KR102059546B1 - Strain sensor comprising insulation structure and method of manufacturing the same - Google Patents
Strain sensor comprising insulation structure and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102059546B1 KR102059546B1 KR1020180078615A KR20180078615A KR102059546B1 KR 102059546 B1 KR102059546 B1 KR 102059546B1 KR 1020180078615 A KR1020180078615 A KR 1020180078615A KR 20180078615 A KR20180078615 A KR 20180078615A KR 102059546 B1 KR102059546 B1 KR 102059546B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- strain sensor
- electrodes
- piezoresistive
- insulating member
- electrode
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 14
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 14
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 14
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 4
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- KFAFTZQGYMGWLU-UHFFFAOYSA-N oxo(oxovanadiooxy)vanadium Chemical compound O=[V]O[V]=O KFAFTZQGYMGWLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium(II) oxide Chemical compound [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
-
- H01L41/1132—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
본 발명은 절연 구조를 포함하는 스트레인 센서 및 스트레인 센서의 제조방법에 관한 것이고, 본 발명의 실시 예를 따르는 스트레인 센서는 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극; 상기 제1전극 하부에 배치되고 제1방향으로 연장된 홈을 포함하는 압저항층; 및 상기 압저항층 하부에 배치되고 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극; 을 포함한다. The present invention relates to a strain sensor including an insulating structure and a method of manufacturing the strain sensor, the strain sensor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of first electrodes extending in the first direction and spaced apart from each other; A piezoresistive layer disposed below the first electrode and including a groove extending in a first direction; A plurality of second electrodes disposed below the piezoresistive layer and extending in a second direction and spaced apart from each other; It includes.
Description
본 발명은 절연 구조를 포함하는 스트레인 센서 및 스트레인 센서의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a strain sensor comprising an insulating structure and a method of manufacturing the strain sensor.
부드러운 물질로 만들어진 촉각 센서는 힘을 가한 위치와 힘의 크기를 추정할 수 있어 로봇, 산업, 의료관련 분야에서 관심있게 다루어지고 있다. 특히 사람과 로봇의 상호작용에 있어서 촉각 정보는 요긴하게 사용할 수 있으며 부드러운 특성 때문에 사람과 로봇 사이의 충돌의 위험성을 낮출 수도 있다.Tactile sensors made of soft materials are of interest in robotics, industry, and medical applications because they can estimate the location of force and the magnitude of force. In particular, tactile information can be usefully used in human-robot interaction, and the soft nature can reduce the risk of collision between human and robot.
부드러운 물질로 이루어진 촉각 센서는 여러 가지 방식으로 제작이 가능한데, 탄성체를 유전체로 사용해 정전 용량을 측정하는 방식, 투명한 탄성체를 파장 가이드(wave guide)로 사용하여 광량의 변화를 측정하는 방식, 압력을 가하면 전압이 생성되는 압전 효과를 이용한 방식, 또 변형에 따라 저항이 바뀌는 것을 이용한 압저항 방식 등이 있다. Tactile sensors made of soft materials can be manufactured in various ways, such as measuring the capacitance using an elastic body as a dielectric, measuring the change in the amount of light using a transparent elastic body as a wave guide, and applying pressure. There is a method using a piezoelectric effect that generates a voltage, and a piezoresistive method using a change in resistance according to deformation.
상기 각각의 방식들은 특징이 있고, 이 중 압저항 방식은 다른 방식에 비해 원리가 간단하며, 제작 난이도와 가격이 싸고 대량 생산이 쉬운 장점 때문에 큰 정확도를 요구하지 않는 용도로 사용하기 적합하다.Each of the above methods is characterized, and the piezoresistive method is simpler than other methods, and is suitable for use that does not require great accuracy because of the advantages of manufacturing difficulty, low cost, and easy mass production.
압저항 방식을 이용한 촉각 센서로부터 힘과 위치 정보를 얻어내는 방법도 여러 가지가 있는데, 측정을 하려는 모든 위치마다 전극을 부착하는 방식이나 위, 아랫면에 방향이 서로 직교하는 선 전극들을 설치하여 각 전극의 조합에 따라 압저항 소재의 저항 분포를 측정하는 배열 방식, 압저항 소재의 가장자리 부분에만 전극을 설치하여 정보를 얻어내는 전기 저항 단층촬영법(Electrical Resistance Tomography, ERT) 방식 등이 있다. There are various ways to obtain force and position information from the tactile sensor using piezoresistive method.Each electrode is attached to every position to measure, or each electrode is installed by installing line electrodes perpendicular to each other on the upper and lower surfaces. There is an arrangement method for measuring the resistance distribution of the piezoresistive material according to the combination of the above, and an electric resistance tomography (ERT) method for providing information by installing electrodes only at the edges of the piezoresistive material.
이 중 배열 방식은 적은 개수의 전극으로도 비교적 좋은 데이터를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만 압저항 소재 자체가 전기가 통하는 물질이기 때문에, 인접한 전극 간의 간섭이 존재하고, 이로 인해 센서의 위치 해상도가 떨어지는 문제점이 존재한다.Among them, the arrangement method has an advantage that relatively good data can be obtained even with a small number of electrodes. However, since the piezoresistive material itself is an electrically conductive material, there is interference between adjacent electrodes, which causes a problem in that the position resolution of the sensor is lowered.
본 발명은 센서의 표면에 위치하는 전극 사이의 간섭이 감소하고, 위치 해상도 및 정확성이 뛰어난 절연 구조를 포함하는 배열 방식의 스트레인 센서 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an array type strain sensor including an insulating structure having excellent position resolution and accuracy, and reducing interference between electrodes positioned on the surface of the sensor, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 제작이 간편하면서도, 경제성이 뛰어난 절연 구조를 포함하는 배열 방식의 스트레인 센서 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a strain sensor of an array type including an insulating structure that is easy to manufacture and excellent in economic efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극; 상기 제1전극 하부에 배치되고 제1방향으로 연장된 홈을 포함하는 압저항층; 및 상기 압저항층 하부에 배치되고 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극; 을 포함한다. A strain sensor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other; A piezoresistive layer disposed below the first electrode and including a groove extending in a first direction; A plurality of second electrodes disposed below the piezoresistive layer and extending in a second direction and spaced apart from each other; It includes.
또한, 상기 홈은 상기 제1전극 사이에 배치될 수 있다. In addition, the groove may be disposed between the first electrode.
또한, 제2전극 사이에 제2 방향으로 연장되면서 배치되는 홈을 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a groove disposed to extend in the second direction between the second electrodes.
또한, 상기 홈에 배치되어 상기 압저항층의 일부를 서로 이격하는 절연부재를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include an insulating member disposed in the groove to space a portion of the piezoresistive layer from each other.
또한, 상기 압저항층은 전도성 입자 및 고분자의 복합체일 수 있다. In addition, the piezoresistive layer may be a composite of conductive particles and a polymer.
또한, 상기 압저항층은 전도성 입자 및 다공성 고분자의 복합체일 수 있다. In addition, the piezoresistive layer may be a composite of conductive particles and a porous polymer.
또한, 상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있다. In addition, the insulating member may be a polymer or an oxide.
본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법은 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계; 상기 제1전극 하부에 압저항층을 배치하는 단계; 상기 압저항층에 제1방향으로 연장된 홈을 형성하는 단계; 및 상기 압저항층 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a strain sensor, comprising: disposing a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other; Disposing a piezoresistive layer under the first electrode; Forming a groove extending in a first direction in the piezoresistive layer; And disposing a plurality of second electrodes extending in a second direction and spaced apart from each other under the piezoresistive layer.
또한, 상기 압저항층에 제1방향으로 연장된 홈을 형성하는 단계의 수행 후 상기 홈에 절연 부재를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include disposing an insulating member in the groove after performing the step of forming the groove extending in the first direction in the piezoresistive layer.
또한, 상기 압저항층에 제2방향으로 연장된 홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include forming a groove extending in the second direction in the piezoresistive layer.
본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법은 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계; 상기 제1전극 하부에 절연부재를 배치하는 단계; 상기 절연부재에 제1방향으로 연장된 복수의 압저항 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 절연부재 및 압저항 구조체 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a strain sensor, comprising: disposing a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other; Disposing an insulating member under the first electrode; Forming a plurality of piezoresistive structures extending in a first direction on the insulating member; And disposing a plurality of second electrodes extending in a second direction and spaced apart from each other under the insulating member and the piezoresistive structure.
또한, 상기 압저항 구조체를 형성하는 단계에서, 상기 압저항 구조체를 형성하는 방법은 전도성 물질을 상기 절연부재에 주입하는 단계에 의해 수행될 수 있다. In the forming of the piezoresistive structure, the method of forming the piezoresistive structure may be performed by injecting a conductive material into the insulating member.
본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서 및 그 제조 방법은 전극 사이의 간섭이 감소하고, 해상도 및 위치 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제작이 간편하면서도, 경제성이 뛰어난 절연구조를 포함하는 배열 방식의 스트레인 센서 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. The strain sensor and its manufacturing method according to the embodiment of the present invention can reduce the interference between the electrodes, and improve the resolution and position accuracy. In addition, it is possible to provide a strain sensor of the arrangement method including an insulating structure that is easy to manufacture, but excellent in economical efficiency and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제1 전극 및 제2 전극을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 측면을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 압저항층에 외부 힘이 가해지지 않은 상태를 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 압저항층에 외부 힘이 가해진 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예를 따르는 센서의 단면과 설계 변수를 나타낸 그림(도 8(a))과 그 단면에 상응하는 회로를 도식화하여 나타낸 그림(도 8(b))을 도시한 것이다.
도 9는 절연 구조의 설계 변수인 홈의 깊이(D), 홈의 폭(W) 및 측정 지점의 너비 대비 두께(T)에 따른 결과를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 10은 시편의 형태를 나타낸 그림(도 10(a))과 저항값을 측정하여 변환시킨 결과값을 나타낸 그래프(도 10(b))를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예를 따르는 센서의 제조방법을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
도 12는 절연 구조를 적용한 경우(도 12(a)) 및 절연 구조를 적용하지 않은 경우(도 12(b))의 간섭 정도를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.1 illustrates a strain sensor in accordance with an embodiment of the present invention.
2 illustrates a strain sensor in accordance with an embodiment of the present invention.
3 illustrates a first electrode and a second electrode of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a side view of a strain sensor in accordance with an embodiment of the present invention.
5A illustrates a state in which no external force is applied to the piezoresistive layer of the strain sensor according to the embodiment of the present invention.
5B illustrates a state in which an external force is applied to the piezoresistive layer of the strain sensor according to the embodiment of the present invention.
6 shows a flowchart of a method of manufacturing a strain sensor according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a strain sensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a cross section and a design parameter of a sensor according to an embodiment of the present invention (FIG. 8 (a)) and a diagram showing a circuit corresponding to the cross section (FIG. 8 (b)). .
FIG. 9 is a graph showing the results according to the depth D of the groove, the width W of the groove, and the thickness T of the measurement point, which are design variables of the insulation structure.
FIG. 10 shows a graph (Fig. 10 (a)) showing the shape of the specimen and a graph (Fig. 10 (b)) showing the resultant values obtained by measuring and converting the resistance values.
Figure 11 shows a schematic diagram showing a method of manufacturing a sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows a graph showing the degree of interference in the case where an insulation structure is applied (FIG. 12A) and when the insulation structure is not applied (FIG. 12B).
이하, 첨부된 도 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도 에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of the elements in the figure may be exaggerated for clearer explanation, and the elements denoted by the same reference numerals in the figure are the same element. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. In addition, "comprising" any component throughout the specification means that, unless specifically stated otherwise, it may further include other components without excluding other components.
스트레인 센서Strain sensor
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서(1000)를 도시한 것이다. 1 illustrates a
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극(1100); 상기 제1전극 하부에 배치되고 제1방향으로 연장된 홈(1300)을 포함하는 압저항층(1200); 및 상기 압저항층 하부에 배치되고 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극(1400); 을 포함한다. Referring to FIG. 1, a strain sensor according to an embodiment of the present invention may include a plurality of
도 1을 참조하면, 상기 제1 전극(1100) 및 제2 전극(1400)은 평평한 직육면체의 판상 형태로 도시되었으나, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 형상은 이에 한정되지 않고, 다른 형상이 사용될 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극의 재질은 공지의 전극 재질이 사용될 수 있고, 일례로 상기 제1 상기 제1 전극(130) 및 상기 제2 전극(140)은 그래핀(graphene), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 전도성 천 또는 전도성 섬유 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the
상기 압저항층(1200)은 전도성 입자 및 고분자가 혼합된 복합체일 수 있다. The
상기 전도성 입자는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 철(Fe) 등과 같은 금속, 산화바나듐(V2O3), 티타늄산화물(TiO)와 같은 반도체 금속 산화물, 및 카본블랙(carbon black), 흑연(graphite), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT)와 같은 탄소재료일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive particles are metals such as nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), iron (Fe), and the like, semiconductor metals such as vanadium oxide (V 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO). Oxide, and carbon materials such as carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes (CNT), but are not limited thereto.
상기 고분자는 실리콘 고무, 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The polymer may include, but is not limited to, at least one of silicone rubber, polyurethane, polyvinylidene fluoride (PVDF), low density polyethylene (LDPE), and high density polyethylene (HDPE).
예를 들어, 상기 전도성 입자 및 고분자가 혼합된 복합체는 다공성의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)를 형성한 후 상기 기공에 CNT를 코팅하여 형성될 수 있다. For example, the composite of the conductive particles and the polymer may be formed by forming a porous polydimethylsiloxane (PDMS) and then coating the pores with CNTs.
상기 전도성 입자는 상기 압저항층(1200)에 대하여 1 내지 50 부피%일 수 있다. The conductive particles may be 1 to 50% by volume with respect to the
상기 전도성 입자의 부피가 1% 미만이면 압저항층의 외부에서 가해지는 힘에 대한 전기 저항의 변화가 크지 않을 수 있고, 상기 전도성 입자의 부피가 50% 초과하여 포함되는 경우 상기 압저항층의 내구성이 감소하는 문제가 있을 수 있다. When the volume of the conductive particles is less than 1%, the change in electrical resistance with respect to the force applied from the outside of the piezoresistive layer may not be large, and the durability of the piezoresistive layer when the volume of the conductive particles is included in excess of 50%. There may be a decreasing problem.
상기 압저항층(1300)은 전도성 입자와 고분자를 기계식 믹서를 이용하여 분산 및 혼합하는 물리적 분산 단계를 통해 준비될 수 있다. The
상기 제1방향으로 배치된 복수의 제1전극(1100) 및 제2방향으로 배치된 복수의 제2전극(1400)은 서로 직교방향을 이를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The plurality of
도 1을 참조하면, 상기 제1전극(1100) 하부에 배치되고 제1방향으로 연장된 홈(1300)을 포함하는 압저항층에서 상기 홈은 상기 홈은 상기 제1전극 사이에 제1 방향으로 연장되면서 배치될 수 있다. Referring to FIG. 1, in the piezoresistive layer including a
상기 홈(1300)은 상기 제1전극(1200) 사이에 배치될 수 있다. The
상기 홈(1300)은 상기 제2전극(1400)까지 연결되어 배치될 수 있다. The
또는, 상기 홈(1300)은 상기 제2전극(1400)까지 연결되어 배치되지 않고, 압저항층의 두께 중 적어도 일부분만 형성될 수 있다.Alternatively, the
본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 상기 홈(1300)에 배치되어 상기 압저항층의 일부를 서로 이격하는 절연부재를 더 포함할 수 있다. The strain sensor according to the embodiment of the present invention may further include an insulating member disposed in the
상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있고, 상기 절연부재는 전도성이 낮은 물질이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.The insulating member may be a polymer or an oxide, and the insulating member may be used without particular limitation as long as the insulating member has a low conductivity.
상기 절연부재는 폴리부틸렌 테레프탈염산(polybutylene terephthalate), 폴리에틸렌 테레프탈염산(polyethylene terephthalate), 폴리이미드(polyimide), 폴리디메틸 실록세인(polydimethyl siloxane) 또는 플루오르화된 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene)의 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The insulating member is a polymer of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyimide, polydimethyl siloxane, or fluorinated ethylene propylene. It may include at least one.
상기 절연부재는 스핀코팅 또는 딥코팅을 통해 형성될 수 있다. The insulating member may be formed through spin coating or dip coating.
또는, 상기 홈은 빈 공간으로써, 다른 물질의 삽입 없이 절연체 역할을 할 수 있다. Alternatively, the groove is an empty space, and may serve as an insulator without inserting another material.
도 2는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서(1000)를 도시한 것이다. 2 illustrates a
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 상기 제2전극 상부에 배치되고 제2방향으로 연장된 홈(1300)을 더 포함할 수 있다. 상기한 구조를 통해, 전극이 교차하는 부분에 압저항 소재를 집중하여 배치함으로써, 전극간 간섭을 더욱 줄일 수 있다. 일 예로써, 전극이 교차하는 부분에만 압저항 소재를 독립적으로 위치시킬 수 있고, 각 압저항 소재간의 연결이 없어서 전극 사이의 간섭을 줄일 수 있다. Referring to FIG. 2, the strain sensor according to the embodiment of the present invention may further include a
도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제1 전극(1100) 및 제2 전극(1400)을 도시한 것이다.3 illustrates a
도 3을 참조하면, 제1방향으로 배치된 복수의 제1전극 및 제2방향으로 배치된 복수의 제2전극은 서로 직교방향을 이를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Referring to FIG. 3, the plurality of first electrodes arranged in the first direction and the plurality of second electrodes arranged in the second direction may orthogonal to each other, but are not limited thereto.
도 4는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 측면을 도시한 것이다. 4 illustrates a side view of a strain sensor in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 홈에 배치된 상기 절연부재를 포함하는 구조는 상기 복수의 제1 전극 간 간섭을 줄여 스트레인 센서의 정확도와 위치 해상도를 높일 수 있고, 전극간 간섭을 줄일 수 있다. Referring to FIG. 4, the structure including the insulating member disposed in the groove may increase the accuracy and position resolution of the strain sensor by reducing interference between the plurality of first electrodes, and may reduce interference between electrodes.
본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 상기 홈에 배치되어 상기 압저항층의 일부를 서로 이격하는 절연부재를 더 포함할 수 있다. The strain sensor according to the embodiment of the present invention may further include an insulating member disposed in the groove to space a portion of the piezoresistive layer from each other.
상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있다.The insulating member may be a polymer or an oxide.
상기 절연부재는 폴리부틸렌 테레프탈염산(polybutylene terephthalate), 폴리에틸렌 테레프탈염산(polyethylene terephthalate), 폴리이미드(polyimide), 폴리디메틸 실록세인(polydimethyl siloxane) 또는 플루오르화된 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene)의 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The insulating member is a polymer of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyimide, polydimethyl siloxane, or fluorinated ethylene propylene. It may include at least one.
상기 절연부재는 스핀코팅 또는 딥코팅을 통해 형성될 수 있다. The insulating member may be formed through spin coating or dip coating.
상기 절연부재는 상기 복수의 제2 전극 간 간섭을 줄여 스트레인 센서의 정확도와 위치 해상도를 높일 수 있다. The insulating member may increase the accuracy and position resolution of the strain sensor by reducing the interference between the plurality of second electrodes.
본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서는 상기 홈(1300)에 배치되어 상기 압저항층(1200)의 일부를 서로 이격시키는 절연부재를 더 포함할 수 있다. The strain sensor according to the embodiment of the present invention may further include an insulating member disposed in the
상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있다.The insulating member may be a polymer or an oxide.
상기 절연부재는 상기 복수의 제1 전극 및 제2 전극 간 간섭을 줄여 스트레인 센서의 정확도와 위치 해상도를 높일 수 있다. The insulating member may increase the accuracy and position resolution of the strain sensor by reducing interference between the plurality of first electrodes and the second electrode.
도 5a는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 압저항층(1200)에 외부 힘이 가해지지 않은 상태를 도시한 것이다. 5A illustrates a state in which no external force is applied to the
도 5a를 참조하면, 상기 압저항층(1200)은 상기 전도성 입자 및 고분자가 혼합된 복합체로 구성될 수 있고, 다공성의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 고분자 층을 형성한 후 상기 다공성의 기공에 전도성 카본나노튜브(CNT)를 코팅하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5A, the
예를 들어, 상기 압저항층은 압저항층 몰드를 제작하는 단계; 상기 몰드를 PDMS 용액에 침지하고, 응고시키는 단계; 상기 압저항층 몰드를 제거하는 단계; 및 전도성 입자를 포함하는 용액에 상기 PDMS를 침지하고 응고하는 단계를 통해 형성될 수 있다. For example, the piezoresistive layer may include manufacturing a piezoresistive layer mold; Immersing the mold in a PDMS solution and solidifying it; Removing the piezoresistive layer mold; And immersing and solidifying the PDMS in a solution containing conductive particles.
도 5b는 본 발명의 실시예를 따르는 스트레인 센서의 압저항층(1200)에 외부 힘이 가해진 상태를 도시한 것이다.5B illustrates a state in which an external force is applied to the
상기 압저항층은 외부 힘이 가해짐에 따라, 압저항층이 압축될 수 있고, 압저항층의 고분자가 압축됨에 따라 상기 고분자 기공 내의 코팅된 전도성 입자(1210)의 표면끼리 맞닿으면서, 가해지는 외부힘에 의해 상기 압저항층의 전기저항이 변할 수 있다. As the piezoresistive layer is applied with an external force, the piezoresistive layer may be compressed, and as the polymer of the piezoresistive layer is compressed, the surfaces of the coated
스트레인 센서 제조방법Strain Sensor Manufacturing Method
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법(S1000)의 순서도를 도시한 것이다.6 is a flowchart illustrating a method (S1000) of manufacturing a strain sensor according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서 제조방법(S1000)은 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계(S1100); 상기 제1전극 하부에 압저항층을 배치하는 단계(S1200); 상기 압저항층에 제1방향으로 연장된 절연부재를 형성하는 단계(S1300); 및 상기 압저항층 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계(S1400)를 포함한다. Referring to FIG. 6, a strain sensor manufacturing method according to another exemplary embodiment of the present invention (S1000) includes disposing a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other (S1100); Disposing a piezoresistive layer under the first electrode (S1200); Forming an insulating member extending in a first direction on the piezoresistive layer (S1300); And disposing a plurality of second electrodes extending in a second direction and spaced apart from each other under the piezoresistive layer (S1400).
상기 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계(S1100)에서, 상기 복수의 제1전극은 제1전극 물질을 미리 설정된 두께만큼 증착한 후, 미리 설정된 폭으로 패터닝하거나 리프트-오프 공정을 수행하여 용이하게 형성할 수 있다.In the disposing of the plurality of first electrodes extending in the first direction and spaced apart from each other (S1100), the plurality of first electrodes are deposited with a predetermined thickness after depositing a first electrode material to a predetermined thickness. It can be easily formed by patterning or by performing a lift-off process.
상기 복수의 제1전극은 그래핀(graphene), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 전도성 천 또는 전도성 섬유 중 적어도 하나일 수 있다. The plurality of first electrodes may be at least one of graphene, chromium (Cr), gold (Au), silver (Ag), a conductive cloth, or a conductive fiber.
상기 제1전극 하부에 압저항층을 배치하는 단계(S1200)에서 상기 압저항층은 전도성 입자 및 고분자가 혼합된 복합체일 수 있다.The piezoresistive layer may be a composite in which conductive particles and a polymer are mixed at the step of disposing a piezoresistive layer under the first electrode.
상기 전도성 입자는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 철(Fe) 등과 같은 금속, 산화바나듐(V2O3), 티타늄산화물(TiO)와 같은 반도체 금속 산화물, 및 카본블랙(carbon black), 흑연(graphite), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT)와 같은 탄소재료일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive particles are metals such as nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), iron (Fe), and the like, semiconductor metals such as vanadium oxide (V 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO). Oxide, and carbon materials such as carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes (CNT), but are not limited thereto.
상기 고분자는 실리콘 고무, 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The polymer may include at least one of silicone rubber, polyurethane, polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), low density polyethylene (LDPE) and high density polyethylene (HDPE), but is not limited thereto. It is not.
상기 전도성 입자는 상기 압저항층에 대하여 1 내지 50 부피%일 수 있다.The conductive particles may be 1 to 50% by volume with respect to the piezoresistive layer.
상기 전도성 입자의 부피가 1% 미만이면 압저항층의 외부에서 가해지는 힘에 대한 전기 저항의 변화가 크지 않을 수 있고, 상기 전도성 입자의 부피가 50% 초과하여 포함되는 경우 상기 압저항층의 내구성이 감소하는 문제가 있을 수 있다. When the volume of the conductive particles is less than 1%, the change in electrical resistance with respect to the force applied from the outside of the piezoresistive layer may not be large, and the durability of the piezoresistive layer when the volume of the conductive particles is included in excess of 50%. There may be a decreasing problem.
상기 압저항층은 전도성 입자와 고분자를 기계식 믹서를 이용하여 분산 및 혼합하는 물리적 분산 단계를 통해 준비될 수 있다. The piezoresistive layer may be prepared through a physical dispersion step of dispersing and mixing the conductive particles and the polymer using a mechanical mixer.
상기 압저항층에 제1방향으로 연장된 절연부재를 형성하는 단계(S1300)에서 상기 절연부재는 상기 압저항층을 패터닝하는 단계 및 식각하는 단계를 수행한 후 형성될 수 있다. In the step of forming an insulating member extending in the first direction on the piezoresistive layer (S1300), the insulating member may be formed after patterning and etching the piezoresistive layer.
상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있다.The insulating member may be a polymer or an oxide.
상기 절연부재는 폴리부틸렌 테레프탈염산(polybutylene terephthalate), 폴리에틸렌 테레프탈염산(polyethylene terephthalate), 폴리이미드(polyimide), 폴리디메틸 실록세인(polydimethyl siloxane) 또는 플루오르화된 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene)의 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The insulating member is a polymer of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyimide, polydimethyl siloxane, or fluorinated ethylene propylene. It may include at least one.
상기 절연부재는 스핀코팅 또는 딥코팅을 통해 형성될 수 있다. The insulating member may be formed through spin coating or dip coating.
상기 압저항층 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계(S1400)에서, 상기 복수의 제2전극은 제2전극 물질을 미리 설정된 두께만큼 증착한 후, 미리 설정된 폭으로 패터닝하거나 리프트-오프 공정을 수행하여 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2전극은 상기 제1전극과 서로 직교방향을 이를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the disposing of the plurality of second electrodes extending in the second direction and spaced apart from each other under the piezoresistive layer (S1400), the plurality of second electrodes may deposit the second electrode material by a predetermined thickness. In addition, it can be easily formed by patterning to a predetermined width or by performing a lift-off process. In addition, the second electrode may cross a direction perpendicular to the first electrode, but is not limited thereto.
상기 복수의 제2전극은 그래핀(graphene), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 전도성 천 또는 전도성 섬유 중 적어도 하나일 수 있다. The plurality of second electrodes may be at least one of graphene, chromium (Cr), gold (Au), silver (Ag), a conductive cloth, or a conductive fiber.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서의 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a strain sensor according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 따르는 스트레인 센서 제조방법(S2000)은 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계(S2100); 상기 제1전극 하부에 절연부재를 배치하는 단계(S2200); 상기 절연부재에 제1방향으로 연장된 복수의 압저항 구조체를 형성하는 단계(S2300); 및 상기 절연부재 및 압저항 구조체 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계(S2400)를 포함한다. Referring to FIG. 7, a strain sensor manufacturing method according to another exemplary embodiment of the present invention (S2000) includes disposing a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other (S2100); Disposing an insulating member under the first electrode (S2200); Forming a plurality of piezoresistive structures extending in a first direction on the insulating member (S2300); And disposing a plurality of second electrodes extending in a second direction and spaced apart from each other under the insulating member and the piezoresistive structure (S2400).
상기 제1방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제1전극을 배치하는 단계(S2100)에서, 상기 복수의 제1전극은 제1전극 물질을 미리 설정된 두께만큼 증착한 후, 미리 설정된 폭으로 패터닝하거나 리프트-오프 공정을 수행하여 용이하게 형성할 수 있다.In the disposing of the plurality of first electrodes extending in the first direction and spaced apart from each other (S2100), the plurality of first electrodes are deposited with a predetermined thickness after depositing a first electrode material to a predetermined thickness. It can be easily formed by patterning or by performing a lift-off process.
상기 복수의 제1전극은 그래핀(graphene), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 전도성 천 또는 전도성 섬유 중 적어도 하나일 수 있다. The plurality of first electrodes may be at least one of graphene, chromium (Cr), gold (Au), silver (Ag), a conductive cloth, or a conductive fiber.
상기 제1전극 하부에 절연부재를 배치하는 단계(S2200)에서, 상기 절연부재는 고분자 또는 산화물일 수 있다.In the disposing an insulating member under the first electrode (S2200), the insulating member may be a polymer or an oxide.
상기 절연부재는 폴리부틸렌 테레프탈염산(polybutylene terephthalate), 폴리에틸렌 테레프탈염산(polyethylene terephthalate), 폴리이미드(polyimide), 폴리디메틸 실록세인(polydimethyl siloxane) 또는 플루오르화된 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene)의 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The insulating member is a polymer of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyimide, polydimethyl siloxane, or fluorinated ethylene propylene. It may include at least one.
상기 절연부재에 제1방향으로 연장된 복수의 압저항 구조체를 형성하는 단계(S2300)에서, 상기 압저항 구조체를 형성하는 방법은 전도성 물질을 상기 절연부재에 주입하는 단계에 의해 수행될 수 있다. In the step S2300 of forming a plurality of piezoresistive structures extending in the first direction on the insulating member, the method of forming the piezoresistive structure may be performed by injecting a conductive material into the insulating member.
상기 절연부재 및 압저항 구조체 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계(S2400)에서, 상기 복수의 제2전극은 제2전극 물질을 미리 설정된 두께만큼 증착한 후, 미리 설정된 폭으로 패터닝하거나 리프트-오프 공정을 수행하여 용이하게 형성할 수 있다.In the disposing of the plurality of second electrodes extending in the second direction and spaced apart from each other under the insulating member and the piezoresistive structure (S2400), the plurality of second electrodes may have a predetermined thickness of the second electrode material. After deposition, it can be easily formed by patterning to a predetermined width or by performing a lift-off process.
상기 복수의 제2전극은 그래핀(graphene), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 전도성 천 또는 전도성 섬유 중 적어도 하나일 수 있다. The plurality of second electrodes may be at least one of graphene, chromium (Cr), gold (Au), silver (Ag), a conductive cloth, or a conductive fiber.
이하, 본 발명의 실험예를 통해 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the experimental example of the present invention will be described in more detail.
단, 하기 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following experimental examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following experimental examples.
<< 실험예Experimental Example 1> 절연 구조 분석 1> insulation structure analysis
1. 절연 구조의 형태1. Form of insulation structure
본 발명에 따른 센서의 일 실시예로, 양면에 선 형태의 전극들을 배치하고, 각 면에서 전극을 하나씩 선택하여 교차점에서 물리량을 측정하는 array indexing을 사용할 수 있다.As an embodiment of the sensor according to the present invention, array indexing may be used, in which electrodes in a line shape are disposed on both surfaces, and electrodes are selected from each surface to measure physical quantities at intersections.
이때, 전극 사이에 존재하는 압저항층 소재의 각 측정 지점이 절연되어 있지 않으면, 센서의 측정 지점들 사이에서 간섭이 발생한다. 본 발명에서 제시하는 절연 구조는 이러한 간섭을 줄이기 위한 것으로 센서의 단면과, 설계변수를 도 8(a)에 나타내었으며, 도 8(a)의 단면도에 상응하는 회로를 도식화하여 도 8(b)에 나타내었다. At this time, if each measuring point of the piezoresistive layer material existing between the electrodes is not insulated, interference occurs between the measuring points of the sensor. Insulation structure proposed in the present invention is to reduce such interference, the cross section of the sensor and the design parameters are shown in Figure 8 (a), and the circuit corresponding to the cross-sectional view of Figure 8 (a) is shown in Figure 8 (b). Shown in
센서의 윗쪽 면과 아래쪽 면은 전극에 해당하며, 위쪽 면의 전극 사이에 얇은 슬릿 형태로 홈이 파져있는 구조임을 확인할 수 있다. 이를 통해 위쪽 면에 존재하는 전극 사이의 전기적 연결을 일부분 차단시켜 전기적 간섭을 줄일 수 있다.The upper side and the lower side of the sensor correspond to the electrode, and it can be seen that the groove is formed in a thin slit form between the electrodes of the upper side. This can reduce the electrical interference by partially blocking the electrical connection between the electrodes on the upper surface.
2. 절연 구조의 설계 변수 시뮬레이션 및 검증2. Simulation and Verification of Design Parameters of Insulation Structure
절연 구조의 설계 변수에 따라 간섭의 정도가 얼마나 증가하는지를 확인하기 위하여 시뮬레이션을 진행하였으며, 설계 변수와 결과는 도 9에 나타내었다. 시뮬레이션 결과, 홈의 깊이(D)가 깊어질수록, 홈의 폭(W)이 넓어질수록, 측정 지점의 너비 대비 두께(T)가 작아질수록 간섭이 줄어드는 것으로 예측되었다.Simulation was conducted to see how much the degree of interference increases with the design parameters of the insulation structure, and the design variables and results are shown in FIG. 9. As a result of the simulation, interference was reduced as the depth D of the groove, the width W of the groove, and the thickness T of the measurement point became smaller.
시뮬레이션 결과가 실제와 얼마나 일치하는지를 확인하기 위하여 시편을 제작하여 비교하였다. 시편의 형태는 도 10(a)에 나타내었으며, 측정한 저항값은 star-delta equivalence를 통해 변환하였고 그 결과값을 도 10(b)에 나타내었다. The specimens were fabricated and compared to verify how the simulation results match the actual ones. The shape of the specimen is shown in Figure 10 (a), the measured resistance value is converted through the star-delta equivalence and the results are shown in Figure 10 (b).
이와 같이, 예측값과 실제값을 비교한 결과 시뮬레이션과 실제 결과가 상당히 일치함을 확인할 수 있었다.As a result, the comparison between the predicted value and the actual value showed that the simulation and the actual result were in good agreement.
3. 절연 구조의 제작 방법 3. Manufacturing method of insulation structure
절연 구조의 상세한 제작 방법의 일례를 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타낸 제작 방법은 본 발명에서 제시하는 절연 구조를 형성하는 방법의 일례이다. 구체적으로, 다공성 소재를 사용하기 위해 희생층을 몰딩한 후 다공성 구조를 형성하는 방식으로 제작되었다. 도 11의 (1)은 몰드를 준비하는 단계를 나타낸다. 이후, (2)에서와 같이 설탕을 섞어 몰드 내부에 넣고 굳힐 수 있다. 이후, (3)에서와 같이 PDMS 프리폴리머를 부어 진공 챔버에 넣고 희생층 사이로 프리폴리머를 스며들게한 후 경화시킬 수 있다. 경화시키는 온도는 70℃이며, 40분 동안 수행하여 경화시킬 수 있다. 이후, (4)에서와 같이 PDMS 레이어를 제거한 후 설탕으로 형성된 희생층을 녹여낼 수 있다. 이후 (5)에서와 같이 몰드를 제거하면 절연 구조를 가지는 다공성 구조의 탄성체를 얻을 수 있다. 최종적으로 (6)에서와 같이 다공성 탄성체를 탄소 나노 튜브가 분산된 용액으로 코팅함으로써 절연 구조를 지니는 다공성 압저항 탄성체를 얻을 수 있다.An example of the detailed manufacturing method of an insulation structure is shown in FIG. The manufacturing method shown in FIG. 11 is an example of the method of forming the insulating structure shown by this invention. Specifically, the sacrificial layer was molded in order to use a porous material, and thus, a porous structure was formed. 11 (1) shows a step of preparing a mold. Thereafter, the sugar can be mixed and solidified into the mold as in (2). Thereafter, as in (3), the PDMS prepolymer may be poured into a vacuum chamber, soaked into the prepolymer between the sacrificial layers, and then cured. The curing temperature is 70 ℃, can be carried out for 40 minutes to cure. Thereafter, as shown in (4), after removing the PDMS layer, the sacrificial layer formed of sugar may be dissolved. After removing the mold as in (5) it can be obtained an elastic body of a porous structure having an insulating structure. Finally, as shown in (6), the porous elastic resistor having an insulating structure can be obtained by coating the porous elastomer with a solution in which carbon nanotubes are dispersed.
4. 절연 구조에 따른 효과 분석4. Effect analysis according to insulation structure
절연 구조를 적용하지 않는 경우 및 적용하는 경우에 따른 효과를 확인하기 위하여, 절연 구조를 적용한 센서(도 12(a))와 절연 구조를 적용하지 않은 센서(도 12(b))의 간섭 정도를 비교하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다.In order to check the effects of the case where the insulation structure is not applied and the effect of the application, the degree of interference between the sensor (FIG. 12 (a)) and the sensor without the insulation structure (FIG. The results are shown in FIG. 12.
도 12는 두 센서 모두 가운데 한 지점만 눌렀을 때 간섭이 어떻게 생기는지를 표현한 그림이다. 도 12(b)는 절연 구조를 적용하지 않은 결과로서, 절연 구조를 적용하지 않아 한쪽 방향으로 전류가 누출되어 간섭이 생기는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 12(a)는 절연 구조를 적용한 결과로서, 누른 지점에서 신호가 많이 나오고 다른 지점에서는 거의 나오지 않는 것을 확인할 수 있다.12 illustrates how interference occurs when only one point of both sensors is pressed. As shown in FIG. 12B, the insulation structure is not applied, and thus, the insulation structure is not applied and current leaks in one direction, thereby causing interference. On the other hand, Figure 12 (a) as a result of applying the insulating structure, it can be seen that a lot of signals come out at the pressed point and hardly comes out at the other point.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.
1000: 스트레인 센서
1100: 제1 전극
1200: 압저항층
1210: 전도성 입자
1300: 홈
1400: 제2 전극1000: strain sensor
1100: first electrode
1200: piezoresistive layer
1210: conductive particles
1300: home
1400: second electrode
Claims (12)
상기 제1전극 하부에 절연부재를 배치하는 단계;
전도성 물질을 상기 절연부재에 주입하여 제1방향으로 연장된 복수의 압저항 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 절연부재 및 압저항 구조체 하부에 제2방향으로 연장되고 서로 이격하여 배치된 복수의 제2전극을 배치하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
Disposing a plurality of first electrodes extending in a first direction and spaced apart from each other;
Disposing an insulating member under the first electrode;
Injecting a conductive material into the insulating member to form a plurality of piezoresistive structures extending in a first direction; And
And disposing a plurality of second electrodes extending in a second direction and spaced apart from each other under the insulating member and the piezoresistive structure.
상기 압저항 구조체는 전도성 입자 및 고분자의 복합체인 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The piezoresistive structure is a strain sensor manufacturing method of a composite of a conductive particle and a polymer.
상기 압저항 구조체는 전도성 입자 및 다공성 고분자의 복합체인 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 5,
The piezoresistive structure is a strain sensor manufacturing method of a composite of conductive particles and a porous polymer.
상기 절연부재는 고분자 또는 산화물인 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The insulating member is a strain sensor manufacturing method of a polymer or oxide.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170086348 | 2017-07-07 | ||
| KR20170086348 | 2017-07-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190005787A KR20190005787A (en) | 2019-01-16 |
| KR102059546B1 true KR102059546B1 (en) | 2019-12-26 |
Family
ID=65280939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180078615A KR102059546B1 (en) | 2017-07-07 | 2018-07-06 | Strain sensor comprising insulation structure and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102059546B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102150835B1 (en) * | 2019-01-31 | 2020-09-02 | 영남대학교 산학협력단 | Method for preparing material for highly stretchable strain sensor |
| KR102183136B1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-11-25 | 한국기계연구원 | Pressure sensor, dielectric elastomer, and method for manufacturing dielectric elastomer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160033343A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Methods and apparatus concerning multi-tactile sensitive (e-skin) pressure sensors |
-
2018
- 2018-07-06 KR KR1020180078615A patent/KR102059546B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160033343A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Methods and apparatus concerning multi-tactile sensitive (e-skin) pressure sensors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190005787A (en) | 2019-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101731173B1 (en) | Capacitive type pressure sensor with porous dielectric layer | |
| Sun et al. | Highly stretchable and ultrathin nanopaper composites for epidermal strain sensors | |
| Wang et al. | Strain sensing of printed carbon nanotube sensors on polyurethane substrate with spray deposition modeling | |
| CN111399682B (en) | Nano composite force sensing material | |
| Andrews et al. | Patterned liquid metal contacts for printed carbon nanotube transistors | |
| CN108731851B (en) | Flexible capacitive pressure sensor and preparation method thereof | |
| Lee et al. | Microfabrication and characterization of spray-coated single-wall carbon nanotube film strain gauges | |
| Kwon et al. | Direct 3D Printing of graphene nanoplatelet/silver nanoparticle‐based nanocomposites for multiaxial piezoresistive sensor applications | |
| KR102059546B1 (en) | Strain sensor comprising insulation structure and method of manufacturing the same | |
| KR100839226B1 (en) | Method for measuring crack using sensor including carbon nanotubes, and method for measuring corrosion using the sensor | |
| Can-Ortiz et al. | Electrical characterization of carbon-based fibers and their application for sensing relaxation-induced piezoresistivity in polymer composites | |
| US9618403B2 (en) | Strain sensors and methods of manufacture and use | |
| KR102045220B1 (en) | Strain sensing device, sensor array using the same and preparation method thereof | |
| KR101926371B1 (en) | Method of manufacturing highly sensitive strain sensors, strain sensors and wearable devices including the same | |
| Alsharari et al. | Sacrificial 3D printing of highly porous, soft pressure sensors | |
| Sanli et al. | Piezoresistive pressure sensor based on carbon nanotubes/epoxy composite under cyclic loading | |
| KR20150134773A (en) | Flexible electrode and manufacturing method thereof | |
| KR20180039735A (en) | Sensitivity-enhanced strain sensor | |
| Stassi et al. | Impedance spectroscopy analysis of the tunnelling conduction mechanism in piezoresistive composites | |
| JP2023036846A (en) | Piezoresponsive textile incorporating graphene | |
| Wang et al. | A prototype of piezoresistive fringe-electrodes-element based on conductive polymer composite | |
| Cuasay et al. | Flexible tactile sensors based on silver nanowires: Material synthesis, microstructuring, assembly, performance, and applications | |
| Wang et al. | A solution to reduce the time dependence of the output resistance of a viscoelastic and piezoresistive element | |
| Gai et al. | Scalable Fabrication of Flexible Single‐Layer Strain and Double‐Layer Pressure Sensors by Inkjet Printing for Subtle Vibration Detection | |
| Lee et al. | Interdigitating elastic fibers with a liquid metal core toward ultrastretchable and soft capacitive sensors: from 1D fibers to 2D electronics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |