KR20200095014A - Method for preparing material for highly stretchable strain sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 스트레인 센서용 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 스트레인 센서 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 나노소재를 포함하는 신축성 소재로 이루어진 고신축성 스트레인 센서용 소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 스트레인 센서 디바이스에 관한 것이다. The present application relates to a material for a strain sensor, a method for manufacturing the same, and a strain sensor device including the same, and more particularly, a material for a highly stretchable strain sensor made of an elastic material including a conductive nanomaterial, a method for manufacturing the same, and a method comprising the same. It relates to a strain sensor device.
인체에 부착 가능하고, 웨어러블 디바이스에 사용되는 스트레인 센서는 인체의 움직임을 모니터링 하기 위해 많은 연구가 되어왔다. Strain sensors that can be attached to the human body and used in wearable devices have been studied a lot to monitor the movement of the human body.
이러한 스트레인 센서는 민감도 뿐만 아니라, 우수한 신축성, 유연성 및 내구성 등의 다양한 요구사항이 존재한다. 종래의 센서들은 딱딱한 금속들과 반도체들에 기반하고 있기 때문에, 제한된 신축성과 감도를 가지고 있어서 인체의 움직임을 감지하기에는 어려움이 있었다. These strain sensors have various requirements such as sensitivity, excellent elasticity, flexibility, and durability. Since conventional sensors are based on hard metals and semiconductors, they have limited elasticity and sensitivity, making it difficult to detect movement of the human body.
이러한 이유로 최근에 폴리머와 전도성을 띠는 나노 재료를 기반으로 한 스트레인 센서들이 개발되었다. 뛰어난 신축성과 내구성을 가지며 신체의 움직임을 최대한 방해하지 않으면서 그 움직임을 따라 변형이 되는 다양한 폴리머 재료를 기판으로 하고, 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 가지는 나노-파티클, 나노-와이어, 탄소 나노 튜브, 그래핀 등의 나노 물질들을 센싱 재료로 사용하였다. For this reason, recently, strain sensors based on polymer and conductive nanomaterials have been developed. The substrate is made of various polymer materials that have excellent elasticity and durability and that are deformed according to the movement without disturbing the movement of the body as much as possible, and nano-particles, nano-wires, carbon nanotubes, etc. with excellent electrical and mechanical properties Nanomaterials such as fins were used as sensing materials.
그러나, 이러한 기술들은 상당히 비용이 많이 소요되거나, 복잡한 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 존재하는바, 간단하면서도 우수한 신축성, 내구성 및 민감도를 갖는 소재에 대한 연구가 필요한 시점이다. However, since these technologies are very expensive or have the hassle of having to go through a complex process, it is time to study a material having simple yet excellent elasticity, durability, and sensitivity.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 스트레인 센서용 소재를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, it is intended to provide a material for a strain sensor.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 고신축성 스트레인 센서를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, it is intended to provide a highly elastic strain sensor.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 고감도 스트레인 센서를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, it is intended to provide a highly sensitive strain sensor.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 스트레인 센서를 제조하기 위한 간단한 공정을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, it is intended to provide a simple process for manufacturing a strain sensor.
본 출원의 일 측면은 고신축성 스트레인 센서용 소재의 제조 방법에 관한 것이다.An aspect of the present application relates to a method of manufacturing a material for a highly elastic strain sensor.
일 예시로서, 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 신축성 소재와 용매를 준비하는 단계;As an example, preparing an elastic material and a solvent satisfying the following
[관계식 1][Relationship 1]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δd2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δd1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ d2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ d1 )| ≤ 2.5
(δd2: 신축성 소재의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지, δd1: 용매의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지)(δ d2 : energy due to the dispersing force between molecules of the stretchable material, δ d1 : energy due to the dispersing force between molecules of the solvent)
[관계식 2][Relationship 2]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δp2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δp1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ p2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ p1 )| ≤ 2.5
(δp2: 신축성 소재의 쌍극자 분자간 힘의 에너지, δp1: 용매의 쌍극자 분자간 힘의 에너지,)(δ p2 : energy of the dipole intermolecular force of the stretchable material, δ p1 : energy of the dipole intermolecular force of the solvent,)
[관계식 3][Relationship 3]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δh2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δh1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ h2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ h1 )| ≤ 2.5
(δh2: 신축성 소재의 분자 사이의 수소 결합 에너지, δh1: 용매의 분자 사이의 수소 결합 에너지)(δ h2 : hydrogen bonding energy between molecules of the stretchable material, δ h1 : hydrogen bonding energy between molecules of the solvent)
상기 신축성 소재를 용매에 함침하여, 상기 신축성 소재에 공극을 형성하는 단계; 상기 공극이 형성된 신축성 소재를 전도성 소재 분산액에 함침하여, 상기 전도성 소재가 상기 신축성 소재의 공극에 투입되는 단계; 및 상기 전도성 소재가 공극에 투입된 신축성 소재를 건조하는 단계를 포함한다.Impregnating the stretchable material with a solvent to form voids in the stretchable material; Impregnating the elastic material in which the voids are formed in a conductive material dispersion, so that the conductive material is introduced into the voids of the elastic material; And drying the elastic material in which the conductive material is introduced into the voids.
일 예시로서, 상기 신축성 소재는 천연 고무이며, 상기 용매는 톨루엔(toluene) 또는 클로로폼(chloroform)이다.As an example, the elastic material is natural rubber, and the solvent is toluene or chloroform.
일 예시로서, 상기 신축성 소재는 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)이며, 상기 용매는 벤젠(benzene) 또는 자일렌(xylene)이다.As an example, the stretchable material is polydimethylsiloxane (PDMS), and the solvent is benzene or xylene.
일 예시로서, 상기 전도성 소재는 탄소 나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 블랙, 그래핀, 금속 나노와이어, 반도체성 나노와이어, 및 2차원 전이금속 칼코겐화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.As an example, the conductive material includes at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon black, graphene, metal nanowires, semiconducting nanowires, and two-dimensional transition metal chalcogenides.
일 예시로서, 상기 전도성 소재 분산액의 용매는 이소프로필알코올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.As an example, the solvent of the conductive material dispersion includes at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and methanol.
일 예시로서, 상기 전도성 소재 분산액에서 상기 전도성 소재의 농도는 2 중량% 이하이다.As an example, the concentration of the conductive material in the conductive material dispersion is 2% by weight or less.
일 예시로서, 상기 용매에 의해 상기 신축성 소재의 공극이 형성되고 팽창되며, 팽창된 공극의 공극율(porosity)은 30% 내지 70%이다.As an example, pores of the stretchable material are formed and expanded by the solvent, and the porosity of the expanded pores is 30% to 70%.
본 출원의 다른 측면은 고신축성 스트레인 센서용 소재에 관한 것이다.Another aspect of the present application relates to a material for a highly elastic strain sensor.
일 예시로서, 신축성 소재 및 상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하는 스트레인 센서용 소재로서, 상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량 % 내지 1 중량%이다.As an example, as a material for a strain sensor including an elastic material and a conductive material contained in the voids of the elastic material, the weight of the conductive material relative to the total weight of the material for the strain sensor is 0.5% by weight to 1% by weight.
일 예시로서, 신축성 소재는 천연 고무 또는 폴리다이메틸실록산이며, 상기 전도성 소재는 탄소 나노 튜브이다.As an example, the elastic material is natural rubber or polydimethylsiloxane, and the conductive material is carbon nanotubes.
본 출원의 또 다른 측면은 고신축성 스트레인 센서 디바이스에 관한 것이다.Another aspect of the present application relates to a highly stretchable strain sensor device.
일 예시로서, 스트레인 센서; 및 상기 스트레인 센서와 연결되어, 저항을 측정하는 저항 측정기를 포함하며, 상기 스트레인 센서는: 신축성 소재 및 상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하며, 상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량 % 내지 1 중량%인 소재로 이루어진다.As an example, a strain sensor; And a resistance meter connected to the strain sensor to measure resistance, wherein the strain sensor includes: a stretchable material and a conductive material contained in the voids of the stretchable material, and the total weight of the strain sensor material The weight of the conductive material is made of a material of 0.5% to 1% by weight.
일 예시로서, 신축성 소재는 천연 고무 또는 폴리다이메틸실록산이며, 상기 전도성 소재는 탄소 나노 튜브이다.As an example, the elastic material is natural rubber or polydimethylsiloxane, and the conductive material is carbon nanotubes.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 공정수를 최소화한 스트레인 센서용 소재의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, a method of manufacturing a material for a strain sensor in which the number of steps is minimized may be provided.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 민감도, 신축성 및 내구성 스트레인 센서를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present application, a sensitivity, elasticity, and durability strain sensor may be provided.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 센서, 인공장기용 센서 등에 적용할 수 있는 스트레인 센서를 제공할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present application, a strain sensor that can be applied to a wearable sensor, an artificial organ sensor, etc. may be provided.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 스트레인 센서용 소재의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 고무 밴드를 톨루엔에 함침하며 찍은 사진과 24시간 후의 사진이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무 밴드를 톨루엔에 함침하기 전, 함침하고 24시간 후 및 최종 건조 후의 사진이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 고무 밴드와 톨루엔에 침지하여 부풀린 고무의 현미경 사지인다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 고무 밴드와 고무-탄소나노튜브의 SEM 이미지이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무의 라만 스펙트럼을 측정하여 도출한 결과 그래프이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무-탄소나노튜브의 라만 스펙트럼을 측정하여 도출한 결과 그래프이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서에 대한 인장실험에 대한 결과 그래프이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서에 대한 인장-완화의 반복 실험에 대한 결과 그래프이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서를 이용한 실험을 보여주는 사진이다.
도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서를 이용한 실험의 결과 그래프이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a material for a strain sensor according to an embodiment of the present application.
2 is a photograph taken while impregnating a rubber band in toluene according to an embodiment of the present application and a photograph taken after 24 hours.
3 is a photograph of a rubber band according to an embodiment of the present application before impregnation in toluene, 24 hours after impregnation, and after final drying.
4 is a microscope limb of a rubber band and a rubber swollen by immersing in toluene according to an embodiment of the present application.
5 is an SEM image of a rubber band and a rubber-carbon nanotube according to an embodiment of the present application.
6 is a graph of the results obtained by measuring the Raman spectrum of the rubber according to an embodiment of the present application.
7 is a graph of a result obtained by measuring a Raman spectrum of a rubber-carbon nanotube according to an embodiment of the present application.
8 is a graph of results of a tensile test for a rubber-carbon nanotube strain sensor according to an embodiment of the present application.
9 is a graph showing results of repeated experiments of tension-relaxation for a rubber-carbon nanotube strain sensor according to an embodiment of the present application.
10 is a photograph showing an experiment using a rubber-carbon nanotube strain sensor according to an embodiment of the present application.
11 is a graph showing results of an experiment using a rubber-carbon nanotube strain sensor according to an embodiment of the present application.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 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, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as “include” or “have” are intended to designate the existence of features, components, and the like described in the specification, and one or more other features or components may not be present or added. It does not mean nothing.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.
본 출원에서 용어 "나노"는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 "나노 입자"는 나노 미터(nm) 단위의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 평균입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, the term “nano” may mean a size in nanometer (nm) units, for example, a size of 1 to 1,000 nm, but is not limited thereto. In addition, the term "nanoparticle" in the present specification may mean particles having an average particle diameter in nanometer (nm) units, for example, particles having an average particle diameter of 1 to 1,000 nm. It is not limited.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 일 실시예인 고신축성 스트레인 센서를 제조하는 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 일 실시예인 고신축성 스트레인 센서를 제조하는 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a method of manufacturing a highly stretchable strain sensor according to an embodiment of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are illustrative, and the scope of a method of manufacturing a highly elastic strain sensor according to an embodiment of the present application is not limited by the accompanying drawings.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 스트레인 센서의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a strain sensor according to an exemplary embodiment of the present application.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 출원의 일 실시예인 고신축성 스트레인 센서용 소재의 제조 방법은 관계식 1 내지 3을 만족하는 신축성 소재와 용매를 준비하는 단계(S10); 신축성 소재를 용매에 함침하여, 신축성 소재에 공극을 형성한 후 제거하는 단계(S20); 공극이 형성된 신축성 소재를 전도성 소재 분산액에 함침하여, 상기 전도성 소재가 상기 신축성 소재의 공극에 투입되는 단계(S30); 및 전도성 소재가 공극에 투입된 신축성 소재를 건조하는 단계(S40)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a method of manufacturing a material for a highly elastic strain sensor according to an embodiment of the present application includes preparing an elastic material and a solvent satisfying the
이하, 각 단계별로 본 출원을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail for each step.
먼저, 신축성 소재와 용매를 준비한다(S10).First, an elastic material and a solvent are prepared (S10).
신축성 소재는 용이하게 늘어나고 줄어드는 소재이다. 여기서, 신축성 소재의 용해도 파라미터와 용매의 용해도 파라미터가 유사하다.Stretchable materials are materials that easily stretch and shrink. Here, the solubility parameter of the stretchable material and the solubility parameter of the solvent are similar.
물질 사이의 용해성(solubility)이나 혼합성(miscibility)을 판단하기 위해서는 물질의 고유 물성을 사용해 서로 유사성 비교를 해야 한다. 용해성이나 혼합성에 영향을 주는 고유 물성은 여러 가지가 있지만, 그 중에서도 물질 내의 결합(interaction) 정도를 정량적인 값으로 나타내는 용해도 인자(Solubility Parameters)를 사용한다. 즉, 각 물질은 고유한 용해도 인자 값을 가지고 용해도 인자 값이 유사한 물질끼리는 서로 잘 용해 되거나 섞인다. 본 출원에서는 Dr. C. Hansen이 제안한 한센 용해도 인자(Hansen Solubility Parameter: 이하 HSP)를 이용한다.In order to determine the solubility or miscibility between substances, similarity comparisons should be made using the intrinsic properties of substances. There are many intrinsic properties that affect solubility or miscibility, but among them, solubility parameters, which indicate the degree of interaction in a substance as a quantitative value, are used. That is, each substance has its own solubility factor value, and substances with similar solubility factor values dissolve or mix well with each other. In this application, Dr. The Hansen Solubility Parameter (HSP) proposed by C. Hansen is used.
(1) 무극성 분산 결합으로 인해 발생하는 용해도 인자 (δD)(1) Solubility factor (δD) caused by non-polar dispersion bonding
(2) 영구 쌍극자로 인한 극성결합으로 인해 발생하는 용해도 인자(δP)(2) Solubility factor (δP) caused by polar bonding due to permanent dipole
(3) 수소결합으로 인해 발생하는 용해도 인자(δH)가 가장 정확하게 용해도 특성을 나타낼 수 있다고 알려져 있다. (3) It is known that the solubility factor (δH) caused by hydrogen bonding can most accurately represent the solubility characteristics.
본 출원에서는 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 신축성 소재와 용매를 선택하여 사용한다.In the present application, a stretchable material and a solvent satisfying the following
[관계식 1][Relationship 1]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δd2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δd1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ d2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ d1 )| ≤ 2.5
(δd2: 신축성 소재의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지, δd1: 용매의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지)(δ d2 : energy due to the dispersing force between molecules of the stretchable material, δ d1 : energy due to the dispersing force between molecules of the solvent)
[관계식 2][Relationship 2]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δp2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δp1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ p2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ p1 )| ≤ 2.5
(δp2: 신축성 소재의 쌍극자 분자간 힘의 에너지, δp1: 용매의 쌍극자 분자간 힘의 에너지,)(δ p2 : energy of the dipole intermolecular force of the stretchable material, δ p1 : energy of the dipole intermolecular force of the solvent,)
[관계식 3][Relationship 3]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δh2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δh1)| ≤ 2.5|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ h2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ h1 )| ≤ 2.5
(δh2: 신축성 소재의 분자 사이의 수소 결합 에너지, δh1: 용매의 분자 사이의 수소 결합 에너지)(δ h2 : hydrogen bonding energy between molecules of the stretchable material, δ h1 : hydrogen bonding energy between molecules of the solvent)
여기서, 이러한 관계식을 만족하는 신축성 소재 및 용매의 일 예시로서, 신축성 소재는 천연 고무이며, 용매는 톨루엔(toluene) 또는 클로로폼(chloroform)가 있다.Here, as an example of a stretchable material and a solvent satisfying this relational expression, the stretchable material is natural rubber, and the solvent is toluene or chloroform.
또한, 신축성 소재는 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)이며, 용매는 벤젠(benzene) 또는 자일렌(xylene)이 있다. In addition, the stretchable material is polydimethylsiloxane (PDMS), and the solvent is benzene or xylene.
하기 표 1 및 표 2 를 통하여, 전술한 관계식 1 내지 3을 만족하는지 확인할 수 있다.Through Tables 1 and 2 below, it can be confirmed whether the above-described
다만, 이러한 쌍은 일 예시에 해당되며, 전술한 관계식을 만족하는 신축성 소재 및 용매의 쌍은 어떠한 것이라도 본 출원에 적용될 수 있다. 신축성 소재를 용매에 함침하여, 상기 신축성 소재에 공극을 형성한 후 꺼낸다(S20).However, such a pair corresponds to an example, and any pair of a stretchable material and a solvent satisfying the above-described relational expression may be applied to the present application. The stretchable material is impregnated with a solvent to form voids in the stretchable material and then taken out (S20).
신축성 소재는 용매(용매의 농도가 99% 이상일 경우)에 3시간 30분 내지 5시간 동안 함침 또는 침지하는 것이 바람직하다. 3시간 30분 미만에서는 공극이 불균질할 가능성이 있으며, 이는 불균질한 나노소재 (전도성 소재)의 함침으로 이어지며, 5시간을 초과하는 경우에는 그 이상의 시간에서는 큰 변화가 없다. The stretchable material is preferably impregnated or immersed in a solvent (when the concentration of the solvent is 99% or more) for 3
신축성 소재를 분산액에 투입하면, 신축성 소재의 입자 사이의 간격을 넓혀준다. 즉, 분산액의 용매에 의해 신축성 소재의 입자 사이의 공극이 형성되고 팽창된다. 신축성 소재의 입자 간 결합은 용매에 비하여, 상대적으로 약하기 때문에, 용매에 의해 이들 사이에서 비교적 큰 입자 공극을 형성할 수 있다.When the elastic material is added to the dispersion, the gap between the particles of the elastic material is widened. That is, voids between the particles of the stretchable material are formed and expanded by the solvent of the dispersion. Since the bonding between particles of the stretchable material is relatively weak compared to that of the solvent, relatively large particle voids can be formed between them by the solvent.
팽창된 공극의 공극율(porosity)은 30% 내지 70%이다. 이러한 공극율을 갖는 신축성 소재를 통하여, 전도성 소재가 공극에 투입되어 제조된 스트레인 센서는 우수한 민감도를 가질 수 있다.The porosity of the expanded voids is 30% to 70%. Through the stretchable material having such a porosity, a strain sensor manufactured by introducing a conductive material into the pores may have excellent sensitivity.
또한, 공극은 특별히 한정되는 크기나 방향성을 갖지 않고, 랜덤하게 분포될 수 있다. 다만, 등방성의 형상을 나타낼 수 있다. In addition, the voids do not have a particularly limited size or direction, and may be randomly distributed. However, it may exhibit an isotropic shape.
그리고, 공극이 형성된 신축성 소재를 전도성 소재 분산액에 함침하여, 상기 전도성 소재가 상기 신축성 소재의 공극에 투입한다(S30).Then, the stretchable material with voids is impregnated in the conductive material dispersion, and the conductive material is introduced into the voids of the stretchable material (S30).
전도성 소재는 전기 전도도를 갖는 소재로서, 특히 전도도가 높아서 전기가 통하기 쉬운 재료를 의미한다. 여기서, 일 예시로서, 전도성 소재는 탄소 나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 블랙, 그래핀, 금속 나노와이어, 반도체성 나노와이어, 및 2차원 전이금속 칼코겐화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 2차원 전이금속 칼코겐화물은 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2를 포함한다. 다만, 이러한 소재에 한정되는 것은 아니며, 용액에 분산이 가능한 모든 전도성 나노소재가 사용될 수 있다.The conductive material is a material having electrical conductivity, and in particular, it refers to a material that is easy to conduct electricity due to its high conductivity. Here, as an example, the conductive material includes at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon black, graphene, metal nanowires, semiconducting nanowires, and two-dimensional transition metal chalcogenides. . Here, the two-dimensional transition metal chalcogenide includes MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , and WSe 2 . However, it is not limited to these materials, and any conductive nanomaterial that can be dispersed in a solution may be used.
특히, 본 출원이 의도하는 바와 같이, 웨어러블 센서 또는 인공장기 센서 등과 같이, 민감도가 우수한 센서에, 적용될 수 있는 소재가 바람직하다. In particular, as intended by the present application, a material that can be applied to a sensor having excellent sensitivity, such as a wearable sensor or an artificial organ sensor, is preferable.
이러한 전도성 소재를 용매에 분산한다. 용매는 용액의 매체가 되어 용질을 녹이는 물질이다. 여기서, 용매는 이소프로필알코올, 에탄올, 메탄올을 사용하는 것이 바람직하다. 다만 용매가 이에 한정되는 것은 아니다.Disperse this conductive material in a solvent. A solvent is a substance that dissolves a solute as a medium of a solution. Here, it is preferable to use isopropyl alcohol, ethanol, and methanol as the solvent. However, the solvent is not limited thereto.
여기서, 전도성 소재 역시 용매에 분산되어야 하므로, 전도성 소재와 용매 역시 한센 파라미터의 유사성이 존재하는 것이 바람직하다.Here, since the conductive material must also be dispersed in the solvent, it is preferable that the conductive material and the solvent also have similarity in Hansen parameters.
또한, 전술한 전도성 소재가 용매에 분산되는데, 이 때, 전도성 소재(탄소나노튜브) 분산액에서 상기 전도성 소재(탄소나노튜브)의 농도는 2 중량% 이하일 수 있다. 2 중량%를 초과하는 경우에 탄소나노튜브 의 분산이 균일하지 않고 탄소나노튜브가 뭉치게 되며, 이는 균질한 스트레인 센서 제작을 저해하는 요소가 될 수 있다. 더욱이, 탄소나노튜브 분산액의 농도를 조절하여, 스트레인 센서의 민감도를 결정할 수 있다.In addition, the above-described conductive material is dispersed in a solvent. In this case, the concentration of the conductive material (carbon nanotube) in the conductive material (carbon nanotube) dispersion may be 2% by weight or less. If it exceeds 2% by weight, the dispersion of the carbon nanotubes is not uniform and the carbon nanotubes are aggregated, which may hinder the fabrication of a homogeneous strain sensor. Moreover, by controlling the concentration of the carbon nanotube dispersion, the sensitivity of the strain sensor can be determined.
전술한 바와 같이 부푼 신축성 소재를 전도성 소재가 분산된 분산액에 넣고, 일정 시간이 지나면, 전도성 소재 입자들이 신축성 소재 입자사이의 공극에 침투한다.As described above, the swollen stretchable material is put into the dispersion in which the conductive material is dispersed, and after a certain period of time, the conductive material particles penetrate into the voids between the stretchable material particles.
그리고, 일정 시간 후에 신축성 소재를 분산액으로부터 꺼낸다.Then, after a certain time, the stretchable material is taken out from the dispersion.
그리고, 전도성 소재가 공극에 투입된 신축성 소재를 건조한다(S40).Then, the conductive material is dried the stretchable material injected into the void (S40).
이를 통하여, 신축성 소재에 포함된 용매 성분을 제거할 수 있으며, 신축성 소재의 크기 역시 원래의 크기로 돌아온다. 특히, 일 예시로서, 분산액에 있는 알코올이 모두 증발할 때까지 충분히 말려주어 완성한다.Through this, the solvent component contained in the stretchable material can be removed, and the size of the stretchable material also returns to its original size. In particular, as an example, it is completed by sufficiently drying until all alcohol in the dispersion has evaporated.
여기서, 사용되는 건조 방법 또는 건조 장치는 특별히 한정되는 것은 본 출원이 속한 기술분야에서 적용될 수 있는 어떠한 건조 방법 또는 건조 장치가 적용될 수 있다. Here, the drying method or drying device to be used is particularly limited, and any drying method or drying device applicable in the technical field to which the present application belongs may be applied.
이를 통하여, 매우 간단한 공정과 저렴한 비용으로 스트레인 센서를 개발하였고, 스트레인 센서가 충족하여야 하는 여러가지 조건, 예를 들면, 민감도, 신축성, 내구성 등을 만족한다.Through this, a strain sensor was developed with a very simple process and low cost, and it satisfies various conditions that the strain sensor must meet, for example, sensitivity, elasticity, and durability.
또한, 본 출원의 다른 측면인 스트레인 센서용 소재는 신축성 소재 및 상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하는 스트레인 센서용 소재로서, 상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량 % 내지 1 중량%이다. In addition, the strain sensor material, which is another aspect of the present application, is a material for a strain sensor including an elastic material and a conductive material included in the voids of the elastic material, and the weight of the conductive material relative to the total weight of the material for the strain sensor is 0.5% to 1% by weight.
다만, 탄소나노뷰브의 경우, 바람직한 범위는 0.8 중량% 내지 0.9 중량%이며, 0.85 중량%가 가장 바람직하다.However, in the case of carbon nanotubes, the preferable range is 0.8% by weight to 0.9% by weight, and 0.85% by weight is most preferable.
여기서, 스트레인 센서용 소재에 대한 설명 내용 중 스트레인 센서용 소재의 제조 방법에 설명된 부분은 특별히 다시 설명하지 않는다.Here, out of the description of the material for the strain sensor, the portion described in the method of manufacturing the material for the strain sensor is not specifically described again.
특히, 신축성 소재를 이용하기 때문에, 기존의 길이방향의 스트레인을 측정하는 센서와는 달리, 원통이나 구 형태의 물체가 부푸는 것을 측정할 수 있다. 물론, 스트레인 센서를 원하는 길이로 제작하여, 길이방향의 스트레인도 측정이 가능하다. 또한 적용되는 분야에 따라 신축성 소재의 형태나 두께를 달리 제작하여, 본 출원이 의도하는 방향의 스트레인을 측정할 수 도 있다.In particular, since the elastic material is used, it is possible to measure the swelling of a cylindrical or spherical object, unlike a conventional sensor measuring strain in the longitudinal direction. Of course, it is possible to measure the strain in the longitudinal direction by fabricating the strain sensor to a desired length. In addition, it is possible to measure the strain in the direction intended by the present application by differently manufacturing the shape or thickness of the stretchable material according to the applied field.
일 예시로서, 후술하는 바와 같이, 본 출원의 스트레인 센서는 스트레인과 그에 따른 저항 변화 실험을 통해 성능을 확인할 수 있었다. 실험을 통해 최대 65% 스트레인까지 저항변화가 선형적으로 증가하는 것을 확인 할 수 있었으며, 스트레인 센서의 성능을 비교할 수 있는 척도인 게이지 팩터 (스트레인 당 저항변화률)는 최대 43이라는 값을 얻었다. As an example, as will be described later, the strain sensor of the present application was able to confirm performance through an experiment of strain and resistance change accordingly. Through the experiment, it was confirmed that the resistance change increases linearly up to the maximum strain of 65%, and the gauge factor (resistance change rate per strain), which is a measure to compare the performance of the strain sensor, was obtained as a maximum of 43.
또한, 본 출원의 또 다른 측면인 고신축성 스트레인 센서 디바이스는 스트레인 센서; 및 상기 스트레인 센서와 연결되어, 저항을 측정하는 저항 측정기를 포함하며, 상기 스트레인 센서는: 신축성 소재 및 상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하며, 상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량 % 내지 1 중량%인 소재로 이루어진다.In addition, another aspect of the present application, a highly stretchable strain sensor device includes a strain sensor; And a resistance meter connected to the strain sensor to measure resistance, wherein the strain sensor includes: an elastic material and a conductive material contained in the voids of the elastic material, and the total weight of the material for the strain sensor The weight of the conductive material is made of a material of 0.5% to 1% by weight.
여기서, 디바이스에 대한 설명 내용 중 스트레인 센서용 소재의 제조 방법에 설명된 부분은 특별히 다시 설명하지 않는다.Here, in the description of the device, the portion described in the method of manufacturing a material for a strain sensor is not specifically described again.
여기서, 디바이스는 웨어러블 센서 디바이스 또는 인공장기 센서 디바이스일 수 있다. 전술한 스트레인 센서와 각 구성요소가 유기적으로 결합되며, 스트레인 센서가 실장된 기판과 스트레인 센서에 연결된 저항 측정기를 포함한다. Here, the device may be a wearable sensor device or an artificial organ sensor device. The above-described strain sensor and each component are organically coupled, and includes a substrate on which the strain sensor is mounted and a resistance meter connected to the strain sensor.
이외에 웨어러블 센서 디바이스 또는 인공장기 센서 디바이스에 적용될 수 있는 부품이 추가될 수 있는 점은 당업자에게 자명하다.In addition, it is obvious to those skilled in the art that a part applicable to a wearable sensor device or an artificial organ sensor device may be added.
이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through experimental examples.
[실험예 1][Experimental Example 1]
천연 고무로 이루어진 고무 밴드를 준비하였다. 그리고, 탄소나노튜브가 이소프로필알코올에 분산된 분산액을 준비하였다. 이 때, 탄소나노튜브의 농도는 2wt%였다. 준비된 고무 밴드를 톨루엔에 24시간 함침한 후 꺼낸 뒤, 탄소나노튜브 분산액에 함침하였다가 다시 꺼낸 후 건조시켰다.A rubber band made of natural rubber was prepared. Then, a dispersion in which carbon nanotubes were dispersed in isopropyl alcohol was prepared. At this time, the concentration of the carbon nanotubes was 2 wt%. The prepared rubber band was impregnated in toluene for 24 hours and then taken out, impregnated in the carbon nanotube dispersion, and then taken out again and dried.
도 2(a) 및 도 2(b)에 고무 밴드를 탄소나노튜브가 분산된 톨루엔에 함침하며 찍은 사진과 24시간 후의 사진을 도시하였다.2(a) and 2(b) show photographs taken while impregnating the rubber band in toluene in which carbon nanotubes are dispersed and a photograph taken after 24 hours.
도 3(a) 내지 도(c)에 또한 고무 밴드를 탄소나노튜브가 분산된 톨루엔에 함침하기 전, 함침하고 24시간 후 및 최종 건조 후의 사진을 도시하였다.Figures 3 (a) to (c) also show photographs before, 24 hours after impregnation, and after final drying of the rubber band in toluene in which carbon nanotubes are dispersed.
이를 통하여, 고무 밴드가 톨루엔에 함침되면서 부푼 형상과 건조 후 다시 원래의 크기로 복귀되는 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that the rubber band was impregnated with toluene and returned to its original size after being swelled and dried.
[실험예 2][Experimental Example 2]
또한, 고무 밴드를 톨루엔에 침지하여 5시간이 경과하였을 때, 꺼낸 후, 밀도를 측정하였다. 측정된 밀도는 986 kg/m3 에서 305 kg/m3 로 감소하였으며, 이를 통해 70%의 공극율을 확인할 수 있었다. 고무는 톨루엔에 넣고 시간이 지남에 따라 팽창하게 되는데, 어느 시점이 되면 포화상태가 되어 더 이상의 팽창은 발생하지 않는다. 따라서, 용매에 고무를 침지하는 시간을 달리하여 어느정도 한정된 공극을 발생시킬 수 있다. Further, when the rubber band was immersed in toluene and 5 hours had passed, it was taken out and the density was measured. The measured density decreased from 986 kg/m 3 to 305 kg/m 3 , and through this, a porosity of 70% was confirmed. The rubber is put in toluene and expands over time, but at some point it becomes saturated and no further expansion occurs. Therefore, by varying the time for immersing the rubber in the solvent, it is possible to generate a certain limited void.
도 4에 초기상태의 고무와 톨루엔에 침지하여 부풀린 고무의 현미경 사진을 도시하였다. 도 4(a) 및 4(b)에 도시한 바와 같이, 침지 후 5시간 후에 공극이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.Fig. 4 shows a micrograph of the rubber in its initial state and the rubber swollen by immersing in toluene. As shown in Figs. 4(a) and 4(b), it was confirmed that the void was formed 5 hours after immersion.
그리고, 실험예 1에서 제조한 탄소나노튜브 분산액에 팽창된 고무 밴드를 침지하였다가 꺼낸 후 건조시켰다. Then, the expanded rubber band was immersed in the carbon nanotube dispersion prepared in Experimental Example 1, taken out, and dried.
도 5에 초기상태의 고무와 탄소나노튜브가 침투한 고무에 대한 SEM 사진을 도시하였다.Figure 5 shows a SEM photograph of the rubber in the initial state and the rubber penetrated by the carbon nanotubes.
도 5(a) 및 5(b)에 에 도시한 바와 같이, 고무의 공극 사이에 탄소 나노튜브가 침투되었음을 확인할 수 있었다. As shown in Figs. 5(a) and 5(b), it was confirmed that carbon nanotubes penetrated between the voids of the rubber.
또한, 팽창된 고무를 탄소나노튜브 분산액에 침지하는 과정에서 고무에 침투하는 분산액은 0.135 g으로 측정되었다. 실험에 사용된 탄소나노튜브 분산액의 농도는 2 wt%이고 따라서 팽창된 고무의 Pore에 침투한 탄소나노튜브의 양은 2.7mg으로 계산된다. 고무의 평균적인 무게는 0.315g으로 측정되었고, 따라서 고무에 침투한 탄소나노튜브의 무게 분율은 0.85%로 계산되었다.In addition, in the process of immersing the expanded rubber in the carbon nanotube dispersion, the dispersion that penetrated the rubber was measured to be 0.135 g. The concentration of the carbon nanotube dispersion used in the experiment is 2 wt%, and thus the amount of carbon nanotubes penetrating the pore of the expanded rubber is calculated as 2.7 mg. The average weight of the rubber was measured as 0.315g, and thus the weight fraction of carbon nanotubes penetrating the rubber was calculated as 0.85%.
[실험예 3][Experimental Example 3]
또한, 고무 소재에 탄소나노튜브 소재가 균일하게 혼합되어 있는지 확인하기 위하여, 실험예 2에서 제조된 고무 밴드와 고무-탄소나노튜브 복합체의 라만 스텍트럼(raman spectra)을 측정하여, 그 결과 그래프를 도 6 및 도 7에 나타내었다. In addition, in order to check whether the carbon nanotube material is uniformly mixed with the rubber material, the Raman spectra of the rubber band and the rubber-carbon nanotube composite prepared in Experimental Example 2 were measured, and the resulting graph is shown. 6 and 7 show.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 고무에 탄소나노튜브가 성공적으로 균일하게 혼합되어 있음을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the carbon nanotubes were successfully uniformly mixed with the rubber.
또한, 이렇게 제작한 고무-탄소나노튜브 복합체를 이용하여 스트레인 센서를 제작한 후 인장 실험을 실시하였다.In addition, a strain sensor was fabricated using the rubber-carbon nanotube composite thus produced, and then a tensile test was conducted.
인장 실험 방법 및 조건은 0~65%의 인장변형 하에서 전기적 저항측정이였다.Tensile test method and conditions were electrical resistance measurement under 0-65% tensile strain.
도 8에 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서에 대한 인장실험에 대한 결과 그래프를 도시하였고, 도 9에 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서에 대한 인장-완화의 반복 실험에 대한 결과 그래프를 도시하였다.FIG. 8 shows a graph of the results of the tensile test for the rubber-carbon nanotube strain sensor, and FIG. 9 shows a graph of the results for the tensile-relaxation of the rubber-carbon nanotube strain sensor.
도 8에 도시한 바와 같이, 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서는 최대 65%까지 인장하였고, 그때의 저항변화율을 측정하였으며 게이지 팩터(저항변화율/변형률)는 43이었다.As shown in FIG. 8, the rubber-carbon nanotube strain sensor was stretched to a maximum of 65%, and the resistance change rate was measured at that time, and the gauge factor (resistance change rate/strain rate) was 43.
도 9에 도시한 바와 같이, 반복적이고 크기가 다른 인장변형에 실시간으로 저항변화가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 9, it was confirmed that the resistance change in real time appears in the tensile strain of repetitive and different sizes.
또한, 부피 팽창시 스트레인 센서의 측정을 확인하기 위하여, 풍선을 준비하고, 풍선에 전술한 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서를 부착한 후, 가스의 주입과 배출을 반복하면서 저항변화율을 측정하였다. In addition, in order to confirm the measurement of the strain sensor during volume expansion, a balloon was prepared, and the above-described rubber-carbon nanotube strain sensor was attached to the balloon, and then the rate of change of resistance was measured while repeating the injection and discharge of gas.
도 10에 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서를 이용한 실험을 보여주는 사진을 도시하였다. 도 10에 도시한 바와 같이, 전술한 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서는 부피 팽창을 하는 굴곡진 풍선에 용이하게 부착되었다. Fig. 10 is a photograph showing an experiment using a rubber-carbon nanotube strain sensor. As shown in Fig. 10, the above-described rubber-carbon nanotube strain sensor is easily attached to a curved balloon that expands the volume.
도 11에 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서에 대하여, 가스의 주입과 배출을 반복하면서 저항변화율을 측정한 결과 그래프를 도시하였다. 도 9에 도시한 바와 같이, 가스의 주입량을 조금씩 늘려 풍선의 반경이 2 cm에서 3.5 cm로 증가함에 따라 저항변화율도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 전술한 고무-탄소나노튜브 스트레인 센서는 부피팽창을 하는 다양한 응용 분야에 적용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 11 shows a graph of the result of measuring the resistance change rate while repeating the injection and discharge of gas for the rubber-carbon nanotube strain sensor. As shown in FIG. 9, it was confirmed that the rate of change of resistance increased as the radius of the balloon increased from 2 cm to 3.5 cm by gradually increasing the amount of gas injected. Through this, it was confirmed that the above-described rubber-carbon nanotube strain sensor can be applied to various application fields for volume expansion.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present application, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present application without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
Claims (11)
[관계식 1]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δd2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δd1)| ≤ 2.5
(δd2: 신축성 소재의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지, δd1: 용매의 분자 사이의 분산력에 의한 에너지)
[관계식 2]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δp2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δp1)| ≤ 2.5
(δp2: 신축성 소재의 쌍극자 분자간 힘의 에너지, δp1: 용매의 쌍극자 분자간 힘의 에너지,)
[관계식 3]
|신축성 소재의 한센 용해도 파라미터 (δh2) - 용매의 한센 용해도 파라미터(δh1)| ≤ 2.5
(δh2: 신축성 소재의 분자 사이의 수소 결합 에너지, δh1: 용매의 분자 사이의 수소 결합 에너지)
상기 신축성 소재를 용매에 함침하여, 상기 신축성 소재에 공극을 형성하는 단계;
상기 공극이 형성된 신축성 소재를 전도성 소재 분산액에 함침하여, 상기 전도성 소재가 상기 신축성 소재의 공극에 투입되는 단계; 및
상기 전도성 소재가 공극에 투입된 신축성 소재를 건조하는 단계를 포함하는 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.Preparing an elastic material and a solvent satisfying the following relational formulas 1 to 3;
[Relationship 1]
|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ d2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ d1 )| ≤ 2.5
(δ d2 : energy due to the dispersing force between molecules of the stretchable material, δ d1 : energy due to the dispersing force between molecules of the solvent)
[Relationship 2]
|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ p2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ p1 )| ≤ 2.5
(δ p2 : energy of the dipole intermolecular force of the stretchable material, δ p1 : energy of the dipole intermolecular force of the solvent,)
[Relationship 3]
|Hansen solubility parameter of stretchable material (δ h2 )-Hansen solubility parameter of solvent (δ h1 )| ≤ 2.5
(δ h2 : hydrogen bonding energy between molecules of the stretchable material, δ h1 : hydrogen bonding energy between molecules of the solvent)
Impregnating the stretchable material with a solvent to form voids in the stretchable material;
Impregnating the elastic material in which the voids are formed in a conductive material dispersion, so that the conductive material is introduced into the voids of the elastic material; And
A method of manufacturing a highly stretchable strain sensor comprising the step of drying the stretchable material in which the conductive material is introduced into the voids.
상기 신축성 소재는 천연 고무이며,
상기 용매는 톨루엔(toluene) 또는 클로로폼(chloroform)인 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The elastic material is natural rubber,
The solvent is toluene (toluene) or chloroform (chloroform) method of manufacturing a highly elastic strain sensor.
상기 신축성 소재는 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)이며,
상기 용매는 벤젠(benzene) 또는 자일렌(xylene)인 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The stretchable material is polydimethylsiloxane (PDMS),
The solvent is benzene or xylene, a method of manufacturing a highly stretchable strain sensor.
상기 전도성 소재는 탄소 나노튜브, 탄소 나노파이버, 탄소 블랙, 그래핀, 금속 나노와이어, 반도체성 나노와이어, 및 2차원 전이금속 칼코겐화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The conductive material is a highly stretchable strain sensor comprising at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon black, graphene, metal nanowires, semiconducting nanowires, and two-dimensional transition metal chalcogenides. Manufacturing method.
상기 전도성 소재 분산액의 용매는 이소프로필알코올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The solvent of the conductive material dispersion is a method of manufacturing a highly stretchable strain sensor comprising at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and methanol.
상기 전도성 소재 분산액에서 상기 전도성 소재의 농도는 2 중량% 이하인 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The method of manufacturing a highly stretchable strain sensor in which the concentration of the conductive material in the conductive material dispersion is 2% by weight or less.
상기 용매에 의해 상기 신축성 소재의 공극이 형성되고 팽창되며, 팽창된 공극의 공극율(porosity)은 30% 내지 70%인 고신축성 스트레인 센서의 제조 방법.The method of claim 1,
The method of manufacturing a highly stretchable strain sensor in which voids of the stretchable material are formed and expanded by the solvent, and a porosity of the expanded voids is 30% to 70%.
상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하는 스트레인 센서용 소재로서,
상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량 % 내지 1 중량%인 고신축성 스트레인 센서용 소재. Elastic material and
A material for a strain sensor comprising a conductive material contained in the voids of the stretchable material,
The material for a highly elastic strain sensor in which the weight of the conductive material is 0.5% by weight to 1% by weight relative to the total weight of the material for the strain sensor.
상기 신축성 소재는 천연 고무 또는 폴리다이메틸실록산이며, 상기 전도성 소재는 탄소 나노 튜브인 고신축성 스트레인 센서용 소재. The method of claim 8,
The stretchable material is natural rubber or polydimethylsiloxane, and the conductive material is a carbon nanotube material for a highly stretchable strain sensor.
상기 스트레인 센서와 연결되어, 저항을 측정하는 저항 측정기를 포함하며,
상기 스트레인 센서는:
신축성 소재 및 상기 신축성 소재의 공극내에 포함된 전도성 소재를 포함하며, 상기 스트레인 센서용 소재의 총 중량 대비 상기 전도성 소재의 중량은 0.5 중량% 내지 1 중량%인 소재로 이루어진 고신축성 스트레인 센서 디바이스.Strain sensor; And
It is connected to the strain sensor and includes a resistance meter measuring resistance,
The strain sensor is:
A highly elastic strain sensor device comprising an elastic material and a conductive material contained in the voids of the elastic material, and the weight of the conductive material relative to the total weight of the strain sensor material is 0.5% by weight to 1% by weight.
상기 신축성 소재는 천연 고무 또는 폴리다이메틸실록산이며, 상기 전도성 소재는 탄소 나노 튜브인 고신축성 스트레인 센서 디바이스. The method of claim 10,
The stretchable material is natural rubber or polydimethylsiloxane, and the conductive material is a carbon nanotube.
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2019
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| CN115651380B (en) * | 2022-09-06 | 2023-12-26 | 暨南大学 | High-sensitivity flexible wearable strain sensor and preparation method of material thereof |
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