Stretchable conductor is the attractive material due to the conducting property under bending and stretching conditions. For these reasons stretchable conductor is able to operate on arbitrary curved shape. Thus, stretchable conductor can be applied to electronic artificial skin, skin patch sensor, wearable computer and stretchable display.
Recently, numerous attempts such as mixing with nanofillers in stretchable matrix to improve the electrical properties of elastomers have been reported. CNTs and graphene are candidate materials as nanofillers because of good electrical properties, high aspect ratio and compatibility with stretchable elastomers. However, these conducting fillers are difficult to disperse in elastomer matrix, causing poor electrical properties and stretchability. To solve these problems, many researches have been conducted surface modification of conductive fillers to enhance the electrical properties of elastomers. Still, these methods have limitation to overcome degradation of quality of conductive fillers and remove residual functional group.
In this work, we provide a method to enhance the dispersibility in PDMS elastomer by CNT-graphene hybrid system. This CNT-graphene hybrid system has advantages such as enhancement of electrical connection induced by CNT bridging between graphene sheets and improvement of dispersibility by spacing between conductive fillers
CNT/graphene/PDMS stretchable conductors are prepared with various CNT-graphene ratios. Among the composites composed of other ratio, CNT/graphene (9:1)/PDMS nanocomposites show higher conductivity compared to other ratio of nanocomposites at 0.4 wt.% fillers. These results show probability to enhance performance of stretchable conductor by introducing CNT-graphene hybrid system.
신축성 전도체는 휘어지거나 신장되어있는 상태에서도 전기적인 특성을 유지한다는 독특한 특성으로 다양한 분야에서 주목받는 물질이다. 이러한 독특한 특성 때문에 신축성 전도체는 임의의 모양에서도 작동이 가능하다. 따라서 신축성 전도체는 전도성 있는 인공 피부, 스킨 패치 센서, 웨어러블 컴퓨터, 스트레쳐블 디스플레이 등에 활용이 가능하다.
최근에 나노 필러를 신축성이 있는 기지, 즉 탄성 중합체에 섞어 전기적인 특성을 향상시킨다는 내용의 수많은 연구들이 보고 되고 있다. 탄소나노튜브와 그래핀은 우수한 전기적인 특성, 높은 종횡비, 탄성중합체와의 좋은 양립성을 보이고 있어 나노 필러로써 적합한 물질이다. 하지만 나노필러를 기지에 분산시키기가 어렵고 이러한 문제는 전기적 특성과 신축성을 저해하는 원인으로 작용하고 있다. 이러한 분산 문제를 해결하기 위해 전도성 필러의 표면을 개질해 분산성을 향상시키는 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 이러한 표면 개질을 이용한 방법도 전도성 필러의 품질을 저해시키고 불필요한 기능기가 많이 남는다는 단점이 있다.
본 연구에서는 탄소나노튜브-그래핀을 하이브리드 필러로 사용해서 탄성중합체중 하나인 PDMS의 기지 내에 분산성을 향상시키는 방법에 대해 연구하였다. 탄소나노튜브-그래핀 하이브리드 시스템은 그래핀 시트간에 탄소나노튜브가 결합해 전기적인 연결 특성이 향상되고, 그래핀-탄소나노튜브 상호간의 공간을 넓혀 분산성을 향상시킨다는 장점이 있다.
탄소나노튜브와 그래핀의 비율을 달리하여 다양한 비율에서 탄소나노튜브/그래핀/PDMS 신축성 전도체를 제작하였다. 그 결과 본 시스템에서 탄소나노튜브와 그래핀이 9:1의 비율로 섞여 있을 때 가장 높은 전기 전도도를 보인다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과에 비춰봤을 때 탄소나노튜브/그래핀/PDMS 나노복합체를 이용해 신축성 전도체의 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
