KR102054171B1 - 생장 측정용 변형 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR102054171B1
KR102054171B1 KR1020180127184A KR20180127184A KR102054171B1 KR 102054171 B1 KR102054171 B1 KR 102054171B1 KR 1020180127184 A KR1020180127184 A KR 1020180127184A KR 20180127184 A KR20180127184 A KR 20180127184A KR 102054171 B1 KR102054171 B1 KR 102054171B1
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김선주
이영빈
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 유연성을 나타내어 유연 소자에 쉽게 활용이 가능하면서도 안정적이고, 대면적 제조가 가능하며 제조 비용이 저렴한, 식물 생장을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 생장 측정용 변형 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

Description

생장 측정용 변형 센서 및 이의 제조 방법{STRAIN SENSOR FOR GROWTH SENSING AND FABRICATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 생장 측정용 변형 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 농업 분야에서 전자정보통신 기술을 융합하여 생산비를 절감하고 농업 경쟁력을 강화하고 있다. 시설 원예 분야에서 각종 센서를 이용한 정확한 데이터를 기반으로 적절한 해결책을 제시하여 농산물 및 화훼의 생산성을 높이고 있다. 이러한 효율적 측면과 센서 연구 개발의 필요성에 맞춰 농산물 또는 식물의 물리적인 변화를 검출하는 센서의 개발이 필요하다.
한편, 변형 센서는 기계적인, 또는 물리적인 미소 변위를 전기 신호로 검출하는 센서이며, 기계 및 움직임이 있는 표면에 부착 시, 표면에서의 미세 변위를 측정할 수 있다. 변형 센서는 크게 트랜지스터 방식, 정전용량 방식, 압저항 방식이 연구되고 있으며, 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다.
일반적으로 센서의 전자 재료로서 적용되는 물질로는 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 전도성 고분자 등이 있는데, 대다수의 센서는 무기재료를 이용하므로 필연적으로 고온 공정이 수행되어 상당히 고가의 제조 비용이 수반되는 문제점이 있다. 또한 최근에는 유연 소자에 대한 관심이 높아지며 유기물을 이용한 센서 소자에 대한 연구가 진행되고 있으나, 무기재료들을 유연 소자에 적용 자체가 쉽지 않으며, 유연 소자에 적용을 위해서는 복잡한 공정이 필요하고, 수명이 짧으며, 대면적 제조가 어려운 문제점들이 있다. 이에 전도성 고분자를 이용한 연구가 계속되고 있으나, 기계적 물성이 약하다는 한계가 있다.
본 발명의 일 목적은 유연성을 나타내어 유연 소자에 쉽게 활용이 가능하면서도 안정적이고, 대면적 제조가 가능하며 제조 비용이 저렴한, 식물 생장을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 변형 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 위한 생장 측정용 변형 센서는 경화성 고분자를 포함하는 제1 층; 전도성 고분자를 포함하는 제2 층; 및 경화성 고분자를 포함하는 제3 층이 순차적으로 적층된 것을 포함하고, 검체 표면에 부착되어, 상기 검체의 물리적 및 기계적 변형 시 표면에 발생하는 변화를 측정한다.
일 실시예에서 상기 변형 센서는 식물 표면에 부착되어 상기 식물 표면의 변화 및 식물의 생장을 측정할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 층은 전도성 고분자를 포함하는 전도성 패턴부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 패턴부는 격자 무늬 형상일 수 있다.
일 실시예에서 상기 경화성 고분자는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 및 siloxane기를 포함하는 고분자, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리아마이드(poylamide)계 고분자, 폴리비닐(polyvinyl)계 고분자,폴리아크릴로 니트릴(polyacrylonitrile)계 고분자, 폴리아세테이트(polyacetate)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리에틸렌설폰(polyethylensulfone)계 고분자, 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropylene terephthalate)계 고분자, 셀룰로오스계(cellulose)계 고분자, 올레핀(olefin)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene)계 고분자, 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)계 고분자, 폴리아세틸렌(polyacetylene)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 층은 친수성 분자막을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 친수성 분자막은 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 위한 변현 셍서 제조 방법은 고분자 기판 상에 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자 용액을 도포함으로써, 상기 고분자 기판의 적어도 일부에 전도성 박막을 코팅하는 제1 단계; 및 상기 고분자 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 제2 단계;를 포함한다.
일 실시예에서 상기 전도성 패턴은, 상기 제1 단계에서, 상기 전도성 박막을 선택적으로 도포하거나 상기 제2 단계 이후에, 전도성 박막의 일부를 제거함으로써 형성하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 제1 단계 이전에, 경화성 고분자 및 경화제가 포함된 경화성 고분자 용액을 이용하여, 상기 고분자 기판을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 경화성 고분자 용액 전체를 기준으로 상기 경화성 고분자의 비율은 1 내지 99일 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 단계에 상기 전도성 패턴 형성 이후에, 상기 전도성 패턴 상에 경화성 고분자를 부어 코팅하는 제3 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 전도성 고분자 용액은 무기 필러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 무기 필러는 유기실란을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 무기필러는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene)계 고분자, 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)계 고분자, 폴리아세틸렌(polyacetylene)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 변형 센서는 전도성 고분자로 이루어져있어 높은 유연성을 나타냄과 동시에, 격자 모양의 패턴 형상을 포함함으로서 반복적인 변형에도 안정적인 검출 능력을 나타낸다. 또한 미소 변위를 검출하는 능력이 뛰어나므로 식물의 미세한 생장을 데이터화 할 수 있고, 이를 통해 식물에 적절한 환경을 제공하고, 최적의 식물 생육 조건을 도출하여 농업 분야에서도 다양하게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 센서를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 센서를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 센서의 분석 결과를 나타낸 도면들이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 생장 측정용 변형 센서는 전도성 고분자를 이용한 압저항 방식의 변형 센서일 수 있다. 상기 변형 센서는 기계적 또는 물리적인 미소 변위를 전기 신호로 검출할 수 있다. 상기 변형 센서는 기계, 식물 및 구조물(또는 검체)의 표면에 부착되어, 상기 변형 센서가 부착된 피부착면에서의 미세 변위를 측정 할 수 있다.
본 발명의 생장 측정용 변형 센서는 경화성 고분자를 포함하는 제1 층; 전도성 고분자를 포함하는 제2 층; 및 경화성 고분자를 포함하는 제3 층이 순차적으로 적층된 것을 포함하고, 검체 표면에 부착되어, 상기 검체의 물리적 및 기계적 변형 시 표면에 발생하는 변화를 측정한다. 상기 변형 센서는 식물 표면에 부착되어 상기 식물 표면의 변화 및 식물의 생장을 측정할 수 있다. 상기 변형 센서는 식물의 변화를 전기적으로 센싱할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 층은 전도성 고분자를 포함하는 전도성 패턴부를 포함할 수 있으며, 일 실시예에서 상기 패턴부는 격자 무늬 형상일 수 있다. 상기 변형 센서는 격자 무늬 형상의 전도성 고분자를 포함하는 패턴부를 포함하여, 유연성이 향상되고 작은 변형에도 민감할 뿐만 아니라 큰 변형에 대한 안정적인 센싱이 가능하다.
이에 제한하는 것은 아니나, 일 실시예에서 상기 경화성 고분자는 유연 기판을 형성할 수 있는 고분자 물질이 사용될 수 있으며, 일 실시예에서 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)및 실록산(siloxane)기를 포함하는 고분자, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리아마이드(poylamide)계 고분자, 폴리비닐(polyvinyl)계 고분자, 폴리아크릴로 니트릴(polyacrylonitrile)계 고분자, 폴리아세테이트(polyacetate)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리에틸렌설폰(polyethylensulfone)계 고분자, 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropylene terephthalate)계 고분자, 셀룰로오스계(cellulose)계 고분자, 올레핀(olefin)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 폴리디메틸실록산이 사용될 수 있다.
일 실시예에서 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene)계 고분자, 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene))계 고분자, 폴리아세틸렌(polyacetylene)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 아닐린이 사용될 수 있다.
예를 들어 격자 무늬를 갖는 상기 전도성 패턴부는 아닐린으로 이루어지고, 상기 패턴부 사이를 채우는 양각부는 폴리디메틸실록산으로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 층에는 무기 필러가 더 포함될 수 있다. 상기 무기 필러는 친수성막 또는 친수성 분자막을 형성하기 위한 것일 수 있다. 다르게 말하면 일 실시예에서 상기 제2 층에는 친수성 분자막이 포함될 수 있다. 일 실시예에서 상기 무기 필러는 유기실란 등을 포함할 수 있고, 예를 들어 상기 무기 필러는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 본 발명의 변형 센서는 일정한 형태의 격자 모양 전도성 패턴부를 포함함으로써, 높은 유연성, 반복적인 변형에도 안정적인 센싱 감도 및 내구성을 나타낼 수 있다. 또한 미소 변위를 검출하는 능력이 우수하므로 식물의 미세한 생장을 데이터화할 수 있다. 따라서 식물에 적절한 환경을 제공하고 식물 생육 또는 생장의 최적 조건을 찾는 데 활용될 수 있다.
본 발명의 생장 측정용 변형 센서 제조 방법은 고분자 기판 상에 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자 용액을 도포함으로써, 상기 고분자 기판의 적어도 일부에 전도성 박막을 코팅하는 제1 단계; 및 상기 고분자 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 제2 단계;를 포함한다.
일 실시예에서 상기 변형 센서 제조 방법은 고분자 기판 상에 산 및 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자 수용액을 떨어트리거나, 또는 상기 전도성 고분자 수용액 및 산화제를 포함하는 산화제 수용액을 차례로 떨어뜨려, 상기 고분자 기판의 적어도 일부를 코팅하여, 상기 고분자 기판 상에 적어도 일부에 전도성 박막이 코팅된 고분자 기판을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 전도성 패턴은 상기 제1 단계에서, 상기 전도성 박막을 선택적으로 도포하거나 상기 제2 단계 이후에, 전도성 박막의 일부를 제거함으로써 형성하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 패턴부는 일정한 형태의 모양을 가지며 이는 격자 무늬에서 육각형 무늬, 환형 무늬등 여러 무늬를 포함한다. 일 실시예에서 격자무늬의 격자무늬의 각도는 10°에서 90°의 크기를 가질 수 있으며 크기는 한 선분의 길이가 1nm 내지 1cm 사이의 값을 가질 수 있으며 이 범위 내에서 가로 세로의 길이 및 여러 패턴의 주기를 포함할 수 있다.
이에 제한하는 것은 아니나, 일 실시예에서 격자 모양의 패턴을 형성하는 방법으로는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 등의 직접 형성 방법, 포토리소그래피, 소프트리소그래피 등의 식각 방법 등이 있다. 예를 들어 상기 전도성 패턴은 전도성 수용액을 도포하면서 패턴을 직접 그리는 프린팅 방법에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에서 상기 고분자 기판은 유연 기판일 수 있다. 일 실시예에서 상기 제1 단계 이전에, 경화성 고분자 및 경화제가 포함된 경화성 고분자 용액을 이용하여, 상기 고분자 기판을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 경화제는 열경화제 또는 광경화제일 수 있다. 예를 들어 상기 경화제는 금속착물, 금속 착물의 공중합체, 디메틸실록산(DMS, dimethylsiloxane) 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 경화성 고분자 용액 전체를 기준으로 상기 경화성 고분자의 비율은 1 내지 99일 수 있다. 일 실시예에서 상기 경화성 고분자 용액 전체를 기준으로 상기 경화제의 비율은 1 내지 99일 수 있다. 상기 경화제 및 경화성 고분자의 비율을 조절함으로써, 상기 변형 센서의 내구성이 향상될 수 있으며, 동시에 식물의 변화에 의한 미소 변위를 감지할 수 있다. 변형률을 향상시키기 위해서는 경화성 고분자의 비율을 증가시키는 방법이 있고, 상기 경화성 고분자와 같이 이용하는 상기 전도성 고분자의 종류에 따라서 코팅성, 접촉성 등이 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 경화성 고분자 용액 전체를 기준으로 상기 경화성 고분자의 비율은 80 내지 95일 수 있다.
일 실시예에서 제2 단계에 상기 전도성 패턴 형성 단계 이후에, 상기 전도성 패턴 상에 경화성 고분자를 도포하여 코팅하는 제3 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 경화성 고분자는 경화성 고분자 용액일 수 있다.
일 실시예에서 상기 전도성 고분자 용액은 무기 필러를 더 포함할 수 있다. 상기 무기 필러는 친수성 막을 형성하기 위해 첨가될 수 있다.
일 실시예에서 상기 무기필러는 유기실란을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 무기필러는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene)계 고분자, 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene))계 고분자, 폴리아세틸렌(polyacetylene)계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 센서 제조 방법을 간단하게 나타낸 모식도이다. 도 1을 보면, 두가지 방법이 제시되어 있는데, 먼저, 표면에 다수의 양각부가 포함된 고분자 기판 또는 평평한 고분자 기판을 준비하고, 또는(아래) 고분자 기판 표면에 패턴을 갖는 전도성 고분자 박막을 직접 형성하고나서, 상기 고분자 기판 상에 전도성 고분자를 중합시키거나, 또는 전도성 고분자를 포함하는 용액을 도포하여 전도성 고분자 코팅 막을 형성한 다음에 전도성 고분자 코팅 막의 상부를 제거하여 양각부와 전도성 패턴부로 이루어진 전도성 패턴을 형성할 수 있다. 그런 다음에 상기 전도성 패턴을 보호하기 위해 고분자를 도포하여 덮는 단계가 포함된다.
일 예로 먼저, 경화성 고분자 용액을 도포하고 경화시켜, 표면에 다수의 양각부가 포함된 고분자 기판을 형성하였다. 그런 다음 산화제 수용액 및 전도성 고분자 수용액을 각각 제조하고, 상기 고분자 기판 상에 상기 전도성 고분자를 직접 떨어트리거나(전도성 고분자의 단순 코팅 방법) 또는 전도성 고분자 수용액 및 산화제 수용액을 차례로 떨어뜨려(전도성 고분자의 단순 중합 방법) 상기 고분자 기판 상에 전도성 박막을 일부 코팅하였다. 이어서 상기 전도성 박막의 다른 일부를 세척을 통해 제거하거나 물리적으로 분리해내는 방식으로 제거하여 격자 모양의 패턴을 갖는 전도성 고분자 박막(전도성 패턴)을 형성하고, 이 후 다시 경화성 고분자를 도포하고 경화시켜 상기 변형 센서를 제조하였다. 이때 각 용액들을 떨어뜨려 부분적으로 전도성 박막을 코팅하는 경우, 다른 공정에 비해 사용되는 용액의 손실이 적다는 장점이 있다.
일 실시예에서 상기 고분자 기판은 표면이 평평할 수 있고, 또는 표면에 상기 다수의 양각부를 포함할 수 있다.
이에 제한하는 것은 아니나 일 실시예에서 상기 산화제는 과황산 암모늄(APS, Amonium persulfate)을 포함할 수 있다.
제조예
PDMS와 같이 경화 가능한 고분자를 이용하여 고분자 기판을 제조하였다. 이 때 베이스 고분자 PDMS와, 구조에 DMS 및 금속촉매를 포함하는 경화제를 다양한 비율로 조절하여 각각을 제조하였다(일 예로 PDMS의 비율이 85이상이 되도록 제조함). 그리고 희석된 산에 아닐린이 용해된 수용액(전도성 고분자 수용액), 그리고 산화제 과황산 암모늄(APS, Amonium persulfate)을 용해시킨 산화제 수용액을 준비하였다. 아닐린이 포함된 전도성 고분자 수용액에 무기 필러로 친수성 분자막을 형성하는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)을 100:0 내지 1:99의 다양한 비율로 조절하여 각각을 혼합하였다. 이 후 전도성 고분자 용액을 고분자 기판(유연기판) 표면에 도포하거나, 전도성 고분자 단위체 수용액과 산화제 수용액을 차례로 떨어뜨려 고분자 기판 표면에 전도성 박막을 코팅시켰다. 상기 전도성 박막을 도포하는 과정에서 격자 모양의 패턴을 갖는 박막이 형성되도록 할 수 있다. 일정 시간이 지난 뒤에, 물 또는 아세톤과 같은 용매로 박막 표면을 세척하였고 진공에서 보관하여 잔여 수분 및 용매를 제거하였다. 이 후 상기 전도성 박막 코팅의 패턴이 없는 경우, 전도성 고분자 박막의 일부를 물리적으로 또는 화학적으로 제거하여 격자모양의 전도성 패턴이 드러나도록 하였다. 그리고나서 수분에 의한 디도핑 및 여러 외부 자극을 차단할 수 있도록, 다시 경화성 고분자를 도포하고 경화시켜, 본 발명의 변형 센서를 제조하였다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변형 센서를 나타낸 도면이다. 도 2를 보면 전도성 고분자가 포함된 패턴이 격자 무늬로 제조된 것을 확인할 수 있다.
특성 측정
상기 제조예에 따라 제조된 본 발명의 변형 센서의 기계적 물성 및 검출 특성 평가를 수행하였다.
먼저, 일 실시예에 따라 제조된 센서의 물성을 측정하여, 기계적 강도를 확인하였다. 그리고 상기 일 실시예에 따라 제조된 센서가 부착된 표면에 물리적인 변형이 발생하였을 때, 상기 센서의 변화를 측정하여 변형 센서로서의 검출 능력을 확인하였다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 센서의 분석 결과를 나타낸 도면들이다.구체적으로 도 3은 상기 변형 센서에 외부 에너지를 가하여 변형되는 모습을 나타내었다. 그리고 이와 같이 상기 변형 센서가 변형되는 변형 비율에 따라 나타나는 저항의 변화를 그래프로 나타내었다. 도 3의 그래프에는 변형 비율이 각각 6%, 8%, 12%, 14%, 16%, 20%일 때 저항 변화에 대해 나타나있으며, 상대적으로 변형 비율이 클수록 저항 변화가 크게 나타났다. 또한 변형 비율이 작더라도(6%) 이에 대한 미세한 저항 변화를 상기 변형 센서가 센싱할 수 있음이 확인되었다. 도 4는 상기 고분자 기판 형성 시 사용되는 무기 필러의 비율에 따른 상기 변형 센서의 경도를 그래프로 나타낸 것이다. 실험을 위해서 상기 무기 필러로 APTES를 사용하였고, 무기 필러의 비율이 증가할수록 상기 변형 센서의 경도가 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 도 5의 위쪽에 나타낸 그래프는 격자 패턴을 포함하는 본 발명의 센서에 28%의 변형(신장)을 연속적으로 가하면서, 이에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 아래쪽에 나타낸 그래프는 격자 패턴이 형성되지 않은 변형 센서에 10%의 변형을 연속적으로 가했을 때 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 위쪽에 나타낸 그래프는 비교적 여러번 28%의 변형을 가하여도 저항 변화를 감지했으나, 아래쪽에 나타낸 그래프를 보면 상대적으로 적은 10%의 변형을 가했음에도 불구하고 저항변화가 너무 크게 나타나므로 미세한 변화 뿐만 아니라 큰 변형을 센싱하기 어려울 것으로 보인다. 결국 본 발명의 생장 측정용 변형 센서는 변형 비율에 크게 관련없이 높은 민감도 및 안정성을 갖는 것을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 경화성 고분자를 포함하는 제1 층;
    전도성 고분자를 포함하는 제2 층; 및
    경화성 고분자를 포함하는 제3 층이 순차적으로 적층된 것을 포함하고,
    상기 제2 층은 전도성 고분자를 포함하는 전도성 패턴부를 포함하며,
    상기 제2 층은 무기 필러를 더 포함하여 친수성 분자막을 형성하고,
    식물 표면에 부착되어, 상기 식물의 물리적, 기계적 변형 또는 식물의 생장을 전기적으로 측정하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴부는 격자 무늬 형상인 것을 특징으로 하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 고분자는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 및 실록산(siloxane)기를 포함하는 고분자, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리스타일렌(polystylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아마이드(poylamide), 폴리비닐(polyvinyl), 폴리아크릴로 니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아세테이트(polyacetate), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌설폰(polyethylensulfone), 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropylene terephthalate), 셀룰로오스계(cellulose), 올레핀(olefin), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무기 필러는 유기실란을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무기 필러는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생장 측정용 변형 센서.
  8. 고분자 기판 상에 전도성 고분자를 포함하는 전도성 고분자 용액을 도포함으로써, 상기 고분자 기판의 적어도 일부에 전도성 박막을 코팅하는 제1 단계;
    상기 고분자 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 제2 단계; 및
    상기 전도성 패턴 상에 경화성 고분자를 도포하여 코팅하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 전도성 고분자 용액은 무기 필러를 더 포함하여 친수성 분자막을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 패턴은,
    상기 제1 단계에서, 상기 전도성 박막을 선택적으로 도포하거나
    상기 제2 단계 이후에, 전도성 박막의 일부를 제거함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계 이전에,
    경화성 고분자 및 경화제가 포함된 경화성 고분자 용액을 이용하여, 상기 고분자 기판을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경화성 고분자 용액 전체를 기준으로,
    상기 경화성 고분자의 비율은 1 내지 99인 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 무기 필러는 유기실란을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 무기 필러는 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APTES)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    변형 센서 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220043940A (ko) 2020-09-28 2022-04-06 서울대학교산학협력단 과채류 생체정보 측정방법 및 측정장치
CN114543655A (zh) * 2022-03-14 2022-05-27 山东大学 一种自组装法应变监测传感器及制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014208883A1 (ko) * 2013-06-24 2014-12-31 서울대학교 산학협력단 변형 센서 제조 방법, 변형 센서 및 변형 센서를 이용한 움직임 감지 장치
KR20150079533A (ko) * 2015-06-19 2015-07-08 서울대학교산학협력단 환원된 그래핀 옥사이드 필름의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드 필름, 및 상기 환원된 그래핀 옥사이드 필름을 포함하는 그래핀 전극
KR101753384B1 (ko) * 2016-05-12 2017-07-03 광운대학교 산학협력단 움직임 감지 센서 및 그 제조 방법
US20180018055A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 Advense Technology Inc. Nanocomposite force sensing material
KR20180015860A (ko) * 2016-08-04 2018-02-14 연세대학교 산학협력단 고분자 필름을 이용한 유연 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유연전극

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014208883A1 (ko) * 2013-06-24 2014-12-31 서울대학교 산학협력단 변형 센서 제조 방법, 변형 센서 및 변형 센서를 이용한 움직임 감지 장치
KR20150079533A (ko) * 2015-06-19 2015-07-08 서울대학교산학협력단 환원된 그래핀 옥사이드 필름의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드 필름, 및 상기 환원된 그래핀 옥사이드 필름을 포함하는 그래핀 전극
KR101753384B1 (ko) * 2016-05-12 2017-07-03 광운대학교 산학협력단 움직임 감지 센서 및 그 제조 방법
US20180018055A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 Advense Technology Inc. Nanocomposite force sensing material
KR20180015860A (ko) * 2016-08-04 2018-02-14 연세대학교 산학협력단 고분자 필름을 이용한 유연 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유연전극

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220043940A (ko) 2020-09-28 2022-04-06 서울대학교산학협력단 과채류 생체정보 측정방법 및 측정장치
CN114543655A (zh) * 2022-03-14 2022-05-27 山东大学 一种自组装法应变监测传感器及制作方法
CN114543655B (zh) * 2022-03-14 2023-02-17 山东高速基础设施建设有限公司 一种自组装法应变监测传感器及制作方法

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