KR102141666B1 - Dielectric for pressure sensor, method of manufacturing the same and capacitive type pressure sensor - Google Patents

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KR102141666B1 KR1020180145216A KR20180145216A KR102141666B1 KR 102141666 B1 KR102141666 B1 KR 102141666B1 KR 1020180145216 A KR1020180145216 A KR 1020180145216A KR 20180145216 A KR20180145216 A KR 20180145216A KR 102141666 B1 KR102141666 B1 KR 102141666B1
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Abstract

본 발명은 압력센서용 유전체의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체의 제조방법은 (a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 중합체 혼합물에 발포제 및 계면활성제가 용해된 발포제 수용액을 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 단계, (c) 상기 제 2 혼합물에 산성 화합물 및 상기 계면활성제가 용해된 산성 화합물 수용액을 혼합하여 유전체 조성물을 제조하는 단계 및 (d) 상기 유전체 조성물을 가열하여 상기 제 1 중합체 및 상기 제 2 중합체를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric for a pressure sensor, the method for manufacturing a dielectric for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention (a) a mixture of two different first polymer and second polymer mixture The step of preparing, (b) mixing a foaming agent and a solution of a blowing agent in which the surfactant is dissolved in the polymer mixture to prepare a second mixture, (c) the acid in which the acidic compound and the surfactant are dissolved in the second mixture And mixing the aqueous solution of the compound to prepare a dielectric composition and (d) heating the dielectric composition to cure the first polymer and the second polymer.

Figure R1020180145216
Figure R1020180145216

Description

압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 정전용량형 압력센서{DIELECTRIC FOR PRESSURE SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND CAPACITIVE TYPE PRESSURE SENSOR}Dielectric for pressure sensor and its manufacturing method and capacitive pressure sensor{DIELECTRIC FOR PRESSURE SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND CAPACITIVE TYPE PRESSURE SENSOR}

본 발명은 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 정전용량형 압력센서에 관한 것으로, 탄성을 갖는 중합체를 이용하여 기공이 형성된 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 이를 구비하는 정전용량형 압력센서에 관한 것이다.The present invention relates to a dielectric for a pressure sensor, a method for manufacturing the same, and a capacitive pressure sensor, the dielectric for a pressure sensor in which pores are formed using an elastic polymer, and a method for manufacturing the same, and a capacitive pressure sensor having the same will be.

압력센서는 외부 압력에 대하여 기계적인 탄성력을 이용하는 기계적 방식과 외부 압력에 따라 전기적 신호가 변하는 것을 감지하는 전기적 방식으로 나눌 수 있다.The pressure sensor can be divided into a mechanical method using a mechanical elastic force against an external pressure and an electric method for detecting that an electrical signal changes according to the external pressure.

그 중에서도, 전기적 방식을 이용하는 압력센서로 압전형 압력센서, 압저항형 압력센서 및 정전용량형 압력센서 등이 있다. 특히, 정전용량형 압력센서는 압력센서의 전극 사이에 유전체를 형성하여 외부의 압력에 의해 유전체가 압축될 때 변하는 정전용량의 변화를 감지하는 방식이다. 유전체의 종류에 따라 민감도가 달라질 수 있는데, 기계적 압력센서 및 다른 전기적 압력센서에 비해 정확한 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.Among them, there are piezoelectric pressure sensors, piezoresistive pressure sensors, and capacitive pressure sensors as pressure sensors using an electrical method. In particular, the capacitive pressure sensor is a method of forming a dielectric between electrodes of the pressure sensor to sense a change in the capacitance that changes when the dielectric is compressed by external pressure. Sensitivity may vary depending on the type of dielectric, and it has the advantage of being able to measure accurate pressure compared to mechanical pressure sensors and other electrical pressure sensors.

정전용량형 압력센서에 사용되는 유전체는 외부의 압력에 의해 압축되었다가 다시 회복하는 탄성중합체를 사용한다. 탄성중합체의 물성에 따라 압력센서의 민감도, 압력범위 등이 결정된다.The dielectric used in the capacitive pressure sensor uses an elastomer compressed by external pressure and then recovered. Depending on the properties of the elastomer, the sensitivity and pressure range of the pressure sensor are determined.

종래의 정전용량형 압력센서에 사용되는 유전체로는 탄성중합체에 기공을 형성하여 제조하였다. 유전체의 매트릭스가 되는 탄성중합체와 형성되는 기공의 크기 및 밀도에 따라 유전체의 탄성력, 즉 압력센서의 민감도가 달라질 수 있다. 그러나, 특정 압력센서로 사용되기에 요구되는 민감도를 가지도록 유전체의 물성을 조절하는 것이 쉽지 않았고, 공정 과정 중 불필요한 과정이 수반되며 성능이 좋지 않은 문제점이 있었다.The dielectric used in the conventional capacitive pressure sensor was manufactured by forming pores in an elastomer. The elastic force of the dielectric, that is, the sensitivity of the pressure sensor may vary depending on the size and density of the elastomer and the pores formed as the matrix of the dielectric. However, it was not easy to control the properties of the dielectric so as to have the sensitivity required to be used as a specific pressure sensor, and there was a problem in that performance was poor and unnecessary processes were involved in the process.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 두 종의 중합체를 이용하여 기공이 형성된 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 이를 구비하는 정전용량형 압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve a number of problems, including the above problems, the pressure sensor dielectric and the manufacturing method and the capacitive pressure sensor having the same for the pores are formed using two different polymers It is aimed at providing.

또한, 본 발명은 압력센서용 유전체에 형성되는 기공의 크기 및 밀도를 조절하여 압력센서의 민감도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to improve the sensitivity of the pressure sensor by adjusting the size and density of pores formed in the dielectric for the pressure sensor.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, (a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 중합체 혼합물에 발포제 및 계면활성제가 용해된 발포제 수용액을 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 단계, (c) 상기 제 2 혼합물에 산성 화합물 및 상기 계면활성제가 용해된 산성 화합물 수용액을 혼합하여 유전체 조성물을 제조하는 단계 및 (d) 상기 유전체 조성물을 가열하여 상기 제 1 중합체 및 상기 제 2 중합체를 경화시키는 단계를 포함하는, 압력센서용 유전체의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention for solving the above problems, (a) mixing two different first and second polymers to prepare a polymer mixture, (b) blowing agent and surfactant in the polymer mixture Preparing a second mixture by mixing an aqueous solution of a blowing agent dissolved therein, (c) preparing an dielectric composition by mixing an aqueous solution of an acidic compound in which the acidic compound and the surfactant are dissolved in the second mixture, and (d) A method of manufacturing a dielectric for a pressure sensor is provided, comprising heating the dielectric composition to cure the first polymer and the second polymer.

상기 압력센서용 유전체의 제조방법에서, 상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.In the method of manufacturing the dielectric for the pressure sensor, the first polymer and the second polymer are each at least one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS). Can.

상기 압력센서용 유전체의 제조방법의 상기 (b) 단계에서, 상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 (c) 단계에서, 상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함할 수 있다.In step (b) of the method for manufacturing the dielectric for the pressure sensor, the blowing agent is in the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 It includes at least one selected, and in step (c), the acidic compound may include citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH).

상기 압력센서용 유전체의 제조방법의 상기 (c) 단계에서, 상기 유전체 조성물 중에서 상기 발포제와 상기 산성 화합물이 차지하는 중량비는 25wt% 내지 40wt%이며, 상기 (d) 단계에서, 가열은 80℃ 내지 150℃에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In step (c) of the method for manufacturing the dielectric for the pressure sensor, the weight ratio of the foaming agent and the acidic compound in the dielectric composition is 25 wt% to 40 wt%, and in the step (d), heating is 80° C. to 150° C. It may be characterized by performing at ℃.

상기 압력센서용 유전체의 제조방법의 상기 (c) 단계 내지 상기 (d) 단계 중의 적어도 어느 하나의 단계에서, 상기 발포제와 상기 산성 화합물이 반응하여 기체를 생성하고 상기 기체가 상기 중합체 혼합물 매트릭스 상에 기공을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In at least one of steps (c) to (d) of the method for producing a dielectric for a pressure sensor, the blowing agent and the acidic compound react to produce a gas and the gas is on the polymer mixture matrix. It may be characterized by forming pores.

상기 압력센서용 유전체의 제조방법에서, 상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체 중에서 점도가 상대적으로 높은 중합체의 함량이 높을수록, 상기 발포제의 함량이 높을수록, 상기 산성 화합물의 함량이 높을수록, 상기 기공의 크기가 더 커지고, 상기 유전체의 압력에 대한 민감도가 상승하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the method for producing the dielectric for the pressure sensor, the higher the content of the polymer having a relatively high viscosity among the first and second polymers, the higher the content of the blowing agent, the higher the content of the acidic compound, and the pores It can be characterized in that the larger the size, the higher the sensitivity to the pressure of the dielectric.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체가 혼합된 중합체 혼합물을 매트릭스(matrix)로 하되, 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 기공이 형성된 것을 특징으로 하는, 압력센서용 유전체를 제공한다.According to another aspect of the present invention for solving the above problems, a polymer mixture in which two different first and second polymers are mixed is used as a matrix, wherein pores are formed in the polymer mixture matrix. , It provides dielectric for pressure sensor.

상기 압력센서용 유전체에서, 상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.In the dielectric for the pressure sensor, the first polymer and the second polymer may each be at least one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS).

상기 압력센서용 유전체에서, 상기 기공은 발포제와 산성 화합물이 반응하여 생성된 기체에 의하여 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In the dielectric for the pressure sensor, the pores may be formed in the polymer mixture matrix by a gas generated by reaction of a blowing agent and an acidic compound.

상기 압력센서용 유전체에서, 상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함할 수 있다.In the dielectric for the pressure sensor, the blowing agent includes at least one selected from the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 , and The acidic compound may include citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH).

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 관점에 따르면 서로 이격되어 배치된 상부 전극과 하부 전극; 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 개재되며, 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체가 혼합된 중합체 혼합물을 매트릭스(matrix)로 하되, 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 기공이 형성된, 압력센서용 유전체;를 포함하는, 정전용량형 압력센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention for solving the above problems, the upper electrode and the lower electrode disposed spaced apart from each other; And a polymer mixture interposed between the upper electrode and the lower electrode, in which two different types of the first polymer and the second polymer are mixed as a matrix, wherein pores are formed in the polymer mixture matrix. It provides a capacitive pressure sensor comprising a; dielectric.

상기 정전용량형 압력센서에서, 상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.In the capacitive pressure sensor, the first polymer and the second polymer may each be at least one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS). .

상기 정전용량형 압력센서에서, 상기 기공은 발포제와 산성 화합물이 반응하여 생성된 기체에 의하여 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In the capacitive pressure sensor, the pores may be characterized by being formed in the polymer mixture matrix by a gas generated by the reaction of a blowing agent and an acidic compound.

상기 정전용량형 압력센서에서, 상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함할 수 있다. In the capacitive pressure sensor, the blowing agent includes at least one selected from the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 , The acidic compound may include citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH).

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 두 종의 중합체와 발포제 및 산성 화합물을 이용하여 기공이 형성된 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 이를 구비하는 정전용량형 압력센서를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, using two different types of polymers and foaming agents and acidic compounds provides a pressure sensor dielectric having pores and a manufacturing method thereof and a capacitive pressure sensor having the same can do.

또한, 본 발명에 따르면, 중합체, 발포제 및 산성 화합물의 조성물 내의 비율을 조절하여 압력센서용 유전체에 형성되는 기공의 크기 및 밀도를 조절하여 압력센서의 민감도를 향상시키는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of improving the sensitivity of the pressure sensor by controlling the size and density of pores formed in the dielectric for the pressure sensor by adjusting the ratio in the composition of the polymer, blowing agent and acidic compound.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 비교예들에 따른 표면에 형성된 기공을 나타내는 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)사진이다.
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른 압력센서용 유전체의 유전율변화 실험 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수소나트륨과 구연산 수용액을 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체의 정전용량 변화율(ΔC/C0) 측정 실험 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 압력센서용 유전체의 압축응력-압축 연신율 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 압력센서용 유전체의 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 유전체 단면의 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)사진들이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 압력과 정전용량 변화율(ΔC/C0)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 압축응력과 압축변형률의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 경화온도에 따른 민감도를 압력 범위 별로 구분하여 추출한 그래프들이다.
도 17은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 마이크로 CT 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 압력과 정전용량 변화율(ΔC/C0)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 민감도를 압력 범위 별로 구분하여 추출한 그래프들이다.
도 22는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서로 측정 가능한 최저 압력을 평가한 실험결과를 도해한 도면이다.
도 23은 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 압력에 따른 반응시간을 나타낸 그래프이고, 도 24는 도 23의 M1 영역을 확대한 그래프이다.
도 25는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 압력에 따른 반응시간을 나타낸 그래프이고, 도 26은 도 25의 M2 영역을 확대한 그래프이고, 도 27은 도 25의 M3 영역을 확대한 그래프이다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 신뢰성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a dielectric for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a dielectric for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are scanning electron microscopy (SEM) photographs showing pores formed on surfaces according to comparative examples of the present invention.
Figure 6 shows the results of the dielectric constant change experiment of the pressure sensor dielectric according to a comparative example of the present invention.
7 is a photograph showing an aqueous sodium hydrogen carbonate and citric acid solution according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the experimental results of the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) measurement of the dielectric for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a compression stress-compression elongation graph of a dielectric for a pressure sensor according to embodiments of the present invention.
10 is a graph showing a result of measuring a rate of change of capacitance (ΔC/C 0 ) of a dielectric for a pressure sensor according to embodiments of the present invention.
11 is a scanning electron microscopy (SEM) pictures of a dielectric cross section according to the curing temperature in the third experimental example of the present invention.
12 is a graph showing a relationship between a pressure sensor dielectric and a capacitance change rate (ΔC/C 0 ) according to a curing temperature in a third experimental example of the present invention.
13 is a graph showing the relationship between the compressive stress and the compressive strain of the pressure sensor dielectric according to the curing temperature in the third experimental example of the present invention.
14 to 16 are graphs obtained by dividing the sensitivity according to the curing temperature of the pressure sensor dielectric according to the curing temperature according to the pressure range in the third experimental example of the present invention.
17 is a view showing the results of micro-CT analysis of the dielectric for pressure sensors according to the ratio of pore-forming precursors in the third experimental example of the present invention.
18 is a graph showing the relationship between the pressure change rate and the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) of the pressure sensor dielectric according to the pore forming precursor ratio in the third experimental example of the present invention.
19 to 21 are graphs obtained by dividing the sensitivity of the dielectric for the pressure sensor according to the ratio of the pore-forming precursor in the third experimental example of the present invention by pressure range.
22 is a diagram illustrating an experimental result of evaluating the lowest pressure measurable with a pressure sensor in the third experimental example of the present invention.
23 is a graph showing the reaction time according to the pressure of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention, and FIG. 24 is an enlarged graph of the M1 region of FIG. 23.
25 is a graph showing the reaction time according to the pressure of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention, FIG. 26 is an enlarged graph of the M2 region of FIG. 25, and FIG. 27 is an enlarged graph of the M3 region of FIG. 25. to be.
28 and 29 are graphs showing the reliability evaluation results of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.For a detailed description of the present invention, which will be described later, reference is made to the accompanying drawings that illustrate, by way of example, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These examples are described in detail enough to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and properties described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or placement of individual components within each disclosed embodiment can be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all ranges equivalent to those claimed. In the drawings, similar reference numerals refer to the same or similar functions across various aspects, and length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those skilled in the art to easily implement the present invention.

압력센서용 유전체 제조방법Dielectric manufacturing method for pressure sensor

도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체(100)의 제조방법에 대하여 설명한다.A method of manufacturing the dielectric 100 for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 2.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체(100)의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체(100)의 제조방법을 나타내는 개략도이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a pressure sensor dielectric 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a pressure sensor dielectric 100 according to an embodiment of the present invention to be.

도 1을 참조하면, 압력센서용 유전체(100)의 제조방법은, (a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체(210) 및 제 2 중합체(220)를 혼합하여 중합체 혼합물(200)을 제조하는 단계, (b) 중합체 혼합물(200)에 발포제(310) 및 계면활성제(320)가 용해된 발포제 수용액(350)을 혼합하여 제 2 혼합물(300)을 제조하는 단계, (c) 제 2 혼합물(300)에 산성 화합물(410) 및 계면활성제(320)가 용해된 산성 화합물 수용액(450)을 혼합하여 유전체 조성물(400)을 제조하는 단계 및 (d) 유전체 조성물(400)을 가열하여 제 1 중합체(210) 및 제 2 중합체(220)를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing the dielectric 100 for a pressure sensor, (a) mixing two different first polymers 210 and second polymers 220 to prepare a polymer mixture 200 Step, (b) preparing the second mixture 300 by mixing the foaming agent 310 and the aqueous solution 350 of the surfactant 320 dissolved in the polymer mixture 200, (c) the second mixture ( Preparing the dielectric composition 400 by mixing the acidic compound 410 and the aqueous solution of the acidic compound 450 in which the surfactant 320 is dissolved in 300) and (d) heating the dielectric composition 400 to obtain the first polymer. It may include the step of curing the 210 and the second polymer 220.

먼저, (a) 단계에서, 서로 다른 두 종의 중합체는 고분자로써 탄성을 가진 탄성 중합체일 수 있다. 압력센서용 유전체(100)에 사용되는 중합체는, 외부의 압력에 의해 압축되었다가 다시 원상태로 회복될 수 있다. 외부의 압력에 의해 압축될 때 유전체의 유전율이 변하여 센서로 작용하고 다시 초기의 상태를 회복하며, 수 회의 반복 사용에도 동일한 성능을 가지기 위해 중합체가 탄성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 두 종의 중합체는 탄성을 가진 탄성 중합체일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 단계에서, 제 1 중합체(210) 및 제 2 중합체(220)는 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurathane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 제 1 중합체(210) 및 제 2 중합체(220)는 바람직하게는 실록산기(Siloxane, -Si-O-)를 포함하는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리뷰티레이트(Polybutyrate)를 포함할 수도 있다.First, in step (a), two different types of polymers may be elastomers having elasticity as a polymer. The polymer used for the pressure sensor dielectric 100 may be compressed by external pressure and then restored to its original state. When compressed by external pressure, the dielectric constant of the dielectric changes, acting as a sensor, regaining its initial state, and the polymer may have elasticity to have the same performance even after repeated use. Accordingly, two different types of polymers according to an embodiment of the present invention may be elastic elastomers. According to an embodiment of the present invention, in step (a), the first polymer 210 and the second polymer 220 are polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS). It may be at least one selected from the group consisting of. The first polymer 210 and the second polymer 220 may preferably include polydimethylsiloxane (PDMS) or polybutyrate including siloxane groups (Siloxane, -Si-O-). have.

서로 다른 두 종의 제 1 중합체(210)와 제 2 중합체(220)를 혼합한 중합체 혼합물(200)을 형성할 수 있다. 하나의 중합체만을 이용하여 제조한 유전체의 경우, 탄성에 의한 내구성 및 유전율 변화가 미약하지만, 서로 다른 두 종의 중합체를 이용할 경우, 내구성이 향상되고, 특히 혼합 비율을 조절하여 정전용량 변화율을 조절할 수 있다. 이는 압력센서의 성능을 측정하는 요소 중 하나인 민감도를 조절할 수 있는 효과가 있다.A polymer mixture 200 in which two different types of the first polymer 210 and the second polymer 220 are mixed may be formed. In the case of a dielectric produced using only one polymer, the durability and the dielectric constant change due to elasticity are weak, but when two different types of polymer are used, the durability is improved, and in particular, the rate of change in capacitance can be adjusted by adjusting the mixing ratio. have. This has the effect of adjusting the sensitivity, which is one of the factors measuring the performance of the pressure sensor.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중합체 혼합물(200)은, 중합체 혼합물(200) 100중량% 대비, 제 1 중합체(210)는 35중량% 내지 55중량%, 제 2 중합체(220)는 45중량% 내지 65중량%를 포함할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the polymer mixture 200, compared to 100% by weight of the polymer mixture 200, the first polymer 210 is 35% to 55% by weight, the second polymer 220 is 45% to 65% by weight.

제 1 중합체(210)와 제 2 중합체(220)는 서로 다른 종류의 중합체이기 때문에 분자량, 점도 등 물성이 다를 수 있다. 특히, 점도가 더 높은 중합체가 많이 포함될 경우, 압력센서용 유전체(100)의 점성이 상승하여 탄성력이 향상될 수 있다. 이는 압력센서를 수회 반복하여 사용하여도 동일한 수준의 성능을 보일 수 있는 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 따라서, 제 1 중합체(210)와 제 2 중합체(220)의 혼합 비율을 조절하여 중합체 혼합물(200)을 제조할 수 있다. 바람직하게는, 점도가 낮은 제 1 중합체(210)는 45중량%, 제 2 중합체(220)는 55중량%를 포함할 수 있다.Since the first polymer 210 and the second polymer 220 are different types of polymers, physical properties such as molecular weight and viscosity may be different. In particular, when a lot of polymers having a higher viscosity are included, the viscosity of the dielectric 100 for a pressure sensor increases, so that an elastic force can be improved. This has the effect of improving the durability that can show the same level of performance even when the pressure sensor is repeatedly used several times. Accordingly, the polymer mixture 200 may be prepared by adjusting the mixing ratio of the first polymer 210 and the second polymer 220. Preferably, the first polymer 210 having a low viscosity may include 45% by weight, and the second polymer 220 may include 55% by weight.

다음으로, (b) 단계에서, 발포제(310)와 계면활성제(320)를 포함하는 발포제 수용액(350)을 제조할 수 있다. 발포제(310)는 유전체 조성물(400)이 경화되어 압력센서용 유전체(100)를 형성할 때 기체를 생성하기 위해 포함될 수 있다. 발포제(310)는 온도변화 또는 화학반응에 의해 기체를 발생할 수 있다. 가열에 의한 기체생성은 공정이 단순하나 온도에 의해 물성의 변화가 생길 수 있지만, 화학반응에 의한 기체 생성은 첨가물의 함량을 조절하여 물성의 변화 없이 기체생성에 의해 기공을 형성할 수 있다.Next, in step (b), a foaming agent aqueous solution 350 including the foaming agent 310 and the surfactant 320 may be prepared. The blowing agent 310 may be included to generate a gas when the dielectric composition 400 is cured to form the dielectric 100 for a pressure sensor. The blowing agent 310 may generate gas by a temperature change or a chemical reaction. Gas generation by heating is simple, but physical properties may change with temperature, but gas generation by chemical reaction can control the content of additives to form pores by gas generation without changing physical properties.

계면활성제(320)는 발포제 수용액(350)에 포함되어 중합체 혼합물(200)에서 발포제(310)를 분산시킬 수 있다. 발포제(310)가 발포제 수용액(350) 내에서 이온화하여 극성을 가지고, 중합체가 소수성을 가질 경우, 발포제 수용액(350)이 중합체 혼합물(200)과 상 분리될 수 있는데, 이 경우, (d) 단계에서 발포제(310)가 생성하는 기체가 중합체의 전 영역에서 균일하게 기공을 형성하지 못하고, 일부 영역에만 기공을 형성할 수도 있다. 즉, 압력센서용 유전체(100)가 일부 영역이 다른 물성을 가질 수도 있는 것을 의미한다. 따라서, 발포제 수용액(350)에 계면활성제(320)를 혼합하여 발포제(310)를 중합체 혼합물(200)에 분산시킬 수 있다. 계면활성제(320)는, 바람직하게는 소듐데도실벤젠설포네이트(Sodium dedocylbenzenesulfonate, SDBS)일 수 있다.The surfactant 320 may be included in the blowing agent aqueous solution 350 to disperse the blowing agent 310 in the polymer mixture 200. When the blowing agent 310 is polarized by ionizing in the blowing agent aqueous solution 350, and the polymer has hydrophobicity, the aqueous blowing agent solution 350 may be phase separated from the polymer mixture 200, in this case, step (d). In the gas generated by the blowing agent 310 does not uniformly form pores in all regions of the polymer, and may form pores in only some regions. That is, it means that some regions of the pressure sensor dielectric 100 may have different physical properties. Therefore, the surfactant 320 may be mixed with the aqueous foaming agent solution 350 to disperse the foaming agent 310 in the polymer mixture 200. The surfactant 320 may be preferably sodium dedocylbenzenesulfonate (SDBS).

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, (b) 단계에서, 발포제(310)는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 발포제 수용액(350)은, 계면활성제(320)의 농도는 0.1중량% 내지 0.3중량%이고 발포제(310)의 농도는 2.7중량% 내지 4.9중량%일 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, in step (b), the blowing agent 310 is H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 It includes at least one selected from the group consisting of, the concentration of the foaming agent aqueous solution 350, the surfactant 320 is 0.1% to 0.3% by weight and the concentration of the foaming agent 310 may be 2.7% to 4.9% by weight have.

발포제(310)는 발포제 수용액(350)에서 이온화하여 존재할 수 있는데, 음이온으로 탄산수소이온(HCO3-)을 생성할 수 있다. 탄산수소이온은 온도가 상승하거나 산성 화합물의 수소이온(H+)과 반응하여 기체를 생성할 수 있다. 화학반응에 의해 생성된 기체는 유전체 조성물(400)의 경화온도에서 기화되면서 압력센서용 유전체(100)기공을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 발포제(310)는 NaHCO3인 베이킹 소다(Baked Soda)일 수 있다. 계면활성제(320)는 발포제 수용액(350) 내에서 소량 첨가되어 중합체 혼합물(200)에 발포제(310)를 잘 분산시킬 수 있다. (b) 단계에서 제조된 제 2 혼합물(300)은 계면활성제(320)에 의해 소수성인 중합체와 극성인 발포제 수용액(350)이 혼합된 유화액을 형성할 수 있다.The blowing agent 310 may be present by being ionized in the blowing agent aqueous solution 350, and may generate hydrogen carbonate ions (HCO 3 ) as anions. Hydrogen carbonate ions may generate gas by increasing temperature or reacting with hydrogen ions (H + ) of acidic compounds. The gas generated by the chemical reaction may vaporize at the curing temperature of the dielectric composition 400 to form the pores of the dielectric 100 for the pressure sensor. Preferably, the blowing agent 310 may be NaHCO 3 Baked Soda. The surfactant 320 may be added in a small amount in the aqueous blowing agent solution 350 to well disperse the blowing agent 310 in the polymer mixture 200. The second mixture 300 prepared in step (b) may form an emulsion in which a hydrophobic polymer and a polar blowing agent aqueous solution 350 are mixed by the surfactant 320.

한편, 발포제(310)는 압력센서용 유전체의 기공의 크기 및 밀도에 영향을 줄 수 있고, 제 2 혼합물(300) 내에서 유화액을 형성하기 위해 발포제 수용액(350) 내에서 함량이 조절될 수 있다. 발포제(310)의 함량이 증가할수록 많은 기체가 생성되기 때문에 기공의 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 압력센서로 사용될 수 있을 정도의 민감도를 갖는 압력센서용 유전체(100)를 제조하기 위해, 발포제 수용액(350) 내에 발포제(310)의 농도는 2.7중량% 내지 4.9중량%이고, 계면활성제(320)의 농도는 0.1중량% 내지 0.5중량%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 발포제(310)는 5wt%이고, 계면활성제(320)는 0.3wt%일 수 있다.On the other hand, the blowing agent 310 may affect the size and density of the pores of the dielectric for the pressure sensor, and the content may be adjusted in the blowing agent aqueous solution 350 to form an emulsion in the second mixture 300. . As the content of the blowing agent 310 increases, the density of pores can be increased because more gas is generated. Therefore, in order to prepare the dielectric 100 for a pressure sensor having a sensitivity sufficient to be used as a pressure sensor, the concentration of the blowing agent 310 in the blowing agent aqueous solution 350 is 2.7% to 4.9% by weight, and the surfactant ( The concentration of 320) may be 0.1% to 0.5% by weight. More preferably, the blowing agent 310 is 5wt%, and the surfactant 320 may be 0.3wt%.

다음으로, (c) 단계에서, 산성 화합물(410)과 계면활성제(320)를 포함하는 산성 화합물 수용액(450)을 제조할 수 있다. 산성 화합물(410)은 발포제(310)와 반응하여 기체를 생성하기 위해 포함될 수 있다. 발포제(310)에 포함되어 있는 탄산수소이온과 산성 화합물(410)의 수소이온이 반응하여 기체를 생성한다. 계면활성제(320)는 발포제 수용액(350)과 마찬가지로, 산성 화합물 수용액(450)에 포함되어 중합체 혼합물(200)에서 산성 화합물(410)을 분산시킬 수 있다.Next, in step (c), an acidic compound aqueous solution 450 including an acidic compound 410 and a surfactant 320 may be prepared. The acidic compound 410 may be included to react with the blowing agent 310 to generate gas. Hydrogen ions contained in the blowing agent 310 react with hydrogen ions of the acidic compound 410 to produce gas. The surfactant 320 may be included in the aqueous solution of the acidic compound 450 and disperse the acidic compound 410 in the polymer mixture 200, similarly to the aqueous solution 350 of the blowing agent.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, (c) 단계에서, 산성 화합물(410)은 pH가 3 내지 5이고, 산성 화합물 수용액(450)은, 계면활성제(320)의 농도는 0.1중량% 내지 0.5중량%이고 산성 화합물(410)의 농도는 64.7중량% 내지 74.9중량% 일 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, in step (c), the acidic compound 410 has a pH of 3 to 5, the acidic compound aqueous solution 450, the concentration of the surfactant 320 is 0.1% by weight to It is 0.5% by weight and the concentration of the acidic compound 410 may be 64.7% by weight to 74.9% by weight.

산성 화합물(410)의 pH가 낮은 강산일 경우, 압력센서용 유전체(100)의 중합체에 영향을 줄 수 있기 때문에 발포제(310)와 기체를 생성할 수 있을 정도의 pH를 가지도록 조절될 필요가 있다. 바람직하게는, 산성 화합물(410)은 pH가 3.5 일 수 있고, 구연산(Citric acid, C6H8O7)을 포함할 수 있다. 그리고, 산성 화합물(410)도 압력센서용 유전체(100)의 기공의 크기 및 밀도에 영향을 줄 수 있고, 유전체 조성물(400) 내에서 유화액을 형성하기 위해서 산성 화합물 수용액(450) 내에서 함량이 조절될 수 있다. 산성 화합물(410)의 함량이 증가할수록 많은 기체가 생성되기 때문에 기공의 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 압력센서로 사용될 수 있을 정도의 민감도를 갖는 압력센서용 유전체(100)를 제조하기 위해, 산성 화합물 수용액(450) 내에 산성 화합물(410)은 농도가 64.7중량% 내지 74.9중량%이고, 계면활성제(320)는 농도가 0.1중량% 내지 0.5중량%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 산성 화합물(410)은 농도가 70중량%이고, 계면활성제(320)는 농도가 0.3중량%일 수 있다.When the pH of the acidic compound 410 is a low acid, it may need to be adjusted to have a pH sufficient to generate the blowing agent 310 and gas because it may affect the polymer of the dielectric 100 for pressure sensors. have. Preferably, the acidic compound 410 may have a pH of 3.5, and may include citric acid (C 6 H 8 O 7 ). And, the acidic compound 410 can also affect the size and density of the pores of the dielectric 100 for the pressure sensor, and the content in the acidic compound aqueous solution 450 to form an emulsion in the dielectric composition 400. Can be adjusted. As the content of the acidic compound 410 increases, the density of pores can be increased because more gas is generated. Therefore, in order to prepare a dielectric 100 for a pressure sensor having a sensitivity sufficient to be used as a pressure sensor, the acidic compound 410 in the acidic compound aqueous solution 450 has a concentration of 64.7 wt% to 74.9 wt%, and an interface The active agent 320 may have a concentration of 0.1% to 0.5% by weight. More preferably, the acidic compound 410 may have a concentration of 70% by weight, and the surfactant 320 may have a concentration of 0.3% by weight.

그리고, 산성 화합물 수용액(450)을 제 2 혼합물(300)과 혼합하여 유전체 조성물(400)을 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력센서용 유전체 조성물(100)은 서로 다른 두 종의 중합체가 혼합된 중합체 혼합물(200) 및 발포제(310), 산성 화합물(410) 및 계면활성제(320)가 용해된 수용액을 포함하고, 수용액은 중합체 혼합물(200)에 분산될 수 있다.In addition, the dielectric composition 400 may be prepared by mixing the acidic compound aqueous solution 450 with the second mixture 300. According to an embodiment of the present invention, the pressure sensor dielectric composition 100 is a mixture of two different polymers, the polymer mixture 200 and the blowing agent 310, the acidic compound 410 and the surfactant 320 It contains a dissolved aqueous solution, the aqueous solution may be dispersed in the polymer mixture (200).

한편, (c) 단계에서, 유전체 조성물(400)은, 유전체 조성물(400) 100중량% 대비, 발포제 수용액(350) 및 산성 화합물 수용액(450)은 총 40중량% 내지 50중량%, 중합체 혼합물(200)은 50중량% 내지 60중량%를 포함할 수 있다.On the other hand, in the step (c), the dielectric composition 400, the dielectric composition 400, 100% by weight of the foaming agent aqueous solution 350 and the acidic compound aqueous solution 450 is a total of 40% to 50% by weight, the polymer mixture ( 200) may include 50% to 60% by weight.

압력센서용 유전체(100)는 유전체 조성물(400)을 경화시켜 제조할 수 있는데, 유전체 조성물(400)의 조성비에 따라 압력센서용 유전체(100)의 물성이 변할 수 있다. 유전체 조성물(400)에 포함되는 중합체 혼합물(200), 발포제 수용액(350) 및 산성 화합물 수용액(450)의 혼합비율을 조절하여 유전체 조성물(400) 100중량% 대비 각각의 조성비율을 조절할 수 있다. 중합체 혼합물(200)에서 점도가 낮은 중합체의 함량이 낮을수록, 유전체 조성물(400)에서 발포제(310)와 산성 화합물(410)의 비율이 높을수록 압력센서용 유전체(100) 내의 기공의 크기와 밀도가 증가하여 압력센서의 민감도가 커지는 효과가 있다. 따라서, 유전체 조성물(400) 내에 발포제(310) 및 산성 화합물(410)은 유전체 조성물(400) 100중량% 대비 총 40중량% 내지 50중량%, 중합체 혼합물(200)은 50중량% 내지 60중량%일 수 있고, 바람직하게는 발포제 수용액(350) 및 산성 화합물 수용액(450)은 45중량%, 중합체 혼합물은 55중량%를 포함할 수 있다.The dielectric 100 for the pressure sensor may be prepared by curing the dielectric composition 400, and physical properties of the dielectric 100 for the pressure sensor may be changed according to the composition ratio of the dielectric composition 400. The composition ratio of each of the polymer composition 200 included in the dielectric composition 400, the foaming agent aqueous solution 350, and the acidic compound aqueous solution 450 may be adjusted to control the composition ratio of 100% by weight of the dielectric composition 400. The lower the content of the polymer having a low viscosity in the polymer mixture 200, the higher the proportion of the blowing agent 310 and the acidic compound 410 in the dielectric composition 400, the larger the size and density of the pores in the dielectric 100 for the pressure sensor. Increases, the sensitivity of the pressure sensor increases. Accordingly, the foaming agent 310 and the acidic compound 410 in the dielectric composition 400 are 40% to 50% by weight, compared to 100% by weight of the dielectric composition 400, and the polymer mixture 200 is 50% to 60% by weight. It may be, preferably, the blowing agent aqueous solution 350 and the acidic compound aqueous solution 450 may include 45% by weight, and the polymer mixture may include 55% by weight.

다음으로, (d) 단계에서, 유전체 조성물(400)을 가열하여 제 1 중합체(210) 및 제 2 중합체(220)를 경화시킬 수 있다. 중합체 혼합물(200), 발포제 수용액(350) 및 산성 화합물 수용액(450)을 혼합한 유전체 조성물(400)은 액상의 점도를 가진 물질이다. 이를 가열하여 경화시켜 압력센서용 유전체(100)를 제조할 수 있다.Next, in step (d), the dielectric composition 400 may be heated to cure the first polymer 210 and the second polymer 220. The dielectric composition 400 in which the polymer mixture 200, the aqueous foaming agent solution 350, and the acidic compound aqueous solution 450 are mixed is a material having a liquid viscosity. The dielectric 100 for a pressure sensor may be manufactured by heating and curing it.

한편, (d) 단계에서, 가열은 80℃ 내지 150℃에서 수행하고, 발포제(310)와 산성 화합물(410)이 반응하여 기체가 생성되고, 기체가 중합체 혼합물(200) 매트릭스 상에 기공을 형성 할 수 있다.On the other hand, in step (d), heating is performed at 80° C. to 150° C., the blowing agent 310 reacts with the acidic compound 410 to produce gas, and the gas forms pores on the polymer mixture 200 matrix. can do.

가열에 의해 유전체 조성물(400)의 중합체가 경화될 때, 발포제(310)와 산성 화합물(410)이 기체를 생성하여 중합체 혼합물(200) 매트릭스 상에 기공을 형성할 수 있다. 유전체 조성물(400)을 가열하면 발포제(310) 및 산성 화합물(410)은 반응이 촉진되어 기체를 생성하고, 중합체는 경화되면서 발생한 기체가 중합체 혼합물(200) 매트릭스 상에 기공을 형성한다. 형성되는 기공의 크기와 분포는 중합체와 발포제(310) 및 산성 화합물(410)의 함량비율에 따라 달라질 수 있는데, 유전체 조성물(400)의 경화온도에 의해서도 기공의 형태가 달라질 수 있다.When the polymer of the dielectric composition 400 is cured by heating, the blowing agent 310 and the acidic compound 410 can generate gas to form pores on the polymer mixture 200 matrix. When the dielectric composition 400 is heated, the blowing agent 310 and the acidic compound 410 accelerate the reaction to generate gas, and the gas generated while curing the polymer forms pores on the matrix of the polymer mixture 200. The size and distribution of the pores formed may vary depending on the content ratio of the polymer and the blowing agent 310 and the acidic compound 410, and the shape of the pores may also vary depending on the curing temperature of the dielectric composition 400.

유전체 조성물(400)의 경화온도가 높으면, 기체가 급격한 속도로 생성되어 중합체가 경화되기 전에 매트릭스 상에 큰 기공을 형성할 수 있다. 반면에, 경화온도가 낮으면 중합체가 경화되기에 충분한 시간이 주어지기 때문에, 기공의 크기가 작고, 균일한 분포를 가지며 형성될 수 있다. 따라서, 압력센서용 유전체(100)에 요구되는 민감도를 가지도록 유전체 조성물의 경화온도를 조절할 수 있다. 유전체 조성물(400)은 80℃ 내지 150℃에서 가열할 수 있고, 바람직하게는 110℃일 수 있다.When the curing temperature of the dielectric composition 400 is high, gas can be generated at a rapid rate to form large pores on the matrix before the polymer is cured. On the other hand, if the curing temperature is low, since sufficient time is given for the polymer to cure, the pore size is small, and can be formed with a uniform distribution. Therefore, the curing temperature of the dielectric composition can be adjusted to have the sensitivity required for the dielectric 100 for the pressure sensor. The dielectric composition 400 may be heated at 80°C to 150°C, and preferably 110°C.

압력센서 제조방법Pressure sensor manufacturing method

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체(100)를 포함하는 압력센서(500)의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 3, a method of manufacturing a pressure sensor 500 including a dielectric 100 for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(500)의 제조방법을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a pressure sensor 500 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 완전히 경화된 압력센서용 유전체(100)를 기판의 형태로 제조하고, 그 상부에 은(Ag) 나노와이어(600)를 스프레이 코팅한 후, 그 상부에 일부 경화되어 점도가 유지된 압력센서용 유전체(100)를 기판의 형태로 적층한다. 압력센서용 유전체(100)-은 나노와이어(600)-압력센서용 유전체(100)의 형태로 적층된 구조는 압력센서(500)에서 유전체 전극(510)을 형성할 수 있다. 상기 유전체 전극(510)의 상부에 폼(Foam) 형태로 제조한 압력센서용 유전체(100)를 준비한다. 점도가 유지된 압력센서용 유전체(100)는 접착력이 유지되기 때문에, 폼 형태의 압력센서용 유전체(100)와 접합이 가능하다. 폼 형태의 압력센서용 유전체(100)를 접합한 후, 일부 경화된 기판형태의 압력센서용 유전체(100)가 완전히 경화될 때까지 가열한다.First, a fully cured dielectric 100 for a pressure sensor is manufactured in the form of a substrate, and a silver (Ag) nanowire 600 is spray coated on the top, and then partially cured on the top to maintain the viscosity. The dielectric 100 is stacked in the form of a substrate. The dielectric 100 for the pressure sensor-silver nanowire 600-a stacked structure in the form of the dielectric 100 for the pressure sensor may form the dielectric electrode 510 in the pressure sensor 500. A dielectric 100 for a pressure sensor manufactured in the form of a foam is prepared on the dielectric electrode 510. Since the adhesive strength of the pressure sensor dielectric 100 is maintained, it is possible to bond with the dielectric 100 for pressure sensor in the form of a foam. After bonding the dielectric 100 for the pressure sensor in the form of a foam, the dielectric 100 for the pressure sensor in the form of a partially cured substrate is heated until completely cured.

상기의 과정으로 제조된 폼이 적층된 유전체 전극(510) 상에 유전체 전극(510)을 적층하여 완전 경화시키면 압력센서(500) 단위 셀(cell)이 형성된다. 단위 셀을 어레이 형태로 패터닝하면 압력센서(500)를 제조할 수 있다.When the dielectric electrode 510 is completely cured by laminating the dielectric electrode 510 on which the foam manufactured by the above process is stacked, a unit cell of the pressure sensor 500 is formed. When the unit cells are patterned in an array form, the pressure sensor 500 can be manufactured.

제 1 실험예Example 1

이하에서는, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)과 Ecoflex를 이용한 압력센서용 유전체에 대하여 설명한다.Hereinafter, a dielectric for a pressure sensor using polydimethylsiloxane (PDMS) and Ecoflex according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 10.

경화온도에 따른 기공의 형태분석Analysis of pore shape according to curing temperature

도 4 내지 도 6을 참조하여, 유전체 조성물의 경화온도에 따라 압력센서용 유전체에 형성되는 기공의 형태에 대하여 설명한다.4 to 6, the form of pores formed in the dielectric for the pressure sensor according to the curing temperature of the dielectric composition will be described.

먼저, 기공의 형태분석에 사용되는 시료에 대하여 설명한다. 본 실험에 있어서, 중합체는 PDMS 중합체를 사용하고, 발포제는 7중량%의 NaHCO3을, 산성 화합물은 16중량%의 구연산을 사용한다.First, a sample used for morphological analysis of pores will be described. In this experiment, the polymer uses PDMS polymer, the blowing agent uses 7% by weight of NaHCO 3 , and the acidic compound uses 16% by weight of citric acid.

PDMS 중합체와 경화제를 10:1의 무게비로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 7중량%의 NaHCO3 수용액 및 16중량%의 구연산 수용액을 차례로 혼합하여 유전체 혼합물 100중량% 대비 NaHCO3와 구연산 수용액은 총 25중량%가 되도록 한다. 유전체 조성물은 PDMS 중합체와 NaHCO3 및 구연산이 잘 혼합되어 유화액을 형성된다. 상기 유전체 조성물을 80℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃ 및 150℃의 경화온도로 가열하여 PDMS 중합체를 경화시켜 제조한 압력센서용 유전체를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)으로 기공 형태를 분석한다. 상기 압력센서용 유전체를 경화온도에 따라 각각 비교예 1 내지 7로 지칭한다.The mixture was prepared by mixing the PDMS polymer and the curing agent in a weight ratio of 10:1, and 7% by weight of NaHCO 3 aqueous solution and 16% by weight of citric acid aqueous solution were sequentially mixed to provide a total of 25 NaHCO 3 and citric acid aqueous solutions compared to 100% by weight of the dielectric mixture. Make it by weight%. The dielectric composition mixes well with the PDMS polymer and NaHCO 3 and citric acid to form an emulsion. The dielectric composition for pressure sensors prepared by curing the PDMS polymer by heating the dielectric composition to curing temperatures of 80°C, 90°C, 100°C, 110°C, 120°C, 130°C and 150°C (Scanning Electron Microscopy, SEM) to analyze the pore shape. The dielectric for the pressure sensor is referred to as Comparative Examples 1 to 7 depending on the curing temperature.

도 4 및 도 5는 본 발명의 비교예들에 따른 표면에 형성된 기공을 나타내는 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)사진이다. 도 4의 (a) 내지 (g)는 각각 비교예 1 내지 7의 압력센서용 유전체의 단면을 100배 배율로 한 SEM 사진, 도 5의 (a) 내지 (g)는 각각 비교예 1 내지 7의 압력센서용 유전체의 단면을 1000배 배율로한 SEM 사진이다.4 and 5 are scanning electron microscopy (SEM) photographs showing pores formed on surfaces according to comparative examples of the present invention. 4(a) to 4(g) are SEM photographs of the cross section of the pressure sensor dielectric of Comparative Examples 1 to 7 at 100 times magnification, and FIGS. 5(a) to (g) are Comparative Examples 1 to 7, respectively. This is a SEM photograph of a cross section of a dielectric for a pressure sensor at 1000 times magnification.

도 4 및 도 5를 참조하면, 비교예 1 내지 7의 압력센서용 유전체에 100㎛ 이상의 마이크로미터 단위 크기의 기공들이 형성되어 있고, 1㎛ 이상 100㎛ 이하의 마이크로미터 단위 크기를 갖는 작은 기공들이 전체 영역에 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 유전체 조성물의 경화온도가 낮아질수록 기공의 크기가 작아지고, 분포가 균일해지는 것을 알 수 있다.4 and 5, pores having a size of 100 μm or more in micrometers are formed in the dielectric for pressure sensors of Comparative Examples 1 to 7, and small pores having a size of 1 μm or more in micrometers of 100 μm or less It can be seen that it is distributed over the entire area. In addition, it can be seen that the lower the curing temperature of the dielectric composition, the smaller the pore size and the uniform distribution.

한편, 100㎛ 이상의 마이크로미터 단위 크기의 기공들은, 경화온도가 높을 때, NaHCO3와 구연산의 반응시 기체가 빠른 속도로 발생할 수 있는데, 중합체인 PDMS가 경화되기 전에 많은 양의 기체가 발생하여 기공의 크기가 커진다. 비교예 5 내지 7의 경화온도가 120℃, 130℃ 및 150℃인 유전체는 기공의 분포가 불균일한 것을 알 수 있다.On the other hand, pores having a micrometer unit size of 100 µm or more may have a high rate of gas when reacting NaHCO 3 and citric acid when the curing temperature is high, and a large amount of gas is generated before the polymer PDMS is cured. Size increases. Dielectrics having curing temperatures of 120°C, 130°C and 150°C in Comparative Examples 5 to 7 show that the distribution of pores is non-uniform.

반면에, 1㎛ 이상 100㎛ 이하의 마이크로미터 단위 크기의 기공들의 경우, 경화온도에 따른 기공의 크기는 거의 변화가 없지만, 경화온도가 낮을수록 단위 영역 내에서 작은 크기의 기공들이 많이 분포하고 기공의 크기도 균일해 지는 것을 알 수 있다. 이는, 경화온도가 낮아 기체가 느린 속도로 발생하고, 중합체인 PDMS가 경화되기에 충분한 시간이 확보되기 때문에 큰 크기의 기공이 형성되지 않음을 의미한다.On the other hand, in the case of pores having a micrometer unit size of 1 μm or more and 100 μm or less, the pore size is hardly changed according to the curing temperature, but the smaller the curing temperature, the more pores of smaller sizes are distributed and pores within the unit area. It can be seen that the size of is also uniform. This means that the pores of a large size are not formed because the curing temperature is low and the gas is generated at a slow rate, and sufficient time is secured for curing the polymer PDMS.

도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른 압력센서용 유전체의 유전율변화 실험 결과를 나타낸다.Figure 6 shows the results of the dielectric constant change experiment of the pressure sensor dielectric according to a comparative example of the present invention.

상기 비교예 7의 150℃에서 경화시킨 PDMS 유전체를 이용하여 외부의 압력에 대한 유전율 변화를 측정하였다.Using the PDMS dielectric cured at 150°C in Comparative Example 7, the dielectric constant change with respect to external pressure was measured.

도 6의 (a)를 참조하면, 외부에서 가해지는 압력의 세기에 따라, 초기 유전율(C0)에 대한 유전율 변화량(ΔC)인 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정한다. 외부의 압력을 3초간 인가하였다가 다시 제거하고, 이를 반복하여 실험하였다.Referring to (a) of FIG. 6, the capacitance change rate (ΔC/C 0 ), which is the amount of change in the dielectric constant (ΔC) with respect to the initial dielectric constant (C 0 ), is measured according to the intensity of pressure applied from the outside. The external pressure was applied for 3 seconds, then removed again, and repeated experiments.

비교예 7의 유전체 시료는 압력을 인가하고 제거하는 실험을 반복하여도, 동일한 수준의 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 가지는 것을 알 수 있다. 그리고, 외부의 압력이 세지면, 정전용량 변화율(ΔC/C0)도 상승하는 것을 알 수 있다. 이는, 비교예 7을 포함하여 압력센서를 제조하였을 때, 수회의 반복 사용에도 동일한 성능을 가질 수 있음을 의미한다.It can be seen that the dielectric sample of Comparative Example 7 has the same level of capacitance change rate (ΔC/C 0 ) even when the experiment of applying and removing pressure is repeated. And, it can be seen that when the external pressure is strong, the rate of change in capacitance (ΔC/C 0 ) also increases. This means that when the pressure sensor is manufactured including Comparative Example 7, it can have the same performance even after repeated use.

도 6의 (b)를 참조하면, 외부의 압력을 15.85kPa의 세기로 3초동안 비교에 7의 유전체 시료에 인가하고 제거하였을 때, 유전율이 변하는 속도를 알 수 있다. 정전용량 변화율(ΔC/C0)이 0의 값을 가지다가, 외부의 압력이 인가되었을 때 정전용량 변화율(ΔC/C0)이 최대의 값을 가질 때까지 300ms 이하의 시간이 걸린다. 이는 비교예 7의 유전체의 외부의 압력에 대한 응답 속도가 매우 우수하다는 것을 의미한다.Referring to (b) of FIG. 6, when the external pressure is applied to and removed from the dielectric sample of 7 for 3 seconds at an intensity of 15.85 kPa, the rate at which the dielectric constant changes can be seen. When the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) has a value of 0, when an external pressure is applied, it takes less than 300 ms until the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) has the maximum value. This means that the response speed to the external pressure of the dielectric of Comparative Example 7 is very good.

따라서, 압력센서용 유전체는 중합체의 경화온도가 높을수록 형성되는 기공의 크기가 커지고, 기공이 형성된 유전체는 압력센서로 사용될 수 있는 내구성과 민감성 향상되는 효과가 있다.Therefore, the dielectric of the pressure sensor increases the size of pores formed as the curing temperature of the polymer increases, and the dielectric of the pores has an effect of improving durability and sensitivity that can be used as a pressure sensor.

제 2 실험예Experimental Example 2

Ecoplex/PDMS 압력센서용 유전체의 성능분석Performance analysis of dielectric for Ecoplex/PDMS pressure sensor

이하에서는, 도 7 내지 도 10을 참조하여 중합체로 Ecoplex와 PDMS를 이용한 압력센서용 유전체의 성능분석에 대하여 설명한다.Hereinafter, performance analysis of the dielectric for a pressure sensor using Ecoplex and PDMS as a polymer will be described with reference to FIGS. 7 to 10.

먼저, 압력센서용 유전체를 형성하는 중합체인 PDMS와 Ecoflex에 대하여 설명한다.First, PDMS and Ecoflex, which are polymers forming the dielectric for the pressure sensor, will be described.

PDMS는 실록산(Siloxane)을 포함하는 탄성 중합체로, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)이다. Ecoflex도 탄성을 가지는 고분자 중합체로, 폴리뷰티레이트(Polybutyrate, Polybutyrate Adipate Terephthalate, PBAT)로 분류된다. 이하에서는 각각 PDMS와 Ecoflex라고 한다.PDMS is an elastic polymer containing siloxane, and is polydimethylsiloxane. Ecoflex is an elastic polymer polymer, and is classified as polybutyrate (polybutyrate adipate terephthalate, PBAT). Hereinafter, they are called PDMS and Ecoflex, respectively.

(a) 단계에서, PDMS와 Ecoflex를 혼합하여 중합체 혼합물을 준비한다. 두 중합체는 서로 잘 혼합될 수 있다. 스틱을 이용하여 저어서 균일한 혼합물을 제조한다. 이때, 혼합 비율을 조절할 수 있는데, 중합체 혼합물 100중량%대비 Ecoflex가 35중량%, 45중량% 및 55중량%가 되도록 혼합한다. 이를 각각 35중량% Ecoflex/PDMS, 45중량% Ecoflex/PDMS 및 55중량% Ecoflex/PDMS으로 정의한다.In step (a), PDMS and Ecoflex are mixed to prepare a polymer mixture. The two polymers can mix well with each other. Stir using a stick to prepare a uniform mixture. At this time, the mixing ratio can be adjusted, Ecoflex is mixed so that the Ecoflex is 35% by weight, 45% by weight and 55% by weight relative to 100% by weight. This is defined as 35% by weight Ecoflex/PDMS, 45% by weight Ecoflex/PDMS and 55% by weight Ecoflex/PDMS, respectively.

다음으로, (b) 및 (c) 단계의 발포제, 산성 화합물 및 계면활성제에 대하여 설명한다.Next, the blowing agent, acidic compound, and surfactant in steps (b) and (c) will be described.

발포제로는 탄산수소나트륨(Sodium bicarbonate, NaHCO3)를, 산성 화합물로는 구연산(Citric acid, C6H8O7)을, 계면활성제로는 소듐데도실벤젠설포네이트(Sodium dedocylbenzenesulfonate, SDBS)을 준비한다. 탄산수소나트륨은 구연산과 반응하여 CO2 기체와 H2O를 생성한다. CO2 기체는 증발하여 Ecoflex/PDMS 중합체 매트릭스 상에 기공을 형성할 수 있다.Sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) is used as a blowing agent, citric acid (C 6 H 8 O 7 ) is used as an acidic compound, and sodium dedocylbenzenesulfonate (SDBS) is used as a surfactant. Prepare. Sodium hydrogen carbonate reacts with citric acid to produce CO 2 gas and H 2 O. CO 2 gas can evaporate to form pores on the Ecoflex/PDMS polymer matrix.

탄산수소나트륨을 SDBS 계면활성제와 물에 녹여 발포제 수용액을 제조한다. 탄산수소나트륨과 SDBS의 농도가 총 3중량%, 5중량% 및 7중량%가 되도록 발포제 수용액(NaHCO3/SDBS(aq))을 제조한다. 그리고, 구연산을 SDBS 계면활성제와 물에 녹여 산성 화합물 수용액을 제조한다. 구연산과 SDBS의 농도가 70중량%가 되도록 산성 화합물 수용액(구연산/SDBS(aq))을 제조한다. SDBS 계면활성제는 용질인 NaHCO3 및 구연산에 비해 소량 첨가한다. 예를 들어, SDBS:용액의 질량비가 0.3:100이 되도록 첨가할 수 있다.Sodium hydrogen carbonate is dissolved in SDBS surfactant and water to prepare an aqueous foaming agent solution. An aqueous foaming agent solution (NaHCO 3 /SDBS(aq)) is prepared so that the concentrations of sodium hydrogen carbonate and SDBS are 3%, 5% and 7% by weight in total. Then, an aqueous solution of an acidic compound is prepared by dissolving citric acid in SDBS surfactant and water. An aqueous acidic compound solution (citric acid/SDBS(aq)) is prepared so that the concentration of citric acid and SDBS is 70% by weight. The SDBS surfactant is added in a small amount compared to the solute NaHCO 3 and citric acid. For example, it can be added so that the mass ratio of SDBS: solution is 0.3:100.

상기 제조된 NaHCO3/SDBS(aq)와 구연산/SDBS(aq)는 상기 Ecoflex/PDMS 중합체에 잘 분산되기 위해 계면활성제를 포함한다. PDMS 중합체만 포함할 경우, 계면활성제가 없더라도 잘 분산되지만, 보다 소수성인 Ecoflex가 포함될 경우, 계면활성제에 의해 수용액이 분산될 필요가 있다. 다만, 용질의 농도에 따라 분산되는 정도가 다른데, 구연산의 경우 수용액이 70중량%의 농도를 가지더라도 Ecoflex/PDMS 중합체와 혼합될 때 수용액이 상 분리를 일으키지 않고 잘 분산되지만, 탄산수소나트륨은 7중량%의 농도 이상일 때, 중합체와 수용액이 상 분리를 일으킬 수 있다.The prepared NaHCO 3 /SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq) contain surfactants to be well dispersed in the Ecoflex/PDMS polymer. When only the PDMS polymer is included, it is well dispersed even without a surfactant, but when more hydrophobic Ecoflex is included, the aqueous solution needs to be dispersed by the surfactant. However, the degree of dispersion differs depending on the concentration of the solute. In the case of citric acid, even when the aqueous solution has a concentration of 70% by weight, the aqueous solution does not cause phase separation and is well dispersed when mixed with the Ecoflex/PDMS polymer, but sodium hydrogen carbonate is 7 Above the concentration of weight percent, the polymer and aqueous solution can cause phase separation.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수소나트륨과 구연산 수용액을 나타내는 사진이다.7 is a photograph showing an aqueous sodium hydrogen carbonate and citric acid solution according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, SDBS 계면활성제를 포함하여 탄산수소나트륨과 구연산이 물에 잘 녹아 있는 것을 알 수 있다. 탄산수소나트륨이 7중량%의 농도일 때 수용액이 다소 흐린 색을 띠고, 다른 수용액 시료들은 용액이 모두 투명색을 띠는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that sodium bicarbonate and citric acid are well dissolved in water, including SDBS surfactant. It can be seen that when sodium hydrogen carbonate was at a concentration of 7% by weight, the aqueous solution had a slightly bluish color, and all other aqueous solution samples had a transparent color.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기의 Ecoflex/PDMS 중합체와 NaHCO3/SDBS(aq)와 구연산/SDBS(aq)를 이용하여 제조한 압력센서용 유전체에 대하여 설명한다.Next, a dielectric for a pressure sensor prepared using the Ecoflex/PDMS polymer and NaHCO 3 /SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq) according to an embodiment of the present invention will be described.

하기의 표 1은 Ecoflex/PDMS 중합체와 NaHCO3/SDBS(aq)와 구연산/SDBS(aq)의 혼합 비율을 달리하여 제조한 압력센서용 유전체 조성물 실시예를 정리한 표이다.Table 1 below is a table summarizing examples of dielectric compositions for pressure sensors prepared by varying the mixing ratio of Ecoflex/PDMS polymer with NaHCO 3 /SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq).


시료sample

Ecoflex/PDMS 중합체의 종류(Ecoflex의 무게분율, 중량%)Type of Ecoflex/PDMS polymer (weight fraction of Ecoflex, weight %)

유전체 조성물의 NaHCONaHCO of dielectric composition 33 및 구연산 수용액의 무게 분율(중량%) And weight fraction of citric acid aqueous solution (% by weight)
실시예 1Example 1 Ecoflex/PDMS 35중량%Ecoflex/PDMS 35% by weight 40중량%40% by weight 실시예 2Example 2 Ecoflex/PDMS 35중량%Ecoflex/PDMS 35% by weight 50중량%50% by weight 실시예 3Example 3 Ecoflex/PDMS 45중량%Ecoflex/PDMS 45% by weight 40중량%40% by weight 실시예 4Example 4 Ecoflex/PDMS 45중량%Ecoflex/PDMS 45% by weight 50중량%50% by weight 실시예 5Example 5 Ecoflex/PDMS 55중량%Ecoflex/PDMS 55% by weight 40중량%40% by weight

표 1을 참조하면, Ecoflex/PDMS의 중합체에서 Ecoflex가 35중량%, 45중량% 및 55중량%인 시료에, NaHCO3/SDBS(aq) 및 구연산/SDBS(aq)를 혼합하여 압력센서용 유전체 조성물을 제조한다. 이때, 압력센서용 유전체 조성물 100중량% 대비 NaHCO3/SDBS(aq) 및 구연산/SDBS(aq)이 총 40중량% 또는 50중량%가 되도록 제조하여, 이를 각각 실시예 1 내지 5로 정의하였다.Referring to Table 1, in the Ecoflex/PDMS polymer, a sample having Ecoflex of 35% by weight, 45% by weight, and 55% by weight of NaHCO3/SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq) was mixed to prepare a dielectric composition for a pressure sensor. To prepare. In this case, NaHCO3/SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq) compared to 100% by weight of the dielectric composition for the pressure sensor were prepared to be 40% by weight or 50% by weight, respectively, which were defined as Examples 1 to 5.

상기 '경화온도에 따른 기공의 형태분석'에서와 같이 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정하여 압력센서로의 성능에 대하여 실험하였다.The performance of the pressure sensor was tested by measuring the rate of change of the capacitance (ΔC/C 0 ) as in the'Analysis of pores according to the curing temperature'.

먼저, 유전체 조성물의 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 성능을 비교하기 위해, 실시예 2의 유전체 조성물을 100℃ 또는 150℃에서 경화시켜 압력센서용 유전체를 제조하고, 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정하였다.First, in order to compare the performance of the dielectric for a pressure sensor according to the curing temperature of the dielectric composition, the dielectric composition of Example 2 is cured at 100°C or 150°C to prepare a dielectric for a pressure sensor, and the rate of change in capacitance (ΔC/C 0 ) was measured.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서용 유전체의 정전용량 변화율(ΔC/C0) 측정 실험 결과를 나타낸다.Figure 8 shows the experimental results of the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) measurement of the dielectric for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 실시예 2의 유전체 조성물을 100℃ 또는 150℃의 경화온도에서 가열하여 제조한 압력센서용 유전체는 정전용량 변화율(ΔC/C0) 측정 실험을 반복하여도 초기의 값과 동일한 수준의 값을 유지하는 것을 알 수 있다. 즉, 압력변화에 대해 내구성이 있고, 탄성중합체인 Ecoflex/PDMS를 포함하기 때문에 hysteresis를 보이는 것을 알 수 있다. 유전체 조성물의 경화온도가 높을 경우, 압력센서용 유전체에 형성되는 기공은 크기가 커지는데, 도 8의 (a) 및 (b)를 비교하면 인가되는 압력에 대한 정전용량 변화율(ΔC/C0) 그래프의 기울기는 경화온도가 150℃일 때 큰 값을 가진다. 이는, 경화온도가 높을수록 기공의 크기가 크고 압력센서로의 민감도가 큰 것을 의미한다.8 (a) and (b), the dielectric composition for a pressure sensor prepared by heating the dielectric composition of Example 2 at a curing temperature of 100°C or 150°C is a test for measuring the rate of change of capacitance (ΔC/C 0 ) It can be seen that the value of the same level as the initial value is maintained even when is repeated. In other words, it can be seen that it exhibits hysteresis because it is durable against pressure changes and contains the elastomer Ecoflex/PDMS. When the curing temperature of the dielectric composition is high, the pores formed in the dielectric for the pressure sensor increase in size, and when comparing (a) and (b) of FIG. 8, the rate of change in capacitance with respect to the applied pressure (ΔC/C 0 ) The slope of the graph has a large value when the curing temperature is 150°C. This means that the higher the curing temperature, the larger the pore size and the greater the sensitivity to the pressure sensor.

이를 구체적으로 확인하기 위해, 도 8의 (c) 및 (d)를 참조하면, 경화온도가 150℃로 높은 압력센서용 유전체의 경우, 작은 외부의 압력이 인가되어도 정전용량 변화율(ΔC/C0)이 상승하는 것을 알 수 있다. 이를 정량화하기 위해 정전용량 변화율(ΔC/C0) 그래프의 기울기는 계산해 보면, 유전체 조성물의 경화온도가 100℃, 150℃일 때, 그래프의 기울기는 각각 0.18/kPa, 0.0099kPa이다. 따라서, 유전체 조성물의 경화온도가 증가할수록, 압력센서용 유전체에 형성되는 기공의 크기는 증가하고, 압력센서로서 민감도가 증가하여 향상된 성능을 가지는 것을 알 수 있다.To specifically check this, referring to FIGS. 8(c) and 8(d), in the case of a dielectric for a pressure sensor having a high curing temperature of 150° C., the rate of change in capacitance (ΔC/C 0 even when a small external pressure is applied) ) Can be seen rising. To quantify this, the slope of the graph of change in capacitance (ΔC/C 0 ) is calculated. When the curing temperature of the dielectric composition is 100°C and 150°C, the slope of the graph is 0.18/kPa and 0.0099kPa, respectively. Therefore, it can be seen that as the curing temperature of the dielectric composition increases, the size of pores formed in the dielectric for the pressure sensor increases, and the sensitivity increases as the pressure sensor, thereby improving performance.

다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, Ecoflex/PDMS의 중합체 내의 Ecoflex 중합체의 비율과 유전체 조성물 내의 NaHCO3/SDBS(aq) 및 구연산/SDBS(aq)의 비율에 따른 압력센서용 유전체의 성능분석에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIGS. 9 and 10, the performance analysis of the dielectric for the pressure sensor according to the ratio of the Ecoflex polymer in the polymer of Ecoflex/PDMS and the ratio of NaHCO3/SDBS(aq) and citric acid/SDBS(aq) in the dielectric composition Will be described.

실시예 1 내지 5의 유전체 조성물을 110℃의 경화온도에서 가열하여 압력센서용 유전체를 제조하고, 인가되는 압축응력(Compressive stress)에 따른 압축 연신율(Compressive strain)과 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정한다.The dielectric composition of Examples 1 to 5 was heated at a curing temperature of 110°C to prepare a dielectric for a pressure sensor, and the compressive strain and the capacitance change rate (ΔC/C 0 according to the applied compressive stress) ).

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 압력센서용 유전체의 압축응력-압축 연신율 그래프이다.9 is a compression stress-compression elongation graph of a dielectric for a pressure sensor according to embodiments of the present invention.

도 9의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 실시예 1 내지 5의 압력센서용 유전체들이 Ecoflex와 NaHCO3 및 구연산의 함량에 따라 압축응력-압축연신율 그래프가 다른 곡선을 가지는 것을 알 수 있다. 곡선의 기울기가 낮은 값을 가지는 것이 응력에 대한 유전체의 변형율이 큰 것을 의미하고, 이는 압력센서로서 높은 민감도를 가지는 것을 의미한다.9 (a) to (e), it can be seen that the compressive stress-compression elongation graphs have different curves according to the contents of Ecoflex, NaHCO 3 and citric acid in the dielectrics for pressure sensors of Examples 1 to 5. . Having a low value of the slope of the curve means that the dielectric strain against stress is large, which means that it has a high sensitivity as a pressure sensor.

도 9의 (f)를 참조하여, 압력센서용 유전체의 Ecoflex, NaHCO3 및 구연산의 함량이 압력센서의 성능에 미치는 영향에 대하여 설명한다.9(f), the effect of the contents of Ecoflex, NaHCO 3 and citric acid in the pressure sensor dielectric on the performance of the pressure sensor will be described.

먼저, NaHCO3 및 구연산의 함량과 경화온도가 동일하고 Ecoflex의 함량이 다른 실시예 1 및 5과, 실시예 2 및 4를 비교한다. 두 경우 모두, Ecoflex의 함량이 더 낮은 실시예 1, 실시예 2의 그래프 기울기가 더 낮은 값을 가진다. 이는, PDMS가 Ecoflex에 비해 점도가 더 높기 때문에, 가열에 의한 중합체의 경화시 Ecoflex의 함량이 감소하면 기체 발생에 따른 기공의 크기가 더 커지는 효과가 있기 때문이다. 따라서, Ecoflex/PDMS 중합체 내에 Ecoflex의 함량이 낮을수록 압력센서용 유전체의 기공의 크기가 커지고 압력에 대한 민감도가 상승한다.First, the contents of NaHCO 3 and citric acid and curing temperature are the same, and the contents of Ecoflex are different from Examples 1 and 5 and Examples 2 and 4 are compared. In both cases, the graph slopes of Examples 1 and 2 with lower Ecoflex content have lower values. This is because PDMS has a higher viscosity than Ecoflex, and when curing the polymer by heating, when the content of Ecoflex decreases, the size of pores due to gas generation increases. Therefore, the lower the Ecoflex content in the Ecoflex/PDMS polymer, the larger the pore size of the dielectric for the pressure sensor and the higher the sensitivity to pressure.

다음으로, Ecoflex의 함량과 경화온도가 동일하고 NaHCO3 및 구연산의 함량이 다른 실시예 1 및 2를 비교한다. NaHCO3 및 구연산의 함량이 더 큰 실시예 2의 그래프 기울기가 더 작은 값을 가진다. 이는 NaHCO3 및 구연산의 비율이 증가하면 기공의 크기는 작아지지만 밀도가 상승하기 때문이다. 기공의 밀도가 커지게 되면, 압력센서용 유전체는 많은 기공을 가지기 때문에 비교적 더 많은 압축이 가능하여, 연신율이 증가하기 때문에 그래프의 기울기가 작아지게 된다. 즉, NaHCO3 및 구연산의 함량이 높을수록 압력센서용 유전체의 기공의 크기가 작아지지만, 기공의 밀도가 커지며 압력에 대한 민감도가 증가한다.Next, Examples 1 and 2 in which the content of Ecoflex and the curing temperature are the same and the content of NaHCO 3 and citric acid are different are compared. The graph slope of Example 2 with a higher content of NaHCO 3 and citric acid has a smaller value. This is because as the proportion of NaHCO 3 and citric acid increases, the pore size decreases but the density increases. When the density of the pores is increased, the pressure sensor dielectric has a large number of pores, and thus more compression is possible. As the elongation increases, the slope of the graph becomes smaller. That is, the higher the content of NaHCO 3 and citric acid, the smaller the pore size of the dielectric for the pressure sensor, but the density of the pores increases and the sensitivity to pressure increases.

상기의 실시예들에 따르면, Ecoflex/PDMS 중합체 내의 Ecoflex의 함량이 낮을수록, 유전체 조성물 내의 NaHCO3 및 구연산의 함량이 높을수록, 경화온도가 높을수록 압력센서용 유전체의 정전용량 변화율(ΔC/C0)과 민감도가 증가하여 압력센서의 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.According to the above embodiments, the lower the content of Ecoflex in the Ecoflex/PDMS polymer, the higher the content of NaHCO 3 and citric acid in the dielectric composition, and the higher the curing temperature, the higher the change rate of the capacitance of the pressure sensor dielectric (ΔC/C It can be seen that the performance of the pressure sensor is improved by increasing the sensitivity of 0 ).

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 압력센서용 유전체의 정전용량 변화율(ΔC/C0)을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing a result of measuring a rate of change of capacitance (ΔC/C 0 ) of a dielectric for a pressure sensor according to embodiments of the present invention.

도 10에 따르면, Ecoflex/PDMS 중합체 내의 Ecoflex의 함량이 낮고, 유전체 조성물 내의 NaHCO3 및 구연산의 함량이 높은 실시예 2인 35중량% Ecoflex/PDMS 및 NaHCO3 및 구연산을 총 50중량% 포함하는 압력센서용 유전체가 정전용량 변화율(ΔC/C0) 그래프에서 기울기가 가장 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다.According to Figure 10, the content of the Ecoflex / PDMS polymer is low, the content of Example 2, the content of NaHCO 3 and citric acid in the dielectric composition is high, 35% by weight Ecoflex/PDMS and NaHCO 3 and citric acid in a total pressure of 50% by weight It can be seen that the dielectric for the sensor has the largest slope in the graph of the rate of change of capacitance (ΔC/C 0 ).

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 두 종의 중합체에 발포제, 산성 화합물 및 계면활성제를 혼합하고 가열하여 압력센서용 유전체를 제조할 수 있고, 중합체, 발포제 및 산성화합물의 혼합 비율을 조절하여 유전체를 포함하는 압력센서의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, a mixture of two different types of polymers with a blowing agent, an acidic compound, and a surfactant can be heated to prepare a dielectric for a pressure sensor, and the mixing ratio of the polymer, a blowing agent and an acidic compound is By adjusting, the performance of the pressure sensor including the dielectric can be improved.

제 3 실험예Experimental Example 3

이하에서는, 도 11 내지 도 29를 참조하여 중합체 혼합물로 Ecoplex와 PDMS의 혼합물, 발포제로는 탄산수소나트륨(Sodium bicarbonate, NaHCO3), 산성 화합물로는 아세트산(CH3COOH), 계면활성제로는 소듐데도실벤젠설포네이트(Sodium dedocylbenzenesulfonate, SDBS)을 준비하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 압력센서용 유전체를 제조한다.Hereinafter, referring to FIGS. 11 to 29, a mixture of Ecoplex and PDMS as a polymer mixture, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) as a blowing agent, acetic acid (CH 3 COOH) as an acidic compound, and sodium as a surfactant Sodium dedocylbenzenesulfonate (SDBS) is prepared to prepare a dielectric for a pressure sensor described with reference to FIGS. 1 and 2.

제 2 실시예에서는 산성 화합물로 구연산(C6H8O7)을 이용하였는데 구연산 이용 시 점성으로 인해 초기 정전용량으로 회복이 되는데 시간이 수십초 정도 소요되는 단점을 극복하고자, 산성 화합물로는 아세트산(CH3COOH)로 대체하였다. In the second embodiment, citric acid (C 6 H 8 O 7 ) was used as the acidic compound. In order to overcome the disadvantage that it takes several tens of seconds to recover to the initial capacitance due to viscosity when using citric acid, acetic acid is used as the acidic compound. (CH 3 COOH).

이 경우, 발포제로인 탄산수소나트륨(Sodium bicarbonate, NaHCO3)과 산성 화합물인 아세트산(CH3COOH)을 이용하는 경우, 화학식 1과 같은 화학반응이 일어난다.In this case, when using sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) as the blowing agent and acetic acid (CH 3 COOH) as the acidic compound, a chemical reaction as shown in Chemical Formula 1 occurs.

[화학식 1][Formula 1]

NaHCO3 + CH3COOH → CO2 + H2O + NaCH3COO NaHCO 3 + CH 3 COOH → CO 2 + H 2 O + NaCH 3 COO

화학식 1과 같이, NaHCO3 1 몰과 CH3COOH 1 몰이 반응하여 CO2 1 몰을 생성하므로 NaHCO3 용액과 CH3COOH 용액을 탄성 중합체 내에 NaHCO33와 CH3COOH의 몰수가 동일하도록 균일하게 섞은 후 열 경화를 시킴으로써 기공 생성을 유도하였다.As in Formula 1, 1 mole of NaHCO 3 and 1 mole of CH 3 COOH react to produce 1 mole of CO 2, so the NaHCO 3 solution and the CH 3 COOH solution are uniformly uniform in the elastomer so that the number of moles of NaHCO 3 3 and CH 3 COOH is the same. After mixing, thermal curing was performed to induce pore formation.

하기의 표 2는 제 3 실험예에서 중합체 혼합물 중 Ecoflex의 중량비와 유전체 조성물 중 발포제와 산성 화합물의 중량비를 경화온도와 함께 정리한 표이다.Table 2 below is a table summarizing the weight ratio of the ecoflex in the polymer mixture in the third experimental example and the weight ratio of the blowing agent and the acidic compound in the dielectric composition together with the curing temperature.


Ecoflex/(PDMS+Ecoflex)

Ecoflex/(PDMS+Ecoflex)

(NaHCO3+CH3COOH 무게) /(PDMS 무게 + Ecoflex 무게 + NaHCO3 무게 + CH3COOH 무게)

(NaHCO 3 +CH 3 COOH weight) /(PDMS weight + Ecoflex weight + NaHCO 3 weight + CH 3 COOH weight)

경화 온도

Curing temperature
70wt%70wt% 33wt%33wt% 80℃80℃ 70wt%70wt% 33wt%33wt% 100℃100℃ 70wt%70wt% 33wt%33wt% 120℃120℃

도 11은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 유전체 단면의 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)사진들이다. 상단의 사진들은 상대적으로 저배율의 사진이며, 하단의 사진들은 상대적으로 고배율의 사진이다.11 is a scanning electron microscopy (SEM) pictures of a dielectric cross section according to the curing temperature in the third experimental example of the present invention. The upper photos are relatively low magnification photos, and the lower photos are relatively high magnification photos.

도 11을 참조하면, 제 3 실험예의 경화온도가 80℃, 100℃ 및 120℃로 증가함에 따라 기공 사이즈가 증가하는 것과 기공과 기공 사이의 간격이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 경화온도가 80℃ 내지 120℃인 범위에서는, 경화 온도 증가에 따라 기공 사이즈는 증가하고 기공과 기공 사이의 간격이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과에 의하면, 압력 센서의 민감도 측면에서 120℃의 경화 온도가 가장 우수할 것으로 보여진다. Ecoplex와 PDMS의 탄성중합체 혼합물의 경화온도는 150℃ 이내에서 충분한 바, 120℃의 경화온도는 최적의 실시예로 설정할 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that as the curing temperature of the third experimental example increased to 80°C, 100°C, and 120°C, the pore size increased and the gap between the pores and the pores decreased. It can be seen that in the range of the curing temperature of 80°C to 120°C, the pore size increases and the gap between the pores and the pores decreases as the curing temperature increases. According to these results, it is seen that the curing temperature of 120°C is the best in terms of sensitivity of the pressure sensor. The curing temperature of the Ecoplex and PDMS elastomer mixture is sufficient within 150°C, and the curing temperature of 120°C can be set as an optimal embodiment.

도 12는 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 압력과 정전용량 변화율(ΔC/C0)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 12를 참조하면, 경화 온도에 따라 압력센서 소자를 제작하여 측정을 진행하였고 경화온도가 80℃, 100℃ 및 120℃ 중에서 120℃일 때 압력 전 범위에서 민감도가 2배 이상 향상됨을 확인할 수 있다.12 is a graph showing a relationship between a pressure sensor dielectric and a capacitance change rate (ΔC/C 0 ) according to a curing temperature in a third experimental example of the present invention. Referring to FIG. 12, the pressure sensor element was manufactured according to the curing temperature, and measurement was performed. When the curing temperature is 120° C. among 80° C., 100° C., and 120° C., it can be seen that the sensitivity is more than doubled in the entire pressure range. .

도 13은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 압축응력과 압축변형률의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 13을 참조하면, 경화온도가 80℃, 100℃ 및 120℃ 로 증가함에 따라 압축 변형률이 동일할 때 가해지는 압축 응력이 감소한 것을 확인할 수 있는 바, 이는 기공에 의한 영계수(Young's modulus)가 감소하였기 때문이다.13 is a graph showing the relationship between the compressive stress and the compressive strain of the pressure sensor dielectric according to the curing temperature in the third experimental example of the present invention. 13, it can be seen that as the curing temperature increases to 80°C, 100°C, and 120°C, the compressive stress applied when the compressive strain is the same decreases, which decreases the Young's modulus due to pores. Because I did.

도 14 내지 도 16은 본 발명의 제 3 실험예에서 경화온도에 따른 압력센서용 유전체의 경화온도에 따른 민감도를 압력 범위 별로 구분하여 추출한 그래프들이다. 도 14 내지 도 16을 참조하면, 경화온도 80℃, 100℃ 및 120℃ 중에서 120℃의 경우 모든 압력 범위에서 민감도가 가장 우수함을 확인할 수 있다.14 to 16 are graphs obtained by dividing the sensitivity according to the curing temperature of the pressure sensor dielectric according to the curing temperature according to the pressure range in the third experimental example of the present invention. 14 to 16, it can be seen that in the case of 120°C among the curing temperatures of 80°C, 100°C and 120°C, the sensitivity is best in all pressure ranges.

하기의 표 3은 제 3 실험예에서 중합체 혼합물 중 Ecoflex의 중량비와 경화온도를 고정한 상태에서 기공 형성 전구체의 비율을 가변한 조건을 정리한 표이다. 기공 형성 전구체의 비율은 유전체 조성물의 전체 중량 대비 발포제인 NaHCO3와 산성화합물인 CH3COOH의 중량비에 해당한다.Table 3 below is a table summarizing the conditions in which the ratio of the pore-forming precursor is varied in a state in which the weight ratio and the curing temperature of Ecoflex in the polymer mixture in the third experimental example are fixed. The ratio of the pore-forming precursor corresponds to the weight ratio of NaHCO 3 as a blowing agent and CH 3 COOH as an acidic compound relative to the total weight of the dielectric composition.


Ecoflex/(PDMS+Ecoflex)

Ecoflex/(PDMS+Ecoflex)

(NaHCO3+CH3COOH 무게) /(PDMS 무게 + Ecoflex 무게 + NaHCO3 무게 + CH3COOH 무게)

(NaHCO 3 +CH 3 COOH weight) /(PDMS weight + Ecoflex weight + NaHCO 3 weight + CH 3 COOH weight)

경화 온도

Curing temperature
70wt%70wt% 0wt%0wt% 120℃120℃ 70wt%70wt% 28wt%28wt% 120℃120℃ 70wt%70wt% 33wt%33wt% 120℃120℃ 70wt%70wt% 38wt%38wt% 120℃120℃

도 17은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 마이크로 CT 분석 결과를 나타낸 도면이다.17 is a view showing the results of micro-CT analysis of the dielectric for pressure sensors according to the ratio of pore-forming precursors in the third experimental example of the present invention.

도 17을 참조하면, 기공 형성 전구체의 비율이 28wt%, 33wt% 및 38wt%로 증가함에 따라 기공도(porosity)가 73.614%, 72.533% 및 67.897%로 점점 감소하는 것을 확인할 수 있고, 단면 이미지에서 볼 수 있듯이 기공 사이즈가 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, it can be seen that porosity gradually decreases to 73.614%, 72.533%, and 67.897% as the proportions of pore-forming precursors increase to 28wt%, 33wt%, and 38wt%. As can be seen, it can be seen that the pore size gradually decreases.

도 18은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 압력과 정전용량 변화율(ΔC/C0)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 19 내지 도 21은 본 발명의 제 3 실험예에서 기공 형성 전구체 비율에 따른 압력센서용 유전체의 민감도를 압력 범위 별로 구분하여 추출한 그래프들이다.18 is a graph showing the relationship between the pressure change rate and the capacitance change rate (ΔC/C 0 ) of the pressure sensor dielectric according to the pore forming precursor ratio in the third experimental example of the present invention. 19 to 21 are graphs obtained by dividing the sensitivity of the dielectric for the pressure sensor according to the ratio of the pore-forming precursor in the third experimental example of the present invention by pressure range.

도 18 내지 도 21을 참조하면, 발포제인 NaHCO3와 산성화합물인 CH3COOH의 반응에 의하여 기공이 형성되므로 민감도가 전 영역에서 크게 향상되지만 28wt%부터 기공 형성 전구체 비율이 증가할수록 저압영역인 2kPa 이하에서는 민감도가 감소하는 것을 알 수 있다. 이러함 점을 고려할 때, 기공 형성 전구체 비율이 33wt%인 경우에서 민감도 및 균일도 측면에서 최적임을 확인할 수 있다.18 to 21, since pores are formed by reaction of the blowing agent NaHCO 3 and the acidic compound CH 3 COOH, sensitivity is greatly improved in all regions, but as the percentage of pore-forming precursor increases from 28 wt%, the low pressure region is 2 kPa. Below, it can be seen that the sensitivity decreases. Considering this, it can be confirmed that the pore-forming precursor ratio is optimal in terms of sensitivity and uniformity in the case of 33 wt%.

도 22는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서로 측정 가능한 최저 압력을 평가한 실험결과를 도해한 도면이다.22 is a diagram illustrating an experimental result of evaluating the lowest pressure measurable with a pressure sensor in the third experimental example of the present invention.

도 22를 참조하면, 기공 형성 전구체 비율이 최적 실시예인 33wt% 센서체로 제작한 압력센서 소자의 최저 측정 가능한 압력을 알기 위해 10mg 물체를 개수를 늘려가며 커패시턴스를 측정하였다. 이에 의하면, 압력센서로 측정 가능한 최저 압력은 0.915Pa임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 22, the capacitance was measured by increasing the number of 10 mg objects in order to know the lowest measurable pressure of the pressure sensor element made of a 33 wt% sensor body in which the pore forming precursor ratio is an optimal embodiment. According to this, it can be confirmed that the lowest pressure measurable by the pressure sensor is 0.915 Pa.

도 23은 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 압력에 따른 반응시간을 나타낸 그래프이고, 도 24는 도 23의 M1 영역을 확대한 그래프이다. 즉, 기공 형성 전구체 비율이 최적 실시예인 33wt% 센서체로 제작한 압력센서 소자의 반응 시간 및 압력의 변화에 잘 따라가는지 여부를 확인하기 위해 측정한 그래프들이다.23 is a graph showing the reaction time according to the pressure of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention, and FIG. 24 is an enlarged graph of the M1 region of FIG. 23. That is, these graphs are measured to confirm whether the pore-forming precursor ratio is in accordance with the change in the reaction time and pressure of the pressure sensor element made of a 33 wt% sensor body, which is an optimal embodiment.

도 23을 참조하면, 0.4 kPa 압력을 인가한 상태에서 반응 시간을 확인하였을 때 측정 장비 한계치에서 최저 시간인 75ms 시간이 걸린 것으로 보아 반응시간이 압력센서로 사용하기에 적절한 수준인 것으로 판단된다.Referring to FIG. 23, when the reaction time was checked in a state where 0.4 kPa pressure was applied, it was determined that the reaction time was at a level suitable for use as a pressure sensor, as it took 75 ms time, which is the minimum time at the limit of measurement equipment.

도 25는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 압력에 따른 반응시간을 나타낸 그래프이고, 도 26은 도 25의 M2 영역을 확대한 그래프이고, 도 27은 도 25의 M3 영역을 확대한 그래프이다. 도 25 내지 도 27에서 속이 찬(■, ▲, ●) 항목은 정전용량 변화율(ΔC/C0)에 해당하는 값이며, 속이 빈(□, △, ○) 항목은 압력(kPa)에 해당하는 값이다.25 is a graph showing the reaction time according to the pressure of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention, FIG. 26 is an enlarged graph of the M2 region of FIG. 25, and FIG. 27 is an enlarged graph of the M3 region of FIG. 25. to be. In FIG. 25 to FIG. 27, the solid (■, ▲, ●) items correspond to the capacitance change rate (ΔC/C 0 ), and the hollow (□, △, ○) items correspond to the pressure (kPa). Is the value.

도 25 내지 도 27을 참조하면, 더 큰 압력들에 대하여 압력의 변화를 잘 따라서 정전용량이 변화하는지 확인할 수 있다. 이에 따르면, 압력이 증가할 때나 감소할 때 모두 소자의 정전용량 또한 압력의 변화를 잘 따라가는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 25 to 27, it can be confirmed whether the capacitance changes according to a change in pressure well with respect to larger pressures. According to this, it can be seen that when the pressure increases or decreases, the capacitance of the device also closely follows the change in pressure.

도 28 및 도 29는 본 발명의 제 3 실험예에서 압력센서의 신뢰성 평가 결과를 나타낸 그래프이다. 여기에서는, 기공 형성 전구체 비율이 최적 실시예인 33wt% 센서체로 제작한 압력센서 소자를 이용하였다.28 and 29 are graphs showing the reliability evaluation results of the pressure sensor in the third experimental example of the present invention. Here, a pressure sensor element made of a 33 wt% sensor body in which the pore forming precursor ratio is an optimal embodiment was used.

도 28을 참조하면, 실시간 압력 변화에 대해 소자가 잘 반응하고 있음을 확인할 수 있으며, 도 29를 참조하면, 2 가지 압력(25kPa, 50kPa)에 대해 10000회 가량 반복적으로 압력을 각각 인가하면서 소자의 성능이 잘 유지됨을 확인할 수 있다.Referring to Figure 28, it can be seen that the device is responding well to real-time pressure change. Referring to Figure 29, the pressure of the device is repeatedly applied to each of about 10000 times for two pressures (25kPa, 50kPa). You can see that the performance is well maintained.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.The present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, as described above, but is not limited to the above embodiments and is varied by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Modifications and modifications are possible. Such modifications and variations should be considered within the scope of the invention and appended claims.

100: 압력센서용 유전체
200: 중합체 혼합물
210: 제 1 중합체
220: 제 2 중합체
300: 제 2 혼합물
310: 발포제
320: 계면활성제
350: 발포제 수용액
400: 유전체 혼합물
410: 산성 화합물
450: 산성 화합물 수용액
500: 압력센서
510: 유전체 전극
600: 나노와이어
100: dielectric for pressure sensors
200: polymer mixture
210: first polymer
220: second polymer
300: second mixture
310: blowing agent
320: surfactant
350: foaming agent aqueous solution
400: dielectric mixture
410: acidic compound
450: aqueous acidic compound solution
500: pressure sensor
510: dielectric electrode
600: nanowire

Claims (14)

(a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 중합체 혼합물에 발포제 및 계면활성제가 용해된 발포제 수용액을 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
(c) 상기 제 2 혼합물에 산성 화합물 및 상기 계면활성제가 용해된 산성 화합물 수용액을 혼합하여 유전체 조성물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 유전체 조성물을 가열하여 상기 제 1 중합체 및 상기 제 2 중합체를 경화시키는 단계;
를 포함하되,
상기 (b) 단계에서, 상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 (c) 단계에서, 상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함하는,
압력센서용 유전체의 제조방법.
(a) mixing two different first and second polymers to prepare a polymer mixture;
(b) preparing a second mixture by mixing an aqueous solution of a blowing agent in which a blowing agent and a surfactant are dissolved in the polymer mixture;
(c) mixing an acidic compound and an aqueous solution of an acidic compound in which the surfactant is dissolved in the second mixture to prepare a dielectric composition; And
(d) heating the dielectric composition to cure the first polymer and the second polymer;
Including,
In step (b), the blowing agent comprises at least one selected from the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 ,
In step (c), the acidic compound comprises citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH),
Method for manufacturing dielectric for pressure sensors.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인, 압력센서용 유전체의 제조방법.
According to claim 1,
In step (a), the first polymer and the second polymer are at least any one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS), respectively. Manufacturing method of dielectric.
삭제delete (a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 중합체 혼합물에 발포제 및 계면활성제가 용해된 발포제 수용액을 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
(c) 상기 제 2 혼합물에 산성 화합물 및 상기 계면활성제가 용해된 산성 화합물 수용액을 혼합하여 유전체 조성물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 유전체 조성물을 가열하여 상기 제 1 중합체 및 상기 제 2 중합체를 경화시키는 단계; 를 포함하되,
상기 (c) 단계에서, 상기 유전체 조성물 중에서 상기 발포제와 상기 산성 화합물이 차지하는 중량비는 25wt% 내지 40wt%이며,
상기 (d) 단계에서, 가열은 80℃ 내지 150℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
압력센서용 유전체의 제조방법.
(a) mixing two different first and second polymers to prepare a polymer mixture;
(b) preparing a second mixture by mixing an aqueous solution of a blowing agent in which a blowing agent and a surfactant are dissolved in the polymer mixture;
(c) mixing an acidic compound and an aqueous solution of an acidic compound in which the surfactant is dissolved in the second mixture to prepare a dielectric composition; And
(d) heating the dielectric composition to cure the first polymer and the second polymer; Including,
In the step (c), the weight ratio of the blowing agent and the acidic compound in the dielectric composition is 25wt% to 40wt%,
In the step (d), characterized in that the heating is performed at 80 ℃ to 150 ℃,
Method for manufacturing dielectric for pressure sensors.
(a) 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 중합체 혼합물에 발포제 및 계면활성제가 용해된 발포제 수용액을 혼합하여 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
(c) 상기 제 2 혼합물에 산성 화합물 및 상기 계면활성제가 용해된 산성 화합물 수용액을 혼합하여 유전체 조성물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 유전체 조성물을 가열하여 상기 제 1 중합체 및 상기 제 2 중합체를 경화시키는 단계;
를 포함하되,
상기 (c) 단계 내지 상기 (d) 단계 중의 적어도 어느 하나의 단계에서,
상기 발포제와 상기 산성 화합물이 반응하여 기체를 생성하고 상기 기체가 상기 중합체 혼합물에 기공을 형성하는 것을 특징으로 하는, 압력센서용 유전체의 제조방법.
(a) mixing two different first and second polymers to prepare a polymer mixture;
(b) preparing a second mixture by mixing an aqueous solution of a blowing agent in which a blowing agent and a surfactant are dissolved in the polymer mixture;
(c) mixing an acidic compound and an aqueous solution of an acidic compound in which the surfactant is dissolved in the second mixture to prepare a dielectric composition; And
(d) heating the dielectric composition to cure the first polymer and the second polymer;
Including,
In at least one of the steps (c) to (d),
The foaming agent and the acidic compound react to produce a gas, characterized in that the gas to form pores in the polymer mixture, a method for producing a dielectric for a pressure sensor.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체 중에서 점도가 상대적으로 높은 중합체의 함량이 높을수록, 상기 발포제의 함량이 높을수록, 상기 산성 화합물의 함량이 높을수록, 상기 기공의 크기가 더 커지고, 상기 유전체의 압력에 대한 민감도가 상승하는 것을 특징으로 하는,
압력센서용 유전체의 제조방법.
The method of claim 5,
Among the first polymer and the second polymer, the higher the content of the polymer having a relatively high viscosity, the higher the content of the blowing agent, the higher the content of the acidic compound, the larger the pore size, the pressure of the dielectric Characterized by an increased sensitivity to,
Method for manufacturing dielectric for pressure sensors.
서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체가 혼합된 중합체 혼합물을 매트릭스(matrix)로 하되,
상기 중합체 혼합물 매트릭스에 기공이 형성되며, 상기 기공은 발포제와 산성 화합물이 반응하여 생성된 기체에 의하여 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 형성된 것을 특징으로 하는,
압력센서용 유전체.
A polymer mixture in which two different first and second polymers are mixed is used as a matrix,
A pore is formed in the polymer mixture matrix, and the pore is formed in the polymer mixture matrix by a gas generated by reaction of a blowing agent and an acidic compound.
Dielectric for pressure sensors.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인,
압력센서용 유전체.
The method of claim 7,
Each of the first polymer and the second polymer is at least one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS),
Dielectric for pressure sensors.
삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함하는,
압력센서용 유전체.
The method of claim 7,
The blowing agent includes at least one selected from the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 ,
The acidic compound comprises citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH),
Dielectric for pressure sensors.
서로 이격되어 배치된 상부 전극과 하부 전극; 및
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 개재되며, 서로 다른 두 종의 제 1 중합체 및 제 2 중합체가 혼합된 중합체 혼합물을 매트릭스(matrix)로 하되, 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 기공이 형성된, 압력센서용 유전체;를 포함하며,
상기 기공은 발포제와 산성 화합물이 반응하여 생성된 기체에 의하여 상기 중합체 혼합물 매트릭스에 형성된 것을 특징으로 하는,
정전용량형 압력센서.
Upper and lower electrodes spaced apart from each other; And
A dielectric material for a pressure sensor interposed between the upper electrode and the lower electrode, wherein a polymer mixture in which two different types of the first polymer and the second polymer are mixed is used as a matrix, and pores are formed in the polymer mixture matrix. ;
The pores are characterized in that formed in the polymer mixture matrix by the gas generated by the reaction of the blowing agent and the acidic compound,
Capacitive pressure sensor.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 각각 폴리뷰티레이트(Polybutyrate), 폴리우레탄(Polyurethane) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인,
정전용량형 압력센서.
The method of claim 11,
Each of the first polymer and the second polymer is at least one selected from the group consisting of polybutyrate, polyurethane, and polydimethylsiloxane (PDMS),
Capacitive pressure sensor.
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 발포제는 H2CO3, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2 및 Ca(HCO3)2으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 산성 화합물은 구연산(C6H8O7) 또는 아세트산(CH3COOH)을 포함하는,
정전용량형 압력센서.
The method of claim 11,
The blowing agent includes at least one selected from the group consisting of H 2 CO 3 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Mg(HCO 3 ) 2 and Ca(HCO 3 ) 2 ,
The acidic compound comprises citric acid (C 6 H 8 O 7 ) or acetic acid (CH 3 COOH),
Capacitive pressure sensor.
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