선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 스마트의류의 제조에 사용되는 은코팅 전도사가 제직공정 및 인체의 활동에 따른 물리적, 화학적 자극을 받았을 경우 발생하는 전기적 특성변화를 측정하여 향후 스마트 의류개발 시, 외부자극에 따른 신호전달능력 및 전원공급능력의 변화와 관련한 기초자료로 활용하고자 한다. 또한, 전도사의 전기적 특성변화에 가장 큰 영향을 주는 외부환경 영향인자를 도출하여 향후 스마트의류의 개발에 기초 자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- Tinious Olsen社의 만능인장시험기(H5K-T)를 이용하여 신장률을 초기길이 10cm에 대하여 5%, 10%, 20%, 30% 신장시킨 뒤 10분간 고정시킨 후에 인장시험기의 조(Jaw)와 시료를 분리시켜 신장된 시료를 Fig. 1의 장치에 설치된 전극에 접촉시켜 전압값을 측정하였다. 이때 신장조건은 로드셀(Loadcell) 50N, 크로스헤드 스피드는 100mm/min으로 수행하였다.
- 화학적 조건변화에 따른 전도사의 전기적 특성을 조사하기 위하여 pH가 다른 용액에 전도사를 침지하였다. pH조건에 따른 전도사의 전기적 특성은 Disodium phosphate(Na2HPO4)와 Citric acid (C6H8O7)를 이용하여 제조된 pH 5, 6, 7, 8의 수용액에 5시간 동안 침지한 뒤에 측정하였으며 침지시료는 24시간 동안 상온에서 자연건조 후 전기적 특성을 측정하였다.
- 물리적, 화학적 변화에 따른 시료의 전기적 특성은 물체의 일반적인 전기적 특성측정에 사용되는 디지털 LCR 미터(GW-INSTEK LCR-816) 를 이용하여 측정하였다. 전기적 특성을 측정하기 위한 장치는 동(銅)와이어를 이용하여 회로를구성한 뒤에 10mA의 일정한 전류를 회로에 흐르게 하고 초기전압을 측정하였다.
- 본 연구에서는 신장률, 반복신장, 열노출시간, pH의 환경변화 조건에서의 섬도별 은코팅 전도 사의 저항변형률을 측정하였다. 각 조건에서의 저항변형률 측정결과 신장률증가와 반복신장조건에서 가장 큰 저항변형률의 증가를 나타냈으며 pH 조건에서 가장 적은 저항변형률의 증가를 나타냈다.
- 3은 신장정도에 따른 은코팅 전도사의 표면구조 변화를 나타낸 것이다. 신장률의 증가에 따라 코팅면의 표면이 나무껍질 모양으로 갈라져 이격되는 변화를 확인하였다. SEM사진 상의 검은 반점은 나일론 섬유의 표면이 손상되어 구멍이 발생한 것으로 검은부분 이외의 섬유표면 대부분은 은코팅면의 완전이탈보다 부분적인 이탈이 관찰되었다.
- 열에 대한 전기적 특성변화는 이플렉스社의 열풍건조기(E2-03-TAPE)를 이용하여 40℃에서 5시간, 10시간, 20시간, 30시간 노출된 전도사의 전기적 특성을 측정하였다. 열노출온도는 실제 착용 환경에서의 여름철 최고기온을 고려하여 40℃를 기준으로 하였다.
- 물리적, 화학적 변화에 따른 시료의 전기적 특성은 물체의 일반적인 전기적 특성측정에 사용되는 디지털 LCR 미터(GW-INSTEK LCR-816) 를 이용하여 측정하였다. 전기적 특성을 측정하기 위한 장치는 동(銅)와이어를 이용하여 회로를구성한 뒤에 10mA의 일정한 전류를 회로에 흐르게 하고 초기전압을 측정하였다.
- 전도사의 반복신장은 Tinious Olsen社의 만능인장시험기(H5K-T)를 사용하였으며 10%의 신장률로 시료를 신장시킨 뒤 회복시키는 것을 1회로 정의하여 횟수변화를 20회, 40회, 60회, 80회 반복한 후, 전기적 특성을 측정하였다. 반복하중시 적용 로드셀(load cedd)은 50N, 크로스헤드스피드는 100mm/min의 조건으로 수행하였다.
- 전도사의 표면 및 단면구조는 JEOL FE-SEM (S-4200)장치를 이용하여 1000배, 2000배의 배율로 전도사의 표면 및 단면 구조를 관찰하였다.
- 화학적 조건변화에 따른 전도사의 전기적 특성을 조사하기 위하여 pH가 다른 용액에 전도사를 침지하였다. pH조건에 따른 전도사의 전기적 특성은 Disodium phosphate(Na2HPO4)와 Citric acid (C6H8O7)를 이용하여 제조된 pH 5, 6, 7, 8의 수용액에 5시간 동안 침지한 뒤에 측정하였으며 침지시료는 24시간 동안 상온에서 자연건조 후 전기적 특성을 측정하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 전도사는 나일론 66섬유표면에 은으로 코팅한 아진일렉트론사의 전도사 Ag-lineⓇ을 사용하였다. 실험에 사용된 전도사의 기본특성은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 이 때, 시험편은 10cm 로 일정하게 이격된 전극위에 위치하였다. 전기적 특성을 측정하기 위하여 설치한 장치의 개략도는 Fig. 1에 나타냈으며 동와이어 위에 전기전도사의 환경조건 변화 전과 후의 전압을 측정하여 이를 식 (1)의 옴의법칙을 이용하여 저항값으로 환산하였다. 환경조건의 변화를 위한 변화요인들은 물리적 변형, 열노출, 화학적조건이며 각각의 조건을 변형시킨 후 식 (2)를 이용하여 환산된 저항값을 이용한 저항변형률을 계산하였다.
성능/효과
- 일반적으로 열노출 시간이 증가할수록 저항변형률이 증가하였으며 전체시료에서 10시간 이후에 저항변형률의 증가폭이 급격히 감소하였으며 섬도에 따른 저항변형률의 차이가 큰 것으로 나타났다. 10시간 이후와 이전의 저항변형율의 차이가 크게 나타났으며 섬도가 가장 큰 D 시료가 열노출 시간에 따른 저항변형률 변화가 가장 크게 나타났다.
- 2는 물리적, 화학적 변화를 받지 않은 초기 은코팅 전도사의 표면구조와 단면구조를 나타낸 것이다. SEM 사진에서 은코팅 전도사의 표면에 은입자가 전체적으로 고르게 코팅되어 있으며 은입자가 코팅된 전도사의 단면형태는 다각형 형태를 기지고 있음을 확인하였다. 또한 단면구조에서 보듯이 은코팅입자가 나일론 원사표면을 고르게 감싸고 있다.
- 또한 pH 차이에 따른 표면변화도 크게 나타나지 않았다. pH 조건에 있어 시료의 표면변화는 다른 조건에 비하여 가장 적게나타났으며 A, B 시료에서의 이탈보다 C, D 시료에서의 이탈이 적게 관찰되었다. 구성필라멘트가 많은 시료 C, D 시료는 수용액에 첨가될 경우 섬유가 밀착되어 은입자의 이탈공간을 주지 않았으며 반면에 구성필라멘트 수가 적은 A, B 시료는 은코팅 입자의 이탈공간이 많이 있기 때문으로 판단된다.
- 10은 pH조건에 따른 전기전도사의 저항변형률을 나타낸 것이다. pH조건에 따른 전도사의 저항변화는 거의 나타나지 않았으며 가장 증가가큰 변형률도 9.14%로 다른 세 가지 조건에 비하여 가장 적게 나타났다. 이는 나일론섬유와 은입자의 특성상 내화학성이 우수하기 때문에 섬유의 구조적인 변형 및 화학적인 변형이 발생하지 않아 안정적인 저항변화가 이루어 졌기 때문이다.
- 본 연구에서는 신장률, 반복신장, 열노출시간, pH의 환경변화 조건에서의 섬도별 은코팅 전도 사의 저항변형률을 측정하였다. 각 조건에서의 저항변형률 측정결과 신장률증가와 반복신장조건에서 가장 큰 저항변형률의 증가를 나타냈으며 pH 조건에서 가장 적은 저항변형률의 증가를 나타냈다. 시료의 특성에 따른 비교에서는 40de의 섬도를 가진 A 시료와 210de를 가진 D 시료의 저항변형률이 각 환경조건에서 가장 적은 저항변형률 증가를 나타내어 환경조건에 따른 전도사의 저항특성 변화가 가장 적은 것으로 나타났다.
- 결론적으로 스마트의류 제조에 있어 은코팅 전도사를 사용할 경우 가장 크게 고려해야 할 환경조건은 신장률 증가와 반복신장의 조건이며 pH에 의한 영향과 열노출에 의한 영향은 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 또한 구성필라멘트의 수가 많은 전도사가 적은 전도사보다 저항변형률의 변화가 적은 것으로 나타나 향후 스마트의류 제조에 있어 동일섬도의 전도사를 사용할 경우, 구성 필라멘트수가 많은 전도사를 사용하는 방법이 스마트의류 설계와 제조 시 내구성 유지 및 신호전달에 유리할 것으로 판단된다.
- 또한 가장 섬도가 가는 A 시료의 경우에 은코팅면의 이탈이 가장 적고 미세한 균열만이 발생하였다. 그러나 구성필라멘트 수의 증가에 따라 코팅면의 이탈이 증가하였지만 신장률 변화 및 반복신장에 의한 영향에 비하여 은코팅면의 이탈 및 표면변화는 적게 나타났다. 이는 유리전이온도 이하 40℃의 조건에서 나일론 섬유의 열안정성이 우수하기 때문에 열팽창 및 수축에 의한 표면적 변화가 거의 나타나지 않았기 때문으로 판단된다.
- 5µm 거의 유사한 A, B, D 시료는 저항변형률의 차이가 크지 않았으며 20%이후에 저항변형률은 거의 유사하게 나타났다. 그러나 측정 시료 중에서 D 시료를 제외한 A, B, C 시료는 저항변형률이 선형적인 증가를 나타냈지만 D 시료는 10%신장률 이후에 다른 시료와 다르게 변형률의 증가폭이 크게 나타나지 않았다. 이러한 이유는 구성 필라멘트의 섬도가 굵고 구성필라멘트의 수가 많아 신장시 발생하는 접촉 면적이 증가하여 은코팅면의 이탈이 방지되었기 때문으로 판단된다.
- 신장률에 따른 저항변화의 결과와 동일하게 C 시료의 신장횟수 증가에 따른 저항변형률 증가가 가장 크게 나타났으며 D 시료의 신장변형률이 가장 적었다. 또한 A 시료는 다른 세 가지 시료의 증가가 선형적으로 증가하는데 비하여 불규칙적으로 증가하며 필라멘트수가 많은 B 시료에 비하여 오히려 저항변형률의 증가폭이 작은 것으로 나타났다. 이는 반복신장의 경우 필라멘트수가 너무 많으면 오히려 필라멘트간의 마찰에 의한 은코팅면의 이탈이 발생하기 때문으로 판단된다.
- 반복된 하중을 가할 경우 전도사의 은코팅면이 이탈한 것으로 관찰되었다. 모든 시료에서 동일하게 은코팅면이 이탈하는 것으로 나타났으며 D 시료의 경우 가장 이탈이 적게 나타난 것으로 관찰되었다. 반복하중의 횟수가 증가할수록 은코팅 입자의 이탈이 증가하였으며 필라멘트의 수가 많을수록 이탈면적이 감소하는 경향을 나타냈다.
- 11은 환경조건에 따른 시료의 저항변형률을 비교한 결과이다. 반복신장에 의한 저항변형률이 가장 큰 변화를 나타냈으며 pH변화에 의한 저항변형률의 변화가 가장 작게 나타났다. 시료 간의 비교에서는 A, D 시료가 B, C 시료보다 저항변형률의 증가폭이 작게 나타났다.
- 모든 시료에서 동일하게 은코팅면이 이탈하는 것으로 나타났으며 D 시료의 경우 가장 이탈이 적게 나타난 것으로 관찰되었다. 반복하중의 횟수가 증가할수록 은코팅 입자의 이탈이 증가하였으며 필라멘트의 수가 많을수록 이탈면적이 감소하는 경향을 나타냈다. 반복하중횟수에 따른 은코팅 전도사의 표면구조는 Fig.
- Table 2는 시료의 물리적, 화학적 조건과 저항 변형률간의 상관관계를 나타낸 것이다. 시료마다각 회귀식에 대하여 상관관계가 가장 높은 조건은 다르게 나타났으나 반복신장조건에 대한 저항변형률의 상관성이 일반적으로 가장 크게 나타났다. 저항변형률의 증가폭이 가장 작은 A 시료와 D 시료가 각 조건인자에 대한 상관성이 높게 나타났기 때문에 조건변화에 대한 예측가능성이 가장 높다.
- 신장증가에 따른 은코팅면의 이격현상은 모든 시료에서 관찰되었으며 시료의 전체보다 한쪽면에중점적으로 갈라짐이 발생한 것으로 관찰되었다. 시료의 이격현상은 신장을 10%가한 상태에서부터 발생하였으며 신장률이 증가함에 따라 갈라짐과 이격현상이 증가하였다. 이러한 현상은 길이방향의 신장에 의하여 단면적이 감소하게 되어 고체상의 은코팅입자에 균열이 발생하기 때문이다.
- 이러한 섬유표면의 은코팅 입자의 이탈은 신장변형률과 반복신장조건에서 저항 변형률이 크게 증가하는 이유이다. 시료의 저항 변형률은 필라멘트간 접촉에 의하여 D 시료의 저항변형이 가장 적게 나타났으며 A 시료와 B 시료보다 구성필라멘트수가 많은 C 시료의 경우에는 환경변화에 의한 영향과 더불어 필라멘트간 마찰에 의한 코팅면의 이탈이 발생하여 오히려 저항변형률의 증가가 크게 나타났다. 또한 각 시료에 있어 저항변형률의 변화폭이 가장 크게 나타난 반복신장 조건에서의 회귀분석 결과 저항변형률과 관련된 상관계수가 가장 크게 나타나 은코팅 전도사의 저항변형의 예측이 가능하여 스마트의류 제조에 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
- 각 조건에서의 저항변형률 측정결과 신장률증가와 반복신장조건에서 가장 큰 저항변형률의 증가를 나타냈으며 pH 조건에서 가장 적은 저항변형률의 증가를 나타냈다. 시료의 특성에 따른 비교에서는 40de의 섬도를 가진 A 시료와 210de를 가진 D 시료의 저항변형률이 각 환경조건에서 가장 적은 저항변형률 증가를 나타내어 환경조건에 따른 전도사의 저항특성 변화가 가장 적은 것으로 나타났다.
- 변형을 가하는 횟수에 비례하여 저항변형률이 증가 하였다. 신장률에 따른 저항변화의 결과와 동일하게 C 시료의 신장횟수 증가에 따른 저항변형률 증가가 가장 크게 나타났으며 D 시료의 신장변형률이 가장 적었다. 또한 A 시료는 다른 세 가지 시료의 증가가 선형적으로 증가하는데 비하여 불규칙적으로 증가하며 필라멘트수가 많은 B 시료에 비하여 오히려 저항변형률의 증가폭이 작은 것으로 나타났다.
- 신장증가에 따른 은코팅면의 이격현상은 모든 시료에서 관찰되었으며 시료의 전체보다 한쪽면에중점적으로 갈라짐이 발생한 것으로 관찰되었다. 시료의 이격현상은 신장을 10%가한 상태에서부터 발생하였으며 신장률이 증가함에 따라 갈라짐과 이격현상이 증가하였다.
- 열노출에 의한 저항 변형률 변화는 신장률 변화와 반복시장 조건에 비하여 작았다. 일반적으로 열노출 시간이 증가할수록 저항변형률이 증가하였으며 전체시료에서 10시간 이후에 저항변형률의 증가폭이 급격히 감소하였으며 섬도에 따른 저항변형률의 차이가 큰 것으로 나타났다. 10시간 이후와 이전의 저항변형율의 차이가 크게 나타났으며 섬도가 가장 큰 D 시료가 열노출 시간에 따른 저항변형률 변화가 가장 크게 나타났다.
- 저항변형률의 증가에 영향을 주는 은코팅입자의 이탈 역시 신장률 증가와 반복신장 횟수의 증가에 의하여 가장 크게 나타났으며 신장에 의하여 발생하는 표면변화는 완전한 이탈이 아닌 나무껍질 모양의 갈라짐이 주로 발생한 것으로 관찰되었다. 반면에 반복신장의 경우에는 완전한 이탈로 인한 코팅면의 손상이 관찰되었다.
- 이는 구성 필라멘트의 수에 의한 영향으로 판단되며 필라멘트간의 접촉에 의한 전도면적의 증가와 마찰에 의한 은코팅입자의 이탈이 저항변화에 영향을 주었기 때문이다. 특히 D 시료의 경우 저항변형률이 신장률 증가 및 반복신장의 조건에서 모두 20% 미만으로 가장 안정적으로 나타났다.
- 저항변형률의 증가폭이 가장 작은 A 시료와 D 시료가 각 조건인자에 대한 상관성이 높게 나타났기 때문에 조건변화에 대한 예측가능성이 가장 높다. 특히 D 시료의 경우, 반복신장과 pH 조건에 대한 예측성은 0.9979와 0.9993으로 1에 근사하게 나타나 각 조건인자와의 상관관계가 가장 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 시료의 저항 변형률은 필라멘트간 접촉에 의하여 D 시료의 저항변형이 가장 적게 나타났으며 A 시료와 B 시료보다 구성필라멘트수가 많은 C 시료의 경우에는 환경변화에 의한 영향과 더불어 필라멘트간 마찰에 의한 코팅면의 이탈이 발생하여 오히려 저항변형률의 증가가 크게 나타났다. 또한 각 시료에 있어 저항변형률의 변화폭이 가장 크게 나타난 반복신장 조건에서의 회귀분석 결과 저항변형률과 관련된 상관계수가 가장 크게 나타나 은코팅 전도사의 저항변형의 예측이 가능하여 스마트의류 제조에 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.
- 결론적으로 스마트의류 제조에 있어 은코팅 전도사를 사용할 경우 가장 크게 고려해야 할 환경조건은 신장률 증가와 반복신장의 조건이며 pH에 의한 영향과 열노출에 의한 영향은 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 또한 구성필라멘트의 수가 많은 전도사가 적은 전도사보다 저항변형률의 변화가 적은 것으로 나타나 향후 스마트의류 제조에 있어 동일섬도의 전도사를 사용할 경우, 구성 필라멘트수가 많은 전도사를 사용하는 방법이 스마트의류 설계와 제조 시 내구성 유지 및 신호전달에 유리할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 스마트의류의 제조에 사용되는 은코팅 전도사가 제직공정 및 인체의 활동에 따른 물리적, 화학적 자극을 받았을 경우 발생하는 전기적 특성변화를 측정하여 향후 스마트 의류개발 시, 외부자극에 따른 신호전달능력 및 전원공급능력의 변화와 관련한 기초자료로 활용하고자 한다. 또한, 전도사의 전기적 특성변화에 가장 큰 영향을 주는 외부환경 영향인자를 도출하여 향후 스마트의류의 개발에 기초 자료로 활용하고자 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.