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이청환(C. Lee),심재술(J. Shim),배철호(C. Bae) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
4 차 산업혁명의 핵심분야 중 차세대 웨어러블 전자기기의 경우 굽히거나 늘어나는 환경에서도 작동되어야 한다. 따라서 배선이나 전극뿐 아니라 센서, 배터리, 등의 모든 구성부품이 신축전극을 기반으로 개발되어야 할 필요가 있다. 그러나 금속기반의 신축전극은 인장과 압축을 반복하면 재료가 가지는 특성에 의해 오랜 시간 유지되기 어려운 점과 이를 보완하기 위해 기판을 주름지게 만들거나 배선을 Serpentine 무늬로 제작을 하여 왔다. 하지만 이러한 방법의 경우, 디자인 측면에서 재료손실 및 자유도 저하 등의 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 전도성 고분자를 이용하여 기존의 전극 소재가 가지고 있는 단단함을 극복하여 물리적 변형에도 전기적인 성질을 가지는 신축성이 있는 인장센서를 제작하였다. 실험방법은 전도성 고분자와 바인더, 용매를 일정비율로 혼합하여 슬러리를 제작하였다. 슬러리 제작 시 용매의 끓는 점과 극성 유무를 다르게 하여 용매에 따른 결과를 비교해보고자 하였다.제작된 슬러리를 회로가 음각된 제판에 채운 후, 열경화성 폴리머를 제판 위에 부어 오븐에서 80℃로 30 분 경화 시켰다.그 결과 무극성 용매로 제작한 센서의 경우 전도성 고분자가 회로의 단면에 균일하게 존재하지 않았으며, 끓는점이 높은 용매를 사용하였을 때, 기공이 발생하여 단선을 야기하였다.아세톤과 같이 끓는점이 낮은 극성용매를 사용하여 제작한 인장센서의 경우 30% 인장하여 확인한 결과,40000 cycle 중에도 인장에 따른 저항변화(ΔR/R0)가 12~15%로 균일하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Among the core areas of the 4th industrial revolution, next-generation wearable electronic devices must operate in a bent or stretched environment. Therefore, not only wiring and electrodes, but also all components such as sensors, batteries, etc. need to be developed based on the expansion and contraction electrodes. However, the metal-based stretchable electrode is difficult to maintain for a long time due to the characteristics of the material when tensile and compression are repeated. In this paper, a stretchable tensile sensor having electrical properties even in physical deformation was fabricated by overcoming the rigidity of the existing electrode material by using a conductive polymer. In the experimental method, a slurry was prepared by mixing a conductive polymer, a binder, and a solvent at a predetermined ratio. When preparing the slurry, Prepare a solvent by dividing according to polarity and boiling point. Through this, we tried to compare the results according to the solvent. In the manufacturing method of the stretchable sensor, the slurry was filled on a plate with an engraved circuit, and then a thermosetting polymer was poured onto the plate and cured in an oven at 80°C for 30 minutes. As a result, in the case of a sensor made of a non-polar solvent, the conductive polymer was not uniformly present on the cross section of the circuit, and when a solvent having a high boiling point was used, pores were generated, causing disconnection. In the case of a tensile sensor manufactured using a polar solvent with a low boiling point such as acetone, the result of checking by stretching 30%,It was confirmed that the resistance change (ΔR/R0) according to the tension appeared uniformly at 12-15% even during 40000 cycles.