2025년 12월 4일 (목) 02:12 판

CNT-Filled Natural Rubber Based Fibers Fabricated by Wet Spinning for Flexible Strain Sensors

본 문서는 서울시립대학교 화학공학과 프로젝트종합설계 과제로 수행된 연구 ‘‘CNT-Filled Natural Rubber Based Fibers Fabricated by Wet Spinning for Flexible Strain Sensors’’의 기술 보고서이다. 본 문서는 천연고무(NR) 기반 스트레인 센서 개발을 목표로 CNT, PEDOT:PSS, CNF를 활용한 습식 방사 기반 microfiber 제작 및 물성 평가 과정을 다룬다.

1. 서론

1.1 개발 과제 요약

천연고무(NR)는 유연성·인장 특성·생체적합성에서 우수한 특성을 가진 고분자 소재이다. 본 연구는 CNT, CNF, PEDOT:PSS 등 다양한 전도성·강화 물질을 NR matrix에 조합하여 microfiber 센서를 제작하고, 기계적·전기적 특성을 분석하여 스트레인 센서로서의 활용성을 평가하였다.

1.2 개발 배경 및 효과

금속·세라믹 기반 센서는 유연성 부족으로 웨어러블 적용이 제한되나 NR 기반 섬유는 친환경적이며 고탄성·가공성이 좋아 착용형 디바이스에 적합하다. CNT 기반 전도성 강화와 wet spinning 공정의 구조 제어로 장기 안정성과 열적 안정성이 향상될 수 있다.

1.3 개발 목표

filler 첨가에 따른 전기적 성능 비교
NR 기반 microfiber 구조 최적화
시제품 strain sensor 제작과 반복성·신체부착 실험 등을 통한 성능 검증

2. 관련 기술의 현황

2.1 State of the Art

전도성 나노필러(CNT, 그래핀, MXene)와 신축성 고분자 matrix를 복합화한 strain sensor 기술은 전도성 네트워크 형성, 미세구조 공학, 웨어러블 신호 수집 플랫폼 기술로 고도화되고 있다.

2.2 특허조사

(여기에 원문 내용 그대로 삽입됨 — 특허 설명 전문)

2.3 특허전략

(원문 내용 그대로 삽입)

3. 개발 과제 기대효과

3.1 기술적 기대효과

전도성 네트워크 최적화 → 민감도 증가
공정 단순화 및 대량생산 가능성
응답속도 향상 및 다양한 산업 분야로 확장성 확보

3.2 경제·사회적 파급효과

센서 시장 진입 장벽 완화
스마트 헬스케어·웨어러블 응용 확대
교통·안전·산업용 감지 시스템으로의 확장 가능성

4. 목표 달성을 위한 실험 방법

4.1 NR composite solution 제작

(용액 조성표 및 설명 전체 삽입)

4.2 응고조(coagulant solution) 제작

(응고액 농도표, 제작방법 전문 삽입)

4.3 Fiber 제작 과정

(제작 과정 전문)

4.4 저항·현미경·UTM·Cycle 실험 방법

실험 장비, 조건, 설정 방법 전문 기재.

LCR meter

Microscopy

UTM

신체 동작 밴딩 측정

5. 개발 과제 핵심 결과

5.1 Natural Rubber 특성

NR 조성표 및 구조 설명 삽입.

섬네일을 만드는 중 오류 발생: convert: ../../magick/semaphore.c:346: LockSemaphoreInfo: assertion `semaphore_info != (SemaphoreInfo *) NULL' 실패.
/usr/bin/timeout: the monitored command dumped core
/var/www/capstone/ce/includes/limit.sh: line 101: 6273 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

Error code: 134

5.2 CNT / PEDOT:PSS / CNF의 역할

각 물질의 기능 및 센서 네트워크 형성 기여도 전문 기재.

섬네일을 만드는 중 오류 발생: convert: ../../magick/semaphore.c:346: LockSemaphoreInfo: assertion `semaphore_info != (SemaphoreInfo *) NULL' 실패.
/usr/bin/timeout: the monitored command dumped core
/var/www/capstone/ce/includes/limit.sh: line 101: 6319 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

Error code: 134

섬네일을 만드는 중 오류 발생: convert: ../../magick/semaphore.c:346: LockSemaphoreInfo: assertion `semaphore_info != (SemaphoreInfo *) NULL' 실패.
/usr/bin/timeout: the monitored command dumped core
/var/www/capstone/ce/includes/limit.sh: line 101: 6382 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

Error code: 134

5.3 Wet Spinning 응고 메커니즘

(NR/CNF/CNT/PEDOT:PSS 응고 구조 형성 과정 설명 전문)

5.4 전도성 평가(CNT 영향·CNF 영향·PEDOT:PSS 영향)

모든 그래프는 아래 이미지 파일로 삽입 가능:

… (전체 그래프 P그림숫자 순서대로 삽입)

전도도·저항 분석 설명 전문 기재.

5.5 Microscopy 평가

지름 불균일성 및 측정 결과 서술.

5.6 Stress–Strain Curve (CNT / PEDOT:PSS / Coagulant)

전체 그래프 삽입:

… CNT 최적 농도, PEDOT:PSS 최적 농도, 응고액 농도 영향 분석 포함.

5.7 반복 인장(Cycle) & Hysteresis

] ]

CNF 첨가 시 hysteresis 감소 효과 서술.

5.8 신체 동작 밴딩 실험

]

손가락·손목·팔꿈치 움직임에 따른 저항 변화 재현성 확인.

6. 개발 과제 평가

(표 및 원문 설명 전문 기재)

7. 향후 전망

기술적·경제적·사회적 확장 가능성 서술.

8. 참고 문헌

(전체 참고문헌 목록 삽입)

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 모든 그래프는 아래 이미지 파일로 삽입 가능:
-[[File:P그림25.jpg|400px]]
+[[File:P그림25.jpg|200px]]
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 …
 (전체 그래프 P그림숫자 순서대로 삽입)
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 === 5.5 Microscopy 평가 ===
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 지름 불균일성 및 측정 결과 서술.
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 전체 그래프 삽입:
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 …
 CNT 최적 농도, PEDOT:PSS 최적 농도, 응고액 농도 영향 분석 포함.
 === 5.7 반복 인장(Cycle) & Hysteresis ===
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 CNF 첨가 시 hysteresis 감소 효과 서술.
 === 5.8 신체 동작 밴딩 실험 ===
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 손가락·손목·팔꿈치 움직임에 따른 저항 변화 재현성 확인.

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