Many recent research efforts have focused on developing high-performance wearable health monitoring systems. This work presents a mechanically stretchable and skin-mountable sensor system based on a conductive polymer composite-based elastic printed circuit board (EPCB) in which a resistive-type composite strain sensor is monolithically integrated. The composite-based EPCB is simply prepared by patterning a silver nanowire (AgNW)/dragon skin (AgNW/DS) composite film in a programmable manner using a direct cut patterning technique. The proposed sensor system was successfully fabricated by directly mounting various components (e.g., microcontroller, circuit elements, light emitting device chips, temperature sensor, Bluetooth module) on the prepared AgNW/DS-based EPCB. The fabricated sensor system was found to be highly stretchable and rollable enough to maintain tight adhesion to the wrist region without significant physical deterioration, even when the wrist was in motion. The wireless sensor system attached to the wrist part enabled us to monitor the wrist motion and surrounding temperature in real time, opening the possible application as a wearable health monitoring platform.

본 연구에서는 실버 파우더의 입자 크기, 즉 평균 입자 크기가 2㎛과 7㎛, 이렇게 2가지 실버 페이스트를 개발하였다. 이렇게 개 발된 실버 페이스트에 대해서 점도 및 점탄성, 경화후에 잔류용제 유무 확인을 위한 TGA측정, Strain에 따른 저항 변화 및 전극 표면 구조 변화에 대해서 검토하였다. 이러한 결과를 정리하면 Strain에 따른 저항 변화를 최소화하기 위해서는 실버 파우더의 입 자를 2㎛정도인 것이 가장 바람직함을 알 수 있었다.

신축성 전극을 다양한 소재와과 방식을 통해 제조되고 있으며 많은 기계적 특성 분석이 연구되고 있다. 은, 구리, 금, 나노와이어 등 다양한 금속이나 CNT, graphene, 플러렌 등을 기반으로 연구되고 있으며 대부분 높은 전도성과 신축특성을 요구하는 어플리케이션에 사용되지만 고가라는 단점이 있다. 본 연구에서는 저비용 소재와 공정으로 높은 신축특성과 반복 특성을 보유한 신축성 전극을 개발하였다. 값싼 전도성 탄소 와 흑연을 혼합하여 페이스트를 개발하였고 개발된 페이스트를 메탈마스크 인쇄 공정을 통해 TPU기판 위에 인쇄하였고 120℃에서 2시간 경화를 진행하였다. 이렇게 개발된 전극을 인장 시험과 인장 반복 시험을 통해 특성을 증명하였고 향후 어플리케이션 적용 가능여부를 확인하기 위해 무릎에 임시로 고정 후 간이 시험을 진행한 결과 20회 반복하는 동안 일정한 저항 변화를 보여줬다.

We report on stretchable electrochromic films of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) fabricated on silver nanowire (AgNW) electrodes. AgNWs electrodes are prepared on polydimethylsiloxane (PDMS) substrates using a spray coater for stretchable electrochromic applications. On top of the AgNW electrode, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) is introduced to ensure a stable resistance over the electrode under broad strain range by effectively suppressing the protrusion of AgNWs from PDMS. This bilayer electrode exhibits a high performance as a stretchable substrate in terms of sheet resistance increment by a factor of 1.6, tensile strain change to 40%, and stretching cycles to 100 cycles. Furthermore, P3HT film spin-coated on the bilayer electrode shows a stable electrochromic coloration within an applied voltage, with a color contrast of 28.6%, response time of 4-5 sec, and a coloration efficiency of 91.0 cm2/C. These findings indicate that AgNWs/PEDOT:PSS bilayer on PDMS substrate electrode is highly suitable for transparent and stretchable electrochromic devices.

본 연구에서는 Tg가 서로 다른 폴리에스테르 바인더로 실버 페이스트를 제조하여 점도 및 점탄성를 측정하였다. 그리고 제조된 실버 페이스트를 스크린인쇄법으로 전극을 인쇄하여 folding 및 stretching test에 따른 전도성 변화 및 전극패턴의 표면형상 변화에 대해서 연구하였다. 그 결과 folding test에서는 Tg가 낮고, 높고와는 관계없이 folding횟수의 증가에 따라서 저항치가 선형적으로 증가됨을 알 수 있었다. 그러나 stretching test결과에서는 Tg에 따른 명확한 특성차이가 나타났다. 즉 신율(elongation)이 증가함에 따라서 높은 Tg을 가진 바인더로 제조된 실버 페이스트의 경우에는 40%이상에는 저항치 측정이 불가능했지만 낮은 Tg로 제조된 것은 80%까지 저항치가 측정되었다. 결론적으로 80%라는 높은 신율을 요구하는 분야에는 낮은 Tg을 가진 바인더를 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.