KR102075911B1 - Composite sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102075911B1
KR102075911B1 KR1020180123298A KR20180123298A KR102075911B1 KR 102075911 B1 KR102075911 B1 KR 102075911B1 KR 1020180123298 A KR1020180123298 A KR 1020180123298A KR 20180123298 A KR20180123298 A KR 20180123298A KR 102075911 B1 KR102075911 B1 KR 102075911B1
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sensor
composite sensor
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정대웅
김재건
윤종필
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한국생산기술연구원
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Abstract

One embodiment of the present invention increases a surface area of a sensing unit formed by a nanomaterial in a sensor using a polymer material having a structurally large surface area, thereby providing a technique for increasing sensitivity of the sensor. According to an embodiment of the present invention, a composite sensor includes: a sensor main body formed by coating the nanomaterial on a porous body formed of a porous structure having a plurality of pores; and a first electrode and a second electrode which are electrodes coupled to both sides of the sensor main body.

Description

복합재 센서 및 이의 제조 방법 {COMPOSITE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Composite sensor and its manufacturing method {COMPOSITE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 복합재 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 구조적으로 넓은 표면적을 구비하는 고분자 소재를 이용하여, 센서에서 나노 물질에 의해 형성된 감지부의 표면적을 증대시키므로, 센서의 감도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a composite sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly, by using a polymer material having a structurally large surface area, to increase the surface area of the sensing unit formed by the nanomaterial in the sensor, thereby improving the sensitivity of the sensor It is about technology to let.

최근 나노 기술의 발달에 따라, 탄소나노튜브 등의 나노 물질을 이용하여 각 종 센서를 연구 개발하는 비율이 증가하고 있다. 탄소나노튜브 등의 나노 물질을 이용하여 센서의 감지부를 형성하는 경우, 매우 큰 표면 대 부피비 및, 나노 크기의 감지부로 인하여 정밀도가 뛰어나고 빠른 응답속도를 보이며 상온에서 작동할 뿐 아니라 소비전력이 적다. 그리고, 증착 또는 코팅 등의 공정에 의해 다른 소재로 형성된 구조체에 나노 물질을 결합시켜 감지부를 형성함으로써, 제조가 용이하고 소형으로도 제작 가능하다는 장점이 있다.Recently, with the development of nanotechnology, the rate of research and development of various sensors using nanomaterials such as carbon nanotubes is increasing. In the case of forming the sensing unit of the sensor using nano materials such as carbon nanotubes, due to the very large surface-to-volume ratio and the nano-sized sensing unit, the precision and fast response speed are shown, and the power consumption is low as well as operating at room temperature. In addition, by forming a sensing unit by bonding a nanomaterial to a structure formed of another material by a process such as deposition or coating, there is an advantage that it is easy to manufacture and can be manufactured compactly.

그런데, 종래기술에서는 감지부를 나노 물질만으로 형성하여 표면적 증대에 한계가 존재하여 센서의 감도를 향상시키는 한계가 있다.However, in the prior art, there is a limit in increasing the surface area by forming a sensing unit using only nanomaterials, thereby improving the sensitivity of the sensor.

대한민국 공개특허 제10-2018-0036454호(발명의 명칭: 비연속적 전도성 패턴을 포함하는 압력 센서, 이를 포함하는 디바이스, 및 압력을 감지하는 장치 및 방법)에서는, 제1 전기 전도도를 갖는 적어도 하나의 전도성 영역을 포함하는 제1층; 상기 제1층과 접촉하여 상기 제1층 상에 배치되고, 제2 전기 전도도를 갖는 제2층; 및 상기 제2층과 전기적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 전도성 영역과 이격된 2 이상의 단자를 포함하고, 상기 전도성 영역의 전기전도도는 상기 제2층의 전기전도도보다 크거나 같은 압력 센서가 개시되어 있다.In Korean Patent Laid-Open No. 10-2018-0036454 (name of the invention: a pressure sensor comprising a discontinuous conductive pattern, a device comprising the same, and an apparatus and method for sensing pressure), the at least one having a first electrical conductivity A first layer comprising a conductive region; A second layer disposed on the first layer in contact with the first layer and having a second electrical conductivity; And two or more terminals electrically connected to the second layer and spaced apart from the at least one conductive region, wherein the electrical conductivity of the conductive region is greater than or equal to that of the second layer. have.

대한민국 공개특허 제10-2018-0036454호, 대한민국 등록특허 제10-1743668호, 대한민국 등록특허 제10-1872376호, 대한민국 등록특허 제10-1811447호, 대한민국 출원특허 제10-2017-0153203호, 대한민국 출원특허 제10-2017-0162117호, 대한민국 출원특허 제10-2017-0165345호, 대한민국 출원특허 제10-2018-0029311호, 대한민국 출원특허 제10-2018-0071472호, 대한민국 출원특허 제10-2018-0080010호, 대한민국 출원특허 제10-2018-0119179호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0036454, Republic of Korea Patent No. 10-1743668, Republic of Korea Patent No. 10-1872376, Republic of Korea Patent No. 10-1811447, Republic of Korea Application Patent No. 10-2017-0153203, Republic of Korea Patent Application No. 10-2017-0162117, Republic of Korea Application Patent No. 10-2017-0165345, Republic of Korea Application Patent No. 10-2018-0029311, Republic of Korea Application Patent No. 10-2018-0071472, Republic of Korea Application Patent No. 10-2018 -0080010, Republic of Korea Application Patent No. 10-2018-0119179

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구조적으로 넓은 표면적을 구비하는 고분자 소재를 이용하여, 센서에서 나노 물질에 의해 형성된 감지부의 표면적을 증대시키는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to increase the surface area of the sensing unit formed by the nanomaterial in the sensor by using a polymer material having a structurally large surface area.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 복수 개의 세공(pore)을 구비하는 다공성 구조로 형성되는 다공성체에 나노소재를 코팅시켜 형성되는 센서본체; 및 상기 센서본체의 양 측에 결합하는 전극인 제1전극과 제2전극;을 포함한다.The configuration of the present invention for achieving the above object, the sensor body is formed by coating a nanomaterial on a porous body formed of a porous structure having a plurality of pores (pore); And a first electrode and a second electrode which are electrodes coupled to both sides of the sensor body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다공성체는, 폴리우레탄, 분자체, 계면활성제(surfactant) 또는 블록공중합체(block copolymer)을 활용하여 제조한 고분자, 세라믹, 금속 및 탄소 소재로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous body is selected from the group consisting of polymers, ceramics, metals and carbon materials prepared using polyurethanes, molecular sieves, surfactants (blockactants) or block copolymers (block copolymers) It can be formed of one or more materials.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nanomaterial may be one or more materials selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 센서본체는, 비양성자성 용매에 상기 나노소재를 분산시킨 분산용액에 상기 다공성체를 함침하여 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the sensor body may be formed by impregnating the porous body in a dispersion solution in which the nanomaterial is dispersed in an aprotic solvent.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 분산용액은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 및 초순수(DI water)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질인 첨가용액을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the dispersion solution may include an additive solution of any one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) and ultrapure water (DI water).

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 분산용액은, 상기 비양성자성 용매 95~98 중량%, 상기 나노소재 0.1~4 중량%, 및 상기 첨가용액 0.2~2 중량%,를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the dispersion solution may include 95 to 98% by weight of the aprotic solvent, 0.1 to 4% by weight of the nanomaterial, and 0.2 to 2% by weight of the addition solution.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 다공성체를 마련하는 단계; ii) 상기 나노소재, 비양성자성 용매 및 첨가용액을 포함하는 분산용액에 상기 다공성체를 함침하여, 상기 다공성체에 상기 나노소재를 침투시키는 단계; iii) 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체를 상기 분산용액에 담근 상태로 감압 분위기에서 보존시키는 단계; iv) 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체를 건조시켜, 상기 나노소재를 경화시키는 단계; v) 상기 ii) 내지 iv) 단계의 공정이 반복 수행되어 상기 다공성체에 상기 나노소재가 코팅됨으로써, 상기 센서본체가 형성되는 단계; 및 vi) 상기 센서본체의 양 측에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 결합시키는 단계;를 포함한다.The composition of the present invention for achieving the above object, i) providing a porous body; ii) impregnating the porous material with a dispersion solution including the nanomaterial, an aprotic solvent and an addition solution to infiltrate the nanomaterial into the porous material; iii) preserving the porous material in which the nanomaterial has penetrated in a pressure-reduced atmosphere while being immersed in the dispersion solution; iv) drying the porous material in which the nanomaterial has penetrated, thereby curing the nanomaterial; v) repeating the processes of steps ii) to iv) to coat the nanomaterial on the porous body to form the sensor body; And vi) coupling the first electrode and the second electrode to both sides of the sensor body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 iii) 단계에서, 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체는, 0 내지 -0.2 MPa의 감압 분위기에서 보존될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step iii), the porous material penetrated by the nanomaterial may be preserved in a reduced pressure atmosphere of 0 to -0.2 MPa.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 iv) 단계에서, 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체는, 20 내지 100도의 온도에서 건조될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step iv), the porous material penetrated by the nanomaterial may be dried at a temperature of 20 to 100 degrees.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 구조적으로 넓은 표면적을 구비하는 고분자 소재를 이용하여, 센서에서 나노 물질에 의해 형성된 감지부의 표면적을 증대시키므로, 센서의 감도를 향상시킬 수 있다는 것이다.The effect of the present invention according to the above configuration, by using a polymer material having a structurally large surface area, to increase the surface area of the sensing unit formed by the nano-material in the sensor, it is possible to improve the sensitivity of the sensor.

그리고, 본 발명의 효과는, 고분자 물질로 형성된 다공성체에 나노 물질을 코팅시켜 센서를 형성하므로, 저렴한 비용으로 다양한 측정이 가능한 센서를 제조할 수 있다는 것이다.In addition, the effect of the present invention is to form a sensor by coating a nanomaterial on a porous body formed of a polymer material, it is possible to manufacture a sensor capable of various measurements at a low cost.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서의 제조 방법에 대한 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성체에 대한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서에 대한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성체에 나노소재를 침투시키는 공정에 대한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서본체에 대한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서를 이용한 인장 측정에 대한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서를 이용한 압력 측정에 대한 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서를 이용한 온도 측정에 대한 이미지도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서를 이용한 가스 측정에 대한 그래프이다.1 is a manufacturing process diagram for a method of manufacturing a composite sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an image of a porous body according to an embodiment of the present invention.
3 is an image of a composite sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is an image for a process of infiltrating a nanomaterial to a porous body according to an embodiment of the present invention.
5 is an image of a sensor main body according to an exemplary embodiment.
6 is an image for the tensile measurement using a composite sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is an image of a pressure measurement using a composite sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is an image of the temperature measurement using the composite sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating gas measurement using a composite sensor according to an exemplary embodiment.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled) with another part, it is not only" directly connected "but also" indirectly connected "with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)의 제조 방법에 대한 제조공정도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성체(101)에 대한 이미지이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)에 대한 이미지이다.1 is a manufacturing process diagram of the manufacturing method of the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an image of the porous body 101 according to an embodiment of the present invention. And, Figure 3 is an image of the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 1의 (a)는 다공성체(101)에 대한 모식도이고, 도 1의 (b)는 분산용액에 함침된 다공성체(101)에 대한 모식도이며, 도 1의 (c)는 감압 장비(310)에 인입된 다공성체(101)에 대한 모식도이다. 또한, 도 1의 (d)는 나노소재가 침투된 다공성체(101)에 대한 모식도이고, 도 1의 (e)는 나노소재가 침투된 다공성체(101)에 대한 건조가 수행되는 사항에 대한 이미지이며, 도 1의 (f)는 센서본체(110)에 대한 모식도이다. 그리고, 도 1의 (g)는 센서본체(110)에 제1전극(121)과 제2전극(122)이 결합되는 사항에 대한 모식도이며, 도 1의 (h)는 복합재 센서(100)에 대한 모식도이다.Specifically, Figure 1 (a) is a schematic diagram of the porous body 101, Figure 1 (b) is a schematic diagram of the porous body 101 impregnated in the dispersion solution, Figure 1 (c) is a reduced pressure It is a schematic diagram of the porous body 101 introduced into the equipment (310). In addition, (d) of Figure 1 is a schematic diagram of the porous material 101 penetrated nanomaterial, Figure 1 (e) is a matter for the drying is performed for the porous material 101 penetrated the nanomaterial 1 (f) is a schematic diagram of the sensor body 110. 1 (g) is a schematic diagram of the matters in which the first electrode 121 and the second electrode 122 are coupled to the sensor body 110, and FIG. 1 (h) shows the composite sensor 100. It is a schematic diagram about.

도 1의 (i)는 복합재 센서(100)에 압력을 가하고 저항 측정기(320)를 이용하여 저항 값을 측정하는 실험에 대한 이미지이고, 도 1의 (j)는 복합재 센서(100)에 대한 이미지이다.1 (i) is an image of an experiment of applying a pressure to the composite sensor 100 and measuring the resistance value using the resistance meter 320, and (j) of FIG. 1 is an image of the composite sensor 100. to be.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 복합재 센서(100)는, 복수 개의 세공(pore)을 구비하는 다공성 구조로 형성되는 다공성체(101)에 나노소재를 코팅시켜 형성되는 센서본체(110); 및 센서본체(110)의 양 측에 결합하는 전극인 제1전극(121)과 제2전극(122);을 포함할 수 있다.As shown in Figure 1 and 2, the composite sensor 100 of the present invention, the sensor body formed by coating the nano-material on the porous body 101 formed of a porous structure having a plurality of pores (pore) ( 110); And a first electrode 121 and a second electrode 122 which are electrodes coupled to both sides of the sensor body 110.

다공성체(101)는 폴리우레탄, 제올라이트와 같은 분자체, 계면활성제(surfactant) 또는 블록공중합체(block copolymer) 등을 활용하여 제조한 고분자, 세라믹, 금속, 및 탄소 소재로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The porous body 101 is one selected from the group consisting of polymers, ceramics, metals, and carbon materials prepared using molecular sieves such as polyurethane and zeolite, surfactants, or block copolymers. It may be formed of any of the above materials.

폴리우레탄 소재는　고분자의 주 사슬에 우레탄 결합이 반복적으로 들어있는 고분자 화합물의 통칭이며 소프트시그먼트와 하드시그먼트의 반복 구조로 되어 있을 수 있다. 소프트시그먼트와 하드시그먼트의 비율 조절로 폴리우레탄은 고무상의 탄성이 있는 엘라스토머에서부터 엔지니어링 플라스틱과 같은 강성을 가진 제품까지 다양한 분자 설계가 가능하다는 장점을 가질 수 있다.Polyurethane material is a generic name of a polymer compound in which a urethane bond is repeatedly contained in the main chain of a polymer, and may be a repetitive structure of soft and hard segments. By controlling the ratio of soft and hard segments, polyurethane can have various molecular designs, ranging from rubber-elastic elastomers to rigid products such as engineering plastics.

다공성체(101)는, 복수 개의 세공(pore)을 구비하는 다공성 구조로 형성되는 스펀지 구조로써, 직육면체와 같은 다면체 또는 구의 형상으로 형성될 수 있고, 또는, 단면의 형상이 원이나 다각형인 기둥의 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 다공성체(101)의 외형은 평면 또는 곡면을 구비하는 3차원의 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 다공성체(101)가 상기와 같은 형상으로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 복합재 센서(100)가 설치되는 다양한 장치에 다양한 형상으로 형성될 수 있다.The porous body 101 is a sponge structure formed of a porous structure having a plurality of pores, and may be formed in the shape of a polyhedron or sphere, such as a rectangular parallelepiped, or the shape of a column whose cross section is a circle or a polygon. It may be formed in a shape. That is, the outer shape of the porous body 101 may be formed in a three-dimensional shape having a flat or curved surface. In the present invention, it is described that the porous body 101 is formed in the above shape, but is not necessarily limited thereto, and may be formed in various shapes in various devices in which the composite sensor 100 of the present invention is installed.

나노소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 나노소재가 상기와 같은 물질로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 세라믹 또는 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The nanomaterial may be one or more materials selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene. In the embodiment of the present invention, it is described that the nanomaterial is formed of the above materials, but is not necessarily limited thereto, and may be formed of one or more materials selected from the group consisting of ceramic or metal.

본 발명의 복합재 센서(100)에서, 다공성체(101)는 형상 변화가 용이하고 탄성을 구비할 수 있다. 그리고, 본 발명의 복합재 센서(100)에 전류가 제공되는 경우, 센서본체(110)의 형상이 가변함에 따라, 다공성체(101)에 코팅되는 나노소재에 포함된 각각의 나노입자 간 거리가 가변하고, 이에 따라 본 발명의 복합재 센서(100)의 저항이 가변할 수 있다. 이와 같은 센서본체(110)의 형상 변화에 따라 본 발명의 복합재 센서(100)의 저항 값이 가변하는 원리를 이용함으로써, 본 발명의 복합재 센서(100)를 이용하여 인장력 또는 압력을 측정할 수 있다. 여기서, 동시에, 복합재 센서(100)의 길이 변화를 측정할 수 있다.In the composite sensor 100 of the present invention, the porous body 101 can be easily changed in shape and have elasticity. In addition, when a current is provided to the composite sensor 100 of the present invention, as the shape of the sensor body 110 varies, the distance between each nanoparticle included in the nanomaterial coated on the porous body 101 is variable. And, accordingly, the resistance of the composite sensor 100 of the present invention can vary. By using the principle that the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention varies according to the shape change of the sensor main body 110, the tensile force or the pressure can be measured using the composite sensor 100 of the present invention. . Here, at the same time, the change in length of the composite sensor 100 can be measured.

그리고, 다공성체(101)에 나노소재가 코팅되어, 본 발명의 복합재 센서(100)에 구비된 복수 개의 세공(pore)의 면에 나노입자가 코팅됨으로써, 나노소재의 코팅 표면적이 증가하여 외부 기체(또는 액체)와 나노소재의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 그리고, 본 발명의 복합재 센서(100)에 전류가 제공되는 경우, 센서본체(110)에 구비된 나노입자는 외부 기체와 접촉하여 외부 기체의 온도, 외부 기체의 종류(가스 종류) 또는 온도에 따라 저항 값이 가변할 수 있다. 이와 같은 센서본체(110)가 접촉하는 기체(또는 액체)의 종류 또는 농도, 온도에 따라 본 발명의 복합재 센서(100)의 저항 값이 가변하는 원리를 이용함으로써, 본 발명의 복합재 센서(100)를 이용하여 온도 또는 가스 종류를 측정할 수 있다. 그리고, 이와 같은 경우, 센서본체(110)는 탄성을 구비하거나, 또는, 탄성을 구비하지 않고 강성의 성질을 구비할 수 있다.In addition, the nanomaterial is coated on the porous body 101 and the nanoparticles are coated on the surfaces of the plurality of pores provided in the composite sensor 100 of the present invention, thereby increasing the coating surface area of the nanomaterial to increase the external gas. (Or liquid) and the contact area of the nanomaterial may increase. In addition, when a current is provided to the composite sensor 100 of the present invention, the nanoparticles provided in the sensor main body 110 come into contact with an external gas, depending on the temperature of the external gas, the type of the external gas (type of gas), or temperature. The resistance value can vary. By using the principle that the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention varies depending on the kind, concentration, or temperature of the gas (or liquid) that such a sensor body 110 contacts, the composite sensor 100 of the present invention. You can measure the temperature or gas type using. In this case, the sensor body 110 may have elasticity or may have rigidity without elasticity.

센서본체(110)는, 비양성자성 용매에 나노소재를 분산시킨 분산용액에 다공성체(101)를 함침하여 형성될 수 있다. 여기서, 비양성자성 용매로는 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 메틸피롤리디논(methylpyrrolidinone, NMP), 및 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.The sensor body 110 may be formed by impregnating the porous body 101 in a dispersion solution in which the nanomaterial is dispersed in an aprotic solvent. Here, the aprotic solvent may include any one or more materials selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF), methylpyrrolidinone (NMP), and dimethyl sulfoxide (DMSO). Can be.

그리고, 분산용액은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 및 초순수(DI water)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질인 첨가용액을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 비양성자성 용매와 첨가용액이 혼합되어 분산용액이 제조될 수 있다.The dispersion solution may include an additive solution which is any one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) and ultrapure water (DI water). As described above, the aprotic solvent and the additive solution may be mixed to prepare a dispersion solution.

분산용액은, 비양성자성 용매 95~98 중량%, 나노소재 0.1~4 중량%, 및 첨가용액 0.2~2 중량%,를 포함할 수 있다.The dispersion solution may include 95 to 98% by weight of an aprotic solvent, 0.1 to 4% by weight of nanomaterial, and 0.2 to 2% by weight of the added solution.

나노소재를 0.1 중량% 미만으로 포함시키는 경우, 나노소재의 양의 과소하여 다공성체(101)에 코팅되는 나노소재의 양이 과소함으로써, 본 발명의 복합재의 성능이 저하될 수 있다. 그리고, 나노소재를 4 중량% 초과로 포함시키는 경우, 다공성체(101)에 코팅되는 나노소재의 두께가 증가하여 센서본체(110)에 포함되는 복수 개의 세공 크기가 감소하므로 나노소재의 표면적이 감소할 수 있다. 이와 같은 경우, 본 발명의 복합재 센서(100)의 성능이 저하될 수 있다.When the nanomaterial is included in an amount of less than 0.1% by weight, the amount of the nanomaterial is less than the amount of the nanomaterial to be coated on the porous body 101, thereby reducing the performance of the composite of the present invention. When the nanomaterial is included in an amount greater than 4% by weight, the thickness of the nanomaterial coated on the porous body 101 is increased to decrease the size of the plurality of pores included in the sensor body 110, thereby reducing the surface area of the nanomaterial. can do. In this case, the performance of the composite sensor 100 of the present invention can be reduced.

그리고, 첨가용액이 0.2 중량% 미만이거나 2 중량% 초과로 포함되는 경우, 분산용액 내 나노소재의 분산율이 저하되어 다공성체(101)에 코팅되는 나노소재의 코팅 효율이 저하될 수 있다. 그리고, 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100)의 성능이 저하될 수 있다.In addition, when the addition solution is less than 0.2% by weight or contained in more than 2% by weight, the dispersion rate of the nanomaterial in the dispersion solution is lowered may reduce the coating efficiency of the nanomaterial coated on the porous body 101. And, accordingly, the performance of the composite sensor 100 of the present invention can be reduced.

본 발명의 복합재 센서(100)를 포함하는 인장력 및 압력 측정 장치를 제작할 수 있다. 길이 또는 간격이 가변하는 부위에 본 발명의 복합재 센서(100)를 설치하고, 제1전극(121)과 제2전극(122)에 저항 측정기(320)와 전원을 연결함으로써 인장력 및 압력을 측정하는 장치를 구성할 수 있다.Tensile force and pressure measurement apparatus including the composite sensor 100 of the present invention can be manufactured. The composite sensor 100 of the present invention is installed in a region having a variable length or interval, and the tensile force and pressure are measured by connecting the resistance meter 320 and a power source to the first electrode 121 and the second electrode 122. You can configure the device.

본 발명의 복합재 센서(100)를 포함하는 온도 측정 장치를 제작할 수 있다. 온도 측정을 요구하는 부위에 본 발명의 복합재 센서(100)를 설치하고, 제1전극(121)과 제2전극(122)에 저항 측정기(320)와 전원을 연결함으로써 온도를 측정하는 장치를 구성할 수 있다.The temperature measuring device including the composite sensor 100 of the present invention can be manufactured. The composite sensor 100 of the present invention is installed at a portion requiring temperature measurement, and the device for measuring temperature by connecting the resistance meter 320 and a power source to the first electrode 121 and the second electrode 122 is configured. can do.

본 발명의 복합재 센서(100)를 포함하는 가스 측정 장치를 제작할 수 있다. 가스 감지를 요구하는 부위에 본 발명의 복합재 센서(100)를 설치하고, 제1전극(121)과 제2전극(122)에 저항 측정기(320)와 전원을 연결함으로써, 가스의 종류 또는 농도 등을 측정하는 장치를 구성할 수 있다.The gas measuring apparatus containing the composite sensor 100 of this invention can be manufactured. By installing the composite sensor 100 of the present invention in a portion requiring gas detection, and connecting the resistance meter 320 and a power source to the first electrode 121 and the second electrode 122, the kind or concentration of the gas, etc. Can be configured to measure the

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 복합재 센서(100)를 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the composite sensor 100 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성체(101)에 나노소재를 침투시키는 공정에 대한 이미지이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서본체(110)에 대한 이미지이다.4 is an image of a process of infiltrating a nanomaterial to the porous body 101 according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is an image of the sensor body 110 according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4의 (a)는, 분산용액에 다공성체(101)를 함침시키는 공정에 대한 이미지이고, 도 4의 (b)는 감압 장비(310)에 인입된 다공성체(101)에 대한 이미지이다. 그리고, 도 5의 (a)는 나노소재가 1회 코팅된 센서본체(110)에 대한 이미지이고, 도 5의 (b)는 나노소재가 2회 코팅된 센서본체(110)에 대한 이미지이며, 도 5의 (c)는 나노소재가 수회 코팅된 센서본체(110)에 대한 이미지이다. 구체적으로, 도 5의 (c)는 나노소재가 5회 코팅된 센서본체(110)에 대한 것이다.Specifically, Figure 4 (a) is an image of the process of impregnating the porous body 101 in the dispersion solution, Figure 4 (b) is for the porous body 101 introduced into the decompression equipment 310 Image. And, Figure 5 (a) is an image of the sensor body 110 coated with a nano material once, Figure 5 (b) is an image of the sensor body 110 coated with a nano material twice, 5 (c) is an image of the sensor body 110 coated with a nanomaterial several times. Specifically, Figure 5 (c) is for the sensor body 110, the nanomaterial is coated five times.

첫째 단계에서, 다공성체(101)를 마련할 수 있다. 그리고, 둘째 단계에서, 나노소재, 비양성자성 용매 및 첨가용액을 포함하는 분산용액에 다공성체(101)를 함침하여, 다공성체(101)에 나노소재를 침투시킬 수 있다. In the first step, the porous body 101 may be prepared. In the second step, the porous material 101 may be impregnated into the dispersion solution including the nanomaterial, the aprotic solvent, and the addition solution to infiltrate the nanomaterial into the porous body 101.

셋째 단계에서, 나노소재가 침투한 다공성체(101)를 분산용액에 담근 상태로 감압 분위기에서 보존시킬 수 있다. 여기서, 감압 장비(310)로 진공 데시케이트를 이용할 수 있다. 그리고, 나노소재가 침투한 다공성체(101)는, 0 내지 -0.2 MPa의 감압 분위기에서 보존될 수 있다.In the third step, the porous material 101 penetrated by the nanomaterial may be preserved in a reduced pressure atmosphere in a state of immersing in a dispersion solution. Here, a vacuum desiccant may be used as the decompression equipment 310. In addition, the porous material 101 penetrated by the nanomaterial may be stored in a reduced pressure atmosphere of 0 to -0.2 MPa.

나노소재가 침투한 다공성체(101)를 -0.2 MPa 미만의 감압 분위기에서 보존시키는 경우, 다공성체(101)에 대한 나노소재의 침투 속도가 과대하여 나노소재의 침투가 균일하게 수행되지 않을 수 있다. 그리고, 나노소재가 침투한 다공성체(101)를 0 MPa 초과의 감압 분위기에서 보존시키는 경우, 다공성체(101)에 대한 나노소재의 침투 효율이 저하될 수 있다.When the porous material 101 penetrated by the nanomaterial is preserved in a reduced pressure atmosphere of less than -0.2 MPa, the penetration rate of the nanomaterial into the porous material 101 may be excessive, so that the penetration of the nanomaterial may not be uniformly performed. . In addition, when the porous material 101 penetrated by the nanomaterial is preserved in a reduced pressure atmosphere of more than 0 MPa, the penetration efficiency of the nanomaterial into the porous material 101 may be reduced.

넷째 단계에서, 나노소재가 침투한 다공성체(101)를 건조시켜, 나노소재를 경화시킬 수 있다. 여기서, 나노소재가 침투한 다공성체(101)는, 20 내지 100도(℃)의 온도에서 건조될 수 있다. In the fourth step, the nanomaterial penetrated the porous body 101 can be dried to cure the nanomaterial. Here, the porous material 101 penetrated by the nanomaterial may be dried at a temperature of 20 to 100 degrees (° C.).

나노소재가 침투한 다공성체(101)가 20도 미만의 온도에서 건조되는 경우, 나노소재의 건조 시간이 과대하여 본 발명의 복합재 센서(100)의 제조 시간의 증가의 원인이 될 수 있다. 그리고, 나노소재가 침투한 다공성체(101)가 100도 초과의 온도에서 건조되는 경우, 나노소재의 급속한 건조로 인하여 나노소재와 다공성체(101)의 결합력이 저하되어 센서본체(110)의 내구성이 저하될 수 있다.When the porous material 101 penetrated by the nanomaterial is dried at a temperature of less than 20 degrees, the drying time of the nanomaterial is excessive, which may cause an increase in the manufacturing time of the composite sensor 100 of the present invention. And, when the porous material 101 penetrated by the nanomaterial is dried at a temperature of more than 100 degrees, due to the rapid drying of the nanomaterial, the bonding strength of the nanomaterial and the porous body 101 is lowered, so that the durability of the sensor body 110 This can be degraded.

다섯째 단계에서, 상기된 둘째 단계 내지 넷째 단계의 공정이 반복 수행되어 다공성체(101)에 나노소재가 코팅됨으로써, 센서본체(110)가 형성될 수 있다. 그리고, 여섯째 단계에서, 센서본체(110)의 양 측에 제1전극(121)과 제2전극(122)을 결합시킬 수 있다. 여기서, 제1전극(121)과 제2전극(122)은 금속 또는 투명전극으로 형성될 수 있다. 제1전극(121)과 제2전극(122)이 투명전극으로 형성되는 경우, 투명전극의 신축성으로 인하여 본 발명의 복합재 센서(100)의 형상 변화 방향이 3차원의 방향으로 확대되고, 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100)를 웨어러블 디바이스에 설치하게 용이할 수 있다. In the fifth step, the process of the second step to the fourth step described above is repeatedly performed so that the nanomaterial is coated on the porous body 101, the sensor body 110 can be formed. In the sixth step, the first electrode 121 and the second electrode 122 may be coupled to both sides of the sensor body 110. Here, the first electrode 121 and the second electrode 122 may be formed of a metal or a transparent electrode. In the case where the first electrode 121 and the second electrode 122 are formed as transparent electrodes, the shape change direction of the composite sensor 100 of the present invention is expanded in the three-dimensional direction due to the elasticity of the transparent electrode. The composite sensor 100 of the present invention may be easily installed in a wearable device.

이하, 본 발명의 복합재 센서(100)에 대한 실시 예 및 실험 예에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments and experimental examples of the composite sensor 100 of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)를 이용한 인장 측정에 대한 이미지이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)를 이용한 압력 측정에 대한 이미지이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)를 이용한 온도 측정에 대한 이미지도이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합재 센서(100)를 이용한 가스 측정에 대한 그래프이다.6 is an image of the tensile measurement using the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is an image of the pressure measurement using the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention, 8 is an image diagram for measuring the temperature using the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention. And, Figure 9 is a graph for the gas measurement using the composite sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

여기서, 도 6의 (a)는 복합재 센서(100)에 인장력 제공 전 이미지이고, 도 6의 (b)는 복합재 센서(100)에 인장력 제공 후 이미지이다. 또한, 도 7의 (a)는 복합재 센서(100)에 압력 제공 전 이미지이고, 도 7의 (b)는 복합재 센서(100)에 압력 제공 후 이미지이다. 또한, 도 8의 (a)는 복합재 센서(100)를 29℃의 환경에서 유지시킨 경우에 대한 이미지이고, 도 8의 (b)는 복합재 센서(100)를 60℃의 환경에서 유지시킨 경우에 대한 이미지이다. Here, Figure 6 (a) is an image before providing the tensile force to the composite sensor 100, Figure 6 (b) is an image after providing a tensile force to the composite sensor 100. In addition, Figure 7 (a) is an image before applying pressure to the composite sensor 100, Figure 7 (b) is an image after applying pressure to the composite sensor 100. 8 (a) is an image for the case where the composite sensor 100 is maintained in an environment of 29 ° C, and FIG. 8 (b) is for the case where the composite sensor 100 is maintained in an environment of 60 ° C. For the image.

[실시 예][Example]

폴리우레탄으로 형성되고, 가로 길이X세로 길이X높이가 2cmX2cmX1cm인 직육면체 형상의 다공성체(101)를 마련하였다. 그리고, 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)인 비양성자성 용매 95~98 중량%, 탄소나노튜브 0.1~4 중량%, 및 첨가용액 0.2~2 중량%,를 혼합하여 분산용액을 제조하였다.A rectangular parallelepiped porous body 101 formed of polyurethane and having a length X length X height 2 cm X 2 cm X 1 cm was prepared. In addition, a dispersion solution was prepared by mixing 95 to 98 wt% of an aprotic solvent, dimethylformamide (DMF), 0.1 to 4 wt% of carbon nanotubes, and 0.2 to 2 wt% of an added solution.

다음으로, 다공성체(101)를 분산용액에 담근 후 그 상태로 진공 데시케이트 내부로 인입시켜 -0.1 MPa의 감압 분위기에서 보존시켰다. 그 후, 탄소나노튜브가 침투된 다공성체(101)를 60℃의 온도에서 건조를 수행하여, 탄소나노튜브가 1회 코팅된 센서본체(110)를 획득하였다. 그리고, 센서본체(110)를 분산용액에 담근 후 감압 분위기에서 보존시키고 건조시키는 과정을 4회 더 반복하여, 탄소나노튜브가 총 5회 코팅된 센서본체(110)를 획득하였다. 여기서, 함침과 감압 보존 및 건조 각각의 과정에 대한 공정 조건은 상기된 바와 동일하였다.Next, the porous body 101 was immersed in a dispersion solution and introduced into the vacuum desiccator as it was, and then stored in a reduced pressure atmosphere of -0.1 MPa. Thereafter, the porous body 101 penetrated with carbon nanotubes was dried at a temperature of 60 ° C., thereby obtaining a sensor body 110 coated with carbon nanotubes once. Subsequently, the sensor body 110 was immersed in a dispersion solution and then stored in a reduced pressure atmosphere and dried four more times to obtain a sensor body 110 coated with carbon nanotubes five times in total. Here, the process conditions for each process of impregnation, reduced pressure preservation and drying were the same as described above.

그 다음으로, 획득된 센서본체(110)의 양 측에 구리로 형성된 제1전극(121)과 제2전극(122)을 부착하여, 복합재 센서(100)를 제조하였다.Next, the first electrode 121 and the second electrode 122 formed of copper were attached to both sides of the obtained sensor main body 110 to manufacture a composite sensor 100.

[실험 예 1]Experimental Example 1

[실시 예]에 의한 복합재 센서(100)와 저항 측정기(320) 및 전원을 연결하고, 도 6의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 인장력 측정기(330)에 설치하고, 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 길이(L)가 5mm 신장되도록 인장력 측정기(330)를 제어하였다. 그리고, 복합재 센서(100) 저항 값을 측정하였다.The composite sensor 100 according to the embodiment is connected to the resistance meter 320 and a power source, and as shown in FIG. 6A, the composite sensor 100 according to the embodiment is connected to the tensile force meter 330. 6), the tensile force measuring device 330 was controlled such that the length L of the composite sensor 100 according to [Example] is 5 mm elongated as shown in FIG. 6 (b). Then, the composite sensor 100 resistance value was measured.

[실험 예 2]Experimental Example 2

[실시 예]에 의한 복합재 센서(100)와 저항 측정기(320) 및 전원을 연결하고, 도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 압력 측정기(340)에 설치하고, 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)에 1(N)의 힘이 가해지도록 압력 측정기(340)를 제어하였다. 그리고, 복합재 센서(100) 저항 값을 측정하였다.The composite sensor 100 according to the embodiment is connected to the resistance meter 320 and a power supply, and as shown in FIG. 7A, the composite sensor 100 according to the embodiment is connected to the pressure sensor 340. ), And as shown in FIG. 7 (b), the pressure gauge 340 was controlled such that a force of 1 (N) was applied to the composite sensor 100 according to [Example]. Then, the composite sensor 100 resistance value was measured.

[실험 예 3]Experimental Example 3

[실시 예]에 의한 복합재 센서(100)와 저항 측정기(320) 및 전원을 연결하고, 도 8의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 내부 온도 29℃인 온도 조절 챔버(350)에 설치하고, 도 8의 (b)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 주위 온도가 60℃가 되도록 온도 조절 챔버(350)를 제어하였다. 그리고, 복합재 센서(100) 저항 값을 측정하였다.The composite sensor 100 according to the embodiment is connected to the resistance measuring instrument 320 and a power source, and as shown in FIG. 8A, the composite sensor 100 according to the embodiment has an internal temperature of 29 ° C. It was installed in the phosphorus temperature control chamber 350, and as shown in (b) of FIG. 8, the temperature control chamber 350 was controlled so that the ambient temperature of the composite sensor 100 according to [Example] becomes 60 ° C. . Then, the composite sensor 100 resistance value was measured.

[실험 예 4]Experimental Example 4

[실시 예]에 의한 복합재 센서(100)에 저항 측정기(320) 및 전원을 연결하고, 가스 챔버 내에 [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 설치하였다. 그리고, 가스 챔버 내 수소(H2)의 농도(가로축)를 증가시키면서 각각의 복합재 센서(100) 저항의 변화 값(세로축)을 측정하였다.The resistance sensor 320 and the power supply were connected to the composite sensor 100 according to the embodiment, and the composite sensor 100 according to the embodiment was installed in the gas chamber. And, increasing the concentration (horizontal axis) of hydrogen (H 2) gas in the chamber was measured while each of the composite sensor 100 changes in the resistance value (the vertical axis).

[실험 예 1] 내지 [실험 예 4]에 있어서, 초기 환경의 차이로 인하여, 각각의 실험 예에서, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 초기 저항 값은 다르게 측정될 수 있다. 이하, 동일하다.In [Experimental Example 1] to [Experimental Example 4], due to the difference in the initial environment, in each experiment example, the initial resistance value of the composite sensor 100 according to [Example] may be measured differently. Hereinafter, it is the same.

[실험 예 1]과 관련하여, 도 6의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 인장력 측정기(330)에 최초 설치한 경우에는, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 5.58Ω으로 측정되었다. 그리고, 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 길이를 5mm 신장시킨 경우, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 12.23Ω으로 측정되었다. 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100) 저항 값 변화를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100)의 길이 변화를 측정할 수 있음을 확인하였다. 그리고, 센서본체(110)는 탄성력을 구비하므로, 본 발명의 복합재 센서(100)의 길이 변화와 센서본체(110)의 탄성계수를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100)에 제공된 인장력을 측정할 수 있다.In connection with [Experimental Example 1], as shown in FIG. 6A, when the composite sensor 100 according to [Example] is first installed in the tensile force measuring instrument 330, The resistance value of the composite sensor 100 was measured as 5.58 Ω. As shown in FIG. 6B, when the length of the composite sensor 100 according to [Example] is extended by 5 mm, the resistance value of the composite sensor 100 according to [Example] is 12.23Ω. Was measured. Accordingly, it was confirmed that the change in the length of the composite sensor 100 of the present invention can be measured using the change in the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention. And, since the sensor main body 110 has an elastic force, the tensile force provided to the composite sensor 100 of the present invention can be measured using the change in length of the composite sensor 100 and the elastic modulus of the sensor main body 110 of the present invention. Can be.

[실험 예 2]와 관련하여, 도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 압력 측정기(340)에 최초 설치한 경우에는, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 13. 8Ω으로 측정되었다. 그리고, 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)에 1(N)의 힘이 가해지도록 하는 경우, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 9.55Ω으로 측정되었다. 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100) 저항 값 변화를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100)의 길이 변화를 측정할 수 있음을 확인하였다. 그리고, 센서본체(110)는 탄성력을 구비하므로, 본 발명의 복합재 센서(100)의 길이 변화와 센서본체(110)의 탄성계수를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100)에 제공된 압력을 측정할 수 있다.Regarding [Experimental Example 2], as shown in FIG. 7A, when the composite sensor 100 according to [Example] was first installed in the pressure measuring instrument 340, the [Example] The resistance value of the composite sensor 100 was measured to be 13. 8 Ω. And, as shown in Fig. 7 (b), when a force of 1 (N) is applied to the composite sensor 100 according to the [Example], the resistance of the composite sensor 100 according to the [Example] The value was measured to 9.55 Ω. Accordingly, it was confirmed that the change in the length of the composite sensor 100 of the present invention can be measured using the change in the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention. And, since the sensor main body 110 has an elastic force, it is possible to measure the pressure provided to the composite sensor 100 of the present invention by using the change in length of the composite sensor 100 and the elastic modulus of the sensor main body 110 of the present invention. Can be.

[실험 예 3]과 관련하여, 도 8의 (a)에서 보는 바와 같이, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)를 내부 온도 29℃인 온도 조절 챔버(350)에 최초 설치한 경우, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 40Ω으로 측정되었다. 그리고, 도 8의 (b)에서 보는 바와 같이, , [실시 예]에 의한 복합재 센서(100) 주위 온도가 60℃가 되도록 온도 조절 챔버(350)의 내부 온도를 60℃로 제어한 경우, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100)의 저항 값이 36Ω으로 측정되었다. 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100) 저항 값 변화를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100) 주위 온도 변화를 측정할 수 있음을 확인하였다.Regarding [Experimental Example 3], as shown in FIG. 8A, when the composite sensor 100 according to [Example] is first installed in a temperature control chamber 350 having an internal temperature of 29 ° C., [ Example] the resistance value of the composite sensor 100 was measured to 40Ω. And, as shown in Figure 8 (b), when the internal temperature of the temperature control chamber 350 is controlled to 60 ℃ so that the ambient temperature of the composite sensor 100 according to the [Example] to 60 ℃, [ Example] the resistance value of the composite sensor 100 was measured to 36Ω. Accordingly, it was confirmed that the change in the ambient temperature of the composite sensor 100 of the present invention can be measured using the change in the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention.

[실험 예 4]와 관련하여, 도 9의 그래프에서 보는 바와 같이, 수소(H2) 가스의 농도 0 %로부터 16%로 증가함에 따라, [실시 예]에 의한 복합재 센서(100) 저항의 변화 값이 23Ω으로부터 27.5Ω으로 변화하였다. 이에 따라, 본 발명의 복합재 센서(100) 저항 값 변화를 이용하여 본 발명의 복합재 센서(100) 주위 가스 농도 변화를 측정할 수 있음을 확인하였다.In connection with [Experimental Example 4], as shown in the graph of FIG. 9, as the concentration of hydrogen (H 2 ) gas increased from 0% to 16%, the change of the resistance of the composite sensor 100 according to [Example] The value changed from 23Ω to 27.5Ω. Accordingly, it was confirmed that the gas concentration change around the composite sensor 100 of the present invention can be measured using the change in the resistance value of the composite sensor 100 of the present invention.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention.

100 : 복합재 센서 101 : 다공성체
110 : 센서본체 121 : 제1전극
122 : 제2전극 310 : 감압 장비
320 : 저항 측정기 330 : 인장력 측정기
340 : 압력 측정기 350 : 온도 조절 챔버100: composite sensor 101: porous body
110: sensor body 121: first electrode
122: second electrode 310: pressure reduction equipment
320: resistance meter 330: tensile force meter
340: pressure gauge 350: temperature control chamber

Claims (12)

복수 개의 세공(pore)을 구비하는 다공성 구조로 형성되는 다공성체에 나노소재를 코팅시켜 형성되는 센서본체; 및
상기 센서본체의 양 측에 결합하는 전극인 제1전극과 제2전극;을 포함하고,
상기 센서본체는, 비양성자성 용매에 상기 나노소재를 분산시킨 분산용액에 상기 다공성체를 함침하여 형성되며,
상기 분산용액은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 및 초순수(DI water)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질인 첨가용액을 포함하고,
상기 분산용액은, 상기 비양성자성 용매 95~98 중량%, 상기 나노소재 0.1~4중량%, 및 상기 첨가용액 0.2~2 중량%,를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 센서.
A sensor body formed by coating a nanomaterial on a porous body formed of a porous structure having a plurality of pores; And
And a first electrode and a second electrode which are electrodes coupled to both sides of the sensor body.
The sensor body is formed by impregnating the porous body in a dispersion solution in which the nanomaterial is dispersed in an aprotic solvent,
The dispersion solution includes an additive solution of any one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) and ultrapure water (DI water),
The dispersion solution is a composite sensor, characterized in that it comprises 95 to 98% by weight of the aprotic solvent, 0.1 to 4% by weight of the nanomaterial, and 0.2 to 2% by weight of the addition solution.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성체는, 폴리우레탄, 분자체, 계면활성제(surfactant) 또는 블록공중합체(block copolymer)을 활용하여 제조한 고분자, 세라믹, 금속 및 탄소 소재로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재 센서.
The method according to claim 1,
The porous body is formed of at least one material selected from the group consisting of a polymer, a ceramic, a metal and a carbon material prepared by using a polyurethane, a molecular sieve, a surfactant, or a block copolymer. Composite sensor characterized by the above.
청구항 1에 있어서,
상기 나노소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 복합재 센서.
The method according to claim 1,
The nanomaterial is a composite sensor, characterized in that at least one material selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes and graphene.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 복합재 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장력 및 압력 측정 장치.
Tensile force and pressure measuring device comprising a composite sensor according to any one of claims 1 to 3.
청구항 1 내지 청구항 3 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 복합재 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
A temperature measuring device comprising the composite sensor according to any one of claims 1 to 3.
청구항 1 내지 청구항 3 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 복합재 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
Gas measuring apparatus comprising a composite sensor according to any one of claims 1 to 3.
청구항 1의 복합재 센서의 제조 방법에 있어서,
i) 상기 다공성체를 마련하는 단계;
ii) 상기 나노소재, 비양성자성 용매 및 첨가용액을 포함하는 분산용액에 상기 다공성체를 함침하여, 상기 다공성체에 상기 나노소재를 침투시키는 단계;
iii) 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체를 상기 분산용액에 담근 상태로 감압 분위기에서 보존시키는 단계;
iv) 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체를 건조시켜, 상기 나노소재를 경화시키는 단계;
v) 상기 ii) 내지 iv) 단계의 공정이 반복 수행되어 상기 다공성체에 상기 나노소재가 코팅됨으로써, 상기 센서본체가 형성되는 단계; 및
vi) 상기 센서본체의 양 측에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 센서의 제조 방법.
In the method of manufacturing a composite sensor of claim 1,
i) preparing the porous body;
ii) impregnating the porous material in a dispersion solution including the nanomaterial, an aprotic solvent, and an addition solution to infiltrate the nanomaterial into the porous material;
iii) preserving the porous material in which the nanomaterial has penetrated in a pressure-reduced atmosphere while being immersed in the dispersion solution;
iv) drying the porous material penetrated by the nanomaterial to cure the nanomaterial;
v) repeating the processes of steps ii) to iv) to form the sensor body by coating the nanomaterial on the porous body; And
vi) combining the first electrode and the second electrode on both sides of the sensor body; manufacturing method of a composite sensor comprising a.
청구항 10에 있어서,
상기 iii) 단계에서, 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체는, 0 내지 -0.2 MPa의 감압 분위기에서 보존되는 것을 특징으로 하는 복합재 센서의 제조 방법.
The method according to claim 10,
In the step iii), the porous material in which the nanomaterial penetrates is preserved in a reduced pressure atmosphere of 0 to -0.2 MPa.
청구항 10에 있어서,
상기 iv) 단계에서, 상기 나노소재가 침투한 상기 다공성체는, 20 내지 100도의 온도에서 건조되는 것을 특징으로 하는 복합재 센서의 제조 방법.The method according to claim 10,
In the step iv), the porous material in which the nanomaterial penetrates, it is dried at a temperature of 20 to 100 degrees, the manufacturing method of a composite sensor.
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