KR102565810B1 - Self-patterning stretchable electrode with continuous production ability, and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
연속 생산 가능한 자가 패터닝 신축 전극 및 그의 제조방법을 개시한다. 상기 신축 전극은 상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및 상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고, 상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함함으로써 높은 변형률에서도 저항변화량이 낮은 효과가 있다.A self-patterning stretchable electrode capable of continuous production and a method for manufacturing the same are disclosed. The stretchable electrode includes an elastic substrate including a plurality of open-top microcavities and an elastic body; and a conductive pattern layer formed on an upper surface of the elastic substrate and including a conductor, wherein the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge connecting the conductive plane figure pattern. By including the pattern (conductive bridge pattern), there is an effect of reducing the amount of change in resistance even at high strain.
Description
본 발명은 연속 생산 가능한 자가 패터닝 신축 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a self-patterning stretchable electrode that can be continuously produced and a method for manufacturing the same.
기존의 신축 전극(stretchable electrode)은 고진공 금속 증착 공정 또는 전인장(Pre-strain) 공정 등의 공정이 추가로 필요하여 대면적 생산 및 연속 생산이 어려울 뿐만 아니라, 공정비용 또한 증가하는 문제점이 있다.Existing stretchable electrodes require an additional process such as a high vacuum metal deposition process or a pre-strain process, making large-area production and continuous production difficult, as well as increasing process costs.
또한, 신축 전극을 신축성 디스플레이 및 전자피부와 같은 고부가 가치 산업 분야에 적용하기 위해서는 복잡한 전극 패턴이 필요하다. 기존 신축 전극의 제조방법은 포토리소그래피(photolithography) 또는 레이져 어블레이션(ablation)과 같은 패터닝 공정이 추가적으로 필요하여 공정비용이 증가하는 문제점이 있다.In addition, complex electrode patterns are required to apply stretchable electrodes to high value-added industries such as stretchable displays and electronic skin. Existing methods of manufacturing a stretchable electrode have a problem in that process costs increase because a patterning process such as photolithography or laser ablation is additionally required.
따라서, 추가적인 공정이 필요하지 않고 복잡한 전극 패턴을 형성할 수 있는 신축 전극의 제조방법, 그를 이용해 제조된 신축 전극에 관한 연구가 요구된다.Therefore, research on a method for manufacturing a stretchable electrode capable of forming a complex electrode pattern without requiring an additional process and a stretchable electrode manufactured using the same is required.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 추가적인 공정이 필요하지 않고 복잡한 전극 패턴을 형성할 수 있는 신축 전극의 제조방법, 그를 이용해 제조된 신축 전극을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method for manufacturing a stretchable electrode capable of forming a complex electrode pattern without requiring additional processes, and a stretchable electrode manufactured using the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및 상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고, 상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함하는 것인 신축 전극이 제공된다.According to one aspect of the present invention, an elastic substrate including a plurality of microcavities with open tops and an elastic body; and a conductive pattern layer formed on an upper surface of the elastic substrate and including a conductor, wherein the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge connecting the conductive plane figure pattern. A stretchable electrode comprising a conductive bridge pattern is provided.
또한, 상기 전도성 평면도형 패턴이 복수개의 상기 미세구멍의 주변을 각각 둘러싸서 형성된 복수개의 전도성 평면도형 라인을 포함할 수 있다.In addition, the conductive planar pattern may include a plurality of conductive planar lines formed by surrounding peripheries of the plurality of microholes, respectively.
또한, 상기 전도성 다리 패턴이 상기 전도성 평면 도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 일부 또는 전부 서로 연결하는 복수개의 전도성 다리 라인을 포함할 수 있다.Also, the conductive bridge pattern may include a plurality of conductive bridge lines that partially or entirely connect the conductive planar figure line and the conductive planar figure line adjacent thereto.
또한, 상기 전도성 평면도형 라인이 원형, 타원형, 다각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 형상일 수 있다.In addition, the conductive planar shape line may have any one shape selected from the group consisting of circular, elliptical, polygonal, and combinations thereof.
또한, 상기 다각형은 모서리의 개수가 3 내지 10의 정수 중 어느 하나일 수 있다.Also, the number of edges of the polygon may be any one of integers from 3 to 10.
또한, 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 실리콘 러버(silicone rubber), 플루오로 실리콘 러버(fluoro silicone rubber), 비닐메틸실리콘 러버(vinyl methyl silicone rubber), 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber), 아크릴 러버(acryl rubber), 부타디엔 러버(butadiene rubber), 클로로이소부틸렌 이소프렌러버(chloro isobutylene isoprene rubber), 폴리크로로프렌(polychloroprene rubber), 에피클로로히드린 러버(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 러버(ethylene propylene rubber), 에틸렌프로필렌디엔 러버(ethylenepropylene diene rubber), 폴리에테르우레탄 러버(polyether urethane rubber), 폴리이소프렌 러버(polyisoprene rubber), 이소부틸렌 이소프렌 부틸 러버(isobutylene isoprene butyl rubber) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 러버(acrylonitrile butadiene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, silicone rubber, fluoro silicone rubber, vinylmethyl silicone Vinyl methyl silicone rubber, styrene-butadiene rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene rubber, acryl rubber, butadiene rubber rubber), chloro isobutylene isoprene rubber, polychloroprene rubber, epichlorohydrin rubber, ethylene propylene rubber, ethylenepropylene rubber diene rubber), polyether urethane rubber, polyisoprene rubber, isobutylene isoprene butyl rubber, and acrylonitrile butadiene rubber selected from the group consisting of One or more may be included.
또한, 상기 전도체가 Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the conductor is Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh , Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, and alloys thereof.
또한, 상기 전도체가 나노 와이어 형상 또는 나노 섬유 형상일 수 있다.In addition, the conductor may be a nanowire shape or a nanofiber shape.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 용매에 전도체를 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계; (b) 기판 및 복수개의 돌기 구조체를 포함하고, 상기 돌기 구조체가 상기 기판의 표면에 접촉하고, 접촉 부분의 외곽 접촉선이 평면 도형의 형상을 갖는 것인 기판 구조체를 제조하는 단계; (c) 상기 기판 구조체 상에 상기 분산 용액을 분무하여 액적을 코팅하는 단계; (d) 액적이 코팅된 상기 기판 구조체에 기체를 불어 상기 돌기 구조체에 코팅된 상기 액적을 상기 돌기 구조체와 상기 기판 표면 사이의 외곽 접촉선으로 이동시키고 건조시켜 전도성 평면도형 라인을 포함하는 전도성 평면 도형 패턴을 형성하는 단계; (e) 상기 기판의 표면에 코팅된 상기 액적이 응집되고 건조됨으로써 상기 외곽 접촉선과 그와 이웃하는 외곽 접촉선에 형성된 전도성 평면도형 라인을 일부 또는 전부 서로 연결하는 전도성 다리 라인을 포함하는 전도성 다리 패턴을 형성하는 단계; (f) 상기 전도성 평면 도형 패턴 및 상기 전도성 다리 패턴이 형성된 기판 구조체 상에 탄성체를 포함하는 용액을 코팅하고 건조시켜 탄성기판이 형성된 적층체를 제조하는 단계; 및 (g) 상기 탄성기판이 형성된 적층체로부터 기판 구조체를 분리하여 신축 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 신축 전극의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) preparing a dispersion solution by dispersing a conductor in a solvent; (b) manufacturing a substrate structure comprising a substrate and a plurality of protrusion structures, wherein the protrusion structure contacts the surface of the substrate, and an outer contact line of the contact portion has a shape of a planar figure; (c) coating droplets by spraying the dispersion solution on the substrate structure; (d) a conductive planar figure including a conductive planar figure line by blowing gas to the substrate structure coated with liquid droplets to move the liquid droplet coated on the protrusion structure to an outer contact line between the protrusion structure and the surface of the substrate and drying the substrate structure; forming a pattern; (e) a conductive bridge pattern including a conductive bridge line connecting some or all of the conductive planar figure lines formed on the outer contact line and the outer contact line adjacent thereto by aggregation and drying of the droplets coated on the surface of the substrate; forming a; (f) coating a solution containing an elastic body on the substrate structure on which the conductive planar figure pattern and the conductive bridge pattern are formed and drying it to prepare a laminate having an elastic substrate; and (g) preparing a stretchable electrode by separating the substrate structure from the laminate on which the elastic substrate is formed.
또한, 상기 신축 전극이 상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및 상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고, 상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함할 수 있다.In addition, the elastic substrate including a plurality of fine holes (microcavity), the upper portion of which is open for the stretchable electrode, and including an elastic body; and a conductive pattern layer formed on an upper surface of the elastic substrate and including a conductor, wherein the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge connecting the conductive plane figure pattern. A pattern (conductive bridge pattern) may be included.
또한, 단계 (a)의 상기 용매가 극성용매를 포함할 수 있고, 상기 극성용매가 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the solvent of step (a) may include a polar solvent, and the polar solvent may include at least one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, and mixtures thereof.
또한, 상기 전도체가 Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the conductor is Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh , Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, and alloys thereof.
또한, 상기 전도체가 나노 와이어 형상 또는 나노 섬유 형상일 수 있다.In addition, the conductor may be a nanowire shape or a nanofiber shape.
또한, 상기 기판 구조체의 이소프로필 알코올과의 접촉각이 20 내지 30 °일 수 있다.In addition, the contact angle of the substrate structure with isopropyl alcohol may be 20 to 30 °.
또한, 상기 돌기 구조체 간의 거리를 제어하여 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과의 연결되는 것을 제어하는 것일 수 있다.In addition, a distance between the protruding structures may be controlled so that the conductive bridge line is connected to the conductive planar shape line.
또한, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 1 μm 이상이고 20 μm 미만일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 서로 연결하고, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 20 μm 이상일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 연결하지 않는 것일 수 있다.In addition, when the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is greater than or equal to 1 μm and less than 20 μm, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure is the conductive plan view line and the conductive plan view adjacent thereto. When the mold lines are connected to each other, and the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is 20 μm or more, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure is the conductive planar line and the conductive line adjacent thereto. It may be that it does not connect the planar drawing lines.
또한, 상기 분산 용액의 농도가 0.0001 내지 1 wt%일 수 있다.In addition, the concentration of the dispersion solution may be 0.0001 to 1 wt%.
또한, 상기 기판 구조체가 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the substrate structure is polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, and styrene-ethylene-butylene-styrene rubber. styrene rubber) may include one or more selected from the group consisting of.
또한, 상기 분무가 스프레이 코팅(spray coating) 및 바 코팅(bar coating)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 수행될 수 있다In addition, the spraying may be performed with any one selected from the group consisting of spray coating and bar coating.
또한, 상기 단계 (f)가 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행될 수 있다.In addition, step (f) may be performed in a roll-to-roll process.
본 발명의 신축 전극은 상부가 개방된 복수개의 미세구멍을 포함함으로써 높은 변형률에서도 저항변화량이 낮은 효과가 있다.Since the flexible electrode of the present invention includes a plurality of fine holes with open tops, the resistance change amount is low even at a high strain rate.
또한, 본 발명의 신축 전극의 제조방법은 스프레이 코팅(spray coating)과 바코팅(bar coating)을 이용함으로써 추가적인 공정 없이 연속/반복/대면적 생산이 가능하다.In addition, the manufacturing method of the stretchable electrode of the present invention enables continuous/repetitive/large-area production without additional processes by using spray coating and bar coating.
또한, 본 발명의 신축 전극의 제조방법은 추가적인 패터닝 공정이 없어도 복잡한 전극 패턴을 형성할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the stretchable electrode of the present invention can form a complex electrode pattern without an additional patterning process.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따라 신축 전극을 제조하는 방법에 관한 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 FE-SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극의 FE-SEM 이미지이다.
도 4는 손등에 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극을 부착한 이미지이다.
도 5a는 실시예 1에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사할 때 실시간 표면 캡쳐 이미지이다.
도 5b는 본 발명 하나의 실시예에 따른 신축 전극의 전도성 패턴층 형성 과정을 나타낸 모식도이다.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 이미지(scale bar: 30 μm)이다.
도 7은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 측정한 면 저항값을 정리하여 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 사용된 PDMS 기판 구조체의 물(DIW) 및 이소프로필 알코올(IPA)과의 접촉각 및 접촉 이미지를 각각 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 상대 저항 변화(ΔR/R0)를 측정한 결과이다.
도 10은 실시예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 이미지를 정리하여 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 이미지(scale bar: 30 μm)이다.
도 12는 실시예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 측정한 면 저항값을 정리하여 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 4에 따라 제조된 신축 전극의 이미지이다.
도 14는 실시예 1에서 사용한 PDMS 기판 구조체의 사용 전 후 이미지이다.
도 15는 실시예 1에서 사용한 PDMS 기판 구조체를 5회 재사용하여 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 상대 저항 변화(ΔR/R0)를 측정한 결과이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram of a method for manufacturing a stretchable electrode according to one embodiment of the present invention.
2 is a FE-SEM image after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1;
3 is a FE-SEM image of a stretchable electrode prepared according to Example 1.
4 is an image of attaching the stretchable electrode manufactured according to Example 1 to the back of the hand.
Figure 5a is a real-time surface capture image when spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1.
5B is a schematic diagram showing a process of forming a conductive pattern layer of a stretchable electrode according to an embodiment of the present invention.
6 is an image (scale bar: 30 μm) after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 7 summarizes sheet resistance values measured after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.
8 shows contact angles and contact images of the PDMS substrate structures used in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 with water (DIW) and isopropyl alcohol (IPA), respectively.
9 is a result of measuring the relative resistance change (ΔR/R 0 ) according to the tensile strain of the stretchable electrode prepared according to Example 1 and Comparative Example 4.
10 is a summary of images according to tensile strain of the stretchable electrodes manufactured according to Example 1 and Comparative Example 4.
11 is an image (scale bar: 30 μm) after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Examples 1 to 3;
FIG. 12 summarizes the sheet resistance values measured after spraying the silver nanowire dispersion on the PDMS substrate structure according to Examples 1 to 3. FIG.
13 is an image of a stretchable electrode manufactured according to Example 4.
14 is images of the PDMS substrate structure used in Example 1 before and after use.
15 is a result of measuring a relative resistance change (ΔR/R 0 ) according to tensile strain of a stretchable electrode manufactured by reusing the PDMS substrate structure used in Example 1 five times.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Also, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에", "다른 구성요소 상에 형성되어", "다른 구성요소 상에 위치하여"또는 "다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is referred to as “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “layered on another component,” the other It should be understood that although it may be directly attached to the front surface or one side of the component, it may be positioned or laminated, but other components may further exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하, 본 발명의 연속 생산 가능한 자가 패터닝 신축 전극 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a self-patterning stretchable electrode capable of continuous production according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명은 상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및 상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고, 상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함하는 것인 신축 전극을 제공한다.The present invention includes an elastic substrate including a plurality of microcavities with open tops and an elastic body; and a conductive pattern layer formed on an upper surface of the elastic substrate and including a conductor, wherein the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge connecting the conductive plane figure pattern. It provides a stretchable electrode that includes a pattern (conductive bridge pattern).
또한, 상기 전도성 평면도형 패턴이 복수개의 상기 미세구멍의 주변을 각각 둘러싸서 형성된 복수개의 전도성 평면도형 라인을 포함할 수 있다.In addition, the conductive planar pattern may include a plurality of conductive planar lines formed by surrounding peripheries of the plurality of microholes, respectively.
또한, 상기 전도성 다리 패턴이 상기 전도성 평면 도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 일부 또는 전부 서로 연결하는 복수개의 전도성 다리 라인을 포함할 수 있다. Also, the conductive bridge pattern may include a plurality of conductive bridge lines that partially or entirely connect the conductive planar figure line and the conductive planar figure line adjacent thereto.
또한, 상기 전도성 평면도형 라인이 원형, 타원형, 다각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 형상일 수 있다.In addition, the conductive planar shape line may have any one shape selected from the group consisting of circular, elliptical, polygonal, and combinations thereof.
또한, 상기 다각형은 모서리의 개수가 3 내지 10의 정수 중 어느 하나일 수 있다.Also, the number of edges of the polygon may be any one of integers from 3 to 10.
또한, 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 실리콘 러버(silicone rubber), 플루오로 실리콘 러버(fluoro silicone rubber), 비닐메틸실리콘 러버(vinyl methyl silicone rubber), 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber), 아크릴 러버(acryl rubber), 부타디엔 러버(butadiene rubber), 클로로이소부틸렌 이소프렌러버(chloro isobutylene isoprene rubber), 폴리크로로프렌(polychloroprene rubber), 에피클로로히드린 러버(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 러버(ethylene propylene rubber), 에틸렌프로필렌디엔 러버(ethylenepropylene diene rubber), 폴리에테르우레탄 러버(polyether urethane rubber), 폴리이소프렌 러버(polyisoprene rubber), 이소부틸렌 이소프렌 부틸 러버(isobutylene isoprene butyl rubber) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 러버(acrylonitrile butadiene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄성체를 포함할 수 있고, 바람직하게는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 탄성체를 포함할 수 있다. In addition, thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, silicone rubber, fluoro silicone rubber, vinylmethyl silicone Vinyl methyl silicone rubber, styrene-butadiene rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene rubber, acryl rubber, butadiene rubber rubber), chloro isobutylene isoprene rubber, polychloroprene rubber, epichlorohydrin rubber, ethylene propylene rubber, ethylenepropylene rubber diene rubber), polyether urethane rubber, polyisoprene rubber, isobutylene isoprene butyl rubber, and acrylonitrile butadiene rubber selected from the group consisting of It may include one or more types of elastomers, preferably a thermoplastic polyurethane (TPU) elastomer.
또한, 상기 전도체가 Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄성체를 포함할 수 있고, 바람직하게는 Ag를 포함할 수 있다.In addition, the conductor is Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh , Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, and one or more elastomers selected from the group consisting of alloys thereof, preferably Ag. .
또한, 상기 전도체가 나노 와이어 형상 또는 나노 섬유 형상일 수 있다.In addition, the conductor may be a nanowire shape or a nanofiber shape.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따라 신축 전극을 제조하는 방법에 관한 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a method for manufacturing a stretchable electrode according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명은 (a) 용매에 전도체를 분산시켜 분산 용액을 제조하는 단계; (b) 기판 및 복수개의 돌기 구조체를 포함하고, 상기 돌기 구조체가 상기 기판의 표면에 접촉하고, 접촉 부분의 외곽 접촉선이 평면 도형의 형상을 갖는 것인 기판 구조체를 제조하는 단계; (c) 상기 기판 구조체 상에 상기 분산 용액을 분무하여 액적을 코팅하는 단계; (d) 액적이 코팅된 상기 기판 구조체에 기체를 불어 상기 돌기 구조체에 코팅된 상기 액적을 상기 돌기 구조체와 상기 기판 표면 사이의 외곽 접촉선으로 이동시키고 건조시켜 전도성 평면도형 라인을 포함하는 전도성 평면 도형 패턴을 형성하는 단계; (e) 상기 기판의 표면에 코팅된 상기 액적이 응집되고 건조됨으로써 상기 외곽 접촉선과 그와 이웃하는 외곽 접촉선에 형성된 전도성 평면도형 라인을 서로 연결하는 전도성 다리 라인을 포함하는 전도성 다리 패턴을 형성하는 단계; (f) 상기 전도성 평면 도형 패턴 및 상기 전도성 다리 패턴이 형성된 기판 구조체 상에 탄성체를 포함하는 용액을 코팅하고 건조시켜 탄성기판이 형성된 적층체를 제조하는 단계; 및 (g) 상기 탄성기판이 형성된 적층체로부터 기판 구조체를 분리하여 신축 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 신축 전극의 제조방법을 제공한다.Referring to Figure 1, the present invention comprises the steps of (a) preparing a dispersion solution by dispersing a conductor in a solvent; (b) manufacturing a substrate structure comprising a substrate and a plurality of protrusion structures, wherein the protrusion structure contacts the surface of the substrate, and an outer contact line of the contact portion has a shape of a planar figure; (c) coating droplets by spraying the dispersion solution on the substrate structure; (d) a conductive planar figure including a conductive planar figure line by blowing gas to the substrate structure coated with liquid droplets to move the liquid droplet coated on the protrusion structure to an outer contact line between the protrusion structure and the surface of the substrate and drying the substrate structure; forming a pattern; (e) the liquid droplets coated on the surface of the substrate are aggregated and dried to form a conductive bridge pattern including a conductive bridge line connecting the outer contact line and the conductive planar figure line formed on the outer contact line adjacent thereto to each other step; (f) coating a solution containing an elastic body on the substrate structure on which the conductive planar figure pattern and the conductive bridge pattern are formed and drying it to prepare a laminate having an elastic substrate; and (g) preparing a stretchable electrode by separating the substrate structure from the laminate on which the elastic substrate is formed.
또한, 상기 신축 전극이 상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및 상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고, 상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함할 수 있다.In addition, the elastic substrate including a plurality of fine holes (microcavity), the upper portion of which is open for the stretchable electrode, and including an elastic body; and a conductive pattern layer formed on an upper surface of the elastic substrate and including a conductor, wherein the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge connecting the conductive plane figure pattern. A pattern (conductive bridge pattern) may be included.
또한, 단계 (a)의 상기 용매가 극성용매를 포함할 수 있고, 상기 극성용매가 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the solvent of step (a) may include a polar solvent, and the polar solvent may include at least one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, and mixtures thereof.
또한, 상기 전도체가 Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄성체를 포함할 수 있고, 바람직하게는 Ag를 포함할 수 있다.In addition, the conductor is Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh , Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, and one or more elastomers selected from the group consisting of alloys thereof, preferably Ag. there is.
또한, 상기 전도체가 나노 와이어 형상 또는 나노 섬유 형상일 수 있다.In addition, the conductor may be a nanowire shape or a nanofiber shape.
또한, 상기 기판 구조체의 이소프로필 알코올과의 접촉각이 20 내지 30 °일 수 있다. 상기 접촉각이 20 ° 미만일 경우 건조 시 액적의 응집력이 미미하여 전도성 평면도형 패턴 및 전도성 다리 패턴이 균일하고 밀도있게 형성되지 않아 바람직하지 않고, 30 °를 초과할 경우 액적의 응집력이 과도하여 전도성 평면도형 패턴 및 전도성 다리 패턴이 형성되지 않아 바람직하지 않다. In addition, the contact angle of the substrate structure with isopropyl alcohol may be 20 to 30 °. If the contact angle is less than 20 °, the cohesive force of the droplets during drying is insignificant, so that the conductive planar pattern and the conductive bridge pattern are not uniformly and densely formed, which is undesirable. and a conductive bridge pattern is not formed, which is undesirable.
또한, 상기 돌기 구조체 간의 거리를 제어하여 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과의 연결되는 것을 제어하는 것일 수 있다.In addition, a distance between the protruding structures may be controlled so that the conductive bridge line is connected to the conductive planar shape line.
또한, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 1 μm 이상이고 20 μm 미만일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 서로 연결할 수 있고, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 20 μm 이상일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 연결하지 않는 것일 수 있다.In addition, when the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is greater than or equal to 1 μm and less than 20 μm, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure is the conductive plan view line and the conductive plan view adjacent thereto. mold lines may be connected to each other, and when the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is 20 μm or more, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure is the conductive planar shape line and its neighbor. It may be that there is no connection of conductive planar lines.
또한, 상기 분산 용액의 농도가 0.0001 내지 1 wt%일 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.1 wt%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%일 수 있다. 상기 농도가 0.0001 wt% 미만일 경우 전도성 평면도형 패턴 및 전도성 다리 패턴이 형성되지 않아 바람직하지 않고, 1 wt%를 초과할 경우 전도성 평면도형 라인이 상기 돌기 구조체와 상기 기판 표면 사이의 외곽 접촉선에 형성되지 않고, 상기 돌기 구조체 옆면에 불균일하게 형성되고, 전도성 다리 패턴이 균일하게 형성되지 않아 바람직하지 않다. In addition, the concentration of the dispersion solution may be 0.0001 to 1 wt%, preferably 0.001 to 0.1 wt%, more preferably 0.005 to 0.05 wt%. When the concentration is less than 0.0001 wt%, the conductive planar pattern and the conductive bridge pattern are not formed, which is undesirable, and when the concentration exceeds 1 wt%, a conductive planar shape line is formed on the outer contact line between the protrusion structure and the substrate surface. It is not preferable because it is not formed uniformly on the side surface of the protruding structure, and the conductive bridge pattern is not uniformly formed.
또한, 상기 기판 구조체가 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.In addition, the substrate structure is polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, and styrene-ethylene-butylene-styrene rubber. styrene rubber), and preferably includes polydimethylsiloxane.
또한, 상기 분무가 스프레이 코팅(spray coating) 및 바 코팅(bar coating)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 수행될 수 있다In addition, the spraying may be performed with any one selected from the group consisting of spray coating and bar coating.
또한, 상기 단계 (f)가 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행될 수 있다.In addition, step (f) may be performed in a roll-to-roll process.
[실시예][Example]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.
[신축전극의 제조][Manufacture of stretchable electrode]
실시예 1Example 1
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따라 신축전극을 제조하는 방법에 관한 모식도이다. 도 1을 참고하여 신축전극을 제조하였다.1 is a schematic view of a method for manufacturing an elastic electrode according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a flexible electrode was manufactured.
기판 및 복수개의 돌기 구조체를 포함하는 기판 구조체는 역방향 미세피라미드 모양의 구멍 어레이(inversed micropyramidal cavity array)로 사전에 패턴화된 실리콘 몰드에서 경화된 PDMS(Sylgard 184, Dow Corning) 시트를 이형하여 준비하였다.A substrate structure including a substrate and a plurality of protrusion structures was prepared by releasing a cured PDMS (Sylgard 184, Dow Corning) sheet from a pre-patterned silicon mold with an inversed micropyramidal cavity array. .
상기 PDMS 기판 구조체의 돌기 구조체는 피라미드이며, 상기 복수개의 피라미드 간 거리는 모두 동일하게 10 μm이다.The protruding structure of the PDMS substrate structure is a pyramid, and the distance between the plurality of pyramids is all the same 10 μm.
상기 PDMS 기판 구조체 상에 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA, Sigma Aldrich)에 0.01 wt%로 희석된 은 나노와이어(Ag nanowire) 분산액(Flex-iowire2020c, D 25 nm L 25 μm, 0.5 wt%, SG Flexio Co., Ltd)을 분무하였다. 이때 상기 분무는 직경 1 mm의 노즐(AM45, ATOMAX)이 장착된 자동 스프레이 코팅기(ReVo-S)로 진행되었고, 스프레이 속도(초당 스프레이된 분산액의 부피), 압력 및 노즐 팁에서 대상 기판까지의 거리는 각각 60 μL/s, 0.1 MPa 및 10 cm였다.A silver nanowire dispersion (Flex-iowire2020c, D 25 nm L 25 μm, 0.5 wt%, SG diluted to 0.01 wt% in isopropyl alcohol (IPA, Sigma Aldrich)) on the PDMS substrate structure Flexio Co., Ltd) was sprayed. At this time, the spraying was carried out with an automatic spray coater (ReVo-S) equipped with a nozzle (AM45, ATOMAX) with a diameter of 1 mm, and the spray speed (volume of sprayed dispersion per second), pressure, and distance from the nozzle tip to the target substrate 60 μL/s, 0.1 MPa, and 10 cm, respectively.
상기 은 나노와이어가 분무된 기판 상에 디메틸포름아미드(Sigma Aldrich)에 10 wt% 용해된 열가소성 폴리우레탄(TPU, MIRATHANE E190, Miracll Chemical Co., Ltd.) 용액으로 바코팅(bar-coating)하였다. 이후 60 ℃에서 2 시간 동안 진공 건조시킨 후 접착성 PET 프레임을 사용하여 신축 전극을 부드럽게 벗겨내었다.The substrate onto which the silver nanowires were sprayed was bar-coated with a solution of thermoplastic polyurethane (TPU, MIRATHANE E190, Miracll Chemical Co., Ltd.) dissolved in 10 wt% of dimethylformamide (Sigma Aldrich). . Then, after vacuum drying at 60 °C for 2 hours, the flexible electrode was gently peeled off using an adhesive PET frame.
상기 신축 전극은 역방향 피라미드 모양의 미세구멍(microcavity)를 복수개 포함하고, 상기 미세구멍 간의 거리는 10 μm이다.The stretchable electrode includes a plurality of reverse pyramid-shaped microcavities, and the distance between the microcavities is 10 μm.
실시예 2Example 2
PDMS 기판 구조체에서 상기 돌기 구조체(피라미드) 간 거리가 모두 동일하게 10 μm인 것 대신에 모두 동일하게 15 μm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였고, 실시예 2의 신축 전극은 역방향 피라미드 모양의 미세구멍(microcavity)를 복수개 포함하고, 상기 미세구멍 간의 거리는 15 μm이다.Stretchable electrodes were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the distances between the protruding structures (pyramids) in the PDMS substrate structure were all equally 15 μm instead of 10 μm, and the stretchable electrodes of Example 2 The electrode includes a plurality of reverse pyramid-shaped microcavities, and the distance between the microcavities is 15 μm.
실시예 3Example 3
PDMS 기판 구조체에서 상기 돌기 구조체(피라미드) 간 거리가 모두 동일하게 10 μm인 것 대신에 모두 동일하게 20 μm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였고, 실시예 3의 신축 전극은 역방향 피라미드 모양의 미세구멍(microcavity)를 복수개 포함하고, 상기 미세구멍 간의 거리는 20 μm이다.Stretchable electrodes were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the distances between the protruding structures (pyramids) in the PDMS substrate structure were all equally 20 μm instead of all equally 10 μm, and the stretchable electrodes of Example 3 The electrode includes a plurality of reverse pyramid-shaped microcavities, and the distance between the microcavities is 20 μm.
실시예 4Example 4
PDMS 기판 구조체에서 상기 돌기 구조체(피라미드) 간 거리가 모두 동일하게 10 μm인 것 대신에 대문자 K 모양을 따라 위치한 돌기 구조체(피라미드) 간 거리는 10 μm이고, 그 외 부분은 20 μm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였고, 실시예 4의 신축 전극은 역방향 피라미드 모양의 미세구멍(microcavity)를 복수개 포함하고, 대문자 K 모양을 따라 위치한 미세구멍 간 거리는 10 μm이고, 그 외 부분은 20 μm이다.In the PDMS substrate structure, the distance between the projection structures (pyramids) located along the uppercase K shape is 10 μm, except that the distance between the projection structures (pyramids) is 10 μm, and the other parts are 20 μm instead of the same 10 μm. A stretchable electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, and the stretchable electrode of Example 4 included a plurality of reverse pyramid-shaped microcavities, and the distance between microcavities located along the shape of a capital letter K was 10 μm. section is 20 μm.
비교예 1Comparative Example 1
PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분무하기 전에, 상기 PDMS 기판 구조체를 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란(trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane, FOTS, Sigma Aldrich)을 사용한 화학기상증착에 의한 불소화 자기조합단층(self-assembled monolayer, SAM) 처리하는 것을 추가로 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였다.Before spraying the silver nanowire dispersion onto the PDMS substrate structure, the PDMS substrate structure was treated with trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane , FOTS, Sigma Aldrich) by chemical vapor deposition using a fluorinated self-assembled monolayer (SAM) treatment was further included, except that a stretchable electrode was prepared in the same manner as in Example 1.
비교예 2Comparative Example 2
PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분무하기 전에, 상기 PDMS 기판 구조체를 오존 클리너(UVC-20, Japan Engineer-ing Co.)를 이용하여 UV를 10 분 동안 조사하여 UVO 처리하는 것을 추가로 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였다.Prior to spraying the silver nanowire dispersion on the PDMS substrate structure, UVO treatment by irradiating the PDMS substrate structure with an ozone cleaner (UVC-20, Japan Engineering Co.) for 10 minutes was further included. A stretchable electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except for doing.
비교예 3Comparative Example 3
PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분무하기 전에, 상기 PDMS 기판 구조체를 오존 클리너(UVC-20, Japan Engineer-ing Co.)를 이용하여 UV를 60 분 동안 조사하여 UVO 처리하는 것을 추가로 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 신축 전극을 제조하였다.Prior to spraying the silver nanowire dispersion on the PDMS substrate structure, UVO treatment by irradiating the PDMS substrate structure with an ozone cleaner (UVC-20, Japan Engineering Co.) for 60 minutes was further included. A stretchable electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except for doing.
비교예 4Comparative Example 4
디메틸포름아미드(Sigma Aldrich)에 10 wt% 용해된 열가소성 폴리우레탄(TPU, MIRATHANE E190, Miracll Chemical Co., Ltd.) 용액을 오버코팅(overcoating)하여 미세구멍이 없는 신축 전극을 제조하였다.Microporous stretchable electrodes were prepared by overcoating a solution of thermoplastic polyurethane (TPU, MIRATHANE E190, Miracll Chemical Co., Ltd.) dissolved in 10 wt% of dimethylformamide (Sigma Aldrich).
아래 표 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 제조조건을 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below summarizes the manufacturing conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4.
[시험예][Test Example]
시험예 1: 신축 전극 형성 확인Test Example 1: Confirmation of Formation of Stretchable Electrode
도 2는 실시예 1에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 FE-SEM 이미지이고, 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극의 FE-SEM 이미지이고, 도 4는 손등에 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극을 부착한 이미지이다.Figure 2 is a FE-SEM image after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1, Figure 3 is a FE-SEM image of a stretchable electrode prepared according to Example 1, Figure 4 is the back of the hand This is an image of attaching the stretchable electrode manufactured according to Example 1.
도 2에 따르면, PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사하면 극소수의 은 나노와이어가 상기 기판 구조체의 돌기 구조체(피라미드) 표면에 증착되고, 대부분의 은 나노와이어는 상기 돌기 구조체와 상기 기판 표면 사이의 외곽 접촉선, 및 상기 외곽 접촉선과 그와 이웃하는 외곽 접촉선 사이에 위치하는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 2, when the silver nanowire dispersion is sprayed onto the PDMS substrate structure, a very small number of silver nanowires are deposited on the surface of the projection structure (pyramid) of the substrate structure, and most of the silver nanowires are deposited on the projection structure and the surface of the substrate. It can be confirmed that the outer contact line is located between the outer contact line and the outer contact line and the outer contact line adjacent thereto.
도 3에 따르면, 상기 은 나노와이어 분산액이 분산된 PDMS 기판 구조체 상에 TPU 용액을 바코팅하고 건조시킨 후 상기 PDMS 기판에서 벗겨내면, 은 나노와이어 패턴층(전도성 패턴층)이 PDMS 기판 구조체로부터 TPU 매트릭스에 함침(embedded)된 형태로 전송된 것을 확인할 수 있다. According to FIG. 3, when a TPU solution is bar-coated on a PDMS substrate structure in which the silver nanowire dispersion is dispersed, dried, and then peeled off the PDMS substrate, a silver nanowire pattern layer (conductive pattern layer) is formed by forming a TPU solution from the PDMS substrate structure. It can be confirmed that it is transmitted in the form of being embedded in the matrix.
또한, 상기 TPU 매트릭스는 상기 PDMS 기판 구조체의 돌기 구조체(피라미드)에 의해 상부가 개방된 복수개의 역피라미드 구조 미세구멍(microcavity)을 갖는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the TPU matrix has a plurality of inverted pyramid structure microcavities, the top of which is opened by the projection structure (pyramid) of the PDMS substrate structure.
또한, 상기 은 나노와이어 패턴층(전도성 패턴층)이 복수개의 상기 미세구멍의 주변을 각각 둘러싸서 형성된 복수개의 전도성 평면도형 라인을 포함하는 전도성 평면도형 패턴과, 상기 전도성 평면 도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 연결하는 복수개의 전도성 다리 라인을 포함하는 전도성 다리 패턴을 포함하는 것을 확인할 수 있다.In addition, a conductive planar figure pattern including a plurality of conductive planar figure lines formed by the silver nanowire pattern layer (conductive pattern layer) surrounding the periphery of the plurality of microholes, and the conductive planar figure line and its neighbor It can be seen that a conductive bridge pattern including a plurality of conductive bridge lines connecting the conductive planar figure lines to each other.
도 4에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극은 2 μm 미만의 두께를 가져 얇고, 신축성으로 인해 사람의 피부와 같은 곡면에 일치하도록(conformally) 부착될 수 있다. 또한, 실시예 1에 따라 제조된 신축 전극은 반투명하여 사람의 피부에 부착할 때 눈에 띄지 않는 효과가 있다.According to FIG. 4 , the stretchable electrode manufactured according to Example 1 is thin with a thickness of less than 2 μm, and can be conformally attached to a curved surface such as human skin due to elasticity. In addition, since the stretchable electrode manufactured according to Example 1 is translucent, it has an inconspicuous effect when attached to human skin.
시험예 2: 전도성 패턴층에서 전도성 다리 패턴 형성 확인Test Example 2: Confirmation of Formation of Conductive Bridge Pattern in Conductive Pattern Layer
도 5a는 실시예 1에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사할 때 실시간 표면 캡쳐 이미지이고, 도 5b는 본 발명 하나의 실시예에 따른 신축 전극의 전도성 패턴층 형성 과정을 나타낸 모식도이다.5A is a real-time surface capture image when a silver nanowire dispersion is sprayed on a PDMS substrate structure according to Example 1, and FIG. 5B is a schematic diagram showing a process of forming a conductive pattern layer of a stretchable electrode according to one embodiment of the present invention. .
도 5a에 따르면, 실시예 1에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분무하여 액적을 코팅하였다. 상기 PDMS 기판 구조체 상에 코팅된 액적은 노즐에서 불어오는 공기에 의해 기판 구조체의 돌기 구조체(피라미드)와 기판 표면 사이의 외곽 접촉선으로 이동하여 이후 전도성 평면도형 라인을 포함하는 전도성 평면도형 패턴을 형성한다. 이때 상기 기판의 표면에 코팅된 상기 액적은 서로 응집되고, 이후 연속적인 스프레이 코팅에 의해 다리 형상으로 상호 연결되었다가 액체가 증발할수록 상기 다리 형상이 점점 얇아지며 상기 외곽 접촉선과 그와 이웃하는 외곽 접촉선에 형성된 전도성 평면도형 라인을 서로 연결하는 전도성 다리 라인을 포함하는 전도성 다리 패턴을 형성한다.According to FIG. 5a , droplets were coated by spraying a silver nanowire dispersion on the PDMS substrate structure according to Example 1. The droplet coated on the PDMS substrate structure is moved to the outer contact line between the substrate surface and the projection structure (pyramid) of the substrate structure by the air blown from the nozzle, and then a conductive planar pattern including conductive planar lines is formed. do. At this time, the droplets coated on the surface of the substrate are aggregated with each other, and then interconnected in a bridge shape by continuous spray coating, and as the liquid evaporates, the bridge shape gradually becomes thinner, and the outer contact line and the outer contact line adjacent thereto A conductive bridge pattern including conductive bridge lines connecting conductive planar lines formed on the lines to each other is formed.
따라서 결과적으로는 실시예 1에 따라 신축 전극을 제조하면, 도 5b와 같이 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함하는 전도성 패턴층을 균일하게 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Therefore, as a result, when the stretchable electrode is manufactured according to Example 1, as shown in FIG. 5B, it is conductive including a conductive plane figure pattern and a conductive bridge pattern connecting the conductive plane figure pattern. It can be confirmed that the pattern layer can be uniformly formed.
시험예 3: 기판 구조체의 표면처리에 따른 은 나노와이어의 증착 형상 및 면저항 확인Test Example 3: Confirmation of deposition shape and sheet resistance of silver nanowires according to surface treatment of substrate structure
도 6은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 이미지(scale bar: 30 μm)이고, 도 7은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 측정한 면 저항값을 정리하여 나타낸 것이고, 도 8은 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 사용된 PDMS 기판 구조체의 물(DIW) 및 이소프로필 알코올(IPA)과의 접촉각 및 접촉 이미지를 각각 나타낸 것이다.6 is an image (scale bar: 30 μm) after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, and FIG. 7 is an image of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 8 shows the surface resistance values measured after spraying the silver nanowire dispersion on the PDMS substrate structure according to the method, and FIG. Contact angles and contact images with propyl alcohol (IPA) are shown, respectively.
도 6 및 8에 따르면, 표면처리 하지 않은 pristine PDMS(실시예 1)에 비해 표면 에너지가 낮은(물 및 이소프로필 알코올과의 접촉각이 높은) FOTS 처리된 PDMS(비교예 1)의 경우, 실시예 1과 같은 전도성 패턴층이 형성되지 않고, 코팅이 불균일한 것을 확인할 수 있다. 이는, 기판 표면에 증착된 미세방울이 스프레이 노즐의 기류 아래에서 너무 쉽게 이동하여 FOTS 처리된 PDMS 기판과의 낮은 상호작용으로 인해 서로 유착되기 때문이다. 6 and 8, in the case of FOTS-treated PDMS (Comparative Example 1), which has a lower surface energy (high contact angle with water and isopropyl alcohol) compared to untreated pristine PDMS (Example 1), Example It can be seen that the conductive pattern layer as in Example 1 is not formed and the coating is non-uniform. This is because the droplets deposited on the substrate surface move too easily under the airflow of the spray nozzle and adhere to each other due to low interaction with the FOTS-treated PDMS substrate.
또한, 10분 동안 UVO로 처리된 PDMS(비교예 2)의 경우, 실시예 1과 유사한 형상의 전도성 패턴층이 형성되었으나, 표면 에너지가 높아(물 및 이소프로필 알코올과의 접촉각이 낮아) 은 나노와이어가 균일하고 밀도있게 위치하지 않은 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of PDMS treated with UVO for 10 minutes (Comparative Example 2), a conductive pattern layer having a shape similar to that of Example 1 was formed, but the surface energy was high (the contact angle with water and isopropyl alcohol was low) and silver nano It can be seen that the wires are not uniformly and densely located.
또한, 60분 동안 UVO로 처리된 PDMS(비교예 3)의 경우, 상기 PDMS 기판 구조체의 표면 에너지가 비교예 2에 비해 더 높아지면서 은 나노와이어가 돌기 구조체(피라미드)를 포함하여 PDMS 기판 구조체 전체 표면에 도포된 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of PDMS treated with UVO for 60 minutes (Comparative Example 3), the surface energy of the PDMS substrate structure was higher than that of Comparative Example 2, and the silver nanowires formed the entire PDMS substrate structure including the protrusion structure (pyramid). It can be seen that it has been applied to the surface.
따라서, 표면처리 하지 않은 pristine PDMS(실시예 1) 상에서 은 나노와이어가 가장 균일하고 밀도있게 형성된 것으로부터, 적정한 표면 에너지를 갖는 기판 구조체(이소프로필 알코올과의 접촉각이 20 내지 30°)를 사용해야 본 발명의 신축 전극을 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있다. Therefore, since silver nanowires are most uniformly and densely formed on pristine PDMS (Example 1) without surface treatment, a substrate structure having an appropriate surface energy (contact angle with isopropyl alcohol of 20 to 30 °) should be used. It can be confirmed that the stretchable electrode of the invention can be manufactured.
또한 도 7에 따르면, 은 나노와이어가 표면처리 하지 않은 pristine PDMS(실시예 1) 상에서 균일하고 밀도있게 형성됨에 따라 다른 기판(비교예 1 내지 3)에 비해 훨씬 낮은 151 Ω/□의 면 저항을 갖는 것을 확인할 수 있다.In addition, according to FIG. 7, as the silver nanowires are uniformly and densely formed on the untreated pristine PDMS (Example 1), the surface resistance of 151 Ω/□ is much lower than that of other substrates (Comparative Examples 1 to 3). You can check what you have.
시험예 4: 미세구멍 유무에 따른 전극의 신축성 확인Test Example 4: Confirmation of elasticity of the electrode according to the presence or absence of microholes
도 8은 실시예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 상대 저항 변화(ΔR/R0)를 측정한 결과이고, 도 9는 실시예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 이미지를 정리하여 나타낸 것이다.Figure 8 is the result of measuring the relative resistance change (ΔR / R 0 ) according to the tensile strain of the stretchable electrode prepared according to Example 1 and Comparative Example 4, Figure 9 is prepared according to Example 1 and Comparative Example 4 The images according to the tensile strain of the stretchable electrode are summarized and shown.
도 8에 따르면, 상부가 개방된 복수개의 미세구멍을 포함하지 않는 비교예 4는 30 %의 변형률 이상부터 상대 저항 변화 값(ΔR/R0)이 급격하게 증가하는 반면에, 상부가 개방된 복수개의 미세구멍을 포함하는 실시예 1은 40 %의 변형률에서 상대 저항 변화 값(ΔR/R0)이 10.3으로 낮은 것을 확인할 수 있다. According to FIG. 8, in Comparative Example 4, which does not include a plurality of open-top micropores, the relative resistance change value (ΔR/R 0 ) increases rapidly from a strain of 30% or more, whereas a plurality of open-top pores In Example 1 including the number of micropores, it can be confirmed that the relative resistance change value (ΔR/R 0 ) is as low as 10.3 at a strain of 40%.
또한, 도 9에 따르면, 변형률이 증가함에 따라 상부가 개방된 복수개의 미세구멍을 포함하지 않는 비교예 4는 전도성 라인이 끊기는 것을 확인할 수 있으나, 상부가 개방된 복수개의 미세구멍을 포함하는 실시예 1은 40 % 변형률 까지 전도성 라인의 끊김이 나타나지 않았으며, 50 % 변형률 이상에서도 끊김이 몇 개만 관찰되어 높은 변형률에도 낮은 저항변화량을 갖는 것을 확인할 수 있다.In addition, according to FIG. 9, it can be confirmed that the conductive line is broken in Comparative Example 4, which does not include a plurality of open-top microholes as the strain increases, but an embodiment including a plurality of open-top microholes. In Fig. 1, no disconnection of the conductive line appeared up to 40% strain, and only a few breaks were observed even at 50% or more strain, indicating that it has a low resistance change even at high strain.
시험예 5: 돌기 구조체(미세구멍) 간의 거리에 따른 은 나노와이어 증착 형상 및 면저항 확인Test Example 5: Confirmation of Ag Nanowire Deposition Shape and Sheet Resistance Depending on the Distance Between Protrusion Structures (Microholes)
도 10은 실시예 1 내지 3에 따라 PDMS 기판 구조체 상에 은 나노와이어 분산액을 분사한 후 이미지(scale bar: 30 μm)이고, 도 11은 실시예 1 내지 3에 따라 은 나노와이어 분산액이 분산된 PDMS 기판 구조체의 면 저항값을 정리하여 나타낸 것이다.10 is an image (scale bar: 30 μm) after spraying a silver nanowire dispersion on a PDMS substrate structure according to Examples 1 to 3, and FIG. 11 is an image in which the silver nanowire dispersion is dispersed according to Examples 1 to 3 The surface resistance values of the PDMS substrate structure are summarized and shown.
도 10에 따르면, 인접한 돌기 구조체 사이의 거리가 멀어질수록 전도성 다리 패턴에서 전도성 다리 라인의 너비와 수가 감소하고, 인접한 돌기 구조체 사이의 거리가 20 μm일 경우 전도성 평면 도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인 사이에 전도성 다리 라인이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 인접한 돌기 구조체 간의 거리가 20 μm이면 전도성 다리 라인이 구조적 응집력과 모세관력 사이에 균형 때문에 유지되지 않은 것으로 나타난다.According to FIG. 10, as the distance between adjacent protrusion structures increases, the width and number of conductive bridge lines in the conductive bridge pattern decrease, and when the distance between adjacent protrusion structures is 20 μm, the conductive planar figure line and the conductive line adjacent thereto It can be seen that no conductive bridge lines are formed between the planar lines. When the distance between adjacent asperity structures is 20 μm, it appears that the conductive bridge line is not maintained because of the balance between structural cohesive force and capillary force.
도 11에 따르면, 상기 도 10에서 확인한 바와 같이 인접한 돌기 구조체 간의 거리가 멀어질수록 면 저항이 급격하게 증가하고, 인접한 돌기 구조체 간의 거리가 20 μm일 경우 108 Ω/□ 이상인 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 11, as confirmed in FIG. 10, as the distance between adjacent protruding structures increases, sheet resistance increases rapidly, and when the distance between adjacent protruding structures is 20 μm, it can be confirmed that it is 10 8 Ω/□ or more.
상기 도 10 및 11에 따르면, PDMS 기판 구조체에서 돌기 구조체 간의 거리를 조정하여 의도적인 전기적 절연을 설계할 수 있다. 이를 확인하기 위해 실시예 4에서 대문자 K 모양을 따라 위치한 돌기 구조체(피라미드) 간 거리는 10 μm이고, 그 외 부분은 20 μm인 PDMS 기판 구조체를 이용하여 신축 전극을 제조하였으며, 그 결과를 도 12에서 확인할 수 있다.According to FIGS. 10 and 11 , intentional electrical insulation can be designed by adjusting the distance between the protrusion structures in the PDMS substrate structure. To confirm this, in Example 4, a stretchable electrode was manufactured using a PDMS substrate structure in which the distance between the protruding structures (pyramids) located along the capital K shape was 10 μm and the other parts were 20 μm, and the results are shown in FIG. You can check.
도 12에 따르면, 돌기 구조체(피라미드) 간 거리가 10 μm인 부분은 전기적으로 연결되고, 20 μm인 부분은 절연되어 자가 패터닝(self-patterning)된 신축전극을 제조할 수 있다.According to FIG. 12, a portion with a distance between protrusion structures (pyramids) of 10 μm is electrically connected, and a portion with a distance of 20 μm is insulated to manufacture a self-patterning stretchable electrode.
시험예 6: 기판 구조체의 반복 사용 가능성 확인Test Example 6: Verification of repeated use of the substrate structure
도 13은 실시예 1에서 사용한 PDMS 기판 구조체의 사용 전 후 이미지이다.13 is an image of the PDMS substrate structure used in Example 1 before and after use.
도 13에 따르면, 실시예 1에서 PDMS 기판 구조체로부터 신축 전극을 부드럽게 벗겨낸 이후에도, 상기 PDMS 기판 구조체가 은 나노와이어가 스프레이 코팅 되기 전과 같이 은 나노와이어 또는 TPU 잔류물 없이 초기 상태로 돌아간 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 13, even after gently peeling the stretchable electrode from the PDMS substrate structure in Example 1, it can be seen that the PDMS substrate structure returned to its initial state without silver nanowires or TPU residues, as before the silver nanowires were spray-coated. there is.
이를 기반하여, 동일한 PDMS 기판 구조체를 반복적으로 사용할 때 신축 전극의 재현성을 확인하였다. 도 14는 실시예 1에서 사용한 PDMS 기판 구조체를 5회 재사용하여 제조된 신축 전극의 인장 변형률에 따른 상대 저항 변화(ΔR/R0)를 측정한 결과이다. 도 14에서 범례의 숫자는 사용 횟수이다. Based on this, the reproducibility of the stretchable electrode was confirmed when the same PDMS substrate structure was repeatedly used. 14 is a result of measuring a relative resistance change (ΔR/R 0 ) according to tensile strain of a stretchable electrode manufactured by reusing the PDMS substrate structure used in Example 1 five times. In FIG. 14, the number of the legend is the number of times of use.
도 14에 따르면, PDMS 기판 구조체를 반복 사용하여 제조된 신축 전극은 높은 재현성을 갖는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 14, it can be confirmed that the stretchable electrode fabricated by repeatedly using the PDMS substrate structure has high reproducibility.
즉, 본 발명에 따른 신축 전극의 제조방법은 롤투롤 공정에 적용될 수 있고, 지속적인 저비용 생산에 적용될 수 있다.That is, the manufacturing method of the stretchable electrode according to the present invention can be applied to a roll-to-roll process and can be applied to continuous low-cost production.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (20)
(b) 기판 및 복수개의 돌기 구조체를 포함하고, 상기 돌기 구조체가 상기 기판의 표면에 접촉하고, 접촉 부분의 외곽 접촉선이 평면 도형의 형상을 갖는 것인 기판 구조체를 제조하는 단계;
(c) 상기 기판 구조체 상에 상기 분산 용액을 분무하여 액적을 코팅하는 단계;
(d) 액적이 코팅된 상기 기판 구조체에 기체를 불어 상기 돌기 구조체에 코팅된 상기 액적을 상기 돌기 구조체와 상기 기판 표면 사이의 외곽 접촉선으로 이동시키고 건조시켜 전도성 평면도형 라인을 포함하는 전도성 평면 도형 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 기판의 표면에 코팅된 상기 액적이 응집되고 건조됨으로써 상기 외곽 접촉선과 그와 이웃하는 외곽 접촉선에 형성된 전도성 평면도형 라인을 일부 또는 전부 서로 연결하는 전도성 다리 라인을 포함하는 전도성 다리 패턴을 형성하는 단계;
(f) 상기 전도성 평면 도형 패턴 및 상기 전도성 다리 패턴이 형성된 기판 구조체 상에 탄성체를 포함하는 용액을 코팅하고 건조시켜 탄성기판이 형성된 적층체를 제조하는 단계; 및
(g) 상기 탄성기판이 형성된 적층체로부터 기판 구조체를 분리하여 신축 전극을 제조하는 단계;를
포함하는 신축 전극의 제조방법.(a) preparing a dispersion solution by dispersing a conductor in a solvent;
(b) manufacturing a substrate structure comprising a substrate and a plurality of protrusion structures, wherein the protrusion structure contacts the surface of the substrate, and an outer contact line of the contact portion has a shape of a planar figure;
(c) coating droplets by spraying the dispersion solution on the substrate structure;
(d) a conductive planar figure including a conductive planar figure line by blowing gas to the substrate structure coated with liquid droplets to move the liquid droplet coated on the protrusion structure to an outer contact line between the protrusion structure and the surface of the substrate and drying the substrate structure; forming a pattern;
(e) a conductive bridge pattern including a conductive bridge line connecting some or all of the conductive planar figure lines formed on the outer contact line and the outer contact line adjacent thereto by aggregation and drying of the droplets coated on the surface of the substrate; forming a;
(f) coating a solution containing an elastic body on the substrate structure on which the conductive planar figure pattern and the conductive bridge pattern are formed and drying it to prepare a laminate having an elastic substrate; and
(g) manufacturing a stretchable electrode by separating the substrate structure from the laminate on which the elastic substrate is formed;
Method of manufacturing a stretchable electrode comprising.
상기 신축 전극이
상부가 개방된 복수개의 미세구멍(microcavity)를 포함하고, 탄성체를 포함하는 탄성기판; 및
상기 탄성기판의 상부 표면 상에 형성되고, 전도체를 포함하는 전도성 패턴층;을 포함하고,
상기 전도성 패턴층은 전도성 평면도형 패턴(conductive plane figure pattern) 및 상기 전도성 평면도형 패턴을 연결하는 전도성 다리 패턴(conductive bridge pattern)을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
the stretchable electrode
An elastic substrate including a plurality of open-top microcavities and an elastic body; and
A conductive pattern layer formed on the upper surface of the elastic substrate and including a conductor;
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the conductive pattern layer comprises a conductive plane figure pattern and a conductive bridge pattern connecting the conductive plane figure pattern.
단계 (a)의 상기 용매가 극성용매를 포함하고,
상기 극성용매가 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The solvent of step (a) includes a polar solvent,
The polar solvent is water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, and a method for producing a stretchable electrode, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of mixtures thereof.
상기 전도체가 Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The conductor is Ag, Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Cd, Fe, Ga, Hf, In, Ir, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re , Ru, Sb, Sn, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, Zn, and a method for producing a flexible electrode, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of alloys thereof.
상기 전도체가 나노 와이어 형상 또는 나노 섬유 형상인 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the conductor is a nanowire shape or nanofiber shape.
상기 기판 구조체의 이소프로필 알코올과의 접촉각이 20 내지 30°인 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
Method for producing a stretchable electrode, characterized in that the contact angle of the substrate structure with isopropyl alcohol is 20 to 30 °.
상기 돌기 구조체 간의 거리를 제어하여 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과의 연결되는 것을 제어하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
Controlling the distance between the protruding structures to control the connection of the conductive bridge line with the conductive planar shape line.
상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 1 μm 이상이고 20 μm 미만일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 서로 연결하고,
상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이의 거리가 20 μm 이상일 때, 상기 돌기 구조체와 이웃하는 돌기 구조체 사이에서 상기 전도성 다리 라인이 상기 전도성 평면도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 연결하지 않는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
When the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is greater than or equal to 1 μm and less than 20 μm, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure is the conductive planar figure line and the conductive planar figure line adjacent thereto. connect each other,
When the distance between the protruding structure and the neighboring protruding structure is 20 μm or more, the conductive bridge line between the protruding structure and the neighboring protruding structure does not connect the conductive planar figure line and the conductive planar figure line adjacent thereto. Method for producing a stretchable electrode, characterized in that.
상기 분산 용액의 농도가 0.0001 내지 1 wt%인 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
Method for producing a stretchable electrode, characterized in that the concentration of the dispersion solution is 0.0001 to 1 wt%.
상기 기판 구조체가 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The substrate structure is polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, and styrene-ethylene-butylene-styrene rubber. ) Method for producing a flexible electrode, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
상기 분무가 스프레이 코팅(spray coating) 및 바 코팅(bar coating)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the spraying is carried out by any one selected from the group consisting of spray coating and bar coating.
상기 단계 (f)가 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the step (f) is carried out in a roll-to-roll process.
상기 전도성 평면도형 패턴이 복수개의 상기 미세구멍의 주변을 각각 둘러싸서 형성된 복수개의 전도성 평면도형 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 2,
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the conductive planar pattern includes a plurality of conductive planar shape lines formed by surrounding the periphery of the plurality of microholes, respectively.
상기 전도성 다리 패턴이 상기 전도성 평면 도형 라인과 그와 이웃하는 전도성 평면도형 라인을 일부 또는 전부 서로 연결하는 복수개의 전도성 다리 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a stretchable electrode, characterized in that the conductive bridge pattern comprises a plurality of conductive bridge lines connecting some or all of the conductive planar figure line and the conductive planar figure line adjacent thereto to each other.
상기 전도성 평면도형 라인이 원형, 타원형, 다각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 신축 전극의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a flexible electrode, characterized in that the conductive planar shape line is any one shape selected from the group consisting of circular, elliptical, polygonal and combinations thereof.
상기 다각형은 모서리의 개수가 3 내지 10의 정수 중 어느 하나인 것을 신축 전극의 제조방법.According to claim 15,
The method of manufacturing a stretchable electrode in which the number of edges of the polygon is any one of integers from 3 to 10.
상기 탄성체가 열가소성 폴리우레탄, 열경화성 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산(PDMS), 에코플렉스(ecoflex), 드래곤 스킨(dragon skin), 실리콘 러버(silicone rubber), 플루오로 실리콘 러버(fluoro silicone rubber), 비닐메틸실리콘 러버(vinyl methyl silicone rubber), 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 러버(styrene-ethylene-butylene-styrene rubber), 아크릴 러버(acryl rubber), 부타디엔 러버(butadiene rubber), 클로로이소부틸렌 이소프렌러버(chloro isobutylene isoprene rubber), 폴리크로로프렌(polychloroprene rubber), 에피클로로히드린 러버(epichlorohydrin rubber), 에틸렌 프로필렌 러버(ethylene propylene rubber), 에틸렌프로필렌디엔 러버(ethylenepropylene diene rubber), 폴리에테르우레탄 러버(polyether urethane rubber), 폴리이소프렌 러버(polyisoprene rubber), 이소부틸렌 이소프렌 부틸 러버(isobutylene isoprene butyl rubber) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 러버(acrylonitrile butadiene rubber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축전극의 제조방법.According to claim 2,
The elastic material is thermoplastic polyurethane, thermosetting polyurethane, polydimethylsiloxane (PDMS), ecoflex, dragon skin, silicone rubber, fluoro silicone rubber, vinylmethyl Silicone rubber (vinyl methyl silicone rubber), styrene-butadiene rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene rubber, acrylic rubber (acryl rubber), butadiene rubber ( butadiene rubber), chloro isobutylene isoprene rubber, polychloroprene rubber, epichlorohydrin rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber ( from the group consisting of ethylenepropylene diene rubber, polyether urethane rubber, polyisoprene rubber, isobutylene isoprene butyl rubber and acrylonitrile butadiene rubber Method for producing a flexible electrode, characterized in that it comprises at least one selected.
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| KR1020220112220A KR102565810B1 (en) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | Self-patterning stretchable electrode with continuous production ability, and method of manufacturing same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102565810B1 true KR102565810B1 (en) | 2023-08-09 |
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ID=87567049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220112220A KR102565810B1 (en) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | Self-patterning stretchable electrode with continuous production ability, and method of manufacturing same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102565810B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007097249A1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Daicel Chemical Industries, Ltd. | Porous film and layered product including porous film |
| KR20120025477A (en) * | 2009-05-22 | 2012-03-15 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Method and apparatus for manufacturing conductive film, and conductive film |
| KR20190087899A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 울산과학기술원 | Stretchable electrode with controlled transmittance, manufacturing method thereof, and device comprising the same |
-
2022
- 2022-09-05 KR KR1020220112220A patent/KR102565810B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007097249A1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Daicel Chemical Industries, Ltd. | Porous film and layered product including porous film |
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| KR20190087899A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 울산과학기술원 | Stretchable electrode with controlled transmittance, manufacturing method thereof, and device comprising the same |
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