KR20210126949A - Composition for electrode of the leakage detection sensor and leakage detection sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 누액감지센서에 관한 것으로, 특히 감지전극을 형성하기 위하여 내산성 및 내화학성을 갖는 전극 조성물과, 이러한 전극 조성물을 이용하여 접촉식 또는 비접촉식으로 누설되는 액체를 감지하는 누액감지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a leak detection sensor, and more particularly, to an electrode composition having acid resistance and chemical resistance to form a sensing electrode, and a leak detection sensor for detecting liquid leaking in a contact or non-contact manner using the electrode composition. .
본 출원인이 등록한 등록특허 제10-1983660호(누설감지장치)의 누설감지센서는 각종 누설되는 화학용액을 정전용량방식으로 물, 산 및 알칼리 등의 전도성 및 비전도성 화학용액, 오일 및 유기용제를 감지하는 구조를 가지게 되며, 그 구조는 "내식성 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인; 내식성 및 내화학성이 우수한 재질로 되어 상기 베이스 필름의 상부면에 부착되고, 일정간격마다 홀이 형성되어 상기 도전라인을 외부로 노출시키는 커버 필름;으로 구성되며. 상기 각 도전라인은 3개의 층으로 구성되되, 가장 하부의 제1층은 에칭에 의해 구리로 형성되고, 상기 제1층의 상측으로 형성되는 제2층은 도금방식으로 니켈-구리층이 형성되며, 상기 제2층의 상측으로는 금도금방식으로 제3층이 형성"되는 구조를 가지고 있다.The leak detection sensor of Registered Patent No. 10-1983660 (leak detection device) registered by the present applicant uses a capacitive method to detect various leaking chemical solutions, including conductive and non-conductive chemical solutions such as water, acid and alkali, oil and organic solvents. It has a structure that senses, and the structure is "a base film made of a material having excellent corrosion resistance and chemical resistance; it is formed in a pair at a distance from each other on the upper surface of the base film to form a capacitance by the area and spacing It consists of a conductive line, a cover film made of a material with excellent corrosion resistance and chemical resistance, attached to the upper surface of the base film, and having holes formed at regular intervals to expose the conductive line to the outside. It consists of two layers, the lowermost first layer is formed of copper by etching, the second layer formed above the first layer is formed of a nickel-copper layer by plating, and the second layer is formed of copper. On the upper side, it has a structure in which a third layer is formed by a gold plating method.
따라서, 커버 필름의 홀을 통해 누설된 액체가 유입되면, 한 쌍의 도전라인에 걸쳐서 접촉됨으로써 그 정전용량값의 변화에 의해 물, 전도성 및 비전도성 화학용액, 그리고 오일 및 유기용제를 판별할 수 있게 된다.Therefore, when the leaked liquid flows in through the hole of the cover film, it is contacted over a pair of conductive lines, and water, conductive and non-conductive chemical solutions, and oil and organic solvents can be distinguished by the change in capacitance value. there will be
그런데, 이러한 종래기술에 따르면, 산 또는 알칼리 등의 용액이 도전라인에 반복적으로 여러번 자주 접촉하게 되면, 도전라인이 부식되어 손상되고, 이로 인하여 정확한 정전용량이 발생하지 못하게 됨으로써 감지 오류가 발생하는 문제점이 있었다.However, according to the prior art, when a solution such as acid or alkali comes into contact with the conductive line repeatedly and frequently several times, the conductive line is corroded and damaged, which prevents accurate capacitance from being generated, resulting in a sensing error. there was
또한, 금속으로 된 도전라인이 베이스 필름에 형성되어 있으므로, 외부의 가혹한 환경에 노출된 상태로 시간이 경과되면, 베이스 필름으로부터 도전라인이 박리되어 손상이 발생하고, 또한, 커버 필름도 베이스 필름에 접착제에 의해 부착됨으로써 접착제의 경화 및 산 또는 알칼리 용액에 의해 커버 필름이 박리되는 문제점을 가지고 있었다.In addition, since the conductive line made of metal is formed on the base film, when time passes while exposed to the harsh external environment, the conductive line is peeled off from the base film and damage occurs, and the cover film is also attached to the base film Since it is attached by an adhesive, there is a problem in that the adhesive is cured and the cover film is peeled off by an acid or alkali solution.
<선행기술문헌><Prior art literature>
1. 등록특허 제10-1983660호1. Registered Patent No. 10-1983660
(누설감지장치) (Leak detection device)
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 베이스 필름에 내식성과 내화학성을 갖는 감지전극을 형성하기 위한 전극용 조성물을 제공하고, 또한, 내식성 및 내화학성을 갖는 베이스 필름과 커버 필름을 내식성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 박음질하여 고정시킴으로써 박리가 발생하지 않도록 하는 누액감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve these conventional problems, the present invention provides a composition for an electrode for forming a sensing electrode having corrosion resistance and chemical resistance on a base film, and also provides a base film and a cover film having corrosion resistance and chemical resistance to corrosion resistance and An object of the present invention is to provide a leak detection sensor that prevents peeling by sewing and fixing with a chemical resistant thread.
또한, 내식성 및 내화학성을 갖는 필름에 전극용 조성물을 균일하게 도포하고, 슬리팅(slitting) 하여 감지전극을 형성하고, 그 감지전극을 베이스 필름에 내식성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 박음질하여 고정시킴으로써 박리가 발생하지 않도록 하는 누액감지센서를 제공한다.In addition, the electrode composition is uniformly applied to the film having corrosion resistance and chemical resistance, and the sensing electrode is formed by slitting, and the sensing electrode is sewn to the base film with a thread having corrosion resistance and chemical resistance and fixed. By doing so, a leak detection sensor is provided that prevents peeling from occurring.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 누액감지센서의 전극용 조성물은,The composition for electrodes of the leak detection sensor of the present invention for achieving the above object,
바인더로서 불소수지, 도전성을 갖는 그래핀, 용제, 분산제가 혼합되고,As a binder, a fluororesin, graphene having conductivity, a solvent, and a dispersant are mixed,
상기 불소수지는 25~35 중량%, 상기 그래핀은 1.5~2.5 중량%, 상기 용제는 65~75 중량%, 상기 분산제는 3.5~4.5 중량%가 혼합된다.The fluororesin is 25 to 35% by weight, the graphene is 1.5 to 2.5% by weight, the solvent is 65 to 75% by weight, and the dispersant is 3.5 to 4.5% by weight is mixed.
또한, 본 발명의 누액감지센서는,In addition, the leak detection sensor of the present invention,
내식성 및 내화학성을 갖는 재질로 된 베이스 필름;a base film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance;
상기 베이스 필름의 상부면에 길이방향으로 나란히 본 발명의 전극용 조성물로 형성되는 한 쌍의 감지전극;A pair of sensing electrodes formed of the composition for electrodes of the present invention side by side in the longitudinal direction on the upper surface of the base film;
내식성 및 내화학성을 갖는 재질로 되고, 상기 베이스 필름의 상부면에서 나란히 위치하며, 길이방향의 가장자리 부위에서 내식성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 상기 베이스 필름에 박음질되어 고정되는 커버 필름;을 구성된다.A cover film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance, positioned side by side on the upper surface of the base film, and sewn and fixed to the base film by a thread having corrosion resistance and chemical resistance at the edge portion in the longitudinal direction; .
이러한 상기 감지전극은 내식성 및 내화학성을 갖는 필름의 상부면에 상기 전극용 조성물이 도포되고, 그 전극용 조성물이 도포된 필름은 길이방향의 가장자리 부위에서 내식성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 상기 베이스 필름에 박음질되어 고정되도록 구성된다. In the sensing electrode, the composition for the electrode is applied to the upper surface of the film having corrosion resistance and chemical resistance, and the film coated with the composition for the electrode is formed by a thread having corrosion resistance and chemical resistance at the edge portion in the longitudinal direction. It is configured to be sewn and fixed to the film.
또 다른 형태로서, 상기 감지전극은 인쇄에 의해 형성되거나, In another form, the sensing electrode is formed by printing, or
또는 내식성 및 내화학성을 갖는 필름의 상부면에 상기 전극용 조성물이 도포되고, 그 전극용 조성물이 도포된 필름은 상기 베이스 필름에 접착제에 의해 고정되도록 구성된다.Alternatively, the composition for the electrode is applied to the upper surface of the film having corrosion resistance and chemical resistance, and the film coated with the composition for the electrode is configured to be fixed to the base film by an adhesive.
그리고, 상기 커버 필름에는 상기 한 쌍의 도전라인을 노출시키기 위하여 길이방향으로 일정간격마다 홀이 형성된다.In addition, holes are formed in the cover film at regular intervals in the longitudinal direction to expose the pair of conductive lines.
본 발명에 따른 전극용 조성물에 의한 누액감지센서는 내식성과 내화학성을 가짐으로써 물은 물론, 산, 알칼리, 각종 유기용제, 오일류 등을 반복적으로 감지할 수 있으면서도 손상이 발생하지 않아 안정적이고 신뢰성 있는 누액의 감지가 이루어짐은 물론 내식성과 내화학성을 갖는 실에 의해 베이스 필름에 박음질되어 고정된 경우에는 가혹한 외부 환경에 장시간 노출되더라도 박리가 발생하지 않게 되어 내구성이 크게 향상되는 장점이 있다.The leak detection sensor using the composition for electrodes according to the present invention has corrosion resistance and chemical resistance, so it can detect not only water, but also acids, alkalis, various organic solvents, oils, etc. In the case where leakage is detected and the base film is sewn and fixed by a thread having corrosion resistance and chemical resistance, peeling does not occur even when exposed to a harsh external environment for a long time, thereby greatly improving durability.
또한, 내식성과 내화학성을 갖는 커버 필름도 베이스 필름과 내식성과 내화학성을 갖는 실에 의해 박음질되어 고정됨으로써 감지전극을 안정적으로 보호할 수 있음은 물론 배이스 필름으로부터 박리가 되지 않게 되어 이 또한 내구성이 크게 형성된다.In addition, the cover film having corrosion resistance and chemical resistance is also sewn and fixed by the base film and a thread having corrosion resistance and chemical resistance, so that the sensing electrode can be stably protected, as well as not peeling off from the base film, which also improves durability. formed large.
도1은 본 발명에 의한 누액감지센서의 구조를 보인 도.
도2는 누액감지센서의 또 다른 형태를 보인 도.
도3은 커버 필름이 베이스 필름에 박음질되어 고정된 구조를 보인 단면도.
도4은 커버 필름과 도전라인이 베이스 필름에 박음질되어 고정된 구조를 보인 단면도.
도5는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도.
도6은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도.
도7은 일반적인 센서의 초기전하분포를 도시한 도.
도8은 본 발명에 적용된 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 초기전하분포를 도시한 도.
도9은 일반적인 센서의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도.
도10는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a leak detection sensor according to the present invention.
2 is a view showing another form of the leak detection sensor.
3 is a cross-sectional view showing a structure in which a cover film is sewn and fixed to a base film;
4 is a cross-sectional view showing a structure in which a cover film and a conductive line are sewn to a base film and fixed;
5 is a view showing a reduced negatively charged graphene oxide.
6 is a diagram showing a positively charged reduced graphene oxide.
7 is a diagram illustrating an initial charge distribution of a general sensor.
8 is a view showing the initial charge distribution of the sensing line including the charged and reduced graphene oxide applied to the present invention.
9 is a view showing the charge distribution of a common sensor upon contact with a harmful substance.
FIG. 10 is a view showing charge distribution when a sensing line including a charged and reduced graphene oxide comes into contact with a harmful substance according to another embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention.
따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. However, the embodiments of the present invention illustrated below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.
도1은 본 발명에 의한 누액감지센서의 구조를 보인 도이고, 도2는 누액감지센서의 또 다른 형태를 보인 도이며, 도3은 커버 필름이 베이스 필름에 박음질되어 고정된 구조를 보인 도이다.1 is a diagram showing the structure of a leak detection sensor according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another form of the leak detection sensor, and FIG. 3 is a diagram showing a structure in which a cover film is sewn to a base film and fixed. .
그리고, 도4은 커버 필름과 도전라인이 베이스 필름에 박음질되어 고정된 구조를 보인 도이다.4 is a view showing a structure in which the cover film and the conductive line are sewn to the base film and fixed.
본 발명의 누액감지센서는 도1 및 도2에서와 같이 내식성과 내화학성을 갖는 필름 재질로 된 베이스 필름(100)의 상부면에는 길이방향으로 길게 한 쌍의 감지전극(110,120)이 간격을 두고 나란히 위치하며, 그 베이스 필름(100)의 상측으로는 내식성과 내화학성을 갖는 필름 재질, 바람직하게는 불소계열 소재로 된 필름 재질로 된 커버 필름(200)이 덮혀져서 고정된다.In the leak detection sensor of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2 , a pair of
물론, 상기 베이스 필름(100)도 마찬가지로 내식성과 내화학성을 갖는 필름 재질, 바람직하게는 불소계열 소재로 된 필름 재질에 의해 형성된다.Of course, the
따라서, 감지전극(110,120) 사이에 누설된 액체가 위치하게 되면, 접촉식 또는 비접촉식으로 누액 상태를 감지하게 되는데, 접촉식의 경우에는 도1에서와 같이 커버 필름(200)에 감지전극(110,120)을 외부로 노출시킬 수 있도록 길이방향을 따라서 일정간격마다 홀(210)이 형성되어 그 홀(210)을 통해 누설된 액체가 유입됨으로써 직접 감지전극(110,120)에 접촉하여 감지전극(110,120) 사이에서 발생하는 저항, 전도도, 정전용량값의 변화를 감지하게 된다.Therefore, when the leaked liquid is located between the
비접촉식의 경우에는 도2에서와 같이 커버 필름(200)에 홀(210)이 형성되지 않게 되고, 누설된 액체가 커버 필름(200)의 상부면에 위치하게 되면, 감지전극(110,120) 사이에서의 정전용량값의 변화에 의해 누액 상태를 감지하는 것이다.In the case of the non-contact type, as shown in FIG. 2 , the
상기 한 쌍의 감지전극(110,120)은 전도성을 가지면서도 내식성, 내화학성을 가져서 산, 알칼리 등의 유해화학용액을 감지하면서도 또한 반복적으로 사용이 가능한 조성물로 형성되는데, 상기 조성물은 바인더로서 불소수지 즉 테프론(PFA, PTEF)과, 도전성을 갖는 그래핀, 용제, 분산제가 혼합된다.The pair of
즉, 불소계열 소재에 전도성의 그래핀 소재를 주재료로 하여 인쇄가능한 조성물을 형성하는 것이다.That is, a printable composition is formed using a fluorine-based material and a conductive graphene material as a main material.
상기 불소수지는 내식성 및 내화학성을 가지고 있고, 150℃에서 경화되는 액상 형태를 가지게 되며, 25~35 중량%로 혼합된다.The fluororesin has corrosion resistance and chemical resistance, has a liquid form that is cured at 150° C., and is mixed in an amount of 25 to 35% by weight.
상기 그래핀은 도전성을 가지는 것으로서, 감지전극(110,120)에 전원을 흐르게 하는 성분이고, 통상적으로 멀티 레이어(Multi-layer)로 형성되어 안정적인 구조를 가지게 되며, 1.5~2.5 중량%로 혼합된다.The graphene has conductivity, is a component that allows power to flow to the
상기 용제로서 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)을 사용하는데, 이러한 NMP 용제는 그래핀을 나노 크기로 박리시킴으로써 멀티 레이어를 싱글 레이어(Single-layer)로 박리시키게 되는 것으로서, 65~75 중량%가 혼합된다.As the solvent, NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone) is used. This NMP solvent is to exfoliate the multi-layer into a single-layer by exfoliating the graphene to a nano size, and 65 to 75 wt% is mixed
따라서, 그래핀의 전도도가 매우 좋게 하는 것이다.Therefore, the conductivity of graphene is very good.
또한, 필요에 따라 속건성 용제인 2-에톡시에탄올(2-Ethoxyethanol)을 사용할 수 있을 것이다.In addition, if necessary, a quick-drying solvent, 2-ethoxyethanol (2-Ethoxyethanol) may be used.
그리고, 분산제는 3.5~4.5 중량%가 혼합된다.And, the dispersant is mixed in 3.5 to 4.5% by weight.
이렇게 혼합되는 전극용 조성물은 잉크 형태로서, 상기 베이스 필름(100)에 직접 인쇄되어 제1감지전극(110)과 제2감지전극(120)을 형성하게 된다.The electrode composition mixed in this way is in the form of ink and is directly printed on the
인쇄시에는 상기 전극용 조성물에 대해 추가로 8~10 중량%의 경화제(Isocyanate)를 투입하게 된다.During printing, an additional 8 to 10 wt % of a curing agent (isocyanate) is added to the electrode composition.
따라서, 도3(a)의 단면도와 같이 베이스 필름(100)의 상부면에 나란히 제1감지전극(110)과 제2감지전극(120)이 전극용 조성물에 의해 인쇄되고, 그 베이스 필름(100)의 상측으로 홀(210)이 형성된 커버 필름(200)이 위치하며, 그 커버 필름(200)과 베이스 필름(100)의 길이방향 양측 가장자리를 따라서 내식성과 내화학성을 갖는 불소계열 소재로 된 실, 바람직하게는 테프론 재질로 된 실에 의해 박음질된 박음질부위(300,310)가 촘촘히 형성된다.Accordingly, the
그러므로, 베이스 필름(100)으로부터 커버 필름(200)은 박리되지 않으며, 홀(210)을 통해 제1감지전극(110)과 제2감지전극(120)만 노출된다.Therefore, the
또한, 제1 및 제2감지전극(110,120)은 인쇄형태뿐만 아니라 다른 형태로 베이스 필름(100)에 고정될 수 있는데, 내식성과 내화학성를 갖는 필름재질, 즉 베이스 필름(100)와 동일한 재질의 필름 상부면에 균일한 두께를 가지도록 넓게 전극용 조성물을 인쇄한 다음, 이를 길게 슬리팅(skitting)하여 접착제에 의해 베이스 필름(100)에 나란히 부착할 수 있다.In addition, the first and
도3(b)는 커버 필름(200)에 홀(210)이 형성되지 않은 형태로서, 비접촉식으로 누액을 감지하는 누액감지센서의 단면구조이다.3( b ) is a cross-sectional structure of a leak detection sensor that detects a leak in a non-contact manner, in a form in which the
도4(a)는 슬리팅된 제1 및 제2감지전극(110,120)이 베이스 필름(100)의 상부면에 위치하고, 그 양측 가장자리가 길이방향으로 길게 테프론 재질의 실에 의해 박음질된 박음질부위(320,330)가 각각 형성되어 베이스 필름(100)에 고정됨으로써 베이스 필름(100)으로부터 박리가 발생되지 않는 구조를 갖는다.Figure 4 (a) shows the slitted first and
물론, 홀(210)이 형성된 커버 필름(200)도 양측 가장자리가 테프론 실에 의해 박음질된 박음질부위(300,310)가 형성됨으로써 커버 필름(200)은 물론 제1 및 제2감지전극(110,120)도 박리가 발생하지 않게 되어 내구성이 크게 향상됨은 물론 감지의 신뢰성도 높아지는 것이다.Of course, the
도4(b)는 커버 필름(200)에 홀(210)이 형성되지 않는 단면 구조를 보인 것이다.4( b ) shows a cross-sectional structure in which the
상기에서 베이스 필름(100)과 커버 필름(200)은 테프론 실에 의해 서로 고정되는 구조뿐만 아니라 접착제에 의해 서로 부착되어 고정될 수 있을 것이다.In the above, the
한편, 정전용량방식에 의해 누액을 감지할 때 그 감지성능을 형상시키기 위하여 제1감지전극(110)과 제2감지전극(120)을 형성하는 전극용 조성물에 포함된 그래핀을 산화그래핀으로 함으로써 내화학성, 내약품성, 내화학성과 내약품성을 가지면서 전극으로 사용되는데, 제1감지전극(110)은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 형성되고, 제2감지전극(120)은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 형성된다.On the other hand, graphene included in the composition for electrodes forming the
물론, 제1감지전극(110)이 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 형성되고, 제2감지전극(120)은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 형성될 수 있으며, 제1감지전극(110)과 제2감지전극(120)이 서로 대향된 극성을 가지도록 하는 것이다.Of course, the
본 발명에 전극용 조성물에 도전성 재료로서 그래핀을 사용하게 되는데, 그래핀(graphene)은 탄소원자로 이루어진 2차원 탄소시트로 기존의 나노소재와 비교하여 넓은 비표면적과 뛰어난 열전도도 및 빠른 전자이동 특성을 나타낸다. In the present invention, graphene is used as a conductive material in the composition for electrodes. Graphene is a two-dimensional carbon sheet made of carbon atoms, and has a large specific surface area, excellent thermal conductivity, and fast electron transfer properties compared to conventional nanomaterials. indicates
그래핀은 그라파이트를 물리적으로 한층씩 분리하여 얻을 수 있는데 이러한 방식은 대량생산이 부적합하고, 대면적 그래핀 제조가 불가능하다. 또다른 방법으로는 그라파이트의 화학적 박리방법, 즉 산화과정을 통한 제조공정이 있는데, 이 방법은 제조비용이 저렴하면서 대량생산이 가능하고, 생성된 그래핀의 기능화가 가능하여 다양한 응용이 가능한 산화그래핀을 얻을 수 있다. Graphene can be obtained by physically separating graphite layer by layer, but this method is not suitable for mass production and it is impossible to manufacture large-area graphene. As another method, there is a chemical exfoliation method of graphite, that is, a manufacturing process through an oxidation process, which can be mass-produced with low manufacturing cost, and functionalization of the produced graphene is possible, so that various applications are possible. You can get a pin.
산화그래핀의 경우, 물리적 방법에 의한 그래핀의 경우보다 적은 레이어를 가질 수 있다.In the case of graphene oxide, it may have fewer layers than in the case of graphene by a physical method.
산화과정을 통해 얻은 산화그래핀의 표면에는 에폭시기(epoxy), 히드록시기(hydroxyl), 카르보닐기(carbonyl), 또는 카르복시기(carboxy) 등의 여러가지 관능기들이 존재한다. Various functional groups such as an epoxy group, a hydroxyl group, a carbonyl group, or a carboxy group exist on the surface of the graphene oxide obtained through the oxidation process.
이러한 산화그래핀을 전극의 구성요소로 사용하기 위하여 본 발명에서는 산화그래핀을 환원시켜 환원된 산화그래핀(Reduced Graphene Oxide, rGO)으로 사용한다. In order to use such graphene oxide as a component of an electrode, in the present invention, graphene oxide is reduced and used as reduced graphene oxide (rGO).
특히, 본 발명에서는 환원된 산화그래핀 제조시 극성을 부여하여 극성을 띠는 환원된 산화그래핀를 사용하여, 특히 정전용량형 센서로 사용할 때 센서의 감도를 크게 향상시킬 수 있다.In particular, in the present invention, when the reduced graphene oxide is prepared by giving the polarity, the reduced graphene oxide having polarity can be used to greatly improve the sensitivity of the sensor, particularly when used as a capacitive sensor.
도5는 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도면이고, 도6은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도로서, 본 발명에 따른 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀을 전극에 사용한다.5 is a view showing reduced graphene oxide that is positively charged, and FIG. 6 is a road showing reduced graphene oxide that is negatively charged, and the composition for an electrode according to the present invention is charged and reduced graphene oxide. A pin is used for the electrode.
산화그래핀을 환원시켜 얻을 수 있는 환원그래핀은 절연성의 산화그래핀과 달리 전도성을 나타내기 때문에 전극으로 이용가능하다. Reduced graphene, which can be obtained by reducing graphene oxide, can be used as an electrode because it exhibits conductivity unlike graphene oxide with insulating properties.
본 발명에서는 특히, 환원된 산화그래핀 중, 양으로 하전된 환원된 산화그래핀 또는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 이용한다.In the present invention, in particular, among the reduced graphene oxide, positively charged reduced graphene oxide or negatively charged reduced graphene oxide is used.
양으로 하전된 환원된 산화그래핀은 예를 들면, 표면전하가 NH3 + 관능기에 의해 나타나는 것일 수 있고(도5), 음으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 COO- 관능기에 의해 나타나는 것일 수 있다(도6).The positively charged reduced graphene oxide may have, for example, a surface charge represented by a NH 3 + functional group (FIG. 5), and a negatively charged reduced graphene oxide may have a surface charge represented by a COO − functional group. may appear (FIG. 6).
NH3 + 관능기 또는 COO- 관능기를 갖는 환원된 산화그래핀은 산화그래핀 환원시에 NH3 + 관능기 또는 COO- 관능기를 잔존시키면서 산화그래핀을 환원시켜 얻을 수 있다.NH 3 + group or COO-oxidation of the reduced graphene having a functional group is the functional group NH 3 + or COO at reduced graphene oxide - while remaining the functional group can be obtained by reducing the graphene oxide.
환원된 산화그래핀을 하전시키는 경우, 센서의 감도와 관련있는 커패시턴스의 변화량 값에 영향이 있다. When the reduced graphene oxide is charged, there is an effect on the value of the capacitance change related to the sensitivity of the sensor.
도7은 일반적인 센서의 감지전극의 초기전하분포를 도시한 도이고, 도8은 본 발명에 적용된 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 초기전하분포를 도시한 도이며, 도9은 일반적인 센서의 유해화학물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도이다. 7 is a view showing the initial charge distribution of the sensing electrode of a general sensor, FIG. 8 is a view showing the initial charge distribution of the sensing line including the charged and reduced graphene oxide applied to the present invention, and FIG. It is a diagram showing the charge distribution when the sensor comes into contact with hazardous chemicals.
그리고, 도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 유해화학물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도면이다.And, FIG. 10 is a view showing a charge distribution when a sensing line including a charged and reduced graphene oxide comes into contact with a hazardous chemical according to another embodiment of the present invention.
도7을 참조하면, 종래 전극이 극성을 갖는 물질을 포함하지 않는 경우, +전극 및 -전극에 전하가 분포되어 초기 전하량값을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 7 , when the conventional electrode does not include a material having a polarity, charges are distributed to the + electrode and the - electrode to obtain an initial charge amount value.
도8에는 전극에 하전되고 환원된 산화그래핀이 코팅되는 경우, 즉 +전극으로 사용된 어느 하나의 전극(제1감지전극(110) 또는 제2감지전극(120))에는 양으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되고, -전극으로 사용된 또다른 전극(제2감지전극(120) 또는 제1감지전극(110))에는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되는 경우에 전압이 인가된 모습이 도시되어 있다.In FIG. 8, in the case where the electrode is coated with charged and reduced graphene oxide, that is, any one electrode (the
+전극에 양으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되면, 전압인가에 따라 유도된 -전하들이 양으로 하전된 환원된 산화그래핀에 의해 상쇄되므로 초기 전하량값이 낮아지게 된다. When the positively charged reduced graphene oxide is coated on the + electrode, the -charges induced by voltage application are canceled by the positively charged reduced graphene oxide, so that the initial charge value is lowered.
도9 및 도10을 참조하면 종래 센서의 전극이 극성을 포함하지 않는 경우와 전극에 하전되고 환원된 산화그래핀이 코팅된 경우 모두 유해물질에 노출되면 유해물질에 전하량값이 의존하게 되어 동일 유해물질에 의한 전하량값이 동일하여 현재 전하량값은 양자 유사하게 된다.9 and 10, when the electrode of the conventional sensor does not include a polarity and when the electrode is coated with charged and reduced graphene oxide, when exposed to harmful substances, the value of the electric charge depends on the harmful substances, so the same harmful Since the value of the amount of charge by the material is the same, the current value of the amount of charge is similar to both.
정전용량은 전하량에 의존하기 때문에, 정전용량의 변화량은 현재 전하량과 초기 전하량의 차이에 의존하므로, 초기 전하량값이 작아지게 되면 현재 전하량값이 같다고 할때 정전용량값의 변화폭이 넓어지고, 그에 따라 센서의 분해능 및 민감도가 향상된다. Since capacitance depends on the amount of charge, the amount of change in capacitance depends on the difference between the current amount of charge and the amount of initial charge. Therefore, if the initial charge amount becomes smaller, the range of change in the capacitance value becomes wider when the current charge amount is the same. The resolution and sensitivity of the sensor are improved.
즉, 본 발명에서와 같이 전극용 조성물에 하전되고 환원된 산화그래핀을 첨가하면 전하량에 영향을 미치게 되어 본 발명의 정전용량 타입으로 작용하는 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.That is, when charged and reduced graphene oxide is added to the composition for electrodes as in the present invention, the amount of charge is affected, and thus the sensitivity of the sensor acting as the capacitive type of the present invention can be improved.
본 발명에 따른 적용된 정전용량형 유해물질 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀, 바인더, 용매 및 경화제를 포함한다. The composition for an applied capacitive hazardous material electrode according to the present invention includes charged and reduced graphene oxide, a binder, a solvent, and a curing agent.
또한, 본 발명에 따른 정전용량형 유해물질 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀의 분산성을 높이기 위한 분산제 및 휘발지연제를 더 포함할 수 있다.In addition, the composition for a capacitive-type hazardous material electrode according to the present invention may further include a dispersing agent and a volatilization retardant for increasing the dispersibility of the charged and reduced graphene oxide.
본 발명에서 적용된 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀, 바인더, 용매, 분산제를 혼합시키는 단계; 혼합물을 호모믹서로 교반하여 1차 분산시키고, 1차 분산된 혼합물을 고압분산기로 2차 분산시키는 분산단계; 분산된 혼합물에 경화제를 투입하는 단계;를 수행하여 제조될 수 있다. The composition for an electrode applied in the present invention comprises the steps of mixing a charged and reduced graphene oxide, a binder, a solvent, and a dispersant; A dispersion step of first dispersing the mixture by stirring with a homomixer, and secondarily dispersing the firstly dispersed mixture with a high-pressure disperser; It can be prepared by performing; adding a curing agent to the dispersed mixture.
경화온도는 100℃에서 예비경화 후 180℃에서 경화완료시키는 것이 바람직하다.It is preferable that the curing temperature be completed at 180°C after pre-curing at 100°C.
1차 분산시키는 단계는, 정전용량 반응폭을 극대화하는 하전되고 환원된 산화그래핀 및 불소수지를 용매 하에 혼합하는 단계로 5,000~7,000rpm으로 1시간내지 2시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. The first dispersing step is a step of mixing the charged and reduced graphene oxide and fluororesin in a solvent to maximize the capacitance reaction width, and is preferably performed at 5,000 to 7,000 rpm for 1 hour to 2 hours.
1차 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계는 고압상태로 혼합물을 파쇄 및 분산시킴으로써 전극용 조성물의 인쇄성 및 분산성을 높인다. The second dispersing of the primary mixture using a high-pressure disperser increases the printability and dispersibility of the electrode composition by crushing and dispersing the mixture under high pressure.
2차 분산은 바람직하게는 300 내지 350 bar의 압력하에서 5회 내지 10회 수행될 수 있다.The secondary dispersion may be preferably performed 5 to 10 times under a pressure of 300 to 350 bar.
분산된 혼합물에 경화제를 첨가하여 호모믹서를 이용하여 3,000~5,000 rpm으로 10분내지 30분 동안 교반이 수행된다.A curing agent is added to the dispersed mixture and stirring is performed for 10 to 30 minutes at 3,000 to 5,000 rpm using a homomixer.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.
100 : 베이스 필름
110,120 : 감지전극
200 : 커버 필름
210 : 홀
300,310,320,330 : 박음질 부위100:
200: cover film 210: hole
300,310,320,330: Stitching part
Claims (10)
A composition for an electrode of a leak detection sensor in which a fluororesin as a binder, graphene having conductivity, a solvent, and a dispersant are mixed.
According to claim 1, wherein the fluororesin is 25 to 35% by weight, the graphene is 1.5 to 2.5% by weight, the solvent is 65 to 75% by weight, the dispersant is characterized in that 3.5 to 4.5% by weight are mixed. A composition for an electrode of a leak detection sensor.
According to claim 1, wherein the graphene is a composition for an electrode of a leak detection sensor, characterized in that the reduced graphene oxide.
상기 베이스 필름의 상부면에 길이방향으로 나란히 상기 청구항 제1항의 전극용 조성물로 형성되는 한 쌍의 제1 및 제2 감지전극;
내식성 및 내화학성을 갖는 재질로 되고, 상기 베이스 필름의 상부면에서 나란히 적층되는 커버 필름;을 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
a base film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance;
a pair of first and second sensing electrodes formed of the composition for electrodes of claim 1 in parallel on the upper surface of the base film in the longitudinal direction;
A cover film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance and stacked side by side on the upper surface of the base film;
상기 베이스 필름의 상부면에 길이방향으로 나란히 상기 청구항 제1항의 전극용 조성물로 형성되는 한 쌍의 제1 및 제2 감지전극;
내식성 및 내화학성을 갖는 재질로 되고, 상기 베이스 필름의 상부면에서 나란히 위치하며, 길이방향의 가장자리 부위에서 내식성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 상기 베이스 필름에 박음질되어 고정되는 커버 필름;을 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
a base film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance;
a pair of first and second sensing electrodes formed of the composition for electrodes of claim 1 in parallel on the upper surface of the base film in the longitudinal direction;
A cover film made of a material having corrosion resistance and chemical resistance, located side by side on the upper surface of the base film, and sewn and fixed to the base film by a thread having corrosion resistance and chemical resistance at the edge portion in the longitudinal direction; A leak detection sensor.
The method of claim 5, wherein the sensing electrode is coated with the composition for the electrode on the upper surface of the film having corrosion resistance and chemical resistance, and the film coated with the composition for the electrode has corrosion resistance and chemical resistance at the edge portion in the longitudinal direction. A leak detection sensor, characterized in that it is sewn and fixed to the base film by a thread.
[Claim 6] The leak detection sensor according to any one of claims 4 to 5, wherein the sensing electrode is formed by printing.
The method according to any one of claims 4 to 5, wherein the sensing electrode is coated with the composition for the electrode on the upper surface of the film having corrosion resistance and chemical resistance, and the film coated with the composition for the electrode is applied to the base film. A leak detection sensor, characterized in that it is configured to be fixed by an adhesive.
[Claim 6] The leak detection sensor according to any one of claims 4 to 5, wherein holes are formed in the cover film at regular intervals in the longitudinal direction to expose the pair of sensing electrodes.
상기 제1감지전극은 양으로 하전된 한원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물로 구성되고,
상기 제2감지전극은 음으로 하전된 한원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 구성되며,
상기 양으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 NH3 +관능기에 의해 나타나고, 음으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 COO-관능기에 의해 나타나는 것을 특징으로 하는 누액감지센서. 6. The method according to any one of claims 4 or 5,
The first sensing electrode is composed of a composition for an electrode comprising positively charged single-unit graphene oxide,
The second sensing electrode is composed of a composition for an electrode comprising negatively charged graphene oxide,
The positively charged reduced graphene oxide has a surface charge represented by an NH 3 + functional group, and the negatively charged reduced graphene oxide has a surface charge represented by a COO - functional group.
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