WO2021080159A1 - 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체 및 이의 제조방법 - Google Patents

유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체 및 이의 제조방법 Download PDF

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conductive polymer
polymer gel
gel elastomer
organic ion
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한창수
전경용
손영준
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고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to an organic ion conductive polymer gel elastomer and a method of manufacturing the same.
  • Hydrogels are polymer polymers in the form of a crosslinked network consisting of one or more monomers. These hydrogels are prepared from hydrophilic polymer chains through a physical or chemical crosslinking process and are swelled to a large extent by water, but are not soluble in water.
  • hydrogels are very similar to biological tissues and have excellent diffusion properties because of their high moisture content, so they are used in a wide range of applications such as contact lenses, drug delivery media, separators, and soft tissue substitutes such as adhesives.
  • hydrogels have been actively used in tissue engineering and biosensor development by acting as a material that prevents the adsorption of biopolymers, that is, cells or proteins.
  • Conductive hydrogel is a material in which a conductive polymer material is dispersed in a hydrated polymer matrix capable of various crosslinking, and is one of the core materials required to implement a hybrid device in which a bio-derived material such as protein is grafted onto a variety of devices.
  • the conductive hydrogel can be used as an electrode material of a flexible flexible device that can be bonded to a body part because it exhibits electrical conductivity in addition to its inherent elasticity and suitability to the human body.
  • An embodiment of the present invention is an organic ion-conducting polymer gel elastomer capable of having excellent elasticity, elasticity, flexibility, and dimensional stability by plasticizing a polymer matrix having physical crosslinking to limit crystallinity. I want to provide.
  • An embodiment of the present invention is to provide an organic ion conductive polymer gel elastomer capable of having excellent ion conductivity by evenly dispersing an ion conductive dopant in a polymer matrix by a plasticizing solvent.
  • Examples of the present invention include a high boiling point and a non-hydrophilic plasticizing solvent and an ion conductive dopant, and do not absorb moisture, so that the shape of the organic ion conductive polymer gel elastomer can be maintained for a long time. It is an object to provide an organic ion conductive polymer gel elastomer capable of solving the problems of the conventional organic ion conductive polymer gel elastomer containing water as a solvent.
  • An embodiment of the present invention is an organic ion conductive polymer gel elastomer having physical crosslinking and excellent transparency, elasticity, flexibility, dimensional stability, and ion conductivity through a simple process of mixing a polymer, a plasticizing solvent, and an ion conductive dopant and then drying it. It is intended to provide a method of manufacturing an organic ion conductive polymer gel elastomer capable of manufacturing.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the present invention comprises: a polymer matrix; A plasticizing solvent that is impregnated in the polymer matrix to plasticize the polymer matrix in a gel state; And an ion conductive dopant ionized by the plasticizing solvent and dispersed in the polymer matrix, wherein the plasticizing solvent and the ion conductive dopant have a high boiling point and non-hydrophilic properties.
  • the polymer matrix may have physical crosslinking.
  • the vapor pressure of the plasticizing solvent may be 0.00001 mmHg to 10 mmHg at 25°C.
  • the plasticizing solvent is an adipate-based material including dibutyl adipate and diethyl adipate, acetyl A citrate-based material containing tributyl citrate (ACETYL TRIBUTYL CITRATE), a phthalates-based material containing dibutyl phthalate, and sebacate containing dibutyl sebacate It may be one or more selected from the group consisting of (sebacate)-based materials, azilates-based materials, benzoates-based materials, trimellitates-based materials, and phosphates-based materials.
  • the ion conductive dopant may be a non-hydrophilic ionic liquid containing an organic cation and an organic or inorganic anion.
  • the ion conductive dopant is [EMIM][TFSI](1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide), [BMIM][TFSI] (1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide), [EMIM][PFESI]( 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3 -methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [EMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [BMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethyls
  • the polymer matrix is polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polypyrrole, polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVdC), poly (Alkyl acrylate), poly(ethyl acrylate), poly(ethylene terephthalate), polymethyl methacrylate (PMMA), polyaniline, polyvinyl acetate, poly(ethylvinyl acetate), polyvinyl butyrate, polyacrylate, Polyacrylic acid ester, polyacrylamide, polymethacrylic acid ester, polymethacrylamide, polyacrylonitrile (PAN), polycaprolactone (PCL), polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(2-vinylpyridine) , Polyvinyl methyl ether, polyvinyl butyral, polybenzimidazole, polyether ether ketone,
  • the weight ratio of the polymer matrix, the plasticizing solvent, and the ion conductive dopant may be 45:45:10 to 3.33:96.6699:0.0001.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer may have transparency by limiting crystallinity by plasticizing a polymer matrix having physical crosslinking, and also has excellent elasticity, elasticity, flexibility, and dimensional stability. I can.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer may have excellent ion conductivity by evenly dispersing an ion conductive dopant in the polymer matrix by a plasticizing solvent.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer includes a high boiling point and non-hydrophilic plasticizing solvent and an ion conductive dopant, and does not absorb moisture, so that the organic ion conductive polymer
  • the shape of the gel elastomer can be maintained for a long period of time, and problems of the conventional organic ion conductive polymer gel elastomer containing water as a solvent can be solved.
  • the method of manufacturing an organic ion conductive polymer gel elastomer is a simple process of mixing and drying a polymer, a plasticizing solvent, and an ion conductive dopant.
  • An organic ion conductive polymer gel elastomer having excellent stability and ion conductivity can be prepared.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a specific state of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart showing a method of manufacturing an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing voltage versus current of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in resistance to deformation of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in resistance according to an elapsed time of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the evaluation of moisture resistance of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing results of a tensile test of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing Young's modulus and toughness results of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph analyzing elasticity and mechanical hysteresis of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of a tensile cyclic test of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing the resistance change according to the deformation of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a graph analyzing long-term stability of strain performance of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing changes in gauge factor (GF) under various humidity levels of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing changes in gauge factor (GF) under various temperatures of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a graph showing a change in resistance under various pressure conditions of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a graph analyzing an evaporation test of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • an embodiment As used herein, “an embodiment”, “example”, “side”, “example”, etc. should be construed as having any aspect or design described better than or having an advantage over other aspects or designs. It is not.
  • the term'or' means an inclusive OR'inclusive or' rather than an exclusive OR'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or unless clear from context, the expression'x uses a or b'means any one of natural inclusive permutations.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a specific state of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 is impregnated in the polymer matrix 110 and the polymer matrix 110 to calcinate the polymer matrix 110 into a gel state. It includes a plasticizing solvent 120 to be converted, and an ion conductive dopant 130 ionized by the plasticizing solvent 120 and dispersed in the polymer matrix 110.
  • the polymer matrix 110 may have a shape in which polymers are arranged randomly or having a certain regularity.
  • the polymer matrix 110 is plasticized by the plasticizing solvent 120 to become a very fluid state, and the plasticized polymer matrix 110 chains are physically entangled with each other physically crosslinked structure Can have.
  • the physical crosslinking may mean that the polymer matrix 110 is plasticized so that very small crystals physically connect amorphous crystals.
  • the polymer matrix 110 is shown to constitute a polygonal cell, but this is for convenience of understanding and the structure of the polymer matrix 110 is not limited thereto.
  • the polymer matrix 110 made of the physical crosslinks may have a thermodynamically reversible structure such as hydrogen bonding, self-assembly of polymers, and crystal formation.
  • the polymer matrix 110 can use various polymers to achieve physical crosslinking, for example, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polypyrrole, polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVdC).
  • polyvinyl alcohol polyvinylpyrrolidone
  • polypyrrole polypyrrole
  • polyvinylchloride PVC
  • PVdC polyvinylidene chloride
  • PVC can change the structural and physicochemical properties of the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to the embodiment of the present invention according to the chain length of the plasticizing solvent 120 and the type of the plasticizing solvent 120. Since the application range is wide, it is preferable as a material included in the polymer matrix 110.
  • the structural structure of the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to the embodiment of the present invention is changed by changing the chain length of the block copolymer and the type of the block copolymer. , Physicochemical properties, etc. can be optimized.
  • the block copolymer included in the polymer matrix 110 includes blocks with low solubility in the plasticizing solvent 120 or the ion conductive dopant 130 (hereinafter, block A) and the plasticizing solvent 120 or the ion conductive dopant ( 130) is composed of a block having a high solubility (hereinafter, block B), in which the phase-separated A block in the ion conductive dopant 130 forms the physical crosslinking point of the three-dimensional structure, and the B block connects the physical crosslinking points.
  • block A blocks with low solubility in the plasticizing solvent 120 or the ion conductive dopant 130
  • block B a block having a high solubility
  • the B block connects the physical crosslinking points
  • the chemical crosslinking points partially included in the polymer matrix 110 are determined, so that the polymer matrix 110 may become opaque.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 includes a plasticizing solvent 120 that plasticizes the polymer matrix 110 having physical crosslinking, and an ion conductive dopant 130 that imparts ionic conductivity. By including, it may have sufficient elasticity, elasticity and dimensional stability.
  • the plasticizing solvent 120 plasticizes the polymer matrix 110 against the crystallization property of the polymer matrix 110 to form a physical crosslink.
  • the plasticizing solvent 120 may serve as a solvent so that the ion conductive dopant 130 is well dissolved and dispersed well in the polymer matrix 110.
  • the plasticizing solvent 120 is made of a high boiling point and a non-hydrophilic material, so that the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to an embodiment of the present invention may not be affected by external moisture.
  • the plasticizing solvent 120 may be a non-hydrophilic organic solvent having a significantly lower vapor pressure than water at 25° C., and the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to an embodiment of the present invention is very low in volatility. The elasticity and flexibility of the can be maintained for a long period of time.
  • the plasticizing solvent 120 may have a vapor pressure of 0.00001mmHg to 10mmHg at 25°C.
  • the vapor pressure of the plasticizing solvent 120 is less than 0.00001 mmHg, the viscosity of the plasticizing solvent 120 is very high, and the fluidity is reduced, so that the elasticity and flexibility of the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to the embodiment of the present invention are reduced. It may be significantly lowered, and if it exceeds 10 mmHg, the plasticizing solvent 120 is easily vaporized so that the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to an embodiment of the present invention can be easily cured.
  • the plasticizing solvent 120 may be a non-hydrophilic organic solvent having a boiling point of 150° C. to 400° C. and a melting point of -150° C. to 0° C. Since the soluble range of the conversion solvent 120 is large, it is preferable to use an organic solvent having a high boiling point and non-hydrophilic properties.
  • the plasticizing solvent 120 is an adipate-based material including dibutyl adipate and diethyl adipate, acetyl tributyl citrate (ACETYL TRIBUTYL CITRATE).
  • a citrate-based material including, a phthalates-based material including dibutyl phthalate, a sebacate-based material including dibutyl sebacate, and azelates )-Based substances, benzoates-based substances, trimellitates-based substances, phosphates-based substances, or one or more selected from the group consisting of, tri-meritic acid ester-based substances, aliphatic dibasic acids It may be one or more selected from the group consisting of an ester-based material, an epoxy-based material, a RIN-acid ester-based material, an aliphatic ester-based material, a chlorine-containing material, and a polyester-based material, but is not limited thereto.
  • Ethylene glycol (EG) which is the plasticizing solvent 120 used in the existing organic ion conductive polymer gel elastomer 100, has a melting point of -13°C and a boiling point of 596°C. However, there was a problem that the volatility was relatively high due to the vapor pressure of 0.06mmHg at 20°C.
  • the existing plasticizing solvent 120 has both hydrophilicity and non-hydrophilicity, and is not separated from water.
  • dibutyl adipate has a melting point of -32°C and a boiling point of 305°C.
  • the difference between the melting point and the boiling point is remarkable, so the soluble area is large, and the volatility is extremely low as it has a very small vapor pressure of 0.001mmHg at 25°C. Therefore, it is preferably used as the plasticizing solvent 120.
  • the plasticizing solvent 120 may increase the ionic conductivity of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the exemplary embodiment of the present invention by lowering the glass transition temperature of the polymer matrix 110 due to a very large molecular size.
  • the ion conductive dopant 130 is a non-hydrophilic ionic liquid containing an organic cation and an organic or inorganic anion, and may be in the form of a molten salt.
  • the ion conductive dopant 130 is preferably a non-volatile and flame-retardant ionic liquid instead of a generally used carbonate-based organic solvent.
  • the ion conductive dopant 130 is a non-hydrophilic ionic liquid, and has a low vapor pressure that is generally negligible, and thus has excellent non-volatile properties.
  • the ion conductive dopant 130 may be a non-hydrophilic ionic liquid having a thermal decomposition temperature of 300° C. or higher, and may have excellent thermal stability.
  • the ion conductive dopant 130 which is a non-hydrophilic ionic liquid, has a very high ionic conductivity ( ⁇ 1mS/cm), specific capacitance ( ⁇ 10 ⁇ F/cm 2 ), and a wide electrochemical stability window (4V) similar to that of an aqueous electrolyte. To 7V), it can exhibit excellent properties.
  • the ion conductive dopant 130 is [EMIM][TFSI](1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoro-methylsulfonyl)imide), [EMIM][PFESI]( 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [EMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [BMP][TFSI](1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethyls
  • [EMIM][TFSI] is composed of an organic cation containing lipophilic EMIM and a lipophilic bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide) organic anion. Due to the large molecular volume and asymmetry of the molecular structure, the organic cation And interfering with the interaction between organic anions, and suppressing the regular arrangement of molecules of the plasticizing solvent 120 in the crystal lattice of the polymer matrix 110, thereby lowering the melting point of the plasticizing solvent 120, and thus ionic conductivity. It is preferred as the dopant 130.
  • the ion conductive dopant 130 may be dissolved in an organic solvent without being dissolved in water if the polycation includes an anion having a large size and polarizability such as PF 6-.
  • the solubility of the plasticizing solvent 120 may differ depending on the type of anion.
  • halogen anion such as a cationic polymer and Br - - ion conductive dopant 130 is Br can be dissolved only in very large polar solvent to a strong electrostatic attraction acts between.
  • the ion conductive dopant 130 contains fluorine such as BF 4- or PF 6- and combines with a spherical anion, it is not soluble in water and may be well soluble in acetone, but still THF. Insoluble in organic solvents such as ethylacetate (EtAc).
  • the ion-conductive dopant 130 is bis (trifluoromethylsulfone) imide (CF 3 SO 2) 2 N -, bis (pentafluoroethylsulfone) imide, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N - indicate the pieces polarity as easy asymmetry When combined with an anion, it can be well dissolved in organic solvents such as acetone, THF, and EtAc.
  • the ion conductive dopant 130 contains a triflate (CF 3 SO 3- ) ion, it is very polar by itself, so it is not soluble in water, but is well soluble in alcohol and may be soluble in acetone.
  • CF 3 SO 3- triflate
  • the ion conductive dopant 130 Since the ion conductive dopant 130 has a strong non-hydrophilicity, it is well dissolved in the non-hydrophilic plasticizing solvent 120 and can be evenly dispersed as cations and anions in the polymer matrix 110.
  • the ion conductive dopant 130 is evenly dispersed in the polymer matrix 110 in an ionic form, so that the ionic conductivity of the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to the embodiment of the present invention may be improved.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 since the ion conductive dopant 130 is a non-hydrophilic ionic liquid, the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 according to an embodiment of the present invention including the same may not be affected by external moisture.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 comprises a polymer matrix 110, a plasticizing solvent 120, and an ion conductive dopant 130 in a weight ratio of 45:45:10 to 3.33:96.6699:0.0001. It may include.
  • the plasticizing solvent 120 and the ion conductive dopant 130 may be mixed in a weight ratio of 1:99 to 50:50 to introduce the ion conductive dopant 130 into the plasticizing solvent 120.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 may not be transparent, and the shape may not be maintained. There is a problem that you cannot become self-reliant.
  • the plasticizing solvent 120 into which the ion conductive dopant 130 is introduced is contained less than the weight ratio, the polymer matrix 110 cannot be sufficiently plasticized, and thus the organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention ( The elasticity of 100) may be deteriorated.
  • the polymer matrix 110 and the plasticizing solvent 120 into which the ion conductive dopant 130 is introduced are mixed in a weight ratio of 1:0.01 to 1:1, so that the ion conductive dopant 130 is contained in the polymer matrix 110.
  • the introduced plasticizing solvent 120 may be impregnated, and the ion conductive dopant 130 may be dispersed in the polymer matrix 110.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 may have transparency by limiting crystallinity by plasticizing the polymer matrix 110 having physical crosslinking, and excellent elasticity, elasticity, and flexibility. And dimensional stability.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 may have excellent ion conductivity by evenly dispersing the ion conductive dopant 130 in the polymer matrix 110 by the plasticizing solvent 120. have.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer 100 includes a non-hydrophilic plasticizing solvent 120 and an ion conductive dopant 130, and does not absorb moisture.
  • the shape of (100) can be maintained for a long time.
  • FIG. 2 is a flow chart showing a method of manufacturing an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing an organic ion conductive polymer gel elastomer is a step of preparing an organic ion conductive polymer solution by adding a polymer, a plasticizing solvent, and an ion conductive dopant to a good solvent (S110). And drying the organic ion conductive polymer solution to prepare an organic ion conductive polymer gel elastomer including a polymer matrix formed by the polymer (S120).
  • the method of manufacturing the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the embodiment of the present invention includes the components of the organic ion conductive polymer gel elastomer described above, a redundant description will be omitted.
  • the good solvent must be capable of dissolving all of the polymer, the plasticizing solvent, and the ion conductive dopant, and may have a property of being rapidly volatilized due to a very high vapor pressure under atmospheric conditions at room temperature.
  • step S110 an organic ion conductive polymer gel elastomer in which the polymer, the plasticizing solvent, and the ion conductive dopant are well-mixed can be prepared.
  • the good solvent may be tetrahydrofurane (THF), but is not limited to the material.
  • the polymer is a material that becomes a raw material of the polymer matrix, and the polymer matrix may be formed by physically crosslinking the polymer.
  • the polymer matrix is plasticized by the plasticizing solvent to become a very fluid state, and the plasticized polymer matrix chains have physical entanglement with each other, and the plasticizing solvent is impregnated into the physically entangled polymer matrix.
  • the ion conductive dopant is dissolved in a plasticizing solvent having a very low vapor pressure, and is dispersed in the plasticizing solvent while volatilizing a good solvent having a higher vapor pressure than the plasticizing solvent.
  • the polymer matrix is physically crosslinked by the plasticizing solvent, and the plasticizing solvent into which the ion conductive dopant is introduced is located in the physically crosslinked polymer matrix.
  • the polymer is polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polypyrrole, polyvinylchloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVdC), poly(alkylacrylate), poly(ethyl acrylate), Poly(ethylene terephthalate), polymethylmethacrylate (PMMA), polyaniline, polyvinyl acetate, poly(ethylvinyl acetate), polyvinyl butyrate, polyacrylate, polyacrylic acid ester, polyacrylamide, polymethacrylic acid ester , Polymethacrylamide, polyacrylonitrile (PAN), polycaprolactone (PCL), polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(2-vinylpyridine), polyvinyl methyl ether, polyvinyl butyral, polybenz Imidazole, polyetheretherketone, styrene/acrylic acid ester, vinyl acetate/acrylic acid ester, ethylene/vin
  • the plasticizing solvent of step S110 is non-hydrophilic to plasticize the polymer matrix into a gel state
  • the ion conductive dopant is non-hydrophilic and ionized by the plasticizing solvent to be dispersed in the polymer matrix formed by physical crosslinking of the polymer. Since the description of the plasticizing solvent and the ion conductive dopant has been described in detail in the description of FIG. 1, duplicate descriptions are omitted.
  • the organic ion conductive polymer solution may include the polymer, the plasticizing solvent, and the ion conductive dopant in a weight ratio of 1:1:0.01 to 1:20:20.
  • the amount of the polymer is too small, physical crosslinking due to physical entanglement of the polymer matrix may not be sufficiently achieved, and thus the prepared conductive polymer conductor may not be molded or formed to have a sufficient volume or dimension.
  • the amount of the polymer is too large, the gelling process may be insufficient, and the transparency, elasticity, and flexibility of the prepared conductive polymer conductor may be deteriorated.
  • the amount of the plasticizing solvent is too small, the polymer matrix is not sufficiently plasticized, and thus the stretchability and flexibility of the prepared conductive polymer conductor may be deteriorated.
  • the polymer matrix may be excessively plasticized, making it difficult to maintain the shape of the conductive polymer conductor.
  • step S120 the conductive polymer solution is dried to prepare a conductive polymer conductor, and the conductive polymer solution may be injected into a mold having a specific shape so that the conductive polymer conductor has a specific shape and dried.
  • a conductive polymer conductor having physical crosslinking may be prepared.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the present invention was prepared in various examples according to the content of the ion conductive dopant, and then properties and effects were evaluated.
  • Dibutyl adipate and dibutyl adipate in the PVC solution so that the weight ratio of the PVC solution, dibutyl adipate (purchased from Tokyo Chemical Industry), and [EMIM] [TFSI] (purchased from Sigma Aldrich) is 1:9:0.03.
  • An organic ion conductive polymer solution was prepared by adding 9g and 0.01g of EMIM][TFSI], respectively.
  • the organic ion conductive polymer solution was stirred at room temperature for 4 hours, and then dried at room temperature for 48 hours to remove tetrahydrofuran to prepare an organic ion conductive polymer gel elastomer.
  • Organic ion conductivity in the same manner as in [Preparation Example 1], except that the organic ion conductive polymer solution was prepared so that the weight ratio of PVC solution, dibutyl adipate, and [EMIM] [TFSI] was 1:9:0.08.
  • a polymer gel elastomer was prepared.
  • Organic ion conductivity in the same manner as in [Preparation Example 1], except that the organic ion conductive polymer solution was prepared so that the weight ratio of PVC solution, dibutyl adipate, and [EMIM] [TFSI] was 1:9:0.4.
  • a polymer gel elastomer was prepared.
  • Organic ion conductivity in the same manner as in [Preparation Example 1], except that the organic ion conductive polymer solution was prepared so that the weight ratio of PVC solution, dibutyl adipate, and [EMIM] [TFSI] was 1:9:0.8.
  • a polymer gel elastomer was prepared.
  • Organic ion conductivity in the same manner as in [Preparation Example 1], except that the organic ion conductive polymer solution was prepared so that the weight ratio of PVC solution, dibutyl adipate, and [EMIM] [TFSI] was 1:9:1.6.
  • a polymer gel elastomer was prepared.
  • Organic ion conductive polymer solution [EMIM][TFSI] so that the weight ratio of PVC solution, dibutyl adipate, and [EMIM][TFSI] is 1:9:0
  • An organic ion conductive polymer gel elastomer was prepared in the same manner as in [Preparation Example 1], except for preparing (not added).
  • FIG 3 is a graph showing voltage versus current of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • the ion conductive dopant which is an ionic liquid
  • the ion conductive dopant does not substantially intervene in the electrical conduction of the organic ion conductive polymer gel elastomer
  • the Faradaic conduction which is electrical conduction due to the movement of electrons, is organic ions. It can be seen that it mainly contributes to the electrical conduction of the conductive polymer gel elastomer.
  • the ion conductive dopant which is an ionic liquid
  • the change in current versus voltage of the organic ion conductive polymer gel elastomer is rapid and non-linear, and it can be seen that the capacitance characteristics of the organic ion conductive polymer gel elastomer are improved.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in resistance to deformation of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomers of Preparation Examples 1 to 6 exhibit a resistance change up to a strain of 200%.
  • the elasticity, elasticity, dimensional stability, and flexibility of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention can maintain electrical conductivity even when a strain is applied.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in resistance according to an elapsed time of an organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention.
  • the weight of the plasticizing solvent changed within about 0.1% even after 21 days of leaving the organic ion conductive polymer gel elastomers of Preparation Examples 1 to 6 at room temperature.
  • the resistance increases as the moisture contained therein evaporates, but the resistance of the organic ion conductive polymer gel elastomers of Preparation Examples 1 to 6 hardly changed over time, which is a high boiling point, non-volatile and non-volatile material. This is because an aqueous plasticizing solvent and an ion conductive dopant were used.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the embodiment of the present invention has excellent durability because the plasticizing solvent is nonvolatile, so that the polymer matrix can be plasticized for a long period of time and the ion conductive dopant can be evenly dispersed in the polymer matrix. have.
  • FIG. 6 is an evaluation of the moisture resistance of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 of the present invention.
  • RH relative humidity
  • FIG. 7 is a view showing the results of a tensile test of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Examples 3 to 6 and Comparative Examples of the present invention.
  • a fracture point was observed at 280 to 320% strain, and the maximum tensile stresses were 35 to 46 kPa.
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Comparative Example showed the greatest stress at all strain levels, but the organic ion conductive polymer gel elastomers according to Preparation Examples 3 to 6 were organic ions according to Comparative Example at all strain levels.
  • FIG. 8 shows the Young's modulus and toughness results calculated from the content of the ion conductive dopant from the S-S curve in FIG. 7.
  • the average Young's modulus of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the comparative example is 9.52 kPa
  • the average Young's modulus of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Examples 3 to 6 is 7.28 kPa (Preparation Example 3) and 5.96 kPa (Preparation Example 4). ), 7.09 kPa (Production Example 5) and 7.19 kPa (Production Example 6).
  • toughness a value similar to the Young's modulus was shown, and the average toughness of the organic ion conductive polymer gel elastomers according to Preparation Examples 3 to 6 was 30 to 50 kJ/m3.
  • FIG. 9 is an analysis of the elasticity and mechanical hysteresis of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 of the present invention by repeatedly performing the S-S test.
  • a linear behavior was observed between elongation and contraction under reversible 20 to 100% strain.
  • the S-S curve enlarged at 60% deformation shows a clear linear pattern, and moreover, the elongation and contraction almost coincide, so that there is almost no hysteresis phenomenon.
  • FIG. 10 shows the results of a tensile cyclic test for an organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 of the present invention.
  • the tensile cycle test is performed 30 times up to 200% deformation. It can be seen that the elasticity is maintained after the cycle.
  • the stress at 200% strain ranges from 35.01 kPa (1 st cylcle) to 27.77 kPa (30 th cycle), which can be confirmed to maintain excellent repetitive tensile modulus even in large strain.
  • FIG. 11 shows the resistance change according to the deformation of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 of the present invention.
  • the deformation was applied as a triangular waveform, and each The period of the waveform is 9.4 seconds (s), the applied voltage is 0.5 V, and the strain level range is 20 to 200%.
  • the measured resistance change ( ⁇ R/R 0 ) is the normalization of the resistance change degree ( ⁇ R) compared to the initial resistance (R 0 ).
  • the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 exhibits stable performance for 7 cycles at different degrees of deformation (20, 60, 120, 160, and 200%).
  • FIG. 12 is an analysis of long-term stability of strain performance for the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 3 of the present invention.
  • resistance change ( ⁇ R /R 0 ) is measured over 6000 cycles, and it can be seen that the resistance change ( ⁇ R/R 0) is kept stable and constant.
  • the change in resistance ( ⁇ R/R 0 ) in the enlarged inset ranges from 0.2 to 2.0.
  • Equation 13 and 14 are observations of changes in Gauge Factor (GF) represented by Equation 1 below under various humidity and temperatures for the organic ion conductive polymer gel elastomer according to an embodiment of the present invention. It is shown.
  • GF Gauge Factor
  • R 0 is the initial resistance
  • ⁇ R is the degree of resistance change compared to the initial resistance (R 0 ),
  • strain is the strain rate.
  • the GF value of the organic ion conductive polymer gel elastomers according to Preparation Examples 2 to 5 of the present invention was insufficient at 20, 40, 60 and 80% humidity at 100% strain level, Even when the content ratio (0.03 to 1.6) of the ion conductive dopant ([EMIM][TFSI]) according to Preparation Examples 1 to 6 of the present invention increases, the change in the standard deviation of GF is insignificant, and all of them are 0.25 or less. It can be seen that the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the embodiment of the present invention is not affected by humidity.
  • the change in the standard deviation of GF at 100% strain at a temperature change of 24 to 47° C. is insignificant, all are at a level of 0.15 or less, and the organic ion conductive polymer according to Preparation Examples 2 to 5 of the present invention No significant change in the GF value of the gel elastomer was observed.
  • FIG. 15 is a diagram showing a change in resistance under various pressure conditions of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 6 of the present invention.
  • 20 on the surface of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Example 6
  • ⁇ R/R 0 change in resistance
  • ⁇ R/R 0 change in resistance
  • the weight and volume of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to Preparation Examples and Comparative Examples of the present invention were kept constant regardless of the content of the ion conductive dopant, and the organic ion conductive polymer gel according to Preparation Example 3 It can be seen that the elastic body maintains its appearance even after 21 days have elapsed. In contrast, the volume of PVA hydrogel decreased significantly within one day.
  • the non-evaporability of the organic ion conductive polymer gel elastomer according to the embodiment of the present invention is due to the non-volatile nature of dibutyl adipate (DBA).

Abstract

본 발명은 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체 및 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 고분자 매트릭스; 상기 고분자 매트릭스 내에 함침되어, 상기 고분자 매트릭스를 겔(gel) 상태로 가소화시키는 가소화 용매; 및 상기 가소화 용매에 의해 이온화 되어 상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 이온 도전성 도펀트를 포함하며, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트는 비친수성인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체 및 이의 제조방법
본 발명은 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자정보 소자의 급속한 발전으로 휴대용 정보통신 및 스마트 기기의 보급이 활성화되고 있다. 미래 전자시스템은 단순 휴대형에서 벗어나 사람의 몸에 부착하거나 인체 내부에 삽입이 가능한 형태로까지 발전될 것으로 예상된다.
특히, 최근 구부리거나 늘릴 수 있으면서 사람의 피부나 몸 또는 관절 부위와 같은 굴곡진 부분에 부착이 가능한 신축성을 가지는 전기 전도체에 관한 관심이 급증하고 있다.
하이드로젤은 하나 이상의 단량체로 이루어진, 가교 결합된 네트워크 형태의 고분자 중합체이다. 이러한 하이드로젤은 친수성 중합체 사슬로부터 물리적 또는 화학적 가교 공정을 통해 제조되며 물에 의하여 상당 부분 팽윤되지만 물에 용해되지는 않는다.
하이드로젤의 기계적 특성은 생물학적 조직과 매우 유사하고 수분 함량이 높기 때문에 우수한 확산 특성을 가지고 있어서 콘택트 렌즈, 약물 전달 매체, 분리막, 접착제와 같은 연조직 대체 물질과 같은 광범위한 응용 분야에서 이용되고 있다.
또한 하이드로젤은 생체 고분자들 즉 세포 또는 단백질의 흡착을 방지하는 물질로 작용하여 조직 공학 및 바이오센서 개발에 활발하게 이용되어 왔다.
전도성 하이드로젤은 전도성 고분자 물질을 다양한 가교가 가능한 수화 고분자 매트릭스 내에 분산시킨 물질로서, 다양한 장치에 단백질 같은 생체 유래 물질을 접목한 하이브리드 장치 구현에 필요한 핵심 소재 중 하나이다.
특히, 전도성 하이드로겔은 고유의 신축성 및 인체 적합성과 더불어 전기 전도성을 띠기 때문에 신체 부위에 접합시킬 수 있는 신축성 유연 소자의 전극 물질로서 활용이 가능하다.
그러나, 용매로서 물이 사용되기 때문에 장시간 대기 노출되는 경우 물의 증발로 인해 젤 상태로부터 경직된 고체로 변화되는 문제가 발생한다.
나아가, 전기적으로도 전압 인가에 의하여 이온들이 전압에 따라 이동하는 이온 전도가 발생하게 되며, 일정 전압 이상에서는 물의 전기 분해가 발생하여 전기화학적(electrochemical) 전류가 발생하는 문제점이 있다. 그 결과 균일한 전기 전도가 이루어지기 어렵고 화학 반응의 결과로 하이드로젤의 일부가 손상될 수 있다.
본 발명의 실시예는 물리적 가교를 가지는 고분자 매트릭스가 가소화되어 결정성을 제한함으로써 투명성을 가질 수 있으며, 이와 더불어 우수한 신축성, 탄성력, 가요성 및 치수 안정성을 가질 수 있는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 가소화 용매에 의해 고분자 매트릭스 내에 이온 도전성 도펀트가 고르게 분산되어, 우수한 이온 전도성을 가질 수 있는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 고비점(高沸點) 및 비친수성(非親水性)의 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 포함하여, 수분을 흡수하지 않아 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 형상을 장기간 유지할 수 있으며 물을 용매로 포함하는 종래의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 문제점을 해결할 수 있는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 고분자, 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 혼합한 후 건조시키는 단순 공정을 통해, 물리적 가교를 가지고 투명성, 신축성, 가요성, 치수 안정성, 이온 전도성이 우수한 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조할 수 있는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는, 고분자 매트릭스; 상기 고분자 매트릭스 내에 함침되어, 상기 고분자 매트릭스를 겔(gel) 상태로 가소화시키는 가소화 용매; 및 상기 가소화 용매에 의해 이온화 되어 상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 이온 도전성 도펀트를 포함하며, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트는 고비점 및 비친수성인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 물리적 가교를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 가소화 용매의 증기압은 25℃에서 0.00001mmHg 내지 10mmHg일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 가소화 용매는 디부틸아디페이트(dibutyl adipate) 및 디에틸아디페이트(diethyl adipate)를 포함하는 아디페이트(adipate)계 물질, 아세틸트리부틸사이트레이트(ACETYL TRIBUTYL CITRATE)를 포함하는 사이트레이트(citrate)계 물질, 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate)를 포함하는 프탈레이트(phthalates)계 물질, 디부틸세바케이트(dibutyl sebacate)를 포함하는 세바케이트(sebacate)계 물질, 아질레이트(azelates)계 물질, 벤조에이트(benzoates)계 물질, 트리멜리테이트(trimellitates)계 물질, 포스페이트(phosphates)계 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 이온 도전성 도펀트는 유기 양이온 및, 유기 또는 무기 음이온을 포함하는 비친수성의 이온성 액체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 이온 도전성 도펀트는 [EMIM][TFSI](1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide), [EMIM][PFESI]( 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [EMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [BMP][TFSI](1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 메탄설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium methanesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 도데실벤젠설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium dodecylbenzenesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 클로라이드(trihexyl (tetradecyl) phosphonium chloride), 테트라부틸 포스포늄 메탄설포네이트(tetrabutyl phosphonium methanesulfonate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리피롤, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴클로라이드 (PVdC), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아닐린, 폴리비닐아세테이트, 폴리(에틸비닐아세테이트), 폴리비닐부티레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리아크릴아마이드, 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리메타크릴아마이드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르에테르케톤, 스티렌/아크릴산 에스테르, 비닐 아세테이트/아크릴산 에스테르, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(copolymer), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아민, 폴리우레탄, 폴리프로필렌,폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르술폰, 폴리메틸스티렌, 폴리클로로스티렌, 폴리스티렌술포네이트, 폴리스티렌술포닐 플루오라이드, 멜라민-포름알데히드 수지,나일론, 에폭시 수지, 폴리락타이드, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리디메틸실록산, CYTOPTM, 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 실리콘 수지, 셀룰로오즈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 따르면, 상기 고분자 매트릭스, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트의 중량비는45:45:10 내지 3.33:96.6699:0.0001일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 물리적 가교를 가지는 고분자 매트릭스가 가소화되어 결정성을 제한함으로써 투명성을 가질 수 있으며, 이와 더불어 우수한 신축성, 탄성력, 가요성 및 치수 안정성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 가소화 용매에 의해 고분자 매트릭스 내에 이온 도전성 도펀트가 고르게 분산되어, 우수한 이온 전도성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 고비점(高沸點) 및 비친수성(非親水性)의 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 포함하여, 수분을 흡수하지 않아 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 형상을 장기간 유지할 수 있으며 물을 용매로 포함하는 종래의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법은 고분자, 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 혼합한 후 건조시키는 단순 공정을 통해, 물리적 가교를 가지고 투명성, 신축성, 가요성, 치수 안정성, 이온 전도성이 우수한 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 구체적인 모습을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 변형에 대한 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 경과 시간에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 수분 저항성을 평가하여 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 인장 시험(tensile test) 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 영률(Young 's modulus)과 인성(Toughness) 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 탄성 및 역학적 이력현상(elasticity and mechanical hysteresis)을 분석한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 반복적인 인장 사이클 시험(tensile cyclic test) 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 변형에 따른 저항변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 변형 성능(strain performance)의 장기 안정성(long-term stability)을 분석한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 다양한 습도(humidity) 하에서의 게이지율(Gauge Factor; GF) 변화를 관찰하여 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 다양한 온도(temperature) 하에서의 게이지율(Gauge Factor; GF) 변화를 관찰하여 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 다양한 압력 조건하에서의 저항변화를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 증발(evaporation) 시험을 분석한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 구체적인 모습을 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 고분자 매트릭스(110), 고분자 매트릭스(110) 내에 함침되어 고분자 매트릭스(110)를 겔(gel) 상태로 가소화시키는 가소화 용매(120) 및, 가소화 용매(120)에 의해 이온화 되어 고분자 매트릭스(110) 내에 분산된 이온 도전성 도펀트(130)를 포함한다.
고분자 매트릭스(110)는 고분자가 무작위적으로 또는 일정한 규칙성을 띠면서 배열된 형상일 수 있다.
실시예에 따라서, 고분자 매트릭스(110)는 가소화 용매(120)에 의해 가소화되어 매우 유동적인 상태가 되고, 가소화된 고분자 매트릭스(110) 사슬들이 서로 물리적으로 엉키는(physical entanglement) 물리적 가교 구조를 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 물리적 가교는 고분자 매트릭스(110)가 가소화 되어 매우 작은 크기의 결정들이 비결정성들을 물리적으로 연결시켜 것을 의미할 수 있다.
도 1에서는 고분자 매트릭스(110)가 다각형의 셀을 구성하는 것으로 도시되었지만, 이는 이해의 편의를 위한 것 일 뿐 고분자 매트릭스(110)의 구조가 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 물리적 가교로 이루어진 고분자 매트릭스(110)는 수소 결합, 고분자의 자기조립, 결정 형성과 같은 열역학적으로 가역적인 구조를 가질 수 있다.
고분자 매트릭스(110)는 물리적 가교를 이루기 위해 여러 가지 고분자를 사용할 수 있는데, 예를 들어 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리피롤, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴클로라이드 (PVdC), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아닐린, 폴리비닐아세테이트, 폴리(에틸비닐아세테이트), 폴리비닐부티레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리아크릴아마이드, 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리메타크릴아마이드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르에테르케톤, 스티렌/아크릴산 에스테르, 비닐 아세테이트/아크릴산 에스테르, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(copolymer), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아민, 폴리우레탄, 폴리프로필렌,폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르술폰, 폴리메틸스티렌, 폴리클로로스티렌, 폴리스티렌술포네이트, 폴리스티렌술포닐 플루오라이드, 멜라민-포름알데히드 수지,나일론, 에폭시 수지, 폴리락타이드, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리디메틸실록산, CYTOPTM, 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 실리콘 수지, 셀룰로오즈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
특히, PVC는 가소화 용매(120)의 사슬 길이 및 가소화 용매(120)의 종류에 따라 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 구조적, 물리화학적 특성을 변화시킬 수 있어 응용 범위가 넓으므로 고분자 매트릭스(110)에 포함된 물질로 바람직하다.
또한, 고분자 매트릭스(110)에 블록 공중합체가 포함되는 경우, 블록 공중합체의 사슬 길이, 블록 공중합체의 종류 등을 변화시킴으로써 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 구조적, 물리화학적 특성 등을 최적화할 수 있다.
고분자 매트릭스(110)에 포함된 블록 공중합체는 가소화 용매(120) 혹은 이온 도전성 도펀트(130)에 대한 용해도가 낮은 블록들(이하, A 블록)과 가소화 용매(120) 또는 이온 도전성 도펀트(130)에 대해 용해도가 높은 블록(이하, B 블록)으로 구성되는데, 이온 도전성 도펀트(130) 안에서 상 분리된 A 블록이 3차원 구조체의 물리적 가교점을 형성하고, B 블록이 물리적 가교점들을 연결할 수 있다.
그러나, 상기 B 블록이 물리적 가교점을 연결할 시 고분자 매트릭스(110)에 일부 포함된 화학적 가교점이 결정을 이루어 고분자 매트릭스(110)가 불투명해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 물리적 가교를 가지는 고분자 매트릭스(110)를 가소화시키는 가소화 용매(120)와, 이온 전도성을 부여하는 이온 도전성 도펀트(130)를 포함함으로써, 충분한 신축성, 탄성력 및 치수 안정성을 가질 수 있다.
가소화 용매(120)는 고분자 매트릭스(110)의 결정화 성질에 반해 고분자 매트릭스(110)를 가소화시켜 물리적 가교가 형성되게끔 한다.
또한, 가소화 용매(120)는 이온 도전성 도펀트(130)가 잘 녹아 고분자 매트릭스(110) 내에 잘 분산되도록 용매로서의 역할을 할 수 있다.
가소화 용매(120)는 고비점 및 비친수성 물질로 이루어져, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)가 외부의 수분에 영향을 받지 않을 수 있다.
구체적으로, 가소화 용매(120)는 25℃에서 물보다 현저하게 작은 증기압을 가지는 비친수성의 유기 용매일 수 있으며, 휘발성이 매우 낮아 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 탄성 및 가요성을 장기간 유지할 수 있다.
실시예에 따라서, 가소화 용매(120)는 25℃에서 0.00001mmHg 내지 10mmHg의 증기압을 가질 수 있다.
가소화 용매(120)의 증기압이 0.00001mmHg 미만이면 가소화 용매(120)의 점성이 매우 높아 유동성이 감소되어 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 신축성과 가요성이 현저히 저하될 수 있으며, 10mmHg를 초과하면 가소화 용매(120)가 쉽게 기화되어 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)가 쉽게 경화될 수 있다.
실시예에 따라서, 가소화 용매(120)는 끓는점이 150℃ 내지 400℃이고, 녹는점이 -150℃ 내지 0℃인 비친수성의 유기 용매일 수 있으며, 끓는점과 녹는점의 차이가 현저한 물질일수록 가소화 용매(120)의 가용 범위가 크기 때문에 고비점 및 비친수성의 유기 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 가소화 용매(120)는 디부틸아디페이트(dibutyl adipate) 및 디에틸아디페이트(diethyl adipate)를 포함하는 아디페이트(adipate)계 물질, 아세틸트리부틸사이트레이트(ACETYL TRIBUTYL CITRATE)를 포함하는 사이트레이트(citrate)계 물질, 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate)를 포함하는 프탈레이트(phthalates)계 물질, 디부틸세바케이트(dibutyl sebacate)를 포함하는 세바케이트(sebacate)계 물질, 아질레이트(azelates)계 물질, 벤조에이트(benzoates)계 물질, 트리멜리테이트(trimellitates)계 물질, 포스페이트(phosphates)계 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상이거나, 트리-메리트산 에스테르계 물질, 지방족 2염기산 에스테르계 물질, 에폭시계 물질, RIN산 에스테르계 물질, 지방족 에스테르계 물질, 함염소계 물질, 폴리에스테르계 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
기존의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)에 사용된 가소화 용매(120)인 에틸렌글리콜(ethylene glycol, EG)은 녹는점이 -13℃, 끓는점이 596℃로 녹는점과 끓는점의 차이가 현저하나, 20℃에서 0.06mmHg의 증기압을 가져 휘발성이 비교적 높다는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 가소화 용매(120)는 친수성과 비친수성을 모두 가져, 물과 분리되지 않고
특히, 디부틸아디페이트는 녹는점이 -32℃, 끓는점이 305℃로, 녹는점과 끓는점의 차이가 현저하여 가용 영역이 클 뿐 아니라, 25℃에서 0.001mmHg의 매우 작은 증기압을 가져 휘발성이 극히 낮기 때문에 가소화 용매(120)로 사용되기 바람직하다.
또한, 가소화 용매(120)는 매우 큰 분자 크기에 의해 고분자 매트릭스(110)의 유리전이온도를 낮추어 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 이온 전도도를 증가시킬 수 있다.
이온 도전성 도펀트(130)는 유기 양이온 및, 유기 또는 무기 음이온을 포함하는 비친수성의 이온성 액체로, 용융 염의 형태일 수 있다.
즉, 이온 도전성 도펀트(130)는 일반적으로 사용되는 카보네이트 계열의 유기 용매 대신 비휘발성이고 난연성인 이온성 액체를 사용하는 것이 바람직하다.
이온 도전성 도펀트(130)는 비친수성의 이온성 액체로, 일반적으로 무시할 수 있는 작은 증기압을 가져 비휘발성이 뛰어나다.
또한, 이온 도전성 도펀트(130)는 열분해 온도 300℃ 이상인 비친수성의 이온성 액체일 수 있으며, 우수한 열 안정성을 가질 수 있다.
또한, 비친수성의 이온성 액체인 이온 도전성 도펀트(130)는 수용성 전해질과 비슷한 정도의 매우 높은 이온 전도도(~1mS/cm)와 비정전용량(~10μF/cm2), 넓은 전기화학적 안정성 윈도우(4V 내지 7V)를 가져 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
실시예에 따라서, 이온 도전성 도펀트(130)는 [EMIM][TFSI](1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide), [EMIM][PFESI]( 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [EMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [BMP][TFSI](1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 메탄설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium methanesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 도데실벤젠설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium dodecylbenzenesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 클로라이드(trihexyl (tetradecyl) phosphonium chloride), 테트라부틸 포스포늄 메탄설포네이트(tetrabutyl phosphonium methanesulfonate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
특히, [EMIM][TFSI]는 친유성의 EMIM을 포함하는 유기 양이온과, 친유성의 bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide) 유기 음이온으로 이루어진 것으로, 큰 분자 부피와 분자 구조의 비대칭성으로 인해 유기 양이온 및 유기 음이온 사이의 상호 작용을 방해하며, 고분자 매트릭스(110)의 결정 격자 내 가소화 용매(120) 분자의 규칙적인 배열을 억제하여 가소화 용매(120)의 녹는점을 낮출 수 있어, 이온 도전성 도펀트(130)로 바람직하다.
이온 도전성 도펀트(130)는 다가 양이온(polycation)에 PF6-와 같이 크기가 크고 편극성(polarizability)이 큰 음이온을 포함하면 물에 녹지 않고 유기 용매에 용해될 수 있다.
예를 들어, 이온 도전성 도펀트(130)는 양이온이 Poly(1-vinyl-3-ethylimidazolium)인 경우 음이온의 종류에 따라서 가소화 용매(120)에 대한 용해도가 다르게 나타날 수 있다.
이온 도전성 도펀트(130)가 Br-과 같은 할로겐 음이온을 포함하는 경우 고분자의 양이온과 Br- 사이에 정전기적 인력이 강하게 작용하여 매우 큰 극성 용매에서만 용해될 수 있다.
그러나 이온 도전성 도펀트(130)가 BF4- 또는 PF6-과 같은 불소를 함유하면서 구 형상인 음이온과 결합하는 경우 물에는 녹지 않고 아세톤에는 잘 용해될 수 있으나, 여전히 THF. EtAc(ethylacetate)와 같은 유기 용매에 용해되지 않는다.
또한 이온 도전성 도펀트(130)가 bis(trifluoromethylsulfone) imide (CF3SO2)2N-, bis(pentafluoroethylsulfone) imide, (CF3CF2SO2)2N- 와 같이 편극성을 나타내기 쉬운 비대칭성의 음이온과 결합하는 경우에는 아세톤, THF, EtAc와 같은 유기 용매에 용해가 잘 될 수 있다.
이온 도전성 도펀트(130)가 트리플레이트(Triflate, CF3SO3-) 이온을 포함하는 경우 그 자체적으로 매우 극성을 띄기 때문에 물에는 녹지 않으나, 알코올에 잘 용해되며 아세톤에도 용해될 수 있다.
이러한 이온 도전성 도펀트(130)는 비친수성이 강하기 때문에 비친수성의 가소화 용매(120)에 잘 녹아, 고분자 매트릭스(110) 내에서 양이온과 음이온으로 고르게 분산될 수 있다.
즉, 이온 도전성 도펀트(130)는 고분자 매트릭스(110) 내에서 이온 형태로 고르게 분산되어, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 이온 전도성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이온 도전성 도펀트(130)는 비친수성의 이온성 액체이므로, 이를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)가 외부의 수분에 영향을 받지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 45:45:10 내지 3.33:96.6699:0.0001의 중량비로 고분자 매트릭스(110), 가소화 용매(120) 및 이온 도전성 도펀트(130)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 가소화 용매(120) 및 이온 도전성 도펀트(130)이 1:99 내지 50:50 중량비로 혼합되어 가소화 용매(120)에 이온 도전성 도펀트(130)가 도입될 수 있다.
이온 도전성 도펀트(130)가 도입된 가소화 용매(120)가 상기 중량비보다 많이 포함되는 경우 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)가 투명하지 않을 수 있으며, 형태를 유지하지 못해 자립할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 이온 도전성 도펀트(130)가 도입된 가소화 용매(120)가 상기 중량비보다 적게 포함되는 경우 고분자 매트릭스(110)를 충분히 가소화하지 못하여 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 신축성이 저하될 수 있다.
또한, 고분자 매트릭스(110) 및 이온 도전성 도펀트(130)가 도입된 가소화 용매(120)는 1:0.01 내지 1:1의 중량비로 혼합되어, 고분자 매트릭스(110) 내에 이온 도전성 도펀트(130)가 도입된 가소화 용매(120)가 함침되고, 이온 도전성 도펀트(130)가 고분자 매트릭스(110) 내에 분산될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 물리적 가교를 가지는 고분자 매트릭스(110)가 가소화되어 결정성을 제한함으로써 투명성을 가질 수 있으며, 이와 더불어 우수한 신축성, 탄성력, 가요성 및 치수 안정성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 가소화 용매(120)에 의해 고분자 매트릭스(110) 내에 이온 도전성 도펀트(130)가 고르게 분산되어, 우수한 이온 전도성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)는 비친수성의 가소화 용매(120) 및 이온 도전성 도펀트(130)를 포함하여, 수분을 흡수하지 않아 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 형상을 장기간 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하는 방법을 도 2와 함께 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법은 고분자, 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 양용매에 첨가하여 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조하는 단계(S110) 및 상기 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 건조시켜 상기 고분자에 의해 형성된 고분자 매트릭스를 포함하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하는 단계(S120)를 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 제조방법은 상술한 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 구성요소를 포함하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
단계 S110에서 양용매는 상기 고분자, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트를 모두 용해할 수 있어야 하면서, 상온의 대기압 조건 하에서 매우 증기압이 높아서 빠르게 휘발되는 성질을 가질 수 있다.
이에 따라, 단계 S110은 상기 고분자, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트가 고르게 잘 혼합된 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조할 수 있게 된다.
실시예에 따라서, 상기 양용매는 THF(tetrahydrofurane)일 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
단계 S110에서 고분자는 고분자 매트릭스의 원료가 되는 물질로, 상기 고분자 매트릭스는 고분자가 물리적 가교를 이루면서 형성될 수 있다.
고분자 매트릭스는 가소화 용매에 의해 가소화되어 매우 유동적인 상태가 되고, 가소화된 고분자 매트릭스 사슬들이 서로 물리적으로 엉킴(physical entanglement)을 가지게 되면서 가소화 용매가 물리적으로 엉킨 고분자 매트릭스 내에 함침된다.
이온 도전성 도펀트는 증기압이 매우 낮은 가소화 용매에 녹아 있는 상태로, 가소화 용매보다 증기압이 큰 양용매가 휘발되면서 가소화 용매 내에 분산되어 존재한다.
결과적으로 고분자 매트릭스는 가소화 용매로 인해서 물리적 가교를 이루게 되고, 물리적 가교의 고분자 매트릭스 안에서 이온 도전성 도펀트가 도입된 가소화 용매가 위치하게 되는 것이다.
실시예에 따라서, 고분자는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리피롤, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴클로라이드 (PVdC), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아닐린, 폴리비닐아세테이트, 폴리(에틸비닐아세테이트), 폴리비닐부티레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리아크릴아마이드, 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리메타크릴아마이드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르에테르케톤, 스티렌/아크릴산 에스테르, 비닐 아세테이트/아크릴산 에스테르, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(copolymer), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아민, 폴리우레탄, 폴리프로필렌,폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르술폰, 폴리메틸스티렌, 폴리클로로스티렌, 폴리스티렌술포네이트, 폴리스티렌술포닐 플루오라이드, 멜라민-포름알데히드 수지,나일론, 에폭시 수지, 폴리락타이드, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리디메틸실록산, CYTOPTM, 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 실리콘 수지, 셀룰로오즈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
또한, 단계 S110의 가소화 용매는 비친수성으로 고분자 매트릭스를 겔 상태로 가소화시키며, 이온 도전성 도펀트는 비친수성으로 상기 가소화 용매에 의해 이온화되어 고분자의 물리적 가교로 형성된 고분자 매트릭스 내에 분산된다. 상기 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트에 대한 설명은 도 1의 설명에서 상세히 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
상기 유기 이온 전도성 폴리머 용액은 1:1:0.01 내지 1:20:20의 중량비로 상기 고분자, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트를 포함할 수 있다.
고분자의 양이 너무 적으면 고분자 매트릭스의 물리적 엉킴으로 인한 물리적 가교가 충분히 이루어지지 않아, 제조되는 전도성 폴리머 전도체가 충분한 부피 또는 치수를 가지도록 성형 또는 성막되지 않을 수 있다.
또한, 고분자의 양이 너무 많으면 겔화 과정이 불충분하기 이루어져, 제조되는 전도성 폴리머 전도체의 투명성, 신축성 및 가요성이 저하될 수 있다.
가소화 용매의 양이 너무 적으면 고분자 매트릭스가 충분히 가소화되지 않아, 제조되는 전도성 폴리머 전도체의 신축성 및 가요성이 저하될 수 있다.
또한, 가소화 용매의 양이 너무 많으면 고분자 매트릭스가 과도하게 가소화되어 전도성 폴리머 전도체의 형태 유지가 어려울 수 있다.
단계 S120은 전도성 폴리머 용액을 건조시켜 전도성 폴리머 전도체를 제조하며, 전도성 폴리머 전도체가 특정 형상을 가지도록 전도성 폴리머 용액을 특정 형상의 몰드 내에 주입하여 건조시킬 수 있다.
이에 따라, 단계 S120은 물리적 가교를 가지는 전도성 폴리머 전도체를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 이온 도전성 도펀트의 함량에 따라 다양한 실시예로 제조한 후 특성 및 효과를 평가하였다.
제조예
[제조예 1]
상용 PVC 파우더(Scientific Polymer Prodeucts, Inc. 에서 구입하였다.) 1g 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofurane, THF) (대정 화학&금속 사에서 구입) 20mL에 혼합하여 테트라하이드로퓨란에 PVC 파우더가 녹아있는 형태의 PVC 용액을 제조하였다.
상기 PVC 용액, 디부틸아디페이트(Tokyo Chemical Industry 사에서 구입), [EMIM][TFSI](시그마 알드리치 사에서 구입)의 중량비가 1:9:0.03이 되도록 상기 PVC 용액에 디부틸아디페이트와 [EMIM][TFSI]를 각각 9g과 0.01g을 첨가하여 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조하였다.
상기 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 상온에서 4시간 교반시킨 후, 테트라하이드로퓨란을 제거하기 위해서 상온에서 48시간 동안 건조하여 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[제조예 2]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:0.08이 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[제조예 3]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:0.4가 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[제조예 4]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:0.8이 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[제조예 5]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:1.2가 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[제조예 6]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:1.6이 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
[비교예]
PVC 용액, 디부틸아디페이트, [EMIM][TFSI]의 중량비가 1:9:0이 되도록 유기 이온 전도성 폴리머 용액([EMIM][TFSI] 미첨가)을 제조한 것을 제외하고는, 상기 [제조예 1]과 동일한 방법으로 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조하였다.
특성 평가
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 이온 도전성 도펀트인 [EMIM][TFSI]의 함량이 가장 높은 상기 제조예 6의 경우 전압 대비 전류 변화가 비선형적이고, 이온 도전성 도펀트인 [EMIM][TFSI]의 함량이 가장 낮은 상기 제조예 1의 경우 전압 대비 전류 변화가 선형적인 것을 확인할 수 있다.
즉, 이온성 액체인 이온 도전성 도펀트의 함량이 낮을수록 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 전기 전도에 이온 도전성 도펀트가 실질적으로 개입하지 않고, 전자의 이동에 의한 전기 전도인 패러데이 전도(Faradaic conduction)가 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 전기 전도에 주로 기여하는 것을 알 수 있다.
또한, 이온성 액체인 이온 도전성 도펀트의 함량이 높을수록 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 전압 대비 전류 변화가 급격하고 비선형적인 것으로 보아, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 커패시턴스 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 변형에 대한 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 제조예 1 내지 상기 제조예 6의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 200%의 변형량(strain)까지 저항 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 스트레인이 인가되어도 전기 전도성을 유지할 수 있어 신축성, 탄성력, 치수 안정성, 가요성이 우수한 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 경과 시간에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 상기 제조예 1 내지 제조예 6의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 제조한 후 상온 조건에서 방치한 시간에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 저항 변화를 측정한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 제조예 1 내지 제조예 6의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 상온 조건에서 방치한 지 24시간이 경과하였을 때, 가소화 용매의 무게 변화는 약 0.1% 내에 불과한 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제조예 1 내지 제조예 6의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체를 상온 조건에서 방치한 지 21일이 경과하여도 가소화 용매의 무게는 약 0.1% 내로 변화한 것을 확인할 수 있다.
종래의 하이드로겔은 함유된 수분이 증발하면서 저항이 증가하나, 상기 제조예 1 내지 제조예 6의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 시간이 지나도 저항이 거의 변하지 않았으며, 이는 고비점, 비휘발성 및 비친수성의 가소화 용매 및 이온 도전성 도펀트를 사용했기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 가소화 용매가 비휘발성이므로 장기간 동안 고분자 매트릭스를 가소화시키고 이온 도전성 도펀트를 고분자 매트릭스 내에 고르게 분산시킬 수 있어 우수한 내구성을 가지는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 수분 저항성을 평가한 것으로, 도 6의 a에서 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)를 준비한 후, 상대 습도(RH) 50%, 온도 24 ℃ 조건 하에 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 말단에 20 g의 무게추(10)를 매단 후, 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)가 150% 변형(strain)된 것을 확인(도 6의 b)할 수 있으며, 이후 상대 습도(RH) 90%, 온도 22 ℃, 24 시간(h) 동안 방치(도 6의 c)하고, 이후 상대 습도(RH) 30%, 온도 30 ℃, 24 시간(h) 동안 방치(도 6의 d)하였을 때의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체(100)의 형상 및 길이 변화를 관찰하였다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 형상 및 길이는 거의 변화가 없으며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체가 습도 변화 및 온도 변화에 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제조예 3 내지 6, 비교예에 따른 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 인장 시험(tensile test) 결과를 도시한 것으로, 도 7을 참조하면, 제조예 3 내지 6, 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 280 내지 320 % 변형(strain)에서 파괴점(fracture point)이 관찰되었으며, 최대 인장 응력(maximum tensile stresses)는 35 내지 46 kPa 값을 보였다. 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 모든 변형 정도(strain level)에서 가장 큰 응력을 보였으나, 제조예 3 내지 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 모든 변형 정도에서 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체보다 낮은 응력을 보였다. 0 내지 100 %의 변형에서 응력-변형(stress-strain, S-S) 곡선에서, 제조예 3 내지 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 선형(linear)의 곡선을 보였다.
도 8은 도 7에서의 S-S 곡선으로부터 이온 도전성 도펀트 함량에서 계산된 영률(Young 's modulus)과 인성(Toughness) 결과를 도시한 것이다. 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 평균 영률은 9.52 kPa이며, 제조예 3 내지 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 평균 영률은 각각 7.28 kPa(제조예 3), 5.96 kPa(제조예 4), 7.09 kPa(제조예 5) 및 7.19 kPa(제조예 6)이다. 인성의 경우 영률과 비슷한 값을 보였으며, 제조예 3 내지 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 평균 인성은 30 내지 50 kJ/m3이다.
도 9는 반복적인 S-S 시험을 수행함으로써 본 발명의 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 탄성 및 역학적 이력현상(elasticity and mechanical hysteresis)을 분석한 것이다. 도 9를 참조하면, 가역적인 20 내지 100% 변형(strain) 하에서, 연신(elongation)과 수축(contraction) 사이에 선형의 거동을 관찰되었다. 도 9의 삽도를 참조하면, 60% 변형에서 확대된 S-S 곡선은 명확한 선형 패턴을 보이며, 더욱이 연신과 수축이 거의 일치하여 이력현상은 거의 없이 보이고 있다.
도 10은 본 발명의 제조예 3에 다른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 대한 반복적인 인장 사이클 시험(tensile cyclic test) 결과를 도시한 것으로, 도 10을 참조하면 인장 사이클 시험은 200% 변형까지 30회 싸이클 이후에 탄성을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 200% 변형에서의 응력(stress)은 35.01 kPa(1st cylcle) 내지 27.77 kPa(30th cycle)이며, 이는 큰 변형에서도 뛰어난 반복적 인장 탄성율을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 대한 변형에 따른 저항변화를 도시한 것으로, 도 11을 참조하면, 변형을 삼각파형(triangular waveform)으로 적용하였으며, 각각의 삼각파형의 주기는 9.4 초(s)이며, 적용된 전압은 0.5 V, 변형 정도 범위(strain level range)는 20 내지 200%이다. 측정된 저항 변화(△R/R0)는 초기 저항(R0) 대비 저항 변화 정도(△R)를 정규화한 것이다. 도 11을 참조하면, 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 상이한 변형 정도(20, 60, 120, 160 및 200%)에서 7 사이클(cycle) 동안 안정적인 성능을 보이고 있다.
도 12는 본 발명의 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 대한 변형 성능(strain performance)의 장기 안정성(long-term stability)을 분석한 것으로, 도 12를 참조하면, 저항 변화(△R/R0)를 6000 사이클(cycle) 이상 측정한 것이며, 저항 변화(△R/R0)를 안정적이고 일정하게 유지하는 것을 확인할 수 있다. 확대된 삽도에서의 저항 변화(△R/R0)는 0.2 내지 2.0의 범위를 갖는다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체에 대하여 다양한 습도(humidity) 및 온도(temperature) 하에서의 하기 수식 1로 표시되는 게이지율(Gauge Factor; GF) 변화를 관찰하여 도시한 것이다.
[수식 1]
Figure PCTKR2020011732-appb-I000001
상기 수식 1에서,
R0은 초기 저항이며,
△R는 초기 저항(R0) 대비 저항 변화 정도이며,
strain은 변형율이다.
도 13을 참조하면, 100% 변형 수준(strain level)에서 20, 40, 60 및 80% 습도에서 본 발명의 제조예 2 내지 5에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 GF 값의 변화가 미비하였으며, 본 발명의 제조예 1 내지 6에 따른 이온 도전성 도펀트([EMIM][TFSI])의 함량 비(0.03 내지 1.6)가 증가하여도 GF의 표준편차(standard deviation)의 변화는 미비하며, 모두 0.25 이하의 수준이며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 습도에 영향을 받지 않음을 알 수 있다.
도 14를 참조하면, 24 내지 47 ℃의 온도 변화에서 100% 변형에서의 GF의 표준편차의 변화는 미비하며, 모두 0.15 이하의 수준이며, 본 발명의 제조예 2 내지 5에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 GF 값의 큰 변화는 관찰되지 않았다.
도 15는 본 발명의 제조예 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 다양한 압력 조건하에서의 저항변화를 도시한 것으로, 도 15를 참조하면, 제조예 6에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 표면에 20 내지 150 kPa의 압력을 적용하였을 때, 압력에 따른 뚜렷한 저항 변화(△R/R0)가 관찰되지 않았으며, 저항 변화(△R/R0)는 0.1 이하의 값을 가진다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체는 외부의 압력에 따른 영향이 미비한 것임을 알 수 있다.
본 발명의 제조예 1 내지 5, 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 증발(evaporation) 시험을 분석하기 위하여, 21 내지 24 ℃, 상대 습도(RH) 19 내지 50% 하에서, 각각의 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 무게를 매일 측정하여, 그 결과를 도 16에 도시하였다. 한편 대조군으로서 PVA 하이드로겔을 제조하였다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제조예 및 비교예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 무게 및 부피는 이온 전도성 도펀트의 함량과 관계없이 일정하게 유지되었으며, 제조예 3에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 경우 21일 경과한 후에도 외형을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이와 대조적으로 PVA 하이드로겔은 하루 만에 부피가 현저하게 감소하였다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체의 비증발성(non-evaporable)은 디부틸아디페이트(DBA)의 비휘발성(non-volatile)에 기인하는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 고분자 매트릭스;
    상기 고분자 매트릭스 내에 함침되어, 상기 고분자 매트릭스를 겔(gel) 상태로 가소화시키는 가소화 용매; 및
    상기 가소화 용매에 의해 이온화 되어 상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 이온 도전성 도펀트
    를 포함하며,
    상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트는 고비점 및 비친수성인 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 물리적 가교를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가소화 용매의 증기압은 25℃에서 0.00001mmHg 내지 10mmHg인 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가소화 용매는 디부틸아디페이트(dibutyl adipate) 및 디에틸아디페이트(diethyl adipate)를 포함하는 아디페이트(adipate)계 물질, 아세틸트리부틸사이트레이트(ACETYL TRIBUTYL CITRATE)를 포함하는 사이트레이트(citrate)계 물질, 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate)를 포함하는 프탈레이트(phthalates)계 물질, 디부틸세바케이트(dibutyl sebacate)를 포함하는 세바케이트(sebacate)계 물질, 아질레이트(azelates)계 물질, 벤조에이트(benzoates)계 물질, 트리멜리테이트(trimellitates)계 물질, 포스페이트(phosphates)계 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도펀트는 유기 양이온 및, 유기 또는 무기 음이온을 포함하는 비친수성의 이온성 액체인 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이온 도전성 도펀트는 [EMIM][TFSI](1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide), [EMIM][PFESI]( 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [BMIM][TFSI](1-Butyl-3-methylimidazolium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), [EMP][TFSI](1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [BMP][TFSI](1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 메탄설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium methanesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 도데실벤젠설포네이트(trihexyl (tetradecyl) phosphonium dodecylbenzenesulfonate), 트리헥실 테트라데실 포스포늄 클로라이드(trihexyl (tetradecyl) phosphonium chloride), 테트라부틸 포스포늄 메탄설포네이트(tetrabutyl phosphonium methanesulfonate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리피롤, 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride, PVC), 폴리비닐리덴클로라이드 (PVdC), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아닐린, 폴리비닐아세테이트, 폴리(에틸비닐아세테이트), 폴리비닐부티레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리아크릴아마이드, 폴리메타크릴산 에스테르, 폴리메타크릴아마이드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐부티랄, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르에테르케톤, 스티렌/아크릴산 에스테르, 비닐 아세테이트/아크릴산 에스테르, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(copolymer), 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아민, 폴리우레탄, 폴리프로필렌,폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르술폰, 폴리메틸스티렌, 폴리클로로스티렌, 폴리스티렌술포네이트, 폴리스티렌술포닐 플루오라이드, 멜라민-포름알데히드 수지,나일론, 에폭시 수지, 폴리락타이드, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리디메틸실록산, CYTOPTM, 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 실리콘 수지, 셀룰로오즈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스, 상기 가소화 용매 및 상기 이온 도전성 도펀트의 중량비는 45:45:10 내지 3.33:96.6699:0.0001인 것을 특징으로 하는 유기 이온 전도성 폴리머 겔 탄성체.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113845751A (zh) * 2021-09-24 2021-12-28 四川大学 一种环氧树脂基电磁屏蔽复合材料及其制备方法和用途
CN114213789A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 厦门大学 一种硼酸酯聚合物/离子液体复合导电凝胶及其制备方法和应用
CN114753061A (zh) * 2022-04-01 2022-07-15 苏州大学 基于离子液体基的透明聚氨酯薄膜的制备方法
CN115036147A (zh) * 2022-05-23 2022-09-09 南京邮电大学 一种可拉伸线状全凝胶超级电容器及其制备方法
CN115304725A (zh) * 2022-07-26 2022-11-08 中山大学 一种可降解无溶剂离子导电弹性体及其制备方法和应用

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113896909A (zh) * 2021-11-22 2022-01-07 广西荣达新材料有限公司 一种导电凝胶材料的制备方法和应用
CN117024774A (zh) * 2023-06-16 2023-11-10 清华大学 聚电解质凝胶及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130114097A (ko) * 2010-08-20 2013-10-16 로디아 오퍼레이션스 중합체 조성물, 중합체 막, 중합체 겔, 중합체 발포제, 및 이러한 막, 겔, 및 발포제를 포함하는 전자장치
JP5660595B2 (ja) * 2008-02-11 2015-01-28 国立大学法人 東京大学 導電紙とその製造方法、導電性セルロース組成物とその製造方法、物品、電子デバイス
JP2018055866A (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 東レ株式会社 導電性ファイバー、導電性組成物、導電性材料ならびに導電性ファイバーおよび導電性材料の製造方法
KR20190050595A (ko) * 2017-11-03 2019-05-13 인하대학교 산학협력단 물리 가교된 이온성 젤 및 이의 제조방법
KR20190071489A (ko) 2017-12-14 2019-06-24 광주과학기술원 고분자 조성물, 및 이를 이용한 전도성 및 신축성이 우수한 투명 전도성 고분자 박막, 및 이를 이용한 투명 전극 및 그 제조 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5392669B2 (ja) * 2008-05-02 2014-01-22 国立大学法人信州大学 高分子柔軟アクチュエータ
JP7246068B2 (ja) * 2017-12-28 2023-03-27 国立大学法人信州大学 光学素子、及び光学素子の作製方法
WO2019131933A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 日東電工株式会社 光学素子、及び光学素子の作製方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5660595B2 (ja) * 2008-02-11 2015-01-28 国立大学法人 東京大学 導電紙とその製造方法、導電性セルロース組成物とその製造方法、物品、電子デバイス
KR20130114097A (ko) * 2010-08-20 2013-10-16 로디아 오퍼레이션스 중합체 조성물, 중합체 막, 중합체 겔, 중합체 발포제, 및 이러한 막, 겔, 및 발포제를 포함하는 전자장치
KR101898499B1 (ko) 2010-08-20 2018-09-13 로디아 오퍼레이션스 중합체 조성물, 중합체 막, 중합체 겔, 중합체 발포제, 및 이러한 막, 겔, 및 발포제를 포함하는 전자장치
JP2018055866A (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 東レ株式会社 導電性ファイバー、導電性組成物、導電性材料ならびに導電性ファイバーおよび導電性材料の製造方法
KR20190050595A (ko) * 2017-11-03 2019-05-13 인하대학교 산학협력단 물리 가교된 이온성 젤 및 이의 제조방법
KR20190071489A (ko) 2017-12-14 2019-06-24 광주과학기술원 고분자 조성물, 및 이를 이용한 전도성 및 신축성이 우수한 투명 전도성 고분자 박막, 및 이를 이용한 투명 전극 및 그 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T HIRAI ; HONG XIA ; K HIRAI: "The effects of adding ionic liquids to plasticized PVC gel actuators", MECHATRONICS AND AUTOMATION (ICMA), 2010 INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 4 August 2010 (2010-08-04), Piscataway, NJ, USA, pages 71 - 76, XP031764742, ISBN: 978-1-4244-5140-1 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113845751A (zh) * 2021-09-24 2021-12-28 四川大学 一种环氧树脂基电磁屏蔽复合材料及其制备方法和用途
CN114213789A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 厦门大学 一种硼酸酯聚合物/离子液体复合导电凝胶及其制备方法和应用
CN114753061A (zh) * 2022-04-01 2022-07-15 苏州大学 基于离子液体基的透明聚氨酯薄膜的制备方法
CN115036147A (zh) * 2022-05-23 2022-09-09 南京邮电大学 一种可拉伸线状全凝胶超级电容器及其制备方法
CN115304725A (zh) * 2022-07-26 2022-11-08 中山大学 一种可降解无溶剂离子导电弹性体及其制备方法和应用

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