KR101473346B1 - 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate) 및 PVDF(polyvinylidene fluoride)의 혼합 용액을 전기 방사하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있는 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 (a) 스핀 척 상에 제1 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제1 보호층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 보호층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제1 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 전극이 형성된 제1 보호층 상에 압전 섬유 물질을 전기 방사하여 압전 섬유층을 적층 형성하는 단계; (d) 상기 압전 섬유층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제2 전극을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제2 전극이 형성된 압전 섬유층 상에 제2 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 (a) 스핀 척 상에 제1 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제1 보호층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 보호층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제1 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 전극이 형성된 제1 보호층 상에 압전 섬유 물질을 전기 방사하여 압전 섬유층을 적층 형성하는 단계; (d) 상기 압전 섬유층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제2 전극을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제2 전극이 형성된 압전 섬유층 상에 제2 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate) 및 PVDF(polyvinylidene fluoride)의 혼합 용액을 전기 방사하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있는 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
압전 세라믹은 전기적 에너지가 기계적 에너지로, 또는 그 반대로 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변환되는 압전성(piezoelectricity)을 가지며, 이러한 특성을 이용하여 다양한 분야에 응용되고 있다.
이러한 압전 세라믹의 응용을 위해, Pb(Zr, Ti)O3(이하,“PZT"라 함)계 조성으로 이루어진 PZT 세라믹을 이용하여 왔다. PZT 세라믹은 우수한 기계적, 전기적 특성을 가지며, 티탄산납(PbTiO3)과 지르코산납(PbZrO3)을 일정한 비율로 섞은 것으로 사용 용도에 따라 불순물을 첨가하여 여러 가지 재료 물성을 사용할 수 있다.
그러나, PZT 세라믹을 이용하여 적층형 압전 소자를 제조할 경우에는 높은 소결 온도로 인해 Pt 또는 Pd와 같은 고융점의 귀금속을 내부 전극으로 사용하여야 하며, 이는 제조 단가를 상승시키는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해, 최근에는 PZT 세라믹을 이용하여 압전 세라믹-폴리머 복합체를 이용하고 있는데, 이 경우에는 금속의 산화 방지를 위해 압전 세라믹을 먼저 제조한 후 압전 세라믹-폴리머 복합체를 제조하여야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 번거로워지며, 계면 특성이 좋지 않아 압전 성능이 저하되는 문제점이 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0067978호(2011.06.22. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 압전체 후막의 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 전기 방사 방식을 이용하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있는 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체는 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상에 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극 및 제1 보호층 상에 전기 방사 방식으로 적층 형성된 압전 섬유층; 상기 압전 섬유층 상에 형성된 제2 전극; 및 상기 제2 전극 및 압전 섬유층 상에 형성된 제2 보호층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 (a) 스핀 척 상에 제1 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제1 보호층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 보호층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제1 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 전극이 형성된 제1 보호층 상에 압전 섬유 물질을 전기 방사하여 압전 섬유층을 적층 형성하는 단계; (d) 상기 압전 섬유층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제2 전극을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제2 전극이 형성된 압전 섬유층 상에 제2 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법은 소결된 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF의 혼합 용액을 이용한 전기 방사를 실시하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있으며, 추가적인 열처리 공정을 실시하는 것 없이 압전 섬유층을 형성하는 것이 가능하여 제조 공정이 간소화될 수 있을 뿐만 아니라, 곡면 등에서도 균일한 두께를 확보하는 것이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법은 제1 및 제2 전극을 압전 섬유층에 직접 접촉시켜 절연체인 압전 섬유층에 의한 전자 전달이 저해되는 현상을 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체(100)는 제1 보호층(110), 제1 전극(120), 압전 섬유층(130), 제2 전극(140) 및 제2 보호층(150)을 포함한다.
제1 보호층(110)은 스크래치나 외부 충격으로부터 제1 전극(120) 및 압전 섬유층(130)을 보호하기 위한 목적으로 형성된다. 이러한 제1 보호층(110)의 재질로는 PDMS(polydimethylsiloxane), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 등에서 선택된 하나가 이용될 수 있으며, 이 중 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 보호층(110)은 1 ~ 50㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
제1 전극(120)은 제1 보호층(110) 상에 형성된다. 이러한 제1 전극(120)의 재질로는 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질이나, CNT 그라핀(carbon nano tube graphene) 등의 전도성 물질 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이때, 제1 전극(120)은 10 ~ 200㎛의 두께를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
압전 섬유층(130)은 제1 전극(120) 및 제1 보호층(110) 상에 전기 방사 방식으로 적층 형성된다. 이때, 압전 섬유층(130)은 100 ~ 5000㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 압전 섬유층(130)의 두께가 100㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇은 관계로 압전 성능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 압전 섬유층(130)의 두께가 5000㎛를 초과할 경우에는 엑츄에이터, 반도체 센서, 에너지 하베스터 등의 실제 전자소자에 적용되었을 때 제품 두께를 증가시켜 실용성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
이러한 압전 섬유층(130)은 압전 세라믹 분말 및 폴리머 레진을 포함한다. 이때, 압전 세라믹 분말은 10 ~ 300㎛의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 압전 세라믹 분말의 평균 직경이 10㎛ 미만일 경우에는 입자 사이즈가 너무 작은 관계로 압전 성능이 저하되는 문제를 야기할 수 있다. 반대로, 압전 세라믹 분말의 평균 직경이 300㎛를 초과할 경우에는 전기 방사시 노즐 막힘이나 섬유 형상화에 어려움이 따를 수 있다.
이러한 압전 세라믹 분말로는 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate)계, KNN{(K0.5Na0.5)NbO3}계, BNT{Bi0.5Na0.5)TiO3}계, BKT{(Bi0.5K0.5)TiO3}계 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
폴리머 레진은 PVDF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinylpyrrolidone) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중 선택된 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
특히, 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 이용하여 전기 방사할 경우, PVDF가 바인더로의 역할 및 유연성을 주는 효과로 압전 성능을 추가적으로 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 반면, 압전 세라믹 분말과 폴리머계인 PVP(polyvinylpyrrolidone), 에폭시 수지(epoxy resin) 등을 이용하여 전기 방사할 경우, PVDF를 이용할 때 보다 압전 성능 면에서는 열위한 특성을 나타내기는 하나, 섬유 안전화에 기여하여 유연성, 탄력성 등의 특성 면에서 우수한 이점이 있다.
제2 전극(140)은 압전 섬유층(130) 상에 형성된다. 제1 전극(120)은 압전 섬유 복합체(100)의 음극 단자로 사용될 수 있고, 제2 전극(140)은 압전 섬유 복합체(100)의 양극 단자로 사용될 수 있다. 이와 반대로, 제1 전극(120)을 양극 단자로, 그리고 제2 전극(140)을 음극 단자로 사용하는 것도 무방하다. 이러한 제2 전극(140)은 제1 전극(120)과 동일한 재질이 이용될 수 있다.
제2 보호층(150)은 제2 전극(140) 및 압전 섬유층(130) 상에 형성된다. 이때, 제2 보호층(150)은 압전 섬유층(130) 및 제2 전극(140)을 스크래치나 외부 충격으로부터 보호하기 위한 목적으로 형성된다. 이러한 제2 보호층(150)은 제1 보호층(110)과 동일한 재질이 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체는 소결된 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF의 혼합 용액을 이용한 전기 방사를 실시하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 열처리 공정을 실시하는 것 없이 압전 섬유층을 형성하는 것이 가능하여 제조 공정이 간소화될 수 있을 뿐만 아니라, 곡면 등에서도 균일한 두께를 확보하는 것이 가능해질 수 있다.
이에 대해서는, 이하 첨부된 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법을 나타낸 공정 사시도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 제1 보호층 코팅 단계(S210), 제1 전극 형성 단계(S220), 압전 섬유층 적층 단계(S230), 제2 전극 형성 단계(S240) 및 제2 보호층 코팅 단계(S250)를 포함한다.
제1 보호층 코팅
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 보호층 코팅 단계(S210)에서는 스핀 척(10)을 준비한다. 이후, 스핀 척(10) 상에 제1 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제1 보호층(110)을 형성한다. 이때, 제1 보호층(110)은 스크래치나 외부 충격으로부터 제1 전극(도 1의 120) 및 압전 섬유층(도 1의 130)을 보호하기 위한 목적으로 형성된다. 이러한 제1 보호층(110)의 재질로는 PDMS(polydimethylsiloxane), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 등에서 선택된 하나가 이용될 수 있으며, 이 중 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 제1 보호층(110)은 1 ~ 50㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
본 단계에서, 건조는 90 ~ 110℃에서 30 ~ 120분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
제1 전극 형성
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극 형성 단계(S220)에서는 제1 보호층(110) 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제1 전극(120)을 형성한다.
이때, 제1 전극(120)의 재질로는 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질이나, CNT 그라핀(carbon nano tube graphene) 등의 전도성 물질 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이러한 제1 전극(120)은 10 ~ 200㎛의 두께를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다. 그리고, 코팅 방식으로는 스핀 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅 등이 이용될 수 있다.
압전 섬유층 적층
도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 압전 섬유층 적층 단계(S230)에서는 제1 전극(120)이 형성된 제1 보호층(110) 상에 압전 섬유 물질을 전기 방사하여 압전 섬유층(130)을 적층 형성한다.
이때, 압전 섬유층(130)은 100 ~ 5000㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 압전 섬유층(130)의 두께가 100㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇은 관계로 압전 성능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 압전 섬유층(130)의 두께가 5000㎛를 초과할 경우에는 엑츄에이터, 반도체 센서, 에너지 하베스터 등의 실제 전자소자에 적용되었을 때 제품 두께를 증가시켜 실용성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
이러한 압전 섬유층(130)은 압전 세라믹 분말, 폴리머 레진 및 용매를 포함한다. 이때, 압전 세라믹 분말은 10 ~ 300㎛의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 압전 세라믹 분말의 평균 직경이 10㎛ 미만일 경우에는 입자 사이즈가 너무 작은 관계로 압전 성능이 저하되는 문제를 야기할 수 있다. 반대로, 압전 세라믹 분말의 평균 직경이 300㎛를 초과할 경우에는 전기 방사시 노즐 막힘이나 섬유 형상화에 어려움이 따를 수 있다.
이러한 압전 세라믹 분말로는 PZT(Plumbum-Zirconate-Titanate)계, KNN{(K0.5Na0.5)NbO3}계, BNT{Bi0.5Na0.5)TiO3}계, BKT{(Bi0.5K0.5)TiO3}계 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
폴리머 레진은 PVDF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinylpyrrolidone) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중 선택된 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF(polyvinylidene fluoride)의 혼합 용액을 이용하여 전기 방사할 경우, PVDF가 바인더로의 역할 및 유연성을 주는 효과로 압전 성능을 추가적으로 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 반면, 압전 세라믹 분말과 폴리머계인 PVP(polyvinylpyrrolidone) 또는 에폭시 수지(epoxy resin) 등의 혼합 용액을 이용하여 전기 방사할 경우, PVDF를 이용할 때 보다 압전 성능 면에서는 열위한 특성을 나타내기는 하나, 섬유 안전화에 기여하여 유연성, 탄력성 등의 특성 면에서 우수한 특성을 나타낸다.
특히, 본 단계에서, 소결된 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF의 혼합 용액을 이용한 전기 방사를 실시하여 압전 섬유층(130)을 형성할 경우, 추가적인 열처리 공정을 실시하는 것 없이 압전 섬유층(130)을 형성하는 것이 가능하여 제조 공정이 간소화될 수 있을 뿐만 아니라, 곡면 등에서도 균일한 두께를 확보하는 것이 가능해질 수 있다.
이때, 전기 방사는 방사 전압 : 10 ~ 30V 및 방사 거리 : 5 ~ 20cm 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 노즐(20)의 크기는 20 ~ 30G를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 방사 거리는 압전 섬유층(130)과 노즐(20) 간의 이격 거리를 의미한다.
방사 전압이 10V 미만일 경우에는 제조 시간이 과도하게 소요되어 제조 비용을 상승시킬 우려가 있을 뿐만 아니라, 필름 형태의 균일한 막질 형성에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 방사 전압이 30V를 초과할 경우에는 효과 상승 대비 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
또한, 방사 거리가 5cm 미만일 경우에는 노즐에 의한 간섭으로 막질 특성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 방사 거리가 20cm를 초과할 경우에는 균일한 막을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다.
제2 전극 형성
도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 전극 형성 단계(S240)에서는 압전 섬유층(130) 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제2 전극(140)을 형성한다. 이때, 제2 전극(140)의 재질로는, 제1 전극(120)과 마찬가지로, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질이나, CNT 그라핀(carbon nano tube graphene) 등의 전도성 물질 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이러한 제2 전극(140)은 10 ~ 200㎛의 두께를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다. 그리고, 코팅 방식으로는 스핀 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅 등이 이용될 수 있다.
제2 보호층 코팅
다음으로, 제2 보호층 코팅 단계(S250)에서는 제2 전극(140)이 형성된 압전 섬유층(130) 상에 제2 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제2 보호층(150)을 형성한다.
이때, 제2 보호층(150)의 재질로는, 제1 보호층(110)과 마찬가지로, PDMS(polydimethylsiloxane), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 등에서 선택된 하나가 이용될 수 있으며, 이 중 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 제2 보호층(150)은 1 ~ 50㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다. 본 단계에서, 건조는 90 ~ 110℃에서 30 ~ 120분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 필링 오프 단계(미도시) 및 접지 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 필링 오프 단계에서는 스핀 척(10)으로부터 제1 보호층(110), 제1 전극(120), 압전 섬유층(130), 제2 전극(140) 및 제2 보호층(150)이 차례로 적층된 압전 섬유 복합체를 떼어낸다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 접지 단계에서는 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)에 제1 전선 및 제2 전선을 접지시킨다. 이때, 제1 전극(120)이 음극 단자로 이용될 경우, 제2 전극(140)은 양극 단자로 이용된다. 이와 반대로, 제1 전극(120)이 양극 단자로 이용될 경우, 제2 전극(140)은 음극 단자로 이용된다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 소결된 압전 세라믹 분말과 압전 폴리머계인 PVDF의 혼합 용액을 이용한 전기 방사를 실시하여 필름 형태로 압전 섬유층을 형성함으로써 우수한 압전 성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 열처리 공정을 실시하는 것 없이 압전 섬유층을 형성하는 것이 가능하여 제조 공정이 간소화될 수 있을 뿐만 아니라, 곡면 등에서도 균일한 두께를 확보하는 것이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유 복합체 제조 방법은 제1 및 제2 전극을 압전 섬유층에 직접 접촉시켜 절연체인 압전 섬유층에 의한 전자 전달이 저해되는 현상을 극복할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 압전 섬유 복합체 110 : 제1 보호층
120 : 제1 전극 130 : 압전 섬유층
140 : 제2 전극 150 : 제2 보호층
S210 : 제1 보호층 코팅 단계
S220 : 제1 전극 형성 단계
S230 : 압전 섬유층 적층 단계
S240 : 제2 전극 형성 단계
S250 : 제2 보호층 코팅 단계
120 : 제1 전극 130 : 압전 섬유층
140 : 제2 전극 150 : 제2 보호층
S210 : 제1 보호층 코팅 단계
S220 : 제1 전극 형성 단계
S230 : 압전 섬유층 적층 단계
S240 : 제2 전극 형성 단계
S250 : 제2 보호층 코팅 단계
Claims (15)
- 제1 보호층;
상기 제1 보호층 상에 형성된 제1 전극;
상기 제1 전극 및 제1 보호층 상에 전기 방사 방식으로 적층 형성된 압전 섬유층;
상기 압전 섬유층 상에 형성된 제2 전극; 및
상기 제2 전극 및 압전 섬유층 상에 형성된 제2 보호층;을 포함하며,
상기 압전 섬유층은 압전 세라믹 분말 및 폴리머 레진을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 보호층 각각은
PDMS(polydimethylsiloxane), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), PVA(polyvinyl alcohol) 및 PVB(polyvinyl butyral) 중 선택된 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 섬유층은
100 ~ 5000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압전 세라믹 분말은
10 ~ 300㎛의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 세라믹 분말은
PZT계, KNN계, BNT계 및 BKT계 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리머 레진은
PVDF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinylpyrrolidone) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체.
- (a) 스핀 척 상에 제1 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제1 보호층을 형성하는 단계;
(b) 상기 제1 보호층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제1 전극을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 전극이 형성된 제1 보호층 상에 압전 섬유 물질을 전기 방사하여 압전 섬유층을 적층 형성하는 단계;
(d) 상기 압전 섬유층 상에 스퍼터링 방식 또는 코팅 방식으로 제2 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 제2 전극이 형성된 압전 섬유층 상에 제2 보호 물질을 적하하여 스핀 코팅한 후, 건조하여 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 전기 방사는
방사 전압 : 10 ~ 30V 및 방사 거리 : 5 ~ 20cm 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 압전 섬유 물질은
압전 세라믹 분말, 폴리머 레진 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 압전 세라믹 분말은
PZT계, KNN계, BNT계 및 BKT계 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 압전 세라믹 분말은
10 ~ 300㎛의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 폴리머 레진은
PVDF(polyvinylidene fluoride), PVP(polyvinylpyrrolidone) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 압전 섬유층은
100 ~ 5000㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후,
(f) 상기 스핀 척으로부터 상기 제1 보호층, 제1 전극, 압전 섬유층, 제2 전극 및 제2 보호층이 차례로 적층된 압전 섬유 복합체를 떼어내는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유 복합체 제조 방법.
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- 2013-11-12 KR KR1020130136676A patent/KR101473346B1/ko active IP Right Grant
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