다층 스트레인 센서 제조방법 및 이로부터 제조된 스트레인 센서
Fabrication method of multi-layer strain sensor and strain sensor using thereof
특허 요약
본 발명에 의한 스트레인 센서 제조방법은 신축성 폴리머 및 탄소소재를 포함하는 전도성 캐스팅 용액을 제조하는 제 1단계; 상기 전도성 캐스팅 용액을 기판상에 도포하여 제 1 전도층을 형성하는 제 2단계; 상기 제 1 전도층 상에 신축성 폴리머를 포함하는 절연성 캐스팅 용액을 도포하여 절연층을 형성하는 제 3단계; 상기 절연층 상에 상기 전도성 캐스팅 용액을 도포하여 제 2 전도층을 형성하는 제 4단계; 및 상기 제 3단계 및 제 4단계를 반복하여 다층 유연 복합체를 제조하는 제 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항
번호청구항
1

신축성 폴리머 및 탄소소재를 포함하는 전도성 캐스팅 용액을 제조하는 제 1단계; 상기 전도성 캐스팅 용액을 기판상에 도포하여 제 1 전도층을 형성하는 제 2단계; 상기 제 1 전도층 상에 신축성 폴리머를 포함하는 절연성 캐스팅 용액을 도포하여 절연층을 형성하는 제 3단계; 상기 절연층 상에 상기 전도성 캐스팅 용액을 도포하여 제 2 전도층을 형성하는 제 4단계; 및상기 제 3단계 및 제 4단계를 반복하여 제 1 전도층, 절연층 및 제 2 전도층은 각각 두께가 1 ㎜ 이하인 다층 유연 복합체를 제조하는 제 5단계;를 포함하여 두께가 5㎜ 이하인 스트레인 센서를 제조하되,상기 제 2단계와 제 3단계 사이에 절연성 캐스팅 용액 도포 전 전도층의 양 말단을 마스킹하는 단계 및 제 2 전도층의 형성 전 마스킹을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 절연층의 양 말단이 전도층 내에 함입된 병렬 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

2

제 1항에 있어서,상기 탄소소재는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀 및 카본블랙에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 스트레인 센서 제조방법.

3

제 1항에 있어서,상기 신축성 폴리머는 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 에코플렉스(Ecoflex) 및 고무에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 스트레인 센서 제조방법.

4

제 1항에 있어서,제 1 전도층 및 제 2 전도층은 서로 독립적으로 4 내지 8 중량%의 탄소소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

5

제 1항에 있어서,상기 제 1단계는,탄소소재를 유기용매에 분산시켜 탄소소재 분산액을 제조하는 단계;이와 별개로 신축성 폴리머를 유기용매에 용해하여 신축성 폴리머 용액을 제조하는 단계; 및상기 탄소소재 분산액에 신축성 폴리머 용액을 투입하고 가열하여 폴리머 겔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

6

제 5항에 있어서,상기 탄소소재 분산액은 탄소소재를 0.2 내지 5 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

7

제 5항에 있어서,상기 유기용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 트리메틸벤젠, 메틸에틸벤젠 및 디에틸벤젠에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 스트레인 센서 제조방법.

8

제 5항에 있어서,상기 신축성 폴리머 용액은 신축성 폴리머를 10 내지 30 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

9

제 5항에 있어서,상기 폴리머 겔을 형성하는 단계는 85 내지 100 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서 제조방법.

10

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12

제 1항에 있어서,상기 제 5단계 후 생성된 다층 유연 복합체를 5 내지 100%의 변형률로 사전 변형하는 단계;를 더 포함하는 스트레인 센서 제조방법.

13

제 1항 내지 제9항 및 제 12항에서 선택되는 어느 한 항의 스트레인 센서 제조방법으로 제조되며, 병렬 구조의 다층 유연 복합체를 포함하며, 상기 다층 유연 복합체는 전도층 내부에 절연층을 포함하되, 상기 절연층의 양 말단이 전도층 내에 함입된 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

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17

제 13항에 있어서,상기 전도층은 탄소소재와 신축성 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

18

제 13항에 있어서, 상기 전도층는 탄소소재가 4 내지 8 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

19

제 13항에 있어서,상기 탄소소재는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀 및 카본블랙에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

20

제 17항에 있어서,상기 신축성 폴리머는 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 에코플렉스(Ecoflex) 및 고무에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

21

제 13항에 있어서,상기 스트레인 센서는 변형률이 5 내지 25%인 범위에서 식 1에 의한 변형률 감도(GF)가 0.07 내지 0.15 %-1인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서. [식 1]GF=(R-R0)/εR0(식 1에서 R0는 변형 전 저항이며, R은 변형 후 저항이고, ε은 변형률이다.)

22

제 21항에 있어서,상기 스트레인 센서는 변형률이 30 내지 55%인 범위에서 변형률 감도(GF)가 0.08 내지 0.17 %-1인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

23

제 13항에 있어서,상기 스트레인 센서는 사전변형 전 대비 사전변형 후 변형률 감도가 높은 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.