WO2017119532A1 - 전자 직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기 - Google Patents

전자 직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electronic fabric, a method for manufacturing the same, and a wearable electric generator using the same. More particularly, the fabric / nanostructure / protective layer-based electronic fabric, which has high conductivity and durability, and a method for manufacturing the same, and a wearable electric generator using the same It is about.
  • the bottom to up method is to weave using conductive fibers or yarns to make electronic fabrics.
  • nanocarbon materials such as conductive carbon nanotubes and graphene are commonly used as electronic fabric materials.
  • the flexible electrode may be formed by weaving a fabric with a metal wire in the polymer mesh.
  • the up to bottom method is a method using a conductive coating film on the base fabric.
  • Carbon nanotubes, graphene, and composite materials in the form of nanotubes and graphene mixed materials, which are used for coating films, have been studied as coating film materials in that they have high conductivity and flexibility for easy solution processing.
  • the up to bottom textile industry including nylon, cotton and polyester, is preferred over the bottom to up fabric. Therefore, electronic fabrics are usually manufactured by studying up to bottom.
  • Single layer graphene thin film has the advantages of transparent, flexible, durable and high electrical conductivity. Therefore, an electronic fabric is manufactured by coating graphene on a fabric.
  • the sheet resistance of the electronic fabric is about 1 k ⁇ / square, which is very high.
  • Electronic fabrics made of nitrate-treated graphene have a sheet resistance of about 700 ⁇ / square, but have high sheet resistance for applications in electronic systems. High sheet resistance is a significant limitation for applications in wearable devices.
  • carbon nanotube inks when carbon nanotube inks are used, the sheet resistance of the electronic fabric is 1 ⁇ / square or less.
  • coating with carbon nanotube inks makes the fabric opaque and loses its original color and luster.
  • wearable solar cells or displays have a problem of limited use.
  • An object of the present invention is to provide an electron-fabric having high conductivity and durability, a method of manufacturing the same, and a wearable electric generator using the same.
  • the electronic fabric may include a fabric, a nanowire structure coated on the fabric surface, and a protective layer coated on the fabric coated with the nanowire structure.
  • the fabric may include any one selected from the group consisting of cellulose fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, cotton fibers, wool fibers and silk fibers.
  • the nanowire structure may include a metal nanowire or a semiconductor nanowire.
  • the metal nanowire may include at least one selected from the group consisting of Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo, and W.
  • the semiconductor nanowire may include at least one selected from the group consisting of Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS and ZnO.
  • the protective layer may include graphene or carbon nanotubes.
  • the electronic fabric manufacturing method may include preparing a fabric, forming a nanowire structure on the surface of the fabric, and forming a protective layer on the fabric on which the nanowire structure is formed.
  • the nanowire structure may include a metal nanowire or a semiconductor nanowire.
  • the step of forming the nanowire structure is characterized in that formed by performing a blade coating method, spray coating method or spin coating method.
  • the protective layer may include graphene or carbon nanotubes.
  • the forming of the protective layer may be formed by performing a blade coating method, a spray coating method or a spin coating method.
  • the electronic fabric may be made of an electronic fiber including a fiber, a nanowire structure coated on the fiber surface, and a protective layer coated on the fiber coated with the nanowire structure.
  • the nanowire structure may include a metal nanowire or a semiconductor nanowire.
  • the protective layer may include graphene or carbon nanotubes.
  • the wearable electric generator includes a first functional fabric and a second electronic fabric and a second electronic fabric comprising a first organic fabric and a first organic insulator having a tendency to lose electrons during a triboelectric charging process on the first electronic fabric.
  • a negative functional fabric comprising a second organic insulator having a tendency to obtain electrons in the process of triboelectric charge placed on the fabric, and the triboelectricity is generated by contacting and separating the positive functional fabric and the negative functional fabric.
  • the first electronic fabric or the second electronic fabric is the aforementioned electronic fabric.
  • the first organic insulator is polyformaldehyde, polyamide, melanine formol, wool, polymethyl methacrylate, or polyvinyl alcohol. ) May be included.
  • the second organic insulator may include polytetrafluoroethylene, polydimethylsiloxane, polyvinyl chloride, polyimide, or polypropylene.
  • the semiconductor device may further include an uneven structure pattern positioned on the first organic insulator or the second organic insulator.
  • the uneven structure pattern may include a pyramid pattern or a square pattern.
  • the flexible electrode for the electronic device may include the above-described electronic fabric.
  • an electronic fabric having high conductivity and durability by including the nanocomposite structure of the fabric / nanowire structure / protective layer.
  • nanocomposite based electronic fabrics of polyester fabric / silver nanostructure / graphene layer structure have excellent conductivity by having a sheet resistance of 20 ⁇ / square.
  • stretch and bend form change has a good wearable characteristics through the result of little change in sheet resistance.
  • the unspecified mesh structure of silver nanowires maintains high conductivity even after various mechanical deformations of the fabric, and exhibits high optical transparency.
  • the adhesion of silver nanowires on the surface of the fiber is improved, thereby increasing the chemical durability against oxygen, water, or other sulfide gases, thereby increasing the stability of the electronic fabric.
  • FIG. 1 is a schematic of an experimental setup for the manufacture of an electronic fabric according to one embodiment of the present invention.
  • 3 is a scanning electron micrograph of a polyester fabric / silver nanostructure / graphene layer electronic fabric.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an electronic fiber of a fiber / nanowire structure / protective layer structure according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a graph showing the change in the sheet resistance of the electronic fabric according to the number of graphene coating in the air at room temperature.
  • 6 is a graph showing changes in sheet resistance of electronic fabrics according to various mechanical deformations.
  • FIG. 8 is a graph of voltage output change of an electronic fabric based wearable electric generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a photograph of an electronic fabric-based wearable electric generator according to an embodiment of the present invention to a glove.
  • FIG. 10 is a graph of the current output characteristics of the glove to which the electric generator according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
  • the electronic fabric according to an embodiment of the present invention may include a fabric, a nanowire structure coated on the fabric surface, and a protective layer coated on the fabric coated with the nanowire structure.
  • the fabric may be made of a variety of known fibers.
  • the fabric may include any one selected from the group consisting of cellulose fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, cotton fibers, wool fibers, and silk fibers. .
  • the fabric may comprise polyester.
  • the nanowire structure can be placed coated on the fabric surface.
  • Such nanowire structures have high electrical conductivity. Therefore, the nanowire structure at this time may include a metal nanowire or a semiconductor nanowire.
  • the metal nanowires may include at least one selected from the group consisting of Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo, and W. have.
  • the semiconductor nanowire may include at least one selected from the group consisting of Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS, and ZnO.
  • Such nanowire structures may be coated in various forms on the fabric surface.
  • the nanowire structure may be coated on the fabric surface in a mesh structure.
  • the silver nanowires may be coated with a non-specific mesh structure on the surface of the fabric, and the non-specific mesh structure of the silver nanowires may maintain high conductivity even after various mechanical deformations of the fabric, and may exhibit high optical transparency.
  • Such a nanowire structure may be formed by performing a blade coating method, a spray coating method or a spin coating method.
  • the protective layer may be coated on the fabric coated with the nanowire structure.
  • This protective layer serves to protect the nanowire structure from the outside. Therefore, surface oxidation of the nanowire structure by the outside can be prevented.
  • the protective layer may include graphene or carbon nanotubes. Therefore, the protective layer includes graphene or carbon nanotubes, thereby serving to increase the conductivity as well as the surface oxidation protection function.
  • the unique properties of graphene may improve the adhesion of nanowire structures, such as silver nanowires, to the surface of the fiber, thereby improving chemical resistance to oxygen, water, or other sulfide gases, thereby increasing the stability of the electronic fabric. Can be.
  • Such a protective layer may be formed by performing a blade coating method, a spray coating method or a spin coating method.
  • 1 is a schematic of an experimental setup for the manufacture of an electronic fabric according to one embodiment of the present invention. 1 is a schematic of an experimental setup for performing the blade coating method.
  • the fabric is prepared.
  • polyester fabrics can be prepared.
  • the washing process may be performed on the fabric. It is also possible to perform plasma surface treatment on the washed fabric.
  • the fabric is then pulled flat in the direction of the up and down arrows of the fabric as shown in FIG. 1.
  • the nanowire structure may be coated by performing blade coating on the fabric surface.
  • the protective layer may be coated by performing blade coating on the fabric coated with the nanowire structure.
  • a blade coating treatment may be performed on a polyester fabric coated with a silver nanostructure to form a graphene layer by coating and reducing GO. have.
  • Electronic fabric of polyester fabric / silver nanostructure / graphene protective layer structure according to an embodiment of the present invention was prepared. At this time, an electronic fabric was manufactured by performing the blade coating method as shown in FIG. 1.
  • polyester fabric was prepared.
  • the polyester fabric was washed with acetone, ethanol and deionized water for 30 minutes each.
  • the washed fabric was then subjected to plasma surface treatment using UV / Ozone for 10 minutes.
  • the silver nanowire solution (10 mg / mL) was then filled into the container, followed by blade coating on the polyester fabric surface.
  • the silver nanowire coated fabric was heated at 80 ° C. for 1 minute, and then the silver nanowire coating was repeated in the same manner.
  • FIG. 2 is a scanning electron micrograph of a polyester fabric / silver nanostructure structure electronic fabric. Referring to Figure 2, it can be seen that the silver nanowires are coated on the polyester fabric surface.
  • the graphene oxide (GO) dispersion (10 mg / mL) was filled in a container, and then the blade coating treatment was applied to the surface of the produced polyester fabric / silver nanowire structure electronic fabric. The same was heated for 1 minute at 80 °C, then repeated in the same manner to coat the GO.
  • GO graphene oxide
  • the electronic fabric After coating the silver nanowire and GO, the electronic fabric is placed in the reducing agent vapor for 24 hours to reduce GO.
  • FIG. 3 is a scanning electron micrograph of a polyester fabric / silver nanostructure / graphene layer electronic fabric. Referring to FIG. 3, it can be seen that graphene is coated on the surface of the polyester fabric coated with silver nanowires.
  • the electronic fabric according to another embodiment of the present invention may be made of an electronic fiber including a fiber, a nanowire structure coated on the fiber surface, and a protective layer coated on the fiber coated with the nanowire structure.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an electronic fiber of a fiber / nanowire structure / protective layer structure according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic fiber constituting the electronic fabric may have a structure of a fiber 100 / nanowire structure 200 / protective layer 300.
  • This electronic fiber is a core-shell structure.
  • the fiber 100 may be a variety of known materials used in the fabrication.
  • the fiber 100 at this time is any one selected from the group consisting of cellulose fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, cotton fibers, wool fibers and silk fibers It may include.
  • the fiber 100 may comprise polyester.
  • the nanowire structure 200 may be coated and positioned on the surface of the fiber 100.
  • the nanowire structure 200 illustrated in FIG. 4 is illustrated as an example, and the nanowires 201, 202, and 203 may be coated in various forms.
  • the nanowire structure 200 may be coated in the form of an irregular mesh.
  • the nanowire structure 200 may include a metal nanowire or a semiconductor nanowire.
  • the metal nanowires may include at least one selected from the group consisting of Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo, and W. have.
  • the semiconductor nanowire may include at least one selected from the group consisting of Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS, and ZnO.
  • the protective layer 300 may be coated and positioned on the fiber 100 coated with the nanowire structure 200.
  • the protective layer 300 serves to protect the nanowire structure 200 from the outside. Therefore, surface oxidation of the nanowire structure 200 by the outside can be prevented.
  • the protective layer 300 may include graphene or carbon nanotubes. Therefore, the protective layer 300 may include graphene or carbon nanotubes, thereby exhibiting a function of increasing conductivity as well as surface oxidation protection.
  • 5 is a graph showing the change in the sheet resistance of the electronic fabric according to the number of graphene coating in the air at room temperature.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in sheet resistance of electronic fabrics according to various mechanical deformations. The change of sheet resistance of electronic fabrics with various mechanical deformations in polyester fabrics / silver nanostructures / graphene-layer nanocomposite-based electronic fabrics was measured.
  • FIG. 6 (a) is a graph measuring the change in sheet resistance of the electronic fabric according to curling
  • FIG. 6 (b) is stretching
  • FIG. 6 (c) is bending.
  • the figure is an image of the end, stretch and bend of the electronic fabric (E-textile).
  • FIG. 6 (a) it can be seen that there is almost no change from 20 ⁇ / square to 30 ⁇ / square up to 700 times.
  • FIG. 6 (b) it can be seen that there is little change in the case of stretching from 35 ⁇ / square to 40 ⁇ / square.
  • FIG. 6 (c) it was confirmed that there was little change in bending between 40 ⁇ / square and 45 ⁇ / square.
  • the electronic fabric according to the present invention can be applied as a flexible electrode in various electronic devices.
  • the electronic device may be various devices such as a memory, a generator, a display, a light emitting device, a sensor, a solar cell, a battery, a superconductor, or an RFID.
  • a wearable electric generator is a positive functional fabric and a second functional fabric comprising a first electronic insulator and a first organic insulator having a tendency to lose electrons during the triboelectric charging process located on the first electronic fabric It may include a negative functional fabric comprising an electronic fabric and a second organic insulator having a tendency to obtain electrons in the process of triboelectric charge placed on the second electronic fabric.
  • first electronic fabric or the second electronic fabric may be an electronic fabric according to an embodiment of the present invention described above.
  • the first organic insulator includes polyformaldehyde, polyamide, melanine formol, wool, polymethyl methacrylate, or polyvinyl alcohol. can do.
  • the second organic insulator may include polytetrafluoroethylene, polydimethylsiloxane, polyvinyl chloride, polyimide, or polypropylene.
  • the uneven structure pattern may include a pyramid pattern or a square pattern.
  • This uneven structure pattern can further enhance the frictional force of the electronic fabric.
  • the wearable electric generator according to the present invention has a high possibility of applying clothing as an electronic fabric-based device, and can be applied as a device capable of supplying power to wearable electronic devices.
  • the electronic fabric-based generator used for triboelectric generation since the electronic fabric-based generator used for triboelectric generation is manufactured based on a fabric material, the electronic fabric-based generator may provide high flexibility and elasticity, and thus may provide characteristics that the two electronic fabric substrates may come into closer contact with each other.
  • the knitted structure of the fabric can increase the roughness of the insulator surface and enhance the frictional effect during the triboelectric charging process to promote the generation of frictional charge.
  • a positive functional fabric was prepared using the electronic fabric according to Preparation Example 1.
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • a negative functional fabric was produced using the electronic fabric according to Preparation Example 1.
  • PI Polyimide
  • PAA polyamide acid
  • BPDA-PDA p-phenylene biphenyltetracarboximide
  • the PAA precursor was prepared by dissolving 287.5 mg of PDA and 781.25 mg of BPDA in 500 mL of dimethylformamide (DMF), followed by blade coating on the surface of the electronic fabric of Preparation Example 1, followed by curing at 350 ° C. for 2 hours.
  • DMF dimethylformamide
  • the surface of the electronic fabric coated with the PI polymer according to Preparation Example 3 (E-Textile / PI) may be identified.
  • FIG. 8 is a graph of voltage output change of an electronic fabric based wearable electric generator according to an embodiment of the present invention.
  • triboelectricity is generated through the operation of contacting and rubbing and separating the two functional fabrics. The contact, friction, and separation operations of these two fabrics are repeated periodically.
  • the generator proposed in the present invention is manufactured on an electronic fabric, unlike a triboelectric generator produced on a conventional plastic or metal substrate, the generator can be naturally applied to general clothes to form an electricity generating garment.
  • electrostatic gloves were made from positive functional fabric (electronic fabric / PMMA) and negative functional fabric (electronic fabric / PDMS).
  • 9 is a photograph of an electronic fabric-based wearable electric generator according to an embodiment of the present invention to a glove.
  • 9 (a) to 9 (d) are images showing a state in which an electric glove is bent and the finger is bent and operated. As shown in FIG. 9, both the positive and negative functional fabrics show very good flexibility and wearability.
  • FIG. 10 is a graph of the current output characteristics of the glove to which the electric generator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the output current generated when the electroforming glove operates as shown in FIG. 9 is shown. When the glove was operating, an output current of more than 2 ⁇ A occurred instantaneously.
  • an electronic fabric having high conductivity and durability by including a fabric / nanowire structure / protective layer nanocomposite structure.

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Abstract

전자 직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기를 제공한다. 전자 직물은 직물, 상기 직물 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 코팅된 보호층을 포함한다. 따라서, 높은 전도성과 내구성을 가지는 전자 직물을 제공할 수 있다.

Description

전자 직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기
본 발명은 전자 직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 높은 전도성과 내구성을 가지는 직물/나노선 구조체/보호층 기반 전자-직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기에 관한 것이다.
전자 직물은 보통 의류에 내장하여 사용할 수 있는 기능성 소자에 사용한다. 직물과 결합한 소자는 사람이 입을 수 있도록 유연하고, 움직이는데 불편하지 않고, 가볍고, 건강을 위협하는 전자파 발생 등의 유해한 환경을 제공하지 않는 휴대용 전기 소자에 응용된다.
전자 직물을 사용한 웨어러블 소자는 직물 global positioning system (GPS)에서부터 생체 신호나 주변 환경에 자가 응답하는 섬유 제품까지 폭 넓게 연구되고 있다.
전자 직물은 소자의 성능을 향상하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으나 다음의 2가지 방식에 대한 연구가 대부분 진행되고 있다. 첫째로는 bottom to up 방식은 전자직물을 만들기 위해 전도성을 가진 섬유나 실을 사용하여 방직하는 방법이다. 보통 전도성을 가지는 카본 나노 튜브나 그래핀과 같은 나노카본 물질을 전자 직물 소재로 많이 사용한다. 또한, 고분자 그물망 안에 금속 와이어로 직물을 짜는 방식으로 플렉서블 전극을 형성하기도 한다. 두번째로 up to bottom 방식은 기본 직물에 전도성이 있는 코팅 필름을 사용하는 제작하는 방법이다. 코팅 필름에 사용되는 재료인 카본 나노튜브, 그래핀 및 나노튜브와 그래핀 혼합 형태의 복합체는 높은 전도성과 유연성이 있어 용액 공정에 용이하다는 점에서 코팅 필름 소재로 연구되고 있다. 현재 나일론이나 면, 폴리에스테르를 포함한 up to bottom 방식의 직물 산업은 bottom to up 방식에 비해 더 선호되고 있다. 따라서 보통 전자직물은 up to bottom 방식으로 제작하여 연구한다.
단일층 그래핀 박막은 투명하고, 유연하고, 내구성이 강하고 전기적인 전도성이 높은 장점을 가진다. 따라서 그래핀을 직물 위에 코팅하는 방식으로 전자 직물을 제작하는데, 이 때의 전자 직물의 면저항은 대략 1 kΩ/square 으로 매우 높은 문제점이 있다. 질산 처리한 그래핀으로 제작한 전자 직물은 면저항이 약 700 Ω/square으로 감소하지만, 전자시스템에 응용하기에는 높은 면저항을 가진다. 높은 면저항은 웨어러블 소자에 응용하는데 상당한 제약이 된다. 반면에 카본 나노 튜브 잉크를 사용하면, 전자 직물의 면저항은 1 Ω/square 이하가 나온다. 그러나 카본 나노튜브 잉크로 코팅하면 직물이 불투명해지면서 직물 본연의 색과 광택을 잃어버리게 된다. 특히 웨어러블 태양전지나 디스플레이 같은 경우는 사용이 제한되는 문제가 발생한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허 제10-2012-0135745호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 전도성과 내구성을 가지는 전자-직물, 그 제조방법 및 이를 이용한 웨어러블 전기발전기를 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 전자 직물을 제공한다. 상기 전자 직물은 직물, 상기 직물 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 코팅된 보호층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 직물은 셀룰로스계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 아크릴계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 나일론 섬유, 면 섬유, 양모 섬유 및 실크 섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함할 수 있다.
이때의 금속나노선은 Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo 및 W로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때의 반도체 나노선은 Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS 및 ZnO로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 전자 직물 제조방법을 제공한다. 상기 전자 직물 제조방법은 직물을 준비하는 단계, 상기 직물 표면에 나노선 구조체를 형성하는 단계 및 상기 나노선 구조체가 형성된 직물 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노선 구조체를 형성하는 단계는 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층을 형성하는 단계는 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 전자 직물을 제공한다. 상기 전자 직물은 섬유, 상기 섬유 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 섬유 상에 코팅된 보호층을 포함하는 전자 섬유로 제조될 수 있다.
또한, 상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 웨어러블 전기발전기를 제공한다. 상기 웨어러블 전기발전기는 제1 전자 직물 및 상기 제1 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 잃는 경향을 가진 제1 유기절연체를 포함하는 양의 기능성 직물 및 제2 전자 직물 및 상기 제2 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 얻는 경향을 가진 제2 유기절연체를 포함하는 음의 기능성 직물을 포함하고, 상기 양의 기능성 직물 및 음의 기능성 직물의 접촉 및 분리 과정을 통해 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 전자 직물 또는 제2 전자 직물은 상술한 전자 직물인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 유기절연체는 폴리포름알데하이드(polyformaldehyde), 폴리아마이드(polyamide), 멜라닌 포르몰(melanine formol), 울(wool), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 유기절연체는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 유기절연체 또는 제2 유기절연체 상에 위치하는 요철 구조 패턴을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 요철 구조 패턴은 피라미드 패턴 또는 사각 패턴을 포함할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 전자소자용 플렉서블 전극을 제공한다. 상기 전자소자용 플렉서블 전극은 상술한 전자 직물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 직물/나노선 구조체/보호층의 나노복합체 구조를 포함함으로써 높은 전도성과 내구성을 가지는 전자 직물을 제공할 수 있다.
예컨대, 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 구조의 나노복합체 기반 전자 직물은 20 Ω/square 수준의 면저항을 가짐으로써 우수한 전도성을 가지고 있다. 또한, 말기, 늘림 및 구부림 형태 변화에도 불구하고 면저항의 변화가 거의 없는 결과를 통해서 우수한 웨어러블 특성을 가지고 있다. 또한, 은나노선의 불특정한 그물망 구조는 직물의 다양한 기계적인 변형 이후에도 높은 전도성을 유지시켜주고, 높은 광학적 투명성을 나타낸다. 또한, 그래핀의 독특한 특성으로 인해 섬유 표면의 은나노선의 접착력이 향상되어 산소, 물 또는 다른 황화물 가스에 대한 화학적인 내구성이 향상되어 전자 직물의 안정성이 높아진다.
또한, 이러한 전자 직물을 이용하여 웨어러블 전기발전기를 제공할 수 있고, 다양한 전자소자용 플렉서블 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물의 제조를 위한 실험 셋업 개략도이다.
도 2는 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체 전자 직물에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 전자 직물에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유/나노선 구조체/보호층 구조의 전자 섬유의 일 개략도이다.
도 5는 상온의 대기에서 그래핀 코팅의 횟수에 따른 전자 직물의 면저항의 변화 그래프이다.
도 6은 여러 가지 기계적인 변형에 따른 전자 직물의 면저항의 변화 그래프이다.
도 7은 PI 고분자 코팅된 전자직물 표면에 대한 광학현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자직물 기반 웨어러블 전기발전기의 전압출력변화 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자직물 기반 웨어러블 전기발전기를 장갑에 적용한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기발전기를 적용한 장갑의 전류출력 특성 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물은 직물, 상기 직물 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 코팅된 보호층을 포함할 수 있다.
직물은 공지된 다양한 섬유로 제조된 것일 수 있다. 예를 들어, 직물은 셀룰로스계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 아크릴계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 나일론 섬유, 면 섬유, 양모 섬유 및 실크 섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 직물은 폴리에스테르를 포함할 수 있다.
나노선 구조체는 직물 표면에 코팅되어 위치할 수 있다. 이러한 나노선 구조체는 높은 전기 전도성을 갖게 한다. 따라서, 이때의 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함할 수 있다.
예를 들어, 금속 나노선은 Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo 및 W로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 반도체 나노선은 Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS 및 ZnO로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 나노선 구조체는 직물 표면에 다양한 형태로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 나노선 구조체는 그물망 구조로 직물 표면에 코팅될 수 있다. 보다 구체적 예로, 직물 표면에 은나노선을 불특정한 그물망 구조로 코팅할 수 있고, 이러한 은나노선의 불특정한 그물망 구조는 직물의 다양한 기계적인 변형 이후에도 높은 전도성을 유지시켜주고, 높은 광학적 투명성을 나타낼 수 있다.
이러한 나노선 구조체는 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성할 수 있다.
보호층은 상기 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 코팅되어 위치할 수 있다.
이러한 보호층은 나노선 구조체를 외부로부터 보호하는 역할을 한다. 따라서, 외부에 의한 나노선 구조체의 표면산화를 방지할 수 있다.
예를 들어, 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 따라서, 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함함으로써, 표면산화 보호기능뿐만 아니라 전도성을 보다 증가시킬 수 있는 역할을 한다.
보호층으로 그래핀층을 사용할 경우, 그래핀의 독특한 특성으로 인해 섬유 표면의 나노선 구조체 예컨대 은나노선의 접착력이 향상되어 산소, 물 또는 다른 황화물 가스에 대한 화학적인 내구성이 향상되어 전자 직물의 안정성이 높아질 수 있다.
이러한 보호층은 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물의 제조를 위한 실험 셋업 개략도이다. 도 1은 블레이드 코팅법을 수행하기 위한 실험 셋업 개략도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 직물을 준비한다. 예를 들어, 폴리에스테르 직물을 준비할 수 있다. 이때 직물에 세척과정을 수행할 수 있다. 또한, 세척된 직물에 플라즈마 표면처리를 수행할 수 있다.
그 다음에 도 1에 도시된 바와 같이 직물(textile)의 위아래 화살표 방향으로 직물을 평평하게 당겨준다.
그 다음에, 컨테이너(container)에 나노선 용액을 채운 후, 직물 표면에 블레이드 코팅을 수행하여 나노선 구조체를 코팅(coating)할 수 있다.
그 다음에, 컨테이너에 보호층 또는 보호층 전구체 용액을 채운 후, 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 블레이드 코팅을 수행하여 보호층을 코팅할 수 있다.
예를 들어, 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO) 분산액을 컨테이너에 채운 후, 은나노선 구조체가 코팅된 폴리에스테르 직물 상에 블레이드 코팅처리를 수행하여 GO를 코팅 후 이를 환원시켜 그래핀층을 형성할 수 있다.
제조예 1: 전자 직물 제조
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀 보호층 구조의 전자 직물을 제조하였다. 이때 도 1과 같은 블레이드 코팅법을 수행하여 전자 직물을 제조하였다.
먼저, 폴리에스테르 직물을 준비하였다. 이때의 폴리에스테르 직물은 아세톤과 에탄올과 탈이온수에 각각 30 분씩 세척하였다. 그리고, 세척한 직물을 10분 동안 UV/Ozone을 사용하여 플라즈마 표면 처리를 하였다.
그리고, 폴리에스테르 직물을 도 1과 같이 20 N의 힘으로 평평하게 당겨주었다.
그 다음에, 은나노선 용액(10 mg/mL)를 컨테이너에 채운 후, 폴리에스테르 직물 표면에 블레이드 코팅을 하였다. 1분 동안 80 ℃에서 은나노선을 코팅한 직물을 가열한 후, 다시 같은 방식으로 은나노선 코팅을 반복하였다.
도 2는 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체 전자 직물에 대한 주사전자현미경 사진이다. 도 2를 참조하면, 폴리에스테르 직물 표면에 은나노선이 코팅됨을 알 수 있다.
그 다음에, 그래핀 산화물(GO) 분산액(10 mg/mL)을 컨테이너에 채운 후, 제작한 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체 전자 직물 표면에 블레이드 코팅처리를 하였다. 동일하게 1분 동안 80 ℃에서 가열한 후, 같은 방식으로 반복하여 GO를 코팅하였다.
은나노선과 GO를 코팅한 후, 전자 직물을 환원제 증기 안에서 24시간 동안 두어서 GO를 환원시킨다.
도 3은 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 전자 직물에 대한 주사전자현미경 사진이다. 도 3을 참조하면, 은나노선이 코팅된 폴리에스테르 직물 표면에 그래핀이 코팅됨을 알 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 직물을 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 직물은 섬유, 상기 섬유 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 섬유 상에 코팅된 보호층을 포함하는 전자 섬유로 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유/나노선 구조체/보호층 구조의 전자 섬유의 일 개략도이다.
도 4를 참조하면, 전자 직물을 구성하는 전자 섬유는 섬유(100)/나노선구조체(200)/보호층(300) 구조일 수 있다. 이러한 전자 섬유는 코어-쉘 구조이다.
이때의 섬유(100)는 직물 제조에 사용되는 공지된 다양한 물질일 수 있다. 예를 들어, 이때의 섬유(100)는 셀룰로스계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 아크릴계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 나일론 섬유, 면 섬유, 양모 섬유 및 실크 섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 섬유(100)는 폴리에스테르를 포함할 수 있다.
나노선 구조체(200)는 섬유(100) 표면에 코팅되어 위치할 수 있다. 도 4에 도시된 나노선 구조체(200)는 일 예로 도시된 것으로서, 다양한 형태로 나노선들(201, 202, 203)이 코팅될 수 있다. 예를 들어, 나노선 구조체(200)는 불규칙적인 그물망 형태로 코팅될 수 있다.
이때의 나노선 구조체(200)는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함할 수 있다.
예를 들어, 금속 나노선은 Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo 및 W로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 반도체 나노선은 Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS 및 ZnO로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
보호층(300)은 상기 나노선 구조체(200)가 코팅된 섬유(100) 상에 코팅되어 위치할 수 있다.
이러한 보호층(300)은 나노선 구조체(200)를 외부로부터 보호하는 역할을 한다. 따라서, 외부에 의한 나노선 구조체(200)의 표면산화를 방지할 수 있다.
예를 들어, 보호층(300)은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 따라서, 보호층(300)은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함함으로써, 표면산화 보호기능뿐만 아니라 전도성을 보다 증가시키는 기능을 발휘할 수 있다.
도 5는 상온의 대기에서 그래핀 코팅의 횟수에 따른 전자 직물의 면저항의 변화 그래프이다.
도 5를 참조하면, 그래핀 코팅에 따른 전자 직물의 면저항의 변화를 측정하였다.
폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 나노복합체 기반 전자 직물에서 그래핀층의 코팅 횟수의 변화에 따른 공기나 수분에 대한 저항의 변화를 관찰하였다.
그래핀이 코팅되지 않은 전자 직물(Ag NWs)의 경우는 시간이 지남에 따라서 은나노선이 산화됨으로 인해 급격하게 면저항이 증가하였다.
그래핀 코팅을 1번(Ag NWs/1G), 2번(Ag NWs/2G) 및 3번(Ag NWs/3G)한 경우 각각 면저항의 변화를 측정하였다.
그래핀 코팅의 횟수가 증가할수록 면저항의 변화 정도가 감소하며, 3번 적층하였을 때 거의 변화가 일어나지 않는 것을 확인하였다.
이 결과를 통해서 그래핀 코팅에 의해서 화학적인 내구성이 매우 향상되는 것을 확인하였다.
도 6은 여러 가지 기계적인 변형에 따른 전자 직물의 면저항의 변화 그래프이다. 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 나노복합체 기반 전자 직물에서 다양한 기계적인 변형에 따른 전자 직물의 면저항의 변화를 측정하였다.
도 6(a)는 말기(Curling), 도 6(b)는 늘림(Strectching) 및 도 6(c)는 구부림(Folding)에 따른 전자 직물의 면저항의 변화를 측정한 그래프로서, 그래프 내부의 삽입도면은 전자 직물(E-textile)의 말기, 늘림 및 구부림 실험한 이미지이다.
도 6(a)을 참조하면, 말기의 경우, 20 Ω/square 내지 30 Ω/square에서 700번까지 거의 변화가 없는 것을 볼 수 있다. 도 6(b)를 참조하면, 늘림의 경우는 35 Ω/square 내지 40 Ω/square에서 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 도 6(c)를 참조하면, 구부림에서는 40 Ω/square 내지 45 Ω/square 사이에서 거의 변화가 없는 것을 확인하였다.
이 결과를 통해서 폴리에스테르 직물/은나노선 구조체/그래핀층 전자 직물의 경우 기계적인 내구성이 매우 강한 것을 확인하였다.
이러한 본 발명에 따른 전자 직물은 다양한 전자소자에서 플렉서블 전극으로 응용할 수 있다. 예를 들어 전자소자는 메모리, 발전기, 디스플레이, 발광소자, 센서, 태양전지, 배터리, 초전도체 또는 RFID와 같은 다양한 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물 기반의 웨어러블 전기발전기를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 전기발전기는 제1 전자 직물 및 상기 제1 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 잃는 경향을 가진 제1 유기절연체를 포함하는 양의 기능성 직물 및 제2 전자 직물 및 상기 제2 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 얻는 경향을 가진 제2 유기절연체를 포함하는 음의 기능성 직물을 포함할 수 있다.
또한, 양의 기능성 직물 및 음의 기능성 직물의 접촉 및 분리 과정을 통해 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 전자 직물 또는 제2 전자 직물은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 직물일 수 있다.
제1 유기절연체는 폴리포름알데하이드(polyformaldehyde), 폴리아마이드(polyamide), 멜라닌 포르몰(melanine formol), 울(wool), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 유기절연체는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)을 포함할 수 있다.
한편, 경우에 따라, 제1 유기절연체 또는 제2 유기절연체 상에 위치하는 요철 구조 패턴을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 요철 구조 패턴은 피라미드 패턴 또는 사각 패턴을 포함할 수 있다.
이러한 요철 구조 패턴은 전자직물의 마찰력을 보다 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 전기발전기는 전자직물 기반의 소자로서 의류적용 가능성이 크고, 웨어러블 전자기기에 전력공급이 가능한 소자로 적용이 가능하다.
또한, 마찰전기 발생을 위해 사용하는 전자 직물 기반 발전기는 직물소재를 기반으로 제작하였기 때문에 높은 유연성과 신축성을 갖고 이로 인해 두 가지 전자직물 기판이 더욱 근접하게 접촉할 수 있는 특성을 제공할 수 있다.
또한, 직물의 편물구조는 절연체 표면의 거칠기를 증가시키고 마찰대전 공정 동안 마찰효과를 향상하여 마찰전하의 생성을 증진시킬 수 있다.
제조예 2: 양의 기능성 직물 제작
제조예 1에 따른 전자 직물을 이용하여 양의 기능성 직물을 제작하였다.
양의 기능성 직물을 위한 고분자로 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)를 사용하였다. PMMA 분말은 30 mg/mL 의 농도로 클로로폼(chloroform)에 용해하고 제조예 1의 전자 직물 표면에 블레이드 코팅하여 제작하였다.
제조예 3: 음의 기능성 직물 제작
제조예 1에 따른 전자 직물을 이용하여 음의 기능성 직물을 제작하였다.
음의 기능성 직물을 위한 고분자로 폴리이미드(polyimide, PI)를 사용하였다. PI는 polyamide acid(PAA) 전구체로부터 형성되며 실시예에서는 p-phenylene biphenyltetracarboximide(BPDA-PDA) 타입의 PAA를 사용하였다. PAA 전구체는 287.5 mg의 PDA 와 781.25 mg의 BPDA 를 500 mL 의 dimethylformamide(DMF)에 용해하여 준비하여 제조예 1의 전자 직물 표면에 블레이드 코팅한 후 350 ℃에서 2시간 동안 경화하여 제작한다.
도 7은 PI 고분자 코팅된 전자직물 표면에 대한 광학현미경 이미지이다.
도 7을 참조하면, 제조예 3에 따른 PI 고분자가 코팅된 전자직물(E-Textile/PI) 표면을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자직물 기반 웨어러블 전기발전기의 전압출력변화 그래프이다.
도 8을 참조하면, 두 가지 기능성 직물을 접촉하여 마찰하고 분리시키는 동작을 통해 마찰전기가 발생된다. 이러한 두 직물의 접촉, 마찰, 분리 동작은 주기적으로 반복되어 수행된다.
도 8을 참조하면, 주기적인 동작 동안 발전기의 출력전압을 확인할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 발전기는 기존의 플라스틱이나 금속기판 위에 제작된 마찰전기 발전기와는 다르게 전자직물 위에 제작되었기 때문에 일반 의류에 자연스럽게 적용하여 전기발전 의류 형성이 가능하다.
또한, 저주파수의 마찰현상은 팔, 다리, 손가락 등의 신체의 많은 영역에서 발생되며 지금까지 낭비되어왔던 매우 큰 역학적 에너지가 전기 발전의류를 사용하여 수집될 수 있으며 여러 웨어러블 전자소자를 위한 전력원으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 양의 기능성 직물(전자직물/PMMA)과 음의 기능성 직물(전자직물/PDMS)로 전기발전 장갑을 제작하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자직물 기반 웨어러블 전기발전기를 장갑에 적용한 사진이다. 도 9(a) 내지 도 9(d)는 전기발전 장갑을 착용하고 손가락를 구부렸다 폈다 동작하는 모습을 나타낸 이미지이다. 도 9에 도시된 바와 같이 양의 기능성 직물과 음의 기능성 직물 모두 매우 우수한 유연성 및 착용성을 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기발전기를 적용한 장갑의 전류출력 특성 그래프이다. 도 10을 참조하면, 전기발전 장갑이 도 9와 같이 동작할 때 발생되는 출력전류를 보여준다. 장갑이 동작할 때, 순간적으로 2 μA 이상의 출력전류가 발생하였다.
이러한 결과는 전기발전 장갑이 신체활동으로부터 에너지를 수집하고 전기에너지로 변환할 수 있음을 보여주며 웨어러블 전자소자 및 자체 전력 전자소자에 적용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 직물/나노선구조체/보호층 나노복합체 구조를 포함함으로써 높은 전도성과 내구성을 가지는 전자 직물을 제공할 수 있다.
또한, 이러한 전자 직물을 이용하여 웨어러블 전기발전기를 제공할 수 있고, 다양한 전자소자용 플렉서블 전극을 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
[부호의 설명]
100: 섬유 200: 나노선 구조체
201, 202, 203: 나노선
300: 보호층

Claims (20)

  1. 직물;
    상기 직물 표면에 코팅된 나노선 구조체; 및
    상기 나노선 구조체가 코팅된 직물 상에 코팅된 보호층을 포함하는 전자 직물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직물은 셀룰로스계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 아크릴계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 나일론 섬유, 면 섬유, 양모 섬유 및 실크 섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 전자 직물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함하는 전자 직물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속나노선은 Ag, Cr, Cu, Au, Fe, Co, Al, Ni, Pt, Ti, Ga, Pd, Sn, Mo 및 W로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 전자 직물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반도체 나노선은 Si, Ge, SiGe, GaAs, InP, InAs, InSb, GaSb, CdTe, CdS, ZnS 및 ZnO로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 전자 직물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함하는 전자 직물.
  7. 직물을 준비하는 단계;
    상기 직물 표면에 나노선 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 나노선 구조체가 형성된 직물 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 전자 직물 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함하는 전자 직물 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나노선 구조체를 형성하는 단계는 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 직물 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함하는 전자 직물 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 단계는 블레이드 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 스핀 코팅법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 직물 제조방법.
  12. 섬유, 상기 섬유 표면에 코팅된 나노선 구조체 및 상기 나노선 구조체가 코팅된 섬유 상에 코팅된 보호층을 포함하는 전자 섬유로 제조된 전자 직물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 나노선 구조체는 금속 나노선 또는 반도체 나노선을 포함하는 전자 직물.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 보호층은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함하는 전자 직물.
  15. 제1 전자 직물 및 상기 제1 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 잃는 경향을 가진 제1 유기절연체를 포함하는 양의 기능성 직물; 및
    제2 전자 직물 및 상기 제2 전자 직물 상에 위치하는 마찰대전 과정에서 전자를 얻는 경향을 가진 제2 유기절연체를 포함하는 음의 기능성 직물을 포함하고,
    상기 양의 기능성 직물 및 음의 기능성 직물의 접촉 및 분리 과정을 통해 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 전자 직물 또는 제2 전자 직물은 제1항 또는 제12항의 전자 직물인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전기발전기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 유기절연체는 폴리포름알데하이드(polyformaldehyde), 폴리아마이드(polyamide), 멜라닌 포르몰(melanine formol), 울(wool), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 포함하는 웨어러블 전기발전기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 유기절연체는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)을 포함하는 웨어러블 전기발전기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 유기절연체 또는 제2 유기절연체 상에 위치하는 요철 구조 패턴을 더 포함하는 웨어러블 전기발전기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 요철 구조 패턴은 피라미드 패턴 또는 사각 패턴을 포함하는 웨어러블 전기발전기.
  20. 제1항 또는 제12항의 전자 직물을 포함하는 전자소자용 플렉서블 전극.
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