KR101484540B1 - Flow sensor - Google Patents

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KR101484540B1
KR101484540B1 KR1020130158954A KR20130158954A KR101484540B1 KR 101484540 B1 KR101484540 B1 KR 101484540B1 KR 1020130158954 A KR1020130158954 A KR 1020130158954A KR 20130158954 A KR20130158954 A KR 20130158954A KR 101484540 B1 KR101484540 B1 KR 101484540B1
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carbon nanotube
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김수현
이승호
정원석
이민구
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a flow sensor to measure microflow at low speed in compared to a previous one. The flow sensor of the present invention comprises: a substrate (110) in a two-dimensional plane shape; a pair of electrodes (120) placed apart from each other in a first direction on the substrate (110); a CNT sheet (130) arranged on the substrate (110); and a sealing part (140) arranged to cover an upper part of the substrate (110) on which the electrodes (120) and the CNT sheet (130) are arranged.

Description

유량 센서 {Flow sensor}Flow sensor {Flow sensor}

본 발명은 유량 센서에 관한 것으로, 종래에 비하여 훨씬 느린 속도까지의 정밀한 측정이 가능하도록 성능을 개선한 유량 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow sensor, and more particularly, to a flow sensor that improves performance so as to enable precise measurement up to a much slower speed than a conventional one.

유량을 측정하는 것은 다양한 기술분야에서 널리 필요로 하는 작업으로, 유량 측정을 위한 장치들은 유량의 크기나 유체의 특성 등에 따라 그에 적합하도록 다양한 구조와 형태로 이루어진다. 즉 유량이 대량인지 소량인지, 유체가 액체인지 기체인지, 유체의 점성 등의 특성은 어떠한지 등에 따라 무수히 다양한 형태의 유량 측정 기술이 존재한다.Measuring the flow rate is a task that is widely required in various technical fields. The devices for measuring the flow rate are various structures and shapes to suit the flow rate and the characteristics of the fluid. There are a myriad of different types of flow measurement techniques depending on whether the flow rate is large or small, whether the fluid is liquid or gas,

한편 최근 반도체 기술의 발달로 인하여 미세한 크기의 센서들이 개발되어 사용되고 있으며, 미세 수준의 유량을 측정하는 유량 센서 또한 사용되고 있다. 이러한 유량 센서는 반도체 기술을 사용하여 집적 회로 형태로 만들어지는 것이 일반적이다. 이처럼 미세 수준의 환경에서의 측정 기술에서는, 얼마나 더 느린 유량까지를 정밀하게 측정할 수 있느냐가 관건이 된다.
In recent years, due to the development of semiconductor technology, minute size sensors have been developed and used, and a flow sensor for measuring a minute level flow rate is also used. Such flow sensors are generally made in the form of integrated circuits using semiconductor technology. In such a micro-level measurement technique, it is important to measure precisely how much slower the flow rate is.

미세 유량 및 유속을 측정하기 위한 기술로서, 종래에 가열부에서 발생하는 열을 이용하여 가열부와 유체간의 온도 차이를 이용하는 방법과, 오리피스(orifice)에서 발생하는 압력 손실을 이용하는 방법, 및 매질 속에서의 광 또는 초음파의 주파수 변화를 이용하는 방법 등이 사용되었다. 이 중 가열부와 유체 간의 온도 차이를 이용하는 방법으로서 한국특허등록 제0292799호("멤브레인구조의 마이크로유량 / 유속센서, 및 그를 이용한 유량 / 유속측정 방법", 2001.03.27, 이하 선행문헌)과 같은 기술이 있다. 상기 선행문헌에서는, 실리콘 기판 상에 멤브레인으로 밀봉된 캐비티를 형성하고, 멤브레인 상에 배치된 히터로 열을 발산하여, 히터에서 발산되는 열에 의한 동작유체의 상/하류부에서의 온도 변화를 상/하류부 써모파일로 측정함으로써 동작유체의 유량 및 유속을 측정하는 마이크로 유량/유속 센서가 개시된다.As a technique for measuring a minute flow rate and a flow rate, there are a conventional method using a temperature difference between a heating part and a fluid using heat generated in a heating part, a method using a pressure loss generated from an orifice, A method of using a change in the frequency of light or ultrasonic waves in the light source is used. As a method of utilizing the temperature difference between the heating part and the fluid, there has been proposed a method of using the temperature difference between the heating part and the fluid as disclosed in Korean Patent Registration No. 0292799 ("Micro Flow Rate / Flow Rate Sensor with Membrane Structure and Method of Measuring Flow Rate / Flow Rate Using the Same ", 2001.03.27 Technology. In the above prior art, a cavity sealed with a membrane is formed on a silicon substrate, heat is radiated by a heater disposed on the membrane, and temperature changes in the upstream and downstream portions of the operating fluid due to heat emitted from the heater are detected by the upstream / A micro flow rate / flow rate sensor for measuring the flow rate and flow rate of a working fluid by measuring with a thermopile is disclosed.

그런데 선행문헌의 경우 별도로 열을 가해 주어야 하는 구조가 필요한 등과 같이 불필요한 구조 복잡성이 늘어나는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근 신소재인 탄소나노튜브(CNT) 등을 이용하여 미세 유량을 측정하는 기술의 개발이 이루어지고 있다. 도 1은 이와 같은 신소재를 사용하는 기존의 미세 유량을 측정하는 유량 센서들의 구조 예시이다.However, in the case of the prior art, there is a problem that unnecessary structural complexity is increased, for example, a structure is required to apply heat separately. In order to solve such a problem, recently, a technique for measuring a minute flow rate using a carbon nanotube (CNT), which is a new material, has been developed. FIG. 1 is an example of the structure of flow sensors for measuring the existing minute flow rate using the new material.

도 1(A)에 도시된 것은 CNT-FET 센서로서, 그 작동 원리는 다음과 같다. 한 쌍의 전극을 탄소나노튜브 와이어로 연결하고 여기에 전원을 공급하여 탄소나노튜브 와이어에 전류가 흐르는 상태가 되게 한다. 기판에도 기준 전압이 되는 전원이 공급된다. 이와 같은 상태에서 탄소나노튜브에 측정대상유체가 흐르면, 탄소나노튜브 와이어에 측정대상유체의 유체 분자 또는 측정대상유체 내에 함유된 이온 등이 흡착됨으로써 탄소나노튜브 와이어의 전기전도도가 변화되며, 따라서 원래 흐르던 전류 값에 변화가 생기게 된다. CNT-FET 센서에서는 바로 이 전류 변화를 증폭하여 출력함으로써, 측정대상유체의 유량을 측정할 수 있게 된다. 이러한 구조 및 원리는 2007년 Nature Nanotechnology 저널에 소개되었으며, 이러한 방법을 통해 20.83mm/s까지의 저속 측정이 가능함을 밝혔다. 도 1(B)에 도시된 것은 실리콘 나노와이어 센서로서, 탄소나노튜브 와이어 대신에 실리콘 나노와이어가 구비된다는 점을 제외하면 거의 유사한 원리로 작동한다. 이러한 구조 및 원리는 2009년 Nano Lett. 저널에 소개되었으며, 이러한 방법을 통해 0.55 ~ 1.1mm/s 수준까지의 저속 측정이 가능함을 밝혔다.1 (A) is a CNT-FET sensor, and its operation principle is as follows. A pair of electrodes are connected by a carbon nanotube wire, and a power is supplied to the carbon nanotube wire so that current flows through the carbon nanotube wire. A power source that supplies a reference voltage is also supplied to the substrate. When the fluid to be measured flows through the carbon nanotube in such a state, the fluid molecules of the fluid to be measured or the ions contained in the fluid to be measured are adsorbed on the carbon nanotube wire, thereby changing the electrical conductivity of the carbon nanotube wire. A change occurs in the current value flowing. In the CNT-FET sensor, the flow rate of the fluid to be measured can be measured by amplifying and outputting the current change. This structure and principle was introduced in the journal Nature Nanotechnology in 2007, and it is shown that low-speed measurement up to 20.83 mm / s is possible with this method. 1B is a silicon nanowire sensor, which operates on almost the same principle except that silicon nanowires are provided instead of carbon nanotube wires. These structures and principles are described in Nano Lett. And it is shown that low speed measurement up to 0.55 ~ 1.1mm / s is possible by this method.

미세 유량의 측정에 있어서 빠른 속도의 측정은 상대적으로 쉬우나, 저속으로 갈수록 정밀한 측정이 어렵다. 상술한 바와 같이 신소재의 개발과 더불어 저속 미세 유량을 더 정밀하게 측정하기 위한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있으며, 그 측정 한계를 더욱 낮추기 위한 노력이 꾸준히 이루어지고 있다. 특히 상술한 CNT-FET 센서나 실리콘 나노와이어 센서 등과 같은 기존 연구의 문제점은 폭이 수십 nm에 불가한 나노와이어를 이용하기에, 제작이 비교적 어려워 제작비용이 상승할 수 있으며, 무엇보다도 흐르는 물에 대한 내구성 등에 문제가 발생할 수 있다.
It is relatively easy to measure the flow rate in the measurement of the minute flow rate, but it is difficult to measure the flow rate at a lower speed. As described above, along with the development of new materials, various technologies for more precisely measuring low-speed micro flow rate have been researched and developed, and efforts for further lowering the measurement limit have been made steadily. Particularly, the problems of existing researches such as the CNT-FET sensor and the silicon nanowire sensor described above are that it is relatively difficult to manufacture due to the nanowire which can not be made up to several tens of nanometers in width, There may arise problems such as durability.

1. 한국특허등록 제0292799호("멤브레인구조의 마이크로유량 / 유속센서, 및 그를 이용한 유량 / 유속측정 방법", 2001.03.27)1. Korean Patent Registration No. 0292799 ("Micro Flow Rate / Flow Rate Sensor with Membrane Structure and Method for Measuring Flow Rate / Flow Rate Using the Same", 2001.03.27)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전원이 공급될 필요가 없어 구조를 더욱 간단화하면서도 종래에 비하여 훨씬 저속의 미세 유량을 측정할 수 있도록 하는, 유량 센서를 제공함에 있다. 더 나아가서는, 본 발명의 목적은 기존의 방법보다 제작이 용이하며 흐르는 물에 내구성을 가지면서, 센서의 성능을 향상시킬 수 있는 유량센서를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of measuring a minute flow rate And a flow sensor for measuring the flow rate of the fluid. It is still another object of the present invention to provide a flow sensor which is easier to manufacture than conventional methods, has durability against flowing water, and can improve the performance of the sensor.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유량 센서는, 제1방향 및 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 펼쳐지는 2차원 평면 형태의 기판(110); 상기 기판(110) 상에 제1방향으로 서로 이격 배치되는 한 쌍의 전극(120); 다수 개의 탄소나노튜브(CNT)가 네트워킹되어 만들어지는 평면 형태로 이루어지며, 제1방향의 양단이 한 쌍의 상기 전극(120)에 접촉하도록 상기 기판(110) 상에 배치되는 CNT 시트(130); 제1방향으로 연장되며 상기 CNT 시트(130)에 상응하는 위치를 포함하는 위치에 배치되는 홈 형태로 이루어지는 마이크로채널(145)이 하부에 형성되며, 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치되는 실링부(140); 를 포함하여 이루어져, 상기 마이크로채널(145)을 통해 제1방향으로 흐르도록 유통되는 측정대상유체와 상기 CNT 시트(130)의 상호작용에 의하여 발생되어 한 쌍의 상기 전극(120)에서 검출되는 전기 신호를 사용하여 측정대상유체의 유량을 측정하도록 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flow sensor comprising: a substrate in the form of a two-dimensional plane spreading along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction; A pair of electrodes 120 spaced apart from each other in the first direction on the substrate 110; A CNT sheet 130 disposed on the substrate 110 so that both ends of the CNT sheet 130 are in contact with the pair of electrodes 120, ; A micro-channel 145 extending in a first direction and having a groove shape disposed at a position corresponding to the CNT sheet 130 is formed at a lower portion of the CNT sheet 130, A sealing portion 140 disposed to cover an upper portion of the substrate 110 on which the substrate 110 is disposed; And a pair of electrodes 120 that are generated by interaction between the CNT sheet 130 and the fluid to be measured flowing in the first direction through the microchannel 145, Signal may be used to measure the flow rate of the fluid to be measured.

이 때 상기 CNT 시트(130)는, 기존 연구에서 사용된 금속성 및 비금속성 특성이 혼합된 탄소나노튜브를 사용하는 대신에, 흐르는 물에 대해 민감한 반응을 보이는 비금속성 탄소나노튜브로 구성되어 있다. 또한 상기 전극(120)은, 크롬 또는 금 재질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 실링부(140)는, PDMS 재질로 이루어질 수 있다.
At this time, the CNT sheet 130 is composed of non-metallic carbon nanotubes which are sensitive to flowing water, instead of using carbon nanotubes mixed with metallic and non-metallic properties used in the prior art. The electrode 120 may be made of chromium or gold. The sealing part 140 may be made of PDMS material.

또한 본 발명의 유량 센서의 제작 방법은, 상술한 바와 같은 유량 센서(100)를 제작하는 방법으로서, 상기 기판(110)이 배치되는 단계; 상기 기판(110) 상에 한 쌍의 상기 전극(120)이 패터닝되는 단계; 한 쌍의 상기 전극(120) 사이에 탄소나노튜브 재료층이 전사되는 단계; 상기 탄소나노튜브 재료층이 어닐링(annealing)되어 상기 CNT 시트(130)로 형성되는 단계; 상기 실링부(140)가 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치되어 고정되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 탄소나노튜브 재료층이 어닐링되는 단계는, 상기 탄소나노튜브 재료층 위에 레진(resin)이 스핀 코팅되는 단계 및 UV가 조사되어 상기 탄소나노튜브 재료층 및 레진이 상기 기판(110)에 고정되어 상기 CNT 시트(130)를 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
Also, the method of manufacturing the flow sensor of the present invention is a method of manufacturing the flow sensor 100 as described above, comprising the steps of: disposing the substrate 110; Patterning a pair of electrodes (120) on the substrate (110); A carbon nanotube material layer is transferred between the pair of electrodes 120; Annealing the carbon nanotube material layer to form the CNT sheet 130; The sealing part 140 is disposed and fixed so as to cover the upper part of the substrate 110 on which the electrode 120 and the CNT sheet 130 are disposed; . ≪ / RTI > The step of annealing the carbon nanotube material layer includes spin coating the resin on the carbon nanotube material layer and irradiating UV light to the carbon nanotube material layer and the resin on the substrate 110 And forming the CNT sheet 130 by fixing.

본 발명에 의하면, 종래의 미세 유량을 측정하는 센서에 비하여 훨씬 구조가 간단해지면서도 훨씬 저속까지 측정할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 종래의 미세 유량 측정 방식들 중 측정대상유체에 가열하는 방식의 경우 가열부, 가열부에 전원을 공급하는 구조, 온도 센서 등이 필요하며, CNT-FET 센서 등과 같은 종류의 방식의 경우 유량 측정을 위해서는 회로 상에 항상 전원을 공급해 주어야 하였기 때문에 구조가 복잡화되는 문제가 있었다. 반면 본 발명의 유량 센서는 가열부나 다른 물리량을 측정하는 센서 등과 같은 별도의 장치가 전혀 필요하지 않으며, 뿐만 아니라 전원 공급조차도 필요하지 않기 때문에 전원 공급부에 해당하는 구조 역시 필요로 하지 않는다. 아울러 기존 나노와이어 형태가 아닌 네트워크 타입의 센서로 구성하여 비교적 제작이 용이하며 이로 인한 제작비용 절감이라는 효과를 기대할 수 있다. 즉 본 발명에 의한 유량 센서는 종래의 어떤 형태의 유량 센서보다도 훨씬 더 간략화된 구조를 가지는 것이다.According to the present invention, the structure is much simpler than the conventional sensor for measuring the minute flow rate, and the measurement can be performed at a much lower speed. More specifically, in the case of a method of heating a fluid to be measured among conventional micro-flow measuring systems, a heating unit, a structure for supplying power to the heating unit, a temperature sensor, and the like are required, and a type such as a CNT- There has been a problem in that the structure is complicated because the power must always be supplied to the circuit in order to measure the flow rate. On the other hand, the flow sensor of the present invention does not require a separate device such as a heating unit or a sensor for measuring other physical quantities, and does not require a structure corresponding to a power supply unit because it does not need a power supply. In addition, it is possible to construct a network type sensor that is not a conventional nanowire type, which is comparatively easy to manufacture, and the manufacturing cost can be reduced. That is, the flow sensor according to the present invention has a much simpler structure than any conventional flow sensor.

뿐만 아니라 실제로 시험해 본 결과, 측정 저속 한계가 종래의 CNT-FET 센서의 경우 수십mm/s, 종래의 실리콘 나노와이어 센서의 경우 수mm/s 수준으로 나오는 것에 비하여, 본 발명의 유량 센서는 측정 저속 한계가 0.01mm/s 정도로서 종래에 비하여 수십 배 이상 정밀도를 높일 수 있는 커다란 효과를 가진다. 이처럼 본 발명에 의하면, 종래보다 훨씬 간단한 구조를 가지면서도 측정 한계는 비약적으로 낮출 수 있는 큰 효과가 있는 것이다.In addition, as a result of actual testing, the flow rate sensor of the present invention has a measurement low speed limit of several tens of mm / s in the case of a conventional CNT-FET sensor and a few millimeters per second in the case of a conventional silicon nanowire sensor, The limit is about 0.01 mm / s, which is a great effect that the precision can be increased several tens of times as compared with the conventional one. As described above, according to the present invention, it is possible to dramatically reduce the measurement limit while having a simpler structure than the conventional one.

한편 본 발명에서는, 탄소나노튜브 와이어를 사용하는 대신 탄소나노튜브가 네트워크 형태로 엮어진 형태로 된 탄소나노튜브 시트를 사용하기 때문에, 와이어 형태를 제작하는 것에 비하여 상대적으로 제작이 훨씬 용이한 장점이 있으며, 물론 이에 따라 제작을 위한 공정 단계나 비용 등도 훨씬 줄일 수 있는 경제적인 효과 또한 얻을 수 있다.
In the present invention, since a carbon nanotube sheet in which carbon nanotubes are woven in a network form instead of using carbon nanotube wires is used, it is advantageous in that it is much easier to manufacture than a wire form And, of course, economical effects can be obtained that can further reduce the process steps and costs for fabrication.

도 1은 기존의 미세 유량을 측정하는 유량 센서들의 구조 예시.
도 2는 본 발명의 유량 센서의 구조.
도 3은 본 발명의 유량 센서의 CNT 시트의 현미경 사진.
도 4 및 도 5는 본 발명의 유량 센서에 의한 유속 측정 결과.
Fig. 1 is an example of the structure of a flow sensor for measuring a conventional micro flow rate.
Fig. 2 shows a structure of the flow sensor of the present invention. Fig.
3 is a microscope photograph of a CNT sheet of the flow sensor of the present invention.
4 and 5 are flow velocity measurement results by the flow sensor of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 유량 센서를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a flow sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

탄소나노튜브(CNT)란 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 물질을 말하는 것으로, 관의 지름이 수∼수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다. 탄소나노튜브는 전기전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나며, 탄소섬유는 1%만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15%가 변형되어도 견딜 수 있는 등 매우 우수한 성질을 가지는 신소재로서, 현재 다양한 분야에서 이러한 탄소나노튜브의 활용 방안을 연구 개발하고 있다.Carbon nanotubes (CNTs) are substances that have a hexagonal shape consisting of six carbon atoms connected to each other to form a tube. The diameter of the tube is only a few to several tens of nanometers, which is called a carbon nanotube. Carbon nanotubes have the same electrical conductivity as copper and have the same thermal conductivity as natural diamond. Their strength is 100 times better than that of steel. Carbon fibers are cut by 1% transformation, while carbon nanotubes are 15% deformed And is capable of enduring even when it is used as a new material. Currently, it is researching and developing various ways of utilizing such carbon nanotubes in various fields.

이러한 탄소나노튜브의 성질 중 하나는 전기전도성이 높고 전자의 이동성이 좋다는 점으로서, 투명 전극 소재, 디스플레이용 소자, 센서 소자 등으로의 활용 연구가 많이 이루어져 있으며, 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같이 탄소나노튜브 와이어를 이용하여 미세 유량 센서가 개발되기도 하였다.One of the properties of such carbon nanotubes is high electric conductivity and good electron mobility. Thus, many researches have been made on utilization of the carbon nanotube as a transparent electrode material, a display device, a sensor device, etc. As described above with reference to FIG. 1, Micro-flow sensors have also been developed using nanotube wires.

그런데 상술한 바와 같이 탄소나노튜브는 매우 미세한 크기이기 때문에, 이것이 나노와이어 형태로 정렬하여 배열시키는 것이 용이하지 않아 제작 공정이 어려워진다. 또한, 이렇게 탄소나노튜브가 나노와이어 형태로 배열된 구조는 반복적인 사용에 의하여 일부가 손상되거나 할 위험성이 상당히 높다. 즉 도 1에 나타난 종래의 유량 센서의 경우 장치 제작 공정이 난해하며, 또한 장치 자체의 내구성이 상당히 떨어지는 문제가 있었다. 물론 측정할 수 있는 저속 한계 또한 더욱 개선될 필요가 있었다.
However, since the carbon nanotubes have a very minute size as described above, it is difficult to arrange and arrange them in nanowire form, making the manufacturing process difficult. In addition, the structure in which the carbon nanotubes are arranged in the form of nanowires has a considerably high risk of being partially damaged by repetitive use. That is, in the case of the conventional flow sensor shown in FIG. 1, the device manufacturing process is difficult and the durability of the device itself is considerably low. Of course, the low-speed limits that can be measured also need to be further improved.

도 2는 본 발명의 유량 센서의 구조로서, 도 2를 참조하여 본 발명의 유량 센서의 구조 및 작동 원리를 설명한다.Fig. 2 shows the structure of the flow sensor of the present invention, and the structure and operation principle of the flow sensor of the present invention will be described with reference to Fig.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유량 센서의 구조는, CNT 시트 양쪽에 전극이 연결되어 있는 구조이다. 방향을 명확하게 하기 위하여 CNT 시트 평면의 한 방향을 제1방향, CNT 시트 평면 상의 제1방향에 수직한 방향을 제1방향이라고 한다. 이 때 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극이 CNT 시트의 제1방향 양단 끝에 접촉 구비되도록 하고, CNT 시트 위로 제1방향을 따라 측정대상유체가 흐르게 한다.As shown in FIG. 2, the structure of the flow sensor of the present invention is a structure in which electrodes are connected to both sides of a CNT sheet. In order to clarify the direction, one direction of the CNT sheet plane is referred to as a first direction, and a direction perpendicular to the first direction on the CNT sheet plane is referred to as a first direction. At this time, as shown in FIG. 2, a pair of electrodes are brought into contact with both ends of the CNT sheet in the first direction, and the fluid to be measured flows along the first direction on the CNT sheet.

앞서 설명한 바와 같이 탄소나노튜브는 전기전도성이 높으며 전자의 이동성이 좋기 때문에, 이처럼 측정대상유체가 탄소나노튜브와 접촉하여 흐르게 되면 측정대상유체 물질과 탄소나노튜브 내의 전자 간에 상호작용(interaction)이 일어나 전기 신호가 발생되어 전극에서 검출이 이루어지게 된다. 이 때 측정대상유체의 유속과 전기 신호의 크기 사이에 일정한 관계가 성립하며, 이를 이용하여 측정대상유체의 유속을 정밀하게 측정할 수 있는 것이다.As described above, since carbon nanotubes have high electric conductivity and good electron mobility, when the fluid to be measured flows in contact with the carbon nanotubes, interaction occurs between the fluid substances to be measured and the electrons in the carbon nanotubes An electric signal is generated and detection is performed at the electrode. At this time, a constant relation is established between the flow rate of the fluid to be measured and the magnitude of the electric signal, and the flow rate of the fluid to be measured can be accurately measured by using this.

도 2를 참조하여 본 발명의 유량 센서의 구조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 유량 센서(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110), 한 쌍의 전극(120), CNT 시트(130), 실링부(140)를 포함하여 이루어진다.The structure of the flow sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The flow sensor 100 of the present invention includes a substrate 110, a pair of electrodes 120, a CNT sheet 130, and a sealing portion 140 as shown in FIG.

상기 기판(110)은, 제1방향 및 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 펼쳐지는 2차원 평면 형태로 이루어진다. 상기 기판(110)의 재질은 일반적인 반도체 부품의 기판으로 널리 사용되는 유리, 실리콘 등이 될 수 있다.The substrate 110 is in the form of a two-dimensional plane spreading along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction. The material of the substrate 110 may be glass, silicon, or the like widely used as a substrate of a general semiconductor component.

상기 전극(120)은 한 쌍이 상기 기판(110) 상에 제1방향으로 서로 이격 배치된다. 여기에서, 도 2에서는 상기 전극(120)이 상기 CNT 시트(130)와 연결되는 부분은 제1방향으로 이격 배치되는데, 상기 전극(120)이 외부와 연결되는(즉 검출된 전기 신호를 출력하기 위해 외부와 연결되는) 부분은 제2방향으로 이격 배치되는 것으로 도시되어 있는데, 이는 단지 편의성을 위한 배치일 뿐으로 상기 전극(120)이 외부와 연결되는 부분은 어느 방향으로 배치되어도 무방함은 당연하다. 상기 전극(120)은 전기전도성이 좋은 재질로서 이루어지면 되며, 구체적으로는 일반적으로 전극 용도로 널리 사용되는 크롬 또는 금 재질로 이루어질 수 있다.The pair of electrodes 120 are disposed on the substrate 110 in a first direction. 2, a portion of the electrode 120, which is connected to the CNT sheet 130, is spaced apart in a first direction. When the electrode 120 is connected to the outside (that is, The portion of the electrode 120 that is connected to the outside is shown as being spaced apart in the second direction, which is merely an arrangement for convenience, and it is natural that the portion where the electrode 120 is connected to the outside may be arranged in any direction . The electrode 120 may be made of a material having good electrical conductivity, and may be made of chromium or gold, which is generally used for electrodes.

상기 CNT 시트(130)는 다수 개의 탄소나노튜브(CNT)가 네트워킹되어 만들어지는 평면 형태로 이루어지며, 제1방향의 양단이 한 쌍의 상기 전극(120)에 접촉하도록 상기 기판(110) 상에 배치된다. 가장 간단하게는, 상기 CNT 시트(130)는 얇은 막 형태 즉 평면 형태이므로, 사각 평면 형태로 만들어진 상기 CNT 시트(130)의 제1방향 양단이 상기 전극(120) 위를 덮도록 배치하면 된다. 앞서 설명하였듯 상기 CNT 시트(130) 위로 측정대상유체가 흐르게 되면(즉 상기 CNT 시트(130)와 측정대상유체가 직접적으로 접촉하게 되면) 상기 CNT 시트(130) 내의 전자가 측정대상유체의 유체 분자(예를 들어 물 분자)나 측정대상유체 내에 함유된 이온과 상호작용을 일으키게 된다. 이러한 과정에서 전자가 어느 한 쪽으로 편향된 방향으로 끌려가게 됨으로서 전위차가 발생이 되며, 따라서 상기 전극(120)에서 전기 신호를 검출할 수 있게 되는 것이다.The CNT sheet 130 has a planar shape in which a plurality of carbon nanotubes (CNTs) are networked. The CNT sheet 130 is formed on the substrate 110 so that both ends of the CNT sheet 130 are in contact with the pair of electrodes 120 . In the simplest case, since the CNT sheet 130 is in the form of a thin film, that is, a plane shape, the CNT sheet 130 formed in a square planar shape may be disposed so that both ends of the CNT sheet 130 in the first direction cover the electrode 120. As described above, when the fluid to be measured flows onto the CNT sheet 130 (that is, when the CNT sheet 130 and the fluid to be measured are in direct contact with each other), the electrons in the CNT sheet 130 reach the fluid Interact with molecules (eg water molecules) or ions contained in the fluid to be measured. In this process, electrons are attracted in a direction biased in one direction, so that a potential difference is generated, so that the electrode 120 can detect an electric signal.

본 발명에서는 특히, 기존 연구와는 달리 금속성 및 비금속성 특성이 혼합되어 있는 탄소나노튜브 대신에 흐르는 물에 대해 민감한 반응(전기적인 신호)을 보이는 비금속성 탄소나노튜브를 이용하였다. 아울러 기판 위에 비금속성 탄소나노튜브를 네트워크 타입으로 제작하였고, 전사 후 흐르는 물에 의한 탄소나노튜브의 유실을 방지하기 위해서 탄소나노튜브에 UV 레진(resin)을 코팅하여 유실을 예방하였다. 즉 비금속성 탄소나노튜브의 높이는 약 100nm로서, 스핀 코터를 이용하여 레진(resin)이 탄소나노튜브 하단부 약 50nm이하로 스며들게 한 후에, 해당 부분을 UV 빛에 약 2분간 노출시킴으로서 탄소나노튜브와 기판이 레진(resin)으로 고정이 될 수 있도록 제작하였다. 도 3은 비금속성 탄소나노튜브위에 레진(resin)을 코팅 후 확대한 사진으로, 일부분은 화살표의 부분처럼 레진(resin)에 의해 덮힌 부분도 있지만, 대부분은 탄소나노튜브가 네트워크 타입으로 확연히 구분됨을 확인할 수 있다. In the present invention, a non-metallic carbon nanotube that exhibits a sensitive reaction (electrical signal) to the flowing water is used instead of the carbon nanotube mixed with metallic and non-metallic properties unlike the conventional research. In addition, non-metallic carbon nanotubes were fabricated on the substrate in a network type. In order to prevent loss of carbon nanotubes due to water flowing after the transfer, UV resin was coated on the carbon nanotubes to prevent loss. That is, the height of the non-metallic carbon nanotubes is about 100 nm. After the resin is impregnated to the lower end of the carbon nanotubes by about 50 nm or less using a spin coater, the portion is exposed to UV light for about 2 minutes, Was made to be fixed with a resin. FIG. 3 is an enlarged photograph of resin-coated non-metallic carbon nanotubes. In some of them, resin nanotubes are partially covered with resin as shown by arrows. Most of the carbon nanotubes are clearly classified into network types Can be confirmed.

본 발명에서 특히 상기 CNT 시트(130)는, 비금속성 탄소나노튜브로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브는, 탄소나노튜브를 성장시킬 때 형성되는 구조에 따라서 금속성을 가지는 것과 반도체성(비금속성)을 가지는 것으로 나뉜다는 것이 잘 알려져 있다. 일반적으로는 금속성과 반도체성이 혼합된 상태인 것을 사용하며, 예를 들어 금속성 : 반도체성 비율이 6 : 4 정도인 경우가 많다. 이 때 본 발명에 사용되는 상기 CNT 시트(130)는 반도체성 탄소나노튜브만을 모아 만든 것으로서, 이와 같이 함으로써 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료에 비하여 정확도 및 정밀도가 높은 결과를 얻을 수 있다.In the present invention, the CNT sheet 130 is preferably made of non-metallic carbon nanotubes. It is well known that carbon nanotubes are classified into those having metallic properties and those having semiconducting properties (non-metallic properties) depending on the structure formed when carbon nanotubes are grown. In general, a mixture of metallic and semiconducting materials is used. For example, the ratio of metallic: semiconducting material is often about 6: 4. At this time, the CNT sheet 130 used in the present invention is formed by collecting only semiconducting carbon nanotubes. As a result, a high accuracy and high accuracy can be obtained as compared with a material mixed with metallic and semiconducting materials.

상기 실링부(140)는, 제1방향으로 연장되며 상기 CNT 시트(130)에 상응하는 위치를 포함하는 위치에 배치되는 홈 형태로 이루어지는 마이크로채널(145)이 하부에 형성되며, 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치된다. 보다 쉽게 설명하자면, 상기 실링부(140)가 상기 기판(110)을 덮는 형태로 배치되되, 홈 형태의 상기 마이크로채널(145)이 상기 CNT 시트(130)와 겹친 위치에 배치되도록 하는 것이다. 이에 따라 상기 마이크로채널(145)에 의하여 상기 CNT 시트(130) 위에 공간이 형성되며, 이 공간으로 측정대상유체가 흐를 수 있다. 즉 상기 마이크로채널(145)이 측정대상유체가 유통되는 유로가 되며, 또한 상기 마이크로채널(145)이 상기 CNT 시트(130)와 겹치는 위치에 배치됨으로써 결과적으로 측정대상유체가 상기 CNT 시트(130)와 접촉하여 흐를 수 있게 형성되는 것이다. 이러한 상기 실링부(140)는 PDMS 재질로 이루어질 수 있다.
The sealing part 140 is formed at the lower part of the lower part of the microchannel 145 in the form of a groove extending in the first direction and disposed at a position corresponding to the position of the CNT sheet 130, And an upper portion of the substrate 110 on which the CNT sheet 130 is disposed. More specifically, the sealing part 140 is disposed to cover the substrate 110, and the micro-channels 145 in the shape of a groove are disposed at positions overlapping with the CNT sheet 130. Accordingly, a space is formed on the CNT sheet 130 by the microchannel 145, and the target fluid can flow into the space. That is, the microchannel 145 is a channel through which the fluid to be measured flows, and the microchannel 145 is disposed at a position overlapping the CNT sheet 130, So as to be able to flow. The sealing part 140 may be made of PDMS material.

이러한 구조로 된 상기 유량 센서(100)의 제작 방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 먼저 상기 기판(110)이 배치되고, 그 위에 한 쌍의 상기 전극(120)이 패터닝된다. 다음으로 한 쌍의 상기 전극(120) 사이에 탄소나노튜브 재료층이 전사되어 상기 탄소나노튜브 재료층과 한 쌍의 상기 전극(120)이 접촉되도록 형성된다.A manufacturing method of the flow sensor 100 having such a structure can be performed as follows. First, the substrate 110 is disposed, and a pair of the electrodes 120 is patterned thereon. Next, a carbon nanotube material layer is transferred between the pair of electrodes 120 to form a pair of the electrodes 120 in contact with the carbon nanotube material layer.

다음으로 상기 탄소나노튜브 재료층이 어닐링(annealing)되어 상기 CNT 시트(130)로 형성되게 된다. 이러한 어닐링 과정은 앞서 설명한 바와 같이 상기 탄소나노튜브 재료층에 UV 레진을 스핀 코팅한 후 자외선을 쬐어주는 등과 같은 방식이 사용될 수 있다.Next, the carbon nanotube material layer is annealed to form the CNT sheet 130. As described above, the annealing process may be performed by spin coating a UV resin on the carbon nanotube material layer and irradiating ultraviolet rays.

마지막으로, 상기 실링부(140)가 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치되어 고정되도록 하여 제작이 완료된다.
Finally, the sealing part 140 is disposed and fixed so as to cover the electrode 120 and the substrate 110 on which the CNT sheet 130 is disposed.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 유량 센서(100)는, 간략히 설명하자면 상기 마이크로채널(145)을 통해 제1방향으로 흐르도록 유통되는 측정대상유체와 상기 CNT 시트(130)의 상호작용에 의하여 발생되어 한 쌍의 상기 전극(120)에서 검출되는 전기 신호를 사용하여 측정대상유체의 유량을 측정하게 된다. 이를 보다 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.Briefly, the flow sensor 100 of the present invention having such a structure is generated by interaction between the CNT sheet 130 and the fluid to be measured flowing in the first direction through the microchannel 145 And a flow rate of the fluid to be measured is measured using an electric signal detected by a pair of the electrodes 120. This will be described in more detail as follows.

도 4 및 도 5는 본 발명의 유량 센서에 의한 유속 측정 결과 그래프이다. 그래프에서 'Flow on'은 측정대상유체를 흘리기 시작한 순간을 표시하며, 'Flow off'는 측정대상유체의 흐름을 멈춘 순간을 표시한다.4 and 5 are graphs showing flow velocity measurement results by the flow sensor of the present invention. In the graph, 'Flow on' indicates the moment when the measurement fluid starts to flow, and 'Flow off' indicates the moment when the measurement fluid stopped flowing.

측정대상유체가 상기 마이크로채널(145)을 통해 흘러가게 되면, 측정대상유체의 유체 분자나 측정대상유체 내에 함유된 이온이 상기 CNT 시트(130) 상에 무작위적으로 흡착되게 된다. 이 과정에서 앞서 설명한 바와 같이 상기 CNT 시트(130) 내의 전자가 한쪽에서 다른쪽으로 끌려감에 따라 발생된 전위차에 의하여 상기 전극(120)에서 전기 신호의 검출이 이루어지게 된다. 유속 측정원리는 탄소나노튜브와 유체의 반응에 의해 발생되는 전기적인 신호는 유체의 유속에 비례하는 현상을 이용하는 것이다. 측정 한계는 SNR(signal to noise level)이 5이하가 될 때를 기준으로 결정한다.When the fluid to be measured flows through the microchannel 145, fluid molecules of the fluid to be measured or ions contained in the fluid to be measured are randomly adsorbed on the CNT sheet 130. In this process, the electrons in the CNT sheet 130 are attracted from one side to the other, and the electrical signal is detected by the electrode 120 due to the potential difference generated. The flow rate measurement principle is based on the phenomenon that the electric signal generated by the reaction of the fluid with the carbon nanotube is proportional to the flow rate of the fluid. The measurement limit is determined based on when the signal to noise level (SNR) becomes 5 or less.

도 4에는, 측정대상유체의 유속(flow velocity)과 발생되는 전기 신호의 전압(induced voltage)이 비례적인 관계가 있음이 잘 나타난다. 특히 도 4에 도시된 바와 같이 반복적 수행에 대해서 매우 재현성이 높은 결과가 나타나는 것으로부터, 본 발명의 유량 센서(100)의 측정 성능에 신뢰성이 높음 역시 확인할 수 있다. 또한 도 4에서, 파란색 그래프는 물이 정방향으로 흐를 때의 결과를, 빨간색 그래프는 물이 역방향으로 흐를 때의 결과를 각각 나타내고 있는데, 즉 유동의 방향이 변동이 되면 발생되는 신호 역시 반대로 바뀌는 현상을 통해 물의 흐름 방향 또한 확인할 수 있다. 도 5는 유속의 로그값과 전압 간의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 4 및 도 5의 결과 그래프들을 종합하여 볼 때 측정대상유체의 유속과 (측정대상유체가 흐를 때 발생되는) 전기 신호의 전압 간에는 아선형적인 관계(sublinear dependence)가 성립한다. 이와 같은 결과로부터, 본 발명의 유량 센서를 사용하여 0.01mm/s 수준까지의 측정대상유체의 유속을 측정할 수 있음을 확인할 수 있다.
FIG. 4 clearly shows that there is a proportional relationship between the flow velocity of the fluid to be measured and the induced voltage of the generated electric signal. In particular, as shown in FIG. 4, highly reproducible results are obtained with respect to repetitive execution, so that the reliability of the measurement performance of the flow sensor 100 of the present invention is also high. Also, in FIG. 4, the blue graph shows the result when the water flows in the forward direction and the red graph shows the result when the water flows in the reverse direction, that is, the signal generated when the direction of the flow changes is also reversed The direction of the water flow can also be checked. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the logarithmic value of the flow velocity and the voltage. It is seen from the graphs of FIG. 4 and FIG. 5 that the relationship between the flow rate of the fluid to be measured and the voltage of the electric signal A sublinear dependence is established. From these results, it can be seen that the flow rate of the fluid to be measured up to the level of 0.01 mm / s can be measured by using the flow sensor of the present invention.

이처럼 본 발명의 유량 센서는 별도의 전원 공급을 전혀 필요로 하지 않고, 단지 마이크로채널에 측정대상유체를 흘려줌으로써 발생되는 전기 신호를 검출함으로써 유속을 정확하게 측정할 수 있다. 이는 앞서 설명했던 종래의 가열부 및 온도 센서를 포함하여 이루어지는 마이크로 유량 센서 등에 비하여 훨씬 구성이 간단해진 것이며, 또한 최근 개발된 CNT-FET 센서나 실리콘 나노와이어 센서의 경우와 비교시 비교적 구조가 간단하며 제작이 용이한 장점을 가지고 있다.As described above, the flow sensor of the present invention can accurately measure the flow rate by detecting an electric signal generated by flowing a fluid to be measured in a microchannel without requiring any separate power supply. This is a much simpler structure than the conventional micro-flow sensor including the heating unit and the temperature sensor described above, and is relatively simple in structure compared to the recently developed CNT-FET sensor or silicon nanowire sensor It has an advantage of being easy to manufacture.

보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. CNT-FET 센서나 실리콘 나노와이어 센서의 경우에는, 전극들 사이에 연결되어 측정대상유체와 직접 접촉하는 구조물이 와이어 형태로 이루어진다. 기존의 CNT-FET 센서 등의 경우 앞서 설명한 바와 같이 이 와이어에 유체 분자나 이온이 흡착됨으로써 와이어의 전기전도도가 변화하는 성질을 이용하여 유속을 측정하는 것이다. 즉 기존의 CNT-FET 센서 등에서는, 원래 흐르던 전류값과 전기전도도가 변화한 후의 전류값의 차이를 사용하여야 유속이 측정될 수 있으므로, 유속 측정을 위해서는 전원이 반드시 공급되어야 한다. More specifically, it is as follows. In the case of a CNT-FET sensor or a silicon nanowire sensor, a structure which is connected between the electrodes and in direct contact with the fluid to be measured is formed in a wire form. In the case of a conventional CNT-FET sensor, as described above, the flow velocity is measured by using the property that the electric conductivity of the wire changes due to adsorption of fluid molecules or ions on the wire. That is, in a conventional CNT-FET sensor, since the flow rate can be measured by using the difference between the original current value and the current value after the change of the electric conductivity, the power must be supplied for the flow rate measurement.

그러나 본 발명의 유량 센서는, 앞서 설명한 바와 같이 측정대상유체가 CNT 시트 위를 흐르면서 흡착되는 과정에서 전자가 이동함으로써 발생되는 전위차를 검출하여 유속을 측정하는 것으로서, 기존의 CNT-FET 센서 등과는 비교적 간단한 구조 (네트워크 타입)으로 기존의 CNT-FET 센서 등에서 필요로 하는 전원 공급부 구조조차도 구비할 필요가 없어, 기존보다 훨씬 간략화될 수 있는 것이다.However, as described above, the flow sensor of the present invention measures the flow velocity by detecting a potential difference generated by the movement of electrons in the process of adsorbing the fluid to be measured while flowing on the CNT sheet, It is not necessary to provide even a power supply structure required for a conventional CNT-FET sensor or the like with a simple structure (network type), which is much simpler than the conventional one.

또한 본 발명의 유량 센서는 다음과 같은 장점도 가진다. 상술한 바와 같이 기존의 CNT-FET 센서 등의 경우 전기전도도가 변화하는 성질을 이용하는 것이기 때문에, 와이어가 가느다랗게 될수록 변화에 민감해질 것이므로 더욱 정밀한 측정을 할 수 있다. 그런데 반면, 이러한 미세한 와이어 구조에 측정대상유체가 지속적으로 접촉하게 되면, 와이어 자체가 너무나 미세한 구조물이기 때문에 손상이 발생하게 될 가능성이 있는데, 이러한 위험성은 당연히도 와이어가 가느다랗게 될수록 커진다. 즉 기존의 CNT-FET 센서 등의 경우 와이어를 가느다랗게 할수록 민감도(즉 정밀도)는 높아질 수 있겠으나 내구성은 떨어지며, 따라서 정밀도와 내구성을 동시에 향상시키는 것이 불가능하다.The flow sensor of the present invention also has the following advantages. As described above, in the case of a conventional CNT-FET sensor, since the property of changing the electric conductivity is used, the narrower the wire becomes, the more sensitive the change becomes, and the more precise measurement can be performed. On the other hand, if the fluid to be measured is continuously brought into contact with such a fine wire structure, there is a possibility that the wire itself is too fine structure to cause damage, and the risk becomes larger as the wire becomes thinner. In other words, in the case of conventional CNT-FET sensors, the sensitivity (ie, precision) may be increased as the wire becomes thinner, but the durability is lowered, so that it is impossible to improve the precision and durability at the same time.

그러나 본 발명의 유량 센서에서는, 측정대상유체와 접촉하는 구조물이 와이어 형태가 아닌 평면 형태로 된 CNT 시트로서 당연히 기존의 와이어 구조물보다 내구성이 훨씬 높으며, 물론 제작도 훨씬 용이하다. 뿐만 아니라 앞서 실험적으로 확인한 바와 같이, 본 발명의 유량 센서는 측정 저속 한계가 0.01mm/s 수준으로서, 기존의 CNT-FET 센서 등의 측정 저속 한계가 수~수십mm/s 수준이었던 것과 비교하였을 때 정밀도도 크게 향상시킴이 확인되었다. 즉 본 발명의 유량 센서는 기존의 CNT-FET 센서 등에 비하여 정밀도와 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 것이다.
However, in the flow sensor of the present invention, the structure contacting with the fluid to be measured is a CNT sheet in a planar form rather than a wire form, which is of course much more durable than a conventional wire structure, and is of course much easier to manufacture. In addition, as has been experimentally confirmed, when the flow rate sensor of the present invention has a measurement low-speed limit of 0.01 mm / s and a measurement low-speed limit of a conventional CNT-FET sensor is several to several tens mm / s It was confirmed that the precision was also greatly improved. That is, the flow sensor of the present invention can improve accuracy and durability at the same time as the conventional CNT-FET sensor.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: (본 발명의) 유량 센서
110: 기판 120: 전극
130: CNT 시트 140: 실링부
145: 마이크로채널
100: Flow sensor (of the present invention)
110: substrate 120: electrode
130: CNT sheet 140: sealing part
145: Microchannel

Claims (6)

제1방향 및 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 펼쳐지는 2차원 평면 형태의 기판(110);
상기 기판(110) 상에 제1방향으로 서로 이격 배치되는 한 쌍의 전극(120);
다수 개의 탄소나노튜브(CNT)가 네트워킹되어 만들어지는 평면 형태로 이루어지며, 제1방향의 양단이 한 쌍의 상기 전극(120)에 접촉하도록 상기 기판(110) 상에 배치되는 CNT 시트(130);
제1방향으로 연장되며 상기 CNT 시트(130)에 상응하는 위치를 포함하는 위치에 배치되는 홈 형태로 이루어지는 마이크로채널(145)이 하부에 형성되며, 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치되는 실링부(140);
를 포함하여 이루어져,
상기 마이크로채널(145)을 통해 제1방향으로 흐르도록 유통되는 측정대상유체와 상기 CNT 시트(130)의 상호작용에 의하여 발생되어 한 쌍의 상기 전극(120)에서 검출되는 전기 신호를 사용하여 측정대상유체의 유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
A substrate (110) in the form of a two dimensional plane spreading along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction;
A pair of electrodes 120 spaced apart from each other in the first direction on the substrate 110;
A CNT sheet 130 disposed on the substrate 110 so that both ends of the CNT sheet 130 are in contact with the pair of electrodes 120, ;
A micro-channel 145 extending in a first direction and having a groove shape disposed at a position corresponding to the CNT sheet 130 is formed at a lower portion of the CNT sheet 130, A sealing portion 140 disposed to cover an upper portion of the substrate 110 on which the substrate 110 is disposed;
, ≪ / RTI >
(120) generated by interaction between the CNT sheet (130) and the fluid to be measured flowing in the first direction through the microchannel (145) And the flow rate of the target fluid is measured.
제 1항에 있어서, 상기 CNT 시트(130)는
비금속성 탄소나노튜브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
The method of claim 1, wherein the CNT sheet (130)
And a non-metallic carbon nanotube.
제 1항에 있어서, 상기 전극(120)은
크롬 또는 금 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
The method of claim 1, wherein the electrode (120)
Chromium, or gold.
제 1항에 있어서, 상기 실링부(140)는
PDMS 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
2. The apparatus of claim 1, wherein the sealing portion (140)
PDMS material.
제 1항의 유량 센서(100)를 제작하는 방법에 있어서,
상기 기판(110)이 배치되는 단계;
상기 기판(110) 상에 한 쌍의 상기 전극(120)이 패터닝되는 단계;
한 쌍의 상기 전극(120) 사이에 탄소나노튜브 재료층이 전사되는 단계;
상기 탄소나노튜브 재료층이 어닐링(annealing)되어 상기 CNT 시트(130)로 형성되는 단계;
상기 실링부(140)가 상기 전극(120) 및 상기 CNT 시트(130)가 배치된 상기 기판(110) 상부를 덮도록 배치되어 고정되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량 센서의 제작 방법.
A method of manufacturing the flow sensor (100) of claim 1,
Disposing the substrate (110);
Patterning a pair of electrodes (120) on the substrate (110);
A carbon nanotube material layer is transferred between the pair of electrodes 120;
Annealing the carbon nanotube material layer to form the CNT sheet 130;
The sealing part 140 is disposed and fixed so as to cover the upper part of the substrate 110 on which the electrode 120 and the CNT sheet 130 are disposed;
Wherein the flow sensor comprises a plurality of flow sensors.
제 5항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 재료층이 어닐링되는 단계는
상기 탄소나노튜브 재료층 위에 레진(resin)이 스핀 코팅되는 단계 및
UV가 조사되어 상기 탄소나노튜브 재료층 및 레진이 상기 기판(110)에 고정되어 상기 CNT 시트(130)를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량 센서의 제작 방법.
6. The method of claim 5, wherein the step of annealing the carbon nanotube material layer comprises:
Spin coating the resin on the carbon nanotube material layer; and
And forming the CNT sheet (130) by UV irradiation to fix the carbon nanotube material layer and the resin to the substrate (110).
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