스트레처블 전극용 실버 페이스트 개발 및 패턴의 물성 연구

Abstract

Stretchable electrodes must offer high conductivity, excellent dimensional stability, and low resistance change to strain. In this study, I chose silver paste as a conductive material and used a screen printing method to fabricate the stretchable electrode. Carbon paste was also prepared for the sensing electrode. After curing elastomeric clear flex polyurethane films with a thickness of 100㎛ on PET films, the polyester resin mixed with blocked isocyanate curing agent was coated as a masking layer to reduce the stickiness of the film. The effect of the polyester masking layer was examined using a rolling ball tack test. The prepared clear flex polyurethane film and the commercial polyurethane film were used as the stretchable electrode substrates. The cost-effective stretchable electrodes fabricated by using silver paste and screen printing process on the stretchable polyurethane films showed high conductivity and low resistance change in a strain range of up to 100%. The rheological properties, adhesion properties, screen printing suitability, hysteresis characteristics, bending properties, stretching properties and stress characteristics of materials were evaluated.

최근 웨어러블 디바이스는 ICT(Information and Communication Technology)단말기 형태로 크게 주목받고 있다. 웨어러블 디바이스는 기능에 따라 손목시계나 안경과 같은 형태로 표시기능에 중점을 두는 디바이스와 팔찌형, 클립형, 의류형 혹은 신체부착형으로 대표되는 센서에 의한 입력기능에 중점을 두는 디바이스로 분류할 수 있다. 이 중에서 의류형 혹은 신체 부착형은 스포츠, 건강 및 의료용도로 폭넓게 활용될 수 있으므로 향후 크게 성장할 수 있는 분야이다.[1][2] 의류형이나 신체부착형 전자회로 및 센서 재료는 기존 재료와 같은 기능과 더불어 신축성(stretchable property)이라는 새로운 기능을 요구받고 있으며 이러한 목적에 적합한 재료 및 디바이스의 개발이 활발하게 진행되고 있다.[3] 본 연구에서는 웨어러블 스마트 디바이스에 적용하기 위한 신축성 전극과 기판 소재 개발을 연구 목적으로 하였다. 기존 판매되고 있는 우레탄 필름의 경우 연신 후에 회복 특성이 떨어지는 단점이 있기에 본 연구에서는 클리어플렉스를 이용하여 신축성 기판 소재로 사용하였다. 개발된 신축성 필름은 회복 특성은 양호하지만, 실버 페이스트로 스크린인쇄 할 때 표면 점착성으로 인하여 패턴 중에 잉크 날림 현상이 발생하는 문제점이 발생한다. 따라서 이러한 표면 점착성을 제거하고 스크린인쇄 적성을 양호하기 위한 방법으로 클리어플렉스의 신축성은 그대로 유지하면서 인쇄적성을 양호하게 하는 표면 코팅제를 개발하였다. 마지막으로 신축성 전극 재료로 사용되는 실버 페이스트는 그 자체에 신축성을 부여할 목적으로 실버 페이스트를 제조할 때 사용하는 바인더에 Tg가 낮은 폴리에스테르 수지를 적용하고, 신축 시에 저항 변화가 최소화될 수 있도록 크기와 형태가 서로 다른 3가지 실버 파우더를 사용하였다. 그리고 나노 카본 파우더를 이용한 센서용 카본 페이스트도 개발하였다. 개발된 소재들을 사용하여 스크린인쇄법으로 스트레처블 PCB전극 및 센서용 전극을 개발하고, 페이스트의 레올로지 특성, 점착특성, 스크린인쇄 적성, 전극 필름의 히스테리시스특성, 벤딩특성, 신축특성, 스트레스 특성 등을 평가하여 스트레처블 전극의 유용성을 확인하였다.