2017
Tg와 분자량 차이에 의한 전도성 필름의 연신 특성
Tg·분자량 따라 전기 전도성 차이
한국인쇄학회(회장 오성상)는 최근 호텔PJ 카라디움홀에서 춘계학술논문발표회를 가졌다. 박효준 부경대학교 대학원생의 ‘Tg와 분자량 차이에 의한 전도성 필름의 연신 특성’과 이창규 부경대학교 대학원생의 ‘전도성 패턴 형상 차이에 의한 경화 필름의 연신 특성’을 요약 게재한다. 한국인쇄학회  
학술 · 연재  |  학술논문


 

1. 서론

전자 산업에서 현재 주목받고 있는 디바이스의 형태는 Wearable, Stretchable, Foldable 디바이스이다. 전자 회로를 구성함에 있어 기존의 재료보다 박막 형태의 전극 그리고 신축성, 유연성이라는 기능이 요구되고 있다. 다양한 형태와 낮은 가격 폭넓은 애플리케이션을 위해 인쇄 전자 기술이 활용되고 있다. 본 연구에서는 전도성 필름의 연신 특성을 향상 및 평가하기 위해 Tg(Glass transition temperature), 분자량이 서로 다른 Binder를 사용해 3종의 Ag paste를 제조하였다. 제조된 3종의 Ag paste를 이용하여 전자 회로를 형성한 후 신장률, 곡률 반경의 변화에 따른 전기 전도성에 대해서 연구를 진행하였다.

 

2. 실험

2-1. 시료

Ag paste 제조에 사용된 수지는 Polyester type으로 <1>과 같이 Tg(Glass transition temperature), 분자량이 서로 다른 Binder를 사용해 3종의 Ag paste를 제조하였다.


2-2. 전극회로 형성

<1>과 같이 3종의 바인더로 제조된 Ag paste를 스크린 인쇄(screen printing)공정으로 전극 회로를 형성하였다. 전극 회로를 박막으로 형성할 경우 전도성에 불리하다. 이에 반해 후막으로 형성할 경우 Ag 입자간의 접촉이 많아져 전극 회로를 늘렸을 때 크랙이 쉽게 발생한다.

<2>와 같은 조건으로 우레탄(200) 필름 및 PET(175)1의 패턴을 인쇄하였다. 인쇄된 필름은 130에서 30분간 저온에서 소결하여 신축성 전극회로를 완성하였다. 형성된 전극 회로의 형태는 <그림1>과 같다.


 053-그림1 Photograph of printed urethane and PET film by screen printing 사본.gif

<그림1> Photograph of printed urethane and PET film by screen printing

 

2-3. 측정

스크린 인쇄 공정을 통해 형성한 전극 회로의 신장률 20%당 저항의 변화율과 0에서부터 40까지의 곡률 반경 변화에 따른 저항의 변화를 서울과학기술대학원에서 직접 제작한 장비와 DMM(Digital Multi Meter)을 사용하여 측정하였다.

 

3. 결과 및 고찰

3-1. Stretching test 평가

인쇄된 전극 회로를 20%씩 늘릴 때의 저항치 상승률을 측정하였다. 3종의 Paste를 서울과학기술대학원에서 직접 제작한 장비를 사용하여 테스트를 진행하였다. Sample의 크기는 25×10, 인쇄된 Ag paste의 막 두께는 8그리고 피인쇄체의 두께는 200이다. 3종의 Paste로 형성된 전극 회로의 최대 인장 변형률을 측정한 결과 Paste(1)의 경우 125%, Paste(2)Paste(3)은 각각 70%, 60%를 나타내었다.

 

053-그림2 Schematic diagram of stretching machine 사본.gif

<그림2> Schematic diagram of stretching machine

 

<그림3>에서 Paste(1)로 형성된 전극 회로의 경우 115%에서 급격한 저항의 증가를 보인 반면 Paste(2), Paste(3)로 형성된 전극 회로는 65%에서 저항의 급격한 증가를 보였다.

 

053-그림3 Resistance of stretching test 사본.gif

<그림3> Resistance of stretching test

 

3-2. Out bending test 평가

인쇄된 전극 회로를 0에서 40까지 곡률 반경이 감소함에 따라 저항의 변화율을 측정하였다.


053-그림4 Schematic diagram of outer bending machine 사본.gif

<그림4> Schematic diagram of outer bending machine


053-그림5 Resistance changes of Outer Bending test 사본.gif

<그림5>를 검토한 결과 전체적으로 저항의 변화율은 비슷한 경향을 보이나 전기 전도성을 평가할 시 Paste(1)로 형성된 전극회로가 더 전기 전도성이 우수하며, 안정적인 저항 변화율을 보였다.

 

4. 결론

본 연구에서 Tg가 서로 다른 Resin로 제조한 3종의 Ag pasteStretchable 전극회로 형성한 후 테스트한 결과, Outer bending test를 실시한 결과 저항 변화율은 전체적으로 유사한 경향을 보이나 전기 전도성을 평가할 시 Paste(1)로 형성된 전극 회로가 더 전기 전도성이 우수하며, 안정적인 저항 변화율을 보였다.

또한 형성된 전극회로의 Stretching test를 실시한 결과 115%에서 급격한 저항의 증가를 보인 반면 Paste(2), Paste(3)로 형성된 전극 회로는 60%에서 저항의 급격한 증가를 보였으며 그 결과 Paste(1)로 형성한 전극 회로가 유연성이 더 우수해 Stretchable 전도성 패턴에 적합함을 알 수 있었다.

 

 

 

전도성 패턴 형상 차이에 의한 경화 필름의 연신 특성

인쇄 전극 패턴, 120%서 저항 증가

  

1. 서론

현재 Wearable, Stretchable, Foldable 디바이스에 적용하고 있는 Substrate는 크게 PDMS(PolyDimethylsiloxane), PU(PolyUrethane), Textile 등이 있다. PDMS의 경우 표면 장력·에너지가 작기 때문에 인쇄전자 기술을 접목시킬 수 없고 그에 반해 PU filmtextile의 경우 충분히 인쇄 공정이 가능하다,

본 연구에서는 3종의 Substrate와 전도성 패턴 형상에 따른 연신 특성을 평가하기 위해 Tg(glass transition temperature)가 낮고 분자량이 높은 resin을 사용한 Ag paste를 사용하여, 전극 패턴을 형성한 후 신장률을 측정하였다.

 

2. 실험

2-1. 시료

Ag paste 제조에 사용된 ResinPolyester type으로 Tg(Glass transition temperature)가 낮고 분자량이 높은 Resin을 사용해 Ag paste를 제조하였다.

Substrate1두께의 Texile A (Poly 87%, Span 13%), 0.5두께의 Textile B(Nylon 75%, Span 25%), 0.2의 두께를 갖는 PU Film으로 <그림 1>과 같이 Resin을 도포한 후 전극 패턴을 형성하였다.

 

2-2. 전극회로 형성

<1>Resin으로 제조된 Ag paste로 스크린 인쇄(screen printing) 공정을 통해 전극 패턴을 형성하였다.

<2>와 같은 조건으로 Textile A, B5의 패턴을 인쇄하였다. 인쇄된 필름은 130에서 30분간 저온에서 소결하여 신축성 사인파 형태의 전극 패턴을 완성하였다. 형성된 전극 패턴의 형태는 <그림2>와 같다.

 

2-3. 측정

스크린 인쇄 공정을 통해 형성한 전극 패턴의 신장률 10%당 저항의 변화율을 신축성 장비와 DMM(Digital Multi Meter)을 사용하여 측정하였다.

 

3. 결과 및 고찰

Stretching Test를 위해 서로 다른 Substrate 위에 형성된 5사인파 형태의 전극 패턴을 Epoxy typesilver paste를 통해 구리선과 연결한 후 막의 보호를 위해 Binder로 다시 봉지 공정을 진행하였다.

 

 

<그림5>에서 3종의 서로 다른 Substrate에 인쇄된 전극 패턴은 모두 120%부터 급격한 전도성의 증가를 나타내었다. Textile A는 초기 저항 6.5, 회복 저항 13Textile B는 초기 저항 2.9, 회복 저항 8, PU Film은 초기 저항 2, 회복 저항 8.3을 각각 나타내었다.

 

4. 결론

본 연구에서 Tg가 낮고 분자량이 높은 Resin으로 제조한 Ag paste로 서로 다른 3종의 Substrate 위에 사인파 형태의 Stretchable 전극 패턴을 형성한 후 Stretching test를 실시한 결과 3종의 Substrate에 인쇄된 전극 패턴 모두 120%에서 급격한 저항의 증가를 보였다. 100%까지의 저항의 변화율은 Textile A9.3배 증가로 가장 안정적이었으며, 회복 저항은 Textile B8으로 가장 낮게 측정되었다. Textile B가 초기 저항 및 회복 저항이 가장 낮으므로 3종의 Substrate 중 가장 적합함을 알 수 있었다.

 

 

월간 프린팅 코리아 2017년 8월호 통권 182호    

 
 

  프린팅코리아 2017년 10월호  









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