KR20130017341A - 신축가능한 전도성 나노섬유, 이를 포함하는 신축가능한 전극 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

신축성 나노섬유를 형성하는 단계; 상기 신축성 나노섬유를 팽윤시킬 수 있는 용매에 금속 전구체를 녹인 금속 전구체 용액을 제조하는 단계; 상기 신축성 나노섬유가 팽윤하여 상기 신축성 나노섬유 내부에 상기 금속 전구체가 침투하여 분산되도록 상기 신축성 나노섬유를 상기 금속 전구체 용액에 침지하는 단계; 상기 금속 전구체 용액으로부터 상기 신축성 나노섬유를 꺼내어 건조하는 단계; 및 상기 신축성 나노섬유 내부에 침투된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계;를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법을 개시한다.

Description

신축가능한 전도성 나노섬유, 이를 포함하는 신축가능한 전극 및 그 제조방법{strechable conductive nano fiber, strechable conductive electrode using the same and method for producing the same}
신축가능한 전도성 나노섬유, 이를 포함하는 신축가능한 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
섬유(fiber)를 기반으로 하는 전자소자는 아직 개념적인 단계이지만, 섬유의 연신과 직조의 가능성, 넓은 표면적, 표면처리의 다양성, 복합재료 구성의 용이성과 같은 다양한 장점으로 인하여 많은 전자소자 시장을 대체할 가능성이 높다. 가능한 섬유 기반의 전자소자로서 텍스타일 태양전지, 연신가능 트랜지스터, 연신가능 디스플레이, 외부자극형 약물전달, 바이오센서 및 가스센서, 광조절 기능성 텍스타일, 기능성 의류, 방위산업용 기능성 제품 등을 예로 들 수 있다.
유연성, 신축성을 갖는 마이크로 전자소자 분야에서 전도성을 유지하면서 신축성을 갖는 전극 개발이 중요하다. 금속과 같은 물질은 전도성이 우수하나 딱딱하고, 뻣뻣한 성질로 인하여 그대로 활용하기 어렵다. 탄소 나노튜브나 그레펜(graphene)과 같은 물질도 단독으로 사용할 경우에는 역시 신축성이 있는 전극을 만들기 힘들다.
신축성을 갖는 전극으로서 섬유 전극이 연구되고 있으며, 섬유 전극을 구현하기 위하여 섬유 표면에 전도성 퍼콜레이션 네트워크를 형성하는 방법이 시도되었다. 그러나 섬유의 표면에만 전도성 퍼콜레이션 네트워크를 형성한 경우에는 퍼콜레이션 네트워크가 깨지지 않고 전도도를 유지할 수 있는 섬유 전극의 인장의 범위가 좁은 한계가 있다. 따라서 고신축성을 가지면서 높은 전도도를 갖는 전극을 만들기 위하여는 표면 전도도 이외에 내부 전도도를 갖는 퍼콜레이션 네트워크의 개발이 필요하다.
일 측면은 높은 인장시에도 전도성을 유지하도록 내부 전도도를 갖는 신축가능한 전도성 나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
다른 일 측면은 높은 인장시에도 도전성을 유지하도록 내부 전도도를 갖는 신축가능한 전도성 나노섬유로 이루어진 신축가능한 전극을 제공하는 것이다.
일 측면에 따라 신축성 나노섬유 및 상기 신축성 나노섬유의 내부에 형성된 전도성 나노입자의 퍼콜레이션 네트워크를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유가 제공된다.
다른 일 측면에 따라 신축가능한 전도성 나노섬유를 포함하는 신축가능한 전도성 전극이 제공된다.
또 다른 일 측면에 따라 신축성 나노섬유를 형성하는 단계; 상기 신축성 나노섬유를 팽윤시킬 수 있는 용매에 금속 전구체를 녹인 금속 전구체 용액을 제조하는 단계; 상기 신축성 나노섬유가 팽윤하여 상기 신축성 나노섬유 내부에 상기 금속 전구체가 침투하여 분산되도록 상기 신축성 나노섬유를 상기 금속 전구체 용액에 침지하는 단계; 상기 금속 전구체 용액으로부터 상기 신축성 나노섬유를 꺼내어 건조하는 단계; 및 상기 신축성 나노섬유 내부에 침투된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계;를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법이 제공된다.
신축성 나노섬유의 내부에 전도성 퍼콜레이션 네트워크를 형성함에 의하여 신축성 나노섬유가 전도성을 갖는 인장의 범위를 증가시킬 수 있다.
도 1a는 일 구현예에 의한 신축가능한 전도성 나노섬유를 개념적으로 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1의 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a는 전기방사에 의하여 형성된 직후의 SBS 나노섬유 매트의 SEM 사진이고, 도 3b는 도 3a의 네모 부분을 확대한 SEM 사진이다.
도 4a는 SBS 나노섬유 매트를 STA 용액에 침지하였다가 꺼내어 건조시킨 후의 표면 SEM 사진이고, 도 4b는 도 4a의 네모 부분을 확대한 SEM 사진이다.
도 5a는 신축가능한 전도성 SBS 나노섬유 매트 중의 SBS 나노섬유의 단면 SEM 사진이고, 도 5b는 도 5a의 네모 부분을 확대한 TEM 사진이다.
도 6은 에탄올 내의 STA 농도에 따른, STA(은트리플루오로아세테이트) 용액에 침지된 SBS(폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)(PS-b-PB-b-PS)) 나노섬유 매트의 팽윤비를 보여주는 그래프이다.
도 7은 STA 용액에 침지되었던 SBS 나노섬유 매트의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 8은 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장 회수에 따른 면저항을 나타낸 그래프이다.
도 9는 전도성 SBS 나노섬유 매트를 전극으로 사용한 전구 회로에서 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장 전후의 회로의 연결 상태를 보여주는 사진이다.
도 10은 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장률에 따른 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1a는 일 구현예에 의한 신축가능한 전도성 나노섬유(10)를 개념적으로 도시한 사시도이고, 도 1b는 전도성 나노섬유(10)의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 신축가능한 전도성 나노섬유(10)는 신축성 나노섬유(11)의 내부에 전도성 나노입자(12)가 퍼콜레이션 네트워크를 형성하고 있다. 퍼콜레이션 네트워크는 단위 입자 또는 요소들이 임의의 방향으로 배열되고 상호 연결되어 형성된 네트워크 구조를 의미한다.
신축성 나노섬유(11)는 예를 들면 신축성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 신축성 고분자 물질은 합성 고무 또는 천연 고무를 포함할 수 있다. 합성 고무는 예를 들면 폴리부타디엔(PB), 폴리(스티렌-부타디엔)(PS-b-PB, PS-co-PB), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)(PS-b-PB-b-PS)(SBS), 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌)(SEBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 폴리클로로프렌 고무(CR), 폴리우레탄(PU), 불소 고무 또는 부틸 고무일 수 있다. 천연 고무는 예를 들면 폴리이소프렌일 수 있다. 신축성 나노섬유(11)는 약 100㎚ - 5.0㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다.
전도성 나노입자(12)는 금속 또는 전도성 금속 산화물의 나노입자를 포함할 수 있다. 금속 나노입자는 예를 들면 금, 은, 구리, 팔라듐 또는 백금으로 이루어질 수 있다. 전도성 나노입자(12)의 층은 신축가능한 전도성 나노섬유(20)의 전체 100 중량부 중에서 약 30~70 중량부를 차지할 수 있다. 전도성 나노입자(12)는 약 5-100 ㎚ 범위의 직경을 가질 수 있다. 또한, 전도성 나노입자(12)는 신축성 나노섬유(11)의 표면에도 형성되어 있을 수 있다. 이때 신축성 나노섬유(11)의 표면의 전도성 나노입자(12)는 5 - 500 ㎚ 범위의 두께를 갖는 층을 형성할 수 있다.
신축성 나노섬유(11) 내에 분산되어 퍼콜레이션 네트워크를 형성하고 있는 전도성 나노입자(12)는 신축성 나노섬유(11)와 균일하게 블렌드되어 있어서 신축성 나노섬유(11) 내에서 전도성 나노입자(12)만의 분리된 층을 형성하지 않는다. 따라서 신축성 나노섬유(11)가 인장되는 경우 내부의 전도성 나노입자(12)의 퍼콜레이션 네트워크의 계면 파괴(interface fracture)가 일어나지 않으므로 전기적인 전도 경로가 유지되어 신축가능한 전도성 나노섬유(10)의 반복 신축시에도 전도성이 우수하다.
신축가능한 전도성 나노섬유(10)는 나노섬유가 모여서 매트를 형성할 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 신축성 나노섬유를 형성한다(S110). 신축성 나노섬유는 신축성 고분자 물질을 사용하여 전기방사(electrospining) 공정을 통하여 형성할 수 있다. 전기방사 공정시 신축성 나노섬유의 모폴로지와 직경은 고분자의 분자량, 용매의 종류, 인가된 전압, 방사거리, 방사온도, 방사습도 등에 의하여 조절 가능하며, 나노섬유의 기계적, 전기적, 광학적인 특성은 구성 물질 고유의 성질과 화학적 구조에 의존한다.
신축성 나노섬유를 형성할 수 있는 고분자로서 폴리부타디엔(PB), 폴리(스티렌-부타디엔)(PS-b-PB, PS-co-PB), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)(PS-b-PB-b-PS)(SBS), 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌)(SEBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 폴리클로로프렌 고무(CR), 폴리우레탄(PU), 불소 고무 또는 부틸 고무와 같은 합성 고무(synthetic rubber)와 폴리이소프렌과 같은 천연 고무(natural rubber)를 사용할 수 있다. 상기 합성고무 또는 천연 고무는 경화되어 있지 않기 때문에 폴리(디메틸실록세인)(PDMS) 계의 경화된 고분자과 비교하여 나노섬유의 신축성이 더욱 크다.
이들 고분자를 녹여서 적당한 점도의 고분자 용액을 만들 수 있는 용매로서, 예를 들면 클로로포름, 클로로벤젠, 톨루엔, 디메틸포름알데하이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸 설폭사이드, N-메틸피롤리돈 또는 플루오리너트TM을 사용할 수 있다.
신축성 나노섬유는 약 100㎚ -5.0㎛ 범위의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
또는 선택적으로 전기방사 공정 이외에 습식 방사, 복합 방사, 멜트블로운 방사 또는 플래시 방사 공정을 사용할 수도 있다.
한편으로, 전도성 물질의 전구체 용액을 형성한다(S120). 전도성 물질로 금속을 사용할 수 있으며, 금속 전구체로서 예를 들면 AgNO3, AgCl, HAuCl4, CuCl2, PtCl2 또는 PtCl4을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 용매는 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있고, 또한, 상기 신축성 나노섬유를 충분히 팽윤(swelling)시킴으로써 신축성 나노섬유 안으로 상기 금속 전구체를 침투시킬 수 있는 용매를 사용할 수 있다. 그러한 용매로서 예를 들면 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아미드(DMF), 테트라하이드로퓨란(THF) 또는 이들 중 2종 이상의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 상기 금속 전구체 용액은 30-70 중량 % 범위의 농도를 가질 수 있다. 상기 범위 내의 금속 전구체 용액은 신축성 나노섬유를 충분히 팽윤시킴으로써 금속 전구체가 신축성 나노섬유 안으로 침투할 수 있도록 한다.
금속 전구체 용액 속에 신축성 나노섬유를 침지시킨다(S130). 신축성 나노섬유가 매트를 형성하는 경우 금속 전구체 용액 속에 신축성 나노섬유 매트를 침지시킬 수 있다. 금속 전구체 용액 속에 신축성 나노섬유를 충분한 시간 동안 침지시킴으로써 신축성 나노섬유가 팽윤되어 상기 나노섬유 내부에 금속 전구체가 침투되어 분산될 수 있다. 나노섬유 내부에 침투되어 분산된 금속 전구체는 나노 금속 퍼콜레이트 네트워크를 형성할 금속 시드가 될 수 있다. 한편, 신축성 나노섬유를 금속 전구체 용액에 침지시킴에 의하여 신축성 나노섬유의 내부 뿐만이 아니라 신축성 나노섬유의 표면에도 금속 전구체가 침적될 수 있다.
예를 들어, 에탄올에 질산은(AgNO3)을 용해시킨 질산은 에탄올 용액에 SBS 나노섬유를 충분한 시간동안 침지시키면, SBS 나노 섬유가 팽윤됨으로써 SBS 나노 섬유 안으로 질산은이 침투되어 분산될 수 있고, 또한 SBS 나노섬유 표면에도 질산은이 침적될 수 있다.
이어서 신축성 나노섬유를 금속 전구체 용액으로부터 꺼내어 건조시킨다(S140). 건조 전에 신축성 나노섬유를 세정하는 단계를 더 수행할 수 있다.
그리고 신축성 나노섬유 내부의 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시킨다(S150). 환원제로 처리하여 신축성 나노섬유 내부에 침투된 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시킬 수 있다. 예를 들면 금속 전구체가 침투된 신축성 나노섬유를 히드리진(N2H4) 증기에 노출시키거나 상기 신축성 나노섬유 위에 농축된 히드리진(N2H4)을 점적하거나 상기 신축성 나노섬유를 붕수소나트륨(NaBH4) 에탄올 용액에 침지함으로써 나노섬유 내부의 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시킬 수 있다. 이때 신축성 나노섬유 표면에 존재하는 금속 전구체도 금속으로 환원될 수 있다. 한편, 신축성 나노섬유를 환원제로 처리한 후 세정과 건조 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 침지(S130), 건조(S140) 및 환원(S150) 단계들을 반복함으로써 신축성 나노섬유 내부에 금속 나노입자를 높은 밀도로 분산시켜서 전도성 퍼콜레이션 네트워크를 향상시킬 수 있다.
한편, 신축성 나노섬유가 매트를 형성하는 경우 상기 방법들에 의하여 신축가능한 전도성 매트를 형성할 수 있다.
상기 신축가능한 전도성 나노섬유는 착용가능 디스플레이(wearable display), 착용가능 태양에너지 시스템(wearable solar system), 착용가능 자가 발전기(wearable self powering energy geterator) 등과 같은 섬유 기반의 소자들 및 전자 피부(E-skin), 인공 근육, 착용가능 심전도 등과 같은 바이오 건강 분야(bio health care)에서 사용될 수 있다.
또한, 상기 신축가능한 전도성 나노섬유 또는 신축가능한 전도성 나노섬유 매트는 신축가능한 전극으로 사용될 수 있다.
실시예
(a) SBS(폴리 스티렌-b-부타디엔-b-스티렌) 고분자(시그마 알드리치, 스티렌 21 중량 %)를 THF(테트라하이드로퓨란)과 DMF(디메틸포름아미드)의 3:1(v/v) 혼합 용매에 7:3 (SBS 7, 용매 3)의 중량비로 녹여서 SBS 용액을 준비하였다. 상기 SBS 고분자 용액을 20㎕/min의 공급 속도(feed rate)와 18㎸의 인가 전압 조건에서 전기방사하여 SBS 나노섬유로 이루어진 SBS 나노섬유 매트를 형성하였다.
도 3a는 전기방사에 의하여 형성된 직후의 SBS 나노섬유 매트의 SEM 사진이다. 도 3a에서 보이는 바와 같이 SBS 나노섬유가 모여서 매트 형태를 이루고 있다. 도 3b는 도 3a의 네모 부분의 SBS 나노섬유를 확대한 SEM 사진이다. 도 3b로부터 SBS 나노섬유가 약 2.5㎛의 직경으로 형성되어 되어 있음을 알 수 있다. 이때 형성된 SBS 나노섬유 매트의 두께는 200㎛ 이었다.
(b) 한편, 에탄올에 은트리플루오로아세테이트(STA: AgCF3COO)(시그마 알드리치)를 8: 2의 중량비로 녹여서 은 전구체 용액을 준비하였다.
(c) 상기 SBS 나노섬유 매트를 상기 은트리플루오로아세테이트(STA) 용액에 30분 동안 침지하였다. 에탄올은 STA를 녹일 수 있을 뿐만 아니라 SBS 나노섬유를 팽윤시킬 수 있어서 STA를 상기 매트의 SBS 나노섬유의 내부에 침투시킬 수 있다. 상기 침지 후 SBS 나노섬유 매트를 은 전구체 용액으로부터 꺼내고 실온에서 건조하여 SBS 나노섬유 매트로부터 에탄올을 완전히 제거하였다. 결과로서 STA가 SBS 나노섬유 내부에 분산되고 표면에 침적된 SBS 나노섬유 매트를 얻었다.
도 4a는 SBS 나노섬유 매트를 STA 용액에 침지하였다가 꺼내어 건조시킨 후의 표면 SEM 사진이고, 도 4b는 도 4a의 네모 부분을 확대한 SEM 사진이다. 도 4a 및 도 4b로부터 SBS 나노섬유의 표면 위에도 STA 입자가 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
(d) 은 전구체 용액으로부터 꺼낸 상기 SBS 나노섬유 매트 위로 농축된 히드라진 하이드레이트(N2H4) (50-60% 히드라진, 시그마 알드리치)를 점적(drop)하여 SBS 나노섬유 내부 및 표면의 은트리플루오로아세테이트를 환원시켰다. 5분 후 상기 SBS 나노섬유 매트를 탈이온수(DI water)로 수 차례 세정하여(rinse) 남아있는 히드라진 하이드레이트를 제거하였다. 결과로서 내부 및 표면에 은 나노입자를 함유한 신축가능한 전도성 SBS 나노섬유 매트를 얻었다.
도 5a는 신축가능한 전도성 SBS 나노섬유 매트 중의 SBS 나노섬유의 단면 SEM 사진이고, 도 5b는 도 5a의 네모 부분을 확대한 TEM 사진이다. 도 5b의 SEM 사진에서 검은 부분이 은 나노입자이며, 이들이 SBS 나노섬유 내에 분산되어 서로 연결되어 있는 것으로부터 은 나노입자가 SBS 나노섬유 내에서 퍼콜레이션 네트워크를 형성하고 있는 것을 알 수 있다.
팽윤비( swelling ratio )
도 6은 에탄올 내의 STA 농도에 따른, STA 용액에 침지된 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비를 보여주는 그래프이다. SBS 나노섬유 매트의 팽윤비는 전기방사된 상태에서의 SBS 나노섬유 매트의 한 변의 길이에 대한 STA 용액에 30 분 동안 침지된 SBS 나노섬유 매트의 동일한 한 변의 길이의 비로 나타내었다.
도 6의 그래프를 참조하면, STA의 중량 % 약 0 내지 약 1.5 사이에서는 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비의 변화가 거의 없으나, STA의 중량 % 약 1.5 내지 약 2 사이에서 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비가 약 1에서 약 1.5로 급격하게 늘어났다. STA의 중량 % 2 내지 20 사이에서는 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비가 약 1.5에서 약 1.7로 완만하게 늘어나고 있다. 에탄올 내의 STA의 중량 %가 0인 경우 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비가 거의 1이고, STA 중량 %가 증가할수록 SBS 나노섬유 매트의 팽윤비가 증가하는 것은 SBS 나노섬유 매트의 팽윤이 STA 에 의한 것임을 나타낸다. 즉, STA가 SBS 나노섬유의 내부로 침투하거나 표면에 침적함으로써 SBS 나노섬유의 SBS 나노섬유 매트의 팽윤이 일어나는 것임을 알 수 있다.
FT - IR 분석
도 7은 STA 용액에 침지되었던 SBS 나노섬유 매트의 FT-IR 분석 그래프이다. SBS 나노섬유 매트를 15 중량 % STA 용액에 30 분 동안 침지한 후 꺼내어 실온에서 건조시킨 후에 FT-IR 분석을 수행하였다. 이때 STA의 C-F 비대칭 스트레칭 피크를 1128.17 cm-1 와 1182.16 cm- 1 에서 확인하여 SBS에서 STA가 침적되어 있음을 확인하였다.
한편, 열중량분석(thermogravimetry analysis)을 하여 60 wt%의 은이 함량 되어 있음을 확인하였는데 높은 은의 함량은 은이 SBS 나노섬유의 표면 뿐만 아니라 내부에 분포되어 있기 때문에 가능하다. 이처럼 SBS 나노섬유의 표면뿐만 아니라 내부의 높은 은 나노입자의 함유량으로 인하여 SBS 나노섬유 내부와 외부의 나노입자의 퍼콜레이션 네트워크가 강화되어, 전도성 SBS 나노섬유 매트는 높은 전도도를 가질 수 있고, 인장에 따른 전기전도도의 감소를 상당히 줄일 수 있는 것으로 여겨진다.
인장( strain ) 테스트
도 8은 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장 회수에 따른 면저항을 나타낸 그래프이다. 0.2에서 1.4까지 0.2 간격의 인장률에 대하여 전도성 SBS 나노섬유 매트의 면저항을 인장 회수 300회까지 측정하였다. 인장률이 작을수록 면저항이 작았으나 각각의 인장률에 대하여 인장 횟수에 따른 면저항의 변화는 거의 없었다. 이로부터 전도성 SBS 나노섬유 매트 내의 은 나노 입자의 퍼콜레이션 네트워크가 안정적으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 전도성 SBS 나노섬유 매트를 전극으로 사용한 전구 회로에서 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장 전후의 회로의 연결 상태를 보여주는 사진이다. 도 9a는 전극의 인장 전에 전구가 켜져 있는 사진이고, 도 9b는 전극을 60%까지 인장하였을 때에 전구가 켜져 있는 사진이다. 도 9b의 사진으로부터 인장률 0.6에서 전도성 SBS 나노섬유 매트 전극의 전도성이 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 10은 전도성 SBS 나노섬유 매트의 인장률에 따른 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 도 10의 그래프에서 인장률에 따른 전도성 SBS 나노섬유 매트의 비저항을 구하였다. 전도성 SBS 나노섬유 매트의 비저항은 인장 전 1.04 ×10-6 Ω·m 였고, 인장률의 증가와 함께 비저항이 증가하여 인장률 0.6(60% 인장)에서 1.96 ×10-6 Ω·m 였다.
10: 신축가능한 전도성 나노섬유 11: 신축성 나노섬유
12: 금속 나노입자

Claims (19)

  1. 신축성 나노섬유; 및
    상기 신축성 나노섬유의 내부에 형성된 전도성 나노입자의 퍼콜레이션 네트워크; 를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유는 폴리부타디엔(PB), 폴리(스티렌-부타디엔)(PS-b-PB, PS-co-PB), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)(PS-b-PB-b-PS)(SBS), 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌)(SEBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 폴리클로로프렌 고무(CR), 폴리우레탄(PU), 불소 고무, 부틸 고무 또는 폴리이소프렌을 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전도성 나노입자는 은, 금, 구리, 팔라듐 또는 백금으로 이루어진 신축가능한 전도성 나노섬유.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유는 모여서 매트(mat)를 형성하고 있는 신축가능한 전도성 나노섬유.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유의 표면 위에 존재하는 전도성 나노입자의 퍼콜레이션 네트워크를 더 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 신축가능한 전도성 나노섬유를 포함하는 신축가능한 전도성 전극.
  7. (a) 신축성 나노섬유를 형성하는 단계;
    (b) 상기 신축성 나노섬유를 팽윤시킬 수 있는 용매에 금속 전구체를 녹인 금속 전구체 용액을 제조하는 단계;
    (c) 상기 신축성 나노섬유가 팽윤하여 상기 신축성 나노섬유 내부에 상기 금속 전구체가 침투하여 분산되도록 상기 신축성 나노섬유를 상기 금속 전구체 용액에 침지하는 단계;
    (d) 상기 금속 전구체 용액으로부터 상기 신축성 나노섬유를 꺼내어 건조하는 단계; 및
    (e) 상기 신축성 나노섬유 내부에 침투된 상기 금속 전구체를 금속 나노입자로 환원시키는 단계;를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유를 전기방사에 의하여 형성하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유는 폴리부타디엔(PB), 폴리(스티렌-부타디엔)(PS-b-PB, PS-co-PB), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)(PS-b-PB-b-PS)(SBS), 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌)(SEBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 폴리클로로프렌 고무(CR), 폴리우레탄(PU), 불소 고무, 부틸 고무 또는 폴리이소프렌으로 형성하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유는 100 ㎚ 내지 5.0 ㎛ 의 직경을 갖도록 형성하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  11. 제7 항에 있어서, 상기 금속 전구체는 AgNO3, AgCl, HAuCl4, CuCl2, PtCl2 또는 PtCl4 를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  12. 제7 항에 있어서, 상기 금속 전구체 용액의 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아미드(DMF), 테트라하이드로퓨란(THF) 또는 이들 중 2종 이상의 혼합 용매를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  13. 제7 항에 있어서, 상기 금속 전구체 용액은 상기 금속 전구체를 30 - 70 중량 %의 범위로 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  14. 제7 항에 있어서, 상기 금속 전구체를 금속으로 환원시키는 단계는 상기 신축성 나노섬유를 환원제로 처리하는 단계를 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유를 환원제로 처리하는 단계는 상기 신축성 나노섬유를 히드리진(N2H4) 증기에 노출시키거나 상기 신축성 나노섬유 위에 농축된 히드리진(N2H4)을 점적하거나 상기 신축성 나노섬유를 붕수소나트륨(NaBH4)을 녹인 용매에 침지하는 것을 포함하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  16. 제7 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유를 상기 금속 전구체 용액에 침지하는 단계에서 상기 금속 전구체는 상기 신축성 나노섬유의 표면에도 침적되는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유 내부에 침투된 상기 금속 전구체를 금속으로 환원시키는 단계에서 상기 신축성 나노섬유의 표면 위에 침적된 상기 금속 전구체도 함께 환원되는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  18. 제7 항에 있어서, 상기 금속 전구체로부터 환원된 상기 금속 나노입자는 5 내지 100 ㎚의 직경을 갖는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
  19. 제7 항에 있어서, 상기 신축성 나노섬유는 모여서 매트를 형성하는 신축가능한 전도성 나노섬유의 제조 방법.
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