이온 열전 탄성체 및 이를 포함하는 열전소자
Ion thermoelectric elastomer and thermoelectric element including same
특허 요약
본 발명은 이온 열전 탄성체 및 이를 포함하는 열전소자에 관한 것으로써, 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(PEGDA), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2HEA), 및 이온 도전성 도펀트를 특정 함량범위로 조절하여 열안정성 및 공기 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 인장 스트레칭 하에서도 우수한 기계적 물성을 갖고, seebeck 계수 및 이온 전도도가 높아 종래 소재에 비해 이온 열전 특성이 우수한 장점이 있다. 이에, 본 발명에 따른 이온 열전 탄성체를 열전물질로 사용하는 열전 소자는 기계적 성능 및 열 안정성이 우수하므로 고온의 곡면 또는 피부 곡률과의 우수한 호환성을 가지면서도 다양한 환경에서도 출력 전압이 발생하는 등 우수하고 안정적인 이온 열전 특성을 갖는 장점이 있다.
청구항
번호청구항
1

폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate; PEGDA)와 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-Hydroxyethyl acrylate; 2-HEA)가 가교 결합된 고분자 매트릭스; 및상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 이온 도전성 도펀트;를 포함하고, 상기 이온 도전성 도펀트는 상기 고분자 매트릭스와 수소결합을 형성하는 것이고,상기 이온 도전성 도펀트의 함량이 증가함에 따라 이온 열전 탄성체의 영률(Young's modulus)이 감소하고,250%의 인장 변형률에서 제벡 계수가 20mV K-1이상인 것인,이온 열전 탄성체.

2

제1항에 있어서,상기 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(PEGDA)는 중량평균 분자량(Mw)이 5000g/mol 내지 7000g/mol인 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체.

3

제1항에 있어서,상기 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2HEA)의 함량은, 고분자 매트릭스 전체 100중량%에 대하여, 40중량% 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체.

4

제1항에 있어서,상기 이온 도전성 도펀트는, 고분자 매트릭스 전체 100중량부에 대하여, 10중량부 내지 100중량부로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체.

5

제1항에 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)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체.

6

제1항에 따른 이온 열전 탄성체의 제조방법으로서,폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate; PEGDA), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-Hydroxyethyl acrylate; 2HEA), 이온 도전성 도펀트, 및 광개시제를 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및상기 전구체 용액을 광 가교 반응시키는 단계;를 포함하고,상기 이온 도전성 도펀트는 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) diacrylate; PEGDA)와 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2-Hydroxyethyl acrylate; 2-HEA)가 가교 결합된 고분자 매트릭스와 수소결합을 형성하는,이온 열전 탄성체의 제조방법.

7

제6항에 있어서,상기 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2HEA)의 함량은, 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(PEGDA)와 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2HEA)를 합한 전체 중량 100중량%에 대하여, 40중량% 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체의 제조방법.

8

제6항에 있어서,상기 이온 도전성 도펀트는, 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(PEGDA)와 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(2HEA)를 합한 전체 중량 100중량부에 대하여, 10중량부 내지 100중량부로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체의 제조방법.

9

제6항에 있어서,상기 폴리(에틸린글리콜)디아크릴레이트(PEGDA)는 중량평균 분자량(Mw)이 5000g/mol 내지 7000g/mol인 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체의 제조방법.

10

제6항에 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)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체의 제조방법.

11

제6항에 있어서,상기 광 개시제는 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone)인 것을 특징으로 하는 이온 열전 탄성체의 제조방법.

12

청구항 제1항에 따른 이온 열전 탄성체를 포함하는 열전물질;상기 열전물질의 일측 및 타측에 각각 전기적으로 연결되고, 일측면에 서로 대향되게 배치되는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하는 열전소자.