(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された電気的特性及び機械的安定性を有する、伸縮可能な導電性繊維並びにその製造方法を提供する。【解決手段】導電性繊維１００は、複数のフィラメント１１０ａで構成され、階層構造を有する弾性繊維１１０と、弾性繊維１１０上に被覆された金属ナノシェル１３０とを含み、弾性繊維１１０は、複数の金属ナノ粒子１２０を含む。金属ナノ粒子１２０は、互いに電気的に接続されている網状構造を形成している。導電性繊維１００は、複数のフィラメント１１０ａで構成され階層構造を有する弾性繊維１１０を調製するステップと、前記弾性繊維１１０内へ金属イオンを吸収させるステップと、吸収された前記金属イオンを還元するステップとを経て製造される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維と、
前記弾性繊維上に被覆された金属ナノシェルと、
を含む導電性繊維であって、
前記弾性繊維は、複数の金属ナノ粒子を含み、
前記金属ナノ粒子は、互いに電気的に接続されている網状構造を形成している、導電性繊維。
【請求項２】
弾性繊維は、第１のセグメント及び第２のセグメントに分類される繰り返し単位を含み、
前記第１のセグメント及び第２のセグメントは異なる強度を有し、
前記第１のセグメント及び第２のセグメントのうち、より高い強度を有するセグメントが、歪みによるスティックスリップ運動を発生させる、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項３】
階層構造に関し、
フィラメントが互いに平行に配列され、前記フィラメントが接触している部分が互いに結合している、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項４】
金属ナノ粒子及び金属ナノシェルは、弾性繊維内への金属イオン吸収と、吸収された前記金属イオンの還元によって形成される、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項５】
金属イオンの吸収と還元が１回以上１０回以下実施される、請求項４に記載の導電性繊維。
【請求項６】
金属は貴金属である、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項７】
フィラメントの数は、２本以上１００本以下である、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項８】
フィラメントは、５μｍ以上１００μｍ以下の平均径を有する、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項９】
金属ナノ粒子を、６０重量％以上９０重量％以下の含有量で含む、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項１０】
金属ナノ粒子は、０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の平均径を有する、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項１１】
金属ナノシェルは、１０ｎｍ以上３μｍ以下の平均厚さを有する、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項１２】
歪みセンサ、温度センサ、及びヒーターからなる群から選択される、いずれか１つの用途に使用される、請求項１に記載の導電性繊維。
【請求項１３】
複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維を調製するステップと、
前記弾性繊維内へ金属イオンを吸収させるステップと、
吸収された前記金属イオンを還元するステップと、
を含む、導電性繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、導電性繊維及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のウェアラブル業界は、眼鏡及び腕時計等の限られたタイプのデバイスのみを提供してきた。そのため、このような制限を克服でき、曲げ可能なデバイス、更には、伸縮も可能なウェアラブルデバイスの重要な要素に使用できるスマート技術の研究が必要とされている。
【０００３】
このような研究は、特に、ＩＴ技術において公益的なものとして注目を集めており、スポーツウェア等、ファッションと組み合わせた新しいコンセプトのアパレルである高機能スマートウェアが増えてきている。しかしながら、既存の材料は、引き伸ばされたときにその電気的特性を容易に失うため、機械的又は電気的安定性が非常に弱いものであった。
【０００４】
その一方、歪みセンサ等の繊維ベースの電子デバイスを製造するためには、相互接続材料として高性能導電性繊維を開発することがまず必要である。
【０００５】
市販され市場で購入することができる既存の導電性繊維は、一般に、金属で被覆された繊維表面を有する。このような導電性繊維は、金属被覆によって優れた電気的性能を示す。しかし、金属被覆は伸張又は屈曲等の外部刺激によって割れる恐れがある。そのため、既存の導電性繊維は安定性が低い。
【０００６】
これらの問題に対処するため、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、及びポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸等の導電性ポリマーを使用する導電性繊維を製造するための多くの研究が行われてきた。
【０００７】
しかしながら、このような導電性ポリマーを使用する導電性繊維は、金属と比べて高い電気的特性を実現することは困難である。
従って、既存の導電性繊維において、優れた電気的性能と優れた機械的安定性の双方を確保することには限界がある。電子繊維の分野を開拓するためには、上記の不利な点を補うことができ、高い伸縮性及び安定性を有する高性能な導電性繊維を開発することが必要である。
【０００８】
高い伸縮性を有する導電性繊維の開発に関して、ポリウレタン、又は、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）（ＳＢＳ）に基づく繊維材料に炭素ベースの様々な導電性材料又は金属粒子を付与する研究が行われてきた。しかし、金属は、これらのポリマーを不安定にするため、この導電性繊維には電気的性能が経時的に低下するという不利がある。
【０００９】
従って、高い電気的性能と高い機械的安定性の双方を有し、高度に伸縮可能な導電性ポリマーを開発するためには、上述の不利な点が克服されるべきである。不利な点を克服できて、高い安定性を確保できる導電性繊維の開発が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国特許出願公開第１０−２０１６−００５３７５９号（「導電性ナノファイバー及びその製造方法ならびに導電性ナノファイバーベースの圧力センサ」、２０１６年５月１３日に公開）
【特許文献２】韓国特許第１０−０７６０６５２号（「銀ナノ粒子を含むポリウレタンナノファイバーマットの製造方法」、２００７年９月１４日に登録。）
【特許文献３】韓国特許出願公開第１０−２０１４−００１７３３５号（「伸縮可能な導電性複合繊維糸、その製造方法、及びそれを含む伸縮可能な導電性複合紡績糸」、２０１４年２月１１日に公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された電気的特性及び機械的安定性を有する、伸縮可能な導電性繊維並びにその製造方法を提供することである。また、本発明は、歪みセンサ、温度センサ、ヒーター等において使用できる伸縮可能な導電性繊維を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的は、本発明の態様によって達成することができる。即ち、本発明は、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維と、弾性繊維上に被覆された金属ナノシェルとを含む導電性繊維を提供する。そして、弾性繊維は、複数の金属ナノ粒子を含み、金属ナノ粒子は、金属ナノ粒子が互いに電気的に接続されている網状構造を形成する。
【００１３】
本開示の実施形態による導電性繊維において、弾性繊維は、第１のセグメント及び第２のセグメントに分類される繰り返し単位を含んでもよい。第１のセグメント及び第２のセグメントは、異なる強度を有し、第１のセグメント及び第２のセグメントのうち、より高い強度を有するセグメントが、歪みによるスティックスリップ運動を発生させる。
【００１４】
本開示の実施形態による導電性繊維においては、階層構造に関して、フィラメントが互いに平行に配列されてもよく、フィラメントが接触している部分が互いに結合していてもよい。
【００１５】
本開示の実施形態による導電性繊維において、金属ナノ粒子及び金属ナノシェルは、弾性繊維内への金属イオン吸収及び吸収された金属イオンの還元によって形成されてもよい。
【００１６】
金属イオンの吸収及び還元は、１回以上１０回以下実施されてもよい。また、金属は貴金属であってもよい。
【００１７】
本開示の実施形態による導電性繊維において、フィラメントの数は、２本以上１００本以下であってもよい。また、フィラメントは、５μｍ以上１００μｍ以下の平均径を有してもよい。
【００１８】
本開示の実施形態による導電性繊維において、金属ナノ粒子は、６０重量％以上９０重量％以下の含有量で含まれてもよい。また、金属ナノ粒子は０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の平均径を有してもよい。
【００１９】
本開示の実施形態による導電性繊維において、金属ナノシェルは、１０ｎｍ以上３μｍ以下の平均厚さを有してもよい。
【００２０】
そして、本開示の実施形態による導電性繊維は、歪みセンサ、温度センサ及びヒーターからなる群から選択されるいずれか１つにおいて使用されることができる。
【００２１】
また、本発明の別の態様によれば、導電性繊維の製造方法が提供される。この方法は、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維を調製するステップと、弾性繊維内へ金属イオンを吸収するステップと、吸収された金属イオンを還元するステップとを含む。
【００２２】
本開示の上述及びその他の目的、特徴ならびにその他の利点は、添付図面と併せて、以下の詳細な説明からより明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本開示の実施形態による導電性繊維の斜視図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態による導電性繊維の断面図である。
【図２】本開示の実施形態による導電性繊維のフィラメントの拡大部分を示す図である。
【図３】本開示の実施形態による導電性繊維の製造方法のフローチャートである。
【図４Ａ】本開示の実施形態による導電性繊維の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態による導電性繊維の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図５】本開示の実施形態による導電性繊維のエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）による画像である。
【図６】本開示の実施形態による導電性繊維の金属イオン吸収及び還元の回数に応じた電気伝導率を示すグラフである。
【図７】本開示の実施形態による導電性繊維の引張歪みに対する電気伝導率を示すグラフである。
【図８】本開示の実施形態による導電性繊維の引張歪みに対する機械的特性（応力）を示すグラフである。
【図９】本開示の実施形態による導電性繊維の伸張の回数に応じた抵抗の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面及びその説明を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明の実施形態はこれらに限定されない。
本開示において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示において用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそれ以外に明確に示していなければ、複数形も同様に含むものとする。「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書において用いられるとき、記載された成分、ステップ、操作及び／又はデバイスの存在を特定するが、１つ又は複数の他の成分、ステップ、操作及び／又はデバイスの存在又は追加を除外するものではないことが更に理解されるであろう。
【００２５】
本明細書において用いられる「実施形態」、「例」、「態様」等に開示されている任意の態様又は設計は、他の態様又は設計よりも満足のいくものであり、あるいは有利であると理解されるべきではない。
加えて、「又は」という表現は、「排他的論理和」ではなく、「包含的論理和」を意味する。即ち、特に述べられていない限り、又は文脈から明確に推論されない限り、「ｘはａ又はｂを使用する」という表現は、自然な包含的順列のいずれか１つを意味する。
【００２６】
更に、本発明の説明及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそれ以外に明確に示していなければ、複数形も同様に含むものとする。
加えて、層、フィルム、領域及び成分等の要素が別の要素の「上に」あると表されるとき、この要素は、直接、別の要素の上にあり得、又は間に挟まれた要素が存在し得る。
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明することによって本発明を詳細に説明する。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂは、本開示の実施形態による導電性繊維を示す。
図１Ａは、本開示の実施形態による導電性繊維の斜視図を示し、図１Ｂは、本開示の実施形態による導電性繊維の断面図を示す。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本開示の実施形態による導電性繊維１００は、弾性繊維１１０、弾性繊維１１０内に含まれる複数の金属ナノ粒子１２０、及び弾性繊維１１０上に被覆された金属ナノシェル１３０を含む。
【００３０】
弾性繊維１１０は、例えば、ゴム等の弾性繊維である。弾性繊維１１０は、ポリウレタンベースの繊維の一種であってもよい。ある実施形態において、弾性繊維１１０の繊維形成材料の少なくとも８５％以上がポリウレタン結合を含んでもよく、それによって、弾性繊維１１０が、高い伸縮性を有してもよい。
【００３１】
この場合、ウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）を有するポリマー化合物であるポリウレタンは、アミド（−ＮＨＣＯ−）及びエステル（−ＣＯ−）の両方の特性を有する。即ち、ポリウレタンは、ナイロンのアミド基（−ＣＯＮＨ−）がウレタン基で置き換えられた構造を有し、ナイロンよりも酸素原子が１個多い。
【００３２】
弾性繊維１１０は、様々な方法を用いて様々な化学構造を有するように製造されてもよい。
【００３３】
弾性繊維１１０の製造方法は、ポリオールを大量のジイソシアネートと反応させてプレポリマーを調製するステップと、プレポリマーと低分子量を有するジアミンとを重合して重合度を高めるステップの２つのステップを含んでもよい。
【００３４】
弾性繊維１１０はコポリマーであってもよく、互いに分離した第１のセグメント及び第２のセグメントを含む繰り返し単位を含んでもよい。この場合、第１のセグメント及び第２のセグメントは、異なる強度を有してもよい。
【００３５】
ある実施形態において、弾性繊維１１０は、第１のセグメントとしてソフトセグメントを、第２のセグメントとして第１のセグメントよりも高い強度を有するハードセグメントを含む繰り返し単位で構成されてもよい。即ち、弾性繊維１１０は、ソフトセグメントとハードセグメントで構成される繰り返し単位を含むジブロックコポリマー構造を有してもよい。このようなコポリマーは、直鎖状構造を有してもよい。
【００３６】
そのような場合、ソフトセグメントは、コポリマーに伸縮性を与え得る。ハードセグメントは、ハードセグメントの分子間結合によって、コポリマーに機械的強度を与え得る。従って、弾性繊維１１０は、ソフトセグメントの伸縮性による弾性と、ハードセグメントの機械的強度とを示すことができる。
【００３７】
ある実施形態において、ハードセグメントの場合、ハードセグメント内に含まれるウレタン基及び尿素基がそれぞれ水素結合を形成し、それによって一種の結晶形態で存在してもよい。
【００３８】
弾性繊維１１０が高い引張率で歪むとき、従って、ソフトセグメントの大部分が引き伸ばされるとき、高い応力率がハードセグメントに与えられ、ハードセグメント内の水素結合が切断され、押し戻され、再び結合されるスティックスリップ運動が発生し得る。
【００３９】
特に、ソフトセグメントよりも高い強度を有するハードセグメントが歪むとき、スティックスリップ運動が発生し得る。このようなスティックスリップ運動は、複数のハードセグメントが水素結合によって層状に結合されて結晶構造を形成し、外部応力によって、ハードセグメントの一部の層が押し戻され、整列していない形状で再び結合される現象を指す。
【００４０】
弾性繊維１１０は、複数のフィラメント１１０ａで構成され、階層構造を有することができる。
【００４１】
このような場合、弾性繊維１１０の階層構造は、フィラメント１１０ａが互いに平行に配列され、フィラメント１１０ａが接触している部分が互いに結合している形状を指す。特に、弾性繊維１１０は、フィラメント１１０ａが互いに結合しており、従って、１本の繊維を構成する形状を有してもよい。
【００４２】
フィラメント１１０ａの数は、例えば、２本以上１００本以下であってもよいが、本開示はこれに限定されない。
【００４３】
弾性繊維１１０のフィラメント１１０ａの平均径は、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下とするが、本開示はこれに限定されない。
【００４４】
金属ナノ粒子１２０は、弾性繊維１１０内に包含される。金属ナノ粒子１２０は、弾性繊維１１０の内部及び表面に含まれてもよい。
金属ナノ粒子１２０は、特に、弾性繊維１１０のフィラメント１１０ａのそれぞれに含まれてもよく、フィラメント１１０ａのそれぞれの内部及び表面に含まれてもよい。
【００４５】
弾性繊維１１０内に含まれる金属ナノ粒子１２０は、金属ナノ粒子１２０が互いに電気的に接続されている網状構造を有する。
【００４６】
図２は、本開示の実施形態による導電性繊維１００のフィラメント１００ａの拡大部分を示す。
図２を参照すると、金属ナノ粒子１２０は、フィラメント１１０ａ内に含まれ、金属ナノ粒子１２０が互いに電気的に接続されている網状構造を有する。この場合、網状構造は、単位粒子又は要素が任意の方向に配列され、互いに結合されている網状構造を指す。
【００４７】
金属ナノ粒子１２０は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属で形成されてもよい。ある実施形態において、金属ナノ粒子１２０は、複数の銀ナノ粒子であってもよい。
【００４８】
金属ナノ粒子１２０は、６０重量％以上９０重量％以下の高い含有量で弾性繊維１１０内に含まれてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【００４９】
また、金属ナノ粒子１２０は、弾性繊維１１０の表面からその中心にかけて濃度が低下する濃度勾配を有してもよい。
【００５０】
金属ナノ粒子１２０は、例えば、０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の平均径を有してもよいが、本開示はこれに限定されない。
【００５１】
導電性繊維１００は、高度に伸縮可能な弾性繊維１１０に基づいており、弾性繊維１１０は、網状構造を有する金属ナノ粒子１２０を含む。従って、導電性繊維１００は、高い伸縮性及び高い導電率を有することができる。
【００５２】
特に、互いに平行に結合されたフィラメント１１０ａが配列されている弾性繊維１１０の階層構造、及びスティックスリップ運動が発生し得る弾性繊維１１０の分子構造によって、導電性繊維１００は部分的に歪まず、又は異なるように歪むため、導電性繊維１００が歪むとき、フィラメント１１０ａのあまり歪んでいない部分に沿って金属ナノ粒子１２０の網状構造が効率的に保持され得る。
【００５３】
従って、導電性繊維１００は、金属ナノ粒子１２０間の電気的接続の切断を最小限に抑えることができて、歪みが更に大きくても電気伝導率が低下することなく電気的接続を維持することができる。このように、導電性繊維１００は、弾性繊維１１０のマイクロスケール階層構造及びナノスケール分子構造によって、歪みが更に大きくても、より高い電気伝導率を有することができる。
【００５４】
金属ナノシェル１３０は、弾性繊維１１０上に被覆されるように形成される。
【００５５】
特に、金属ナノシェル１３０は、複数の金属ナノ粒子で構成されてもよく、弾性繊維１１０が金属ナノ粒子で被覆されたシェル形状を有してもよい。
【００５６】
金属ナノシェル１３０は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属で形成することができる。ある実施形態において、金属ナノシェル１３０は銀ナノシェルとすることができる。
【００５７】
金属ナノシェル１３０の平均厚さは、例えば、１０ｎｍ以上３μｍ以下とすることができるが、本開示はこれに限定されない。
【００５８】
金属ナノシェル１３０は、弾性繊維１１０を被覆するように形成される。金属ナノシェル１３０は、ポリマーを含む複合体ではなく純粋な金属構成要素であるので、導電性繊維１００の初期電気伝導率を改善することができる。
【００５９】
これに加えて、導電性繊維１００が歪むような状況下においては、導電性繊維１００が局所的に歪まないように、金属ナノシェル１３０がフィラメント１１０ａのそれぞれを保持することができるので、フィラメント１１０ａのそれぞれの部分は、異なる歪み率を受けることができる。
【００６０】
特に、外部歪みに対して金属ナノシェル１３０がそれぞれのフィラメント１１０ａを保持する程度は、フィラメント１１０ａのそれぞれの直径又は断面積に対する金属ナノシェル１３０の比に依存する。従って、それぞれのフィラメント１１０ａに加わる歪みの形は異なり得る。
【００６１】
特に、金属ナノシェル１３０で占められる導電性繊維部分は、外部歪みが加わるが歪まないと考えてもよい。このような導電性繊維部分はフィラメント１１０ａ内に局在するため、全体として効率的なネットワークが保持され得る。
【００６２】
金属ナノ粒子１２０及び金属ナノシェル１３０は、弾性繊維１１０内へ金属イオンを吸収するステップと、吸収された金属イオンを還元するステップとによって形成することができる。
以下、図３を参照して本開示の実施形態による導電性繊維の製造方法を説明する。
【００６３】
図３は、本開示の実施形態による導電性繊維の製造方法のフローチャートを示す。
図３を参照すると、本開示の実施形態による導電性繊維の製造方法（Ｓ１００）は、弾性繊維を調製するステップ（Ｓ１１０）と、弾性繊維内へ金属イオンを吸収するステップ（Ｓ１２０）と、吸収された金属イオンを還元するステップ（Ｓ１３０）とを含む。
【００６４】
Ｓ１１０において、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維を調製する。
弾性繊維は、湿式紡糸又は乾式紡糸等の様々な方法を用いて様々な化学構造を有するように製造することができる。
【００６５】
Ｓ１２０において、複数の金属イオンを弾性繊維内へ吸収させる。
特に、弾性繊維を、金属イオンを含む溶液に所定の時間浸漬させる。続いて、弾性繊維を金属イオン含有溶液から取り出し、残留する溶媒を所定の時間蒸発させ、それによって金属イオンが弾性繊維内へ吸収される。
【００６６】
ある実施形態では、大量（４０重量％）のＡｇＣＦ３ＣＯＯを、前駆体として、溶媒としてのエタノールに溶解し、それによって、大量の銀イオン（Ａｇ＋）を溶解させた銀イオン含有溶液を調製する。弾性繊維を銀イオン含有溶液に３０分間浸漬する。続いて、弾性繊維を溶液から取り出し、残留するエタノールを室温で約５分間蒸発させる。以上の操作によって、大量の銀イオンが弾性繊維の内部及び表面に存在する。
【００６７】
Ｓ１３０において、弾性繊維内へ吸収された複数の金属イオンを還元する。
特に、弾性繊維内へ吸収された金属イオンを、還元剤を使用して金属ナノ粒子及び金属ナノシェルへと還元してもよい。
【００６８】
ある実施形態では、銀イオンが内部に吸収された弾性繊維に、ヒドラジン水和物、ホルムアルデヒド又は水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）等の還元剤を数滴滴加してから５分後、還元剤が除去されるように弾性繊維を水で洗う。その結果、弾性繊維内へ吸収された銀イオンが銀ナノ粒子へと還元され、金属ナノシェルが弾性繊維の表面に形成される。
【００６９】
即ち、Ｓ１３０においては、弾性繊維内へ吸収された金属イオンが金属ナノ粒子へと還元されるとき、金属ナノ粒子が弾性繊維の内部及び表面に含まれ、同時に、弾性繊維の表面が金属ナノシェルで被覆される。
【００７０】
以上で説明した製造工程に関し、ある実施形態においては、Ｓ１２０及びＳ１３０が繰り返されてもよい。
特に、弾性繊維内へ金属イオンを吸収するステップ（Ｓ１２０）及び弾性繊維内へ吸収された金属イオンを還元するステップ（Ｓ１３０）は、１回実施されてもよく、又は、数回から数十回、例えば、２回以上１０回以下繰り返すことができる。
【００７１】
弾性繊維内へと複数の金属イオンを吸収するステップ（Ｓ１２０）及び吸収された金属イオンを還元するステップ（Ｓ１３０）が繰り返されるとき、金属イオンの吸収及び還元を繰り返す回数が増えるにつれて、より多くの金属ナノ粒子が弾性繊維内に含有され、即ち、弾性繊維に閉じ込められ、弾性繊維上に被覆される金属ナノシェルの厚さも厚くなる。
【００７２】
また、弾性繊維内へ金属イオンを吸収するステップ及び吸収された金属イオンを還元するステップが繰り返されるにつれて、金属ナノ粒子及び金属ナノシェルは、弾性繊維の表面からその中心にかけて濃度が低下する濃度勾配を有し得る。加えて、金属イオンの十分な吸収及び還元が達成されるとき、金属の濃度が飽和してもよい。
【００７３】
本開示の実施形態による導電性繊維１００は、金属ナノ粒子及び金属ナノシェルの濃度を制御することにより、歪みセンサ、温度センサ及びヒーター等の様々な用途に利用することができる。また、例えば、ヒーターにおいて使用される導電性繊維が、歪みセンサにおいて使用される導電性繊維よりも、高い濃度の銀ナノ粒子及び銀ナノシェルを含有することができる。
【００７４】
ある実施形態において、歪みセンサは、引張歪みによって歪み率を検出するセンサとして、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維と、弾性繊維上に被覆された金属ナノシェルとを含む。この場合、弾性繊維は、複数の金属ナノ粒子を含み、金属ナノ粒子は、電気的に相互接続された網状構造を形成し、導電性繊維に含まれてもよい。
【００７５】
特に、歪みセンサは、電極部及び検出部を含んでもよい。電極部は導電性繊維を含んでもよい。即ち、本開示の実施形態による導電性繊維は、歪みセンサにおいて使用されてもよく、特に、歪みセンサの電極部において使用されてもよい。
【００７６】
歪みセンサは、ウェアラブル物品に適用可能な歪みセンサであってもよい。ウェアラブル物品は、例えば、衣服、バッグ、帽子、手袋等であってもよい。即ち、本開示の実施形態による導電性繊維は、ウェアラブル物品に適用可能な歪みセンサにおいて使用されてもよい。
【００７７】
以下で、本開示の実施例及び比較例を開示する。
実施例は、本開示の実施形態として記載されており、本開示の目的及び範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００７８】
導電性繊維の製造
弾性繊維（Ｃｒｅｏｒａ（２１０ｄ）、Ｈｙｏｓｕｎｇにより製造、フィラメント数：１４）を準備した。
０．４ｇのＡｇＣＦ３ＣＯＯを、前駆体として、エタノール０．６ｇに濃度４０重量％で溶解し、それによって、大量の銀イオン（Ａｇ＋）を含む溶液を調製した。
【００７９】
調製した銀イオン含有溶液に弾性繊維を浸漬した。３０分後、弾性繊維を溶液から取り出し、残留するエタノールを室温（２５℃）で約５分間蒸発させ、それによって、銀イオンを弾性繊維の内部及び表面へ吸収させた。
【００８０】
続いて、エタノールで体積比５０％で希釈したヒドラジン水和物約３ｍｌを還元剤として、銀イオンが内部に吸収された弾性繊維にスポイトを使用して滴加した。５分後、弾性繊維を水で数回洗って還元剤を除去し、それによって、弾性繊維内へ吸収された銀イオンを還元した。
【００８１】
以上の工程の結果、銀ナノ粒子が弾性繊維内へ吸収され、銀ナノシェルで被覆された導電性繊維が製造される。
そして、以上の銀イオンを吸収させるプロセスと、吸収された銀イオンを還元するプロセスを８回繰り返した。
【００８２】
導電性繊維の形状及び特性の評価
［走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析］
実施例１に従って製造した導電性繊維の形状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。
【００８３】
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の実施形態による導電性繊維の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
図４Ａは、実施例１において製造した導電性繊維の側面のＳＥＭ像を示し、図４Ｂは、その上面のＳＥＭ像を示す。
【００８４】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、実施例１において製造した導電性繊維が、図１に示すように、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維に基づいており、弾性繊維内に含まれた、網状構造を有する複数の金属ナノ粒子を含み、金属ナノシェルで被覆されていることが確認できる。
【００８５】
［エネルギー分散分光（ＳＥＭ）分析］
実施例１において製造した導電性繊維に対してエネルギー分散分光（ＥＤＳ）分析を行った。
【００８６】
図５は、本開示の実施形態による導電性繊維のエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）による画像を示す。
図５は、断面のＳＥＭ像（図４Ａ）に示した実施例１の導電性繊維における金属ナノ粒子の分布を示すＥＤＳ像である。
【００８７】
図５を参照すると、金属ナノ粒子が、実施例１において製造した導電性繊維内にも均一に分布しており、その内部にネットワークを形成していることが確認できる。
【００８８】
［特性評価］
実施例１において製造した導電性繊維の電気伝導率特性を評価した。
【００８９】
図６は、本開示の実施形態による導電性繊維の金属イオン吸収及び還元の回数に応じた電気伝導率を示すグラフである。
【００９０】
この特性評価では、実施例１に従って導電性繊維を製造したときにおいて、金属イオンの弾性繊維内への吸収と吸収された金属イオンの還元とで組み合わされた工程を１回行う毎に電気伝導率を測定した。図６を参照すると、導電性繊維内への金属イオン吸収及び吸収された金属イオンの還元の頻度が高くなるに従い、導電性繊維の電気伝導率が高くなることが確認された。
特に、弾性繊維内へ金属イオンを吸収させ、吸収された金属イオンを還元するプロセスを８回繰り返したとき、導電性繊維は、約２０，０００Ｓ／ｃｍの導電率を示した。
【００９１】
図７は、本開示の実施形態による導電性繊維の引張歪みに対する電気伝導率を示すグラフである。
【００９２】
図７を参照すると、実施例１において製造した導電性繊維は、その長さが元の長さの約５．５倍まで長くなる場合でも、その電気的性能を保持することが確認できる。
【００９３】
また、図７を参照すると、導電性繊維の長さが連続的に長くなるにつれて、その電気伝導率が連続的に低下することが確認できる。これらの結果から、導電性繊維は、歪みセンサとして適用可能であることが確認できる。
【００９４】
更に、実施例１において製造した導電性繊維の機械的特性を評価した。図８は、本開示の実施形態による導電性繊維の引張歪みに対する機械的特性（応力）を示すグラフである。
【００９５】
この特性評価においては、実施例１において製造した導電性繊維に１５０％の予歪みを与え、次いで、これにそれぞれ１０％、３０％、５０％、７０％及び９０％の引張歪みを２回繰り返して与えた。図８を参照すると、これらの曲線は変化しないことが確認できる。
従って、本実施例の導電性繊維の機械的特性は低下しないことが確認できる。この結果から、導電性繊維は、優れた電気的特性及び高い機械的安定性を保持することが確認できる。
【００９６】
図９は、本開示の実施形態による導電性繊維の伸張の回数に応じた抵抗の変化を示すグラフである。
図９を参照すると、実施例１において製造した導電性繊維に対して１０％の歪みを１００００回繰り返したとき、電気抵抗は初期にわずかに増加する。但し、繰り返しが全体として１００００回与えられた後であっても、電気抵抗は安定していることが確認できる。
【００９７】
以上の説明から明らかなように、本開示の実施形態による導電性繊維は、複数のフィラメントで構成され、階層構造を有する弾性繊維を使用し、それによって、改善された伸縮性及び機械的安定性を示す。
加えて、本開示の実施形態による導電性繊維は、弾性繊維内に含まれ、電気的に相互接続された網状構造を有する複数の金属ナノ粒子を使用し、それによって、改善された電気的特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
実施形態等で示したように、本開示の改善された電気的特性及び機械的安定性を有する導電性繊維は、歪みセンサ、温度センサ、ヒーター等に適用することができる。
【００９９】
限られた例及び図によって本発明を説明してきたが、本発明はそれらの例に限定されるものではない。本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、様々な修正、追加及び置換が可能であることを当業者なら理解するであろう。従って、開示された実施形態に本発明を限定する意図はなく、むしろ、本発明は、特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲に含まれる全ての修正、均等物及び代替を対象に含むものであると理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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