KR20220077216A - 피부 부착형 신축 전극 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 산화방지막으로 코팅된 금속 나노와이어들이 무정형 그물 구조로 이루어진 금속 나노와이어층; 및 상기 금속 나노와이어층의 적어도 일면에 부착된 전사지지체; 를 포함하는 피부 부착형 신축 전극을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 피부 부착형 금속 나노와이어 전극은 통기성, 신축성 및 산화안정성이 우수하다.

Description

피부 부착형 신축 전극 및 그의 제조방법{Flexible and stretchable electrode for skin attachment and manufacturing method thereof}
본 발명은 피부 부착형 신축 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 통기성과 높은 산화안정성을 가진 피부 부착형 신축 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 급속도로 성장하고 있는 분야인 개인정보 플랫폼과 Internet of Things (IoT)로 인해서 유연하면서도 신축성이 있는 전자장치에 대한 수요가 기하급수적으로 늘어나는 추세이다. 신축성이 있는 전자장치는 다양한 형태로 제작이 될 수 있는데 그중 가장 많이 사용되는 방식은 단연 신축성이 있는 소재 위에 전극소재를 패턴 하는 방식이다. 신축성이 있는 소재는 많은 연구가 진행되었고 상품화가 되어있는 제품들이 많이 존재한다.
그러나, 기존 피부 부착형 신축성 전극은 피부 호흡 및 땀 배출을 방해하여 피부의 염증을 유발할 위험이 높았다. 또한, 기존 피부 부착형 신축성 전극은 피부 부착 시 피부의 땀과 대기중의 산소에 의한 나노금속의 산화로 전도성의 저하가 발행하였다.
이에 따라, 통기성이 있는 신축 전극을 개발하였으나, 기존 통기성을 가진 피부 부착형 신축 전극은 i)전기방사 후 열증착, ii)전도성 섬유의 직조 등의 복잡한 공정을 통해 제조되어 제조방법이 복잡하고 비용이 많이 들었다.
따라서, 제조방법이 간단하면서도 피부에 자극을 줄일 수 있는 전극의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2019-0099902호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 통기성과 높은 산화안정성을 가진 피부 부착형 신축 전극 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 피부 부착형 신축 전극을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서 피부 부착형 신축 전극은, 산화방지막으로 코팅된 금속 나노와이어들이 무정형 그물 구조로 이루어진 금속 나노와이어층; 및 상기 금속 나노와이어층의 적어도 일면에 부착된 전사지지체; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 나노와이어의 직경은 5nm 내지 100nm 이고, 길이는 5μ 내지 100μ일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산화방지막은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 피부 부착형 신축 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 피부 부착형 신축 전극 제조방법은, 소수성 기판 상에 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계; 상기 금속 나노와이어 분산액이 도포된 소수성 기판을 어닐링하여 무정형 그물 구조의 금속 나노와이어층을 형성하는 단계; 상기 금속 나노와이어층 표면에 산화방지막을 코팅하는 단계; 상기 산화방지막이 코팅된 금속 나노와이어층을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 금속 나노와이어층을 전사지지체에 부착하여 상기 소수성 기판으로부터 분리하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계 및 상기 산화방지막을 코팅하는 단계는, 스프레이 코팅(Spray coating), 바(bar) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow)코팅 또는 닥터 블레이드(doctor blade)코팅에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 어닐링은 130℃내지 250℃의 온도에서 3분 내지 20동안 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산화방지막은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피부 부착형 금속 나노와이어 전극은 무정형 그물 구조를 가지므로 통기성이 매우 우수하여 피부에 자극을 주지 않을 수 있다.
또한, 신축성이 크게 향상되어 초기 저항 대비 저항이 크게 증가하지 않는다.
또한, 나노와이어에 산화방지막이 코팅됨으로써 피부에서 땀이 나는 경우에도 산화안정성이 매우 우수할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 모식도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극 제조방법의 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극 제조방법의 모식도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 SEM 이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 유연성 테스트 결과이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 산화안정성 실험 결과이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피부 부착형 신축 전극을 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 모식도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 부착형 신축 전극은, 산화방지막(12)으로 코팅된 금속 나노와이어(11)들이 무정형 그물 구조로 이루어진 금속 나노와이어층(10); 및 상기 금속 나노와이어층의 적어도 일면에 부착된 전사지지체(20); 를 포함한다.
먼저, 상기 금속 나노와이어층(10)은 산화방지막(12)으로 코팅된 금속 나노와이어(11)들이 무정형 그물(random mesh) 구조로 이루어진 것이다.
상기 금속 나노와이어(11)는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노와이어(11)는 1종의 금속 또는 2종 이상의 금속 혼합물로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 나노와이어(11)는 은나노와이어일 수 있다.
상기 은(Ag) 나노와이어는 은(Ag)이 자연계에 다량 존재하는 금속이므로 수급이 용이하며, 금속 중에서 전기저항이 가장 낮을 뿐 아니라 극소량의 사용으로도 ITO에 필적하는 전기전도도와 85%이상의 투명도를 나타낼 수 있는 장점이 있다.
상기 금속 나노와이어(11)는 전도성, 경제성 등을 고려하여 2종 이상의 금속 나노와이어 혼합물이 사용될 수도 있다.
상기 금속 나노와이어(11)의 직경은 5nm 내지 100nm 이고, 길이는 5μ 내지 100μ일 수 있다.
상기 산화방지막(12)은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함할 수 있다.
상기 산화방지막(12, 도1에서 노란색으로 표현되는 코팅층)은 상기 금속 나노와이어(11)의 표면을 감싸며 코팅되어 상기 금속 나노와이어(11)가 공기와 접촉되는 것을 차단함으로써 산화되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
상기 산화방지막(12)은 상기 금속 나노와이어(11)의 가닥과 가닥 사이를 폐쇄하지 않으므로, 상기 금속 나노와이어층(10)은 무정형 그물(random mesh) 구조 유지할 수 있고, 따라서 상기 금속 나노와이어층(10)이 피부 부착시, 통기성이 우수하여 피부의 땀이 원활히 배출되어 증발하며, 공기와 피부도 잘 접촉할 수 있어서 종래 기술의 부작용인 피부 적화 등의 트러블을 방지할 수 있다. 또한, 땀에 의해 접촉이 불안정해지는 부작용도 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속 나노와이어층(10)은 무정형 그물 구조를 가지므로 종래 필름에 부착된 나노와이어 전극에 비해 신축성이 매우 우수하고, 피부에서 땀이 나는 경우에도 종래의 필름 구조에 비해 산화안정성이 크게 향상될 수 있다.
다음으로, 상기 전사지지체(20)는 상기 금속 나노와이어층(10)의 적어도 일면에 부착될 수 있으며, 전극을 피부에 부착하여 사용할 때 상기 전사지지체를 분리할 수 있다.
상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프(water soluble film(tape))일 수 있다.
상기 폴리비닐알코올(PVA, PVOH)은 무색 무취의 합성 고분자로 높은 인장 강도, 유연성, 무독성 및 접착 특성을 가지고 물에 용해되는 특징을 가지며, 또한, 내유성과 공기 차단성이 우수하다.
상기 전사지지체(20)는 상기 금속 나노와이어층(10)이 피부에 부착되기 전에 상기 금속 나노와이어층(10)을 소수성 기판으로부터 분리하고, 상기 분리된 금속 나노와이어층(10)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 전사지지체(20)는 상기 금속 나노와이어층(10)을 피부에 전사(부착)시킨 후 물에 용해되어 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 부착형 신축 전극 제조방법을 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극 제조방법의 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극 제조방법의 모식도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 부착형 신축 전극 제조방법은, 소수성 기판 상에 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계(S100); 상기 금속 나노와이어 분산액이 도포된 소수성 기판을 어닐링하여 무정형 그물 구조의 금속 나노와이어층을 형성하는 단계(S200); 상기 금속 나노와이어층 표면에 산화방지막을 코팅하는 단계(S300); 상기 산화방지막이 코팅된 금속 나노와이어층을 건조하는 단계(S400); 및 상기 건조된 금속 나노와이어층을 전사지지체에 부착하여 상기 소수성 기판으로부터 분리하는 단계(S500); 를 포함한다.
첫째 단계에서, 소수성 기판 상에 금속 나노와이어 분산액을 도포한다(S100).
상기 소수성 기판은, 소수성 고분자 기판, 소수성 고분자 코팅 기판 또는 유리(glass) 기판일 수 있으며, 이에 본 기술분야에 적용되는 소수성 기판이라면 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 소수성 고분자는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트), PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PSF(폴리설폰), PES(폴리에테르설폰), PEI(폴리에테르이미드), PI(폴리이미드), PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌) 또는 PA (폴리아미드)를 포함할 수 있다.
상기 금속 나노와이어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노와이어는 1종의 금속 또는 전도성, 경제성 등을 고려하여 2종 이상의 금속 혼합물로 형성될 수 있다.
상기 금속 나노와이어 분산액은 금속 나노와이어 및 분산제, 바인더, 계면활성제(surfactant), 습윤제(wetting agent), 레벨링(levelling)제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 은(Ag) 나노와이어 용액을 사용할 경우 은(Ag) 나노와이어 성장을 제어하기 위해 계면 활성제로서 폴리비닐피롤리돈(PVP)를 사용할 수 있으며, 폴리비닐피롤리딘의 사용은 은(Ag) 나노와이어의 분산을 향상시켜 도포를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 금속 나노와이어 용액의 용매로는 예를 들어, 물 이외에 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 같은 알코올류, 에틸렌글리콜, 글리세린과 같은 글리콜류, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트와 같은 아세테이트류, 메틸세로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트하히드로퓨란, 디옥산과 같은 에테르류, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈과 같은 케톤류, 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스프릿과 같은 탄화수소계, 벤전, 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족, 그리고 클로로포름이나 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드와 같은 할로겐 치환 용매, 아세토니트릴, 디메틸술폭사이드 또는 이들의 혼합용매 등을 사용할 수 있다.
상기 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계는, 스프레이 코팅(Spray coating), 바(bar) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow)코팅 또는 닥터 블레이드(doctor blade)코팅에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계는, 스프레이 코팅(Spray coating)에 의해 수행될 수 있다(도3(a)).
예를 들어, 상기 스프레이 코팅은 스프레이 코터를 사용하여, 0.2 내지 1.5의 노즐사이즈로 0.5 내지 3 kgf/㎠ 압력으로 상기 소수성 기판 상에 도포할 수 있다.
둘째 단계에서, 상기 금속 나노와이어 분산액이 도포된 소수성 기판을 어닐링하여 무정형 그물 구조의 금속 나노와이어층을 형성한다(S200)(도3(b));
상기 어닐링은 130℃내지 250℃의 온도에서 3 내지 20분 동안 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 어닐링은 170℃에서 10분 동안 수행될 수 있다.
셋째 단계에서, 상기 금속 나노와이어층 표면에 산화방지막을 코팅한다(S300).
상기 산화방지막은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함할 수 있다.
상기 산화방지막을 코팅하는 단계는 스프레이 코팅(Spray coating), 바(bar) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow)코팅 또는 닥터 블레이드(doctor blade)코팅에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 산화방지막을 코팅하는 단계는 바(bar) 코팅에 의해 수행될 수 있다(도3(c)).
예를 들어, 상기 바 코팅은 바코터(bar coater)를 사용하여 3mm/sec 내지 50mm/sec 속도로 도포할 수 있다.
상기 산화방지막은 상기 금속 나노와이어의 표면을 감싸며 코팅되어 상기 금속 나노와이어가 공기와 접촉되는 것을 차단함으로써 산화되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
상기 산화방지막은 상기 금속 나노와이어의 가닥과 가닥 사이를 폐쇄하지 않으므로, 상기 금속 나노와이어층은 무정형 그물(random mesh) 구조 유지할 수 있고, 따라서 상기 금속 나노와이어층이 피부 부착시, 통기성이 우수하여 피부의 땀이 원활히 배출되어 증발하며, 공기와 피부도 잘 접촉할 수 있어서 종래 기술의 부작용인 피부 적화 등의 트러블을 방지할 수 있다. 또한, 땀에 의해 접촉이 불안정해지는 부작용도 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속 나노와이어층은 무정형 그물 구조에 의해 종래 필름에 부착된 나노와이어 전극에 비해 신축성이 매우 우수하고, 피부에서 땀이 나는 경우에도 종래의 필름 구조에 비해 산화안정성이 크게 향상될 수 있다.
넷째 단계에서, 상기 산화방지막이 코팅된 금속 나노와이어층을 건조한다(S400)(도3(d)).
상기 건조는 예를 들어, 80℃에서 60분 동안 수행될 수 있다.
다섯째 단계에서, 상기 건조된 금속 나노와이어층을 전사지지체에 부착하여 상기 소수성 기판으로부터 분리한다(S500) (도3(e),(f)).
상기 소수성 기판 상에 있는 건조된 금속 나노와이어층 일면에 접착성이 있는 전사지지체를 부착(도3(e))한 후 떼어내면, 상기 건조된 금속 나노와이어층이 상기 전사지지체에 붙어서 소수성 기판으로부터 떨어져서 분리될 수 있다(도3(f)).
상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프(water soluble film(tape))일 수 있다.
상기 폴리비닐알코올(PVA, PVOH)은 무색 무취의 합성 고분자로 높은 인장 강도, 유연성, 무독성 및 접착 특성을 가지고 물에 용해되는 특징을 가지며, 또한, 내유성과 공기 차단성이 우수하다.
상기 전사지지체는 상기 금속 나노와이어층이 피부에 부착되기 전에 상기 금속 나노와이어층을 소수성 기판으로부터 분리하고, 상기 분리된 금속 나노와이어층을 지지하는 역할을 할 수 있다.
이후의 단계에서, 상기 금속 나노와이어층을 피부에 부착하여 전극으로 사용할 때, 상기 전사지지체는 상기 금속 나노와이어층을 피부에 전사(도3(g))시킨 후, 물에 용해되어 제거(도3(h))될 수 있다.
제조예
먼저, PTFE 가 코팅된 유리 기판 상에 스프레이 코팅을 수행하여 은(Ag)나노와이어 분산액을 도포하였다. 다음으로, 상기 은나노와이어 분산액이 도포된 기판을 170℃에서 10분 동안 표면 소결하여 은나노와이어층을 형성하였다. 다음으로, 상기 은나노와이어층 표면에 산화방지막으로 EVOH를 바 코팅하였다. 다음으로, EVOH가 코팅된 은나노와이어층을 건조시켰다. 다음으로, 건조된 은나노와이어층을 PVA 수해리성 테이프에 부착시킨 후 떼어내어 상기 은나노와이어층을 상기 PETE가 코팅된 유리 기판으로부터 분리하여, 피부 부착형 신축 전극을 제조하였다.
비교예
PTFE가 코팅된 유리 기판 상에 스프레이 코팅을 수행하여 은(Ag)나노와이어 분산액을 도포하였다. 다음으로, 상기 은나노와이어 분산액이 도포된 기판을 150 ℃에서 10분 동안 표면 소결하여 은나노와이어층을 형성하였다. 다음으로, 상기 은나노와이어층 표면에 산화방지막으로 PDMS를 스핀코팅 하였다. 다음으로, PDMS가 코팅된 은나노와이어층을 건조시켰다. 다음으로, 건조된 은나노와이어층을 PVA 수해리성 테이프에 부착시킨 후 떼어내어 상기 은나노와이어층을 상기 PTFE 가 코팅된 유리기판으로부터 분리하여, 피부 부착형 신축 전극을 제조하였다.
실험예
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 SEM 이미지이다.
도4를 참조하면, 피부 부착형 신축 전극이 무정형 그물 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
비교예
(PDMS 필름 기판)		 제조예
(EVOH 코팅된 은나노와이어 무정형 그물 기판)
통기성(24시간 부착 후 측정) 피부 적화 현상 관찰됨 피부 적화 현상 관찰되지 않음
산화 안정성(인공땀 내에 24시간 동안 40℃에서 방치 후 측정) 초기 저항 대비 20% 이상 증가함 초기 저항 대비 2% 미만 증가함
신축 전극 특성(스트레인 40%에서 측정) 초기 저항 대비 15% 이상 증가함 초기 저항 대비 5% 미만 증가함
상기 표1은 비교예 및 제조예의 특성 평가 표이다.도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 유연성 테스트 결과이다.
표1 및 도5를 참조하면, 약 40%의 변형률로 신축하는 경우 초기 저항 대비 전기전도도는 5% 미만으로 증가하였고, 약 70%의 변형률로 신축할 때 까지도 전기전도도는 크게 변하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부 부착형 신축 전극의 산화안정성 실험 결과이다.
도6을 참조하면, EVOH 산화방지막이 도포된 은나노와이어 신축 전극이 PDMS 필름 기판 형태의 은나노와이어 신축 전극 대비 높은 산화안정성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피부 부착형 금속 나노와이어 전극은 무정형 그물 구조를 가지므로 통기성이 매우 우수하여 피부에 자극을 주지 않을 수 있다.
또한, 신축성이 크게 향상되어 초기 저항 대비 저항이 크게 증가하지 않는다.
또한, 나노와이어에 산화방지막이 코팅됨으로써 피부에서 땀이 나는 경우에도 산화안정성이 매우 우수할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 금속 나노와이어층
11: 금속 나노와이어
12: 산화방지막
20: 전사지지체

Claims (11)

  1. 산화방지막으로 코팅된 금속 나노와이어들이 무정형 그물 구조로 이루어진 금속 나노와이어층; 및
    상기 금속 나노와이어층의 적어도 일면에 부착된 전사지지체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어의 직경은 5nm 내지 100nm 이고, 길이는 5μ 내지 100μ인 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지막은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프인 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극.
  6. 소수성 기판 상에 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계;
    상기 금속 나노와이어 분산액이 도포된 소수성 기판을 어닐링하여 무정형 그물 구조의 금속 나노와이어층을 형성하는 단계;
    상기 금속 나노와이어층 표면에 산화방지막을 코팅하는 단계;
    상기 산화방지막이 코팅된 금속 나노와이어층을 건조하는 단계; 및
    상기 건조된 금속 나노와이어층을 전사지지체에 부착하여 상기 소수성 기판으로부터 분리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중에 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 분산액을 도포하는 단계 및 상기 산화방지막을 코팅하는 단계는, 스프레이 코팅(Spray coating), 바(bar) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow)코팅 또는 닥터 블레이드(doctor blade)코팅에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어 분산액이 도포된 소수성 기판을 어닐링하여 무정형 그물 구조의 금속 나노와이어층을 형성하는 단계에서,
    상기 어닐링은 130℃내지 250℃의 온도에서 3분 내지 20동안 수행되는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어층 표면에 산화방지막을 코팅하는 단계에서,
    상기 산화방지막은 에틸렌비닐알코올(Ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀룰로오스(Cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 에폭시 수지(Epoxy resin), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리에테르이미드(Polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 또는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 건조된 금속 나노와이어층을 전사지지체에 부착하여 상기 소수성 기판으로부터 분리하는 단계에서,
    상기 전사지지체는 폴리비닐알코올(Poly(vinyl alcohol), PVA)을 포함하는 수용성 테이프인 것을 특징으로 하는 피부 부착형 신축 전극 제조방법.
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