KR20210074838A - Textile-based wearable sensor, preparing method of the same, and smart clothes including the same - Google Patents

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KR20210074838A
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Abstract

A textile-based wearable sensor that includes a lower fabric comprising a first conductive fiber and an upper fabric comprising a second conductive fiber disposed on the lower fabric to form an intersection with the first conductive fiber; and ion gel disposed between the lower fabric and the upper fabric. As capacitance changes according to an applied pressure, the pressure can be sensed.

Description

직물기반 웨어러블 센서, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 스마트 의류{TEXTILE-BASED WEARABLE SENSOR, PREPARING METHOD OF THE SAME, AND SMART CLOTHES INCLUDING THE SAME}TEXTILE-BASED WEARABLE SENSOR, PREPARING METHOD OF THE SAME, AND SMART CLOTHES INCLUDING THE SAME

본원은 직물기반 웨어러블 센서, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 스마트 의류에 관한 것이다.The present application relates to a fabric-based wearable sensor, a manufacturing method thereof, and smart clothing including the same.

압력 센서는 스마트 윈도우, 디스플레이, 보안 시스템, 휴대 전화 및 전자피부(e-skin) 등과 같은 다양한 장치에 광범위하게 적용되고 있다. 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 기술이 발달하면서 압력 센서에 사물인터넷 기술을 적용시키려는 시도가 활발하다.Pressure sensors are widely applied in various devices such as smart windows, displays, security systems, mobile phones and e-skins. With the development of Internet of Things (IoT) technology, there are active attempts to apply IoT technology to pressure sensors.

압력 센서는 혈압, 움직임 등 생체에서 발생되는 압력정보를 감지하는 센서로서, 최근에는 넓은 범위의 압력을 고감도 및 저전력으로 감지할 수 있는 압력센서에 대한 연구에 대한 관심이 높다. 압력센서는 저항막 방식과 정전용량 방식의 두 가지로 나눌 수 있다. 저항막 압력 센서는 압력에 다른 전기 저항의 변화를 기반으로 하고 구성이 단순하며 압력 민감도가 높지만, 정전용량 방식 압력 센서보다 훨씬 높은 전력을 소모하기 때문에 사물인터넷용으로는 부적합하다. 반면, 정전용량형 압력 센서는 수직으로 적층된 구조를 갖춘 레이아웃으로 소형화가 가능하며, 대략 1 V 의 작동 전압을 가져 전력을 적게 소모하고, 빠른 응답시간을 인해 사물인터넷용으로서 적합하다. 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 내구성이 우수하고, 외부에서 가해지는 압력의 크기를 단순한 0, 1 의 이진 데이터가 아닌, 압력의 강도가 반영된 수치 형태로 감지할 수 있는 점에서 그 활용도가 높다.A pressure sensor is a sensor that detects pressure information generated in a living body, such as blood pressure and movement, and recently, there is a high interest in research on a pressure sensor capable of detecting a wide range of pressure with high sensitivity and low power. The pressure sensor can be divided into two types: a resistive film type and a capacitive type. Resistive film pressure sensors are based on changes in electrical resistance depending on pressure, are simple in configuration, and have high pressure sensitivity, but consume much higher power than capacitive pressure sensors, making them unsuitable for IoT applications. On the other hand, the capacitive pressure sensor can be miniaturized in a layout with a vertically stacked structure, consumes less power due to an operating voltage of approximately 1 V, and is suitable for the Internet of Things due to its fast response time. The capacitive method has superior durability compared to the resistance film method, and its utility is high in that the magnitude of external pressure can be detected in the form of a numerical value reflecting the strength of the pressure, not simple binary data of 0 and 1 .

종래의 정전용량형 압력센서는 정전용량을 크게 하고, 센싱 감도를 높이기 위하여 유전체로서 이온성 액체를 이용하려는 시도를 하였다.In the conventional capacitive pressure sensor, an attempt was made to use an ionic liquid as a dielectric in order to increase the capacitance and increase the sensing sensitivity.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제 10-1956998 호는 이온성 겔 타입의 유전층을 포함한 고민감도 유연 압력 센서 및 이의 제조 방법에 대한 것이나, 직물 소재에 적용하기는 어렵다는 한계점을 극복하기에는 충분치 않다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-1956998 relates to a highly sensitive flexible pressure sensor including an ionic gel type dielectric layer and a method for manufacturing the same, but it is not sufficient to overcome the limitation that it is difficult to apply to a textile material.

이에 따라, 상기와 같은 문제점을 개선하여 스마트 의류에 이용 가능한 직물기반 웨어러블 센서에 대한 연구가 요구된다.Accordingly, research on fabric-based wearable sensors that can be used for smart clothing by improving the above problems is required.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 직물기반 웨어러블 센서, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 스마트 의류를 제공한다.The present application provides a fabric-based wearable sensor, a manufacturing method thereof, and smart clothing including the same in order to solve the problems of the prior art described above.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 제 1 전도성 섬유를 포함하는 하부 패브릭 및 상기 하부 패브릭 상에, 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함하는 상부 패브릭 및 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭 사이에 배치된 이온젤을 포함하는, 직물기반 웨어러블 센서를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a lower fabric including a first conductive fiber and a second conductive fiber disposed on the lower fabric to form an intersection with the first conductive fiber. It provides a fabric-based wearable sensor comprising an upper fabric including fibers and an ion gel disposed between the lower fabric and the upper fabric.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상부 패브릭은 상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유를 각각 1개 이상 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may include one or more of the first conductive fiber and the second conductive fiber, respectively, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유가 형성하는 교차점 상에 이온젤이 배치되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ion gel may be disposed on the intersection formed by the first conductive fiber and the second conductive fiber, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온젤은 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 두께인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the ion gel may have a thickness of 100 μm to 300 μm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온젤은 이온성 액체 및 가교제를 1:1 내지 9:1 의 중량비로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ion gel may include an ionic liquid and a crosslinking agent in a weight ratio of 1:1 to 9:1, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온성 액체는 EMMI[TFSI], [EMIM][TCM], [EMIM][NTF2], [EMI][TFSI], [BMIM][TF2N], [BMIM][PF6], [BMI][TFSI], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ionic liquid is EMMI [TFSI], [EMIM] [TCM], [EMIM] [NTF 2 ], [EMI] [TFSI], [BMIM] [TF 2 N], [ BMIM][PF 6 ], [BMI][TFSI], and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 섬유는 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conductive fiber may include a conductive material selected from the group consisting of metal, conductive polymer, carbon nanotube, graphene, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 섬유는 금속이 도금된 고분자 물질을 포함하는 멀티-필라멘트 구조인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conductive fiber may have a multi-filament structure including a metal-plated polymer material, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 물질은 나일론, 코튼, 폴리에스터, 폴리우레탄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer material may include one selected from the group consisting of nylon, cotton, polyester, polyurethane, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 또는 상기 상부 패브릭은 각각 독립적으로 폴리에스터, 모, 마, 면 실크, 나일론, 스판덱스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 섬유를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric or the upper fabric may each independently include a fiber selected from the group consisting of polyester, wool, hemp, cotton silk, nylon, spandex, and combinations thereof. It is not limited.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상부 패브릭은 상기 이온젤이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 접착부에 의해 결합되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may be bonded by an adhesive formed in the remaining area except for the area where the ion gel is disposed, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 접착부는 양면테이프, 패브릭용 본드, 핫멜트 접착제 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the adhesive part may be selected from the group consisting of a double-sided tape, a fabric bond, a hot melt adhesive, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 제 1 전도성 섬유를 포함한 하부 패브릭을 형성하는 단계, 상기 하부 패브릭 상에 이온젤을 배치하는 단계, 상기 이온젤 상에서 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함한 상부 패브릭을 형성하는 단계, 및 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭을 결합시키는 단계를 포함하는 직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes the steps of forming a lower fabric including a first conductive fiber, disposing an ion gel on the lower fabric, and a second disposed to form an intersection point with the first conductive fiber on the ion gel. It provides a method of manufacturing a fabric-based wearable sensor comprising the steps of forming an upper fabric including conductive fibers, and bonding the lower fabric and the upper fabric.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전도성 섬유 또는 상기 제 2 전도성 섬유는 각각 독립적으로 도금, 코팅, 증착, 방사, 합성, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the first conductive fiber or the second conductive fiber may be each independently formed by a method selected from the group consisting of plating, coating, deposition, spinning, synthesis, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭은 재봉, 니팅, 위빙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may include those formed by a method selected from the group consisting of sewing, knitting, weaving, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 직물기반 웨어러블 센서를 포함하는 스마트 의류를 제공한다.A third aspect of the present application provides a smart clothing comprising a fabric-based wearable sensor according to the first aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 스마트 의류는 사물인터넷(IoT)과 연결되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the smart clothing may be connected to the Internet of Things (IoT), but is not limited thereto.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

본원에 따른 직물기반 센서는 인가되는 압력에 따른 정전용량의 변화로서 압력을 센싱할 수 있으며, 이외에도 굽힘 및 온도에 따라 정전용량이 변화하므로 굽힘 및 온도 또한 센싱할 수 있다.The fabric-based sensor according to the present application may sense pressure as a change in capacitance according to applied pressure, and in addition, since capacitance changes according to bending and temperature, bending and temperature may also be sensed.

본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서는 이온젤을 포함하고, 상기 이온젤은 이온성 액체가 가진 정전용량 등의 우수한 특징들을 그대로 가지면서 동시에 고체 상태이기 때문에 누액의 위험이 없는 센서를 제공할 수 있다. 상기 이온젤은 이온성 액체의 우수한 전기적 특성과 고분자의 기계적 특성을 유지하면서, 높은 열적, 화학적, 전기화학적 안정성을 가지고 있다.The fabric-based wearable sensor according to the present disclosure includes an ion gel, and the ion gel has excellent characteristics such as capacitance of an ionic liquid and at the same time is in a solid state, so it is possible to provide a sensor without the risk of leakage. The ion gel has high thermal, chemical, and electrochemical stability while maintaining the excellent electrical properties of the ionic liquid and the mechanical properties of the polymer.

본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서는 센서 하나로 체온, 호흡수, 움직임, 및 자세 등 다양한 생체 정보를 한번에 센싱할 수 있다.The fabric-based wearable sensor according to the present application can sense various biometric information such as body temperature, respiration rate, movement, and posture at once with one sensor.

본원에 따른 스마트 의류는 사물인터넷(IoT)과 연결되어 상기 스마트 의류에서 수집한 생체 정보를 무선인터넷을 통해 송신하여 활용할 수 있다.The smart clothing according to the present application is connected to the Internet of Things (IoT), and biometric information collected from the smart clothing can be transmitted and utilized through the wireless Internet.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 분해도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 사진이다.
도 3 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 정전용량 값의 변화(△C)를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 회로도이다.
도 5 은 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 센싱 원리에 대한 개념도이다.
도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 스마트 의류의 개념도이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 인가 압력에 따른 초기 정전용량 값에 대한 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 인가 압력에 대한 민감도를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 인가 압력에 대한 민감도를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 온도에 따른 정전용량 변화(△C)에 대한 그래프이다.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 굽힘 정도에 따른 정전용량에 대한 그래프이다.
도 12 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 온도 및 압력에 따른 정전용량에 대한 그래프이다.1 is an exploded view of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
2 is a photograph of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
3 is a graph illustrating a change (ΔC) of a capacitance value of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
4 is a circuit diagram of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
5 is a conceptual diagram of a sensing principle of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
6 is a conceptual diagram of smart clothing according to an embodiment of the present application.
7 is a graph of the initial capacitance value according to the applied pressure of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
8 is a graph showing the sensitivity to the applied pressure of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
9 is a graph showing the sensitivity to the applied pressure of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
10 is a graph of a change in capacitance (ΔC) according to temperature of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
11 is a graph of capacitance according to the degree of bending of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.
12 is a graph of capacitance according to temperature and pressure of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable manner. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A, B, or A and B”.

이하, 본원의 직물기반 웨어러블 센서에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the fabric-based wearable sensor of the present application will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 제 1 전도성 섬유를 포함하는 하부 패브릭 및 상기 하부 패브릭 상에, 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함하는 상부 패브릭 및 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭 사이에 배치된 이온젤을 포함하는, 직물기반 웨어러블 센서를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a lower fabric including a first conductive fiber and a second conductive fiber disposed on the lower fabric to form an intersection with the first conductive fiber. It provides a fabric-based wearable sensor comprising an upper fabric including fibers and an ion gel disposed between the lower fabric and the upper fabric.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 분해도이다.1 is an exploded view of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭은 상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유를 각각 1개 이상 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may include one or more of the first conductive fiber and the second conductive fiber, respectively, but is not limited thereto.

상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭 상에 상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유를 각각 2 개 이상 포함하여 어레이를 형성한 경우, 상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유가 형성하는 교차점마다 상기 이온젤이 배치되어 다수의 이온젤을 포함하거나, 하나의 이온겔 상에 다수의 교차점이 존재할 수 있다. 압력이 인가되는 위치에 따라서 상기 다수의 이온젤은 서로 다른 정전용량 값을 나타냄으로써 압력을 센싱할 수 있다. When an array is formed by including two or more of the first conductive fiber and the second conductive fiber on the lower fabric and the upper fabric, respectively, the ions at each intersection formed by the first conductive fiber and the second conductive fiber A gel may be disposed to include a plurality of ion gels, or multiple intersection points may exist on a single ion gel. The plurality of ion gels may sense the pressure by displaying different capacitance values depending on the position where the pressure is applied.

도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 사진이다.2 is a photograph of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 2 를 참조하면 상기 하부 패브릭 상에 3 개의 상기 전도성 섬유를 포함하고, 상기 상부 패브릭 상에 3개의 상기 전도성 섬유를 포함하여 3행 3열의 어레이를 형성하고 있다.Referring to FIG. 2 , an array of three rows and three columns is formed by including the three conductive fibers on the lower fabric and including the three conductive fibers on the upper fabric.

도 3 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 정전용량 값의 변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph illustrating a change in capacitance value of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 3 을 참조하면 상기 3 행 3 열의 어레이를 형성하고 있는 직물기반 웨어러블 센서의 3행 3열 부분에 압력을 인가했을 때, 해당 셀(영역)의 정전용량 값만 변하여 압력이 가해진 위치를 감지하였다.Referring to FIG. 3 , when pressure was applied to the third row and third column part of the fabric-based wearable sensor forming the array of 3 rows and 3 columns, only the capacitance value of the corresponding cell (region) changed, and the position where the pressure was applied was sensed.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유가 형성하는 교차점 상에 이온젤이 배치되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ion gel may be disposed on the intersection formed by the first conductive fiber and the second conductive fiber, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온젤은 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 두께인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ion gel may have a thickness of 100 μm to 300 μm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온젤은 이온성 액체 및 가교제를 1:1 내지 9:1 의 중량비로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ion gel may include an ionic liquid and a crosslinking agent in a weight ratio of 1:1 to 9:1, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온성 액체는 EMMI[TFSI], [EMIM][TCM], [EMIM][NTF2], [EMI][TFSI], [BMIM][TF2N], [BMIM][PF6], [BMI][TFSI], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the ionic liquid is EMMI [TFSI], [EMIM] [TCM], [EMIM] [NTF 2 ], [EMI] [TFSI], [BMIM] [TF 2 N], [ BMIM][PF 6 ], [BMI][TFSI], and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 가교제는 폴리에틸렌글리콜 다이아클릴레이트 (PEGDA), 폴리에틸렌글리콜 메타크릴레이트 (PEGMA), 폴리에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트 (PEGDMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The crosslinking agent may include one selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), polyethylene glycol methacrylate (PEGMA), polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA), and combinations thereof, It is not limited.

상기 가교제는 3차원의 그물망구조(3D network)의 고분자 지지체를 형성하는 것일 수 있다. 상기 그물망구조는 3차원 구조 내에서 상기 이온성 액체에 포함된 이온들의 움직임을 최대한 저해하지 않는 형태로 형성된 것일 수 있다.The crosslinking agent may form a polymer support of a three-dimensional network structure (3D network). The network structure may be formed in a form that does not inhibit the movement of ions included in the ionic liquid as much as possible within the three-dimensional structure.

이온성 액체는 양이온과 음이온만으로 이루어진 100℃ 이하의 녹는점을 가지는 용융 염(molten salt)을 지칭한다. 이온성 액체는 열 안정성 및 화학적·전기화학적 안정성이 뛰어나며, 높은 전기용량, 이온전도도를 가지는 반면, 액상이므로 소자에 적용할 때에는 누액의 위험이 있다.The ionic liquid refers to a molten salt having a melting point of 100° C. or less consisting of only positive and negative ions. Ionic liquids have excellent thermal stability and chemical/electrochemical stability, and have high electric capacity and ionic conductivity. However, since they are liquid, there is a risk of leakage when applied to devices.

후술하겠지만, 본원에 따른 이온젤은 상기 가교제를 포함하여 그물망을 형성한 후 UV 경화제를 첨가하여 UV 조사함으로써 젤 상태가 된다. 이에 따라, 상기 이온성 액체가 가진 정전용량 등의 우수한 특징들을 그대로 가지면서 동시에 고체 상태이므로 누액의 위험이 없다. 상기 이온젤은 이온성 액체의 우수한 전기적 특성과 고분자의 기계적 특성을 유지하면서, 높은 열적, 화학적, 전기화학적 안정성을 보여준다.As will be described later, the ion gel according to the present application forms a net including the crosslinking agent and then adds a UV curing agent to UV irradiation to form a gel state. Accordingly, there is no risk of leakage because the ionic liquid has excellent characteristics such as capacitance and is in a solid state at the same time. The ion gel exhibits high thermal, chemical, and electrochemical stability while maintaining the excellent electrical properties of the ionic liquid and the mechanical properties of the polymer.

본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서는 전압 인가시, 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유는 전극으로서 기능한다. 예를 들면, 상기 제 1 전도성 섬유는 양극이고 상기 제 2 전도성 섬유는 음극이거나, 상기 제 1 전도성 섬유는 음극이고 상기 제 2 전도성 섬유는 양극일 수 있다.In the textile-based wearable sensor according to the present disclosure, when a voltage is applied, the first conductive fiber and the second conductive fiber function as electrodes. For example, the first conductive fiber may be a positive electrode and the second conductive fiber may be a negative electrode, or the first conductive fiber may be a negative electrode and the second conductive fiber may be a positive electrode.

도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

상기 이온젤은 상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유(전극)와의 접촉면에서 각각 전기 이중층 (electrical double layer)을 형성한다.The ion gel forms an electrical double layer at the contact surface with the first conductive fiber and the second conductive fiber (electrode), respectively.

상기 전기 이중층은 전극(제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유)과 접촉하고 있는 상기 이온젤 상의 접촉면이 전극과 반대의 전하로 대전되어 전극의 전하 및 접촉면의 전하가 이중의 층을 형성한 것이다.In the electric double layer, the contact surface on the ion gel in contact with the electrode (the first conductive fiber and the second conductive fiber) is charged with a charge opposite to that of the electrode, and the electric charge of the electrode and the charge of the contact surface form a double layer.

상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유가 서로 반대의 전극으로 기능하므로 상기 이온젤의 상부 및 하부은 각각 서로 반대의 전하로 대전되어 있다. 이에 따라, 본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서에 포함된 이온젤은 캐패시터의 역할을 할 수 있다.Since the first conductive fiber and the second conductive fiber function as opposite electrodes, the upper and lower portions of the ion gel are respectively charged with opposite charges. Accordingly, the ion gel included in the fabric-based wearable sensor according to the present disclosure may serve as a capacitor.

도 5 은 본원의 일 구현예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 센싱 원리에 대한 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a sensing principle of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 5 를 참조하면 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유는 교차한 상태로 배치되어 각각 이온젤의 상면과 하면에 접촉하고 있고, 상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유는 반대 전하로 대전되어 있으며, 각각의 접촉면에서 전기 이중층을 형성하고 있고, 상기 이온젤 상부 및 하부에는 서로 반대의 전하를 띠고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 압력이 인가되면 상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유와 이온젤의 접촉면적이 늘어나 더 넓은 면적의 전기 이중층이 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the first conductive fiber and the second conductive fiber are disposed in a crossed state and are in contact with the upper and lower surfaces of the ion gel, respectively, and the first conductive fiber and the second conductive fiber are charged with opposite charges, , it can be seen that an electric double layer is formed on each contact surface, and opposite charges are formed on the upper and lower portions of the ion gel. In addition, when pressure is applied, the contact area between the first and second conductive fibers and the ion gel increases, and it can be confirmed that an electric double layer having a larger area is formed.

이와 같이, 본원에 따른 직물기반 센서는 인가되는 압력에 따른 정전용량의 변화로서 압력을 센싱할 수 있다.In this way, the fabric-based sensor according to the present disclosure may sense the pressure as a change in capacitance according to the applied pressure.

또한, 본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서는 압력 이외에도 굽힘 및 온도에 따라 정전용량이 변화하므로 굽힘 및 온도 또한 센싱할 수 있다. 자세하게는, 상기 센서에 굽힘이 가해지게 되면, 상기 센서에 포함된 상기 이온젤이 구부러지면서 구부러진 내측면은 압축(compression)되고, 외측면은 이완되며 장력(tension)이 작용하면서 상기 전도성 섬유 및 상기 이온겔의 접촉면적이 넓어지므로 전기적 이중층 또한 넓어지게 되어 정전용량이 증가한다. 또한 온도가 상승됨에 따라 상기 이온젤 내부의 유동성 이온들의 운동성이 증대되고, 저항이 감소하여 이온전도도가 증가한다. 이로 인해 상기 이온젤 및 상기 전도성 섬유의 접촉면 상에 전기적 이충층이 더욱 용이해지며 정전용량이 증가한다.In addition, the fabric-based wearable sensor according to the present disclosure may sense bending and temperature because capacitance changes according to bending and temperature in addition to pressure. Specifically, when bending is applied to the sensor, the ion gel included in the sensor is bent and the bent inner surface is compressed, the outer surface is relaxed, and the conductive fiber and the As the contact area of the ion gel becomes wider, the electric double layer also becomes wider, increasing the capacitance. In addition, as the temperature rises, the mobility of the fluid ions inside the ion gel is increased, and the resistance is decreased to increase the ionic conductivity. Due to this, the electrical transfer layer on the contact surface of the ion gel and the conductive fiber becomes easier and the capacitance increases.

이에 따라, 본원의 제 3 측면에서 후술하겠지만, 이에 따라 스마트 의류에 적용되어 호흡수, 체온, 자세, 및 움직임 등을 측정할 수 있다.Accordingly, as will be described later in the third aspect of the present application, the respiration rate, body temperature, posture, and movement may be measured by being applied to smart clothing.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 섬유는 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conductive fiber may include a conductive material selected from the group consisting of metal, conductive polymer, carbon nanotube, graphene, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 섬유는 금속이 도금된 고분자 물질을 포함하는 멀티-필라멘트 구조인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the conductive fiber may have a multi-filament structure including a metal-plated polymer material, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 물질은 나일론, 코튼, 폴리에스터, 폴리우레탄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer material may include one selected from the group consisting of nylon, cotton, polyester, polyurethane, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 전도성 섬유 및 상기 고분자 물질은 신축성 등의 성질이 유사한 것을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the conductive fiber and the polymer material have similar properties such as elasticity.

바람직하게는 상기 전도성 섬유는 은(Ag)이 도금된 멀티-필라멘트의 나일론 구조일 수 있다.Preferably, the conductive fiber may have a multi-filament nylon structure plated with silver (Ag).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 또는 상기 상부 패브릭은 각각 독립적으로 폴리에스터, 모, 마, 면 실크, 나일론, 스판덱스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 섬유를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric or the upper fabric may each independently include a fiber selected from the group consisting of polyester, wool, hemp, cotton silk, nylon, spandex, and combinations thereof. It is not limited.

상기 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유는 일반 섬유에 의해 상기 하부 패브릭 또는 상기 상부 패브릭 상에 결합되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The first conductive fiber and the second conductive fiber may be coupled to the lower fabric or the upper fabric by a general fiber, but is not limited thereto.

상기 일반 섬유는 폴리에스터, 모, 마, 면, 실크, 나일론, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The general fiber may be selected from the group consisting of polyester, wool, hemp, cotton, silk, nylon, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상부 패브릭은 상기 이온젤이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 접착부에 의해 결합되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may be bonded by an adhesive formed in the remaining area except for the area where the ion gel is disposed, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 접착부는 양면테이프, 패브릭용 본드, 핫멜트 접착제 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the adhesive part may be selected from the group consisting of a double-sided tape, a fabric bond, a hot melt adhesive, and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 제 1 전도성 섬유를 포함한 하부 패브릭을 형성하는 단계, 상기 하부 패브릭 상에 이온젤을 배치하는 단계, 상기 이온젤 상에서 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함한 상부 패브릭을 형성하는 단계, 및 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭을 결합시키는 단계를 포함하는 직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes the steps of forming a lower fabric including a first conductive fiber, disposing an ion gel on the lower fabric, and a second disposed to form an intersection point with the first conductive fiber on the ion gel. It provides a method of manufacturing a fabric-based wearable sensor comprising the steps of forming an upper fabric including conductive fibers, and bonding the lower fabric and the upper fabric.

본원의 제 2 측면에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the manufacturing method of the fabric-based wearable sensor according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are The same can be applied to the second aspect of

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전도성 섬유 또는 상기 제 2 전도성 섬유는 각각 독립적으로 도금, 코팅, 증착, 방사, 합성, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the first conductive fiber or the second conductive fiber may be each independently formed by a method selected from the group consisting of plating, coating, deposition, spinning, synthesis, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭은 재봉, 니팅, 위빙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the lower fabric and the upper fabric may include those formed by a method selected from the group consisting of sewing, knitting, weaving, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 이온젤은 UV 경화제를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 UV 경화제는 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(HOMPP), 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논 (DMPA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 UV 경화제는 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논일 수 있다.The ion gel may further include a UV curing agent, but is not limited thereto. The UV curing agent will include one selected from the group consisting of 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HOMPP), 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA), and combinations thereof. However, it is not limited thereto. Preferably, the UV curing agent may be 2-hydroxy-2-methylpropiophenone.

상기 UV 경화제는 약 4 중량% 의 중량분율로 포함되는 것일 수 있으며, UV 조사에 의해 상기 이온성 액체 및 가교제의 혼합물을 경화시킬 수 있다.The UV curing agent may be included in a weight fraction of about 4% by weight, and the mixture of the ionic liquid and the crosslinking agent may be cured by UV irradiation.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 직물기반 웨어러블 센서를 포함하는 스마트 의류를 제공한다.A third aspect of the present application provides a smart clothing comprising a fabric-based wearable sensor according to the first aspect of the present application.

본원의 제 3 측면에 따른 스마트 의류에 대하여, 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다With respect to the smart clothing according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first and/or second aspects of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the first aspect and/or the first aspect of the present application The contents described in the second aspect may be equally applied to the third aspect of the present application.

도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 스마트 의류의 개념도이다. 이를 통해, 본원에 따른 직물기반 웨어러블 센서 하나로 체온, 호흡수, 움직임, 및 자세 등 다양한 생체 정보를 한번에 센싱할 수 있음을 확인할 수 있다.6 is a conceptual diagram of smart clothing according to an embodiment of the present application. Through this, it can be confirmed that various biometric information such as body temperature, respiration rate, movement, and posture can be sensed at once with one fabric-based wearable sensor according to the present application.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 스마트 의류는 사물인터넷(IoT)과 연결되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the smart clothing may be connected to the Internet of Things (IoT), but is not limited thereto.

사물인터넷은 무선인터넷을 통해 각종 사물을 연결하는 기술로서 상기 스마트 의류에서 수집한 정보를 무선인터넷을 통해 송신하여 활용할 수 있다.The Internet of Things (IoT) is a technology for connecting various things through the wireless Internet, and information collected from the smart clothing can be transmitted and utilized through the wireless Internet.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

[실시예 1] 이온젤의 제조[Example 1] Preparation of ion gel

이온성 액체인 EMMI[TFSI] 및 가교제 폴리에틸렌글리콜 다이아크릴레이트 (PEGDA) 및 UV 경화제 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(HOMPP) 를 볼텍스 믹서(vortex mixer)를 사용하여 혼합하였다. 이후, 유리 기판 상에 혼합물을 드롭 캐스팅(drop casting)하고, UV 램프를 이용하여 30 초간 경화시켰다. 상기와 같은 방법으로 조성 1(EMMI[TFSI]: 56 중량%, PEGDA: 40 중량%, HOMPP: 4 중량%), 조성 2 (EMMI[TFSI]: 76 중량%, PEGDA: 20 중량%, HOMPP: 4 중량%), 및 조성 3 (EMMI[TFSI]: 86 중량%, PEGDA: 10 중량%, HOMPP: 4 중량%) 에 대하여, 각각 두께 150.62 ㎛, 214.45 ㎛, 및 266.96 ㎛ 으로 6 종의 이온겔 필름을 제조하였다. An ionic liquid EMMI [TFSI] and a crosslinking agent polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) and a UV curing agent 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HOMPP) were mixed using a vortex mixer. Thereafter, the mixture was drop cast on a glass substrate and cured for 30 seconds using a UV lamp. Composition 1 (EMMI[TFSI]: 56 wt%, PEGDA: 40 wt%, HOMPP: 4 wt%), composition 2 (EMMI[TFSI]: 76 wt%, PEGDA: 20 wt%, HOMPP: 4% by weight), and composition 3 (EMMI[TFSI]: 86% by weight, PEGDA: 10% by weight, HOMPP: 4% by weight), respectively, with a thickness of 150.62 μm, 214.45 μm, and 266.96 μm. A film was prepared.

[실시예 2] 직물기반 웨어러블 센서의 제조[Example 2] Fabrication of wearable sensor based on fabric

실시예 1 에 따른 방법으로 제조된 이온젤을 센서의 면적에 맞게 가로 0.5 cm 및 세로 0.5 cm의 크기의 사각형 형태로 잘라서 사용하였다. 은(Ag)이 도금된 멀티필라멘트 구조의 나일론 섬유(전도성 섬유)를 이와 유사한 직경을 갖는 나일론 섬유(일반섬유)를 이용하여 일직선 형태로 코튼(패브릭) 상에 재봉하였다. 이후, 전도성 섬유가 재봉된 패브릭을 두 개 준비하고 이를 전도성 섬유가 교차하도록 배치하고, 상기 두 개의 패브릭 사이의 전도성 섬유의 교차점 상에 상기 제시된 방법으로 제작된 이온젤을 배치하고 나머지 부분은 열 테이프(thermal tape)를 이용하여 고정시켜 직물기반의 압력센서를 제작하였다.The ion gel prepared by the method according to Example 1 was cut into a square shape of 0.5 cm in width and 0.5 cm in length to fit the area of the sensor and used. Nylon fibers (conductive fibers) having a multifilament structure plated with silver (Ag) were sewn onto cotton (fabric) in a straight line using nylon fibers (general fibers) having a similar diameter. Thereafter, two fabrics to which conductive fibers are sewn are prepared and placed so that the conductive fibers intersect, and the ion gel prepared by the method described above is placed on the intersection of the conductive fibers between the two fabrics, and the remaining part is a thermal tape. A fabric-based pressure sensor was manufactured by fixing it using (thermal tape).

[실험예 1][Experimental Example 1]

상기 실시예 1 에 따라 제조된 6 종의 이온젤이 각각 포함된 직물기반 웨어러블 센서에 대하여 상기 센서의 제 1 전도성 섬유 및 제 2 전도성 섬유의 말단에 Cu 컨택패드(contact pad)를 부착하여 각 컨택패드 상에 Agilent 4284a® 와 연결된 프로브(MS tech Probe station®)를 접촉시키고 1 V(AC), 100Hz 조건으로 다양한 압력에 따른 정정용량 변화 값을 측정하였다.For the fabric-based wearable sensor each containing 6 types of ion gels manufactured according to Example 1, Cu contact pads are attached to the ends of the first conductive fiber and the second conductive fiber of the sensor to each contact. The probe (MS tech Probe station®) connected to the Agilent 4284a® was contacted on the pad, and the capacitance change value according to various pressures was measured under the conditions of 1 V (AC) and 100 Hz.

도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 인가 압력에 따른 초기 정전용량 값에 대한 그래프이다.7 is a graph of the initial capacitance value according to the applied pressure of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 7 을 참조하면 이온젤의 조성 및 두께에 따라 상기 센서의 성능이 달라지며, 조성 1 및 두께 150.62 μm 로 제조된 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 초기 정전용량이 가장 높음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the performance of the sensor varies according to the composition and thickness of the ion gel, and it can be seen that the initial capacitance of the fabric-based wearable sensor including the ion gel manufactured with composition 1 and thickness of 150.62 μm is the highest. .

[실험예 2][Experimental Example 2]

상기 실시예 1 에 따라 제조된 6 종의 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 성능은 아래 식에 따라 측정되었다.The performance of the fabric-based wearable sensor including 6 kinds of ion gels prepared according to Example 1 was measured according to the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 민감도를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing the sensitivity of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 8 을 참조하면 조성 1 및 두께 150.61 μm 로 제조된 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 성능이 가장 우수함을 확인할 수 있다(S: 민감도, IL: 이온성 액체의 중량분율, T: 이온젤의 두께). Referring to FIG. 8 , it can be seen that the performance of the fabric-based wearable sensor including composition 1 and the ion gel manufactured with a thickness of 150.61 μm is the best (S: sensitivity, IL: weight fraction of ionic liquid, T: ion gel thickness).

도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 민감도를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the sensitivity of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 9 는 조성 1 및 두께 150.61 μm 로 제조된 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서에 대한 것으로서, 이를 참조하면 상기 센서는 인가압력 0 kPa 내지1.3 kPa 구간에서 146.23 nF·kPa-1의 민감도(sensitivity)를 보이고, 1.3 kPa 내지 4 kPa 구간에서 308.48 nF·kPa-1의 민감도 및 우수한 선형성(R2)을 보이는 것을 확인할 수 있다 (R2 은 0 kPa 내지 1.3 kPa 의 구간에서는 1.9115, 1.3 kPa 내지 4 kPa 구간에서 0.9775 의 값을 보임). 이를 통해 압력과 정전용량 사이에 이상적인 양의 상관관계가 있음을 확인할 수 있다.9 is a fabric-based wearable sensor including composition 1 and an ion gel manufactured with a thickness of 150.61 μm. Referring to this, the sensor has a sensitivity of 146.23 nF·kPa -1 in the applied pressure range of 0 kPa to 1.3 kPa. ), and it can be seen that the sensitivity and excellent linearity (R 2 ) of 308.48 nF·kPa -1 in the range of 1.3 kPa to 4 kPa are exhibited (R 2 is 1.9115 and 1.3 kPa to 4 in the range of 0 kPa to 1.3 kPa). It shows a value of 0.9775 in the kPa section). This confirms that there is an ideal positive correlation between pressure and capacitance.

[실험예 3][Experimental Example 3]

상기 실시예 1 에 따라 제조된 조성 3 및 두께 150.62 ㎛의 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 온도에 따른 정전용량변화를 측정하였다.The change in capacitance according to the temperature of the fabric-based wearable sensor containing composition 3 and 150.62 μm thick ion gel prepared according to Example 1 was measured.

도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 온도에 따른 정전용량 변화(△C)에 대한 그래프이다.10 is a graph of a change in capacitance (ΔC) according to temperature of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 10 은 온도를 상온에서 60℃ 까지 증가시켰을 때 센서의 정전용량 변화를 나타낸다. 이를 참조하면 온도가 증가할수록 센서의 정전용량 값은 증가하며 7.571 nF/℃ 의 민감도(S)를 가지는 것을 확인할 수 있다.10 shows the change in the capacitance of the sensor when the temperature is increased from room temperature to 60°C. Referring to this, as the temperature increases, the capacitance value of the sensor increases, and it can be seen that the sensor has a sensitivity (S) of 7.571 nF/°C.

[실험예 4][Experimental Example 4]

상기 실시예 1 에 따라 제조된 조성 3 및 두께 150.62 ㎛의 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 온도에 따른 정전용량변화를 측정하였다.The change in capacitance according to the temperature of the fabric-based wearable sensor containing composition 3 and 150.62 μm thick ion gel prepared according to Example 1 was measured.

도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 굽힘 정도에 따른 정전용량에 대한 그래프이다.11 is a graph of capacitance according to the degree of bending of the fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 11 은 굽힘 반지름(Bending radius)에 따른 정전용량 값의 변화를 나타내고 있다. 이를 참조하면, 굽힘 반지름이 작아질수록(더 많이 굽힐 수록) 정전용량 값이 증가함을 확인할 수 있다.11 shows a change in capacitance value according to a bending radius. Referring to this, it can be seen that the smaller the bending radius (the more bending), the higher the capacitance value.

[실험예 5][Experimental Example 5]

상기 실시예 1 에 따라 제조된 조성 3 및 두께 150.62 ㎛의 이온젤이 포함된 직물기반 웨어러블 센서의 온도 및 압력에 따른 정전용량변화를 측정하였다.The change in capacitance according to temperature and pressure of the fabric-based wearable sensor including composition 3 and 150.62 μm thick ion gel prepared according to Example 1 was measured.

도 12 는 본원의 일 실시예에 따른 직물기반 웨어러블 센서의 온도 및 압력에 따른 정전용량에 대한 그래프이다.12 is a graph of capacitance according to temperature and pressure of a fabric-based wearable sensor according to an embodiment of the present application.

도 12 를 참조하면, 온도 및 인가 압력이 증가할수록 정전용량 값이 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12 , it can be seen that the capacitance value increases as the temperature and the applied pressure increase.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

Claims (17)

제 1 전도성 섬유를 포함하는 하부 패브릭; 및
상기 하부 패브릭 상에, 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함하는 상부 패브릭; 및
상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭 사이에 배치된 이온젤
을 포함하는, 직물기반 웨어러블 센서.
a lower fabric comprising a first conductive fiber; and
an upper fabric comprising, on the lower fabric, a second conductive fiber disposed to form an intersection with the first conductive fiber; and
Ion gel disposed between the lower fabric and the upper fabric
Including, a fabric-based wearable sensor.
 제 1 항에 있어서,
상기 하부 패브릭 및 상부 패브릭은 상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유를 각각 1개 이상 포함하는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
The fabric-based wearable sensor, wherein the lower fabric and the upper fabric include at least one each of the first conductive fiber and the second conductive fiber.
 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전도성 섬유 및 상기 제 2 전도성 섬유가 형성하는 교차점 상에 이온젤이 배치되는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
An ion gel is disposed on the intersection formed by the first conductive fiber and the second conductive fiber, a fabric-based wearable sensor.
 제 1 항에 있어서,
상기 이온젤은 100 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 두께인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
The ion gel has a thickness of 100 μm to 300 μm, a fabric-based wearable sensor.
 제 4 항에 있어서,
상기 이온젤은 이온성 액체 및 가교제를 1:1 내지 9:1 의 중량비로 포함하는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
5. The method of claim 4,
The ion gel contains an ionic liquid and a crosslinking agent in a weight ratio of 1:1 to 9:1, a fabric-based wearable sensor.
 제 5 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 EMMI[TFSI], [EMIM][TCM], [EMIM][NTF2], [EMI][TFSI], [BMIM][TF2N], [BMIM][PF6], [BMI][TFSI], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
6. The method of claim 5,
The ionic liquid is EMMI[TFSI], [EMIM][TCM], [EMIM][NTF 2 ], [EMI][TFSI], [BMIM][TF 2 N], [BMIM][PF 6 ], [ BMI] [TFSI], and a fabric-based wearable sensor comprising one selected from the group consisting of, and combinations thereof.
 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 섬유는 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 물질을 포함하는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
Wherein the conductive fiber comprises a conductive material selected from the group consisting of metal, conductive polymer, carbon nanotube, graphene, and combinations thereof, a fabric-based wearable sensor.
 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 섬유는 금속이 도금된 고분자 물질을 포함하는 멀티-필라멘트 구조인 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
The conductive fiber is a multi-filament structure comprising a metal-plated polymer material, a fabric-based wearable sensor.
 제 8 항에 있어서,
상기 고분자 물질은 나일론, 코튼, 폴리에스터, 폴리우레탄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는, 직물기반 웨어러블 센서.
9. The method of claim 8,
Wherein the polymer material is selected from the group consisting of nylon, cotton, polyester, polyurethane, and combinations thereof, a fabric-based wearable sensor.
 제 1 항에 있어서.
상기 하부 패브릭 또는 상기 상부 패브릭은 각각 독립적으로 폴리에스터, 모, 마, 면 실크, 나일론, 스판덱스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 섬유를 포함하는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1 .
The lower fabric or the upper fabric each independently comprises a fiber selected from the group consisting of polyester, wool, hemp, cotton silk, nylon, spandex, and combinations thereof, a fabric-based wearable sensor.
 제 1 항에 있어서,
상기 하부 패브릭 및 상부 패브릭은 상기 이온젤이 배치된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 접착부에 의해 결합되는 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
The fabric-based wearable sensor, wherein the lower fabric and the upper fabric are coupled by an adhesive formed in the remaining area except for the area where the ion gel is disposed.
 제 1 항에 있어서,
상기 접착부는 양면테이프, 패브릭용 본드, 핫멜트 접착제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것인, 직물기반 웨어러블 센서.
The method of claim 1,
The adhesive part will be selected from the group consisting of double-sided tape, fabric bond, hot melt adhesive, and combinations thereof, fabric-based wearable sensor.
 제 1 전도성 섬유를 포함한 하부 패브릭을 형성하는 단계;
상기 하부 패브릭 상에 이온젤을 배치하는 단계;
상기 이온젤 상에서 상기 제 1 전도성 섬유와 교차점을 형성하도록 배치된 제 2 전도성 섬유를 포함한 상부 패브릭을 형성하는 단계; 및
상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭을 결합시키는 단계:
를 포함하는,
직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법.
forming an underlying fabric comprising a first conductive fiber;
disposing an ion gel on the lower fabric;
forming an upper fabric including a second conductive fiber disposed to form an intersection with the first conductive fiber on the ion gel; and
joining the lower fabric and the upper fabric:
containing,
Fabric-based wearable sensor manufacturing method.
 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 전도성 섬유 또는 상기 제 2 전도성 섬유는 각각 독립적으로 도금, 코팅, 증착, 방사, 합성, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것인, 직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
The first conductive fiber or the second conductive fiber is each independently formed by a method selected from the group consisting of plating, coating, deposition, spinning, synthesis, and combinations thereof, a method for manufacturing a fabric-based wearable sensor .
 제 13 항에 있어서,
상기 하부 패브릭 및 상기 상부 패브릭은 재봉, 니팅, 위빙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해서 형성되는 것인, 직물기반 웨어러블 센서의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
The method of manufacturing a fabric-based wearable sensor, wherein the lower fabric and the upper fabric are formed by a method selected from the group consisting of sewing, knitting, weaving, and combinations thereof.
 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 직물기반 웨어러블 센서를 포함하는, 스마트 의류.
A smart clothing comprising a fabric-based wearable sensor according to any one of claims 1 to 12.
 제 16 항에 있어서,
상기 스마트 의류는 사물인터넷(IoT)과 연결되는 것인, 스마트 의류.
17. The method of claim 16,
The smart clothing will be connected to the Internet of Things (IoT), smart clothing.
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