KR101124206B1 - 나노구조물 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

나노구조물 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

나노구조물 센서에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 일 실시 예에 있어서, 나노구조물 센서는 적어도 한 가닥의 섬유(fiber)를 포함하는 실(thread), 상기 실 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 나노구조물들을 포함한다.

Description

나노구조물 센서 및 그 제조방법{nanostructure sensor and method for fabricating the same}
본 명세서는 대체로 나노구조물 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노구조물 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 우수한 열적, 기계적 및 전기적 특성을 갖는 나노구조물(일례로 탄소 나노튜브)을 재료로 이용하는 많은 연구가 이루어지고 있다. 나노구조물은 높은 전자이동도(carrier mobility)와 뛰어난 기계적 유연성(mechanical flexibility)을 가지므로, 이를 기반으로 한 다양한 종류의 화학적, 생물학적 또는 기계적인 센서 구조가 제안되고 있다.
일 실시 예에 있어서, 나노구조물 센서가 개시된다. 상기 나노구조물 센서는 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실, 상기 실 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 나노구조물들을 포함한다.
다른 실시 예에 있어서, 나노구조물 센서가 개시된다. 상기 나노구조물 센서는 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실로 직조된 직물, 상기 직물 표면에 배치되는 적어도 하나의 전극 및 상기 직물 표면에 배치되며 상기 전극과 전기적으로 연결되는 복수의 나노구조물들을 포함한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 나노구조물 센서 제조방법이 개시된다. 상기 나노구조물 센서 제조방법은 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실을 준비하는 과정, 상기 실 표면에 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정 및 상기 실 표면에 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 형성하는 과정을 포함한다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성 요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "을(과) 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다. 도 1의 (a) 및 (b)는 각각 나노구조물 센서의 입체도 및 단면도를 나타낸다. 도면의 단면도는 입체도의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 단면도이다. 도 1을 참조하면, 나노구조물 센서(100)는 실(thread, 110), 제1 전극(120), 제2 전극(130) 및 복수의 나노구조물들(140)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 나노구조물 센서(100)는 선택적으로(optionally) 전도층(150)을 더 포함할 수 있다.
실(110)은 적어도 한 가닥의 섬유(fiber)를 포함한다. 도면에는 한 가닥의 섬유를 포함하는 실(110)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(110)은 여러 가닥의 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 도면에는 일차원 구조의 실(110)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(110)은 이차원 또는 삼차원 구조일 수 있다. 간결하게 기술하기 위하여, 이하에서는 일차원 구조의 실(110)을 사용한 나노구조물 센서(100)를 이용하여 설명하기로 한다.
상기 섬유로서 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있다. 상기 섬유는 그 생성과정에 따라 천연섬유와 인조섬유로 나누어질 수 있다. 천연섬유는 예로서 식물섬유, 동물섬유 또는 광물섬유일 수 있다. 식물섬유는 예로서 면화(cotton), 코이어(coir), 아마, 모시풀, 황마, 삼 등일 수 있다. 동물섬유는 예로서 양모, 산양모, 낙타털, 캐시미어 등일 수 있다. 광물섬유는 예로서 석면일 수 있다. 인조섬유는 예로서 무기섬유 또는 유기섬유일 수 있다. 무기섬유는 예로서 금속섬유, 유리섬유 등일 수 있다. 유기섬유는 예로서 합성섬유일 수 있다. 상기 합성섬유는 예로서 폴리아마이드계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리에스터계 섬유일 수 있다. 상기 섬유는 전기적 특성에 따라 전도성 섬유와 비전도성 섬유로 구분될 수 있다. 상기 전도성 섬유는 예로서 금속섬유, 전도성 폴리머 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비전도성 섬유는 예로서 면화 등일 수 있다. 실(110)은 예로서 상기 전도성 섬유, 상기 비전도성 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 한 가닥의 섬유를 포함할 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위 한 예시로서 이외에도 다양한 섬유가 사용될 수 있다.
일 실시 예로서, 실(110)은 변형될 수 있다. 상기 변형은 실(110)에 가해지는 외력에 의하여 발생할 수 있다. 상기 외력은 실(110)에 가해지는 인장력 또는 압축력일 수 있다. 상기 외력에 의해 실(110)은 압축 또는 신장될 수 있다. 실(110)의 체적은 일정하게 유지되므로 상기 외력에 의하여 실(110)의 단면적 및 길이가 변화하게 된다. 이 경우, 실(110)의 변형은 상기 섬유의 구조적 변형을 가져오며, 상기 구조적 변형은 상기 섬유의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 변화되는 상기 전기적 특성은 예로서 저항일 수 있다. 일례로, 실(110)은 인장력에 의하여 신장될 수 있다. 이 경우, 상기 섬유의 단면적은 감소하고 길이는 늘어나게 된다. 상기 섬유의 단면적 감소와 길이의 증가는 상기 섬유의 저항의 증가를 가져올 수 있다. 다른 예로, 실(110)은 압축력에 의하여 압축될 수 있다. 이 경우, 상기 섬유의 단면적은 증가하고 길이는 줄어들게 된다. 상기 섬유의 단면적 증가와 길이의 감소는 상기 섬유의 저항의 감소를 가져올 수 있다. 상기 섬유의 종류, 구성 등을 달리하면 동일한 외력에 대하여 다양한 저항 변화를 가지는 실(110)을 얻을 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 실(110) 표면에 서로 이격되어 배치된다. 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)으로서 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속일 수 있다. 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 다양한 형태로 실(110) 표면에 배치될 수 있다. 도면에는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)으로서 금속 집게(clamp)를 사용한 경우가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 실(110) 표면에 전도성 박막을 형성하여 배치될 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 실(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 나노구조물들(140)은 실(110) 표면에 배치되며, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 전기적으로 연결한다. 복수의 나노구조물들(140)이 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 전기적으로 연결한다는 것은 복수의 나노구조물들(140) 각각이 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 전기적으로 연결하는 것에 한정되지 아니한다. 보다 구체적으로, 복수의 나노구조물들(140) 중 어느 한 나노구조물의 일부분이 제1 전극(120)에 전기적으로 연결되고, 복수의 나노구조물들(140) 중 다른 어느 한 나노구조물의 일부분이 제2 전극(130)에 전기적으로 연결되고, 상기 어느 한 나노구조물과 상기 다른 어느 한 나노구조물이 접점에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 나노구조물들(140) 중 어느 한 나노구조물의 일부분이 제1 전극(120)에 전기적으로 연결되고, 복수의 나노구조물들(140) 중 다른 어느 한 나노구조물의 일부분이 제2 전극(130)에 전기적으로 연결되고, 상기 어느 한 나노구조물과 상기 다른 어느 한 나노구조물이 복수의 나노구조물들(140) 중 또 다른 적어도 어느 하나의 나노구조물과 접점을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 상기 접점은 어느 한 나노구조물과 또 다른 어느 한 나노구조물이 서로 접촉하는 부분을 말한다. 복수의 나노구조물들(140)은 상기 접점을 통하여 네트워크(network)를 이룰 수 있다. 일 예로, 복수의 나노구조물들(140)은 얽힌 그물처럼 밀집될(dense) 수 있다.
복수의 나노구조물들(140)로서 여러 종류의 나노구조물들이 사용될 수 있다. 예로, 복수의 나노구조물들(140)로서 나노튜브(nanotube), 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 나노필름(nanofilm), 나노볼(nanoball) 또는 그래핀(graphene)이 사용될 수 있다. 또한, 복수의 나노구조물들(140)로서 탄소 나노튜브(carbon nanotube, 이하 간략히 CNT라 함), 반도체 나노와이어(semiconductor nanowire) 또는 전도성 폴리머가 사용될 수 있다. CNT는 전기적 특성에 따라 금속의 특성을 갖는 CNT와 반도체의 특성을 갖는 CNT로 구분될 수 있으며, 벽의 수에 따라 단일벽(single-walled) CNT, 이중벽(double-walled) CNT 및 다중벽(multi-walled) CNT 등으로 구분될 수 있다. SnO2, ZnO, In2O3, CdO 등을 포함하는 다양한 물질들 중 적어도 어느 하나가 반도체 나노와이어를 형성하는데 적합한 물질로 사용될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 복수의 나노구조물들(140)을 형성하기 위해 다양한 다른 종류의 물질들이 사용될 수 있다. 일례로, 복수의 나노구조물들(140)은 그 단면의 치수(일례로 직경)보다 큰 길이를 가질 수 있다. 이 경우, 복수의 나노구조물들(140)은 와이어, 리본 또는 튜브 등의 형상을 가질 수 있다.
복수의 나노구조물들(140)은 감지 대상(미도시)에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)은 상기 감지 대상과 직접 또는 상기 감지 대상을 위한 운반체와 상호 작용을 할 수 있다. 변화되는 상기 전기적 특성은 예로서 저항일 수 있다. 즉, 상기 감지 대상의 유무, 세기, 농도 등에 따라 복수의 나노구조물들(140)의 저항이 변화할 수 있다. 일례로, 상기 감지 대상은 액상 또는 기상 일 수 있다. 다른 예로, 상기 감지 대상은 액체 또는 기체에 포함되어 있을 수 있다. 상기 감지 대상은 예로서 열, 분자 또는 전자기 복사 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 분자는 예로서 가스, 생체분자 등일 수 있다. 상기 전자기 복사는 예로서 적외선, 가시광선, 자외선 등일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 상기 감지 대상으로서 다양한 대상이 사용될 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(140)에 상기 감지 대상으로서 열이 인가될 수 있다. 상기 열은 복수의 나노구조물들(140)의 구조적 변형을 가져올 수 있다. 상기 구조적 변형은 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 열은 복수의 나노구조물들(140) 간의 상기 접점에서의 접촉 특성을 변화시켜 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 다른 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(140)에 상기 감지 대상으로서 가스가 인가될 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)이 상기 가스와 접촉하게 되면, 기체 흡착, 산화 또는 환원 반응 등에 의한 전하의 포획 또는 탈착에 의하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 상기 가스로서 다양한 종류의 가스가 사용될 수 있다. 상기 가스는 예로서 환원성 가스인 NH3 또는 산화성 가스인 NOx일 수 있다. 환원성 가스는 복수의 나노구조물들(140)과 반응하여 전자를 복수의 나노구조물들(140)에 제공할 수 있다. 산화성 가스는 복수의 나노구조물들(140)과 반응하여 복수의 나노구조물들(140)로부터 전자를 빼앗을 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(140)에 상기 감지 대상으로서 생체분자가 인가될 수 있다. 상 기 생체분자는 예로서 단백질, 디옥시리보핵산(이하 간략히 DNA라 함), 분자 또는 이온 등일 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)이 생체분자와 접촉하게 되면, 상기 생체분자의 전하에 의하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 상기 전하는 상기 생체분자 고유의 전하 또는 상기 접촉에 의하여 상기 생체분자에 유도되는 전하일 수 있다. 전하를 띄는 상기 생체분자가 복수의 나노구조물들(140) 간의 상기 접점 또는 복수의 나노구조물들(140) 및 전극들(120, 130) 간의 접점에 접하는 경우에, 이들 접점들에서 발생하는 오믹 접촉(ohmic contact) 및 쇼트키 접촉(schottky contact) 특성이 변화할 수 있다. 또한, 전하를 띄는 상기 생체분자가 복수의 나노구조물들(140)의 외벽(sidewall)에 접하는 경우에는 복수의 나노구조물들(140) 내부의 전기적 특성을 변화시켜 나노구조물들(140)의 전기전도도의 변화를 가져올 수 있다. 또한, 전하를 띄는 상기 생체분자가 복수의 나노구조물들(140)의 사이의 공간에 위치하는 경우에는 상기 생체분자의 상기 전하의 전기장에 의하여 주변 복수의 나노구조물들(140) 내부의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(140)에 상기 감지 대상으로서 전자기 복사가 인가될 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)에 상기 전자기 복사가 인가되면, 산소(O2) 분자의 광분리(photodesorption) 또는 접점들에서의 가열에 의하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 상기 접점들은 복수의 나노구조물들(140) 간의 상기 접점 또는 복수의 나노구조물들(140) 및 전극들(120, 130) 간의 접점을 포함한다.
복수의 나노구조물들(140)은 상기 감지 대상 중에서 특정 감지 대상에 반응하도록 기능화(functionalization)될 수 있다. 상기 기능화를 통하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 여러 감지 대상 중에서 특정 감시 대상에 따라 변화할 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 감지 대상으로서 가스가 인가되는 경우, 복수의 나노구조물들(140)은 표면에 금속산화물층(미도시)을 배치하여 기능화될 수 있다. 상기 금속산화물층이 특정 가스와 접촉하게 되면, 상기 산화물 표면에서는 기체 흡착, 산화 또는 환원 반응 등에 의한 전하의 포획 또는 탈착이 일어날 수 있다. 이 경우, 상기 금속산화물층에 인접하는 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성의 변화는 복수의 나노구조물들(140)과 접하는 금속산화물층(150)에 흡착 또는 탈착되는 전하에 기인하는 것으로 예측된다. 작동온도에 따라 상기 금속산화물층에서의 기체 흡착, 산화 또는 환원 반응 등의 특성이 달라질 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)의 자체 발열 온도의 변화를 통하여 상기 금속산화물층의 반응성을 조절할 수 있다. 상기 금속산화물층은 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화티타늄(TiO2) 등 일 수 있다. 상기 금속산화물층으로서 상기한 예시 이외에도 다양한 종류의 물질들이 사용될 수 있다. 다른 실시 예로서, 상기 감지 대상으로서 생체분자가 인가되는 경우, 복수의 나노구조물들(140)은 표면에 링커(linker, 미도시)를 부착하여 기능화될 수 있다. 상기 링커는 복수의 나노구조물들(140)의 표면에 직접 부착되거나, 복수의 나노구조물들(140)의 표면에 배치되는 적어도 하나의 금속판(metal plate, 미 도시)에 부착될 수 있다. 상기 링커는 예로서 단일가닥 DNA(single-stranded DNA, 이하 ssDNA라 함), 특정 목적 분자에 맞는 압타머(aptamer), 펩타이드, 항체 등일 수 있다. 이들은 용액 내의 단백질, 종양표지, 분자, 이온 및 바이러스 등을 검출하는 데에 이용할 수 있다. 일례로, 상기 링커로서 ssDNA를 사용할 수 있다. 상기 ssDNA는 직접 복수의 나노구조물들(140)의 표면에 부착될 수 있다. 또한, 상기 ssDNA는 티올화되어(thiolated) S기(sulfide기)와 상기 금속판을 이루는 금속(일례로 금(Au))과의 결합을 이용하여 상기 금속판에 부착될 수 있다. 상기 ssDNA는 특정 생체분자와 결합할 수 있다. 상기 특정 생체분자는 상보적 ssDNA일 수 있다. DNA는 뉴클레오티드(nucleotide)들의 중합체이며, 뉴클레오티드는 5탄당, 인산과 염기로 구성되어 있으며, 상기 인산기는 인산기를 구성하는 산소와 인과의 전기음성도의 차이에 의해 음(-)의 전하를 띈다. 상보적 ssDNA의 추가적 결합은 전하량을 변화시키며, 상기 전하량의 변화에 의하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 복수의 나노구조물들(140)은 다양한 방법으로 기능화될 수 있다.
복수의 나노구조물들(140)은 실(110)의 변형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 실(110)의 상기 변형은 복수의 나노구조물들(140)의 구조적 변형을 가져오며, 상기 구조적 변형은 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 일 실시 예로서, 실(110)의 상기 변형에 의해 복수의 나노구조물들(140)은 압축 또는 신장될 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)의 체적은 일정하게 유지되므로 실(110)의 상기 변형에 의하여 복수의 나노구조물들(140)의 단면적 및 길이가 변화하게 된다. 이를 통하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 다른 실시 예로서, 실(110)의 상기 변형은 상기 접점에서의 접촉 특성을 변화시켜 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 실(110)의 상기 변형은 상기 구조적 변형 및 상기 접촉 특성 변화를 동시에 야기하여 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 실(110)의 상기 변형에 따른 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성의 가장 큰 변화는 상기 접점에서의 접촉 특성의 변화에 기인하는 것으로 예측된다. 보다 구체적으로, 실(110)의 상기 변형은 상기 접점에서 발생하는 오믹 접촉(ohmic contact) 또는 쇼트키 접촉(schottky contact) 특성을 변화시킬 수 있다. 일 실시 예로서, 실(110)에 인장력이 인가되는 경우 상기 접점에서의 접촉이 강화될 수 있다. 이 경우, 복수의 나노구조물들(140)의 저항이 감소될 수 있다. 복수의 나노구조물들(140)의 종류, 구성 등을 달리하면 동일한 외력에 대하여 다양한 저항 변화를 가지는 복수의 나노구조물들(140)을 얻을 수 있다.
전도층(150)은 실(110) 표면에 배치되며, 복수의 나노구조물들(140)과 전기적으로 연결된다. 전도층(150)은 다양한 형태로 실(110) 표면에 배치될 수 있다. 도면에는 전도층(150)으로서 복수의 나노구조물들(140) 아래에 배치되고, 실(110) 표면 전체를 감싸는 전도성 박막이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도층(150)은 실(110) 표면의 적어도 일부 영역을 감쌀 수도 있다. 또 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도층(150)은 복수의 나노구조물들(140) 위에 배치될 수 있다. 이 경우, 전도층(150)은 복수의 나노구조물 들(140)의 적어도 일부 영역을 감쌀 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도층(150)은 나노파티클의 형태를 가질 수도 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 전도층(150)은 다양한 배치를 가질 수 있다. 일례로, 전도층(150)은 전도성 물질과 혼합된 복수의 나노구조물들(140)을 실(110) 표면에 배치하여 얻어질 수 있다. 전도층(150)으로서 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있다. 전도층(150)은 예로서 금속층, 전도성 폴리머 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전도층(150)은 실(110)의 변형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 실(110)의 상기 변형은 전도층(150)의 구조적 변형을 가져오며, 상기 구조적 변형은 전도층(150)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 예로서, 실(110)의 상기 변형에 의하여 전도층(150)은 압축 또는 신장될 수 있다. 전도층(150)의 체적은 일정하게 유지되므로 실(110)의 상기 변형에 의하여 전도층(150)의 단면적 및 길이가 변화하게 된다. 이를 통하여 전도층(150)의 전기적 특성이 변화할 수 있다. 일 실시 예로서, 실(110)에 인장력이 인가되는 경우, 전도층(150)의 단면적은 감소하고 길이는 늘어나게 된다. 전도층(150)의 상기 단면적의 감소와 상기 길이의 증가는 전도층(150)의 저항의 증가를 가져올 수 있다. 전도층(150)의 종류, 구성 등을 달리하면 동일한 외력에 대하여 다양한 저항 변화를 가지는 전도층(150)을 얻을 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 도면에는 실(110), 제1 전극(120), 제2 전극(130), 복수의 나노구조물들(140) 및 전도층(150)을 포함하는 나노구조물 센서(100)가 예로 서 표현되어 있다. 일례로, 실(110)로서 비전도성 실(110)이 사용될 수 있다. 일 실시 예로서, 실(110)에 인장력이 가해지면, 상술한 바와 같이, 복수의 나노구조물들(140)의 저항은 감소되고, 전도층(150)의 저항은 증가할 수 있다. 즉, 상기 인장력에 의한 복수의 나노구조물들(140)의 저항 변화 및 전도층(150)의 저항 변화는 서로 보상관계일 수 있다. 상기 보상관계를 이용하면, 외력에 따른 나노구조물 센서(100)의 저항변화를 조절할 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 나노구조물 센서(100)는 전도층(150)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 실(110)에 인장력이 가해지면, 상술한 바와 같이, 복수의 나노구조물들(140)의 저항은 감소될 수 있다. 이를 통하여 상기 인장력에 따라 저항이 감소하는 나노구조물 센서(100)를 얻을 수 있다. 다른 예로, 실(110)로서 전도성 실(110)이 사용될 수 있다. 일 실시 예로서, 전도성 실(110)에 인장력이 가해지면, 상술한 바와 같이, 복수의 나노구조물들(140)의 저항은 감소되고, 전도성 실(110) 및 전도층(150)의 저항은 증가할 수 있다. 즉, 상기 인장력에 의한 복수의 나노구조물들(140)의 저항 변화와 전도성 실(110) 및 전도층(150)의 저항 변화는 서로 보상관계일 수 있다. 상기 보상관계를 이용하면, 외력에 따른 나노구조물 센서(100)의 저항변화를 조절할 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 나노구조물 센서(100)는 전도층(150)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 전도성 실(110)과 복수의 나노구조물들(140) 사이의 상기 보상관계를 이용하면, 외력에 따른 나노구조물 센서(100)의 저항변화를 조절할 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 나노구조물 센서(200)는 실(210), 제1 전극(220), 제2 전극(230) 및 복수의 나노구조물들(240)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 나노구조물 센서(200)는 선택적으로(optionally) 전도층(250)을 더 포함할 수 있다.
도면에는 실(210)로서 두 가닥의 섬유(210A, 210B)를 포함하는 실(210)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(210)로서 여러 가닥의 섬유를 포함하는 실(210)이 사용될 수 있다. 섬유(210A, 210B)는 도 1과 관련하여 상술한 섬유와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도면에는 실(210) 표면에 배치되며, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결하는 복수의 나노구조물들(240)이 표현되어 있다. 복수의 나노구조물들(240)의 일부는 섬유(210A) 표면에 배치될 수 있으며, 다른 일부는 섬유(210B) 표면에 배치될 수 있다. 또한, 복수의 나노구조물들(240)의 또 다른 일부는 섬유(210A) 및 섬유(210B)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 이하에서는 복수의 나노구조물들(240)의 상기 일부, 상기 다른 일부 및 상기 또 다른 일부를 각각 제1 나노구조물들, 제2 나노구조물들 및 제3 나노구조물들이라 칭하기로 한다. 복수의 나노구조물들(240)이 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결한다는 것은 상기 제1 나노구조물들 및 상기 제2 나노구조물들 각각이 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결하는 것에 한정되지 아니한다. 상기 제1 나노구조물들 및 상기 제2 나노구조물들은 도 1과 관련하여 상술한 복수의 나노구조물들(140)이 제1 전극(120) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결하는 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결할 수 있다. 다른 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(240)은 상기 제3 나노구조물들을 통하여 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일례로, 상기 제3 나노구조물들은 각각이 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결할 수 있다. 다른 예로, 상기 제3 나노구조물들은 상기 제1 나노구조물들 또는 상기 제2 나노구조물들과 접점에서 서로 전기적으로 연결되어 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 전기적으로 연결할 수 있다.
복수의 나노구조물들(240)은 감지 대상(미도시)에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 1과 관련하여 상술한 감지대상에 따른 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성 변화와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 복수의 나노구조물들(240)은 상기 감지 대상 중에서 특정 감지 대상에 반응하도록 기능화될 수 있다. 복수의 나노구조물들(240)을 기능화는 도 1과 관련하여 상술한 복수의 나노구조물들(140)의 기능화와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
복수의 나노구조물들(240)은 실(210)의 변형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 실(210)의 상기 변형에 따른 복수의 나노구조물들(240)의 전기적 특성 변화는 복수의 나노구조물들(240)의 구조적 변형, 접점들에서의 접촉 특성 변화 또는 이들의 조합에 기인할 수 있다. 복수의 나노구조물들(240)의 전기적 특성 변화는 도 1과 관련하여 상술한 복수의 나노구조물들(140)의 전기적 특성 변화와 관련하여 상술한 내용으로부터 유추 가능하다. 도면에는 실(210)로서 두 가닥의 섬유 들(210A, 210B)을 포함하는 실타래가 예로서 표현되어 있다. 실(210)로서 상기 실타래를 사용하는 경우, 실(210)의 상기 변형은 복수의 나노구조물들(240)의 추가적인 전기적 특성 변화를 가져올 수 있다. 실타래(210)의 변형은 섬유들(210A, 210B) 간의 접촉력을 변화시킬 수 있다. 상기 접촉력은 섬유들(210A, 210B)이 서로 접하는 접촉면에 작용하는 힘을 의미한다. 예로서, 외부의 인장력에 의하여 실타래(210)가 변형되는 경우에 상기 접촉력이 강화될 수 있다. 상기 접촉면 사이에는 적어도 하나의 나노구조물이 배치되어 있을 수 있다. 상기 적어도 하나의 나노구조물은 서로 접점을 형성하여 배치될 수 있다. 상기 강화된 접촉력에 의해 상기 접점에서의 접촉이 강화될 수 있다. 이 경우, 복수의 나노구조물들(240)의 저항이 감소될 수 있다. 복수의 나노구조물들(240)의 종류, 구성 등을 달리하면 동일한 외력에 대하여 다양한 저항 변화를 가지는 복수의 나노구조물들(240)을 얻을 수 있다.
도면에는 전도층(250)으로서 복수의 나노구조물들(240) 아래에 배치되고, 실(210) 표면의 일부 영역을 감싸는 나노파티클의 형태의 전도층(250)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 나노파티클 형태의 전도층(250)은 복수의 나노구조물들(240) 위 또는 사이에 배치될 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도층(250)은 전도성 박막의 형태를 가질 수 있다. 전도성 박막 형태의 전도층(250)은 복수의 나노구조물들(240) 위 또는 아래에 배치될 수 있다. 실(210), 제1 전극(220), 제2 전극(230), 복수의 나노구조물들(240) 및 전도층(250)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계는 도 1과 관련하여 상술한 실(110), 제1 전극(120), 제2 전극(130), 복수의 나노구조물(140) 및 전도층(150)의 재료, 기능, 구조 및 위치관 계와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 나노구조물 센서(100, 200)는 실(110, 210)의 변형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 즉, 나노구조물 센서(100, 200)는 스트레인 게이지(strain gauge)의 기능을 수행할 수 있다. 실(110, 210)의 상기 변형에 따른 복수의 나노구조물들(140, 240)의 전기적 특성 변화는 실(110, 210)의 상기 변형에 따른 전도성 실(110, 210) 및 전도층(150, 250)의 전기적 특성 변화와 서로 보상관계일 수 있다. 상기 보상관계를 이용하면, 실(110, 210)의 변형에도 불구하고 전기적 특성이 변화하지 아니하는 나노구조물 센서(100, 200)를 얻을 수 있다. 즉, 외력에 의한 변형에도 일정한 전기적 특성을 지니는 나노구조물 센서(100, 200)를 얻을 수 있다. 변형에 영향을 받지 않는 나노구조물 센서(100, 200)는 다양한 환경에서 상술한 감지 대상을 검출하는 센서로서 사용될 수 있다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 나노구조물 센서(300)는 직물(360), 적어도 하나의 전극(330) 및 복수의 나노구조물들(340)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 나노구조물 센서(300)는 선택적으로(optionally) 전도층(350)을 더 포함할 수 있다.
직물(360)은 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실(310)로 직조된다. 도면에는 두 가닥(310A, 310B)의 섬유를 포함하는 실(310)로 직조된 직물(360)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(360)은 여러 가닥의 섬유를 포함하는 실(310)로 직조될 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 직물(360)은 적층되어 3차원 구조를 이룰 수 있다. 직물(360)의 직조에 사용되는 실(310)의 개수는 다양한 값을 가질 수 있다. 또한, 직물(360)의 직조에 사용되는 실(310) 사이의 간격은 다양한 값을 가질 수 있다. 섬유(310A, 310B) 및 실(310)은 각각 도 2와 관련하여 상술한 섬유(210A, 210B) 및 실(210)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
적어도 하나의 전극(330)은 직물(360) 표면에 배치된다. 도면에는 전극(330)으로서 금속 집게를 사용한 경우가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 전극(330)은 직물(360) 표면에 전도성 박막을 형성하여 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 전극(330)으로서 직물(360) 표면에 배치된 하나의 전극(330)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(360) 표면에는 다양한 수의 전극들(미도시)이 배치될 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전극(330)은 직물(360)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극(330)의 재료, 구조 등은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 전극(120, 130, 220, 230)의 재료, 구조 등과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
복수의 나노구조물들(340)은 직물(360) 표면에 배치되며, 전극(330)과 전기적으로 연결된다. 도면에는 전극(330)으로서 하나의 금속 집게를 사용한 전극(330)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 복수의 나노구조물들(340)은 도 1 또는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 서로 이격되어 배치되는 두 개의 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 복수의 나노구조물들(340)은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 내용과 실질적으로 동일한 방식으로 감 지 대상(미도시), 실(310)의 변형 등에 의하여 전기적 특성이 변화할 수 있다. 또한, 복수의 나노구조물들(340)은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 내용과 실질적으로 동일한 방식으로 상기 감지 대상 중에서 특정 감지 대상에 반응하도록 기능화될 수 있다. 복수의 나노구조물들(340)의 재료, 연결관계, 구조 등은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 복수의 나노구조물들(140, 240)의 재료, 연결관계, 구조 등과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
전도층(350)은 실(310) 표면에 배치되며, 복수의 나노구조물들(340)과 전기적으로 연결된다. 전도층(350)은 실(310)의 변형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 실(310)의 변형에 따른 전도층(350)의 전기적 특성 변화는 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 내용으로부터 유추 가능하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 도면에는 전도층(350)으로서 복수의 나노구조물들(340) 아래에 배치되고, 실(310) 표면의 일부 영역을 감싸는 나노파티클의 형태의 전도층(350)이 예로서 표현되어 있다. 전도층(350)의 재료, 구조, 위치관계 등은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 전도층(150, 250)의 재료, 구조, 위치관계 등과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도 3을 다시 참조하면, 도면에는 직물(360) 표면에 배치된 하나의 전극(330)이 예로서 표현되어 있다. 복수의 나노구조물들(340)은 전극(330)과 전기적으로 연결된다. 전극(330)에는 소정의 전압인 기준 전압이 인가될 수 있다. 상기 기준 전압은 일례로 접지 전압일 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 나노구조물들(340)은 전자 장비로부터 방사되는 전자파를 차단할 수 있다. 즉, 전극(330)에 기준 전압이 인가되는 경우, 나노구조물 센서(300)는 전자파 차단(electromagnetic interference shielding, EMI shielding) 기능을 수행할 수 있다. 소정의 기준 전압이 인가되는 적어도 하나의 나노구조물 센서(300)는 다층 회로 기판에 삽입되어 전자파 차단 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 소정의 기준 전압이 인가되는 적어도 하나의 나노구조물 센서(300)는 상기 다층 회로 기판의 전원면과 그라운드(GND)면 사이에 삽입되어 잡음의 영향으로부터 전원면 또는 그라운드면을 보호할 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 전자파 차단 기능을 가지는 나노구조물 센서(300)는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(360) 표면에 둘 이상의 전극이 배치되는 경우, 나노구조물 센서(300)는 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 나노구조물 센서(100, 200)의 기능을 추가적으로 수행할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 내용으로부터 유추 가능하므로 설명의 편의상 생략한다. 나노구조물 센서(300)의 두께를 조절하면, 차단 대상이 되는 전자파의 파장을 선택할 수 있다. 다르게는, 나노구조물 센서(300)를 적층하여 차단 대상이 되는 전자파의 파장을 선택할 수도 있다. 또한, 나노구조물 센서(300)에 포함되는 실(310) 사이의 간격을 조절하면, 전자파 차단 특성을 조절할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 나노구조물 센서 제조방법은 410 블록에서 시작된다. 410 블록에서, 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실을 준비한다. 420 블록에서, 상기 실 표면에 복수의 나노구조물들을 형성한다. 상기 복수의 나노구조물들은 상기 실의 변 형에 따라 전기적 특성이 변화할 수 있다. 상기 복수의 나노구조물들은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정은 상기 실을 상기 복수의 나노구조물들이 분산된 용액에 침지시키는 과정 및 상기 실을 상기 용액으로부터 인출함으로써 상기 실 표면에 상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 430 블록에서, 상기 실 표면에 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 형성한다. 몇몇 다른 실시 예들로서, 상기 나노구조물 센서 제조방법은 상기 420 블록의 과정 이전 또는 이후에 수행되며, 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 전도층을 상기 실 표면에 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들로서, 상기 나노구조물 센서 제조방법은 상기 420 블록의 과정 이전 또는 이후에 수행되며, 상기 실을 직조하여 직물을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이하 도 5 내지 도 8을 참조하여, 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법을 상술하기로 한다.
도 5 내지 도 8은 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법의 각 공정을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 먼저 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실(510)을 준비한다. 도면에는 실(510)로서 두 가닥의 섬유(510A, 510B)를 포함하는 실(510)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(510)로서 한 가닥 또는 여러 가닥의 섬유를 포함하는 실(510)이 사용될 수 있다. 실(510) 및 섬유(510A, 510B)는 도 2와 관련하여 상술한 실(210) 및 섬유(210A, 210B)와 실질적 으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(510)로서 도 1의 실(110)과 실질적으로 동일한 실이 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)을 형성한다. 도 6의 (a) 및 (b)는 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 실(510)을 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)에 침지시킨다. 용액(570)은 용기(560)에 담겨 제공될 수 있다.
용기(560)로서 다양한 재료가 사용될 수 있다. 용액(570)으로서 산, 염기 등의 반응성이 큰 용매가 사용되는 경우에는 용기(560)의 재료로서 반응성 용액에 강한 테플론(Teflon) 등의 재료가 사용될 수 있다.
용액(570)에는 복수의 나노구조물들(540)이 분산되어 있다. 용액(570)에 복수의 나노구조물들(540)을 분산하는 방법으로서 초음파 처리 등에 의한 기계적 분산, 용매와 분산제를 이용한 분산, 강산에서의 분산, 표면 기능화를 이용한 분산, 고분자를 이용한 분산 등이 있으며 이외에도 다양한 분산 방법이 이용될 수 있다. 복수의 나노구조물들(540)은 예로서 CNT일 수 있다. 상기 CNT를 용액(570)에 분산하는 방법은 예로서 CNT를 1.2-디클로로벤젠, DMF(dimethylformamide) 등의 용매와 혼합하는 방법을 이용할 수 있다. 다른 예로, 하기의 방법에 의하여 상기 CNT를 용액(570)에 분산할 수 있다. 먼저, 단일벽 CNT를 산성 용액에서 초음파 처리하여 정제(purification)된 단일벽 CNT를 얻을 수 있다. 상기 정제된 단일벽 CNT를 DI water를 이용하여 중화(neutralization)시킬 수 있다. 상기 중화된 단일벽 CNT를 유기용매에 넣고 분산 및 용해시켜 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)을 얻을 수 있다. 상기 유기용매로서 1.2-디클로로벤젠, DMF(dimethylformamide), 알코올 등이 이용될 수 있으며, 이외에도 다양한 용매들이 이용될 수 있다. 복수의 나노구조물들(540)은 도 1 또는 도 2와 관련하여 상술한 복수의 나노구조물들(140 또는 240)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도 6의 (b)를 참조하면, 실(510)은 복수의 나노구조물들(540)이 분산되어 있는 용액(570)으로부터 인출되며, 복수의 나노구조물들(540)은 실(510) 표면에 형성된다. 도면에는 실(510)로서 두 가닥의 섬유들(510A, 510B)을 포함하는 실타래가 예로서 표현되어 있다. 일 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 실타래(510)는 실타래(510)를 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)에 침지한 후 인출하여 얻어질 수 있다. 다른 실시 예로서, 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 실타래(510)는 하기의 과정에 의하여 얻어질 수 있다. 먼저, 섬유(510A 또는 510B) 각각을 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)에 침지한 후 인출한다. 이후, 표면에 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 섬유(510A 또는 510B)를 꼬아 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 실타래(510)를 얻을 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 도면에는 상온에서 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)을 형성하는 과정이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(510) 표면에 형성되는 복수의 나노구조물들(540)의 접촉 특성을 조절하기 위하여 용액(570)은 냉각 또는 가열될 수 있다. 실(510)의 열팽창계수와 복수의 나노구조물들(540)의 열팽창계수는 서로 상이할 수 있다. 상기 열팽창계수는 온도 변화에 대한 물체의 크기(일례로 길이) 변화를 나타낸다. 실(510)을 냉각 또는 가열된 용액(570)으로부터 대기 중으로 인출하면, 실(510)과 복수의 나노구조물들(540)은 서로 다른 크기 변화를 가질 수 있다. 이를 통하여 실(510) 표면에 형성되는 복수의 나노구조물들(540)의 접촉 특성을 조절할 수 있다.
도 7을 참조하면, 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 형성한다. 도면에는 상기 적어도 하나의 전극으로서 실(510) 표면에 서로 이격되어 형성된 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)이 예로서 표현되어 있다. 또한, 도면에는 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)으로서 금속 집게(clamp)를 사용한 경우가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)은 실(510) 표면에 전도성 박막을 형성하여 배치될 수 있다. 상기 전도성 박막은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자(이하 당업자라 함)에게 잘 알려져 있는 여러 공정들 중 어느 하나가 적용되어 실(510) 표면에 형성될 수 있다. 예로서, 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)을 형성하는 상기 공정은 화학적 기상 증착법 (chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법 (physical vapor deposition) 등을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 제1 전극(520)과 제2 전극(530)은 실(510)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6 및 도 7을 다시 참조하면, 도면에는 실(510) 표면에 복수의 나노구조물 들(540)을 형성한 후 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)을 형성하는 과정이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 제1 전극(520) 및 제2 전극(530)을 형성하는 과정은 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)을 형성하는 과정 이전에 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법은 선택적으로(optionally) 복수의 나노구조물들(540)과 전기적으로 연결되는 전도층(550)을 실(510) 표면에 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 도면에는 전도층(550)으로서 복수의 나노구조물들(540) 아래에 배치되고, 실(510) 표면의 일부 영역을 감싸는 나노파티클의 형태의 전도층(550)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 나노파티클 형태의 전도층(550)은 복수의 나노구조물들(540) 위 또는 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 나노파티클 형태의 전도층(550)은 실(510) 표면의 전체 영역을 감쌀 수도 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도층(550)은 전도성 박막의 형태를 가질 수 있다. 일례로, 전도성 박막 형태의 전도층(550)은 복수의 나노구조물들(540) 위 또는 아래에 배치될 수 있다. 전도성 박막 형태의 전도층(550)은 실(510) 표면의 일부 또는 전체 영역을 감쌀 수 있다.
전도층(550)은 당업자에게 잘 알려져 있는 여러 공정들 중 어느 하나가 적용되어 실(510) 표면에 형성될 수 있다. 예로서, 전도층(550)을 형성하는 상기 공정은 화학적 기상 증착법 (chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법 (physical vapor deposition) 등을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 다른 예로서, 전도층(550)은 전도성 물질과 복수의 나노구 조물들(540)의 혼합 페이스트(paste)를 실(510) 표면에 배치하여 형성될 수 있다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 전도층(550)을 형성하는 과정은 열처리 과정을 거칠 수 있다. 상기 열처리 과정을 통하여 복수의 나노구조물들(540)과 전도층(550) 사이의 접촉 특성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
도 5 내지 도 8을 다시 참조하면, 상기 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법에 의하면, 나노구조물 센서는 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)에 실(510)을 침지 한 후에 인출하여 제조될 수 있다. 복수의 나노구조물들(540)은 실(510)을 따라 배열될 수 있다. 이 경우, 복수의 나노구조물들(540)을 제1 전극(520) 및 제2 전극(530) 사이에 배열하기 위한 패터닝 공정이 생략될 수 있다. 이를 통하여 나노구조물 센서의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 복수의 나노구조물들(540)이 표면에 형성된 실(510)은 다양한 크기로 절단될 수 있다. 이를 통하여 다양한 크기의 나노구조물 센서의 제작이 가능하다.
도 9는 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법에 의하여 제조된 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다. 상기 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서는 도 5 내지 도 8과 관련하여 상술한 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법에 실(510)을 직조하여 직물(560)을 형성하는 과정을 추가하여 제조된다. 실(510)을 직조하는 과정은 도 6과 관련하여 상술한 실(510) 표면에 복수의 나노구조물들(540)을 형성하는 과정 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
도면에는 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 실(510)을 직조하여 형성된 직물(560)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 복 수의 나노구조물들(540)이 형성된 직물(560)은 하기의 과정에 의하여 얻어질 수 있다. 먼저, 실(510)을 직조하여 직물(560)을 형성한다. 이후, 직물(560)을 복수의 나노구조물들(540)이 분산된 용액(570)에 침지한 후 인출하여 복수의 나노구조물들(540)이 형성된 직물(560)을 얻을 수 있다. 직물(560) 표면에 배치된 복수의 나노구조물들(540)의 접촉 특성을 조절하기 위하여 도 6과 관련하여 상술한 방법이 사용될 수 있다. 직물(560)은 당업자에게 잘 알려져 있는 여러 방법 중 적어도 어느 한 방법이 적용되어 실(510)을 사용하여 직조될 수 있다. 또한, 도면에는 적어도 하나의 전극으로서 실(510) 표면에 형성된 하나의 전극(530)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(510) 표면에는 다양한 수의 전극이 형성될 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5 내지 도 8은 일 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법의 각 공정을 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시 예에 따른 나노구조물 센서 제조방법에 의하여 제조된 나노구조물 센서를 나타내는 도면이다.

Claims (20)

  1. 적어도 한 가닥의 섬유(fiber)를 포함하는 실(thread);
    상기 실 표면에 형성되어 상기 실의 변형에 따라 전기적 특성이 변화하는 복수의 나노구조물들; 및
    상기 복수의 나노구조물들 중 하나 이상의 나노구조물에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전극;
    을 포함하는 나노구조물 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들이 표면에 형성된 상기 실로 직조된 직물을 포함하는 나노구조물 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극에는 소정의 전압인 기준 전압이 인가되면 전자 장비로부터 방사되는 전자파를 차단하는 나노구조물 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들은 탄소 나노튜브들을 포함하는 나노구조물 센서.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들은 감지 대상에 따라 전기적 특성이 변화하는 복수의 나노구조물 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 감지 대상은 열, 분자 또는 전자기 복사 중 적어도 어느 하나를 포함하는 나노구조물 센서.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들 중 어느 한 나노구조물과 또 다른 어느 한 나노구조물은 접점에서 서로 전기적으로 연결되며, 상기 실의 변형은 상기 접점에서의 전기적 특성을 변화시키는 나노구조물 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실 표면에 배치되며, 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 전도층을 더 포함하는 나노구조물 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도층은 금속층, 전도성 폴리머 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 나노구조물 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전도층은 나노파티클을 포함하는 나노구조물 센서.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들 및 상기 전도층은 상기 실의 변형에 따라 전기적 특성이 각각 변화하며, 상기 복수의 나노구조물들의 상기 전기적 특성 변화는 상기 전도층의 상기 전기적 특성 변화를 보상하는 나노구조물 센서.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 섬유는 전도성을 가지는 나노구조물 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 섬유는 금속섬유, 전도성 폴리머 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 나노구조물 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들 및 상기 섬유는 상기 실의 변형에 따라 전기적 특성이 각각 변화하며, 상기 복수의 나노구조물들의 상기 전기적 특성 변화는 상기 섬유의 상기 전기적 특성 변화를 보상하는 나노구조물 센서.
  16. 적어도 한 가닥의 섬유를 포함하는 실을 준비하는 과정;
    상기 실 표면에 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정;
    상기 실 표면에 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 형성하는 과정; 및
    상기 실의 변형에 따라 상기 복수의 나노 구조물들의 전기적 특성이 변화하는 과정
    을 포함하는 나노구조물 센서 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정 이전 또는 이후에 수행되며, 상기 복수의 나노구조물들과 전기적으로 연결되는 전도층을 상기 실 표면에 형성하는 과정을 더 포함하는 나노구조물 센서 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정 이전 또는 이후에 수행되며, 상기 실을 직조하여 직물을 형성하는 과정을 더 포함하는 나노구조물 센서 제조방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정은
    상기 실을 상기 복수의 나노구조물들이 분산된 용액에 침지시키는 과정; 및
    상기 실을 상기 용액으로부터 인출함으로써, 상기 실 표면에 상기 복수의 나노구조물들을 형성하는 과정을 포함하는 나노구조물 센서 제조방법.
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