KR102096318B1 - Strain sensor including carbon nanotubes and method for measuring strain using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 현저히 증대된 인장률의 범위에서도 인장률(스트레인)의 측정이 가능하므로, 그 이용 범위가 증대되고 정밀도가 향상된 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 스트레인 센서는, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사; 및 탄성을 구비하며, 탄소나노튜브 방적사와 결합하는 탄성체;를 포함한다. An embodiment of the present invention provides a strain sensor using carbon nanotubes whose range of use is increased and precision is improved since it is possible to measure the tensile rate (strain) even in a significantly increased range of tensile rate. Strain sensor according to an embodiment of the present invention, a carbon nanotube spun yarn formed of a carbon nanotube capable of spinning; And an elastic body having elasticity and engaging with a carbon nanotube spun yarn.

Description

탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 방법 {STRAIN SENSOR INCLUDING CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR MEASURING STRAIN USING THE SAME}Strain sensor using carbon nanotubes and strain measurement method using the same {STRAIN SENSOR INCLUDING CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR MEASURING STRAIN USING THE SAME}

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 현저히 증대된 인장률의 범위에서도 인장률(스트레인)의 측정이 가능하므로, 그 이용 범위가 증대되고 정밀도가 향상된 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a strain sensor using a carbon nanotube and a method for measuring strain using the same, and more specifically, since the tensile rate (strain) can be measured even in a significantly increased tensile rate range, its use range is increased. It relates to a strain sensor using carbon nanotubes with improved precision.

스트레인은 변형도, 변형률, 인장률 등으로 나타내며, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 의미한다. 따라서 스트레인은 단위를 갖지 않으며 굳이 단위를 표시하려면 cm/cm, mm/mm 등으로 표시할 수 있다.Strain is expressed as a degree of strain, strain, tensile rate, etc., and refers to a value expressed as a ratio of the length that is increased or decreased relative to the original length when an object is subjected to tension or compression. Therefore, the strain does not have a unit and can be expressed in cm / cm, mm / mm, etc. to indicate the unit.

스트레인 게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인 게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인 게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구분할 수 있다. 전기식 스트레인 게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 인장률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인 게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 인장률을 측정하는 것이다. The strain gauge can be divided into two types: an electrical strain gage measured electrically and a mechanical strain gage measured mechanically. The electrical strain gauge measures the tensile rate from which the electrical resistance of the attached strain gauge changes when the structure deforms, and the mechanical strain gauge mechanically measures the minute distance change between two points to determine the tensile rate of the structure. To measure.

최근에는 탄소나노튜브를 이용하여 전기식 스트레인 게이지를 형성하고, 이와 같은 스트레인 게이지를 접어지고 변형되는 웨어러블 디바이스에 결합시켜, 스트레인 게이지로부터 측정되는 인장률에 의해 웨어러블 디바이스를 착용한 사람의 모션을 분석하는 등의 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, an electric strain gauge is formed using a carbon nanotube, and the strain gauge is coupled to a wearable device that is folded and deformed to analyze the motion of a person wearing the wearable device by the tensile rate measured from the strain gauge. Research has been actively conducted.

다만, 탄소나노튜브의 구조 특성에 의해 탄소나노튜브를 그대로 이용하여 스트레인 게이지를 형성하는 경우, 인장률이 낮다는 문제가 있다. However, when the strain gauge is formed using the carbon nanotube as it is due to the structural properties of the carbon nanotube, there is a problem that the tensile rate is low.

대한민국 공개특허 제10-2018-0031179호(발명의 명칭: 고신축성 3차원 전도성 나노 네트워크 구조체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 인장 센서 및 웨어러블 기기)에서는, 주기적인 망상으로 분포된 패턴을 포함하는 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체를 형성하는 단계; 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면을 친수성 상태로 변화시키는 단계; 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면 상에 고분자 물질을 콘포말(conformal) 접착시키는 단계; 전도성 물질이 분산된 전도성 용액을 함침(infiltration)하여 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면을 웨팅(wetting)시키는 단계; 및 상기 전도성 용액의 용매를 증발시키고 상기 고분자 물질을 제거하여, 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체와 결합된 3차원 전도성 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는 고신축성 3차원 전도성 나노 네트워크 구조체의 제조 방법이 개시되어 있다. In the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0031179 (invention name: high elasticity three-dimensional conductive nano-network structure, its manufacturing method, a tensile sensor and a wearable device including the same), 3 comprising a pattern distributed in a periodic network Forming a dimensional nano-structured porous elastomer; Changing the surface of the three-dimensional nano-structured porous elastomer to a hydrophilic state; Conformally bonding a polymer material on the surface of the 3D nano-structured porous elastic body; Wetting the surface of the three-dimensional nano structured porous elastic body by infiltration of a conductive solution in which a conductive material is dispersed; And evaporating the solvent of the conductive solution and removing the polymer material, thereby forming a three-dimensional conductive network coupled with the three-dimensional nano-structured porous elastic body. It is disclosed.

대한민국 공개특허 제10-2018-0031179호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0031179

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨어러블 디바이스 또는 플렉시블 디바이스에 결합 가능하도록 인장률의 범위가 현저히 증대된 스트레인 센서를 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a strain sensor in which the range of the tensile rate is significantly increased so as to be coupled to a wearable device or a flexible device.

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 problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사; 및 탄성을 구비하며, 상기 탄소나노튜브 방적사와 결합하는 탄성체;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 길이 방향을 따라, 상기 탄성체에 나선형으로 권취되어 결합되는 것을 특징으로 한다. The configuration of the present invention for achieving the above object is a carbon nanotube spun yarn formed of a carbon nanotube capable of spinning; And an elastic body having elasticity and coupled with the carbon nanotube spun yarn; and wherein the carbon nanotube spun yarn is spirally wound and coupled to the elastic body along the longitudinal direction of the elastic body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체의 인장률은 1 내지 300일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tensile modulus of the elastic body may be 1 to 300.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the elastic body may be in the shape of a string having a circular or polygonal cross section.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈이 형성되고, 상기 탄소나노튜브 방적사가 상기 홈을 따라 상기 탄성체에 나선형으로 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a spiral groove formed along the surface of the elastic body is formed, and the carbon nanotube spun yarn may be spirally wound on the elastic body along the groove.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the carbon nanotube spun yarn may be spirally wound at regular intervals on the surface of the elastic body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체가 복수 개 형성되고, 각각의 상기 탄성체에 각각 상기 탄소나노튜브 방적사가 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plurality of the elastic bodies are formed, and the carbon nanotube spun yarn may be wound on each of the elastic bodies.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the elastic body may be formed of one or more materials selected from the group consisting of synthetic resin, rubber and silicone.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 탄소나노튜브 방적사와 상기 탄성체의 결합으로 형성되는 스트레인 센서를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시키는 단계; ii) 상기 탄소나노튜브 방적사의 양단을 저항계와 연결하는 단계; iii) 상기 측정대상의 형상이 변형되면서 상기 스트레인 센서의 형상이 변형되는 단계; 및 iv) 상기 스트레인 센서의 저항 값 변화를 이용하여 상기 측정대상의 인장률을 측정하는 단계;를 포함한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is, i) attaching a strain sensor formed by the combination of the carbon nanotube spun yarn and the elastic body to a measurement object, which is a strain measurement object; ii) connecting both ends of the carbon nanotube yarn with an ohmmeter; iii) changing the shape of the strain sensor while the shape of the measurement object is deformed; And iv) measuring a tensile rate of the measurement object using a change in the resistance value of the strain sensor.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 현저히 증대된 인장률의 범위에서도 인장률(스트레인)의 측정이 가능하므로, 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서의 이용 범위가 증대된다는 것이다. The effect of the present invention according to the above configuration is that it is possible to measure the tensile rate (strain) even in the significantly increased range of the tensile rate, so that the use range of the strain sensor using the carbon nanotubes is increased.

그리고, 본 발명의 효과는, 스트레인 센서에 탄소나노튜브 방적사를 이용하므로, 인장률(스트레인) 측정의 정밀도가 향상된다는 것이다.In addition, the effect of the present invention is that since the carbon nanotube spun yarn is used for the strain sensor, the precision of the tensile rate (strain) measurement is improved.

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.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 종래기술에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 홈에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서와 탄성체가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 성능 실험에 대한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 제작에 대한 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피닝 가능한 탄소나노튜브의 성장 과정의 각 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장한 탄소나노튜브 다발에서 방적사가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a strain sensor according to the prior art.
2 is a schematic diagram of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of a groove of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a matter in which a plurality of strain sensors are combined according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a matter in which a plurality of strain sensors and an elastic body are combined according to an embodiment of the present invention.
6 is an image of a performance test of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is an image for the production of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing each step of the growth process of the spinnable carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a process of forming a spun yarn in a bundle of grown carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

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, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar 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 "connected (connected, contacted, coupled)" to another part, this is not only when it is "directly connected", but also "indirectly" with another member in between. "It also includes the case where it is. Also, when a part is said to “include” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding the other component 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 terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

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 종래기술에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다. 도 1에서 탄성나노튜브(1)에 전극(3)이 연결되어 있다.1 is a schematic view of a strain sensor according to the prior art. In FIG. 1, the electrode 3 is connected to the elastic nanotube 1.

도 1에서 보는 바와 같이, 단순히 구조체(2)와 탄성나노튜브(1)를 결합하는 경우, 탄성나노튜브(1)의 인장률 한계에 의해, 제한된 범위에서만 구조체(2)의 인장률(스트레인)을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 1, when the structure 2 and the elastic nanotube 1 are simply combined, the tensile rate (strain) of the structure 2 only in a limited range due to the tensile rate limit of the elastic nanotube 1 Can be measured.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)에 대한 모식도이다. 도 2에서 탄성나노튜브 방적사(110)에 전극(300)이 연결되어 있다.2 is a schematic diagram of a strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the electrode 300 is connected to the elastic nanotube spun yarn 110.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)는, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사(110); 및 탄성을 구비하며, 탄소나노튜브 방적사(110)와 결합하는 탄성체(120);를 포함할 수 있다.As shown in Figure 2, the strain sensor 10 of the present invention, a carbon nanotube spun yarn 110 formed of a carbon nanotube capable of spinning; And an elastic body 120 having elasticity and engaging with the carbon nanotube spun yarn 110.

먼저, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄소나노튜브로 형성된 스피닝이 가능한 탄소나노튜브 시트(spin-capable CNT sheet)로부터 스피닝이 가능한 탄소나노튜브를 뽑아 꼬아서 제작된 탄소나노튜브 얀(yarn)일 수 있다. 스피닝이 가능한 탄소나노튜브 시트는 기판에서 성장된 탄소나노튜브를 직접적으로 바로 필름 형태로 뽑아낼 수 있는 스피닝이 가능한(spinning or spin-capable) 탄소나노튜브로 제작된 것으로서, 재현성이 부족하고 정화를 위한 후처리가 필요한 다른 방법(공중부양형, 딥코팅, 스핀코팅, 스프레이)으로 제조되는 탄소나노튜브 필름에 비해 단순하고 저렴하게 제작될 수 있다.First, the carbon nanotube spun yarn 110 is a carbon nanotube yarn produced by pulling and spinning a carbon nanotube capable of spinning from a spin-capable CNT sheet formed of a carbon nanotube. Can be The carbon nanotube sheet that can be spinned is made of a spinning or spin-capable carbon nanotube that can directly extract carbon nanotubes grown on a substrate in the form of a film. It can be produced simply and inexpensively compared to the carbon nanotube film produced by other methods (air flotation, dip coating, spin coating, spraying) that require post-treatment for.

탄소나노튜브 방적사(110)의 제작에 대해서는 도 8 및 도 9에 대한 설명에서 상세하게 기재하도록 한다. The production of the carbon nanotube spun yarn 110 will be described in detail in the description of FIGS. 8 and 9.

그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 길이 방향을 따라, 탄성체(120)에 나선형으로 권취되어 결합될 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 표면에 대해 하나의 방향에 다른 방향으로 연속적인 나선형의 감김으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 탄성체(120)의 길이가 증가하더라도 탄소나노튜브 방적사(110) 자체의 길이 증가하기보다 탄소나노튜브 방적사(110)의 형상이 변형되면서 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형될 수 있다. Further, the carbon nanotube spun yarn 110 may be spirally wound and coupled to the elastic body 120 along the longitudinal direction of the elastic body 120. That is, the carbon nanotube spun yarn 110 may be formed by a continuous spiral winding in one direction to another direction with respect to the surface of the elastic body 120. Accordingly, even if the length of the elastic body 120 increases, the shape of the strain sensor 10 of the present invention is deformed as the shape of the carbon nanotube spinning yarn 110 is deformed rather than the length of the carbon nanotube spinning yarn 110 itself increases. You can.

상기와 같이 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형되어 탄성체(120)의 길이가 증가하는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)의 감김 간격이 증가하여 탄소나노튜브 방적사(110)의 장력이 증가함으로써, 탄소나노튜브 방적사(110)의 단면적이 감소하여 본 발명의 스트레인 센서(10)의 저항 값이 증가할 수 있다.As described above, when the shape of the strain sensor 10 of the present invention is deformed and the length of the elastic body 120 increases, the winding interval of the carbon nanotube spinning yarn 110 increases, so that the tension of the carbon nanotube spinning yarn 110 increases. By increasing, the cross-sectional area of the carbon nanotube spun yarn 110 is reduced, so that the resistance value of the strain sensor 10 of the present invention can be increased.

그리고, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형되어 탄성체(120)의 길이가 감소하는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)의 감김 간격이 감소하여 탄소나노튜브 방적사(110)의 장력이 감소함으로써, 탄소나노튜브 방적사(110)의 단면적이 증가하여 본 발명의 스트레인 센서(10)의 저항 값이 감소할 수 있다.In addition, when the shape of the strain sensor 10 of the present invention is deformed and the length of the elastic body 120 decreases, the winding interval of the carbon nanotube spun yarn 110 decreases and the tension of the carbon nanotube spun yarn 110 decreases. By doing so, the cross-sectional area of the carbon nanotube spun yarn 110 increases, so that the resistance value of the strain sensor 10 of the present invention can be reduced.

여기서, 탄성체(120)의 인장률은 1 내지 300일 수 있다. 탄성체(120)는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있는데, 이와 같은 소재로 형성되는 탄성체(120)는 400% 이상의 신장률을 구비할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 인장률도 400이상이 될 수 있다.Here, the tensile rate of the elastic body 120 may be 1 to 300. The elastic body 120 may be formed of one or more materials selected from the group consisting of synthetic resin, rubber, and silicone, and the elastic body 120 formed of such a material may have an elongation of 400% or more. Accordingly, the tensile rate of the strain sensor 10 of the present invention may also be 400 or more.

다만, 본 발명의 스트레인 센서(10)에서, 탄성체(120)가 300% 초과하여 신장되는 경우, 탄성체(120)에 감긴 탄소나노튜브 방적사(110)의 손상이 발생할 수 있으므로, 탄성체(120)의 신장률은 300% 이하인 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 탄성체(120)의 인장률은 1 내지 300으로 형성되어, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 인장률 범위가 1 내지 300으로 형성될 수 있다.However, in the strain sensor 10 of the present invention, when the elastic body 120 is stretched by more than 300%, the damage of the carbon nanotube spun yarn 110 wound around the elastic body 120 may occur, so that the elastic body 120 It may be desirable that the elongation rate is 300% or less. Accordingly, the tensile rate of the elastic body 120 is formed from 1 to 300, and the tensile rate range of the strain sensor 10 of the present invention may be formed from 1 to 300.

탄성체(120)는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다. 또는, 탄성체(120)는 단면이 원형 또는 다각형인 기둥의 형상일 수 있다. The elastic body 120 may be in the shape of a string having a circular or polygonal cross section. Alternatively, the elastic body 120 may have a column shape having a circular or polygonal cross section.

본 발명의 실시 예에서는 탄성체(120)의 형상이 상기와 같은 끈 또는 기둥의 형상이라고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 탄소나노튜브 방적사(110)가 감길 수 있고 길이 변화에 적합한 형상은 모두 가능할 수 있다.In the embodiment of the present invention, although the shape of the elastic body 120 is described as the shape of a string or a pillar as described above, the shape of the carbon nanotube spinning yarn 110 can be wound and is not limited thereto, It can all be possible.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 홈(121)에 대한 확대도이다. 3 is an enlarged view of the groove 121 of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈(121)이 형성되고, 탄소나노튜브 방적사(110)가 홈(121)을 따라 탄성체(120)에 나선형으로 권취될 수 있다. 그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취될 수 있다.As shown in FIG. 3, a spiral groove 121 formed along the surface of the elastic body 120 is formed, and the carbon nanotube spun yarn 110 is spirally wound around the elastic body 120 along the groove 121. You can. In addition, the carbon nanotube spun yarn 110 may be spirally wound at regular intervals on the surface of the elastic body 120.

본 발명의 스트레인 센서(10)가 웨어러블 디바이스의 형상 변화를 이용하여 움직임을 판단하는 장치 등에 쓰이는 경우, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 감도를 더 향상시킬 필요가 있을 수 있으며, 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)에 일정한 간격으로 감기는(나선형 권취되는) 경우, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 감도가 향상될 수 있다.When the strain sensor 10 of the present invention is used in an apparatus for determining motion using a shape change of a wearable device, it may be necessary to further improve the sensitivity of the strain sensor 10 of the present invention, and carbon nanotube spun yarn When the 110 is wound around the elastic body 120 at regular intervals (helical winding), the sensitivity of the strain sensor 10 of the present invention can be improved.

그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)를 탄성체(120)에 일정한 간격으로 감기도록 하기 위해 탄성체(120)의 표면에 일정한 간격으로 나선형의 홈(121)이 형성되고, 이와 같은 탄성체(120)의 홈(121)을 따라 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되도록 할 수 있다.Then, in order to wind the carbon nanotube spun yarn 110 around the elastic body 120 at regular intervals, spiral grooves 121 are formed at regular intervals on the surface of the elastic body 120, and the grooves of the elastic body 120 are The carbon nanotube spun yarn 110 may be wound along the 121.

다만, 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)의 표면에서 항상 일정한 간격으로 나선형 권취되는 것이 아닌 것과 마찬가지로, 탄성체(120)의 표면에 형성되는 나선형의 홈(121)도 항상 일정한 간격으로 형성되는 것은 아니다.However, just as the carbon nanotube spun yarn 110 is not always spirally wound at regular intervals on the surface of the elastic body 120, the spiral grooves 121 formed on the surface of the elastic body 120 are always formed at regular intervals. It does not work.

탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)의 표면에 형성된 홈(121)을 따라 권취되는 경우, 탄성체(120)의 표면에 대한 탄소나노튜브 방적사(110)의 변화, 즉, 탄성체(120)의 표면에 접촉된 탄소나노튜브 방적사(110)의 미끄러짐 이동, 장력에 의한 탄소나노튜브 방적사(110)의 부피 변화, 탄성체(120)의 급격한 움직임에 따른 탄소나노튜브 방적사(110) 위치 이동 등이 탄성체(120) 표면의 홈(121)에 구속되어 수행되므로, 탄성체(120)의 변형에 따른 탄소나노튜브 방적사(110)의 변화가 오차를 최소화하면서 일정하게 수행될 수 있다.When the carbon nanotube spun yarn 110 is wound along the groove 121 formed on the surface of the elastic body 120, the change of the carbon nanotube spun yarn 110 to the surface of the elastic body 120, that is, the elastic body 120 The sliding movement of the carbon nanotube spun yarn 110, the volume change of the carbon nanotube spun yarn 110 due to tension, and the movement of the carbon nanotube spun yarn 110 due to the sudden movement of the elastic body 120, etc. Since it is performed by being constrained by the grooves 121 of the surface of the elastic body 120, changes in the carbon nanotube spun yarn 110 due to deformation of the elastic body 120 can be performed constantly while minimizing errors.

그리고, 도 3에서 보는 바와 같이, 탄소체는 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)의 홈(121)을 따라 위치하도록 탄소나노튜브 방적사(110)를 가이드하는 홀더(122)를 구비할 수 있다. 그리고, 이와 같은 홀더(122)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.And, as shown in Figure 3, the carbon body is provided with a holder 122 for guiding the carbon nanotube spun yarn 110 so that the carbon nanotube spun yarn 110 is located along the groove 121 of the elastic body 120. You can. In addition, at least one holder 122 may be formed.

홀더(122)는 길이 방향에 수직인 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다. 또는, 홀더(122)는 길이 방향에 수직인 단면이 원형 또는 다각형인 기둥의 형상일 수 있다. 홀더(122)의 일단은 탄성체(120) 표면의 일 부위와 결합하고, 홀더(122)의 타단은 홈(121)을 기준으로 탄성체(120) 표면의 일 부위에 대응되는 탄성체(120) 표면의 타 부위와 결합하여, 홀더(122)가 홈(121)의 상부를 가로질러 형성될 수 있다.The holder 122 may be in the shape of a string having a circular or polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction. Alternatively, the holder 122 may be in the shape of a column having a circular or polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction. One end of the holder 122 is coupled to a portion of the surface of the elastic body 120, and the other end of the holder 122 is a surface of the elastic body 120 corresponding to a portion of the surface of the elastic body 120 based on the groove 121 In combination with other parts, the holder 122 may be formed across the top of the groove 121.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)와 탄성체(120)가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.4 is a schematic diagram of a matter in which a plurality of strain sensors 10 according to an embodiment of the present invention are combined, and FIG. 5 is a plurality of strain sensors 10 and an elastic body 120 according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of the dogs combined.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)에 탄성체(120)가 복수 개 형성되고, 각각의 탄성체(120)에 각각 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취될 수 있다.4 and 5, a plurality of elastic bodies 120 are formed on the strain sensor 10 of the present invention, and the carbon nanotube spun yarns 110 may be wound on each of the elastic bodies 120, respectively.

여기서, 도 4에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)가 복수 개 형성되고 각각의 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되어, 단위 스트레인 센서(11)가 복수 개 형성되어 각각의 단위 스트레인 센서(11)가 결합되어 스트레인 센서(10)가 형성될 수 있다.Here, as shown in FIG. 4, a plurality of elastic bodies 120 are formed, and carbon nanotube spun yarns 110 are wound on each elastic body 120, so that a plurality of unit strain sensors 11 are formed and each unit The strain sensor 11 may be combined to form the strain sensor 10.

도 4와 같이 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 형성되는 경우, 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적에 있어서, 각각의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 단위 면적에 대해 인장률의 동시 측정이 가능하고, 이에 따라, 각각의 단위 면적 당 인장률, 인장력 및 변위를 측정할 수 있다. 그리고, 이에 따라, 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적의 형상 변화, 해당 면적에 가해진 힘 등을 측정할 수 있다.When a plurality of unit strain sensors 11 are formed as shown in FIG. 4, in the area of the measurement object to which the plurality of unit strain sensors 11 are coupled, the unit of the measurement object to which each unit strain sensor 11 is coupled Simultaneous measurement of the tensile rate is possible for the area, and accordingly, the tensile rate, tensile force and displacement per unit area can be measured. In addition, according to this, it is possible to measure a change in shape of an area of a measurement object to which a plurality of unit strain sensors 11 are coupled, a force applied to the corresponding area, and the like.

그리고, 도 5에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)가 복수 개 형성되고, 일부의 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되어, 단위 스트레인 센서(11)가 복수 개 형성되어 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 결합되어 스트레인 센서(10)가 형성될 수 있다.And, as shown in FIG. 5, a plurality of elastic bodies 120 are formed, and a carbon nanotube spun yarn 110 is wound on a portion of the elastic bodies 120, so that a plurality of unit strain sensors 11 are formed. The strain sensor 10 may be formed by being coupled while forming the elastic body 120 between the unit strain sensors 11.

도 5와 같이 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 형성되는 경우, 도 4에 대한 설명과 같이 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적에 대해 인장률의 측정이 가능할 수 있다. 그리고, 도 5와 같이 형성되는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)를 상대적으로 적게 사용함에도 대면적에 대한 동시적 인장률 측정이 가능하여, 탄소나노튜브 방적사(110)의 사용 비용을 절감할 수 있다.When the plurality of unit strain sensors 11 are formed while forming the elastic body 120 between each unit strain sensor 11 as shown in FIG. 5, the plurality of unit strain sensors 11 are described as described with reference to FIG. 4. It may be possible to measure the tensile rate with respect to the area of the combined measurement object. And, when formed as shown in Figure 5, it is possible to reduce the use cost of the carbon nanotube spun yarn 110 by using a relatively small amount of carbon nanotube spun yarn 110 can be measured at the same time. have.

또한, 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 스트레인 센서(10)가 형성되므로, 하나의 단위 스트레인 센서(11)와 인접한 다른 단위 스트레인 센서(11) 간 간섭을 최소화하여 스트레인 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, since the strain sensor 10 is formed while forming the elastic body 120 between each unit strain sensor 11, interference between one unit strain sensor 11 and another unit strain sensor 11 adjacent to each other is minimized. The measurement accuracy of the strain sensor can be improved.

본 발명의 스트레인 센서(10)를 포함하는 스트레인 게이지(strain gauge)를 제조할 수 있다. 그리고, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 포함하는 웨어러블 디바이스(wearable device)를 제조할 수 있다.A strain gauge including the strain sensor 10 of the present invention can be manufactured. Then, a wearable device including the strain sensor 10 of the present invention can be manufactured.

이하, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 이용한 스트레인 측정 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a strain measurement method using the strain sensor 10 of the present invention will be described.

첫째 단계에서, 탄소나노튜브 방적사(110)와 탄성체(120)의 결합으로 형성되는 스트레인 센서(10)를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시킬 수 있다. 그리고, 둘째 단계에서, 탄소나노튜브 방적사(110)의 양단을 저항계와 연결할 수 있다.In the first step, the strain sensor 10 formed by the combination of the carbon nanotube spun yarn 110 and the elastic body 120 may be attached to a measurement object, which is a strain measurement object. And, in the second step, both ends of the carbon nanotube spun yarn 110 may be connected to the ohmmeter.

셋째 단계에서, 측정대상의 형상이 변형되면서 스트레인 센서(10)의 형상이 변형될 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서, 스트레인 센서(10)의 저항 값 변화를 이용하여 측정대상의 인장률을 측정할 수 있다. 여기서, 스트레인 센서(10)의 저항 값 변화와 인장률의 상관 관계에 대해서는 미리 사전에 측정되어 사전 데이터로 저장됨으로써 이용될 수 있다.In the third step, as the shape of the measurement object is deformed, the shape of the strain sensor 10 may be deformed. Then, in the fourth step, the tensile rate of the measurement object may be measured using a change in the resistance value of the strain sensor 10. Here, the correlation between the change in the resistance value of the strain sensor 10 and the tensile rate may be used by being measured in advance and stored as dictionary data.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 성능 실험에 대한 이미지이다. 도 6의 (a)는, 최초 20mm(밀리미터)인 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이고, 도 6의 (b)는, 스트레인 센서(10)를 40mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이며, 도 6의 (c)는, 스트레인 센서(10)를 60mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이다.6 is an image for a performance experiment of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. Fig. 6 (a) is an image of an experiment in which the resistance of the strain sensor 10, which is the first 20 mm (mm), is measured, and Fig. 6 (b) extends the strain sensor 10 to 40 mm (mm). The image of the experiment in which the resistance of the strain sensor 10 was measured in the case where the strain was measured, and FIG. 6 (c) measured the resistance of the strain sensor 10 when the strain sensor 10 was extended to 60 mm (mm). This is an image of the experiment.

도 6의 (a) 내지 (c)에서 보는 바와 같이, 최초 20mm(밀리미터)인 스트레인 센서(10)의 저항은 1.169Ω(옴)이고, 40mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항은 2.1859(옴)이며, 60mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항은 2.4404(옴)이다. 상기와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)는 길이에 따라 각각 다른 저항 값을 구비하며, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 저항 값의 변화를 측정하여 길이 변화에 의한 인장률을 분석함으로써, 본 발명의 스트레인 센서(10)가 결합한 측정 대상의 인장률을 측정할 수 있다. 그리고, 측정 대상의 인장률을 이용하여 측정 대상에 제공된 힘, 측정 대상의 변형 및 측정 대상의 시간 당 변형량을 분석할 수 있다.As shown in (a) to (c) of FIG. 6, the resistance of the strain sensor 10, which is the first 20 mm (mm), is 1.169 Ω (ohm), and when stretched to 40 mm (mm), the strain sensor 10 The resistance is 2.1859 (ohm), and when stretched to 60 mm (millimeter), the resistance of the strain sensor 10 is 2.4404 (ohm). As described above, the strain sensors 10 of the present invention have different resistance values depending on the length, and the strain sensor 10 of the present invention is measured by changing the resistance value to analyze the tensile rate due to the length change, The strain rate of the measurement object to which the strain sensor 10 of the present invention is coupled can be measured. Then, the force provided to the measurement object, the deformation of the measurement object, and the amount of deformation per hour of the measurement object may be analyzed using the tensile rate of the measurement object.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 제작에 대한 이미지이다. 도 7의 (a)은 고무줄에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작한 사항에 대한 이미지이고, 도 7의 (b)는 원기둥 형상의 실리콘에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작한 사항에 대한 이미지이다. 도 7의 (a)와 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, 생산이 용이한 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작할 수 있으므로, 스트레인 센서(10)의 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감시킬 수 있다.7 is an image of the fabrication of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is an image of a matter in which a strain sensor 10 is manufactured by winding a carbon nanotube spun yarn 110 on a rubber band, and FIG. 7 (b) is a carbon nanotube spun yarn in a cylindrical silicon. 110) This is an image of a matter in which the strain sensor 10 is manufactured by winding it up. As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the strain sensor 10 can be manufactured by winding the carbon nanotube spun yarn 110 on an elastic body 120 that is easy to produce. The process of 10) can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

이하, 본 발명의 탄소나노튜브 방적사(110)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the carbon nanotube spinning yarn 110 of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피닝 가능한 탄소나노튜브(250)의 성장 과정의 각 단계를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장한 탄소나노튜브 다발에서 방적사가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.8 is a view showing each step of the growth process of the spinnable carbon nanotubes 250 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a spinning yarn from a bundle of grown carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention It is a diagram showing a process to be formed.

첫째 단계에서, 베이스기재(210)를 마련할 수 있다. 여기서, 베이스기재(210)는 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 베이스기재(210)가 실리콘(Si)으로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 증착이 가능한 유리(Glass) 또는 고분자 화합물을 이용하여 베이스기재(210)가 형성될 수도 있다. In the first step, the base substrate 210 may be provided. Here, the base substrate 210 may be formed of silicon (Si). In the embodiment of the present invention, the base substrate 210 is described as being formed of silicon (Si), but is not limited thereto, and the base substrate 210 is formed using glass or polymer compounds capable of deposition. It may be.

도 8의 ①에서 보는 바와 같이, 둘째 단계에서, 베이스기재(210) 상에 비정질 산화물층(220), 산화알루미늄층(230) 및 촉매층(240)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이 때, 비정질 산화물층(220), 산화알루미늄층(230) 및 촉매층(240)은 습식법(딥코팅, 스핀코팅) 또는 건식법(스퍼터, 전자빔)에 의해 증착되어서 형성될 수 있다. 비정질 산화물층(220)은 절연 및 단열을 위해 베이스기재(210) 위에 코팅된 것으로서, 본 실시예에서는 이산화규소(SiO2)로 이루어질 수 있다.As shown in ① in FIG. 8, in the second step, the amorphous oxide layer 220, the aluminum oxide layer 230, and the catalyst layer 240 may be sequentially formed on the base substrate 210. At this time, the amorphous oxide layer 220, the aluminum oxide layer 230, and the catalyst layer 240 may be formed by being deposited by a wet method (dip coating, spin coating) or a dry method (sputter, electron beam). The amorphous oxide layer 220 is coated on the base substrate 210 for insulation and heat insulation, and may be made of silicon dioxide (SiO 2 ) in this embodiment.

산화알루미늄층(230)은 비정질 산화물층(220)의 위에 1 내지 5나노미터(nm)의 두께로 코팅될 수 있고, 바람직하게는 3나노미터(nm)의 두께로 코팅될 수 있다. 산화알루미늄층(230)은 스피닝이 가능한 탄소나노튜브(250)의 제조를 위한 공정 조건을 확장시키는 역할을 할 수 있다. 이에 대해서는 다섯째 단계에서 상세히 설명하기로 한다. The aluminum oxide layer 230 may be coated on the amorphous oxide layer 220 to a thickness of 1 to 5 nanometers (nm), and preferably may be coated to a thickness of 3 nanometers (nm). The aluminum oxide layer 230 may serve to expand process conditions for the production of the spinnable carbon nanotube 250. This will be described in detail in the fifth step.

산화알루미늄층(230)의 두께가 1 나노미터(nm) 미만인 경우, 산화알루미늄 상에 촉매층(240) 증착 시 산화알루미늄층(230)에 파단이 생성될 수 있다. 그리고, 산화알루미늄층(230)의 두께가 5 나노미터(nm) 초과인 경우, 촉매층(240)에 형성된 파티클(241)이 촉매층(240)을 통과하여 산화알루미늄층(230)으로 확산되는 현상이 발생할 수 있다. When the thickness of the aluminum oxide layer 230 is less than 1 nanometer (nm), a fracture may be generated in the aluminum oxide layer 230 when the catalyst layer 240 is deposited on the aluminum oxide. And, when the thickness of the aluminum oxide layer 230 is more than 5 nanometers (nm), the phenomenon that the particles 241 formed on the catalyst layer 240 passes through the catalyst layer 240 and diffuses into the aluminum oxide layer 230 Can occur.

촉매층(240)은 산화알루미늄층(230) 위에 코팅되는 철(Fe)로 이루어질 수 있다. 촉매층(240)을 형성하는 금속으로 철(Fe) 이외의 금속이 사용될 수 있으나, 철(Fe)로 촉매층(240)을 형성하는 경우 파티클(241)의 형성이 용이할 수 있다.The catalyst layer 240 may be made of iron (Fe) coated on the aluminum oxide layer 230. As a metal forming the catalyst layer 240, a metal other than iron (Fe) may be used, but when the catalyst layer 240 is formed of iron (Fe), formation of the particle 241 may be facilitated.

셋째 단계에서, 둘째 단계의 베이스기재(210)를 챔버 내에 위치시킬 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서, 챔버 내에 분위기 가스, 환원가스와 탄소함유 가스를 주입하면서 챔버 내 온도를 성장 온도까지 상승시킬 수 있다. In the third step, the base substrate 210 of the second step may be located in the chamber. Then, in the fourth step, the temperature in the chamber can be increased to the growth temperature while injecting atmospheric gas, reducing gas and carbon-containing gas into the chamber.

다섯째 단계에서, 촉매층(240)에서 파티클(241)이 형성될 수 있다. 이 때, 분위기 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다. 그리고, 환원가스는 수소 가스일 수 있다. 여기서, 성장 온도는 500 내지 1000도(℃)일 수 있다. In the fifth step, particles 241 may be formed in the catalyst layer 240. At this time, the atmosphere gas may be argon (Ar) gas. Further, the reducing gas may be hydrogen gas. Here, the growth temperature may be 500 to 1000 degrees (℃).

챔버 내 아르곤 가스(250 내지 350 sccm, 바람직하게는 300sccm) 분위기에서 수소 가스(150sccm 내지 700sccm)와 아세틸렌 가스(650 내지 750 sccm, 바람직하게는 700sccm)를 성장 온도(바람직하게는 650℃ 내지 900℃)까지 상승시키면, 필름이었던 촉매가 도 8의 ②에 도시된 바와 같이 수십 nm의 직경을 갖는 파티클(241)로 변할 수 있다. Growth temperature (preferably 650 ° C. to 900 ° C.) of hydrogen gas (150 sccm to 700 sccm) and acetylene gas (650 to 750 sccm, preferably 700 sccm) in an argon gas (250 to 350 sccm, preferably 300 sccm) atmosphere in the chamber. If raised to), the catalyst, which was a film, can be changed into particles 241 having a diameter of several tens of nm as shown in ② in FIG. 8.

스피닝이 가능하기 위해서는 파티클(241)의 직경과 밀도가 각각 15±7 나노미터(nm)와 1.5Х1010/㎠가 되어야 하며, 이를 위한 촉매층(240)의 두께 조건은 1.5 내지 7 나노미터(nm)일 수 있다. In order to be able to spin, the diameter and density of the particles 241 should be 15 ± 7 nanometers (nm) and 1.5Х10 10 / cm 2, respectively, and the thickness condition of the catalyst layer 240 for this is 1.5 to 7 nanometers (nm) ).

촉매층(240)의 두께가 1.5 나노미터(nm) 미만이면, 단위 면적 당 파티클(241) 수(numbers /cm2)가 0.7x1010 미만이 되어, 파티클(241)이 탄소나노튜브(250)로 성장하는 비율이 현저히 감소할 수 있다. 그리고, 촉매층(240)의 두께가 7 나노미터(nm) 미만이면, 마찬가지로, 단위 면적 당 파티클(241) 수(numbers /cm2)가 0.7x1010 미만이 되어, 파티클(241)이 탄소나노튜브(250)로 성장하는 비율이 현저히 감소할 수 있다.When the thickness of the catalyst layer 240 is less than 1.5 nanometers (nm), the number of particles 241 per unit area (numbers / cm 2 ) is less than 0.7x10 10 , so that the particles 241 are converted into carbon nanotubes 250. The rate of growth can be significantly reduced. And, if the thickness of the catalyst layer 240 is less than 7 nanometers (nm), similarly, the number of particles 241 per unit area (numbers / cm 2 ) is less than 0.7x10 10 , so that the particles 241 are carbon nanotubes The growth rate to 250 may be significantly reduced.

산화알루미늄층(230)이 사용되지 않는 경우, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브(250) 제조를 위한 조건은 촉매층(240) 두께 약 4nm, 성장 온도 약 800℃, 수소 가스 400sccm 등으로서, 산화알루미늄층(230)을 사용하는 경우보다 까다로운 공정 조건이 요구될 수 있다.When the aluminum oxide layer 230 is not used, the conditions for producing the carbon nanotubes 250 capable of spinning are catalyst layer 240 thickness of about 4 nm, growth temperature of about 800 ° C., hydrogen gas 400 sccm, and the like, aluminum oxide layer ( 230) may require more demanding process conditions.

산화알루미늄층(230)을 형성하는 경우 공정 조건이 확장되는 이유는, 산화알루미늄이 고온에서 형성된 촉매 금속 파티클(241)의 베이스기재(210)로의 확산을 보호하고 파티클(241) 형성 후 오스트발트 숙성(Ostwald ripening : 작은 입자가 더욱 작게 되어 소명하고, 보다 큰 입자로 성장하는 현상)을 산화막(SiO2)보다 효율적으로 저지하기 때문일 수 있다. When the aluminum oxide layer 230 is formed, the reason why the process conditions are extended is to protect the diffusion of the catalyst metal particles 241 formed at a high temperature to the base substrate 210 of the aluminum oxide, and to aging the Ostwald after forming the particles 241 It may be because (Ostwald ripening: small particles become smaller and clear, and grow into larger particles) more efficiently than oxide film (SiO 2 ).

여섯째 단계에서, 성장 온도를 유지하여 탄소나노튜브(250)를 성장시킬 수 있다. 성장 온도를 유지하며 환원가스인 수소(H2)(350 내지 450 sccm, 바람직하게는 400 sccm)과 탄소함유 가스(본 실시예에서는 C2H2 700 sccm)을 주입하면 고온의 환경에 의해 C-H 분자가 열분해되고 수소(H2)는 외부로 배출되고 탄소 분자만 파티클(241) 위에 증착되고 이것이 육면체 모양을 형성하는 핵화(necleation)가 도 8의 ③에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.In the sixth step, the carbon nanotube 250 may be grown by maintaining the growth temperature. Maintaining the growth temperature and injecting hydrogen (H 2 ) (350 to 450 sccm, preferably 400 sccm) and a carbon-containing gas (C 2 H 2 700 sccm in this embodiment) as a reducing gas CH due to a high temperature environment Molecules are thermally decomposed, hydrogen (H 2 ) is discharged to the outside, and only carbon molecules are deposited on the particles 241 and nucleation, which forms a hexahedral shape, may be formed as shown in ③ of FIG. 8.

계속 성장 온도를 유지하면서 환원가스와 탄소함유 가스를 공급하면 도 8의 ④에 도시된 바와 같이 육면체 모양으로 탄소나노튜브(250)가 성장하며, 탄소함유 가스의 공급을 멈추면 성장이 멈추게 될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 탄소함유 가스로 C2H2가 사용된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 탄소함유 가스가 사용될 수 있으며, 탄소함유 가스의 종류에 따라 챔버 내 주입량은 변경될 수 있다. If the reducing gas and the carbon-containing gas are supplied while maintaining the growth temperature, the carbon nanotube 250 grows in a hexahedral shape as shown in ④ of FIG. 8, and when the supply of the carbon-containing gas is stopped, the growth may be stopped. have. In the embodiment of the present invention, C 2 H 2 is described as being used as a carbon-containing gas, but is not limited thereto, and other carbon-containing gas may be used, and the injection amount in the chamber may be changed according to the type of the carbon-containing gas. You can.

일곱째 단계에서, 탄소나노튜브(250)를 이용하여 탄소나노튜브 방적사(110)를 형성할 수 있다. 성장된 탄소나노튜브(250) 다발(forest 또는 array)에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 직접적으로 필름이나 시트 형태로 뽑을 수 있고, 이 시트를 꼬아서 탄소나노튜브 방적사(yarn)(110)를 형성할 수 있다.In the seventh step, the carbon nanotube spinning yarn 110 may be formed using the carbon nanotube 250. In a bundle of grown carbon nanotubes 250 (forest or array), as shown in FIG. 9, it can be directly pulled out in a film or sheet form, and the sheets are twisted to carbon nanotube yarns 110 Can form.

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 above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects 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 indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

1 : 탄소나노튜브 2 : 구조체
3 : 전극
10 : 스트레인 센서 11 : 단위 스트레인 센서
110 : 탄소나노튜브 방적사 120 : 탄성체
121 : 홈 122 : 홀더
210 : 베이스기재 220 : 비정질 산화물층
230 : 산화알루미늄층 240 : 촉매층
241 : 파티클 250 : 탄소나노튜브
300 : 전극 1: Carbon nanotube 2: Structure
3: electrode
10: strain sensor 11: unit strain sensor
110: carbon nanotube spinning yarn 120: elastic body
121: groove 122: holder
210: base substrate 220: amorphous oxide layer
230: aluminum oxide layer 240: catalyst layer
241: particle 250: carbon nanotube
300: electrode

Claims (10)

스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사; 및
탄성을 구비하며, 상기 탄소나노튜브 방적사와 결합하는 탄성체;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 길이 방향을 따라, 상기 탄성체에 나선형으로 권취되어 결합되며,
상기 탄성체의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈이 형성되어, 상기 탄소나노튜브 방적사가 상기 홈을 따라 상기 탄성체에 나선형으로 권취되고,
상기 탄성체는 상기 홈의 상부를 가로질러 형성되는 홀더를 적어도 하나 이상 구비하며, 상기 홀더는 상기 탄소나노튜브 방적사를 가이드하여 상기 탄소나노튜브 방적사가 상기 홈을 따라 위치하도록 함으로써, 상기 탄성체의 변형에 따른 상기 탄소나노튜브 방적사의 변화가 오차를 최소화하면서 일정하게 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
A carbon nanotube spun yarn formed of a carbon nanotube capable of spinning; And
It includes elastic, elastic body coupled to the carbon nanotube spun yarn; includes,
The carbon nanotube spun yarn is wound in a spiral manner and coupled to the elastic body along the longitudinal direction of the elastic body,
A spiral groove formed along the surface of the elastic body is formed, and the carbon nanotube spun yarn is spirally wound around the elastic body along the groove,
The elastic body has at least one holder formed across the upper portion of the groove, and the holder guides the carbon nanotube spun yarn so that the carbon nanotube spun yarn is positioned along the groove, thereby deforming the elastic body. Strain sensor using a carbon nanotube, characterized in that the variation of the carbon nanotube spinning yarn is performed constantly while minimizing errors.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체의 인장률은 1 내지 300인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The elastic body has a tensile rate of 1 to 300 strain sensor using carbon nanotubes.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The elastic body, strain sensor using a carbon nanotube, characterized in that the cross-section of a circular or polygonal string.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The carbon nanotube spun yarn, a strain sensor using a carbon nanotube, characterized in that the spiral wound at regular intervals on the surface of the elastic body.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체가 복수 개 형성되고, 각각의 상기 탄성체에 각각 상기 탄소나노튜브 방적사가 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
Strain sensor using a carbon nanotube, characterized in that a plurality of the elastic bodies are formed, and the carbon nanotube spun yarn is wound on each of the elastic bodies.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The elastic body is a synthetic resin, rubber and strain sensor using carbon nanotubes, characterized in that formed of at least one material selected from the group consisting of silicone.
청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 7 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 스트레인 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지.
Strain gauge characterized in that it comprises a strain sensor according to any one of claims 1 to 3 and claims 5 to 7.
청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 7 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 스트레인 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
A wearable device comprising the strain sensor according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 7.
청구항 1의 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서를 이용한 스트레인 측정 방법에 있어서,
i) 상기 탄소나노튜브 방적사와 상기 탄성체의 결합으로 형성되는 스트레인 센서를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시키는 단계;
ii) 상기 탄소나노튜브 방적사의 양단을 저항계와 연결하는 단계;
iii) 상기 측정대상의 형상이 변형되면서 상기 스트레인 센서의 형상이 변형되는 단계; 및
iv) 상기 스트레인 센서의 저항 값 변화를 이용하여 상기 측정대상의 인장률을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서를 이용한 스트레인 측정 방법. In the strain measurement method using a strain sensor using a carbon nanotube of claim 1,
i) attaching a strain sensor formed by a combination of the carbon nanotube spun yarn and the elastic body to a measurement object that is a strain measurement object;
ii) connecting both ends of the carbon nanotube yarn with an ohmmeter;
iii) changing the shape of the strain sensor while the shape of the measurement object is deformed; And
iv) measuring the tensile rate of the measurement object using a change in the resistance value of the strain sensor; strain measurement method using a strain sensor using a carbon nanotube comprising a.
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