The increasing demand for smart fabrics has inspired extensive research on nanomaterial-based fabric heaters. For diverse applications of these fabric heaters, it must have a low driving voltage, high stretchability, and mechanical stability. In order to obtain the above characteristics, it is important to uniformly coat the fabric substrate with a conductive material. So far, the dip coating method has been used the most. However, it is difficult to be used in practical applications since dip coating method do not allow the patternability. Herein, we propose an improved spray coating method well suited for the preparation of patternable fabric heaters on commercial fabrics, combining the structural stability of carbon nanotubes with the high electrical conductivity of Ag nanowires to fabricate a stretchable fabric heater with excellent mechanical (stretchability ≈ 50 %) and electrical (sheet resistance ≈ $22 \Omega$/□) properties. In addition, this heater shows a stable performance even when folded or rolled, thus being well suited for the practical applications such as a wearable heater, a defrosting heater and an electrothermal actuator. Especially, in the case of electrothermal actuator, a novel control method was developed by applying the above coating process, and it was demonstrated that the developed electrothermal actuator is proper for a self-walker and soft robot which can be used in vacuum chamber.
최근 스마트 직물에 대한 수요가 증가하면서 나노 소재 기반의 직물 히터에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 직물 히터가 다양한 분야에서 사용되기 위해서는 낮은 구동 전압과 높은 신축성, 기계적 안정성을 갖고 있어야 한다. 위와 같은 특성을 얻기 위해서는 전도성이 우수한 물질로 직물 기판을 균일하게 코팅하는 것이 중요하다. 그래서 현재까지는 침지코팅(dip coating)방법이 가장 많이 사용되어 왔지만 침지코팅 방식은 기판 위에 패턴 형성이 불가능하여 다른 분야에 응용되기 어렵다는 단점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 직물 위에 스프레이 분무 코팅을 하는 방법을 제안하여 기존 직물 코팅 방법의 단점을 극복하였고, 이를 이용하여 우수한 직물 히터를 개발하였다. 제안된 히터는 탄소 나노튜브의 구조적 안정성과 은 나노와이어의 높은 전도성을 이용하여 우수한 기계적 특성 (신축성≈50 %)과 전기적 특성 (면저항≈$22 \Omega$/sq)을 갖도록 설계되었다. 또한 제작된 히터는 접히거나 말린 상태에서 안정적인 성능을 나타내며 웨어러블 히터, 서리 제거용 히터, 전열 엑추에이터와 같은 다양한 분야에 적합함을 보여주었다. 특히 전열 엑추에이터의 경우, 개발된 공정법을 응용한 새로운 컨트롤 방법을 제시하였고, 제안된 엑추에이터가 2족 보행 로봇 및 진공 챔버 안에서 사용되는 유연 로봇에 적합함을 보여주었다.
