본 발명은 습도 변화에 영향을 받지 않는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 수분을 공급할 수 있는 하이드로젤 층과 수분에 의해서 쉽게 포화될 수 있는 소수성 이온 젤 층을 포함하는 이온 젤 적층체를 포함함으로써 장시간 습도 변화에 영향을 받지 않는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion gel system that is not affected by changes in humidity and a method of manufacturing the same. An ion gel laminate comprising a hydrogel layer that can supply moisture and a hydrophobic ion gel layer that can be easily saturated by moisture is provided. It relates to an ionic gel system that is unaffected by long-term humidity changes and a method of manufacturing the same.
이온 젤은 높은 연신율을 가져 이를 이용하여 이식형 또는 피부 부착형 기기로 활용하는 것에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 하이드로젤(Hydrogel)에 이온성 염을 첨가한 형태, 또는 이온성 액체를 포함하는 이온 젤을 활용하여 이온 물질 기반의 전기적 특성을 활용하여 센서와 같은 기기를 제작한 시도가 다수 진행되었다.Ion gel has a high elongation rate, and research is being actively conducted on using it as an implantable or skin-attached device. In particular, many attempts have been made to manufacture devices such as sensors using the electrical properties of ionic materials by adding ionic salts to hydrogels or using ionic gels containing ionic liquids.
하지만, 기존의 많은 이온 젤들은 흡습성이 높아 주변의 습도 변화에 의해 전기적인 특성이 크게 변화하는 단점이 있다. 또한, 현재까지 개발된 연신성 고분자막은 장시간 수분의 투과를 완벽히 막지 못하여 기존의 이온 젤을 이용하여 연신성 기기를 제작할 경우 습도 변화에 취약한 단점이 있다.However, many existing ionic gels have the disadvantage that their electrical properties change significantly due to changes in surrounding humidity due to their high hygroscopicity. In addition, the stretchable polymer membranes developed to date do not completely prevent the penetration of moisture for a long period of time, so when manufacturing stretchable devices using existing ionic gels, they have the disadvantage of being vulnerable to changes in humidity.
따라서, 주변 습도 변화 노출과 관련 없이 일정한 성능을 갖는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법에 관한 연구가 요구된다.Therefore, research is required on an ionic gel system and its manufacturing method that have constant performance regardless of exposure to changes in ambient humidity.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 주변 습도 변화 노출과 관련 없이 일정한 성능을 갖는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to solve the above problems and to provide an ion gel system and a manufacturing method thereof that have constant performance regardless of exposure to changes in ambient humidity.
또한, 습도와 변형에 영향을 받지 않고, 오랜 시간 동안 안정적으로 온도를 감지할 수 있는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, the aim is to provide an ion gel system and a manufacturing method thereof that can stably detect temperature over a long period of time without being affected by humidity and deformation.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이온 젤 적층체; 및 상기 이온 젤 적층체의 표면의 전부 또는 일부 상에 형성되고, 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 봉지막;을 포함하고, 상기 이온 젤 적층체는 소수성 이온 젤(hydrophobic ion gel)을 포함하는 소수성 이온 젤 층 및 상기 소수성 이온 젤 층 상에 형성되고, 하이드로젤(hydrogel)을 포함하는 하이드로젤 층을 포함하는 이온 젤 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention, an ion gel laminate; and an encapsulation film formed on all or part of the surface of the ion gel laminate and encapsulating the ion gel laminate. The ion gel laminate includes a hydrophobic ion gel including a hydrophobic ion gel. An ion gel system is provided, including an ion gel layer and a hydrogel layer formed on the hydrophobic ion gel layer and comprising a hydrogel.
또한, 상기 소수성 이온 젤이 물을 추가로 포함하고, 상기 소수성 이온 젤이 물로 포화된(water-saturated) 것일 수 있다.Additionally, the hydrophobic ionic gel may further include water, and the hydrophobic ionic gel may be water-saturated.
또한, 상기 하이드로젤의 물이 상기 소수성 이온 젤로 확산함에 의해 상기 소수성 이온 젤이 물로 포화된 상태를 유지하는 것일 수 있다.In addition, the water in the hydrogel may diffuse into the hydrophobic ion gel, thereby maintaining the hydrophobic ion gel saturated with water.
또한, 상기 소수성 이온 젤이 아크릴레이트기를 갖는 제1 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제1 가교제를 포함하는 제1 혼합물을 중합하여 생성된 제1 고분자; 및 소수성 이온성 액체;를 포함할 수 있다.In addition, the hydrophobic ion gel may include a first polymer produced by polymerizing a first mixture including a first monomer having an acrylate group and a first cross-linking agent having an acrylate group; and a hydrophobic ionic liquid.
또한, 상기 제1 단량체가 아래 구조식 1로 표시되는 화합물이고, 상기 제1 가교제가 아래 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the first monomer may be a compound represented by Structural Formula 1 below, and the first crosslinking agent may be a compound represented by Structural Formula 2 below.
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
R1은 C1 내지 C10 알킬기이고,R1 is a C1 to C10 alkyl group,
[구조식 2][Structural Formula 2]
상기 구조식 2에서,In structural formula 2,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5 알킬기이고,R2 is a hydrogen atom or a C1 to C5 alkyl group,
R3은 C1 내지 C5 알킬렌기이고,R3 is a C1 to C5 alkylene group,
R4는 C1 내지 C5 알킬기이고,R4 is a C1 to C5 alkyl group,
n은 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이고,n is any integer from 1 to 30,
m은 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이다.m is any one of the integers from 1 to 30.
또한, 상기 소수성 이온성 액체가 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-buyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-propyl-3-methylimidazolium, 1-allyl-3-methylimidazolium, 1,3-diisopropylmethylimidazolium, 1,3-dicyclohexylimidazolium, 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolium, 1,3-bis(1-adamantyl)imidazolium, 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium, 1-butyl-3-(2-pyridinylmethyl)-1H-imidazolium, 및 2-chloro-1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 양이온; 및 bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, chloride, 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate 및 methanesulfonate로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 음이온;을 포함할 수 있다.In addition, the hydrophobic ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-buyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-propyl-3-methylimidazolium, 1-allyl-3-methylimidazolium, 1, 3-diisopropylmethylimidazolium, 1,3-dicyclohexylimidazolium, 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolium, 1,3-bis(1-adamantyl)imidazolium, 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl) At least one cation selected from the group consisting of imidazolium, 1-butyl-3-(2-pyridinylmethyl)-1H-imidazolium, and 2-chloro-1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium; and one or more anions selected from the group consisting of bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, chloride, 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, and methanesulfonate.
또한, 상기 하이드로젤이 아크릴레이트기를 갖는 제2 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제2 가교제를 포함하는 제2 혼합물을 중합하여 생성된 제2 고분자; 및 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액;을 포함할 수 있다.In addition, the hydrogel may include a second polymer produced by polymerizing a second mixture including a second monomer having an acrylate group and a second cross-linking agent having an acrylate group; and a solution containing a hydrophilic monomer and water.
또한, 상기 제2 단량체가 아래 구조식 3으로 표시되는 화합물이고, 상기 제2 가교제가 아래 구조식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the second monomer may be a compound represented by Structural Formula 3 below, and the second crosslinking agent may be a compound represented by Structural Formula 4 below.
[구조식 3][Structural Formula 3]
상기 구조식 3에서,In structural formula 3,
R5는 수산화기(-OH), 또는 아미노기(-NH2)이고,R5 is a hydroxyl group (-OH) or an amino group (-NH2 ),
[구조식 4][Structural Formula 4]
상기 구조식 4에서,In structural formula 4,
R6은 C1 내지 C3 알킬렌기이고,R6 is a C1 to C3 alkylene group,
p는 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이다.p is any integer from 1 to 30.
또한, 상기 친수성 단량체가 글리세롤(glycerol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Additionally, the hydrophilic monomer may include one or more selected from the group consisting of glycerol, ethylene glycol, and propylene glycol.
또한, 상기 봉지막이 열경화성 연신성 고분자를 포함하는 제1 박막; 및 상기 제1 박막 상에 위치하고, 상기 이온 젤 적층체와 마주하고, 열가소성 연신성 고분자를 포함하는 제2 박막;을 포함할 수 있다.Additionally, the encapsulation film may include a first thin film including a thermosetting stretchable polymer; and a second thin film located on the first thin film, facing the ion gel laminate, and comprising a thermoplastic stretchable polymer.
또한, 상기 이온 젤 시스템이 상기 소수성 이온 젤 층과 연결된 전극을 추가로 포함할 수 있다.Additionally, the ion gel system may further include an electrode connected to the hydrophobic ion gel layer.
또한, 상기 소수성 이온 젤 층과 상기 하이드로젤 층이 공유결합을 포함하는 화학적 결합 및 반데르발스 결합을 포함할 수 있다.Additionally, the hydrophobic ion gel layer and the hydrogel layer may include chemical bonds including covalent bonds and van der Waals bonds.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 친수성 단량체, 물, 아크릴레이트기를 갖는 제2 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제2 가교제를 포함하는 하이드로젤 전구체 용액을 가교시켜 하이드로젤을 포함하는 하이드로젤 층을 형성하는 단계; (b) 상기 하이드로젤 층상에 아크릴레이트기를 갖는 제1 단량체, 아크릴레이트기를 갖는 제1 가교제 및 소수성 이온성 액체를 포함하는 소수성 이온 젤 전구체 용액을 가교시켜 상기 하이드로젤 층 상에 소수성 이온 젤 층을 형성하여 이온 젤 적층체를 제조하는 단계; 및 (c) 봉지막 상에 상기 이온 젤 적층체를 위치시키고, 상기 이온 젤 적층체 상에 다른 봉지막을 위치시켜 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 단계;를 포함하고, 상기 이온 젤 적층체는 소수성 이온 젤(hydrophobic ion gel)을 포함하는 소수성 이온 젤 층 및 상기 소수성 이온 젤 층 상에 형성되고, 하이드로젤(hydrogel)을 포함하는 하이드로젤 층을 포함하는 이온 젤 시스템의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) a hydrogel comprising a hydrogel by crosslinking a hydrogel precursor solution containing a hydrophilic monomer, water, a second monomer having an acrylate group, and a second crosslinking agent having an acrylate group. forming a layer; (b) Crosslinking a hydrophobic ion gel precursor solution containing a first monomer having an acrylate group, a first crosslinking agent having an acrylate group, and a hydrophobic ionic liquid on the hydrogel layer to form a hydrophobic ion gel layer on the hydrogel layer. forming an ion gel laminate; and (c) placing the ion gel laminate on an encapsulation film and placing another encapsulation film on the ion gel laminate to encapsulate the ion gel laminate, wherein the ion gel laminate is hydrophobic. A method for manufacturing an ion gel system is provided, including a hydrophobic ion gel layer containing a hydrophobic ion gel and a hydrogel layer formed on the hydrophobic ion gel layer and containing a hydrogel.
또한, 상기 하이드로젤 전구체 용액이 상기 제2 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 제2 가교제 1 내지 10 중량부; 및 상기 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액 400 내지 1,000 중량부;를 포함할 수 있다.In addition, the hydrogel precursor solution contains 1 to 10 parts by weight of the second crosslinking agent based on 100 parts by weight of the second monomer; and 400 to 1,000 parts by weight of a solution containing the hydrophilic monomer and water.
또한, 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액이 상기 제1 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 제1 가교제 0.5 내지 10 중량부; 및 상기 소수성 이온성 액체 20 내지 150 중량부;를 포함할 수 있다.In addition, the hydrophobic ion gel precursor solution contains 0.5 to 10 parts by weight of the first crosslinking agent based on 100 parts by weight of the first monomer; and 20 to 150 parts by weight of the hydrophobic ionic liquid.
또한, 상기 이온 젤 시스템의 제조방법이 상기 단계 (c) 전에, (c') 열경화성 연신성 고분자를 포함하는 제1 박막 상에 열가소성 연신성 고분자를 포함하는 용액을 코팅하여 제2 박막을 형성함으로써 상기 제1 박막 및 상기 제1 박막 상에 위치하는 제2 박막을 포함하는 봉지막을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the ion gel system includes, before step (c), (c') coating a solution containing a thermoplastic stretchable polymer on a first thin film containing a thermosetting stretchable polymer to form a second thin film. It may further include manufacturing an encapsulation film including the first thin film and a second thin film positioned on the first thin film.
또한, 상기 단계 (c)가 (c-1) 상기 봉지막을 복수개 준비하는 단계; (c-2) 복수개의 상기 봉지막 중 어느 하나의 봉지막의 제2 박막 상에 상기 이온 젤 적층체의 복수개의 면 중 어느 하나의 면을 위치시키는 단계; (c-3) 복수개의 상기 봉지막 중 다른 하나의 봉지막의 제2 박막을 상기 단계(c-2)의 제2 박막과 서로 접하게 하면서 상기 이온 젤 적층체의 복수개의 면 중 다른 면에 위치시키는 단계; 및 (c-4) 두 개의 상기 봉지막의 제2 박막이 서로 접한 부분을 열처리하여 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, step (c) includes (c-1) preparing a plurality of the encapsulation films; (c-2) positioning one of the plurality of surfaces of the ion gel laminate on the second thin film of any one of the plurality of encapsulation films; (c-3) positioning the second thin film of another one of the plurality of encapsulating films on the other of the plurality of surfaces of the ion gel laminate while contacting the second thin film of step (c-2). step; and (c-4) encapsulating the ion gel laminate by heat treating a portion where the second thin films of the two encapsulation films are in contact with each other.
본 발명의 이온 젤 시스템은 주변 습도 변화 노출과 관련 없이 일정한 성능을 갖는 효과가 있다.The ionic gel system of the present invention has the effect of having constant performance regardless of exposure to changes in ambient humidity.
또한, 본 발명의 이온 젤 시스템은 습도와 변형에 영향을 받지 않고, 오랜 시간 동안 안정적으로 온도를 감지할 수 있다.Additionally, the ion gel system of the present invention is not affected by humidity and deformation and can stably detect temperature for a long time.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템에서 이온 젤 적층체의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명 하나의 실시예에 따라 이온 젤 적층체를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2c는 본 발명 하나의 실시예에 따라 이온 젤 적층체를 봉지막으로 봉지하여 이온 젤 시스템을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3a는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 이온 젤 시스템의 모식도를 각각 나타낸 것이다.
도 3b는 비교예 1의 R.H. 30 %일 때(1)(흑색), 실시예 1의 R.H. 30 %일 때(2)(적색), 실시예 1의 R.H. 90 %일 때(2)(청색) 및 비교예 2의 R. H. 30 %일 때(3)(녹색)의 72 시간 동안 젤 내 물의 상대적 변화를 나타낸 것이다.
도 3c는 건조한 조건(R.H. 30 %) 및 습한 조건(R.H. 90 %)에서 실시예 1의 소수성 이온 젤의 수분 농도에 대한 시뮬레이션 결과와 실험적으로 측정한 물의 농도 결과 및 건조한 조건(R.H. 30 %)에서 비교예 1의 소수성 이온 젤의 수분 농도를 실험적으로 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 비교예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.
도 4b는 R.H. 90 % 및 실온에서 120 시간 동안 측정한 실시예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.
도 4c는 R.H. 90 %, 100 Hz에서 비교예 1과 실시예 1의 상대 임피던스(Z/Z0) 변화를 나타낸 것이다.
도 4d는 도 4a의 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 측정 후, R.H. 30 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 비교예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.
도 4e는 도 4b의 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 측정 후, R.H. 30 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 실시예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.
도 4f는 R.H. 90 %, 100 Hz에서 비교예 1과 실시예 1의 상대 임피던스(Z/Z0) 변화를 나타낸 것이다.
도 5a는 스트레칭 및 가열에 따른 본 발명의 이온 젤 시스템의 전기적 특성 변화를 보여주는 모식도이다.
도 5b는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 ε = 50 % 일축 스트레칭 전후 이미지이다.
도 5c는 스트레칭 및 가열에 의한 본 발명의 이온 젤 시스템의 임피던스 프로파일 이동을 보여주는 Bode plot을 나타낸 것이다.
도 5d는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 건조 조건에서 신축 없이 온도에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5e는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 습한 조건에서 신축 없이 온도에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5f는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 습한 조건 및 신축 ε = 50 %에서 온도에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5g는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 신축 없이 건조하고 습한 조건에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.
도 5h는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 신축(ε = 50 %) 상태의 습한 조건에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.
도 6a는 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템의 습도 독립성을 입증하기 위해 두 가지 환경(수조에 담금, 및 핫 플레이트 위에 놓음)에서 온도를 측정할 때의 모식도를 나타낸 것이다.
도 6b는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 상기 도 6a와 같은 두 가지 환경에서 각각 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.
도 6c는 상기 도 6a와 같은 두 가지 환경을 반복하는 동안 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템(적색 실선)과 IR camera(검은색 점선)로 측정된 온도를 나타낸 것이다.
도 6d는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템을 팔꿈치에 부착한 상태, 이후 팔굽혀펴기 100회를 진행한 상태, 및 이후 10분 휴식한 상태 각각의 IR camera 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6e는 상기 도 6d의 세 가지 상태에서 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템으로 측정된 온도와 IR camera로 측정된 온도 결과를 나타낸 것이다.
도 6f는 실시예 1의 이온 젤 시스템을 사용하여 다양한 조건(humid chamber, hot plate, water bath, 및 skin)에서 4일 동안 온도 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6g는 실시예 1의 이온 젤 시스템을 사용하여 다양한 조건(humid chamber, hot plate, water bath, 및 skin)에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be interpreted as limited to the attached drawings.
Figure 1 shows a schematic diagram of an ion gel system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a shows a schematic diagram of an ion gel laminate in an ion gel system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel laminate according to one embodiment of the present invention.
Figure 2c is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel system by encapsulating the ion gel laminate with an encapsulation film according to one embodiment of the present invention.
Figure 3a shows schematic diagrams of the ion gel systems of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
Figure 3b shows the RH of Comparative Example 1 at 30% (1) (black), Example 1 at RH 30% (2) (red), and Example 1 at RH 90% (2) (blue). and Comparative Example 2 shows the relative change in water in the gel for 72 hours at RH 30% (3) (green).
Figure 3c shows simulation results and experimentally measured water concentration results for the water concentration of the hydrophobic ionic gel of Example 1 under dry conditions (RH 30%) and humid conditions (RH 90%) and dry conditions (RH 30%). The results of experimentally measuring the water concentration of the hydrophobic ion gel of Comparative Example 1 are shown.
Figure 4a shows the EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Comparative Example 1 measured at RH 90% (room temperature) for 120 hours.
Figure 4b shows the EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Example 1 measured at RH 90% and room temperature for 120 hours.
Figure 4c shows the relative impedance (Z/Z0 ) change of Comparative Example 1 and Example 1 at 90% RH and 100 Hz.
Figure 4d shows the EIS profile for the hydrophobic ion gel of Comparative Example 1 measured at RH 30% (room temperature) for 120 hours after the measurement in Figure 4a at RH 90% (room temperature) for 120 hours.
Figure 4e shows the EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Example 1 measured at RH 30% (room temperature) for 120 hours after the measurement in Figure 4b at RH 90% (room temperature) for 120 hours.
Figure 4f shows the relative impedance (Z/Z0 ) change of Comparative Example 1 and Example 1 at RH 90% and 100 Hz.
Figure 5a is a schematic diagram showing changes in electrical properties of the ion gel system of the present invention according to stretching and heating.
Figure 5b is an image of the ionic gel system prepared according to Example 1 before and after ε = 50% uniaxial stretching.
Figure 5c shows a Bode plot showing the impedance profile shift of the ionic gel system of the present invention by stretching and heating.
Figure 5d shows the impedance profile according to temperature without stretching of the ionic gel system prepared according to Example 1 under dry conditions.
Figure 5e shows the impedance profile according to temperature of the ionic gel system prepared according to Example 1 without stretching in humid conditions.
Figure 5f shows the impedance profile as a function of temperature for the ionic gel system prepared according to Example 1 in wet conditions and stretching ε = 50%.
Figure 5g shows the change in In(τ-1 ) in dry and wet conditions without stretching of the ionic gel system prepared according to Example 1.
Figure 5h shows the change in In(τ-1 ) under wet conditions in the stretched (ε = 50%) state of the ionic gel system prepared according to Example 1.
Figure 6a shows a schematic diagram when measuring temperature in two environments (immersed in a water bath and placed on a hot plate) to prove the humidity independence of the ion gel system according to one embodiment of the present invention.
Figure 6b shows the change in In(τ-1 ) of the ion gel system prepared according to Example 1 in two environments as shown in Figure 6a.
Figure 6c shows the temperature measured by the ion gel system (red solid line) prepared according to Example 1 and the IR camera (black dotted line) while repeating the two environments as shown in Figure 6a.
Figure 6d shows the IR camera measurement results when the ion gel system prepared according to Example 1 was attached to the elbow, then 100 push-ups were performed, and after 10 minutes of rest.
Figure 6e shows the temperature measured with the ion gel system manufactured according to Example 1 and the temperature measured with an IR camera in the three states of Figure 6d.
Figure 6f shows the results of temperature measurements for 4 days under various conditions (humid chamber, hot plate, water bath, and skin) using the ion gel system of Example 1.
Figure 6g shows the change in In(τ-1 ) under various conditions (humid chamber, hot plate, water bath, and skin) using the ion gel system of Example 1.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that numbers, steps, operations, components, or combinations thereof do not preclude the existence or addition possibility.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., which will be used below, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when a component is referred to as being "formed" or "laminated" on another component, it may be formed or laminated directly on the entire surface or one side of the surface of the other component, but may also mean that the component is "formed" or "laminated" on another component. It should be understood that other components may exist.
이하, 습도 변화에 영향을 받지 않는 이온 젤 시스템 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the ion gel system that is not affected by changes in humidity and its manufacturing method will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템의 모식도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of an ion gel system according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명은 이온 젤 적층체; 및 상기 이온 젤 적층체의 표면의 전부 또는 일부 상에 형성되고, 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 봉지막;을 포함하고, 상기 이온 젤 적층체는 소수성 이온 젤(hydrophobic ion gel)을 포함하는 소수성 이온 젤 층 및 상기 소수성 이온 젤 층 상에 형성되고, 하이드로젤(hydrogel)을 포함하는 하이드로젤 층을 포함하는 것인 이온 젤 시스템을 제공한다.Referring to Figure 1, the present invention includes an ion gel laminate; and an encapsulation film formed on all or part of the surface of the ion gel laminate and encapsulating the ion gel laminate. The ion gel laminate includes a hydrophobic ion gel including a hydrophobic ion gel. An ion gel system is provided, comprising an ion gel layer and a hydrogel layer formed on the hydrophobic ion gel layer and including a hydrogel.
또한, 상기 소수성 이온 젤이 물을 추가로 포함하고, 상기 소수성 이온 젤이 물로 포화된(water-saturated) 것일 수 있다.Additionally, the hydrophobic ionic gel may further include water, and the hydrophobic ionic gel may be water-saturated.
또한, 상기 하이드로젤의 물이 상기 소수성 이온 젤로 확산함에 의해 상기 소수성 이온 젤이 물로 포화된 상태를 유지하는 것일 수 있다.In addition, the water in the hydrogel may diffuse into the hydrophobic ion gel, thereby maintaining the hydrophobic ion gel saturated with water.
또한, 상기 소수성 이온 젤이 아크릴레이트기를 갖는 제1 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제1 가교제를 포함하는 제1 혼합물을 중합하여 생성된 제1 고분자; 및 소수성 이온성 액체;를 포함할 수 있다.In addition, the hydrophobic ion gel may include a first polymer produced by polymerizing a first mixture including a first monomer having an acrylate group and a first cross-linking agent having an acrylate group; and a hydrophobic ionic liquid.
또한, 상기 제1 단량체가 아래 구조식 1로 표시되는 화합물이고, 상기 제1 가교제가 아래 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the first monomer may be a compound represented by Structural Formula 1 below, and the first crosslinking agent may be a compound represented by Structural Formula 2 below.
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
R1은 C1 내지 C10 알킬기이고,R1 is a C1 to C10 alkyl group,
[구조식 2][Structural Formula 2]
상기 구조식 2에서,In structural formula 2,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5 알킬기이고,R2 is a hydrogen atom or a C1 to C5 alkyl group,
R3은 C1 내지 C5 알킬렌기이고,R3 is a C1 to C5 alkylene group,
R4는 C1 내지 C5 알킬기이고,R4 is a C1 to C5 alkyl group,
n은 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이고,n is any integer from 1 to 30,
m은 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이다.m is any one of the integers from 1 to 30.
또한, 상기 소수성 이온성 액체가 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-buyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-propyl-3-methylimidazolium, 1-allyl-3-methylimidazolium, 1,3-diisopropylmethylimidazolium, 1,3-dicyclohexylimidazolium, 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolium, 1,3-bis(1-adamantyl)imidazolium, 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium, 1-butyl-3-(2-pyridinylmethyl)-1H-imidazolium, 및 2-chloro-1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 양이온; 및 bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, chloride, 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate 및 methanesulfonate로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 음이온;을 포함할 수 있고, 바람직하게는 양이온이 1-buyl-3-methylimidazolium, 음이온이 tetrafluoroborate인 BMIM:TSFI를 포함할 수 있다.In addition, the hydrophobic ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-buyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-propyl-3-methylimidazolium, 1-allyl-3-methylimidazolium, 1, 3-diisopropylmethylimidazolium, 1,3-dicyclohexylimidazolium, 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolium, 1,3-bis(1-adamantyl)imidazolium, 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl) At least one cation selected from the group consisting of imidazolium, 1-butyl-3-(2-pyridinylmethyl)-1H-imidazolium, and 2-chloro-1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolium; and one or more anions selected from the group consisting of bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, chloride, 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, and methanesulfonate; Preferably, the cation is 1-buyl-3. -methylimidazolium, may include BMIM:TSFI where the anion is tetrafluoroborate.
또한, 상기 하이드로젤이 아크릴레이트기를 갖는 제2 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제2 가교제를 포함하는 제2 혼합물을 중합하여 생성된 제2 고분자; 및 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액;을 포함할 수 있다.In addition, the hydrogel may include a second polymer produced by polymerizing a second mixture including a second monomer having an acrylate group and a second cross-linking agent having an acrylate group; and a solution containing a hydrophilic monomer and water.
또한, 상기 제2 단량체가 아래 구조식 3으로 표시되는 화합물이고, 상기 제2 가교제가 아래 구조식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the second monomer may be a compound represented by Structural Formula 3 below, and the second crosslinking agent may be a compound represented by Structural Formula 4 below.
[구조식 3][Structural Formula 3]
상기 구조식 3에서,In structural formula 3,
R5는 수산화기(-OH), 또는 아미노기(-NH2)이고,R5 is a hydroxyl group (-OH) or an amino group (-NH2 ),
[구조식 4][Structural Formula 4]
상기 구조식 4에서,In structural formula 4,
R6은 C1 내지 C3 알킬렌기이고,R6 is a C1 to C3 alkylene group,
p는 1 내지 30의 정수 중 어느 하나이다.p is any integer from 1 to 30.
또한, 상기 친수성 단량체가 글리세롤(glycerol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 글리세롤을 포함할 수 있다.Additionally, the hydrophilic monomer may include one or more selected from the group consisting of glycerol, ethylene glycol, and propylene glycol, and preferably includes glycerol.
또한, 상기 봉지막이 열경화성 연신성 고분자를 포함하는 제1 박막; 및 상기 제1 박막 상에 위치하고, 상기 이온 젤 적층체와 마주하고, 열가소성 연신성 고분자를 포함하는 제2 박막;을 포함할 수 있다.Additionally, the encapsulation film may include a first thin film including a thermosetting stretchable polymer; and a second thin film located on the first thin film, facing the ion gel laminate, and comprising a thermoplastic stretchable polymer.
또한, 상기 열경화성 연신성 고분자가 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무, 플루오로엘라스토머(Fluoroelastomer), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), 열경화성 폴리우레탄, 에코플렉스(ecoflex) 및 드래곤 스킨(dragon skin)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함할 수 있다.In addition, the thermosetting stretchable polymer is polydimethylsiloxane (PDMS), polyacrylate, polymethyl acrylate, polyurethane rubber, silicone rubber, fluoroelastomer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer ( It may include one or more selected from the group consisting of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), thermosetting polyurethane, ecoflex, and dragon skin, and is preferably polydimethylsiloxane (PDMS). may include.
또한, 상기 열가소성 연신성 고분자가 스티렌-이소부틸렌-스티렌(SiBS) 블록 공중합체, 스티렌-부타다이엔-스티렌(SBS) 블록공중합체, 스티렌-이소프로필렌-스티렌(SIS) 블록공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS) 블록공중합체 및 메틸메타아크릴레이트-부틸아크릴레이트-스티렌(MBS) 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 스티렌-이소부틸렌-스티렌(SiBS) 블록 공중합체를 포함할 수 있다.In addition, the thermoplastic stretchable polymer is styrene-isobutylene-styrene (SiBS) block copolymer, styrene-butadiene-styrene (SBS) block copolymer, styrene-isopropylene-styrene (SIS) block copolymer, and styrene. -It may contain at least one member selected from the group consisting of ethylene-butylene-styrene (SEBS) block copolymer and methyl methacrylate-butylacrylate-styrene (MBS) block copolymer, preferably styrene- It may include isobutylene-styrene (SiBS) block copolymer.
또한, 상기 이온 젤 시스템이 상기 소수성 이온 젤 층과 연결된 전극을 추가로 포함할 수 있다. 상세하게는, 상기 전극이 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 봉지막 사이로 빠져나와 외부와 전기적으로 연결할 수 있다.Additionally, the ion gel system may further include an electrode connected to the hydrophobic ion gel layer. In detail, the electrode may come out between the encapsulation film that encapsulates the ion gel laminate and be electrically connected to the outside.
또한, 상기 소수성 이온 젤 층과 상기 하이드로젤 층이 공유결합을 포함하는 화학적 결합 및 반데르발스 결합을 포함할 수 있다.Additionally, the hydrophobic ion gel layer and the hydrogel layer may include chemical bonds including covalent bonds and van der Waals bonds.
도 2a는 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템에서 이온 젤 적층체의 모식도를 나타낸 것이고, 도 2b는 본 발명 하나의 실시예에 따라 이온 젤 적층체를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이고, 도 2c는 본 발명 하나의 실시예에 따라 이온 젤 적층체를 봉지막으로 봉지하여 이온 젤 시스템을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.Figure 2a is a schematic diagram of an ion gel laminate in an ion gel system according to an embodiment of the present invention, and Figure 2b is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel laminate according to an embodiment of the present invention. 2c is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel system by encapsulating the ion gel laminate with an encapsulation film according to one embodiment of the present invention.
도 2a 내지 2c를 참고하면, 본 발명은 (a) 친수성 단량체, 물, 아크릴레이트기를 갖는 제2 단량체 및 아크릴레이트기를 갖는 제2 가교제를 포함하는 하이드로젤 전구체 용액을 가교시켜 하이드로젤을 포함하는 하이드로젤 층을 형성하는 단계; (b) 상기 하이드로젤 층상에 아크릴레이트기를 갖는 제1 단량체, 아크릴레이트기를 갖는 제1 가교제 및 소수성 이온성 액체를 포함하는 소수성 이온 젤 전구체 용액을 가교시켜 상기 하이드로젤 층 상에 소수성 이온 젤 층을 형성하여 이온 젤 적층체를 제조하는 단계; 및 (c) 봉지막 상에 상기 이온 젤 적층체를 위치시키고, 상기 이온 젤 적층체 상에 다른 봉지막을 위치시켜 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 단계;를 포함하고, 상기 이온 젤 적층체는 소수성 이온 젤(hydrophobic ion gel)을 포함하는 소수성 이온 젤 층 및 상기 소수성 이온 젤 층 상에 형성되고, 하이드로젤(hydrogel)을 포함하는 하이드로젤 층을 포함하는 것인 이온 젤 시스템의 제조방법을 제공한다.Referring to Figures 2a to 2c, the present invention (a) crosslinks a hydrogel precursor solution containing a hydrophilic monomer, water, a second monomer having an acrylate group, and a second crosslinking agent having an acrylate group to produce a hydrogel containing the hydrogel. forming a gel layer; (b) Crosslinking a hydrophobic ion gel precursor solution containing a first monomer having an acrylate group, a first crosslinking agent having an acrylate group, and a hydrophobic ionic liquid on the hydrogel layer to form a hydrophobic ion gel layer on the hydrogel layer. forming an ion gel laminate; and (c) placing the ion gel laminate on an encapsulation film and placing another encapsulation film on the ion gel laminate to encapsulate the ion gel laminate, wherein the ion gel laminate is hydrophobic. A method for manufacturing an ion gel system is provided, comprising a hydrophobic ion gel layer containing a hydrophobic ion gel and a hydrogel layer formed on the hydrophobic ion gel layer and containing a hydrogel. .
또한, 상기 하이드로젤 전구체 용액이 상기 제2 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 제2 가교제 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 제2 가교제가 1 중량부 미만으로 포함될 경우 가교가 충분히 진행되지 않아 스스로 형태를 유지할 수 있는 하이드로젤을 형성하기 어려우므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과할 경우 가교가 과하게 진행되어 연신성이 매우 떨어져 바람직하지 않다.Additionally, the hydrogel precursor solution may include 1 to 10 parts by weight of the second crosslinking agent based on 100 parts by weight of the second monomer. If the second cross-linking agent is included in less than 1 part by weight, cross-linking does not proceed sufficiently and it is difficult to form a hydrogel that can maintain its shape, which is not preferable. If it exceeds 10 parts by weight, cross-linking progresses excessively, resulting in very poor stretchability. Off is not desirable.
또한, 상기 하이드로젤 전구체 용액이 상기 제2 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액 400 내지 1,000 중량부를 포함할 수 있다. 상기 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액이 400 중량부 미만으로 포함될 경우 이후 하이드로젤에서 소수성 이온 젤로 수분이 충분하게 확산되지 못하여 상기 소수성 이온 젤이 물로 포화된 상태를 유지하기 어려우므로 바람직하지 않고, 1,000 중량부를 초과할 경우 수분이 과도하게 많아 형태를 스스로 유지할 수 있는 하이드로젤을 형성하기 어려우므로 바람직하지 않다.Additionally, the hydrogel precursor solution may include 400 to 1,000 parts by weight of a solution containing the hydrophilic monomer and water based on 100 parts by weight of the second monomer. If the solution containing the hydrophilic monomer and water is contained in an amount of less than 400 parts by weight, it is not preferable because it is difficult to maintain the hydrophobic ion gel saturated with water because the moisture cannot sufficiently diffuse from the hydrogel to the hydrophobic ion gel. If it exceeds parts by weight, it is undesirable because it contains too much moisture and makes it difficult to form a hydrogel that can maintain its shape.
또한, 상기 친수성 단량체 및 물을 포함하는 용액이 상기 물 100 중량부를 기준으로 상기 친수성 단량체 0.5 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 상기 친수성 단량체는 건조한 환경에서 하이드로젤이 수분을 오래 유지할 수 있도록 해준다. 상기 친수성 단량체가 0.5 중량부 미만일 경우 친수성 단량체에 의한 수분의 증발 방지 효과가 충분하지 못하여 바람직하지 않고, 30 중량부를 초과할 경우 친수성 단량체에 의한 흡습 효과가 과도하여 소수성 이온젤의 수분 포화가 발생하지 않아 바람직하지 않다.Additionally, a solution containing the hydrophilic monomer and water may contain 0.5 to 30 parts by weight of the hydrophilic monomer based on 100 parts by weight of the water. The hydrophilic monomer allows the hydrogel to retain moisture for a long time in a dry environment. If the hydrophilic monomer is less than 0.5 parts by weight, the effect of preventing moisture evaporation by the hydrophilic monomer is not sufficient, which is not desirable, and if it exceeds 30 parts by weight, the moisture absorption effect by the hydrophilic monomer is excessive, so water saturation of the hydrophobic ion gel does not occur. It is not desirable.
또한, 상기 하이드로젤 전구체 용액이 개시제를 추가로 포함하고, 상기 하이드로젤 전구체 용액이 상기 제2 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 개시제를 1 내지 10 중량부 포함할 수 있다. 상기 개시제가 1 중량부 미만일 경우 상기 제2 단량체가 충분히 가교되지 않아 하이드로젤 형성이 어려우므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과할 경우 가교 반응 후에도 가교제가 과하게 남아 전기화학적 부반응을 일으켜 바람직하지 않다.In addition, the hydrogel precursor solution may further include an initiator, and the hydrogel precursor solution may include 1 to 10 parts by weight of the initiator based on 100 parts by weight of the second monomer. If the amount of the initiator is less than 1 part by weight, it is undesirable because the second monomer is not sufficiently crosslinked, making it difficult to form a hydrogel. If it exceeds 10 parts by weight, the crosslinking agent remains excessively after the crosslinking reaction, causing an electrochemical side reaction, which is undesirable.
또한, 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액이 상기 제1 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 제1 가교제 0.5 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 제1 가교제가 0.5 중량부 미만으로 포함될 경우 가교가 충분히 진행되지 않아 소수성 이온 젤을 형성하기 어려우므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과할 경우 가교 반응 후에도 가교제가 과하게 남아 전기화학적 부반응을 일으켜 바람직하지 않다.Additionally, the hydrophobic ion gel precursor solution may include 0.5 to 10 parts by weight of the first crosslinking agent based on 100 parts by weight of the first monomer. If the first cross-linking agent is included in an amount of less than 0.5 parts by weight, it is undesirable because cross-linking does not proceed sufficiently and it is difficult to form a hydrophobic ionic gel. If it exceeds 10 parts by weight, the cross-linking agent remains excessively after the cross-linking reaction and causes an electrochemical side reaction, which is undesirable. .
또한, 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액이 상기 제1 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 소수성 이온성 액체 20 내지 150 중량부를 포함할 수 있다. 상기 소수성 이온성 액체가 20 중량부 미만으로 포함될 경우 최종적으로 제조된 이온 젤 시스템의 민감도가 감소하여 바람직하지 않고, 150 중량부를 초과할 경우 이온성 액체가 과도하게 많아 소수성 이온 젤이 형태를 스스로 유지할 수 없으며 투입되는 소수성 이온성 액체량 대비 전기적 효과의 증가가 미미하여 경제적으로 바람직하지 않다.In addition, the hydrophobic ionic gel precursor solution may contain 20 to 150 parts by weight of the hydrophobic ionic liquid based on 100 parts by weight of the first monomer. If the hydrophobic ionic liquid is contained in an amount less than 20 parts by weight, the sensitivity of the finally manufactured ion gel system decreases, which is undesirable, and if it exceeds 150 parts by weight, the ionic liquid is too much, so the hydrophobic ion gel cannot maintain its shape by itself, and the increase in electrical effect relative to the amount of hydrophobic ionic liquid introduced is minimal, which is economically undesirable.
또한, 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액이 개시제를 추가로 포함하고, 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액이 상기 제1 단량체 100 중량부를 기준으로 상기 개시제를 1 내지 10 중량부 포함할 수 있다. 상기 개시제가 1 중량부 미만일 경우 상기 제1 단량체가 충분히 가교되지 않아 소수성 이온 젤 형성이 어려우므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과할 경우 가교 반응 후에도 가교제가 과하게 남아 전기화학적 부반응을 일으켜 바람직하지 않다.In addition, the hydrophobic ion gel precursor solution may further include an initiator, and the hydrophobic ion gel precursor solution may include 1 to 10 parts by weight of the initiator based on 100 parts by weight of the first monomer. If the amount of the initiator is less than 1 part by weight, the first monomer is not sufficiently crosslinked, making it difficult to form a hydrophobic ion gel, which is undesirable. If it exceeds 10 parts by weight, the crosslinking agent remains excessively after the crosslinking reaction, causing an electrochemical side reaction, which is undesirable.
또한, 상기 이온 젤 시스템의 제조방법이 상기 단계 (c) 전에, (c') 열경화성 연신성 고분자를 포함하는 제1 박막 상에 열가소성 연신성 고분자를 포함하는 용액을 코팅하여 제2 박막을 형성함으로써 상기 제1 박막 및 상기 제1 박막상에 위치하는 제2 박막을 포함하는 봉지막을 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the ion gel system includes, before step (c), (c') coating a solution containing a thermoplastic stretchable polymer on a first thin film containing a thermosetting stretchable polymer to form a second thin film. It may further include manufacturing an encapsulation film including the first thin film and a second thin film positioned on the first thin film.
또한, 상기 단계 (c)가 (c-1) 상기 봉지막을 복수개 준비하는 단계; (c-2) 복수개의 상기 봉지막 중 어느 하나의 봉지막의 제2 박막 상에 상기 이온 젤 적층체의 복수개의 면 중 어느 하나의 면을 위치시키는 단계; (c-3) 복수개의 상기 봉지막 중 다른 하나의 봉지막의 제2 박막을 상기 단계 (c-2)의 제2 박막과 서로 접하게 하면서 상기 이온 젤 적층체의 복수개의 면 중 다른 면에 위치시키는 단계; 및 (c-4) 두 개의 상기 봉지막의 제2 박막이 서로 접한 부분을 열처리하여 상기 이온 젤 적층체를 봉지하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, step (c) includes (c-1) preparing a plurality of the encapsulation films; (c-2) positioning one of the plurality of surfaces of the ion gel laminate on the second thin film of any one of the plurality of encapsulation films; (c-3) positioning the second thin film of another one of the plurality of encapsulating films on the other of the plurality of surfaces of the ion gel laminate while contacting the second thin film of step (c-2). step; and (c-4) encapsulating the ion gel laminate by heat treating a portion where the second thin films of the two encapsulation films are in contact with each other.
[실시예][Example]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments. However, this is for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention.
이온 젤 시스템 제조Ion Gel System Manufacturing
실시예 1: 이온 젤 적층체 + PDMS/SiBS 봉지막Example 1: Ion gel laminate + PDMS/SiBS encapsulation film
도 1은 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템의 모식도를 나타낸 것이고, 도 2a는 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 시스템에서 이온 젤 적층체의 모식도를 나타낸 것이고, 도 2b는 본 발명 하나의 실시예에 따른 이온 젤 적층체를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이고, 도 2c는 본 발명 하나의 실시예에 따라 이온 젤 적층체를 봉지막으로 봉지하여 이온 젤 시스템을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다. 도 1, 2a 내지 2c를 참고하여 실시예 1의 이온 젤 적층체 + PDMS/SiBS 봉지막의 이온 젤 시스템을 제조하였다.Figure 1 shows a schematic diagram of an ion gel system according to an embodiment of the present invention, Figure 2a shows a schematic diagram of an ion gel laminate in an ion gel system according to an embodiment of the present invention, and Figure 2b shows a schematic diagram of an ion gel laminate according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel laminate according to an embodiment of the present invention, and Figure 2c is a schematic diagram showing the process of manufacturing an ion gel system by encapsulating the ion gel laminate with an encapsulation film according to an embodiment of the present invention. am. Referring to FIGS. 1, 2a to 2c, an ion gel system consisting of the ion gel laminate of Example 1 + PDMS/SiBS encapsulation film was prepared.
먼저 Acrylamide (Aam) (> 99%, Sigma Aldrich), poly(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA) (Sigma Aldrich), 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP) (Sigma Aldrich), 그리고 glycerol 수용액 (8 wt%) (Sigma Aldrich)를 150 : 3 : 4 : 1150의 중량비로 혼합하여 하이드로젤 전구체 용액을 제조하였다.First, acrylamide (Aam) (>99%, Sigma Aldrich), poly(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA) (Sigma Aldrich), 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP) (Sigma Aldrich), and glycerol aqueous solution (8 wt%) (Sigma Aldrich) was mixed at a weight ratio of 150:3:4:1150 to prepare a hydrogel precursor solution.
다음으로, Butyl acrylate (BA) (Sigma Aldrich), poly(propylene glycol) diacrylate (PPG-DA) (Mn = 800, Sigma Aldrich), HMPP (Sigma Aldrich), 그리고 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMIM:TFSI) (> 98%, Sigma Aldrich)을 60 : 1 : 1 : 40 중량비로 혼합하여 소수성 이온 젤 전구체 용액을 제조하였다.Next, butyl acrylate (BA) (Sigma Aldrich), poly(propylene glycol) diacrylate (PPG-DA) (Mn = 800, Sigma Aldrich), HMPP (Sigma Aldrich), and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl )imide (BMIM:TFSI) (> 98%, Sigma Aldrich) was mixed at a weight ratio of 60:1:1:40 to prepare a hydrophobic ion gel precursor solution.
상기 하이드로젤 전구체 용액(440 μL)을 스테인리스 스틸 몰드(10 mm x 30 mm x 2 mm)에 붓고 UV 조사(72.8 mW, 365 nm)를 100 초 동안 조사하여 하이드로젤을 포함하는 하이드로젤 층을 형성하였다. 이후 상기 소수성 이온 젤 전구체 용액(280 μL)을 몰드 내의 상기 하이드로젤 층 상에 붓고 UV를 120 초 동안 조사하여 소수성 이온 젤을 포함하는 소수성 이온 젤 층을 형성하였다.The hydrogel precursor solution (440 μL) was poured into a stainless steel mold (10 mm x 30 mm x 2 mm) and irradiated with UV irradiation (72.8 mW, 365 nm) for 100 seconds to form a hydrogel layer containing the hydrogel. did. Thereafter, the hydrophobic ion gel precursor solution (280 μL) was poured onto the hydrogel layer in the mold and UV was irradiated for 120 seconds to form a hydrophobic ion gel layer containing the hydrophobic ion gel.
Polystyrene-block-poly(isobutylene)-block-polystyrene (SiBS) (SIBSTAR 103T, Kaneka, Japan)을 toluene (Samchun, Korea)에 15 wt%로 용해시켰다. 상기 SiBS 용액을 스핀 코팅하여 SiBS 필름 (30 μm)을 제작하고 PDMS(10 : 1, SYLGARD 184, Dow chemical)를 스핀 코팅하고 130 ℃에서 1.5 시간 동안 열 경화시켜 PDMS/SiBS 필름을 두 개 준비하였다.Polystyrene-block-poly(isobutylene)-block-polystyrene (SiBS) (SIBSTAR 103T, Kaneka, Japan) was dissolved in toluene (Samchun, Korea) at 15 wt%. The SiBS solution was spin-coated to produce a SiBS film (30 μm), and PDMS (10:1, SYLGARD 184, Dow chemical) was spin-coated and heat-cured at 130°C for 1.5 hours to prepare two PDMS/SiBS films. .
하이드로젤 층/소수성 이온 젤 층의 이온 젤 적층체를 두 개의 PDMS/SiBS 필름 중 어느 하나의 PDMS/SiBS 필름의 SiBS 필름 상으로 옮긴다. 두 개의 PDMS/SiBS 필름 중 다른 하나의 PDMS/SiBS 필름의 SiBS 필름이 상기 이온 젤 적층체를 덮도록 위치시킨 후, 140 ℃에서 다림질하여 밀봉함으로써 이온 젤 시스템을 제조하였다.The ion gel stack of hydrogel layer/hydrophobic ion gel layer is transferred onto the SiBS film of either of the two PDMS/SiBS films. An ion gel system was manufactured by placing the SiBS film of the other of the two PDMS/SiBS films to cover the ion gel laminate and then sealing it by ironing at 140°C.
비교예 1: 소수성 이온 젤 단일층 + PDMS/SiBS 봉지막Comparative Example 1: Hydrophobic ion gel single layer + PDMS/SiBS encapsulation film
도 3a는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 이온 젤 시스템의 모식도를 각각 나타낸 것이다. 도 3a에서 (1)이 비교예 1이고, (2)가 실시예 1, (3)이 비교예 2의 모식도를 나타낸 것이다. 도 3a의 (1)을 참고하여 비교예 1을 제조하였다.Figure 3a shows schematic diagrams of the ion gel systems of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. In FIG. 3A, (1) is a schematic diagram of Comparative Example 1, (2) is Example 1, and (3) is a schematic diagram of Comparative Example 2. Comparative Example 1 was prepared with reference to (1) in FIG. 3A.
상세하게는, 하이드로젤 층/소수성 이온 젤 층의 이온 젤 적층체를 사용한 것 대신에, 소수성 이온 젤 단일층만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이온 젤 시스템을 제조하였다.In detail, an ion gel system was prepared in the same manner as in Example 1, except that instead of using an ion gel laminate of a hydrogel layer/hydrophobic ion gel layer, only a hydrophobic ion gel single layer was used.
비교예 2: 이온 젤 적층체 + PDMS 봉지막Comparative Example 2: Ion gel laminate + PDMS encapsulation film
도 3a는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 이온 젤 시스템의 모식도를 각각 나타낸 것이다. 도 3a에서 (1)이 비교예 1이고, (2)가 실시예 1, (3)이 비교예 2의 모식도를 나타낸 것이다. 도 3a의 (3)을 참고하여 비교예 1을 제조하였다.Figure 3a shows schematic diagrams of the ion gel systems of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. In FIG. 3A, (1) is a schematic diagram of Comparative Example 1, (2) is Example 1, and (3) is a schematic diagram of Comparative Example 2. Comparative Example 1 was prepared with reference to (3) in FIG. 3A.
상세하게는, PDMS/SiBS 필름을 봉지막으로 사용한 것 대신에, PDMS 필름을 봉지막으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이온 젤 시스템을 제조하였다.In detail, an ion gel system was manufactured in the same manner as Example 1, except that instead of using the PDMS/SiBS film as the encapsulation film, a PDMS film was used as the encapsulation film.
[시험예][Test example]
시험예 1: 이온 젤 시스템의 시간 대비 수분 포화 유지 확인Test Example 1: Confirmation of maintaining water saturation over time of the ion gel system
도 3b는 비교예 1의 R.H. 30 %일 때(1)(흑색), 실시예 1의 R.H. 30 %일 때(2)(적색), 실시예 1의 R.H. 90 %일 때(2)(청색) 및 비교예 2의 R. H. 30 %일 때(3)(녹색)의 72 시간 동안 젤 내 물의 상대적 변화를 나타낸 것이다. 상세하게는 72 시간 동안 25 ℃에서 각각 젤의 초기 중량과 젤의 중량 변화를 측정하여 나타낸 것이다.Figure 3b shows R.H. of Comparative Example 1. At 30% (1) (black), R.H. of Example 1 At 30% (2) (red), R.H. of Example 1 This shows the relative change in water in the gel over 72 hours at 90% (2) (blue) and R.H. of Comparative Example 2 (3) (green) at 30%. In detail, the initial weight of the gel and the change in weight of the gel were measured at 25°C for 72 hours.
도 3b에 따르면, 건조한 조건(R.H. 30 %)에서 72 시간 후 실시예 1은 10 %의 수분 손실이 관찰되었으며, 습한 조건(R.H. 90 %)에서는 5 %의 손실만 측정된 것을 확인할 수 있다. 반면 비교예 1은 건조한 조건(R.H. 30 %)에서 72 시간 후 80 %의 수분 손실이 나타났으며, 비교예 2는 건조한 조건(R.H. 30 %)에서 72 시간 후 수분이 완전히 손실된 것을 확인할 수 있다.According to Figure 3b, it can be seen that in Example 1, 10% moisture loss was observed after 72 hours in dry conditions (R.H. 30%), and only 5% loss was measured in humid conditions (R.H. 90%). On the other hand, Comparative Example 1 showed 80% moisture loss after 72 hours under dry conditions (R.H. 30%), and Comparative Example 2 showed complete loss of moisture after 72 hours under dry conditions (R.H. 30%). .
도 3c는 건조한 조건(R.H. 30 %) 및 습한 조건(R.H. 90 %)에서 실시예 1의 소수성 이온 젤의 수분 농도에 대한 시뮬레이션 결과와 실험적으로 측정한 물의 농도 결과 및 건조한 조건(R.H. 30 %)에서 비교예 1의 소수성 이온 젤의 수분 농도를 실험적으로 측정한 결과를 나타낸 것이다.Figure 3c shows simulation results for the water concentration of the hydrophobic ionic gel of Example 1 under dry conditions (R.H. 30%) and humid conditions (R.H. 90%) and experimentally measured water concentration results and dry conditions (R.H. 30%). The results of experimentally measuring the water concentration of the hydrophobic ion gel of Comparative Example 1 are shown.
도 3c에 따르면, 실시예 1의 소수성 이온 젤은 시뮬레이션된 물 농도의 시간적 변화(실선)와 실제 실험적으로 측정한 결과(점선)가 매우 일치하며 건조 및 습한 조건 모두 무시할 수 있는 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 3c, the hydrophobic ionic gel of Example 1 shows a close match between the simulated temporal change in water concentration (solid line) and the actual experimentally measured result (dotted line), showing negligible change in both dry and wet conditions. You can.
시험예 2: 이온 젤 시스템의 임피던스 프로파일 확인Test Example 2: Checking the impedance profile of the ion gel system
도 4a는 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 비교예 1의 소수성 이온 젤에 대한 전기화학적 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy, EIS) 프로파일을 나타낸 것이고, 도 4b는 R.H. 90 % 및 실온에서 120 시간 동안 측정한 실시예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.Figure 4a shows R.H. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) profile for the hydrophobic ionic gel of Comparative Example 1 measured at 90% (room temperature) for 120 hours is shown, and Figure 4b shows the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) profile of R.H. The EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Example 1 measured at 90% and room temperature for 120 hours is shown.
도 4a에 따르면, 소수성 이온 젤 단일층인 비교예 1은 중간 주파수(Region II)에서 임피던스 프로파일이 아래로 이동하는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 4a, it can be seen that the impedance profile of Comparative Example 1, which is a hydrophobic ion gel single layer, moves downward at the intermediate frequency (Region II).
반면, 도 4b에 따르면, 하이드로젤 층/소수성 이온 젤 층의 이온 젤 적층체를 포함하는 실시예 1은 중간 주파수(Region II)에서 임피던스 프로파일이 무시할 만한 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, according to FIG. 4B, it can be seen that Example 1, which includes an ion gel laminate of a hydrogel layer/hydrophobic ion gel layer, shows a negligible change in the impedance profile at the intermediate frequency (Region II).
도 4c는 R.H. 90 %, 100 Hz에서 비교예 1과 실시예 1의 상대 임피던스(Z/Z0) 변화를 나타낸 것이다.Figure 4c shows the relative impedance (Z/Z0 ) change of Comparative Example 1 and Example 1 at 90% RH and 100 Hz.
도 4c에 따르면, 소수성 이온 젤 단일층인 비교예 1의 상대 임피던스는 120 시간 동안 0.7로 급격히 감소한 반면, 이온 젤 적층체인 실시예 1의 상대 임피던스는 120 시간 동안 1.03으로 약간 증가한 것을 확인할 수 있다.According to Figure 4c, the relative impedance of Comparative Example 1, which is a hydrophobic ion gel single layer, rapidly decreased to 0.7 over 120 hours, while the relative impedance of Example 1, which is an ion gel laminate, slightly increased to 1.03 over 120 hours.
도 4d는 도 4a의 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 측정 후, R.H. 30 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 비교예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이고, 도 4e는 도 4b의 R.H. 90 %(실온)에서 120 시간 측정 후, R.H. 30 %(실온)에서 120 시간 동안 측정한 실시예 1의 소수성 이온 젤에 대한 EIS 프로파일을 나타낸 것이다.Figure 4d shows R.H. of Figure 4a. After 120 hours of measurement at 90% (room temperature), R.H. The EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Comparative Example 1 measured at 30% (room temperature) for 120 hours is shown, and Figure 4e shows the EIS profile of R.H. in Figure 4b. After 120 hours of measurement at 90% (room temperature), R.H. This shows the EIS profile for the hydrophobic ionic gel of Example 1 measured at 30% (room temperature) for 120 hours.
도 4d에 따르면, 소수성 이온 젤 단일층인 비교예 1은 중간 주파수(Region II)에서 임피던스 프로파일이 위로 이동하는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 4d, it can be seen that the impedance profile of Comparative Example 1, which is a hydrophobic ionic gel monolayer, moves upward at the intermediate frequency (Region II).
반면, 도 4e에 따르면, 하이드로젤 층/소수성 이온 젤 층의 이온 젤 적층체인 실시예 1은 중간 주파수(Region II)에서 임피던스 프로파일이 무시할 만한 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, according to Figure 4e, it can be seen that Example 1, which is an ion gel laminate of a hydrogel layer/hydrophobic ion gel layer, shows a negligible change in the impedance profile at the intermediate frequency (Region II).
도 4f는 R.H. 90 %, 100 Hz에서 비교예 1과 실시예 1의 상대 임피던스(Z/Z0) 변화를 나타낸 것이다.Figure 4f shows the relative impedance (Z/Z0 ) change of Comparative Example 1 and Example 1 at RH 90% and 100 Hz.
도 4f에 따르면, 소수성 이온 젤 단일층인 비교예 1의 상대 임피던스는 120 시간 동안 1.4로 급격히 증가한 반면, 이온 젤 적층체인 실시예 1의 상대 임피던스는 120 시간 동안 1.04로 약간 증가한 것을 확인할 수 있다.According to Figure 4f, the relative impedance of Comparative Example 1, which is a hydrophobic ion gel single layer, rapidly increased to 1.4 over 120 hours, while the relative impedance of Example 1, which was an ion gel laminate, slightly increased to 1.04 over 120 hours.
따라서, 소수성 이온 젤 단일층(비교예 1)은 봉지층이 양호하더라도 습도 변화에 민감하지만, 이온 젤 적층체(실시예 1)는 외부 습도 변화와 무관한 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the hydrophobic ion gel monolayer (Comparative Example 1) is sensitive to changes in humidity even if the encapsulation layer is good, but the ion gel laminate (Example 1) is unrelated to changes in external humidity.
시험예 3: 습도와 변형에 따른 영향 확인Test Example 3: Checking the effect of humidity and deformation
도 5a는 스트레칭 및 가열에 따른 본 발명의 이온 젤 시스템의 전기적 특성 변화를 보여주는 모식도이다.Figure 5a is a schematic diagram showing changes in electrical properties of the ion gel system of the present invention according to stretching and heating.
도 5a에 따르면, 이온 젤 시스템을 일축(uniaxially)으로 늘리면, 기하학적 요인의 변화로 인해 이온 젤 시스템의 저항이 증가하고, 정전용량이 감소하지만 저항률(ρ)과 유전율(ε)은 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 5a, when the ion gel system is stretched uniaxially, the resistance of the ion gel system increases and the capacitance decreases due to changes in geometric factors, but the resistivity (ρ) and dielectric constant (ε) do not change. You can.
도 5b는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 ε = 50 % 일축 스트레칭 전후 이미지이다.Figure 5b is an image of the ionic gel system prepared according to Example 1 before and after ε = 50% uniaxial stretching.
도 5b에 따르면, 50 % 일축 신장된 실시예 1의 전극 사이의 상대 신장률(△D/D0)은 61 %, 전극의 상대 신장률(△L/L0)은 28 %인 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 5B, it can be seen that the relative elongation (ΔD/D0 ) between the electrodes of Example 1, which was uniaxially stretched by 50%, was 61%, and the relative elongation (ΔL/L0 ) of the electrodes was 28%.
도 5c는 스트레칭 및 가열에 의한 본 발명의 이온 젤 시스템의 임피던스 프로파일 이동을 보여주는 Bode plot을 나타낸 것이다.Figure 5c shows a Bode plot showing the impedance profile shift of the ionic gel system of the present invention by stretching and heating.
도 5c에 따르면, 스트레칭에 의해 임피던스 프로파일이 병렬 상향(parallel upshift)한 것을 확인할 수 있고, 가열에 의해 비평행 우측 하향 이동(non-parallel down-right shift)한 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 5C, it can be confirmed that the impedance profile was parallel upshifted by stretching and non-parallel down-right shifted by heating.
상세하게는, 임피던스 프로파일은 주로 이온 젤 적층체의 신장에 의해 영향을 받기 때문에, 기계적 스트레칭은 임피던스 프로파일을 위로 이동하지만 전이 주파수(τ-1)를 변경하지는 않는다. 반대로, 온도 증가는 이온의 운동 에너지를 향상시키므로 임피던스 프로파일이 아래쪽으로 이동함과 동시에 오른쪽으로 τ-1 이동하는 것이다.In detail, since the impedance profile is mainly affected by the elongation of the ion gel laminate, mechanical stretching shifts the impedance profile upward but does not change the transition frequency (τ-1 ). Conversely, an increase in temperature enhances the kinetic energy of ions, which shifts the impedance profile downward while shifting it to the right by τ-1 .
도 5d는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 건조 조건(R.H. = 30 %)에서 신축 없이(ε = 0 %) 온도(10 내지 65 ℃)에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이고, 도 5e는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 습한 조건(R.H. = 90 %)에서 신축 없이(ε = 0 %) 온도(10 내지 65 ℃)에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이다.Figure 5d shows the impedance profile of the ion gel system prepared according to Example 1 under dry conditions (R.H. = 30%) and without stretching (ε = 0%) depending on temperature (10 to 65°C), and Figure 5e shows the impedance profile according to the temperature (10 to 65°C). The impedance profile according to temperature (10 to 65°C) of the ionic gel system prepared according to Example 1 is shown under humid conditions (R.H. = 90%) without stretching (ε = 0%).
도 5d 및 5e에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템은 두 가지 습도 조건에서 거의 동일한 EIS 프로파일을 나타낸 것을 확인할 수 있다.According to FIGS. 5D and 5E, it can be seen that the ion gel system prepared according to Example 1 showed almost the same EIS profile under two humidity conditions.
본 발명의 이온 젤 시스템의 저항(R)과 정전용량(C)은 각각 Bode plot의 Region II에서 하나의 주파수(ωII) 및 Region III에서 하나의 주파수(ωIII)로부터 구할 수 있다. 본 시험예에서 ωII는 316 Hz, ωIII은 621,300 Hz이다. 상세하게는, 상기 ωII(316 Hz)에서 real impedance 값(ZII, re)은 저항(R)과 대응하고, 상기 ωIII(21,300 Hz)에서 imaginary impedance 값(ZIII, im)으로 정전용량(C)를 구할 수 있다(). 각 온도에서 측정된 저항(R)과 정전용량(C)으로부터 10 내지 65 ℃ 범위에서 전이 주파수(transition frequencty, τ-1)를 얻었다(τ은 완화시간(relaxation time, τ = RC)을 의미하며, 저항(R)과 정전용량(C)을 곱하여 구할 수 있음). 이후, 다항식 피팅(polynomial fitting)을 사용하여 In(τ-1)와 온도 (T) 간의 관계에 대한 마스터 곡선(아래 식 3)을 생성하였다.The resistance (R) and capacitance (C) of the ion gel system of the present invention can be obtained from one frequency (ωII ) in Region II and one frequency (ωIII ) in Region III of the Bode plot, respectively. In this test example, ωII is 316 Hz and ωIII is 621,300 Hz. In detail, the real impedance value (ZII, re ) at ωII (316 Hz) corresponds to resistance (R), and the imaginary impedance value (ZIII, im ) at ωIII (21,300 Hz) is the capacitance. (C) can be obtained ( ). From the resistance (R) and capacitance (C) measured at each temperature, the transition frequency (τ-1 ) was obtained in the range of 10 to 65 ℃ (τ means relaxation time (τ = RC) , can be obtained by multiplying resistance (R) and capacitance (C)). Afterwards, a master curve (Equation 3 below) for the relationship between In(τ-1 ) and temperature (T) was generated using polynomial fitting.
[식 3][Equation 3]
In(τ-1) = 11.5733 + 0.034T - 0.0000632T2In(τ-1 ) = 11.5733 + 0.034T - 0.0000632T2
상기 식 3을 이용하여 본 발명의 이온 젤 시스템을 통해 측정된 전이 주파수(In(τ-1))로부터 온도를 계산하여 측정할 수 있다.Using the above equation 3, the temperature can be calculated and measured from the transition frequency (In(τ-1 )) measured through the ion gel system of the present invention.
도 5g는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 신축 없이 건조하고 습한 조건에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.Figure 5g shows the change in In(τ-1 ) in dry and wet conditions without stretching of the ionic gel system prepared according to Example 1.
도 5g에 따르면, 실시예 1의 마스터 곡선에서 습한 조건(R.H. = 90 %)과 건조한 조건(R.H. = 30 %) 사이의 온도 측정 오차는 0.12 ℃인 것을 확인할 수 있다. 상기 마스터 곡선은 건조 및 습한 조건 모두에 적용 가능했으며, 이는 실시예 1의 이온 젤 시스템이 외부 습도 조건의 영향을 받지 않고 제대로 작동할 수 있음을 나타낸다.According to Figure 5g, it can be seen that the temperature measurement error between humid conditions (R.H. = 90%) and dry conditions (R.H. = 30%) in the master curve of Example 1 is 0.12 ° C. The master curve was applicable to both dry and wet conditions, indicating that the ionic gel system of Example 1 could operate properly without being affected by external humidity conditions.
실시예 1의 이온 젤 시스템은 최대 ε = 50 %까지 늘어날 수 있다.The ionic gel system of Example 1 can be stretched up to ε = 50%.
도 5f는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 습한 조건(R.H. = 90 %) 및 신축 ε = 50 %에서 온도(10 내지 65 ℃)에 따른 임피던스 프로파일을 나타낸 것이다.Figure 5f shows the impedance profile of the ionic gel system prepared according to Example 1 as a function of temperature (10 to 65 °C) under humid conditions (R.H. = 90%) and stretching ε = 50%.
도 5f에 따르면, 실시예 1의 이온 젤 시스템을 늘렸을 때, EIS 프로필이 변경되지만, 전이 주파수(transition frequencty, τ-1) 값은 ε = 0 %일 때와 동일하게 유지된 것을 확인할 수 있다.According to Figure 5f, when the ion gel system of Example 1 was increased, the EIS profile changed, but the transition frequency (τ-1 ) value remained the same as when ε = 0%. .
도 5h는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 신축(ε = 50 %) 상태의 습한 조건에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.Figure 5h shows the change in In(τ-1 ) under wet conditions in the stretched (ε = 50%) state of the ionic gel system prepared according to Example 1.
도 5h에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템을 스트레칭 하거나, 스트레칭 하지 않은 상태 모두 훌륭하게 적용할 수 있는 마스터 곡선을 보이며, 이는 센서가 외부 스트레칭에 영향을 받지 않고 제대로 작동할 수 있음을 나타낸다.According to Figure 5h, the ion gel system prepared according to Example 1 shows a master curve that can be applied well in both the stretched and unstretched states, which shows that the sensor can operate properly without being affected by external stretching. indicates.
실제 본 발명 이온 젤 시스템의 습도 독립성을 입증하기 위해 도 6a와 같이 두 가지 환경(수조에 담금, 및 핫 플레이트 위에 놓음)에서 온도를 측정하였다. 이때 물의 온도와 핫 플레이트의 온도는 25 내지 60 ℃로 다양하게 진행하였다.In order to actually prove the humidity independence of the ion gel system of the present invention, the temperature was measured in two environments (immersed in a water bath and placed on a hot plate) as shown in Figure 6a. At this time, the temperature of the water and the temperature of the hot plate were varied from 25 to 60 °C.
도 6b는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템의 상기 도 6a와 같은 두 가지 환경에서 각각 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.Figure 6b shows the change in In(τ-1 ) of the ion gel system prepared according to Example 1 in two environments as shown in Figure 6a.
도 6b에 따르면, 두 가지 환경(수조에 담금, 및 핫 플레이트 위에 놓음)에서 측정된 τ-1는 측정된 각 온도에서 동일한 것을 확인할 수 있다.According to Figure 6b, it can be confirmed that τ-1 measured in two environments (immersed in a water bath and placed on a hot plate) is the same at each measured temperature.
도 6c는 상기 도 6a와 같은 두 가지 환경을 반복하는 동안 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템(적색 실선)과 IR camera(T885 V2, TESTO)(검은색 점선)로 측정된 온도를 나타낸 것이다.Figure 6c shows the temperature measured by the ion gel system (red solid line) prepared according to Example 1 and the IR camera (T885 V2, TESTO) (black dotted line) while repeating the two environments as shown in Figure 6a. .
도 6c에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템(적색 실선)을 사용하여 측정된 온도와, IR camera(검은색 점선)로 측정된 온도가 동일한 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 6C, it can be seen that the temperature measured using the ion gel system (red solid line) prepared according to Example 1 and the temperature measured using the IR camera (black dotted line) are the same.
도 6d는 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템을 팔꿈치에 부착한 상태, 이후 팔굽혀펴기 100회를 진행한 상태, 및 이후 10분 휴식한 상태 각각의 IR camera 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 6e는 상기 도 6d의 세 가지 상태에서 실시예 1에 따라 제조된 이온 젤 시스템으로 측정된 온도와 IR camera로 측정된 온도 결과를 나타낸 것이다. 이때, 상기 이온 젤 시스템은 양면 의료 테이프(3M 9834)로 팔꿈치에 부착되었다.Figure 6d shows the IR camera measurement results in a state in which the ion gel system prepared according to Example 1 was attached to the elbow, then 100 push-ups were performed, and in a state in which the system rested for 10 minutes, and Figure 6e Shows the temperature results measured with the ion gel system manufactured according to Example 1 and the temperature measured with the IR camera in the three states of FIG. 6D. At this time, the ionic gel system was attached to the elbow with double-sided medical tape (3M 9834).
도 6d 및 6e에 따르면, 실시예 1의 이온 젤 시스템으로 측정된 온도와 IR camera로 측정된 온도는 운동 중 상기 이온 젤 시스템의 늘어남 여부와 상관없이 작은 차이(< 0.2 ℃)만 보이는 것을 확인할 수 있다.According to Figures 6d and 6e, it can be seen that the temperature measured with the ion gel system of Example 1 and the temperature measured with the IR camera show only a small difference (< 0.2 ℃) regardless of whether the ion gel system is stretched during exercise. there is.
도 6f는 실시예 1의 이온 젤 시스템을 사용하여 다양한 조건(humid chamber, hot plate, water bath, 및 skin)에서 4일 동안 온도 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 6f에서 실시예 1의 이온 젤 시스템을 사용하여 측정된 In(τ-1) 값은 속이 빈 도형모양으로 표시되었고, IR camera의 마스터 곡선을 사용한 In(τ-1) 값은 x 모양으로 표시되었다.Figure 6f shows the results of temperature measurements for 4 days under various conditions (humid chamber, hot plate, water bath, and skin) using the ion gel system of Example 1. In Figure 6f, the In(τ-1 ) value measured using the ion gel system of Example 1 is displayed as a hollow figure, and the In(τ-1 ) value using the master curve of the IR camera is displayed as an x shape. It has been done.
도 6f에 따르면, 실시예 1의 이온 젤 시스템은 다양한 조건(humid chamber, hot plate, water bath, 및 skin)에서 매일 연속적으로 노출되었을 때 장기간(4일) 동안 안정적인 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 6F, it can be seen that the ion gel system of Example 1 shows stable performance for a long period of time (4 days) when continuously exposed to various conditions (humid chamber, hot plate, water bath, and skin) every day.
도 6g는 실시예 1의 이온 젤 시스템을 사용하여 다양한 조건(humid chamber, hot plate, water bath, 및 skin)에서 In(τ-1) 변화를 나타낸 것이다.Figure 6g shows the change in In(τ-1 ) under various conditions (humid chamber, hot plate, water bath, and skin) using the ion gel system of Example 1.
도 6g에 따르면, 실시예 1의 이온 젤 시스템의 4일 동안 다른 조건에서 얻은 In(τ-1) 값은 무시할 수 있는 오차범위 안으로 마스터 곡선 상에 위치하는 것을 확인할 수 있다.According to Figure 6g, it can be seen that the In(τ-1 ) values obtained under different conditions for 4 days of the ion gel system of Example 1 are located on the master curve within a negligible error range.
따라서, 본 발명에 따른 이온 젤 시스템은 다양한 환경에서 장기적인 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the ion gel system according to the present invention has long-term stability in various environments.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220083215AKR102693464B1 (en) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | Ion gel system for humidity-independence, and method of preparing same |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220083215AKR102693464B1 (en) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | Ion gel system for humidity-independence, and method of preparing same |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240006316A KR20240006316A (en) | 2024-01-15 |
| KR102693464B1true KR102693464B1 (en) | 2024-08-07 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220083215AActiveKR102693464B1 (en) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | Ion gel system for humidity-independence, and method of preparing same |
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102693464B1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050074482A1 (en)* | 2001-03-30 | 2005-04-07 | The Procter & Gamble Company | Skin-compatible hydrogel adhesives and personal care products containing them |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10316453A (en)* | 1997-05-14 | 1998-12-02 | Affinity Kk | Laminate and window using the same |
| MX382876B (en)* | 2010-07-30 | 2025-03-13 | Alcon Inc | SILICONE HYDROGEL LENSES WITH WATER-RICH SURFACES. |
| KR102385430B1 (en)* | 2018-06-01 | 2022-04-12 | 주식회사 엘지화학 | Method for preparing film, encapsulation film made therefrom, organic electronic device comprising encapsulation film, and method for preparing the organic electronic device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050074482A1 (en)* | 2001-03-30 | 2005-04-07 | The Procter & Gamble Company | Skin-compatible hydrogel adhesives and personal care products containing them |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240006316A (en) | 2024-01-15 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | A waterproof ion‐conducting fluorinated elastomer with 6000% stretchability, superior ionic conductivity, and harsh environment tolerance | |
| Wang et al. | Solution‐processable thermally crosslinked organic radical polymer battery cathodes | |
| Kim et al. | Water‐Saturated Ion Gel for Humidity‐Independent High Precision Epidermal Ionic Temperature Sensor | |
| Bu et al. | Design of highly stretchable deep eutectic solvent‐based ionic gel electrolyte with high ionic conductivity by the addition of zwitterion ion dissociators for flexible supercapacitor | |
| CN1946998B (en) | Sensor for measuring gas permeability of a test material | |
| CN101828330B (en) | Conductive polymer actuator and manufacturing method thereof | |
| CN100539254C (en) | Be used for battery porous film and its utilization with the carrying reactive polymer of spacer | |
| Song et al. | Fast self‐healing of polyelectrolyte multilayer nanocoating and restoration of super oxygen barrier | |
| KR101603772B1 (en) | Solid electrolyte polymer, Polymer actuator using cross-linking PVDF polymer and Manufacturing Method of the Same | |
| He et al. | An antidehydration hydrogel based on zwitterionic oligomers for bioelectronic interfacing | |
| JP4621344B2 (en) | Proton conducting membrane or film and fuel cell using them | |
| Lopez‐Larrea et al. | PNIPAM/PEDOT: PSS hydrogels for multifunctional organic electrochemical transistors | |
| TW200424519A (en) | Heterogeneous membrane electrodes | |
| TW201137018A (en) | Polymer electrolyte gel composition | |
| Shaplov et al. | Ionic IPNs as novel candidates for highly conductive solid polymer electrolytes | |
| KR101713240B1 (en) | Organogel conductor and an electronic device comprising the same | |
| KR101940236B1 (en) | Solid electrolyte and method for manufacturing the same | |
| Abu‐Saied et al. | Preparation and characterization of novel grafted cellophane‐phosphoric acid‐doped membranes for proton exchange membrane fuel‐cell applications | |
| KR102468266B1 (en) | A separator and a method for manufacturing the same | |
| KR102693464B1 (en) | Ion gel system for humidity-independence, and method of preparing same | |
| Lee et al. | Humidity‐sensitive properties of new polyelectrolytes based on the copolymers containing phosphonium salt and phosphine function | |
| Guenther et al. | Non-linear effects in hydrogel-based chemical sensors: experiment and modeling | |
| JP2002249742A (en) | Adhesive porous membranes, polymer gel electrolytes obtained therefrom and their applications | |
| Caykara et al. | Preparation and Swelling Properties of Temperature‐Sensitive Semi‐Interpenetrating Polymer Networks Composed of Poly [(N‐tert‐butylacrylamide)‐co‐acrylamide] and Hydroxypropyl Cellulose | |
| Fadeeva et al. | Imidazolium zwitterion‐based protic ionic liquids: from monomers to polymer membranes |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application | Patent event code:PA01091R01D Comment text:Patent Application Patent event date:20220706 | |
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection | Comment text:Notification of reason for refusal Patent event date:20240115 Patent event code:PE09021S01D | |
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration | Patent event code:PE07011S01D Comment text:Decision to Grant Registration Patent event date:20240802 | |
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment | Comment text:Registration of Establishment Patent event date:20240805 Patent event code:PR07011E01D | |
| PR1002 | Payment of registration fee | Payment date:20240805 End annual number:3 Start annual number:1 | |
| PG1601 | Publication of registration |