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

1. 서론

1.1 개발 과제 요약

◇ 천연고무(NR; Natural Rubber)는 천연 유기 고분자로 유연성, 인장 특성, 생체적합성에서 탁월한 성능을 보인다.
◇ 본 연구에서는 NR을 매트릭스로 하는 섬유 가닥 형태로 제작하여 기계적 물성을 측정한다.
◇ 다양한 강화재(CNT, CNF 등)과 NR 용액을 섬유 가닥 형태로 제작하여 기계적 물성과 전기적 물성을 분석한다. 이를 기반으로 스트레인 센서를 제작하여 센서로써의 활용 가능성을 평가한다.

1.2 개발 배경 및 효과

◇ 금속·세라믹 기반의 센서는 유연성이 부족하여 웨어러블 적용에 한계가 있으나, NR 기반 섬유는 친환경적이며 높은 유연성과 가공성을 바탕으로 웨어러블 적용에 적합하다.
◇ CNT와 같은 filler를 활용하면 전기전도성이 향상되어 전기 저항 및 응답 시간 측정에서 우수한 성능을 기대할 수 있다.
◇ wet spinning 공정은 CNT와 같은 filler의 분포와 공극 구조를 제어할 수 있어 장기 안정성 및 열적 안정성 향상에 기여할 수 있다.

이러한 특성은 센서의 일관된 성능 확보와 산업적 확장성을 보장할 수 있어 개발 목표 달성에 효과적이다.

1.3 개발 목표

◇ filler 첨가를 통한 전기적 성능 비교 및 웨어러블 디바이스 적용 가능한 형태 고안

일정 비율의 filler와 혼합한 NR을 응고/건조하여 만들어진 sensor의 저항을 측정한다. 이때, fiber 형태로 뽑아내거나 몰드에 건조하는 등 크기 및 형태를 조절하여 제작한 sensor의 변형률을 측정한다. 형태에 따른 활용 분야를 탐색할 수 있다.

◇ 전기전도성의 최적화

여러 비율의 filler 첨가 후 최대 효율의 전기전도성을 가지는 비율을 찾는다. filler에 따른 전기전도성과 sensor의 물리적 양상을 확인하고, 최적의 비율을 탐색할 수 있다.

◇ 시제품 센서 제작 및 성능 검증

실험을 통해 최적화된 strain sensor의 내구성을 평가하고, 신체 부위에 부착하여 변형률과 저항을 측정한다.

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

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: 5331 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

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(용액 조성표 및 설명 전체 삽입)

4.2 응고조(coagulant solution) 제작

4.3 Fiber 제작 과정

(응고액 농도표, 제작방법 전문 삽입)

(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.

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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: 5457 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

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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: 5497 중지됨 /usr/bin/timeout $MW_WALL_CLOCK_LIMIT /bin/bash -c "$1" 3>&-

Error code: 134