KR20200128931A - 페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 코어층, 상기 코어층의 표면에 코팅된 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층을 포함하는 복합입자; 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법 {Paste composition and method for producing the same, and piezoelectric pressure sensor manufactured therefrom and method for producing the same}
본 발명은 페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법에 관한 것이다.
계측 기술은 과학 분야에서는 정확한 정보를 측정하며, 공학 분야에서는 시스템을 효과적으로 운용하고 제어하기 위한 핵심 기술이다. 이러한 계측 기술은 최근 우리 생활에 널리 이용되는 정보화 기술과 결합되어 일상생활의 안전과 편의를 증진 시킬 수 있는 핵심 기술로 발전되고 있다.
계측 기술은 이를 담당하는 센서의 기술 발전에 크게 의존하고 있으며, 압력의 계측은 이러한 관련 기술의 주요 관심 분야 중 하나이다. 압력은 대표적인 기본 물리량으로 의료, 각종 생산 공정, 환경뿐 아니라 주택·사무실의 자동화 시스템, 자동차, 국방·우주항공 등 다양한 분야에서 핵심적인 계측 정보로 활용되고 있다.
한편, 압전형 압력센서는 압전효과(piezoelectric effect)를 이용하여 입력 압력에 대응하는 전기적 출력을 얻을 수 있도록 설계된 압력센서로, 압력센서의 유전층에 포함되는 압전소재가 압력 변화에 민감하게 반응하여 발생되는 전압이 달라진다.
그러나, 기존 세라믹 압전소재는 취성이 강한 소재가 사용되었기 때문에 유연성을 부여하는데 한계가 있다는 단점이 있었다.
이에 본 발명자들은 우수한 유연성 및 민감도를 가진 압전형 압력센서 및 이를 위한 소재를 제공하고자 한다.
이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0072027호가 제시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0072027호 (2014.06.12)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 우수한 유연성 및 민감도를 가진 압전형 압력센서 및 이를 위한 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 코어층, 상기 코어층의 표면에 코팅된 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층을 포함하는 복합입자; 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 페이스트 조성물에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 탄성중합체 매트릭스는 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체가 혼합된 혼합 탄성중합체를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 실리콘계 중합체, 우레탄계 중합체, 스티렌계 중합체 및 올레핀계 중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 구체적인 일 예시로, 상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm) 블록 공중합체 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이되, 서로 상이한 것일 수 있다. 이때, 상기 제1탄성중합체:제2탄성중합체의 중량비는 10:90 내지 90:10일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층의 아민기와 반응 가능한 작용기는 산무수물(acid anhydride)기일 수 있으며, 구체적인 일 예시로, 상기 산무수물기는 -R1(C=O)O(C=O)R2, -R3(C=O)2O 및 -R4((C=O)2O)2에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 작용기로,
이때, 상기 R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 아릴렌기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기이며, 상기 R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 아릴기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자는 폴리아민계 화합물로 표면 코팅된 세라믹입자일 수 있으며, 구체적인 일 예시로, 상기 폴리아민계 화합물은, 폴리알킬렌이민, 폴리비닐아민, 폴리아미도아민, 폴리알릴아민 및 폴리에테르아민 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 고분자; 알킬렌디아민, 디알킬렌트리아민, 트리알킬렌테트라아민, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 1,3-비스(4,4'-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-디아미노-1,5-페녹시펜탄, 4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메톡시-4,4'-디아미노비페닐, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸-4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2'-트리플루오로메틸-4,4'-디아미노비페닐, 1,4-디아미노사이클로헥산, 1,2-디아미노사이클로헥산, 1,4-사이클로헥산비스(메틸아민) 및 4,4'-디아미노디사이클로헥실메탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 단분자; 또는 이들에서 선택되는 둘 이상의 혼합물 등일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 상기 페이스트 조성물로 형성되는 박막, 상기 박막을 포함하는 압전형 압력센서, 상기 압전형 압력센서를 포함하는 소자 각각에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 a) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계; b) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; 및 c) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계;를 포함하는 페이스트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 A) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계; B) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; C) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계; D) 상기 페이스트 조성물을 하부 전극층 상에 도포하여 유전층을 형성하는 단계; 및 E) 상기 유전층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 압전형 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 페이스트 조성물은 세라믹입자의 표면을 아민기로 표면 기능화한 후 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 반응시켜 복합입자를 제조함으로써, 상기 아민기와 아민기와 반응 가능한 작용기가 서로 화학적 결합하여 상기 세라믹입자에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착되도록 할 수 있다.
아울러, 이와 같은 복합입자를 압전입자로 사용함으로써 탄성중합체 매트릭스에 내에 복합입자가 높은 함량으로 혼합되면서도, 균일하게 분산되도록 할 수 있어 페이스트 조성물을 압전형 압력센서의 유전층으로 응용할 시 우수한 감도를 가진 압전형 압력센서를 제조할 수 있어 좋다.
또한, 상기 복합입자의 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체와 탄성중합체 매트릭스 간 우수한 호환성을 확보할 수 있어, 페이스트 조성물을 압전형 압력센서의 유전층으로 응용할 시 굽힘 또는 연신 등의 물리적 변형에도 복합입자가 탄성중합체 매트릭스와 잘 분리되지 않도록 할 수 있어 유연한 압전형 압력센서에도 적용이 가능하다는 장점이 있다.
도 1의 a는 제조예 3에서 제조된 압전형 압력센서를 신체(목)에 적용한 실사진이며, 도 1의 b는 도 1의 a에 따른 신체 신호 감지 실험 결과 자료이다.
도 2는 실시예 1의 중간 단계에서 제조된 PZT-PEI 입자와 순수 PZT 입자의 pH에 따른 제타 전위(㎷) 측정 자료이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 PZT-PEI-SEBSm 복합입자의 HRTEM(High- resolution transmission electron microscopy) 이미지 및 조성 매핑 결과 자료이다.
도 4는 PZT 입자, PZT-PEI 입자 및 PZT-PEI-SEBSm 복합입자의 FT-IR 스펙트럼 분석 자료이다.
도 5는 비교제조예 1 및 2에서 각각 제조된 압전형 압력센서의 압력(㎪)에 따른 전압(V) 특성 분석 자료이다.
도 6은 제조예 1 내지 4에서 각각 제조된 압전형 압력센서의 압력(㎪)에 따른 전압(V) 특성 분석 자료이다.
도 7은 제조예 3에서 제조된 압전형 압력센서에 1, 5, 10 및 30 ㎪ 압력을 각각 가했을 때의 전압(V) 특성 분석 자료이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
압전형 압력센서는 압전효과(piezoelectric effect)를 이용하여 입력 압력에 대응하는 전기적 출력을 얻을 수 있도록 설계된 압력센서로, 압력센서의 유전층에 포함되는 압전소재가 압력 변화에 민감하게 반응하여 발생되는 전압이 달라진다.
그러나, 기존 세라믹 압전소재는 취성이 강한 소재가 사용되었기 때문에 유연성을 부여하는데 한계가 있다는 단점이 있었다.
이에 본 발명자들은 우수한 유연성 및 민감도를 가진 압전형 압력센서 및 이를 위한 소재를 제공하고자 한다.
상세하게, 본 발명의 일 양태는 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 코어층, 상기 코어층의 표면에 코팅된 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층을 포함하는 복합입자; 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 페이스트 조성물에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 페이스트 조성물은 세라믹입자의 표면을 아민기로 표면 기능화한 후 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 반응시켜 복합입자를 제조함으로써, 상기 아민기와 아민기와 반응 가능한 작용기가 서로 화학적 결합하여 상기 세라믹입자에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착되도록 할 수 있다.
아울러, 이와 같은 복합입자를 압전입자로 사용함으로써 탄성중합체 매트릭스에 내에 복합입자가 높은 함량으로 혼합되면서도, 균일하게 분산되도록 할 수 있어 페이스트 조성물을 압전형 압력센서의 유전층으로 응용할 시 우수한 감도를 가진 압전형 압력센서를 제조할 수 있어 좋다.
또한, 상기 복합입자의 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체와 탄성중합체 매트릭스 간 우수한 호환성을 확보할 수 있어, 페이스트 조성물을 압전형 압력센서의 유전층으로 응용할 시 굽힘 또는 연신 등의 물리적 변형에도 복합입자가 탄성중합체 매트릭스와 잘 분리되지 않도록 할 수 있어 유연한 압전형 압력센서에도 적용이 가능하다는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 페이스트 조성물을 압전형 압력센서의 유전층으로 응용할 시 우수한 감도를 가진 압전형 압력센서를 제조할 수 있어 좋다.
이하, 본 발명에 따른 페이스트 조성물의 각 구성 요소에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 복합입자에 대하여 설명한다.
상기 복합입자는 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 코팅된 것으로, 전술한 바와 같이, 세라믹입자의 표면을 아민기로 표면 기능화한 후 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 반응시켜 복합입자를 제조함으로써, 상기 아민기와 아민기와 반응 가능한 작용기가 서로 화학적 결합하여 상기 세라믹입자에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 코어층은 아민기가 표면에 도입된 세라믹입자로, 구체적으로 폴리아민계 화합물로 표면 코팅된 세라믹입자일 수 있다. 즉, 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자는 세라믹입자 및 폴리아민계 화합물 코팅층을 가진 것일 수 있다. 이와 같이 폴리아민계 화합물을 사용함으로써 세라믹입자의 표면을 용이하게 아민기로 기능화할 수 있으며, 이후 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체의 아민기와 반응 가능한 작용기가 서로 반응하여 화학적 결합함으로써 상기 세라믹입자에 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 폴리아민계 화합물은 2개 이상의 아민기를 함유하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 예를 들면, 폴리아민계 고분자, 폴리아민계 단분자 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이처럼 2개 이상의 아민기를 함유하는 폴리아민계 화합물로 세라믹입자의 표면을 코팅함으로써, 세라믹입자의 표면 전반에 걸쳐 균일하고 조밀하게 아민기로 기능화할 수 있다. 이때, 상기 아민기는 1차 아민기(-NH2), 2차아민기(-NH-) 또는 이들이 혼합된 것일 수 있다.
더욱 구체적인 일 예시로, 상기 폴리아민계 화합물은, 폴리알킬렌이민, 폴리비닐아민, 폴리아미도아민, 폴리알릴아민 및 폴리에테르아민 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 고분자; 알킬렌디아민, 디알킬렌트리아민, 트리알킬렌테트라아민, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 1,3-비스(4,4'-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-디아미노-1,5-페녹시펜탄, 4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메톡시-4,4'-디아미노비페닐, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸-4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2'-트리플루오로메틸-4,4'-디아미노비페닐, 1,4-디아미노사이클로헥산, 1,2-디아미노사이클로헥산, 1,4-사이클로헥산비스(메틸아민) 및 4,4'-디아미노디사이클로헥실메탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 단분자; 또는 이들에서 선택되는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게, 상기 폴리아민계 화합물은 폴리아민계 고분자일 수 있다. 폴리아민계 고분자를 사용하는 것이, 폴리아민계 화합물 코팅층의 두께를 향상시킴에 있어 효과적일 수 있으며, 폴리아민계 화합물 코팅층의 두께를 향상시킴으로써 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체와의 반응성이 향상되어 탄성중합체 매트릭스 내 복합입자의 함량을 크게 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 복합입자가 높은 함량으로 균일하게 분산된 유전층을 형성할 수 있으며, 감도가 우수한 압전형 압력센서를 제조할 수 있다.
보다 바람직하게는 중량평균분자량이 10,000 내지 2,000,000 g/mol인 폴리아민계 고분자를 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량이 100,000 내지 1,500,000 g/mol, 특히 바람직하게는 500,000 내지 1,000,000 g/mol g/mol인 폴리아민계 고분자를 사용하는 것이 폴리아민계 화합물 코팅층의 두께를 향상시킴에 있어 보다 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 폴리아민계 화합물 코팅층의 두께는 1 내지 100 ㎚, 보다 좋게는 3 내지 50 ㎚, 더욱 좋게는 5 내지 20 ㎚일 수 있으며, 상기 범위에서 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체와의 반응성이 더욱 향상되어 탄성중합체 매트릭스 내 복합입자의 함량을 크게 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 세라믹입자는 당업계에서 통상적으로 사용되며, 압전 효과가 우수한 세라믹입자라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 티탄산 지르콘산 납(PZT), 티탄산 납, 티탄산바륨, 산화아연, 질화알루미늄, 황화카드뮴, 비스무스 철 산화물 및 탄화실리콘 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 좋게는 PZT를 사용하는 것이 압전형 압력센서의 감도를 향상시킴에 있어 보다 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 세라믹입자의 평균입경은 0.1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 0.3 내지 10 ㎛, 더욱 좋게는 0.5 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 복합입자의 분산성 및 유연성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층에 있어, 상기 아민기와 반응 가능한 작용기는 아민기와 화학적으로 반응하여 결합할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 구체적인 일 예시로 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층의 아민기와 반응 가능한 작용기는 산무수물(acid anhydride)기일 수 있다. 산무수물기는 아민기와 용이하게 반응할 수 있어 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착될 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 산무수물기는 -R1(C=O)O(C=O)R2, -R3(C=O)2O 및 -R4((C=O)2O)2에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 작용기로, 이때, 상기 R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 아릴렌기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기이며, 상기 R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 아릴기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기일 수 있다.
보다 구체적이며 비 한정적인 일 예시로, 상기 산무수물기는 아세트산무수물(acetic anhydride)기, 석신산무수물(succinic anhydride)기, 글루타르산무수물(glutaric anhydride)기, 말레산무수물(maleic anhydride)기, 프탈산무수물(phthalic anhydride)기, 테트라히드로프탈산무수물(tetrahydrophthalic anhydride)기 및 피로메리트산무수물(pyromellitic dianhydride)기 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 따른 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층에 있어, 상기 탄성중합체는 당업계에서 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 실리콘계 중합체, 우레탄계 중합체, 스티렌계 중합체 및 올레핀계 중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 단독 중합체, 둘 이상의 공중합체 또는 둘 이상의 단독 중합체를 포함하는 혼합 중합체일 수 있다.
보다 구체적인 일 예시로, 상기 탄성중합체는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane), 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌 고무 (polyethylene-co-propylene elastomer, POE), EPDM 고무 (ethylene propylene diene rubber, EPDM) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
바람직하게, 상기 탄성중합체는 스티렌계 블록 공중합체일 수 있으며, 상기 스티렌계 블록 공중합체는 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm) 블록 공중합체 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 예에 따른 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체는 적절한 점도를 가지는 것이 좋은데, 이를 통해 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면에 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 더욱 효과적으로 결합시킬 수 있어 좋다. 구체적인 일 예시로, 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체는, 톨루엔 용매에 15 중량%의 농도로 용해시켰을 때를 기준으로, 1 내지 50 P일 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 30 P, 더욱 좋게는 5 내지 20 P일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층의 두께는 1 내지 30 ㎚, 보다 좋게는 2 내지 20 ㎚, 더욱 좋게는 3 내지 10 ㎚일 수 있다. 상기 범위에서 탄성중합체 매트릭스와의 호환성이 증가하여 탄성중합체 매트릭스 내 복합입자의 함량을 크게 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 압전형 압력센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 탄성중합체 매트릭스에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 탄성중합체 매트릭스는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 앉고 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 탄성중합체 매트릭스는 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체가 혼합된 혼합 탄성중합체를 포함하는 것일 수 있다. 이처럼, 두 종류의 탄성중합체를 혼합하여 매트릭스로 사용함으로써 압전형 압력센서로 응용 시 전압이 낮은 압력에서 빠르게 포화되는 단점을 개선할 수 있으며, 감도를 향상시킬 수 있어 좋다.
보다 바람직한 일 예로, 상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 실리콘계 중합체, 우레탄계 중합체, 스티렌계 중합체 및 올레핀계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
더욱 바람직한 일 예로, 상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm) 블록 공중합체 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이되, 서로 상이한 것일 수 있다. 가장 바람직한 일 예로, 상기 제1탄성중합체는 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 제2탄성중합체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm) 블록 공중합체일 수 있다. 이처럼, 서로 다른 종류의 스티렌계 블록 공중합체를 혼합하여 탄성중합체 매트릭스로 사용함으로써 압전형 압력센서로 응용 시 전압이 낮은 압력에서 빠르게 포화되는 단점을 더욱 효과적으로 개선할 수 있으며, 감도를 더욱 향상시킬 수 있어 좋다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 제1탄성중합체와 제2탄성중합체를 적정 비율로 혼합하여 주는 것이 좋다. 구체적인 일 예시로, 상기 제1탄성중합체:제2탄성중합체의 중량비는 10:90 내지 90:10일 수 있다.
보다 좋게는 상기 제1탄성중합체:제2탄성중합체의 중량비는 20:80 내지 70:30일 수 있으며, 더욱 좋게는 제1탄성중합체:제2탄성중합체의 중량비는 25:75 내지 50:50일 수 있다. 이와 같은 범위에서 압전형 압력센서로 응용 시 전압이 낮은 압력에서 빠르게 포화되는 단점을 특히 효과적으로 개선할 수 있으며, 우수한 감도를 확보할 수 있어 좋고, 특히 누설전류 문제를 방지할 수 있어 좋다.
또한, 본 발명의 일 예에 있어, 상기 복합입자와 탄성중합체 매트릭스의 혼합 비율을 적절하게 조절하여 주는 것이 좋으며, 구체적인 일 예시로, 상기 복합입자:탄성중합체 매트릭스의 중량비는 50:50 내지 95:5일 수 있으며, 보다 좋게는 60:40 내지 90:10, 더욱 좋게는 70:30 내지 85:15일 수 있다. 이와 같은 범위에서 상기 복합입자가 탄성중합체 매트릭스 내 고르게 분산될 수 있으며, 향상된 감도를 확보함에 있어 좋다.
아울러, 본 발명의 일 예에 따른 상기 페이스트 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 페이스트 조성물의 점도 및 고형분의 함량을 조절하기 위한 것으로, 이때 용매는 탄성중합체 매트릭스를 용해시킬 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 테트라하이드로퓨란(THF), 포름아마이드, 디메틸포름아마이드(DMF), 메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸설폭사이드(DMSO), 톨루엔, 감마-부티로락톤, 아세토나이트릴, 디에틸렌글리콜, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세톤, 아세틸아세톤, α-터피네올, β-터피네올, 디하이드로 터피네올, 2-메톡시 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등의 알코올계 용매, 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용매의 첨가량은 특별히 한정하지 않으며, 페이스트 조성물의 점도 및 고형분의 함량에 따라 달리 조절할 수 있다. 일 예시로, 상기 고형분은 페이스트 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 90 중량%일 수 있으며, 좋게는 30 내지 85 중량% 보다 좋게는 50 내지 80 중량%, 더욱 좋게는 60 내지 75 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 유전층 형성 효율이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 페이스트 조성물로 형성되는 박막에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 박막은 페이스트 조성물을 박막 형성으로 도포한 후, 이를 건조시킨 것일 수 있다. 이때, 상기 박막은 압력 변화에 민감하게 반응하여 발생되는 전압이 달라질 수 있으며, 압전형 압력센서에 응용 시 유전층으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 박막을 포함하는 압전형 압력센서에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 압력센서는 박막 및 전극을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 전극은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 압전형 압력센서는 하부 전극층, 상기 하부 전극층 상에 형성된 유전층, 및 상기 유전층 상에 형성된 상부 전극층을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 유전층이 상기 박막일 수 있다. 이때, 상기 압전형 압력센서를 이루는 각 층의 두께는 통상적인 수준이라면 특별히 제한하지 않으며, 구체적인 일 예시로, 상기 하부 전극층 및 상부 전극층의 두께는 서로 독립적으로 10 내지 500 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 30 내지 300 ㎛, 더욱 좋게는 50 내지 200 ㎛일 수 있다. 상기 유전층의 두께는 10 내지 1,000 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 30 내지500 ㎛, 더욱 좋게는 50 내지 300 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 압전형 압력센서는 압전형 압력센서가 하나로 구성된 단일 압전형 압력센서일 수 있으며, 또는 복수개의 압전형 압력센서가 일정한 규칙에 따라 나열된 압전형 압력센서 어레이일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 압전형 압력센서를 포함하는 소자에 관한 것이다. 이때, 소자는 압전형 압력센서가 적용될 수 있는 공지된 모든 소자를 의미하며, 구체적인 일 예로, 의료, 자동차, 항공, 가전, 환경 등 다양한 분야의 소자에 적용이 가능하며, 압력 계측이 필요한 소자라면 어떤 것에라도 적용이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 페이스트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 예에 따른 페이스트 조성물의 제조방법은 a) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계; b) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; 및 c) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, a) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계를 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 세라믹입자의 표면을 아민기로 표면 기능화한 후 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 반응시켜 복합입자를 제조함으로써, 상기 아민기와 아민기와 반응 가능한 작용기가 서로 화학적 결합하여 상기 세라믹입자에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착되도록 할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 a)단계는 세라믹입자의 표면을 아민기로 기능화하기 위한 단계로, 세라믹입자와 폴리아민계 화합물을 혼합함으로써 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 제조할 수 있다.
보다 구체적인 일 예로, 세라믹입자와 폴리아민계 화합물을 각각 증류수에 넣어 두 개의 분산액을 제조한 후, 폴리아민계 화합물이 분산된 분산액을 세라믹입자 분산액에 적가(dropping) 및 교반하여 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 제조할 수 있다. 또는, 하나의 증류수에 세라믹입자와 폴리아민계 화합물을 모두 넣어 하나의 분산액을 제조한 후 이를 교반하여 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 제조할 수 있다. 이때, 반응 종료 후 원심분리, 교반, 분산 공정의 후속 공정이 수행될 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 각각의 분산액 또는 하나의 분산액은 pH 8 내지 14로 산성도가 조절된 것일 수 있으며, 보다 좋게는 pH 9 내지 11로 산성도가 조절된 것일 수 있다. 이와 같이 분산액을 염기성으로 조절함으로써 세라믹입자의 표면을 폴리아민계 화합물로 잘 코팅할 수 있다. 산성도는 염기성 화합물이라면 특별히 한정하지 않고 사용하여 조절할 수 있으며, 비한정적인 일 구체예로, 수산화암모늄, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등을 사용하여 조절할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 세라믹입자 : 폴리아민계 화합물은 1 : 0.1 내지 20의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위에서 세라믹입자의 표면을 효과적으로 기능화할 수 있다. 보다 좋게는 세라믹입자 : 폴리아민계 화합물은 1 : 0.5 내지 10, 더욱 좋게는 1 : 1 내지 5의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위에서 세라믹입자의 표면 전반에 걸쳐 아민기로 기능화할 수 있다.
이때, 상기 세라믹입자 및 폴리아민계 화합물의 구체적인 물질은 페이스트 조성물에서 설명한 바와 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.
다음으로, b) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 b)단계는 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면을 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체로 코팅하기 위한 단계로, 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 아민기와 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체의 아민기와 반응 가능한 작용기가 화학적으로 결합함으로써 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 높은 강도로 접착되도록 할 수 있다.
보다 구체적인 일 예로, 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 제1용매에 분산시킨 분산액과 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 제2용매에 녹인 용액을 각각 제조한 후, 이를 혼합하여 복합입자를 제조할 수 있다. 이때, 균질한 혼합을 위해 고점도 물질 교반기로 균질화할 수 있으며, 반응 종료 후 건조 등의 후속 공정이 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어, 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 : 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체는 1 : 0.3 내지 10의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 좋게는 세라믹입자 : 폴리아민계 화합물은 1 : 0.3 내지 5의 중량비, 더욱 좋게는 1 : 0.3 내지 1의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자의 표면에 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 효과적으로 코팅될 수 있다.
이때, 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체의 구체적인 물질은 페이스트 조성물에서 설명한 바와 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 제1용매는 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자가 잘 분산되면서 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체와 화학적으로 반응하지 않는 안정적인 용매를 선택되는 것이 바람직하며, 구체적인 일 예시로, 상기 제1용매는 2-메톡시 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등의 알코올계 용매일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러, 제1용매의 양은 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자가 잘 분산될 정도면 충분하며, 특별히 그 양을 제한하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 제2용매는 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 용해시킬 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 테트라하이드로퓨란(THF), 포름아마이드, 디메틸포름아마이드(DMF), 메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸설폭사이드(DMSO), 톨루엔, 감마-부티로락톤, 아세토나이트릴, 디에틸렌글리콜, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세톤, 아세틸아세톤, α-터피네올, β-터피네올, 디하이드로 터피네올, 2-메톡시 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등의 알코올계 용매, 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 제2용매의 양은 상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체가 충분히 용해될 정도면 충분하며, 특별히 그 양을 제한하지 않을 수 있다.
다음으로, c) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
이때, 탄성중합체 매트릭스의 구체적인 물질 등은 페이스트 조성물에서 설명한 바와 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 복합입자와 탄성중합체 매트릭스의 혼합 비율은 페이스트 조성물로 압력센서를 제조할 시, 유전층이 충분한 유연성을 가지면서도 쉽게 손상되지 않을 정도로 혼합하는 것이 좋으며, 구체적인 일 예시로, 상기 복합입자:탄성중합체 매트릭스의 중량비는 50:50 내지 95:5일 수 있으며, 보다 좋게는 60:40 내지 90:10, 더욱 좋게는 70:30 내지 85:15일 수 있다. 이와 같은 범위에서 상기 복합입자가 탄성중합체 매트릭스 내 고르게 분산될 수 있으며, 향상된 감도를 확보함에 있어 좋다.
이때, 페이스트 조성물의 점도 및 고형분의 함량을 조절하기 위하여, 제3용매가 더 첨가될 수 있다. 이때 제3용매는 탄성중합체 매트릭스를 용해시킬 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제1용매 및 제2용매와 동일하거나 다를 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 제3용매는 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 테트라하이드로퓨란(THF), 포름아마이드, 디메틸포름아마이드(DMF), 메틸아세트아마이드(DMAC), 디메틸설폭사이드(DMSO), 톨루엔, 감마-부티로락톤, 아세토나이트릴, 디에틸렌글리콜, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세톤, 아세틸아세톤, α-터피네올, β-터피네올, 디하이드로 터피네올, 2-메톡시 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등의 알코올계 용매, 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제3용매의 첨가량은 특별히 한정하지 않으며, 페이스트 조성물의 점도 및 고형분의 함량에 따라 달리 조절할 수 있다. 일 예시로, 상기 고형분은 페이스트 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 90 중량%일 수 있으며, 좋게는 30 내지 85 중량% 보다 좋게는 50 내지 80 중량%, 더욱 좋게는 60 내지 75 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 유전층 형성 효율이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 압전형 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 예에 따른 압전형 압력센서의 제조방법은 A) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계; B) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; C) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계; D) 상기 페이스트 조성물을 하부 전극층 상에 도포하여 유전층을 형성하는 단계; 및 E) 상기 유전층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 A) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계; B) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; C) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계;는 페이스트 조성물의 제조방법과 동이한 바, 중복설명은 생략한다.
다음으로, D) 상기 페이스트 조성물을 하부 전극층 상에 도포하여 유전층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 D)단계는 페이스트 조성물의 점도 및 고형분 함량 등의 조건에 따라 형성 방법이 달라질 수 있으며, 통상적으로 페이스트 조서물을 도포 및 코팅하는 방법을 사용할 수 있다. 구체적인 일 예시로, 상기 D)단계는 상기 페이스트 조성물을 하부 전극층 상에 코팅하여 유전층을 형성할 수 있다. 이때 코팅은 공지된 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 스핀 코팅, 바 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.
이후, 코팅된 페이스트 조성물은 건조하는 건조 단계가 더 수행될 수 있다. 이때, 건조 방법은 페이스트 조성물에 첨가된 용매를 제거할 수 있는 조건이라면 특별히 한정하지 않는다. 구체적인 일 예시로, 1,3-디클로로벤젠을 용매로 사용한 경우, 60 내지 120℃에서 1 내지 24시간 동안 건조하여 유전층을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 하부 전극층은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로, 전도성 물질을 함유하는 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 수 있다. 이때, 전도성 물질은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금에 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 입자, 섬유, 플레이트 등의 형상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 아울러, 상기 전극용 페이스트는 전도성 물질 외 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더, 용매 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 하부 전극층의 형성 방법은 공지된 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 스핀 코팅, 바 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.
다음으로, E) 상기 유전층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 상부 전극층은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 하부 전극층과 동일한 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적인 일 예시로, 전도성 물질을 함유하는 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 수 있다. 이때, 전도성 물질은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금에 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 입자, 섬유, 플레이트 등의 형상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 아울러, 상기 전극용 페이스트는 전도성 물질 외 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더, 용매 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 상부 전극층의 형성 방법은 공지된 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 스핀 코팅, 바 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 페이스트 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 압전형 압력센서와 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[유전층용 페이스트 조성물 제조]
[비교예 1] PZT / PDMS 매트릭스
PZT 세라믹입자(PbZrxTi1-xO3, 평균입경 약 1 ㎛, Ceracom)와 폴리디메틸실록산(PDMS, Sylgard 184, Dow Corning, 주제와 경화제의 비율은 10:1) 탄성중합체 매트릭스, 및 1,3-디클로로벤젠 용매를 고점도 물질 교반기(Thinky mixer)로 이용하여 혼합함으로써 페이스트 조성물을 제조하였다.
이때, PZT 세라믹입자:PDMS의 중량비는 80:20이었으며, 페이스트 조성물 중 고형분은 66 중량%이었다.
[비교예 2] PZT / SEBSm 매트릭스
탄성중합체 매트릭스로 PDMS 대신 말레산무수물이 그라프트된 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBSm, styrene-(ethylene-random-butylene)-styrene-graft-maleic anhydride, 점도=12.5 P(15 중량% in toluene), Sigma Aldrich)를 사용한 것 외 모든 공정을 비교예 1과 동일하게 수행하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
[비교예 3] PZT-PEI / SEBSm 매트릭스
5 g의 PZT 세라믹입자(PbZrxTi1-xO3, 평균입경 약 1 ㎛, Ceracom)를 증류수에 분산시킨 후 pH를 10으로 조절하였다. 다음으로, 15 g의 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI, 중량평균분자량: 750,000 g/mol, Sigma Aldrich)을 첨가하고 1시간 동안의 교반시킨 후 원심분리기(Supra 30K, Hanil)를 이용하여 아민기로 표면 기능화된 PZT 세라믹입자(PZT-PEI 입자)를 수득하였다.
이와 같은 방법으로 제조된 PZT-PEI 입자를 사용한 것 외 모든 공정을 비교예 2와 동일하게 수행하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
[실시예 1] PZT-PEI-SEBSm / SEBS+SEBSm 매트릭스(1:9)
비교예 3과 동일한 방법으로 PZT-PEI 입자를 수득한 후, 수득한 PZT-PEI 입자:에탄올을 20:1의 중량비로 혼합 및 분산시켜 PZT-PEI 입자 분산액을 준비하였다. 별도로, SEBSm 블록공중합체(점도=12.5 P(15 중량% in toluene), Sigma Aldrich)를 1,3-디클로로벤젠에 녹여 SEBSm 용액(SEBSm:1,3-디클로로벤젠의 중량비=3:1)을 준비하였다.
다음으로, PZT-PEI 입자 분산액과 SEBSm 용액을 1:1.666의 중량비로 혼합한 후 볼텍스(Vortex)를 이용하여 30분 동안 균질화시켰다. 그 후, 원심분리를 하여 아민기로 표면 기능화된 PZT 세라믹입자의 표면이 SEBSm 블록공중합체로 코팅된 복합입자(PZT-PEI-SEBSm 복합입자)를 수득하였다.
별도로, 탄성중합체 매트릭스로 SEBS 블록공중합체(SEBS, styrene-(ethylene-random-butylene)-styrene, 중량평균분자량 : 89000, Sigma Aldrich)와 SEBSm 블록공중합체(점도=12.5 P(15 중량% in toluene), Sigma Aldrich)가 혼합된 혼합 탄성중합체를 준비하였으며, SEBS:SEBSm의 중량비는 10:90이었다.
PZT-PEI-SEBSm 복합입자와 혼합 탄성중합체 매트릭스, 및 1,3-디클로로벤젠 용매를 고점도 물질 교반기(Thinky mixer)로 이용하여 혼합함으로써 페이스트 조성물을 제조하였다.
이때, PZT-PEI-SEBSm 복합입자:혼합 탄성중합체의 중량비는 80:20이었으며, 고형분은 66 중량%이었다.
[실시예 2] PZT-PEI-SEBSm / SEBS+SEBSm 매트릭스(3:7)
혼합 탄성중합체로 SEBS:SEBSm의 중량비를 30:70으로 달리한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
[실시예 3] PZT-PEI-SEBSm / SEBS+SEBSm 매트릭스(7:3)
혼합 탄성중합체로 SEBS:SEBSm의 중량비를 70:30으로 달리한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
[실시예 4] PZT-PEI-SEBSm / SEBS+SEBSm 매트릭스(9:1)
혼합 탄성중합체로 SEBS:SEBSm의 중량비를 90:10으로 달리한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
[압력센서 제조]
[비교제조예 1]
- 하부 전극용 페이스트 조성물 제조:
은(Ag) 플레이크(평균입경 1,2 ㎛, SF-120, Ames Goldsmith Corporation)와 폴리디메틸실록산(PDMS, Sylgard 184, Dow Corning, 주제와 경화제의 비율은 10:1), 및 1,3-디클로로벤젠 용매를 유발을 이용하여 함께 혼합하였다. 은(Ag) 플레이크:PDMS의 중량비는 92:1이며, 전극용 페이스트 조성물 중 고형분은 92 중량%이었다. 상기 성분들을 유발 혼합한 뒤 고점도 물질 교반기(Thinky mixer)로 혼합하여 전도성을 가진 하부 전극용 은 페이스트(Ag paste) 조성물을 제조하였다.
- 상부 전극용 페이스트 조성물 제조:
용매를 테르피네올(Terpineol)로 달리한 것 외 모든 공정을 하부 전극용 페이스트 조성물의 제조 공정과 동일하게 수행하여 상부 전극용 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
- 압력센서 제조:
125 ㎛ 두께를 가지는 폴리이미드 기판 상에 하부 전극용 은 페이스트 조성물을 바 코팅(Bar-Coating)하여 하부 전극층을 제조하였다. 100 ㎛ 두께를 가지는 하부 전극층을 120℃에서 4시간 동안 경화시켰다.
다음으로, 상기 하부 전극층 상에 비교예 1에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 바 코팅하여 유전층을 제조하였다. 200 ㎛ 두께를 가지는 유전층을 상온에서 2시간 그리고 100℃에서 1시간 동안 건조시켰다.
끝으로, 상기 유전층 상에 상부 전극용 은 페이스트 조성물을 바 코팅(Bar-Coating)하여 상부 전극층을 제조하였다. 100 ㎛ 두께를 가지는 상부 전극층을 120℃에서 4시간 동안 경화시켜 최종 압전형 압력센서를 제조하였다.
[비교제조예 2]
비교예 2에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[비교제조예 3]
비교예 3에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[제조예 1]
실시예 1에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[제조예 2]
실시예 2에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[제조예 3]
실시예 3에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[제조예 4]
실시예 4에서 제조된 유전층용 페이스트 조성물을 사용한 것 외 모든 공정을 비교제조예 1과 동일하게 수행하여 압전형 압력센서를 제조하였다.
[결과 분석]
1) PZT-PEI-SEBSm 복합입자 분석
PZT 세라믹입자는 히드록실(Hydroxyl) 말단 표면을 갖고 있으며, 산성 매질에서 양전하인 -OH2+로 하전되고, 염기성 매질에서는 음전하인 -O-로 하전된다.
표면처리 되지 않은 PZT 세라믹입자는 염기성 조건에서 -20 내지 -40 ㎷의 음 제타 전위를 가지는데, 아민(NH2) 작용기가 많은 폴리에틸렌이민(PEI)이 정전기적 인력으로 PZT 세라믹입자의 표면에 결합함으로서, PZT-PEI 입자는 +25.3 ㎷의 제타 전위 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다(도 2).
아울러, SEBSm의 말레산무수물기는 PEI의 아민기와 화학 반응을 통해 결합하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, HRTEM에서는 SEBSm의 말레산무수물기 C와 PEI의 N의 결합이 확인되었다.
또한, 도 4는 FT-IR 스펙트럼 분석 자료로, 이를 통해서 SEBSm의 말레산무수물기와 PEI의 아민기가 화학적인 반응을 통해 결합함을 구체적으로 확인할 수 있었다. 상세하게, 아무것도 처리하지 않은 PZT의 경우 특징적인 피크가 나타나지 않았으며, PZT에 아민 작용기를 처리한 PZT-PEI의 경우 3000 내지 3500 ㎝-1 파장 영역에서 물 분자에 해당하는 O-H 신축진동에 의한 피크가 나타났다. 반면, SEBSm을 결합시킨 PZT-PEI-SEBSm 복합입자에서는 O-H 신축진동에 의한 피크는 사라지고, 아미드 결합의 C-N에 의한 두 개의 피크가 1000 내지 1200 ㎝-1의 영역에서 확인됨으로써 SEBSm의 말레산무수물기와 아민(NH2)기가 결합되어 아미드 결합이 형성됨을 확인할 수 있었다.
2) 압력에 따른 전압 특성 분석
제작된 압전형 압력센서는 강한 전계를 흘러주는 폴링 공정(Poling process)을 거치기 위해 피복된 와이어(wrapping wire)를 각각 상·하부 전극에 붙였다. 장비는 고전압 전원 공급 장치(PS375, Stanford Research Systems corporation)를 사용하여, 하부 전극에 (+)극, 상부 전극에 (-)극을 연결해주고, 폴링 전압은 1000 V, 시간은 10분, 상온의 조건에서 풀링 공정을 수행하였다. 오실로스코프(MDO 3054, Tektronix)로 압전형 압력센서의 압전 특성을 측정하였으며, 압력 인가 힘은 디지털 포스게이지(Force gauge, M7-10, Mark-10 Corp.)를 사용하여 제어하였고, 압력 인가 속도는 스텝 모터 컨트롤러(Step motor controller, ECOPIA Corp.)를 이용하여 제어하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교제조예 1의 압젼식 압력센서는 1 ㎪ 미만의 낮은 압력 범위에서 전압이 소폭 상승하였지만, 비교적 짧은 범위인 5 ㎪에서 약 87 ㎷인 전압 값을 보였다. 압력을 더 인가하였을 때 전압 값은 빠르게 포화(Saturation)되어 30 ㎪의 범위에서도 비슷한 전압 값을 유지하였다.
아울러, 비교제조예 2의 압젼식 압력센서는 1 ㎪ 미만의 낮은 압력 범위에서는 비교제조예 1의 압젼식 압력센서에 비해 전압 값이 비교적 높게 나타났다. 5 ㎪의 압력에서는 약 240 ㎷인 전압 값을 보였지만, 압력을 더 인가할수록 전압 값이 빠르게 포화되어 30 ㎪의 범위에서도 비슷한 전압 값이 측정되었다.
비교제조예 3의 경우, 폴링 공정에서 단락(쇼트)이 발생하였으며, 소자가 제대로 작동하지 않았다. 이는 아민기로 표면기능화된 세라믹 입자(PZT-PEI)가 극성을 띄고 있기 때문인 것으로 판단된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 제조예 1의 압젼식 압력센서는 1 ㎪의 압력 범위에서 0.3 V로서 쉽게 포화되는 것을 확인하였으며, 이는 화학적 결합으로 제조한 복합입자의 PEI 그룹의 아민기의 존재에서 기인하는 것으로, 혼합 탄성중합체의 각 탄성중합체 혼합 비율이 적절하지 않아 복합입자에 미반응된 아민기가 남아있음으로서, 누설전류 문제가 발생하고 따라서, 재현성이 매우 낮은 것으로 판단된다.
제조예 2의 압젼식 압력센서는 1 ㎪ 미만의 낮은 압력에서 약 0.2 V의 값을 얻었으며, 1 ㎪ 이상의 경우, 압력센서의 전압 값은 약 0.3 V에서 쉽게 포화되는 것을 확인할 수 있었다. 탄성중합체 매트릭스 내 SEBS의 혼합 비율을 크게 증가시켰음에도 출력 전압 값은 향상되지 않았으며, 이 결과로 미반응된 아민기가 남아있음을 확인할 수 있었다.
제조예 3의 압젼식 압력센서는 압력 인가에 따라 출력 전압이 크게 향상되었다. 1 ㎪의 미만 압력에서는 140 ㎷의 출력 전압 값을 갖고, 1 ㎪ 이상에서는 출력전압 값이 상승하여 30 ㎪에서 약 0.9 V의 출력 전압 값을 확인하였다. 10 ㎪까지의 압력 범위에서 0.06 V·㎪-1의 감도로 높은 센서 성능을 나타내었다. 아울러, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각 1 ㎪, 5 ㎪, 10 ㎪, 30 ㎪의 압력으로 탭핑한 결과, 전압 값은 140 ㎷, 360 ㎷, 660 ㎷, 900 ㎷로 일정하게 측정되어 압력센서가 안정화된 것을 확인할 수 있었다.
제조예 4의 압젼식 압력센서는 출력 전압 값은 쉽게 포화되었고, 전압 값은 0.2 내지 0.3V로 낮게 나타났다. 이는 높은 누설전류 특성을 가지는 SEBS 탄성중합체의 과도한 혼입으로 인하여 성능이 저하된 것으로 판단된다.
이처럼, 아민기로 표면 기능화된 PZT 세라믹입자의 표면이 SEBSm 블록공중합체로 코팅된 복합입자(PZT-PEI-SEBSm 복합입자)를 사용함과 동시에, 혼합 탄성중합체 매트릭스의 혼합 비율을 적절하게 조절하여 줌으로써 압전형 압력센서의 압력에 따른 전압 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
3) 신체 신호 감지 실험
도 1에 도시된 바와 같이, 제조예 3에서 제조된 압전형 압력센서를 피부(목)에 부착한 후 신체 신호를 감지하는 실험을 진행하였다.
상세하게, 사람의 목에 제조예 3에서 제조된 압전형 압력센서를 부착한 후, 발성을 통해 신호 감지를 확인하였다. 그 결과, 발음 ‘아[a]’,‘에[e]’,‘이[i]’와 ‘침 삼킴(S, swallow)’으로 인해 압력센서가 약 1 V 정도로 감지되었음을 알 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자 코어층, 상기 코어층의 표면에 코팅된 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층을 포함하는 복합입자; 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 페이스트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성중합체 매트릭스는 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체가 혼합된 혼합 탄성중합체를 포함하는 것인, 페이스트 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 실리콘계 중합체, 우레탄계 중합체, 스티렌계 중합체 및 올레핀계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 페이스트 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1탄성중합체 및 제2탄성중합체는 서로 독립적으로 스티렌-부틸렌-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌-그래프트-말레산무수물(SEBSm) 블록 공중합체 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이되, 서로 상이한 것인, 페이스트 조성물.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1탄성중합체:제2탄성중합체의 중량비는 10:90 내지 90:10인, 페이스트 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체층의 아민기와 반응 가능한 작용기는 산무수물(acid anhydride)기인, 페이스트 조성물.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 산무수물기는 -R1(C=O)O(C=O)R2, -R3(C=O)2O 및 -R4((C=O)2O)2에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 작용기로,
    이때, 상기 R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4 내지 15의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 4 내지 15의 아릴렌기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기이며, 상기 R2는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 10의 사이클로알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 아릴기 및 이들에서 선택되는 어느 둘 이상이 결합된 작용기인, 페이스트 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자는 폴리아민계 화합물로 표면 코팅된 세라믹입자인, 페이스트 조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 폴리아민계 화합물은,
    폴리알킬렌이민, 폴리비닐아민, 폴리아미도아민, 폴리알릴아민 및 폴리에테르아민으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 고분자;
    알킬렌디아민, 디알킬렌트리아민, 트리알킬렌테트라아민, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 1,3-비스(4,4'-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-디아미노-1,5-페녹시펜탄, 4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 3,3'-디메톡시-4,4'-디아미노비페닐, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸-4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2'-트리플루오로메틸-4,4'-디아미노비페닐, 1,4-디아미노사이클로헥산, 1,2-디아미노사이클로헥산, 1,4-사이클로헥산비스(메틸아민) 및 4,4'-디아미노디사이클로헥실메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 폴리아민계 단분자;
    또는 이들에서 선택되는 둘 이상의 혼합물인, 페이스트 조성물.
  10. 제 1항 내지 제 9항에서 선택되는 어느 한 항의 페이스트 조성물로 형성되는 박막.
  11. 제 10항의 박막을 포함하는 압전형 압력센서.
  12. 제 11항의 압전형 압력센서를 포함하는 소자.
  13. a) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계;
    b) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계; 및
    c) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 페이스트 조성물의 제조방법.
  14. A) 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자를 준비하는 단계;
    B) 상기 아민기로 표면 기능화된 세라믹입자, 및 아민기와 반응 가능한 작용기가 그라프트된 탄성중합체를 포함하는 제1반응용액을 혼합하여 복합입자를 제조하는 단계;
    C) 상기 복합입자 및 탄성중합체 매트릭스를 포함하는 제2반응용액을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계;
    D) 상기 페이스트 조성물을 하부 전극층 상에 도포하여 유전층을 형성하는 단계; 및
    E) 상기 유전층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 압전형 압력센서의 제조방법.
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