가 포함된 스트레인 센서가 스트레인에 따른 저항 및 게이지율(gauge factor) 의 변화가 더 큰 것을 확인할 수 있다.
이를 통해서, 첨가된 PDMS의 비율이 증가할수록 스트레인 센서의 감도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 5 wt%의 PDMS가 첨가된 센서의 민감도가 제일 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 17을 참조하면, 5 wt%의 PDMS가 첨가된 센서와 0 wt%의 PDMS가 첨가된 센서를 비교해볼 때, 5 wt%의 PDMS가 첨가된 센서의 경우 동일 스트레인에서 더 민감한 반응을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
실험예 6: 전도성 입자에 따른 스트레인 센서의 성능 평가
본 발명의 일 실시예에 있어서 전도성 입자로 카본 블랙을 사용하여 카본 블랙이 첨가된 중량%(wt%)이 각각 다른 스트레인 센서용 섬유복합체를 제조하였고, 상기 제조된 섬유복합체를 포함하는 스트레인 센서의 전도도, 안정성 및 저항을 측정하여 상기 성능 평가를 수행하였다, 그 결과를 도 18에 나타냈다.
도 18의 (a)를 참조하면, 20, 40 및 60 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서의 경우, 전도도가 미미하게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 70 및 80 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서의 경우에는 전도도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 카본 블랙이 60 wt% 이상 첨가된 경우에는 높은 전도도 특성을 갖고 이러한 결과로 인하여 스트레인 센서의 성능에 영향을 주는 것을 예상할 수 있다.
도 18의 (b)를 참조하면, 20, 40 및 60 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서와 비교하여, 70 및 80 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서는 스트레인에 따른 게이지율의 변화가 큰 것을 확인할 수 있다. 70 와 80 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서를 비교하면, 80 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서의 게이지율 변화가 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 80 wt%의 카본 블랙이 사용된 경우에는 급격하게 안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
도 18의 (c)를 참조하면, 카본 블랙이 80 wt% 첨가된 스트레인 센서의 경우에는 약 90%의 이상의 스트레인에서는 저항의 변화가 나타나지 않았음을 확인할 수 있다. 20 및 40 wt%의 카본 블랙이 첨가된 스트레인 센서의 경우에는, 60 및 70 wt%의 카본 블랙이 첨가된 경우보다 저항의 변화가 작게 나타난 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 전도성 입자로 카본 블랙을 70 wt% 사용하여 제조된 센서의 경우에, 센서의 안정성 및 전도도 즉, 센서의 안정성과 민감도가 동시에 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.
실험예 7: 분산제에 따른 센서의 성능 평가
본 발명의 일 실시예에 있어서 분산제로 P3HT를 사용하여 P3HT가 첨가된 중량%(wt%)이 각각 다른 섬유복합체를 제조하였고, 상기 제조된 섬유복합체를 이용하여 스트레인 센서를 제조하였다. 상기 제조된 스트레인 센서에 300 %의 스트레인을 가한 다음, 원래 상태로 되돌렸을 때의 상대 저항 분석을 통하여 본 발명의 실험예 3에 따른 센서의 성능 평가를 수행하였다. 그 결과를 도 19에 나타냈다.
도 19를 참조하면, 5 wt%의 P3HT가 포함된 센서(빨간색)의 경우 가장 좋은 회복성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서 분산제로 P3HT를 사용하는 경우 3 내지 7 wt% 로 첨가하여 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 5 wt%의 P3HT를 첨가하여 제조할 수 있고, 상기와 같이 제조된 센서가 가장 좋은 성능을 나타낼 수 있음을 예상 할 수 있다.
실험예 8: 스트레인 센서의 응용
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 섬유복합체를 이용한 스트레인 센서를 사람의 팔에 부착하고, 분석 장치에 연결하여 맥박을 측정하였다. 그 결과를 도 20에 나타냈다.
도 20을 참조하면, 스트레인 센서는 맥박을 "저혈압", "정상" 및 "고혈압" 환자의 맥박을 민감하게 센싱할 수 있어, 스트레인 센서를 의학 분야 등에서 응용하여 사용할 수 있는 가능성이 있음을 예상할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (19)
- 신축성(Strechable) 섬유;
상기 신축성 섬유 상에 코팅된 전도성 탄성 고분자 층;
상기 신축성 섬유 상 또는 상기 탄성 고분자 층 상에 배치된 고분자 비드; 및
상기 고분자 비드를 코팅하는 전도성 탄성 고분자 층을 포함하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 탄성 고분자 층은, 탄성 고분자에 전도성 입자가 분산된 것임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제2항에 있어서,
상기 전도성 입자는 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 비드는 100㎛ 내지 200㎛ 사이의 직경을 가짐을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 비드는 경화된 고분자 비드임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제2항에 있어서,
상기 탄성 고분자 및 상기 고분자 비드는 각각 서로 독립적으로, 천연 고무(natural rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 스티렌부타디엔 고무(styrenebutadiene rubber), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 이소프렌 이소부틸렌 고무(isoprene-isobutylene rubber), 에틸렌프로피렌 고무(ethylene propylene rubber), 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무(chlorosulphonated polyethylene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 불소 고무(fluoro rubber), 다황화물계 고무(polysulfide rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 부타디엔 고무(butadiene rubber), 이소프렌 고무(isoprene rubber), 우레탄 고무(urethane rubber), 폴리우레탄(polyurethane), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머(polyolefin thermoplastic elaster, TPE), 폴리스티렌계 TPE(polystyrene TPE), 폴리염화비닐 TPE(Polyvinyl chloride TPE), 폴리에스터 TPE(polyester TPE), 폴리우레탄 TPE(polyurethane TPE) 및 폴리아미드 TPE(polyamide TPE) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 탄성 고분자는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 비드는 PDMS의 비드인 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 신축성 있는 섬유 소재는 폴리우레탄 기재 섬유임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 제1항에 있어서,
상기 신축성(Strechable) 섬유는 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)로 코팅된 신축성 섬유이고,
상기 전도성 탄성 고분자 층은 카본 블랙이 분산된 폴리우레탄을 포함하는 고분자 층이고,
상기 고분자 비드는 PDMS의 비드임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체. - 유기 용매; 상기 유기 용매에 용해되는 탄성 고분자; 상기 유기 용매에 용해되지 않는 고분자 비드; 및 전도성 입자가 혼합된 고분자 용액으로, 신축성 있는(Strechable) 섬유 소재 표면에 코팅함을 포함하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 고분자 용액은 분산제를 더 포함함을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 분산제는 P3HT(poly(3-hexylthiophene))인 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 탄성 고분자는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 고분자 비드는 경화된 PDMS 비드인 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 유기 용매는 클로로포름(Chloroform), DMF(dimethylformamide), 톨루엔(Toluene), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및 NMP(N-Methylpyrrolidone) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 전도성물질은 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 고분자 용액은 카본 블랙, 경화된 PDMS 비드, 폴리우레탄 및 유기 용매의 용액임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 스트레인 섬유는 PVA 코팅된 섬유임을 특징으로 하는,
스트레인 센서용 섬유복합체 제조 방법.
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| Ahuja et al. | Chemically and mechanically robust SWCNT based strain sensor with monotonous piezoresistive response for infrastructure monitoring |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20190814 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200630 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0701 | Decision of registration |
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20210121 Patent event code: PR07011E01D |
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Payment date: 20210121 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20231227 Start annual number: 4 End annual number: 4 |