• Composites Research
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• 제35권4호
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• pp.283-287
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• 2022

신축성 스트레인 센서는 웨어러블 기기나 건강 모니터링과 같은 미래 응용 분야에 적용하기 위하여 개발되고 있는데, 센서의 신뢰성을 높이기 위해 안정성과 반복성이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 3D 프린팅을 통해 키리가미 패턴이 있는 고분자 구조를 제작하여 센서의 신축성과 히스테리시스를 개선하였다. 견고한 전도성 네트워크를 구현하기 위하여 그래핀과 탄소나노섬유를 혼합한 하이브리드 소재를 고분자 구조에 코팅하였다. 제작한 신축성 스트레인 센서는 32%의 스트레인에 대해 게이지팩터가 36을 보였으며, 1%부터 30%까지의 다양한 스트레인에 대해서 안정적인 저항 변화 응답을 나타냈다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권5호
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• pp.525-530
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• 2023

Stretchable piezoelectric energy harvester (S-PEHs) based on composite materials are considered one of the potential candidates for realizing wearable self-powered devices for smart clothing and electronic skin. However, low energy conversion performance and expensive stretchable electrodes are major bottlenecks hindering the development and application of S-PEHs. Here, we fabricated the S-PEH by adopting the piezoelectric composites with enhanced stress transfer properties and kirigami-patterned textile electrodes. The optimum contents of piezoelectric BaTiO₃ nanoparticles inside the carbon nanotube/ecoflex composite were selected as 30 wt% considering the trade-off between stretchability and energy harvesting performance of the device. The final S-PEH shows an output voltage and mechanical stability of ~5 V and ~3,000 cycles under repeated 150% of tensile strain, respectively. This work presents a cost-effective and scalable way to fabricate stretchable piezoelectric devices for self-powered wearable electronic systems.

• 한국의류산업학회지
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• 제24권6호
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• pp.667-685
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• 2022

본 원고는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재와 어그제틱 구조체에 대한 연구 동향을 정리한 것이다. 먼저 4D 프린팅 소재의 형상 변화 거동을 형상 변화와 형상기억 소재, 이중, 삼중, 다중 형상기억 효과, 접힘과 굽힘, 표면지형별로 구분하여 알아보았다. 형상 변화와 형상기억 소재 등 열이나 수분의 자극에 가역적/비가역적 혹은 규칙적/불규칙적 형상 변형이 가능할 수 있다. 다음으로, 차원별 형상이동 유형에 따른 특성과 물성에 대해 알아본 바, 1차원에서 다차원으로의 형상이동을 1D-1D 팽창/수축, 1D-2D 접힘/굽힘, 1D-3D 접힘 (1D-to-3D folding)으로 구분할 수 있다. 2차원에서 형상이동은 2D-2D 굽힙, 2D3D 굽힘/접힘/꼬임/표면말림/표면지형변화/굽힘과 꼬임, 3차원에서 다차원으로의 형상이동은 3D-3D 굽힙과 3D-3D 선형/비선형 거동으로 구분할 수 있다. 마지막으로 4D 프린팅 메타구조체 중 힌지 구조체를 적용한 KinetiX는 단일단위 터셀레이션과 다중단위 터셀레이션으로 모델링할 수 있고, 평면 및 공간 변환이 용이하고, 컨포머블 헬멧에 적용할 수 있다. 키리가미 구조체를 기본으로 한 공압형 어그제틱 구조체는 역설계 기반 구조체로써 굽힘각도를 제어하는 알고리즘으로 설계할 수 있다. 설계 후 3D 프린팅하여 TPU 멤브레인으로 프로토 타입을 제조하였고, 압력을 낮추면서 원하는 3차원 형상으로 완성될 수 있음을 확인하였다. 온도나 습도 등의 외부자극요소에 따라 형상이나 물성을 변화할 수 있는 재료를 사용하여 변형가능한 3차원 구조체로 성형한 4D 프린팅 소재를 이용하여 상지, 하지, 손, 발 등 소프트 로봇의 외골격(exoskeleton) 소재에 적용할 수 있을 것이다. 즉 자세제어, 상황인식, 동작신호 생성 등 다양한 환경에 대응하여 착용자의 움직임에 고하중, 고기동성, 운동지속성을 지원하는 기능을 갖는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재는 헬스케어 웨어러블 의류 제품화 개발로의 용도 전개가 가능할 것이다. 특히 4D 프린팅 소프트 소재 및 공정개발 분야는 일상 생할 보조용이나 재활치료용 의류를 개발하기 위한 3D 프린팅 소재 및 공정의 원천 기술에 해당하므로 이와 관련한 연구의 기초 자료로서 활용되기를 기대한다.