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KR101781687B1 - Deveice for detection and recordation of damages on conductive composite material and method for manufacturing the same - Google Patents

Deveice for detection and recordation of damages on conductive composite material and method for manufacturing the same Download PDF

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KR101781687B1
KR101781687B1 KR1020150104473A KR20150104473A KR101781687B1 KR 101781687 B1 KR101781687 B1 KR 101781687B1 KR 1020150104473 A KR1020150104473 A KR 1020150104473A KR 20150104473 A KR20150104473 A KR 20150104473A KR 101781687 B1 KR101781687 B1 KR 101781687B1
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composite material
layer
conductive composite
electrode
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주성준
전은범
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치, 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 복수 개의 손상 감지층; 상기 손상 감지층과 전기적으로 연결되어 상기 손상 감지층에 전류를 공급하는 전원; 및 상기 손상 감지층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 포함하며, 상기 손상 감지층은, 전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 형성되며, 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠를 포함하고, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극띠는 서로 수직인, 전기저항 측정층; 상기 전극층을 덮도록 형성되는 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성되며, 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하는 전기용량 측정층을 포함하는, 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 탄소계 복합재료의 손상 위치 및 손상 정도를 매우 정밀하게 실시간으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작이 가능하여 자동차 등 다양한 분야에 널리 상용화될 수 있고, 구조물에 전혀 손상을 일으킬 염려가 없으며, 더 나아가 손상 부위의 자가치유까지도 가능한 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치를 제공할 수 있다.
More particularly, the present invention relates to a damage detection and damage history recording apparatus for a conductive composite material structure, and more particularly, A power source electrically connected to the damage detection layer to supply current to the damage detection layer; And an electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from the damage sensing layer, wherein the damage sensing layer is formed on the top and back surfaces of the conductive composite material and comprises a plurality of electrode strips Wherein the electrode strips formed on the upper surface and the electrode strips formed on the rear surface are perpendicular to each other; An insulating layer formed to cover the electrode layer; And a capacitance measurement layer formed on the insulation layer and including a dielectric material interposed between the plurality of electrode pairs and each pair of electrodes, and a method of manufacturing the damage detection and damage history recording device of the conductive composite material. .
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible not only to detect a damage position and a degree of damage of a carbon-based composite material very precisely in real time, but also to manufacture at low cost and be widely commercialized in various fields such as automobiles, And it is possible to provide a damage detection and damage history recording apparatus for a conductive composite structure capable of even self-healing of a damaged portion.

Figure R1020150104473
Figure R1020150104473

Description

전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 및 그 제조방법 {Deveice for detection and recordation of damages on conductive composite material and method for manufacturing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a damage detection and damage history recording apparatus for a conductive composite material structure,

본 발명은 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치, 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a damage detection and damage history recording apparatus for a conductive composite material structure, and a manufacturing method thereof.

탄소나노튜브, 탄소섬유와 같이 전도성이 있는 탄소나노재료가 포함된 탄소계 복합재료는 우수한 기계적 및 전기적 물성을 보유하고 있어 최근 이에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 탄소계 복합재료는 상대적으로 적은 탄소 함량에도 불구하고, 우수한 강성 및 전기전도성을 보유하기 때문에, 우주항공 재료뿐만 아니라 차량용 재료와 같은 다양한 분야로 그 적용이 확대되고 있다.Carbon-based composites containing conductive carbon nanomaterials, such as carbon nanotubes and carbon fibers, have excellent mechanical and electrical properties. Carbon-based composites, despite their relatively low carbon content, have excellent stiffness and electrical conductivity, and are therefore being applied in a wide variety of applications such as automotive materials as well as aerospace materials.

그러나, 탄소계 복합재료는 미세손상이 발생할 경우, 물성이 급격히 저하되면서 파괴가 일어나는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 상기 문제를 극복하기 위해서, 탄소계 복합재료의 미세손상을 예측 및 확인할 수 있는 다양한 평가방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 종래 전도성 복합재료 구조물의 손상을 감지하기 위한 일반적 기술들은 주로 음향방출 (acoustic emission), 초음파 테스트 (ultrasonic test)와 같은 고가의 비파괴 장비를 이용하여 항공기에 적용된 부품에 감지기를 연결해 평가를 진행하고 있다. 그러나, 이러한 평가는 전문 인력을 필요로 하며, 장비가 고비용이기 때문에 매우 높은 평가 비용이 소요되었다. 따라서, 최근에는 상기 방법들의 대안으로서, 광섬유센서 (optical fiber sensor) 또는 압전센서 (piezoelectic sensor)를 구조물에 부착하고, 구조물의 임피던스를 측정하여 신호변화 감지를 통해 구조물의 손상 여부를 평가하는 방법이 제안된 바도 있지만, 이는 넓은 범위의 손상감지가 어렵고, 구조물 내부에 센서를 삽입하는 방식인 관계로 측정 대상이 되는 구조물 내부에 손상을 일으킬 염려가 있으며, 마찬가지로 적지 않은 비용이 든다는 문제가 있기 때문에 널리 상용화되지 못하여 한정적인 범위 내에서만 이용되고 있다. 더 나아가, 기존의 방법들은 극한의 환경 (저온, 고습도)에서 센서가 작동하지 않거나, 고장 등에 취약하여 손상감지에 어려움이 있었다.However, the carbon-based composite material has a problem in that, when micro-damage occurs, the physical properties thereof are rapidly deteriorated and fracture occurs. Therefore, in order to overcome the above problem, various evaluation methods for predicting and confirming the micro-damage of the carbon-based composite material are being studied. Conventional techniques for detecting damage of a conventional conductive composite structure are mainly conducted by connecting a detector to a component applied to an aircraft using expensive non-destructive equipment such as acoustic emission and ultrasonic test . However, these evaluations require a highly skilled workforce, and the cost of the equipment is very high due to the high cost. Recently, as an alternative to the above methods, a method of attaching an optical fiber sensor or a piezoelectic sensor to a structure and measuring the impedance of the structure to evaluate damage of the structure through signal change detection There is a problem that it is difficult to detect a wide range of damage and there is a fear of damaging the inside of the structure to be measured due to the way of inserting the sensor in the inside of the structure, And it is used only within a limited range because it is not commercialized. Furthermore, existing methods have been difficult to detect damage due to failure of the sensor in an extreme environment (low temperature, high humidity) or vulnerability to a failure.

특히, 전술한 고비용의 문제점 때문에, 현재 이러한 탄소계 복합재료의 실시간 손상감지는 항공기와 같은 첨단 분야에만 일부 적용되고 있는 바, 최근 탄소계 복합재료의 적용 분야가 확대됨에 따라 차량 등에도 탄소계 복합재료를 적용하려는 연구가 증가하고 있다. 이에 따라, 탄소 복합재의 미세손상을 예측 및 확인할 수 있는 저가형의 실시간 손상감지 시스템에 대한 필요성이 증가되고 있는 실정이다. 예를 들어, 차량 등에 실시간 손상감지 시스템을 구축하는 것이 가능케 되면, 운전자 안전을 획기적으로 제고할 수 있을 뿐만 아니라, 정확한 사고 경위 파악이 가능하고, 차량 대여업자들의 경우 효율적인 차량 관리가 가능하게 된다.In particular, because of the above-described high cost problems, the real-time damage detection of such carbon-based composite materials is currently being applied only to high-tech fields such as aircraft. Recently, as the application fields of carbon- There are increasing studies to apply materials. Accordingly, there is a growing need for a real-time, low-cost damage detection system capable of predicting and confirming the fine damage of the carbon composite material. For example, if it is possible to construct a real-time damage detection system on a vehicle or the like, not only driver safety can be greatly improved, but precise accident diagnosis can be performed and vehicle lenders can efficiently manage the vehicle.

한편, 검사 대상이 되는 물체의 전기적 특성을 이용하여 해당 물체의 이상 또는 손상 부위를 검출하기 위한 다양한 기술들이 알려져 있으며, 예를 들어 일본국 공개특허공보 특개2009-6497호에서는 유리강화섬유 패널의 이상 검출방법으로서, 유리강화섬유로 이루어진 플라스틱 패널의 내부에 도선을 매립하고, 상기 도선의 양 말단을 패널 단면까지 연장한 다음, 도선의 전기저항 또는 전기용량 변화를 측정함으로써 해당 패널의 이상 여부를 검출하는 기술을 개시하고 있으며, 미국 공개특허공보 US 2009/0121121 A1호에서는 섬유 기반의 검사 대상 물체의 내부에 손상이 발생할 경우 전기저항 또는 전기용량이 변화하는 별도의 검사용 섬유를 삽입하여 그 측정값 변화에 의해서 섬유 기반 구조의 손상을 검출하는 방법을 개시하고 있다.On the other hand, various techniques for detecting an abnormal or damaged part of the object using the electrical characteristics of the object to be inspected have been known. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-6497, As a detection method, a conductor is embedded in a plastic panel made of glass-reinforced fiber, both ends of the conductor are extended to the end face of the panel, and then the electrical resistance or capacitance change of the conductor is measured, US Patent Publication No. 2009/0121121 A1 discloses a method of inserting a separate inspecting fiber in which electrical resistance or capacitance changes when a fiber-based inspecting object is damaged, Discloses a method for detecting damage to a fiber-based structure by a change.

그러나, 전술한 종래기술들은 모두 탄소계 복합재료에 적용되기에 적합하지 않으며, 더 나아가 손상의 발생 여부만을 알려줄 뿐 정확한 손상의 정도 및 위치에 관한 정보를 제공해 주지는 못하고, 이러한 손상 부위를 치유할 수 있는 수단도 전혀 개시하고 있지 못하다.However, all of the above-described prior art techniques are not suitable for application to carbon-based composite materials, and furthermore, only information on whether or not damage has occurred is provided, but information on the degree and location of correct damage can not be provided. There is no way to do that.

특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 특개2009-6497호Patent Document 1: JP-A-2009-6497 특허문헌 2: 미국 공개특허공보 US 2009/0121121 A1호Patent Document 2: US Patent Publication No. 2009/0121121 A1

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 탄소계 복합재료의 손상 위치 및 정도를 매우 정밀하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작이 가능하여 자동차 등 다양한 분야에 널리 상용화될 수 있고, 측정 대상이 되는 구조물에 삽입되는 방식이 아니어서 구조물에 전혀 손상을 일으킬 염려가 없으며, 더 나아가 손상 부위의 자가치유까지도 가능한 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a carbon- It can be widely commercialized in various fields and is not inserted into a structure to be measured so that there is no fear of damaging the structure at all and furthermore damage detection and damage history of a conductive composite structure capable of self- Recording apparatus.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,In order to solve the above problems,

복수 개의 손상 감지층;A plurality of damage detection layers;

상기 손상 감지층과 전기적으로 연결되어 상기 손상 감지층에 전류를 공급하는 전원; 및A power source electrically connected to the damage detection layer to supply current to the damage detection layer; And

상기 손상 감지층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 포함하며,And electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from said damage detection layer,

상기 손상 감지층은,Wherein the damage detection layer comprises:

전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 형성되며, 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠를 포함하고, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극띠는 서로 수직인, 전기저항 측정층;An electrical resistance measuring layer formed on the upper surface and the back surface of the conductive composite material and including a plurality of electrode strips arranged in parallel to each other, the electrode strip formed on the upper surface and the electrode strip formed on the rear surface being perpendicular to each other;

상기 전극층을 덮도록 형성되는 절연층; 및An insulating layer formed to cover the electrode layer; And

상기 절연층 상에 형성되며, 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하는 전기용량 측정층을 포함하는,And a capacitance measurement layer formed on the insulating layer and including a dielectric material interposed between a plurality of electrode pairs and each pair of electrodes,

전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치를 제공한다.A damage detection and damage history recording device of a conductive composite material is provided.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 복합재료는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 탄소계 복합재료일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the conductive composite material may be a carbon-based composite material selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, and combinations thereof.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 복수 개의 전극 띠는 서로에 대해서 1 mm 내지 200 mm의 간격을 두고 이격될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the plurality of electrode strips may be spaced apart from each other by an interval of 1 mm to 200 mm.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전극 띠는 1 mm 내지 100 mm의 폭을 갖는 전극 띠일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electrode strip may be an electrode strip having a width of 1 mm to 100 mm.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전극 띠 및 상기 전극 쌍은 전도성 물질로 이루어지며, 상기 전도성 물질은 구리 (Cu), 금 (Au), 은 (Ag), 니켈 (Ni), 백금 (Pt), 코발트 (Co), 철 (Fe), 카드뮴 (Cd), 텅스텐 (W), 몰리브데늄 (Mo), 망간 (Mn), 크롬 (Cr), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 금속 산화물 전구체, 탄소나노튜브 (CNT), 그래핀, 탄소나노입자 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electrode strip and the electrode pair are made of a conductive material, and the conductive material is at least one selected from the group consisting of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni) Pt, Co, Fe, Cd, W, Molybdenum, Mn, Cr, Zn, Al, Metal oxide precursors, carbon nanotubes (CNTs), graphenes, carbon nanoparticles, and mixtures thereof.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유전물질은 실리카 (SiO2), 실리콘 질화물 (Si3N4), 금속 산화물 및 이미드계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.According to another embodiment, the dielectric material may be silica (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), one or more materials selected from the group consisting of metal oxides, imide type polymer.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 복합재료의 상면에 형성된 전기용량 측정층과, 상기 전도성 복합재료의 배면에 형성된 전기용량 측정층은 서로 수직인 방향으로 배치될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the capacitance measurement layer formed on the upper surface of the conductive composite material and the capacitance measurement layer formed on the rear surface of the conductive composite material may be arranged in directions perpendicular to each other.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 복합재료는 열적 치유 가능 폴리머 (thermally mendable polymer)를 포함할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, the conductive composite material may comprise a thermally mendable polymer.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 열적 치유 가능 폴리머는 딜스-알더 반응 (Diels-Alder reaction)에 의해서 형성되고, 역-딜스-알더 반응 (Retro-Diels-Alder reaction)에 의해서 분해될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the thermally healable polymer is formed by a Diels-Alder reaction and can be decomposed by a Retro-Diels-Alder reaction have.

한편, 본 발명은 On the other hand,

전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠로서, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극 띠가 서로 수직이 되도록 전극 띠를 형성하여 전기저항 측정층을 형성하는 단계;A plurality of electrode strips arranged on the upper surface and the back surface of the conductive composite material, respectively, the electrode strips being formed such that the electrode strips formed on the upper surface and the electrode strips formed on the upper surface are perpendicular to each other, step;

상기 전기저항 측정층을 덮도록 절연층을 형성하는 단계;Forming an insulating layer to cover the electrical resistance measuring layer;

상기 절연층 상에 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하는 전기용량 측정층을 형성하는 단계;Forming a capacitance measurement layer on the insulation layer, the capacitance measurement layer including a plurality of electrode pairs and a dielectric material interposed between the pair of electrodes;

상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층에 전류를 공급하는 전원을 전기적으로 연결하는 단계; 및Electrically connecting the electrical resistance measuring layer and a power source for supplying current to the capacitance measuring layer; And

상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 연결하는 단계를 포함하는,And connecting an electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from the electrical resistance measuring layer and the capacitance measuring layer.

전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법을 제공한다.A method of manufacturing a damage detection and damage history recording device of a conductive composite material is provided.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 복합재료의 상면 및 배면과 상기 전극 띠 사이의 접착력을 향상시키기 위해서 상기 전극 띠 형성 이후에 플라즈마 또는 오존 처리를 수행할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, plasma or ozone treatment may be performed after the electrode strip is formed to improve the adhesion between the upper surface and the back surface of the conductive composite material and the electrode strip.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 전극 띠 및 상기 전극 쌍은 전도성 테이프 부착 방법 및 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 형성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electrode strip and the electrode pair may be formed by at least one method selected from the group consisting of a method of attaching a conductive tape and a printing method using conductive ink.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 잉크의 프린팅은 스크린 프린팅 (screen printing), 잉크젯 프린팅 (inkjet printing), 그라뷰어링 (Gravuring), 바 코터 (bar coater) 및 스프레이 분사법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the printing of the conductive ink may be performed by a printing method such as screen printing, inkjet printing, gravuring, bar coater, ≪ / RTI >

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법에서 프린팅된 상기 전도성 잉크는 열 소결, 플라즈마 소결, 레이저 소결 및 광 소결로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 소결 방법에 의해서 소결될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the conductive ink printed in the printing method using the conductive ink may be sintered by at least one sintering method selected from the group consisting of heat sintering, plasma sintering, laser sintering and light sintering .

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 복합재료는 열적 치유 가능 폴리머를 포함할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, the conductive composite material may comprise a thermally curable polymer.

상술한 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 윈칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 따르면, 탄소계 복합재료의 손상 위치 및 손상 정도를 매우 정밀하게 실시간으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 제작이 가능하여 자동차 등 다양한 분야에 널리 상용화될 수 있고, 구조물에 전혀 손상을 일으킬 염려가 없으며, 더 나아가 손상 부위의 자가치유까지도 가능한 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치를 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible not only to detect a damage position and a degree of damage of a carbon-based composite material very precisely in real time, but also to manufacture at low cost and be widely commercialized in various fields such as automobiles, And it is possible to provide a damage detection and damage history recording apparatus for a conductive composite structure capable of even self-healing of a damaged portion.

도 1은 본 발명에 따른 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 중, 전도성 복합재료 및 전도성 복합재료 표면에 형성된 손상 감지층을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 저항 맵핑 과정에 의해서 전도성 복합재료 상의 손상 부위를 알아내는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 전도성 복합재료의 손상 정도에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 4e는 전도성 복합재료로부터 시작하여 전기용량 측정층을 형성하는 단계에 이르는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a damage detection layer formed on a conductive composite material and a conductive composite material, in the damage detection and damage history recording apparatus of the conductive composite material according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a schematic view showing a method of detecting a damage site on a conductive composite material by a resistance mapping process. FIG.
FIG. 3 is a graph showing a change in resistance according to the degree of damage of the conductive composite material. FIG.
4A to 4E are process drawings schematically showing a process starting from a conductive composite material to a step of forming a capacitance measurement layer.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 일 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the singular forms as used below include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면 및 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples.

도 1은 본 발명에 따른 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 중 전도성 복합재료 (110) 및 상기 전도성 복합재료 (110) 표면에 형성된 손상 감지층 (120)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 손상 감지층 (120)에는 전원이 전기적으로 연결되어 전류가 공급되며, 또한 전기적 신호 측정수단이 전기적으로 연결되어 후술하는 바와 같이 손상 감지층 (120)의 전류 및 저항 등과 같은 전기적 신호가 측정된다. 더불어, 이러한 전기적 신호 측정수단은 손상이 발생한 위치, 손상 정도, 손상 발생 시간 등까지 함께 저장하는 수단도 포함할 수 있다.1 is a view schematically showing a damage sensing layer 120 formed on the surface of the conductive composite material 110 and the conductive composite material 110 in the damage detection and damage history recording apparatus of the conductive composite according to the present invention. The damage detection layer 120 shown in FIG. 1 is electrically connected to a power source, and a current is supplied to the damage detection layer 120. The electrical signal measurement means is electrically connected to the damage detection layer 120, The signal is measured. In addition, the electrical signal measuring means may also include means for storing the location of the damage, the degree of damage, and the time of occurrence of the damage.

먼저, 본 발명에 따른 장치를 사용하여 손상 감지가 가능한 복합재료는 반드시 전기 전도성을 나타내는 물질이어야 하는 바, 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 탄소계 복합재료, 또는 이러한 탄소계 복합재료와 다른 전도성 복합재료, 예를 들어 유리섬유와의 하이브리드 복합재료일 수 있다.First, the composite material capable of detecting damage by using the apparatus according to the present invention must be a material exhibiting electrical conductivity, and may be a carbon-based composite material selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, and combinations thereof, The composite material may be a hybrid composite material with another conductive composite material, for example, glass fiber.

도 1을 참조하면, 상기 손상 감지층 (120)은 전기저항 측정층 (121), 절연층 (122) 및 전기용량 측정층 (123)을 포함하며, 전기저항 측정층 (121)은 복수 개의 전극 띠들로 이루어지고, 전도성 복합재료 (110)의 상면에 형성된 전극 띠들 (121a) 및 전도성 복합재료 (110)의 배면에 형성된 전극 띠들 (121b)을 포함한다. 상기 상면 전극 띠들 (121a)과 상기 하면 전극 띠 (121b)들은 각각 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠들을 포함한다. 한편, 상면 전극 띠들 (121a)로 이루어진 전극 띠 세트와, 하면 전극 띠들 (121b)로 이루어진 전극 띠 세트는 서로 수직을 이루게 되는 바, 상면 전극 띠 (121a)와 하면 전극 띠 (121b) 중 하나는 x 축 방향으로 배치되고, 다른 하나는 y 축 방향으로 배치되어 평면에서 관찰하는 경우 전체적으로 격자 모양의 전극 네트워크가 형성되는 것이다. 이러한 전극 네트워크의 배치는 손상이 발생될 경우, 저항 맵핑 (resistance mapping)을 통해서 손상 부위를 정확히 검출해내는 것을 가능케 한다.1, the damage sensing layer 120 includes an electrical resistance measuring layer 121, an insulating layer 122 and a capacitance measuring layer 123. The electrical resistance measuring layer 121 includes a plurality of electrodes And includes electrode strips 121a formed on the upper surface of the conductive composite material 110 and electrode strips 121b formed on the back surface of the conductive composite material 110. [ The upper surface electrode strips 121a and the lower electrode strips 121b include a plurality of electrode strips arranged in parallel with each other. On the other hand, the electrode strip set made up of the upper electrode strips 121a and the electrode strip set made up of the lower electrode strips 121b are perpendicular to each other, one of the upper electrode strip 121a and the lower electrode strip 121b axis direction, and the other is arranged in the y-axis direction so that a grid-like electrode network is formed as a whole when observed in a plane. This arrangement of the electrode network enables accurate detection of the damage site through resistance mapping when damage occurs.

도 2에는 이러한 저항 맵핑 과정에 의해서 손상 부위를 알아내는 방법을 개략적으로 나타내었다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 상면 전극 띠들 (121a) 중 하나 (도 2에서 a2로 표시)에는 + 전압을, 하면 전극 띠들 (121b) 중 하나 (도 2에서 b2로 표시)에는 - 전압을 걸어주게 되면, 전류는 상면 전극 띠 (a2)와 하면 전극 띠 (b2) 사이의 가장 가까운 부분으로 흐르게 되고, 이때 전류가 흐르는 부분의 두께 방향으로 저항이 발생된다. 즉, 상면 전극 띠 (a2)와 하면 전극 띠 (b2)에 각각 +와 - 전압을 걸어줄 때, 전류는 상면 전극 띠 (a2)를 따라서 흐르다가, 전도성 복합재료 (110)의 두께 방향으로 흐른 후, 하면 전극 띠 (b2)를 따라서 흐르게 되는데, 이때, 전도성 복합재료 (110)가 박리 등의 이유로 손상되었을 경우 (예를 들어, 도 2에서는 a2 전극 띠와 b2 전극 띠가 서로 교차하는 구역인 구역 5에 손상이 발생), 저항이 변화하게 되어 이를 통해 복합재료의 손상을 감지할 수 있다. 따라서, 이러한 원리를 이용하여, 상면 전극 띠 (121a)와 하면 전극 띠 (121b)의 다양한 조합들, 예를 들어 a1-b1, a2-b1, a3-b1, a3-b1, a3-b3 등의 조합에서 저항의 변화를 측정하게 되면, 도 2의 우측 그림과 같이 전도성 복합재료 (110)에 대한 저항 맵핑이 가능해지게 된다.FIG. 2 schematically shows a method of detecting a damaged region by the resistance mapping process. 2, positive voltage is applied to one of the upper surface electrode strips 121a (denoted by a2 in FIG. 2) and one of the lower electrode strips 121b (denoted by b2 in FIG. 2) The current flows to the nearest portion between the upper surface electrode band a2 and the lower surface electrode band b2 and a resistance is generated in the thickness direction of the portion through which the current flows. That is, when the + and - voltages are applied to the upper surface electrode band a2 and the lower surface electrode band b2, respectively, a current flows along the upper surface electrode band a2 and flows in the thickness direction of the conductive composite material 110 In the case where the conductive composite material 110 is damaged due to peeling or the like (for example, in Fig. 2, a region where the a2 electrode bands and the b2 electrode bands intersect each other The damage occurs in zone 5), the resistance is changed, which can detect the damage of the composite material. Therefore, by using this principle, various combinations of the upper surface electrode band 121a and the lower electrode band 121b, for example, a1-b1, a2-b1, a3-b1, a3-b1, a3- When the change in resistance is measured in the combination, resistance mapping to the conductive composite material 110 becomes possible as shown in the right side of FIG.

또한, 도 3에는 전도성 복합재료의 손상 정도에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프를 도시하였다. 도 3의 그래프를 참조하면, 저항 측정 대상이 되는 전도성 복합재료에 더 큰 변형을 가해줄수록 저항 변화율 (ΔR)이 상승하는 것을 알 수 있으며, 여기에서 ΔR이란 처음 저항 (R0)에 대한 변형 인가 후 저항 (R)의 변화 비율로서, ΔR = (R - R0)/R0로 표현된다. 즉, 도 3을 참조하면, 저항 변화율 값이 클수록 더 큰 변형이 가해져서 손상의 정도가 크다는 것을 알 수 있고, 반대로 저항 변화율 값이 작을수록 더 작은 변형이 가해져서 손상의 정도가 작다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 외부에서 가해주는 변형의 정도에 따라서 저항 변화율이 변화하는 이유는, 외부 변형력에 의해서 복합재료가 인장 또는 압축되어 손상이 발생됨으로써 구조에 변화가 야기되었으며, 이러한 구조 변화가 전기저항 측정층 (121)에 흐르는 전기 흐름에 영향을 미치기 때문인 것으로 판단된다. 결국, 이러한 저항 변화율의 정도를 측정함으로써 전도성 복합재료에 야기된 손상 정도를 파악하는 것이 가능해진다. 이러한 저항 변화율 (ΔR) 값의 측정은 2 프로브 또는 4 프로브 평가법을 이용할 수 있다.3 is a graph showing changes in resistance depending on the degree of damage of the conductive composite material. Referring to the graph of Figure 3, as the line is applied to a larger deformation of the conductive composite material that is a resistance object to be measured can be seen that the resistance variation rate (ΔR) is raised, where ΔR is the variation on the first resistance (R 0) is a rate of change of resistance after (R), ΔR = - is represented by (R R 0) / R 0 . That is, referring to FIG. 3, it can be seen that the larger the value of the rate of change of resistance, the greater the degree of damage due to the greater strain applied. On the contrary, the smaller the value of the rate of change of resistance, the smaller the degree of damage . The reason why the rate of change of resistance changes according to the degree of deformation applied from the outside is that the structure is changed due to damage caused by tensile or compression of the composite material due to the external deformation force, It is judged that this is because it affects the electric current flowing in the heat exchanger 121. As a result, it becomes possible to grasp the degree of damage caused in the conductive composite material by measuring the degree of the rate of change in resistance. This measurement of the rate of change of resistance (DELTA R) can employ a two-probe or four-probe evaluation method.

한편, 하나의 상면 전극 띠 (121a)와 다른 상면 전극 띠 (121a) 사이의 간격, 또는 하나의 하면 전극 띠 (121b)와 다른 하면 전극 띠 (121b) 사이의 간격은 1 mm 내지 200 mm일 수 있는데, 이는 전극 띠 사이의 간격이 너무 좁은 경우에는 전극 띠 사이에 간섭현상이 발생되어 정확한 손상 감지가 어려울 수 있고, 반면에 전극 띠 사이의 간격이 너무 넓은 경우에는 정확한 손상 위치 파악이 불가능해지기 때문이다.The gap between one upper electrode strip 121a and the other upper electrode strip 121a or between one lower electrode strip 121b and the other lower electrode strip 121b may be between 1 mm and 200 mm If the gap between the electrode strips is too narrow, interference between the electrode strips may occur and it may be difficult to accurately detect the damage. On the other hand, if the gap between the electrode strips is too wide, Because.

더 나아가, 각각의 전극 띠는 1 mm 내지 100 mm의 폭을 가질 수 있는 바, 전극 띠의 폭이 너무 좁은 경우에는 손상을 감지하는 영역이 너무 작아 손상에 대한 감지가 잘 되지 않는 문제점이 있고, 반면에 전극 띠의 폭이 너무 넓은 경우에는 한번에 손상을 감지하는 부분이 너무 넓어서 손상 부위에 대한 정확한 위치 파악이 어렵다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.Further, each of the electrode bands may have a width of 1 mm to 100 mm. If the width of the electrode bands is too narrow, the region for detecting damage is too small to detect the damage. On the other hand, when the width of the electrode strip is too wide, the portion for detecting damage at once is too wide, which makes it difficult to accurately grasp the damaged region.

전기저항 측정층 (121)을 이루는 전극 띠 (121a, b)와 후술하는 전기용량 측정층 (123) 중 전극 쌍 (123a", b")은 전도성 물질로 이루어지며, 구체적으로, 상기 전도성 물질은 구리 (Cu), 금 (Au), 은 (Ag), 니켈 (Ni), 백금 (Pt), 코발트 (Co), 철 (Fe), 카드뮴 (Cd), 텅스텐 (W), 몰리브데늄 (Mo), 망간 (Mn), 크롬 (Cr), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 금속 산화물 전구체, 탄소나노튜브 (CNT), 그래핀, 탄소나노입자 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질일 수 있다.The electrode strips 121a and 121b of the electrical resistance measuring layer 121 and the electrode pair 123a " and b "of the capacitance measuring layer 123 described later are made of a conductive material. Specifically, (Cu), Au (Au), Ag, Ni, Pt, Co, Fe, Cd, W, ), Manganese (Mn), chromium (Cr), zinc (Zn), aluminum (Al), metal oxide precursors, carbon nanotubes (CNT), graphene, carbon nanoparticles, have.

이어서, 다시 도 1을 참조하면, 상기 전기저항 측정층 (121)을 덮도록 절연층 (122)이 배치된다. 상기 절연층 (122)은 전기저항 측정층 (121)의 전극 띠 (121a, b)를 보호하는 기능 이외에도, 상기 전극 띠 (121a, b)와 후술하는 전기용량 측정층 (123) 중 전극 쌍 (123a", b")을 서로 전기적으로 절연시키는 기능을 수행한다. 이러한 절연층 (122) 형성에는 절연잉크 도포, 에폭시 코팅, PSR 계열의 잉크 코팅 등과 같은 종래 공지된 다양한 방법들을 사용할 수 있다.Referring again to FIG. 1, an insulating layer 122 is disposed to cover the electrical resistance measuring layer 121. The insulating layer 122 is formed on the electrode pair 121a and 121b of the capacitance measurement layer 123 and the electrode strips 121a and 121b of the capacitance measurement layer 123 123a ", b ") are electrically insulated from each other. For forming the insulating layer 122, various conventionally known methods such as insulation ink application, epoxy coating, PSR series ink coating, and the like can be used.

마지막으로 상기 절연층 (122) 위에는 전기용량 측정층 (123a, b)이 배치된다. 상기 전기용량 측정층 (123a, b)은 복수 개의 전극 쌍 (123a")과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질 (123a')을 포함하며, 상기 전극 쌍 (123a")은 전술한 바와 같은 전도성 물질로 이루어지며, 상기 유전물질 (123a')로는 실리카 (SiO2), 실리콘 질화물 (Si3N4), 금속 산화물 및 이미드계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질이 사용될 수 있다.Finally, on the insulating layer 122, a capacitance measurement layer 123a, b is disposed. The capacitance measurement layer 123a, b includes a plurality of electrode pairs 123a "and a dielectric material 123a 'interposed between the pair of electrodes, and the electrode pair 123a" made of a conductive material, it said dielectric material (123a ') roneun may be used one or more materials selected from the group consisting of silica (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), metal oxides, imide type polymer.

상기 전기용량 측정층 (123a, b)은 전도성 복합재료에 가해지는 충격 또는 습도나 온도와 같은 주변 환경을 측정하는 것을 가능케 한다. 이는, 전기용량 (C)란 전압 당 물체가 저장하거나 물체에서 분리되는 전하의 양으로서, 절연된 한 쌍의 도체 사이에 존재하는 값을 의미하는 바, 하기 식으로 표현하는 것이 가능하며,The capacitance measurement layer 123a, b enables measurement of the impact applied to the conductive composite material, or the surrounding environment such as humidity or temperature. This means that the electric capacity C means a value existing between a pair of insulated conductors as an amount of electric charge stored or disassociated from an object per voltage,

[식][expression]

C = ε0εr × A/dC = ε 0 ε r × A / d

상기 식에서, C는 전기용량, ε0는 진공에서의 유전율, εr은 사용된 부도체의 유전율, A는 도체 판의 넓이, d는 도체 판 사이의 거리를 의미하므로, 전도성 복합재료에 충격이 가해져서 손상이 발생되면 A 또는 d 값이 변화하게 되고, 이는 C 값의 변화를 초래하게 된다. 이러한 C 값의 변화에 의해서 상기 전기저항 측정층 (121)이 감지하지 못한 미세한 손상도 감지하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 전기저항 측정층 (121)에서와 마찬가지로, 전도성 복합재료의 상면에 형성된 전기용량 측정층 (123a)과, 상기 전도성 복합재료의 배면에 형성된 전기용량 측정층 (123b)를 서로 수직인 방향으로 형성하여 네트워크 구조를 형성하여 좌표를 설정함으로써, 손상의 정도 파악과 더불어 정확한 손상 위치를 파악하는 것도 가능해진다. 더 나아가, 상기 전기용량 측정층 (123)에 사용되는 유전물질 (123a')은 주변 수분의 분위기에 따라 흡습 특성을 나타내는 바, 주변 습도를 측정하는 것도 가능하다.Where C is the capacitance, ε 0 is the permittivity in vacuum, ε r is the permittivity of the insulator used, A is the width of the conductor plate and d is the distance between the conductor plates, If damage occurs, the value of A or d changes, which causes a change in C value. It is also possible to detect minute damage that the electrical resistance measuring layer 121 can not detect by the change of the C value. The capacitance measurement layer 123a formed on the upper surface of the conductive composite material and the capacitance measurement layer 123b formed on the back surface of the conductive composite material are arranged perpendicular to each other Direction to form a network structure and set coordinates, it becomes possible to grasp the degree of damage and accurately grasp the damage position. Furthermore, since the dielectric material 123a 'used in the capacitance measurement layer 123 exhibits moisture absorption characteristics according to the ambient atmosphere, it is also possible to measure the ambient humidity.

한편, 본 발명에 따른 장치는 전도성 복합재료에 손상이 발생될 경우, 이를 실시간으로 치유하는 기능을 가질 수도 있다. 이는 열에 의해서 폴리머화 반응이 제어되는 열적 치유 가능 폴리머 (thermally mendable polymer)를 사용함으로써 가능해지는데, 상기 전도성 복합재료가 열적 치유 가능 폴리머 (thermally mendable polymer)를 포함하도록 제작함으로써 구현된다. 외부 손상에 반응해서 자가치유가 가능한 치유 가능 폴리머에 관한 연구는 최근에 매우 활발하게 이루어지고 있으며 (예를 들어, Polym. Chem., 2010, 1, 978-987 등 다수의 논문), 그 예로, 열에 의해서 폴리머가 형성되는 딜스-알더 반응 (Diels-Alder reaction) 또는 반대로 폴리머가 분해되는 역-딜스-알더 반응 (Retro-Diels-Alder reaction) 등을 들 수 있다.Meanwhile, the apparatus according to the present invention may have a function of real-time healing when damage occurs to the conductive composite material. This is made possible by the use of a thermally mendable polymer in which the polymerisation reaction is controlled by heat, which is realized by making the conductive composite material comprise a thermally mendable polymer. Studies on self-healing healable polymers in response to external damage have been very active lately (for example, in many papers such as Polym. Chem., 2010, 1, 978-987) A Diels-Alder reaction in which a polymer is formed by heat, or a Retro-Diels-Alder reaction in which a polymer is decomposed.

즉, 전술한 전기저항 측정층 및 전기용량 측정층으로부터 측정된 값들을 바탕으로 손상 위치 및 손상 정도가 파악되면, 해당 위치로 전류를 흘려주어 해당 위치에 배치된 전극에 열을 발생시키는 것이 가능하며, 발생된 열에 의해서 폴리머화 반응이 진행되고, 이로부터 해당 손상 부위의 치유가 가능해지는 것이다. 한편, 이러한 자가치유 기능을 구현하기 위해서, 상기 열적 치유가능 폴리머 이외에도, 열에 의해서 재경화가 발생되는 다양한 열가소성 폴리머를 사용하는 방안도 고려해 볼 수 있다.That is, when the damage position and the degree of damage are determined based on the values measured from the electric resistance measurement layer and the capacitance measurement layer, it is possible to generate current in the electrode disposed at the corresponding position , The polymerized reaction proceeds by the generated heat, and it becomes possible to heal the damaged area. In order to realize such a self-healing function, it is also possible to use a variety of thermoplastic polymers which are re-cured by heat in addition to the thermally curable polymer.

또한, 전도성 복합재료가 열적 치유 가능 폴리머를 포함하도록 제작하는 것 이외에도, 전도성 복합재료가 온도 하강에 의한 결로 현상 등에 의해서 수축됨으로써 손상이 감지되면, 전술한 손상 모니터링 시스템에 의해서 정확한 부위를 파악하고, 해당 부위 주변의 전극에 전류를 흘려서 열을 발생시킴으로써 결로를 제거하는 것도 가능하다.In addition to fabricating the conductive composite material to include a thermally curable polymer, if the conductive composite material is damaged due to shrinkage due to a temperature drop, etc., and the damage is detected, It is also possible to remove the condensation by causing current to flow to the electrode in the vicinity of the region to generate heat.

한편, 본 발명은, 또한 본 발명에 따른 장치의 제조방법을 제공하는 바, 본 발명에 따른 방법은,On the other hand, the present invention also provides a method of manufacturing an apparatus according to the present invention,

전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠로서, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극 띠가 서로 수직이 되도록 전극 띠를 형성하여 전기저항 측정층을 형성하는 단계;A plurality of electrode strips arranged on the upper surface and the back surface of the conductive composite material, respectively, the electrode strips being formed such that the electrode strips formed on the upper surface and the electrode strips formed on the upper surface are perpendicular to each other, step;

상기 전극층을 덮도록 절연층을 형성하는 단계;Forming an insulating layer to cover the electrode layer;

상기 절연층 상에 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하는 전기용량 측정층을 형성하는 단계;Forming a capacitance measurement layer on the insulation layer, the capacitance measurement layer including a plurality of electrode pairs and a dielectric material interposed between the pair of electrodes;

상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층에 전류를 공급하는 전원을 전기적으로 연결하는 단계; 및Electrically connecting the electrical resistance measuring layer and a power source for supplying current to the capacitance measuring layer; And

상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 연결하는 단계를 포함한다.And connecting an electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from the electrical resistance measuring layer and the capacitance measuring layer.

하기에 본 발명에 따른 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법을 서술함에 있어서, 전술한 장치 구조, 구성 요소의 재질 등에 관한 서술내용들은 모두 하기 내용들에 동일하게 적용된다.In describing the method of manufacturing the damage detection and damage history recording apparatus of the conductive composite according to the present invention, the description of the apparatus structure, the material of the constituent elements, and the like are all applied to the following description.

도 4a 내지 4e에는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 전도성 복합재료로부터 시작하여 전기용량 측정층을 형성하는 단계에 이르는 과정을 개략적으로 도시한 공정도를 도시하였다. 도 4a 및 4b를 참조하면, 본 발명에서는 먼저 전도성 복합재료 (110)의 표면에 전술한 바와 같이 전기저항 측정층 (121)을 형성하게 된다. 이러한 전기저항 측정층 (121)은 전도성 복합재료 (110)의 상면 및 배면에 각각 형성되며, 각각의 전기저항 측정층 (121)을 구성하는 전극 띠 (121a, b) 및 전기용량 측정층을 구성하는 전극 쌍 (123a", b")은 전도성 테이프 부착 방법 및/또는 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법에 의해서 제작될 수 있고, 이때, 선택적으로, 전도성 복합재료의 상면 및 배면과 상기 전극 띠 (121a, b) 사이의 접착력을 향상시키기 위해서 상기 전극 띠 (121a, b) 형성 이후에 플라즈마 또는 오존 처리를 수행할 수도 있다.Figures 4A through 4E show a process diagram schematically illustrating a process according to the present invention, starting from a conductive composite material and forming a capacitance measurement layer. 4A and 4B, in the present invention, the electrical resistance measuring layer 121 is formed on the surface of the conductive composite material 110 as described above. The electric resistance measuring layer 121 is formed on the upper surface and the rear surface of the conductive composite material 110 and has electrode taps 121a and 121b constituting each electric resistance measuring layer 121 and a capacitance measuring layer The electrode pair 123a ", b "may be manufactured by a conductive tape adhering method and / or a printing method using conductive ink. Alternatively, the upper and lower surfaces of the conductive composite material may be formed by the electrode strips 121a, b may be performed after the formation of the electrode strips 121a and 121b to improve the adhesion between the electrodes 121a and b.

전도성 잉크의 프린팅 방법에 의하는 경우, 이러한 프린팅은 스크린 프린팅 (screen printing), 잉크젯 프린팅 (inkjet printing), 그라뷰어링 (Gravuring), 바 코터 (bar coater) 및 스프레이 분사법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 수행될 수 있으며, 프린팅된 상기 전도성 잉크는 열 소결, 플라즈마 소결, 레이저 소결 및 광 소결로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 소결 방법에 의해서 소결될 수 있다.In the case of a printing method of conductive ink, such printing may be carried out by a method selected from the group consisting of screen printing, inkjet printing, gravuring, bar coater, The conductive ink printed may be sintered by at least one sintering method selected from the group consisting of thermal sintering, plasma sintering, laser sintering and light sintering.

도 4c를 참조하면, 전술한 과정에 의해서 전기저항 측정층 (121)을 완성한 이후에는, 상기 전기저항 측정층 (121)을 덮도록 절연층 (122)을 형성하게 된다. 이러한 절연층 (122) 역시 상면 전기저항 측정층 (121a) 및 배면 전기저항 측정층 (121b) 각각을 덮도록 상면과 배면에 형성되며 (122a, 122b), 전술한 바와 같이 상면 절연층 (122a)과 배면 절연층 (122b)은 서로 수직인 방향으로 형성되어 네트워크 구조를 형성하도록 함으로써, 좌표 설정이 가능하도록 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4C, after the electrical resistance measuring layer 121 is completed by the above-described process, the insulating layer 122 is formed to cover the electrical resistance measuring layer 121. The insulating layer 122 is also formed on the top and back surfaces 122a and 122b so as to cover the top surface electrical resistance measuring layer 121a and the back surface electrical resistance measuring layer 121b, And the back insulating layer 122b are formed in directions perpendicular to each other to form a network structure, so that coordinates can be set.

다음 과정으로, 도 4d 및 4e를 참조하면, 형성된 절연층 (122) 상에 전기용량 측정층 (123)을 형성하는 단계를 수행하게 되는 바, 이러한 전기용량 측정층 (123) 및 상면 전기용량 측정층 (123a)과 배면 전기용량 측정층 (123b)을 포함하게 된다. 이러한 전기용량 측정층 (123)은 복수 개의 전극 쌍 (123a")과 상기 복수 개의 전극 쌍 (123a") 사이에 개재되는 유전물질 (123a')을 포함하게 되므로, 먼저 유전물질 (123a')을 프린팅 방법 등에 의해서 형성하고 (도 4d), 전술한 바와 같이 전도성 테이프 부착 방법 및/또는 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법에 의해서 전극 쌍 (123a")을 형성함으로써 (도 4e) 완성할 수 있게 된다.4D and 4E, a step of forming a capacitance measurement layer 123 on the insulating layer 122 is performed. In this case, the capacitance measurement layer 123 and the surface capacitance measurement Layer 123a and the backside capacitance measurement layer 123b. The capacitance measurement layer 123 includes a plurality of electrode pairs 123a '' and a dielectric material 123a 'interposed between the plurality of electrode pairs 123a', so that the dielectric material 123a ' (Fig. 4D), and the electrode pair 123a "is formed (Fig. 4E) by the conductive tape adhering method and / or the printing method using the conductive ink as described above.

전술한 바와 같이, 전도성 복합재료 (110)로부터 시작하여 전기용량 측정층 (123)을 형성하는 단계까지를 수행한 다음에는, 전기저항 측정층 (121) 및 상기 전기용량 측정층 (123)에 전류를 공급하는 전원 (미도시)을 전기적으로 연결하고, 이어서 상기 전기저항 측정층 (121) 및 상기 전기용량 측정층 (123)으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단 (미도시)을 연결하게 되면, 본 발명에 따른 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치가 완성된다.As described above, after the steps from the conductive composite material 110 to the step of forming the capacitance measurement layer 123 are performed, the electric resistance measurement layer 121 and the capacitance measurement layer 123 are supplied with current (Not shown) for electrically connecting a power supply (not shown) for supplying the electric resistance measurement layer 121 and the capacitance measurement layer 123, and then measuring and recording an electrical signal from the electrical resistance measurement layer 121 and the capacitance measurement layer 123, The damage detection and damage history recording apparatus of the conductive composite material according to the present invention is completed.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 전도성 복합재료 (110)를 열적 치유 가능 폴리머를 포함하도록 제작하는 것도 가능하다.On the other hand, as described above, it is also possible to fabricate the conductive composite material 110 to include a thermally curable polymer.

또한, 본 발명은 상기 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치를 이용하여, 전도성 복합재료의 손상을 실시간으로 감지하고, 또한 실시간으로 손상 이력을 기록하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for detecting damage of a conductive composite material in real time and recording a damage history in real time using the damage detection and damage history recording device of the conductive composite material.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to assist the understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

실시예Example

탄소섬유/에폭시 프리프래그 (carbon fiber/epoxy preprag, PYROFIL #380 from Mitsbishi Rayon Co., Ltd)를 8장 적층하여 탄소섬유 복합재료 패널을 제작하였다. 제작된 복합재료 패널의 상면 및 배면에 5 mm 폭의 은 전극을 10 mm 간격으로 은 나노잉크 (ANP GDP-OS (12,000), 입자 크기: 30-50 nm)를 이용하여 인쇄한 후, 80 ℃에서 30분 동안 건조하고, 120 ℃에서 1시간 동안 소결함으로써 전기저항 측정층을 형성하였다.Eight carbon fiber / epoxy prepregs (PYROFIL # 380 from Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) were laminated to produce a carbon fiber composite material panel. Silver electrodes having a width of 5 mm were printed on the top and back surfaces of the fabricated composite panel using silver nanoink (ANP GDP-OS (12,000), particle size: 30-50 nm) at intervals of 10 mm, For 30 minutes, and sintered at 120 DEG C for 1 hour to form an electric resistance measuring layer.

상기 전도성 복합재료를 인장 시험기를 이용하여 인장시키면서 동시에 2 프로브를 이용하여 저항 변화를 측정하였다. 저항 변화 결과를 도 3에 도시하였으며, 도 3을 참조하면, 인장이 증가할수록 저항 변화율이 증가하는 것을 확인할 수 있고, 따라서 복합재료에 가해진 손상의 정도가 클수록 저항 변화율도 크다는 사실을 알 수 있다.The conductive composite material was subjected to tensile testing using a tensile tester while simultaneously measuring resistance changes using two probes. The results of the resistance change are shown in FIG. 3. Referring to FIG. 3, it can be seen that the rate of change of resistance increases with an increase in tensile strength, and therefore, the greater the degree of damage to the composite material, the greater the rate of change in resistance.

Claims (15)

복수 개의 손상 감지층;
상기 손상 감지층과 전기적으로 연결되어 상기 손상 감지층에 전류를 공급하는 전원; 및
상기 손상 감지층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 포함하며,
상기 손상 감지층은,
전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 형성되며, 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠를 포함하고, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극띠는 서로 수직인, 전기저항 측정층;
상기 전기저항 측정층을 덮도록 형성되는 절연층; 및
상기 절연층 상에 형성되며, 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하되, 상기 전도성 복합재료의 변형에 따라 전기용량이 변하도록 구성된, 전기용량 측정층을 포함하는,
전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.
A plurality of damage detection layers;
A power source electrically connected to the damage detection layer to supply current to the damage detection layer; And
And electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from said damage detection layer,
Wherein the damage detection layer comprises:
An electrical resistance measuring layer formed on the upper surface and the back surface of the conductive composite material and including a plurality of electrode strips arranged in parallel to each other, the electrode strip formed on the upper surface and the electrode strip formed on the rear surface being perpendicular to each other;
An insulating layer formed to cover the electrical resistance measuring layer; And
And a capacitance measurement layer formed on the insulating layer, the capacitance measurement layer comprising a dielectric material interposed between a plurality of electrode pairs and a respective pair of electrodes, the capacitance being configured to change capacitance as the conductive composite material deforms.
Damage detection and damage history recording device of conductive composite material.
제1항에 있어서, 상기 전도성 복합재료는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 탄소계 복합재료인 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The apparatus of claim 1, wherein the conductive composite material is a carbon-based composite material selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, and combinations thereof. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 전극 띠는 서로에 대해서 1 mm 내지 200 mm의 간격을 두고 이격되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The apparatus of claim 1, wherein the plurality of electrode strips are spaced from each other by an interval of 1 mm to 200 mm. 제1항에 있어서, 상기 전극 띠는 1 mm 내지 100 mm의 폭을 갖는 전극 띠인 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The apparatus of claim 1, wherein the electrode strip is an electrode strip having a width of 1 mm to 100 mm. 제1항에 있어서, 상기 전극 띠 및 상기 전극 쌍은 전도성 물질로 이루어지며, 상기 전도성 물질은 구리 (Cu), 금 (Au), 은 (Ag), 니켈 (Ni), 백금 (Pt), 코발트 (Co), 철 (Fe), 카드뮴 (Cd), 텅스텐 (W), 몰리브데늄 (Mo), 망간 (Mn), 크롬 (Cr), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 금속 산화물 전구체, 탄소나노튜브 (CNT), 그래핀, 탄소나노입자 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The method of claim 1, wherein the electrode strip and the electrode pair are made of a conductive material, and the conductive material is at least one selected from the group consisting of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), platinum (Co), iron (Fe), cadmium (Cd), tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn), chromium (Cr), zinc (Zn) Wherein the material is a material selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT), graphene, carbon nanoparticles, and mixtures thereof. 제1항에 있어서, 상기 유전물질은 실리카 (SiO2), 실리콘 질화물 (Si3N4), 금속 산화물 및 이미드계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.According to claim 1, wherein said dielectric material is silica (SiO 2), silicon nitride (Si 3 N 4), metal oxides, imide damage of the conductive composite material, characterized in that one or more materials selected from the group consisting of high molecular detection And a damage history recording device. 제1항에 있어서, 상기 전도성 복합재료의 상면에 형성된 전기용량 측정층과, 상기 전도성 복합재료의 배면에 형성된 전기용량 측정층은 서로 수직인 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The conductive composite material as set forth in claim 1, wherein the capacitance measurement layer formed on the upper surface of the conductive composite material and the capacitance measurement layer formed on the rear surface of the conductive composite material are arranged in directions perpendicular to each other. And a damage history recording device. 제1항에 있어서, 상기 전도성 복합재료는 열적 치유 가능 폴리머 (thermally mendable polymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The apparatus of claim 1, wherein the conductive composite material comprises a thermally mendable polymer. 제8항에 있어서, 상기 열적 치유 가능 폴리머는 딜스-알더 반응 (Diels-Alder reaction)에 의해서 형성되고, 역-딜스-알더 반응 (Retro-Diels-Alder reaction)에 의해서 분해되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치.The method of claim 8, wherein the thermally healable polymer is formed by a Diels-Alder reaction and decomposed by a Retro-Diels-Alder reaction. Damage detection and damage history recording device for composite materials. 전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 서로 평행하게 배열된 복수 개의 전극 띠로서, 상기 상면에 형성된 전극 띠와 상기 배면에 형성된 전극 띠가 서로 수직이 되도록 전극 띠를 형성하여 전기저항 측정층을 형성하는 단계;
상기 전기저항 측정층을 덮도록 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 복수 개의 전극 쌍과 각각의 전극 쌍 사이에 개재되는 유전물질을 포함하는 전기용량 측정층을 형성하는 단계;
상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층에 전류를 공급하는 전원을 전기적으로 연결하는 단계; 및
상기 전기저항 측정층 및 상기 전기용량 측정층으로부터의 전기적 신호를 측정 및 기록하기 위한 전기적 신호 측정수단을 연결하는 단계를 포함하되,
상기 전기용량 측정층은 상기 전도성 복합재료의 변형에 따라 전기용량이 변화도록 구성된, 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.
A plurality of electrode strips arranged on the upper surface and the back surface of the conductive composite material, respectively, the electrode strips being formed such that the electrode strips formed on the upper surface and the electrode strips formed on the upper surface are perpendicular to each other, step;
Forming an insulating layer to cover the electrical resistance measuring layer;
Forming a capacitance measurement layer on the insulation layer, the capacitance measurement layer including a plurality of electrode pairs and a dielectric material interposed between the pair of electrodes;
Electrically connecting the electrical resistance measuring layer and a power source for supplying current to the capacitance measuring layer; And
And connecting an electrical signal measuring means for measuring and recording an electrical signal from the electrical resistance measuring layer and the capacitance measuring layer,
Wherein the capacitance measurement layer is configured to vary capacitance as the conductive composite material deforms. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제10항에 있어서, 상기 전도성 복합재료의 상면 및 배면과 상기 전극 띠 사이의 접착력을 향상시키기 위해서 상기 전극 띠 형성 이후에 플라즈마 또는 오존 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.11. The method of claim 10, further comprising performing plasma or ozone treatment after formation of the electrode strips to improve adhesion between the upper and lower surfaces of the conductive composite material and the electrode strips. And a method of manufacturing the damage history recording apparatus. 제10항에 있어서, 상기 전극 띠 및 상기 전극 쌍은 전도성 테이프 부착 방법 및 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the electrode strip and the electrode pair are formed by at least one method selected from the group consisting of a conductive tape adhering method and a printing method using conductive ink. / RTI > 제12항에 있어서, 상기 전도성 잉크의 프린팅은 스크린 프린팅 (screen printing), 잉크젯 프린팅 (inkjet printing), 그라뷰어링 (Gravuring), 바 코터 (bar coater) 및 스프레이 분사법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the printing of the conductive ink is performed by one or more methods selected from the group consisting of screen printing, inkjet printing, gravuring, bar coater, Wherein the damage detection and damage history recording device of the conductive composite material is carried out by the method of the present invention. 제12항에 있어서, 상기 전도성 잉크를 사용한 프린팅 방법에서 프린팅된 상기 전도성 잉크는 열 소결, 플라즈마 소결, 레이저 소결 및 광 소결로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 소결 방법에 의해서 소결되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.The conductive ink according to claim 12, wherein the conductive ink printed in the printing method using the conductive ink is sintered by at least one sintering method selected from the group consisting of thermal sintering, plasma sintering, laser sintering and light sintering. Detection of damage to a material and manufacturing method of a damage history recording device. 제10항에 있어서, 상기 전도성 복합재료는 열적 치유 가능 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 복합재료의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치의 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the conductive composite material comprises a thermally curable polymer.
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