Stretchable conductors are fascinating new materials, because they can maintain the electrical characteristics when stretched or deformed. The development of stretchable conductors opens up the possibility of utilizing electronic devices in various areas such as portable healthcare devices, skin patch sensors and/or wearable electronic devices. Although many researches on development of stretchable conductors are underway, the electrical properties and stretchability must be further improved in order to be used as electronic devices. In this study, new strategies were utilized to improve the performance of stretchable conductors by fabricating conductive fillers/stretchable matrix nanocomposites.
As a first research strategy, two types of hybrid fillers were designed and fabricated for synergistic effects of conductive fillers. One type of filler is the CNT/Graphene hybrid filler. Through hybridization of the CNT and the graphene, the electrical network and the dispersion property of conductive fillers were improved. Due to these synergistic effects, CNT/Graphene hybrid filler have better electrical properties than CNT or graphene single filler in nanocomposites. The other is a Graphene/Silver nanowire (AgNW) hybrid filler. Through strong interaction of highly conductive AgNW with highly dispersible graphene and formation of core-shell structure, the Graphene/AgNW hybrid filler has superior electrical properties with high dispersibility in the stretchable matrix.
Another strategy is to fabricate highly conductive 3D nanostructures as conductive fillers of nanocomposites. As one of them, highly conductive AgNW/Graphene aerogel (GA) nanostructure was fabricated by forming uniform AgNW networks using the 3D porous GA. The other is the 3D controlled-porous AgNW nanostructure fabrication by ice template. The pore size control of the 3D AgNW nanostructure enables formation of dense AgNW network by low content of AgNWs. Through structure control of these 3D AgNW nanostructures and electrical enhancement of the AgNW network, stretchable and conductive nanocomposites having excellent electrical properties with high stretchability were fabricated.
신축성 전도체는 재료의 변형에도 전기적 특성을 유지한다는 특성으로 인해 다양한 휴대용, 웨어러블 디바이스 등에 활용될 수 있다. 이를 위해선 신축성 전도체의 전기적 특성 및 신축성 향상을 위해 필러의 분산성 향상 및 고전도성 필러 개발이 요구된다. 본 연구에서는 하이브리드 필러 및 고전도성 나노구조체 개발을 통해 신축성 전도체의 특성 향상 연구를 진행하였다.
하이브리드 필러를 통한 분산성 향상의 방법 중 하나로 탄소나노튜브와 그래핀의 복합화를 통한 탄소나노튜브/그래핀 하이브리드 필러를 제조하였고 필러간 시너지효과를 통해 분산성 및 전기적 특성 향상을 확인하였다. 또한 분산성이 우수한 그래핀과 은나노와이어 복합화를 통해 분산성이 향상된 그래핀/은나노와이어 하이브리드 필러를 디자인하고 이를 통해 우수한 성능의 신축성 전도체를 제조하였다.
하이브리드 필러 외에 신축성 기지 내 전도성 필러의 함량을 낮추기 위한 연구 전략으로 고전도성 나노구조체를 제조해 이를 나노복합소재의 전도성 필러로 활용하는 연구를 진행하였다. 그래핀 에어로겔 템플릿을 이용해 고전도성 은나노와이어 나노구조체를 제조하는 방법을 개발하였고, 은나노와이어 나노구조체 구조 제어 방법 연구를 통해 신축성 전도체의 특성 향상 방법을 연구하였다.
