KR102225811B1 - Highly sensitive strain sensor and manufacturing method by the same - Google Patents

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오승주
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Abstract

본 발명은 고감도 스트레인 센서 및 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 기판; 상기 기판 상에 형성되고 전도성 나노 입자를 포함하는 박막; 및 상기 전도성 나노 입자를 둘러싸고 상에 절연성 물질로 형성된 코팅부를 포함하며, 상기 절연성 물질은 상기 전도성 나노 입자 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시키는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a highly sensitive strain sensor and a method of manufacturing the same. The high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A thin film formed on the substrate and including conductive nanoparticles; And a coating part surrounding and formed of an insulating material on the conductive nanoparticles, wherein the insulating material increases a tunneling distance between the conductive nanoparticles.

Description

고감도 스트레인 센서 및 이의 제조방법{HIGHLY SENSITIVE STRAIN SENSOR AND MANUFACTURING METHOD BY THE SAME}High sensitivity strain sensor and its manufacturing method {HIGHLY SENSITIVE STRAIN SENSOR AND MANUFACTURING METHOD BY THE SAME}

본 발명은 고감도 스트레인 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a highly sensitive strain sensor and a method of manufacturing the same.

스트레인 센서는 모든 유형의 물체의 기계 왜곡을 측정하는 전자 기계식 센서이다.Strain sensors are electromechanical sensors that measure mechanical distortion of all types of objects.

최근에는 웨어러블 전자 장치, 전자 스킨을 이용해 인공 로봇, 심장 박동, 목소리, 호흡, 인간의 움직임 등을 감지하고 모니터링하기 위한 바이오 통합 장치 등 다양한 종류의 장치에 다양한 종류의 스트레인 센서가 적용되어 왔다.Recently, various types of strain sensors have been applied to various types of devices such as wearable electronic devices, artificial robots using electronic skins, and bio-integrated devices for detecting and monitoring heartbeat, voice, respiration, and human movements.

이러한 스트레인 센서는 고감도를 가지며, 저비용으로 용이하게 제조될 수 있어야 한다.Such a strain sensor should have high sensitivity and can be easily manufactured at low cost.

스트레인 센서 중 저항 변화식 센서는 가장 간단한 형태이며 저렴한 비용으로 제조 가능하며 높은 성능으로 인해 주목을 끌고 있다.Among the strain sensors, the resistance variable sensor is the simplest form, can be manufactured at low cost, and is attracting attention due to its high performance.

저항 변화식 센서는 물체에 외부 변형이 가해질 때 저항 변화를 판독하여 작동하는 것으로서, graphene, nanowires, nanotubes, silicon membranes와 같은 재료나 나노 물질을 사용하여 저항 변화식 센서의 성능을 향상시키기 위한 많은 노력이 있었다.The resistance change sensor works by reading the resistance change when an external deformation is applied to an object.There is a lot of effort to improve the performance of the resistance change sensor using materials such as graphene, nanowires, nanotubes, and silicon membranes or nanomaterials. There was this.

이전 연구에 의해 매우 높은 감도의 저항 변화식 센서가 개발되었으나, 이를 제조할 시 재료의 합성 및 센서 제조 중에 필요한 고온 또는 초고진공 공정 때문에 고가의 비용이 들며 공정 절차가 복잡하다는 문제점이 있었다.A resistance-variable sensor with very high sensitivity has been developed by previous research, but there is a problem in that it is expensive due to the high-temperature or ultra-high vacuum process required during the synthesis of materials and manufacturing the sensor, and the process procedure is complicated.

대한민국 등록특허공보 제10-1926371호, "고민감도 스트레인 센서의 제조 방법, 스트레인 센서 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스"Republic of Korea Patent Publication No. 10-1926371, "Method of manufacturing a highly sensitive strain sensor, a strain sensor and a wearable device including the same" 미국 등록특허공보 제9841331호, "Artificial skin and elastic strain sensor"US Patent Publication No. 9841331, "Artificial skin and elastic strain sensor"

본 발명의 실시예는 전도성 나노 입자를 포함하는 박막에 전도성 나노 입자를 절연성 물질로 둘러싸는 코팅부를 형성하여 전도성 나노 입자 간 터널링 거리를 증가시킬 수 있는 고감도 스트레인 센서를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a highly sensitive strain sensor capable of increasing the tunneling distance between the conductive nanoparticles by forming a coating part surrounding the conductive nanoparticles with an insulating material on a thin film including the conductive nanoparticles.

본 발명의 실시예는 절연성 물질로 형성된 코팅부에 의해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가됨에 따라 스트레인 센서의 저항 변화율이 증가하여 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있는 고감도 스트레인 센서를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a highly sensitive strain sensor capable of sensitively detecting a strain change by increasing a resistance change rate of a strain sensor as a tunneling distance between conductive nanoparticles is increased by a coating part formed of an insulating material.

본 발명의 실시예는 사슬 길이가 긴 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에서 사슬 길이가 긴 유기 리간드를 사슬 길이가 짧은 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환하는 반응을 통해 크랙을 형성하고, 리간드 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 박막에 절연성 물질을 포함하는 코팅부를 형성하여 전도성 나노 입자 간 터널링 거리를 더 증가시킬 수 있는 고감도 스트레인 센서를 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, a crack is formed through a reaction of replacing an organic ligand having a long chain length with an organic ligand or an inorganic ligand having a short chain length in a conductive nanoparticle surrounded by an organic ligand having a long chain length, and the ligand-substituted conductive nanoparticles An object of the present invention is to provide a highly sensitive strain sensor capable of further increasing the tunneling distance between conductive nanoparticles by forming a coating part including an insulating material on a thin film including particles.

본 발명의 실시예는 전도성 나노 입자의 리간드 치환 및 절연성 물질에 의한 코팅부 형성에 의해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 더욱 증가하여 스트레인 센서의 저항 변화율 및 민감도가 크게 향상될 수 있는 고감도 스트레인 센서를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention provides a highly sensitive strain sensor capable of greatly improving the resistance change rate and sensitivity of the strain sensor by further increasing the tunneling distance between conductive nanoparticles by replacement of the ligand of the conductive nanoparticles and formation of a coating part by an insulating material. I want to.

본 발명의 실시예는 상온 상압의 용액 공정으로 스트레인 센서를 용이하게 제조할 수 있어 저비용으로 스트레인 센서의 대량 생산이 가능한 고감도 스트레인 센서의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor capable of producing a strain sensor in mass production at low cost since it is possible to easily manufacture a strain sensor through a solution process at room temperature and pressure.

본 발명의 실시예는 코팅부 형성 시 절연성 물질을 포함하는 용액과 전도성 나노 입자를 포함하는 박막의 최적 접촉 시간으로 코팅부를 형성하여 최대 게이지 팩터(민감도)를 가질 수 있는 고감도 스트레인 센서의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor capable of having a maximum gauge factor (sensitivity) by forming a coating portion at an optimum contact time between a solution containing an insulating material and a thin film containing conductive nanoparticles when forming the coating portion. I want to provide.

본 발명에 따른 고감도 스트레인 센서는 기판; 상기 기판 상에 형성되고 전도성 나노 입자를 포함하는 박막; 및 상기 전도성 나노 입자를 둘러싸고 절연성 물질로 형성된 코팅부를 포함하며, 상기 절연성 물질은 상기 전도성 나노 입자 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시키는 것을 특징으로 한다.The high-sensitivity strain sensor according to the present invention includes a substrate; A thin film formed on the substrate and including conductive nanoparticles; And a coating part surrounding the conductive nanoparticles and formed of an insulating material, wherein the insulating material increases a tunneling distance between the conductive nanoparticles.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 절연성 물질은 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the insulating material may include silica (SiO 2 ).

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the conductive nanoparticles are gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten ( It may contain at least one of W) and iron (Fe).

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 고감도 스트레인 센서는 상기 전도성 나노 입자의 터널링 거리가 증가됨에 따라 상기 고감도 스트레인 센서의 저항 변화율이 증가할 수 있다.According to the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, the high-sensitivity strain sensor may increase a resistance change rate of the high-sensitivity strain sensor as the tunneling distance of the conductive nanoparticles is increased.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 고감도 스트레인 센서의 저항도(resistivity)는 8Ωcm 내지 477Ωcm 일 수 있다.According to the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, the resistivity of the high-sensitivity strain sensor may be 8 Ωcm to 477 Ωcm.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터(gauge factor)는 71 내지 144일 수 있다.According to the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, a gauge factor of the high-sensitivity strain sensor may be 71 to 144.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 박막은 상기 전도성 나노 입자가 제1 유기 리간드로 둘러싸여 있는 상태에서 상기 제1 유기 리간드가 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환되면서 형성된 크랙(crack)을 포함할 수 있다.According to the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, the thin film is formed by replacing the first organic ligand with the second organic ligand or the inorganic ligand while the conductive nanoparticles are surrounded by the first organic ligand. ) Can be included.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 제1 유기 리간드는 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the first organic ligand may include 8 to 18 carbon chains.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 제2 유기 리간드는 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the second organic ligand may include 1 to 3 carbon chains.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 제1 유기 리간드는 TOPO(trioctylphosphineoxide), 옥타데칸올(octadecanol) 및 올레익산(oleic acid) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the first organic ligand may be at least one of trioctylphosphineoxide (TOPO), octadecanol, and oleic acid.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the second organic ligand may include at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA).

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to the highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the inorganic ligand is sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN -), iodine ion (I -), disulfide ion (HS -), tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 -) and six hexafluorophosphate ion (PF 6 -) of It may include at least any one.

본 발명에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 이용하여 박막을 형성하는 단계; 제2 리간드 또는 무기 리간드가 분산된 리간드 치환 용액을 이용하여 상기 전도성 나노 입자의 제1 유기 리간드를 상기 제2 리간드 또는 상기 무기 리간드로 치환시키는 단계; 및 절연성 물질을 포함하는 용액을 이용하여 상기 제2 리간드 또는 상기 무기 리간드로 치환된 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 절연성 물질은 상기 전도성 나노 입자 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시키는 것을 특징으로 한다.According to a method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to the present invention, the method includes: forming a thin film on a substrate using a solution containing conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand; Replacing the first organic ligand of the conductive nanoparticles with the second ligand or the inorganic ligand using a second ligand or a ligand substitution solution in which the inorganic ligand is dispersed; And forming a coating part surrounding the conductive nanoparticles substituted with the second ligand or the inorganic ligand using a solution containing an insulating material, wherein the insulating material is a tunneling distance between the conductive nanoparticles It is characterized in that to increase.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 상기 절연성 물질은 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.According to the method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, the insulating material may include silica (SiO 2 ).

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 상기 리간드 치환 용액은 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to the method of manufacturing a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the ligand replacement solution may contain at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA). have.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 상기 리간드 치환 용액은 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to the manufacturing method of high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, the ligand substitution solution sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN - ), iodine ion (I -), disulfide ion (HS -), tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 -), and phosphate hexafluoride ion (PF 6) may include at least one of a.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 상기 박막은 30분 내지 60분 동안 상기 절연성 물질을 포함하는 용액에 접촉될 수 있다.According to the method of manufacturing a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention, the thin film may be in contact with the solution containing the insulating material for 30 to 60 minutes.

본 발명의 실시예에 따르면, 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자를 포함하는 박막에 전도성 나노 입자를 절연성 물질로 둘러싸는 코팅부를 형성하여 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the high-sensitivity strain sensor may increase the tunneling distance between the conductive nanoparticles by forming a coating portion surrounding the conductive nanoparticles with an insulating material on a thin film including the conductive nanoparticles.

본 발명의 실시예에 따르면, 고감도 스트레인 센서는 절연성 물질로 형성된 코팅부에 의해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가됨에 따라 스트레인 센서의 저항 변화율이 증가하여 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as the tunneling distance between conductive nanoparticles is increased by the coating part formed of an insulating material, the resistance change rate of the strain sensor increases, so that the strain change can be sensitively sensed.

본 발명의 실시예에 따르면, 고감도 스트레인 센서는 사슬 길이가 긴 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에서 사슬 길이가 긴 유기 리간드를 사슬 길이가 짧은 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환하는 반응을 통해 크랙을 형성하고, 리간드 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 박막에 절연성 물질을 포함하는 코팅부를 형성하여 전도성 나노 입자 간 터널링 거리를 더 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the highly sensitive strain sensor forms a crack through a reaction of replacing an organic ligand having a long chain length with an organic ligand or an inorganic ligand having a short chain length in a conductive nanoparticle surrounded by an organic ligand having a long chain length. , By forming a coating including an insulating material on the thin film including the ligand-substituted conductive nanoparticles, the tunneling distance between the conductive nanoparticles may be further increased.

본 발명의 실시예에 따르면, 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자의 리간드 치환 및 절연성 물질에 의한 코팅부 형성에 의해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 더욱 증가하여 스트레인 센서의 저항 변화율 및 민감도가 크게 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the high-sensitivity strain sensor further increases the tunneling distance between the conductive nanoparticles by ligand substitution of the conductive nanoparticles and the formation of the coating part by the insulating material, thereby greatly improving the resistance change rate and sensitivity of the strain sensor. have.

본 발명의 실시예에 따르면, 상온 상압의 용액 공정으로 스트레인 센서를 용이하게 제조할 수 있어 저비용으로 고감도 스트레인 센서의 대량 생산이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, since the strain sensor can be easily manufactured by a solution process at room temperature and pressure, mass production of a high-sensitivity strain sensor is possible at low cost.

본 발명의 실시예에 따르면, 코팅부 형성 시 절연성 물질을 포함하는 용액과 전도성 나노 입자를 포함하는 박막의 최적 접촉 시간 동안 절연성 물질을 포함하는 용액과 전도성 나노 입자를 포함하는 박막을 접촉시켜 코팅부를 형성함으로써 최대 게이지 팩터(민감도)를 가지는 고감도 스트레인 센서를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the coating part is made by contacting the solution containing the insulating material with the thin film containing the conductive nanoparticles during the optimal contact time between the solution containing the insulating material and the thin film containing the conductive nanoparticles when forming the coating unit. By forming, it is possible to manufacture a highly sensitive strain sensor having a maximum gauge factor (sensitivity).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 모습을 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 나노 입자의 리간드가 치환된 고감도 스트레인 센서의 벤딩 전후를 도시한 모식도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 코팅부가 형성된 고감도 스트레인 센서의 벤딩 전후를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 따른 고감도 스트레인 센서의 전도성 나노 입자 간 터널링 거리에 따른 저항도를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 나노 입자의 리간드 치환 과정을 도시한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조 과정을 도시한 모식도이다.
도 7a는 본 발명의 비교예 1에 따른 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM(high-resolution transmission electron microscopy) 이미지이고, 도 7b는 본 발명의 비교예 2에 따른 리간드가 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM 이미지이며, 도 7c는 본 발명의 실시예 1에 따른 고감도 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이다.
도 10a는 본 발명의 비교예 2에 따른 리간드가 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이며, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 스트레인에 따른 게이지 팩터(guage factor)를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 벤딩 횟수에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 스트레인 인가 시간에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서를 손가락에 부착한 후 벤딩되는 시간에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a state of a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention.
2A is a schematic diagram showing before and after bending of a highly sensitive strain sensor substituted with a ligand of a conductive nanoparticle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic diagram showing before and after bending of a highly sensitive strain sensor having a coating according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram shown.
FIG. 3 is a graph showing resistance according to a tunneling distance between conductive nanoparticles of the high-sensitivity strain sensor according to FIGS. 2A and 2B.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a ligand substitution process of conductive nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention.
7A is a high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) image showing a state of a strain sensor including conductive nanoparticles according to Comparative Example 1 of the present invention, and FIG. 7B is a ligand according to Comparative Example 2 of the present invention. Is an HR-TEM image showing the state of the strain sensor including the substituted conductive nanoparticles, and FIG. 7C is an HR-TEM image showing the state of the highly sensitive strain sensor according to Example 1 of the present invention.
8 is a Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum of a strain sensor according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
9 is an ultraviolet-visible light absorption spectrum of a strain sensor according to a comparative example and an example of the present invention.
10A is a graph showing a current-voltage curve of a strain sensor including conductive nanoparticles substituted with a ligand according to Comparative Example 2 of the present invention, and FIG. 10B is a current- It is a graph showing the voltage curve.
11 is a graph showing a gauge factor according to strain of a strain sensor according to a comparative example and an example of the present invention.
12 is a graph showing a change in electrical resistance according to the number of bendings of the strain sensor according to the comparative example and the example of the present invention.
13 is a graph showing a change in electrical resistance according to a strain application time of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing changes in electrical resistance according to bending time after attaching a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention to a finger.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” do not exclude the presence or addition of one or more other elements or steps to the mentioned elements or steps.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, "an embodiment", "example", "side", "example", etc. should be construed as having any aspect or design described better than or having an advantage over other aspects or designs. It is not.

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term'or' means an inclusive OR'inclusive or' rather than an exclusive OR'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or unless clear from context, the expression'x uses a or b'means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression ("a" or "an") used in this specification and claims generally means "one or more" unless otherwise stated or unless it is clear from the context that it relates to the singular form. Should be interpreted as.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as illustrative terms for describing embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, detailed meanings of the terms will be described in the corresponding description. Therefore, terms used in the following description should be understood based on the meaning of the term and the contents throughout the specification, not just the name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express an embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of users or operators, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서는 전도성 나노 입자의 호핑(hopping) 또는 터널링(tunneling)과 같은 전하 이동 매커니즘에 의해 스트레인을 감지할 수 있는데, 상기 터널링 매커니즘은 전도성 나노 입자 간 터널링 거리에 의해 영향을 받는다.The strain sensor including the conductive nanoparticles can detect the strain by a charge transfer mechanism such as hopping or tunneling of the conductive nanoparticles, and the tunneling mechanism is influenced by the tunneling distance between the conductive nanoparticles. Receive.

본 발명에 따른 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자를 포함하는 박막 상에 절연성 물질을 이용하여 코팅부를 형성하여, 절연성 물질이 전도성 나노 입자를 둘러싸 전도성 나노 입자 간의 터널링 거리가 증가되어 향상된 민감도를 가질 수 있다.The high-sensitivity strain sensor according to the present invention may have improved sensitivity by forming a coating part using an insulating material on a thin film including conductive nanoparticles, so that the insulating material surrounds the conductive nanoparticles and increases the tunneling distance between the conductive nanoparticles. .

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법은 용액 공정으로 고감도 스트레인 센서를 제조하는 것으로서, 기판 상에 전도성 나노 입자를 포함하는 용액 및 절연성 물질을 포함하는 용액을 이용하여 박막 및 코팅부를 형성하여 상온 및 상압에서 저비용으로 고감도 스트레인 센서의 대량 생산이 가능하다.A method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention is to manufacture a high-sensitivity strain sensor by a solution process, and a thin film and a coating part are formed on a substrate using a solution containing conductive nanoparticles and a solution containing an insulating material. Thus, it is possible to mass-produce high-sensitivity strain sensors at low cost at room temperature and pressure.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 고감도 스트레인 센서를 설명하도록 한다.Hereinafter, a high-sensitivity strain sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 모습을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a state of a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 형성되고 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 박막(120), 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸고 상에 절연성 물질로 형성된 코팅부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a high-sensitivity strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110, a thin film 120 formed on the substrate 110 and including conductive nanoparticles 121, and conductive nanoparticles. It surrounds 121 and includes a coating unit 130 formed of an insulating material thereon.

기판(110)은 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸는 코팅부(130)를 지지하고, 외력에 의해 변형을 일으키는 피측정대상에 부착되는 기재이다.The substrate 110 is a substrate that supports the coating unit 130 surrounding the conductive nanoparticles 121 and is attached to a target to be measured that causes deformation by an external force.

여기서, 상기 피측정대상이란 압력을 감지하고자 하는 대상을 의미하며, 고형의 물체가 될 수 있다.Here, the object to be measured refers to an object for which pressure is to be sensed, and may be a solid object.

실시예에 따라서, 상기 피측정대상은 인간의 피부가 될 수 있으며, 고감도 스트레인 센서(100)가 피부에 부착되어 압력을 감지함으로써 혈압, 맥박, 음성, 동작 등을 인식할 수 있다.According to an embodiment, the object to be measured may be human skin, and the high-sensitivity strain sensor 100 is attached to the skin to sense pressure, thereby recognizing blood pressure, pulse, voice, motion, and the like.

실시예에 따라서, 기판(110)은 상기 피측정대상에 부착되기 위해 일면에 접착층을 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the substrate 110 may include an adhesive layer on one surface to be attached to the object to be measured.

기판(110)은 유리, 석영(Quartz), Al2O3, SiC, Si, GaAs 또는 InP로 이루어질 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The substrate 110 may be made of glass, quartz, Al 2 O 3 , SiC, Si, GaAs, or InP, but is not limited to the material.

기판(110)은 피측정대상의 움직임과 같은 외력에 의해 변형되도록 유연한 소재로 이루어질 수 있다.The substrate 110 may be made of a flexible material so as to be deformed by an external force such as a movement of the object to be measured.

구체적으로, 기판(110)은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)에 압력이 가해질 때 고감도 스트레인 센서(100)의 형상이 변형되면서 코팅부(130)가 형성된 전도성 나노 입자(121)의 터널링 거리가 조절됨에 따라 압력이 감지되도록 유연성 소재로 이루어질 수 있다.Specifically, the substrate 110 is the conductive nanoparticles 121 on which the coating 130 is formed while the shape of the high-sensitivity strain sensor 100 is deformed when pressure is applied to the high-sensitivity strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention. It may be made of a flexible material so that pressure is sensed as the tunneling distance of the is adjusted.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)가 외력에 의해 형상이 변형되면서 조절되는 전도성 나노 입자(121)의 터널링 거리는 후술할 도 2a 및 도 2b에서 설명하도록 한다.The tunneling distance of the conductive nanoparticles 121, which is controlled while the highly sensitive strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention is deformed by an external force, will be described in FIGS. 2A and 2B to be described later.

실시예에 따라서, 기판(110)은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)가 신체에 부착될 경우 전류가 신체에 통하지 않도록 절연성 소재로 이루어질 수 있다.Depending on the embodiment, the substrate 110 may be made of an insulating material so that current does not pass through the body when the high-sensitivity strain sensor 100 according to the embodiment of the present invention is attached to the body.

예를 들어, 기판(110)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate, CTA) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP)로부터 선택되는 것일 수 있으나, 유연성 및 절연성을 가지는 한 반드시 상기 물질에 한정되는 것은 아니다.For example, the substrate 110 is polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide. , PEI), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate, polycarbonate (PC), Although it may be selected from cellulose triacetate (CTA) and cellulose acetate propionate (CAP), it is not necessarily limited to the material as long as it has flexibility and insulation.

박막(120)은 기판(110) 상에 형성되는 것으로서, 전도성 나노 입자(121)를 포함한다.The thin film 120 is formed on the substrate 110 and includes conductive nanoparticles 121.

박막(120)에 포함된 전도성 나노 입자(121)는 기판(110) 상에 빼곡히 위치하여 마치 층(layer)과 같은 박막(120)을 형성할 수 있다.The conductive nanoparticles 121 included in the thin film 120 may be located on the substrate 110 to form a thin film 120 like a layer.

전도성 나노 입자(121)를 포함하는 박막(120)은 기판(110) 상에 위치하여 전극과 같은 역할을 수행할 수 있다.The thin film 120 including the conductive nanoparticles 121 may be positioned on the substrate 110 to perform the same role as an electrode.

실시예에 따라서, 전도성 나노 입자(121)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the conductive nanoparticles 121 are gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), iron (Fe ) May include at least one of.

또는, 실시예에 따라서 전도성 나노 입자(121)는 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑 주석 산화물(FTO) 및 알루미늄 도핑 아연 산화물(AZO) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 전도성이 있는 물질이라면 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, according to an embodiment, the conductive nanoparticles 121 may include at least one of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and aluminum-doped zinc oxide (AZO) material, and a conductive material If so, it is not limited to the above material.

코팅부(130)는 절연성 물질로 형성되어 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸, 전도성 나노 입자(121) 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시킬 수 있다.The coating part 130 may be formed of an insulating material to surround the conductive nanoparticles 121, thereby increasing a tunneling distance between the conductive nanoparticles 121.

실시예에 따라서, 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 박막(120) 상에 형성된 코팅부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 절연성 물질이 전도성 나노 입자(121) 표면을 코팅하듯이 둘러쌀 수 있다.According to the embodiment, the coating part 130 formed on the thin film 120 including the conductive nanoparticles 121 is enclosed by an insulating material as if coating the surface of the conductive nanoparticles 121 as shown in FIG. 1. I can.

실시예에 따라서, 코팅부(130)는 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 박막(120) 상에 형성되어, 상기 절연성 물질이 전도성 나노 입자(121) 사이에 스며들어 전체적으로 층 형상을 이룰 수 있다.Depending on the embodiment, the coating unit 130 is formed on the thin film 120 including the conductive nanoparticles 121, so that the insulating material permeates between the conductive nanoparticles 121 to form a layer shape as a whole. .

실시예에 따라서, 코팅부(130)는 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 박막(120) 상에 형성되어, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)는 상기 절연성 물질에 전도성 나노 입자(121)가 임베디드된 형상을 가질 수 있다.Depending on the embodiment, the coating unit 130 is formed on the thin film 120 including the conductive nanoparticles 121, so that the high-sensitivity strain sensor 100 according to the embodiment of the present invention comprises conductive nanoparticles in the insulating material. 121 may have an embedded shape.

코팅부(130)를 이루는 상기 절연성 물질은 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.The insulating material forming the coating part 130 may include silica (SiO 2 ).

실시예에 따라서, 상기 절연성 물질은 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 텅스텐 산화물(WO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 절연성을 가지는 물질이라면 상기 물질에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment, the insulating material is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), zirconium oxide (ZrO 2 ), tungsten oxide (WO 2 ). It may include at least any one of, and any material having insulating properties is not limited to the material.

실시예에 따라서, 박막(120)은 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 유기 리간드 또는 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)로 형성될 수 있으며, 코팅부(130)는 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 유기 리간드 또는 무기 리간드 로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)를 절연성 물질을 통해 둘러쌀 수 있다.Depending on the embodiment, the thin film 120 may be formed of conductive nanoparticles 121 surrounded by organic or inorganic ligands including 1 to 3 carbon chains, and the coating unit 130 may include 1 to 3 carbon chains. The conductive nanoparticles 121 surrounded by an organic or inorganic ligand including a carbon chain may be surrounded by an insulating material.

일반적으로 나노 크기의 입자는 표면 에너지가 매우 커서 서로 결합하는 뭉침 현상이 발생하게 된다. 이러한 뭉침 현상을 방지하기 위해 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함하는 사슬 길이가 긴 유기 리간드(이하, 제1 유기 리간드)로 둘러싸이도록 전도성 나노 입자(121)를 합성한다.In general, nano-sized particles have a very large surface energy, so that agglomeration phenomenon that binds to each other occurs. In order to prevent such agglomeration, the conductive nanoparticles 121 are synthesized so as to be surrounded by an organic ligand having a long chain length (hereinafter, referred to as a first organic ligand) including 8 to 18 carbon chains.

그러나, 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)는 길이가 긴 탄소 사슬에 의해 전도성 나노 입자(121) 간 거리가 멀어 전하가 원활히 이동되지 못해 전기적 특성을 보이지 못한다는 문제점이 있다.However, the conductive nanoparticles 121 surrounded by the first organic ligands having a long chain length have a problem in that the distance between the conductive nanoparticles 121 is long due to the long carbon chain, so that charges cannot be smoothly transferred, and thus electrical properties are not shown. have.

이러한 문제점을 해결하기 위해 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드를 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 사슬 길이가 짧은 유기 리간드(이하, 제2 유기 리간드)로 치환하거나, 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하는 리간드 치환 반응을 추가적으로 수행하여, 전도성 나노 입자(121)가 리간드에 둘러싸여도 여전히 전도성을 가질 수 있도록 한다.To solve this problem, a first organic ligand having a long chain length is substituted with an organic ligand having a short chain length (hereinafter, referred to as a second organic ligand) containing 1 to 3 carbon chains, or a first organic ligand having a long chain length. A ligand substitution reaction of substituting a ligand with an inorganic ligand is additionally performed, so that the conductive nanoparticles 121 can still have conductivity even if they are surrounded by the ligand.

제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)의 입자 간 터널링 거리는 리간드의 길이에 의존하는데, 본 발명의 실시예에 따른 코팅부(130)의 형성을 통해 리간드 길이에 제한되었던 터널링 거리를 추가적으로 조절할 수 있다.The tunneling distance between particles of the conductive nanoparticles 121 surrounded by the second organic or inorganic ligand depends on the length of the ligand, and the tunneling distance that was limited to the ligand length through the formation of the coating unit 130 according to the embodiment of the present invention Can be adjusted additionally.

실시예에 따라서, 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment, the second organic ligand may be at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA).

실시예에 따라서, 박막(120)은 전도성 나노 입자(121)가 제1 유기 리간드로 둘러싸여 있는 상태에서 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환되면서 형성된 크랙(140)(crack)을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the thin film 120 may include a crack 140 formed while the conductive nanoparticles 121 are surrounded by the first organic ligand and substituted with the second organic ligand or the inorganic ligand.

제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)는 전기적으로 절연성을 띠게 되는데, 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드를 사슬 길이가 짧은 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환하는 리간드 치환 반응을 통해 전도성 나노 입자(121)에 전도성을 강화시킬 수 있다.The conductive nanoparticles 121 surrounded by the first organic ligands are electrically insulating. Conductive nanoparticles are formed through a ligand substitution reaction in which the first organic ligand having a long chain length is replaced with a second organic ligand or an inorganic ligand having a short chain length. The conductivity of the particles 121 may be enhanced.

이때, 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드는 사슬 길이가 짧은 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드보다 사슬 길이가 길어, 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸는 제1 유기 리간드가 사슬 길이가 짧은 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환되는 리간드 치환 반응에 의해 짧아진 리간드 길이만큼 공간, 즉 크랙(140)이 발생하게 된다.At this time, the first organic ligand having a long chain length has a longer chain length than the second organic ligand or the inorganic ligand having a short chain length, so that the first organic ligand surrounding the conductive nanoparticles 121 is a second organic ligand having a short chain length. Alternatively, a space, that is, a crack 140 is generated as long as the length of the ligand is shortened by a ligand substitution reaction that is substituted with an inorganic ligand.

이에 따라, 실시예에 따라서 박막(120)은 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)로 형성될 수 있으며, 코팅부(130)는 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 절연성 물질로 둘러쌀 수 있다.Accordingly, according to an embodiment, the thin film 120 may be formed of the ligand-substituted conductive nanoparticles 121, and the coating unit 130 surrounds the ligand-substituted conductive nanoparticles 121 with an insulating material. I can.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)는 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸는 절연성 물질에 의해 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리가 증가할 뿐 아니라, 전도성 나노 입자(121)의 리간드 치환 반응에 따라 크랙(140)을 형성한 후 코팅부(130)를 형성함으로써 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리 증가 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.That is, in the high-sensitivity strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention, not only the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 is increased by the insulating material surrounding the conductive nanoparticles 121, but also the conductive nanoparticles 121 The effect of increasing the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 may be further improved by forming the coating unit 130 after forming the crack 140 according to the ligand substitution reaction of.

실시예에 따라서, 상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, said inorganic ligands are sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN -), iodine ion (I -), disulfide ion (HS -) may include at least any one of tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 - -) and six hexafluorophosphate ion (PF 6) .

상기 리간드 치환 반응은 후술할 도 4 및 도 5에서 보다 자세히 설명하도록 한다.The ligand substitution reaction will be described in more detail in FIGS. 4 and 5 to be described later.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)는 전도성 나노 입자(121)가 절연성 물질에 둘러싸여, 전도성 나노 입자(121) 간의 터널링 거리가 증가되어 고감도 스트레인 센서(100)의 저항 변화율이 증가될 수 있다.In the high-sensitivity strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention, the conductive nanoparticles 121 are surrounded by an insulating material, and the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 is increased, so that the resistance change rate of the high-sensitivity strain sensor 100 is increased. I can.

본 발명의 설명에서 '터널링'이라 함은 전도성 나노 입자(121) 사이의 공기, 코팅부(130)와 같은 절연성 벽을 통과하여 전하가 이동하는 현상을 말하며, 상기 터널링 거리는 전도성 나노 입자(121)의 전하가 전도성 나노 입자(121) 간에 이동될 수 있는 거리를 의미하는 것으로, 전도성 나노 입자 간의 물리적 거리 및 전하의 이동에 대한 장벽 높이를 말한다.In the description of the present invention,'tunneling' refers to a phenomenon in which electric charges move through air between the conductive nanoparticles 121 and an insulating wall such as the coating part 130, and the tunneling distance is the conductive nanoparticles 121 It refers to the distance at which the electric charges can be moved between the conductive nanoparticles 121, and refers to the physical distance between the conductive nanoparticles and the height of the barrier against the movement of charges.

상기 터널링 거리는 장벽 높이와 비례하므로, 터널링 거리가 증가하였다는 것은 장벽이 높아 전하 이동이 어려워진다는 것을 의미한다.Since the tunneling distance is proportional to the height of the barrier, an increase in the tunneling distance means that the barrier is high and charge transfer becomes difficult.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서(100)는 높은 장벽(즉, 긴 터널링 거리)으로 인해 전하의 이동이 어려워지면, 고감도 스트레인 센서(100)에 가해지는 스트레인이 증가할수록 저항 변화율이 증가하여 압력을 민감하게 감지할 수 있다.In the high-sensitivity strain sensor 100 according to an embodiment of the present invention, when the movement of electric charges is difficult due to a high barrier (that is, a long tunneling distance), the resistance change rate increases as the strain applied to the high-sensitivity strain sensor 100 increases. Pressure can be sensitively sensed.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 나노 입자의 리간드가 치환된 고감도 스트레인 센서의 벤딩 전후를 도시한 모식도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 코팅부가 형성된 고감도 스트레인 센서의 벤딩 전후를 도시한 모식도이다.2A is a schematic diagram showing before and after bending of a highly sensitive strain sensor substituted with a ligand of a conductive nanoparticle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic diagram showing before and after bending of a highly sensitive strain sensor having a coating according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram shown.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(110) 상에 형성된 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121) 간에 전자가 이동할 수 있는 터널링 거리(L)에 비해 리간드가 치환되어 절연성 물질을 포함하는 코팅부(130)에 둘러싸인 전도성 나노 입자(121) 간에 전자가 이동할 수 있는 터널링 거리(L+2d)가 더 긴 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 2A and 2B, the ligand is substituted compared to the tunneling distance (L) through which electrons can move between the ligand-substituted conductive nanoparticles 121 formed on the substrate 110 to include an insulating material. It can be seen that the tunneling distance (L+2d) through which electrons can move between the conductive nanoparticles 121 surrounded by (130) is longer.

즉, 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸는 절연성 물질에 의해 전자가 이동할 수 있는 거리가 절연성 물질의 두께만큼 증가하게 되고, 이에 따라 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리는 전도성 나노 입자(121)를 둘러싸는 절연성 물질의 두께 d만큼 각각 증가하게 되며, 이에 따라 전도성 나노 입자(121)의 터널링 거리가 증가하게 된다.That is, the distance through which electrons can be moved by the insulating material surrounding the conductive nanoparticles 121 in which the ligand is substituted is increased by the thickness of the insulating material, and accordingly, the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 becomes conductive nanoparticles ( Each increases by the thickness d of the insulating material surrounding 121), and accordingly, the tunneling distance of the conductive nanoparticles 121 increases.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서가 유연성을 가질 경우 외력에 의해 벤딩될 수 있다.When the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention has flexibility, it may be bent by an external force.

상기 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 고감도 스트레인 센서는 벤딩되면서 △L만큼 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리가 증가하게 되어 최종적으로 L+△L의 입자 간 터널링 거리를 가질 수 있다.The high-sensitivity strain sensor including the conductive nanoparticles 121 in which the ligand is substituted increases the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 as much as ΔL as it is bent, so that the tunneling distance between particles of L+ΔL may be finally achieved. .

반면, 절연성 물질에 둘러싸인 상기 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 고감도 스트레인 센서는 벤딩되면서 △L만큼 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리가 증가하게 되어 최종적으로 L+2d+△L의 입자 간 터널링 거리를 가질 수 있다.On the other hand, the high-sensitivity strain sensor including the conductive nanoparticles 121 in which the ligand is substituted surrounded by an insulating material increases the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 by ΔL as it is bent. It can have a tunneling distance between particles.

정리하자면, 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 포함하는 고감도 스트레인 센서는 벤딩되면서 터널링 거리가 L에서 L+△L로 증가하게 되고, 코팅부(130)가 형성된 고감도 스트레인 센서는 벤딩되면서 터널링 거리가 L+2d 에서 L+2d+△L로 증가하게 된다.In summary, the high-sensitivity strain sensor including the ligand-substituted conductive nanoparticles 121 increases the tunneling distance from L to L+ΔL while bending, and the high-sensitivity strain sensor on which the coating part 130 is formed is bent and the tunneling distance Is increased from L+2d to L+2d+ΔL.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 절연성 물질로 둘러싸는 구성을 통해 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 고감도 스트레인 센서의 저항이 지수 함수적으로 증가됨에 따라 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있다.Therefore, the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention can increase the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121 through a configuration surrounding the conductive nanoparticles 121 substituted with the ligands with an insulating material, and accordingly As the resistance of the strain sensor increases exponentially, strain changes can be sensitively detected.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 리간드가 치환된 전도성 나노 입자(121)를 절연성 물질로 둘러싸는 구성에 더하여 고감도 스트레인 센서에 인위적으로 스트레인을 가하여 전도성 나노 입자 간 틈새를 더 형성함으로써 전도성 나노 입자(121) 간 터널링 거리를 더욱 증가시켜 고감도 스트레인 센서의 저항도를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention further forms a gap between the conductive nanoparticles by artificially applying strain to the high-sensitivity strain sensor in addition to the configuration surrounding the ligand-substituted conductive nanoparticles 121 with an insulating material. The resistance of the highly sensitive strain sensor may be further improved by further increasing the tunneling distance between the conductive nanoparticles 121.

도 3은 도 2a 및 도 2b에 따른 고감도 스트레인 센서의 전도성 나노 입자 간 터널링 거리에 따른 저항도를 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing resistance according to a tunneling distance between conductive nanoparticles of the high-sensitivity strain sensor according to FIGS. 2A and 2B.

도 3에서 입자 간 터널링 거리 ⅰ)는 리간드가 치환된 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 L을 의미하고, 입자 간 터널링 거리 ⅱ)는 도 2a의 벤딩된 고감도 스트레인 센서의 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 L+△L를 의미하며, 입자 간 터널링 거리 ⅲ)는 절연성 물질로 둘러싸인 리간드 치환된 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 L+2d를 의미하고, 입자 간 터널링 거리 ⅳ)는 도 2b의 벤딩된 고감도 스트레인 센서의 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 L+2d+△L를 의미한다.In FIG. 3, the tunneling distance between particles ⅰ) refers to the tunneling distance L between conductive nanoparticles in which the ligand is substituted, and the tunneling distance between particles ii) is the tunneling distance L+ΔL between conductive nanoparticles of the bent high-sensitivity strain sensor of FIG. 2A. Means, and the tunneling distance iii) between particles means the tunneling distance L+2d between the ligand-substituted conductive nanoparticles surrounded by an insulating material, and the tunneling distance between particles iv) is the conductive nanoparticles of the bent high-sensitivity strain sensor of FIG. It means the inter-tunneling distance L+2d+ΔL.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가할 때마다 선형(linear)이 아닌 지수 함수적(exponential)으로 저항도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the resistance of the highly sensitive strain sensor according to the embodiment of the present invention increases exponentially rather than linearly whenever the tunneling distance between conductive nanoparticles increases. .

따라서, 리간드 치환 반응 및 코팅부 형성에 따라 전도성 나노 입자 간 터널링 거리의 변화가 크면 클수록 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 저항도는 전도성 나노 입자 간 터널링 거리의 변화율에 비해 매우 큰 폭으로 증가하여 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있다.Therefore, the greater the change in the tunneling distance between conductive nanoparticles according to the ligand substitution reaction and the formation of the coating, the greater the resistance of the highly sensitive strain sensor according to the embodiment of the present invention is compared to the change rate of the tunneling distance between conductive nanoparticles. Increases, and strain changes can be sensitively detected.

또한, 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 ⅰ)에서 ⅱ)로 증가할 때 고감도 스트레인 센서의 저항도 변화보다 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 ⅲ)에서 ⅳ)로 증가할 때 고감도 스트레인 센서의 저항도 변화가 더 큰 것을 확인할 수 있다.In addition, when the tunneling distance between conductive nanoparticles increases from ⅰ) to ⅱ), the resistance of the highly sensitive strain sensor increases when the tunneling distance between conductive nanoparticles increases from ⅲ) to ⅳ) rather than the resistance change of the highly sensitive strain sensor. You can see a bigger one.

이에 따라, 절연성 물질로 형성된 코팅부의 유무에 따라 상기 터널링 거리가 변화하여 고감도 스트레인 센서의 저항도에 영향을 주는 것을 알 수 있으며, 전도성 나노 입자가 절연성 물질에 둘러싸이면 스트레인 센서의 저항도를 큰 폭으로 향상시키는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that the tunneling distance changes depending on the presence or absence of a coating made of an insulating material, which affects the resistance of the high-sensitivity strain sensor, and when the conductive nanoparticles are surrounded by an insulating material, the resistance of the strain sensor is greatly increased. It can be confirmed that it is improved.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 저항도는 코팅부의 유무 또는 코팅부 형성 시 박막이 절연성 물질을 포함하는 용액과 접촉되는 시간에 따라 달라질 수 있다. 이때, 박막이 절연성 물질을 포함하는 용액과 접촉되는 시간과 관련하여 후술할 도 4의 설명에서 다루기로 한다.The resistance of the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention may vary depending on the presence or absence of a coating portion or a time when the thin film contacts a solution containing an insulating material when the coating portion is formed. In this case, the time when the thin film is in contact with the solution containing the insulating material will be described in the description of FIG. 4 to be described later.

실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 저항도(resistivity)는 8Ωcm 내지 477Ωcm일 수 있다.Depending on the embodiment, the resistivity of the high-sensitivity strain sensor according to the embodiment of the present invention may be 8 Ωcm to 477 Ωcm.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서에 따르면, 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 변화 대비 저항도 변화를 통해 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터(gauge factor)를 산출할 수 있다.According to the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, a gauge factor of the high-sensitivity strain sensor can be calculated through a change in resistance versus a change in tunneling distance between conductive nanoparticles.

게이지 팩터란 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 민감도를 의미하는 것으로서, 고감도 스트레인 센서가 스트레인 변화를 얼마나 잘 감지하는지를 알려주는 수치라고 할 수 있다. 따라서, 게이지 팩터 값이 클수록 고감도 스트레인 센서가 민감하게 스트레인 변화를 감지한다는 것을 의미한다.The gauge factor refers to the sensitivity of the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, and may be referred to as a number indicating how well the high-sensitivity strain sensor detects strain changes. Therefore, the larger the value of the gauge factor, the more sensitive the strain sensor senses the strain change.

도 3을 참조하면, 도 2a의 코팅부가 형성되지 않은 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터는 전도성 나노 입자 간 터널링 거리 ⅰ) 및 ⅱ)의 증가율 대비 저항도 증가율인 기울기 값을 의미하며, 도 2b의 코팅부가 형성된 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터는 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 ⅲ) 및 ⅳ)의 증가율 대비 저항도 증가율인 기울기 값을 의미한다.Referring to FIG. 3, the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor in which the coating portion of FIG. 2A is not formed refers to a slope value that is an increase rate of resistance compared to an increase rate of tunneling distances ⅰ) and ii) between conductive nanoparticles. The gauge factor of the formed high-sensitivity strain sensor means a slope value, which is the increase rate of resistance compared to the increase rate of the tunneling distance between conductive nanoparticles iii) and iv).

이에 따라, 코팅부가 형성된 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터는 코팅부가 형성되지 않은 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터보다 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor in which the coating portion is formed has a larger value than that of the high-sensitivity strain sensor in which the coating portion is not formed.

따라서, 코팅부가 형성된 고감도 스트레인 센서는 코팅부가 형성되지 않은 고감도 스트레인 센서보다 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있으며, 코팅부가 스트레인 센서의 민감도에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that the high-sensitivity strain sensor in which the coating portion is formed can more sensitively detect the strain change than the high-sensitivity strain sensor in which the coating portion is not formed, and that the coating portion greatly affects the sensitivity of the strain sensor.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터는 코팅부의 유무 또는 코팅부 형성 시 박막이 절연성 물질을 포함하는 용액과 접촉되는 시간에 따라 달라질 수 있다. 이때, 박막이 절연성 물질을 포함하는 용액과 접촉되는 시간과 관련하여 후술할 도 4의 설명에서 다루기로 한다.The gauge factor of the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention may vary depending on the presence or absence of a coating portion or a time when the thin film contacts a solution containing an insulating material when the coating portion is formed. In this case, the time when the thin film is in contact with the solution containing the insulating material will be described in the description of FIG. 4 to be described later.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터(gauge factor)는 71 내지 144일 수 있다.The gauge factor of the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention may be 71 to 144.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 하며, 상술한 도 1 내지 도 3의 설명과 중복되는 내용은 설명을 생략하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention will be described, and descriptions that overlap with those of FIGS. 1 to 3 will be omitted.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a highly sensitive strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법은 기판 상에 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함하는 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 이용하여 박막을 형성하는 단계(S110), 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드가 분산된 리간드 치환 용액을 이용하여 상기 전도성 나노 입자의 유기 리간드를 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환시키는 단계(S120), 절연성 물질을 포함하는 용액을 이용하여 상기 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환된 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성하는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention is a thin film using a solution containing conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand containing 8 to 18 carbon chains on a substrate. In the step of forming (S110), the organic ligand of the conductive nanoparticles is converted into a second organic ligand or an inorganic ligand using a second organic ligand containing 1 to 3 carbon chains or a ligand substitution solution in which the inorganic ligand is dispersed. The substituting step (S120), and forming a coating part surrounding the conductive nanoparticles substituted with the second organic ligand or the inorganic ligand using a solution containing an insulating material (S130).

단계 S110은 전도성 나노 입자의 나노 크기로 인한 뭉침 현상을 방지하기 위해 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함하는 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 미리 합성할 수 있다.In step S110, the conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand including 8 to 18 carbon chains may be synthesized in advance in order to prevent agglomeration due to the nano size of the conductive nanoparticles.

단계 S110에서 상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In step S110, the conductive nanoparticles are at least one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), and iron (Fe). It can contain one.

또는, 실시예에 따라서 전도성 나노 입자(121)는 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑 주석 산화물(FTO) 및 알루미늄 도핑 아연 산화물(AZO) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 전도성이 있는 물질이라면 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, according to an embodiment, the conductive nanoparticles 121 may include at least one of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and aluminum-doped zinc oxide (AZO) material, and a conductive material If so, it is not limited to the above material.

단계 S110는 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함하는 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 기판 상에 도포하여 박막을 형성할 수 있으며, 상기 전도성 나노 입자에 의해 상기 박막은 전극과 같은 역할을 수행할 수 있다.Step S110 may form a thin film by applying a solution containing conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand containing 8 to 18 carbon chains on a substrate to form a thin film. It can play the same role.

상기 박막은 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액이 기판 상에 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 울트라 스프레이 코팅(ultra-spray coating), 전기 방사 코팅, 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 바 코팅(bar coating), 롤 코팅(roll coating), 딥 코팅(dip coating), 쉬어 코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing)을 통해 도포되어 형성될 수 있으며, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.In the thin film, a solution containing conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand is applied onto the substrate by spray coating, spin coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, and slot die. Slot die coating, gravure coating, bar coating, roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet It may be formed by applying through printing (inkjet printing) or nozzle printing (nozzle printing), but is not limited to the method.

단계 S120에서 상기 리간드 치환 용액은 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 가지는 제2 리간드를 포함하는 것으로, MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In step S120, the ligand substitution solution includes a second ligand having 1 to 3 carbon chains, and at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA) It may include.

실시예에 따라서, 상기 리간드 치환 용액은 무기 리간드를 포함할 수 있으며, 예를 들어 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Embodiment the ligand substitution solution, according to the examples may include inorganic ligands, such as sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN - ), iodine ion (I -), disulfide ion (HS -), tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 -), and phosphate hexafluoride ion (PF 6) may include at least one of a.

실시예에 따라서, 상기 리간드 치환 용액은 제2 리간드 및 무기 리간드를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the ligand replacement solution may include a second ligand and an inorganic ligand.

상기 단계 S120은 상기 리간드 치환 용액이 담긴 용기에 박막이 형성된 기판을 담지시켜 전도성 나노 입자의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환시킬 수 있다.In the step S120, a substrate on which a thin film is formed is supported in a container containing the ligand substitution solution, so that the first organic ligand of the conductive nanoparticles may be substituted with a second organic ligand or an inorganic ligand.

실시예에 따라서, 상기 리간드 치환 용액은 상기 박막 상에 브러시나 스포이드로 도포되어 전도성 나노 입자의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환시킬 수 있으며, 상기 방법에 한정되지 않는다.According to an embodiment, the ligand substitution solution may be applied on the thin film with a brush or dropper to replace the first organic ligand of the conductive nanoparticles with a second organic ligand or an inorganic ligand, and the method is not limited thereto.

이하, 도 5를 참조하여 전도성 나노 입자의 리간드 치환 과정을 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하는 과정으로 설명하도록 한다.Hereinafter, referring to FIG. 5, the process of replacing the ligand of the conductive nanoparticles will be described as a process of replacing the first organic ligand with an inorganic ligand.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 나노 입자의 리간드 치환 과정을 도시한 모식도이다.5 is a schematic diagram showing a ligand substitution process of conductive nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 리간드 치환 전에는 상대적으로 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드(122)에 의해 전도성 나노 입자 사이에 틈이 형성되지 않으나, 제1 유기 리간드(122)가 사슬 길이가 짧은 무기 리간드(123)로 치환되면서 사슬이 길이가 짧아지는 만큼 공간, 즉 크랙이 발생하게 된다.5, before ligand substitution, a gap is not formed between the conductive nanoparticles by the first organic ligand 122 having a relatively long chain length, but the first organic ligand 122 is an inorganic ligand having a short chain length ( 123), as the length of the chain is shortened, a space, that is, a crack occurs.

이와 같이 전도성 나노 입자의 리간드 치환에 따라 크랙이 형성됨으로써 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가하여 고감도 스트레인 센서의 저항도가 변화할 수 있다.In this way, cracks are formed according to ligand substitution of the conductive nanoparticles, so that the tunneling distance between the conductive nanoparticles increases, and the resistance of the high-sensitivity strain sensor may be changed.

다시 도 4를 참조하면, 단계 S130은 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 박막 상에 절연성 물질을 포함하는 용액을 도포하여 상기 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성할 수 있다.Referring back to FIG. 4, in step S130, a coating part surrounding the conductive nanoparticles may be formed by applying a solution containing an insulating material on a thin film including conductive nanoparticles substituted with a second organic ligand or an inorganic ligand. have.

상기 코팅부는 상기 절연성 물질을 포함하는 용액이 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 울트라 스프레이 코팅(ultra-spray coating), 전기 방사 코팅, 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 바 코팅(bar coating), 롤 코팅(roll coating), 딥 코팅(dip coating), 쉬어 코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing)을 통해 상기 박막 상에 도포되어 형성될 수 있으며, 이 방법에 제한되는 것은 아니다.In the coating part, a solution containing the insulating material is spray coating, spin coating, ultra-spray coating, electrospinning coating, slot die coating, and gravure coating. (gravure coating), bar coating, roll coating, dip coating, shear coating, screen printing, inkjet printing, or nozzle printing nozzle printing) may be applied and formed on the thin film, but is not limited to this method.

상기 코팅부의 절연성 물질은 박막 상에 도포되면서 전도성 나노 입자 사이에 스며들어 전도성 나노 입자 표면을 감싸 층과 같은 형상을 가지거나, 상기 전도성 나노 입자가 절연성 물질에 임베디드될 수 있다.The insulating material of the coating part may permeate between the conductive nanoparticles while being applied on the thin film to have a shape like a layer to surround the surface of the conductive nanoparticles, or the conductive nanoparticles may be embedded in the insulating material.

상기 단계 S130은 상기 크랙 형성에 따른 입자 간 터널링 거리 증가에 더하여, 절연성 물질이 전도성 나노 입자를 둘러싸면서 상기 전도성 나노 입자 간 터널링 거리를 더욱 증가시켜 고감도 스트레인 센서의 저항도 및 게이지 팩터를 증가시킬 수 있다.In the step S130, in addition to the increase of the tunneling distance between particles due to the formation of the crack, the insulating material surrounds the conductive nanoparticles and further increases the tunneling distance between the conductive nanoparticles, thereby increasing the resistance and the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor. have.

상기 절연성 물질은 실시예에 따라서 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.The insulating material may include silica (SiO 2) according to an embodiment.

실시예에 따라서, 상기 절연성 물질인 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 텅스텐 산화물(WO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 절연성을 가지는 물질이라면 상기 물질에 제한되지 않는다.According to an embodiment, the insulating material aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), zirconium oxide (ZrO 2 ), tungsten oxide (WO 2 ) It may include at least any one of, and any material having insulating properties is not limited to the material.

상기 단계 S130은 리간드가 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 박막을 절연성 물질을 포함하는 용액에 접촉시켜 코팅부를 형성할 수 있다.In the step S130, a coating part may be formed by contacting a thin film including conductive nanoparticles substituted with a ligand with a solution including an insulating material.

실시예에 따라서, 상기 단계 S130은 상기 절연성 물질을 포함하는 용액이 담긴 용기에 상기 박막을 담지시켜 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성할 수 있다.According to an embodiment, in step S130, a coating part surrounding the conductive nanoparticles may be formed by supporting the thin film in a container containing a solution containing the insulating material.

실시예에 따라서, 상기 절연성 물질을 포함하는 용액은 상기 박막 상에 브러시나 스포이드로 도포되어 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성할 수 있으며, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment, the solution containing the insulating material may be applied on the thin film with a brush or dropper to form a coating portion surrounding the conductive nanoparticles, but the method is not limited thereto.

상기 코팅부는 상기 박막과 상기 절연성 물질을 포함하는 용액의 접촉 시간에 따라 전도성 나노 입자를 둘러싸는 두께가 조절되어 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 조절됨에 따라 고감도 스트레인 센서의 저항도 또는 게이지 팩터를 조절할 수 있다.The coating unit may adjust the resistance of the highly sensitive strain sensor or the gauge factor as the thickness surrounding the conductive nanoparticles is adjusted according to the contact time between the thin film and the solution containing the insulating material, and the tunneling distance between the conductive nanoparticles is adjusted. have.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법으로부터 제조된고감도 스트레인 센서는 높은 게이지 팩터를 가지기 위해 상기 박막을 30분 내지 60분 동안 상기 절연성 물질을 포함하는 용액에 접촉시킬 수 있으며, 바람직하게는 가장 높은 게이지 팩터를 가지기 위해 상기 박막을 45분 동안 상기 절연성 물질을 포함하는 용액에 접촉시킬 수 있다.The high-sensitivity strain sensor manufactured from the method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention may contact the thin film with a solution containing the insulating material for 30 to 60 minutes in order to have a high gauge factor, preferably The thin film may be brought into contact with the solution containing the insulating material for 45 minutes to have the highest gauge factor.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조 과정을 도시한 모식도이다.6 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 기판(110) 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(121)인 은 나노 입자를 포함하는 박막이 형성된다.Referring to FIG. 6, a thin film including silver nanoparticles, which is conductive nanoparticles 121 surrounded by a first organic ligand, is formed on a substrate 110.

이후, 리간드 치환 용액인 MPA 용액을 이용하여 상기 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하여 크랙을 형성한다.Thereafter, a crack is formed by replacing the organic ligand with an inorganic ligand using an MPA solution, which is a ligand substitution solution.

다음으로, 리간드 치환된 은 나노 입자를 포함하는 박막 상에 TEOS(tetraethyl orthosilicate)를 포함하는 용액을 이용하여 은 나노 입자를 둘러싸는 실리카로 이루어진 코팅부(130)를 형성하여 고감도 스트레인 센서(100)를 제조할 수 있다.Next, by using a solution containing TEOS (tetraethyl orthosilicate) on a thin film containing the ligand-substituted silver nanoparticles, a coating part 130 made of silica surrounding the silver nanoparticles is formed to provide a high-sensitivity strain sensor 100. Can be manufactured.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 따르면, 상온 및 상압의 용액 공정으로 고감도 스트레인 센서를 쉽게 제조할 수 있어 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the manufacturing method of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention, a high-sensitivity strain sensor can be easily manufactured by a solution process at room temperature and pressure, so that mass production is possible and manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 제조방법에 의해 제조된 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자의 리간드 치환에 따라 형성된 크랙에 더하여 전도성 나노 입자를 둘러싸는 절연성 물질로 인해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가될 수 있다.In addition, the high-sensitivity strain sensor manufactured by the method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention is tunneling between conductive nanoparticles due to the insulating material surrounding the conductive nanoparticles in addition to cracks formed by ligand substitution of the conductive nanoparticles. The distance can be increased.

상기 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가됨에 따라 스트레인 센서의 저항도 및 게이지 팩터가 향상되고, 이에 따라 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있어, 동작 인식과 같은 스트레인 변화를 안정적으로 감지할 수 있다.The high-sensitivity strain sensor improves the resistance and gauge factor of the strain sensor as the tunneling distance between conductive nanoparticles increases, and accordingly, can sensitively detect strain changes, thereby stably detecting strain changes such as motion recognition. I can.

이하, 본 발명에 따른 고감도 스트레인 센서를 실시예에 따라 제조하고, 고감도 스트레인 센서의 특성 및 효과를 평가하였다.Hereinafter, a high-sensitivity strain sensor according to the present invention was manufactured according to Examples, and characteristics and effects of the high-sensitivity strain sensor were evaluated.

[실시예 1][Example 1]

1. 은 나노 입자의 합성1. Synthesis of silver nanoparticles

질산은(AgNO3) 3.4g, 올레일아민(oleylamine) 10mL, 올레익산(oleic acid) 90mL을 플라스크에 투입한 후 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.Silver nitrate (AgNO 3 ) 3.4 g, oleylamine 10 mL, and oleic acid 90 mL were added to the flask and stirred to prepare a mixed solution.

혼합 용액에 수분 및 산소를 제거하기 위해 탈기 과정을 거쳤으며 1.5시간 동안 75℃에서 탈기된 혼합 용액을 가열시켰다.The mixed solution was degassed to remove moisture and oxygen, and the degassed mixed solution was heated at 75° C. for 1.5 hours.

그 다음, 1℃/min의 승온 속도로 혼합 용액을 180℃까지 승온시켰으며, 상온에서 냉각시켰다.Then, the mixed solution was heated up to 180° C. at a rate of 1° C./min, and cooled at room temperature.

냉각된 혼합 용액을 톨루엔, 이소프로필 알코올 및 에탄올을 이용해 4분 동안 6,000rpm의 속도로 원심분리하여 세척된 은 나노 입자를 수득했다.The cooled mixed solution was centrifuged at a speed of 6,000 rpm for 4 minutes using toluene, isopropyl alcohol, and ethanol to obtain washed silver nanoparticles.

수득한 은 나노 입자는 옥탄(octane) 용매에 200mg/mL의 농도로 분산시켜 은 나노 입자 용액을 제조하였다.The obtained silver nanoparticles were dispersed in an octane solvent at a concentration of 200mg/mL to prepare a silver nanoparticle solution.

2. 기판 준비2. Substrate preparation

PET 기판을 아세톤, 이소프로판올 및 탈이온수로 5분 동안 초음파 세척한 후 질소 가스로 건조시켰다.The PET substrate was ultrasonically washed with acetone, isopropanol, and deionized water for 5 minutes, and then dried with nitrogen gas.

이후, 30분 동안 자외선 처리한 후 자기 조립 단층 기판을 제조하기 위해 5부피%의 MPTS(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane) 용액에 12시간 동안 담지시켜 표면 처리된 PET 기판을 준비하였다.Thereafter, after UV treatment for 30 minutes, a surface-treated PET substrate was prepared by immersing in a 5-vol% 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane (MPTS) solution for 12 hours to prepare a self-assembled single-layer substrate.

3. 은 나노 입자를 포함하는 박막의 제조3. Preparation of thin film containing silver nanoparticles

은 나노 입자 용액을 표면 처리된 PET 기판 상에 30초 동안 1,000rpm의 속도로 스핀 코팅하였다.The silver nanoparticle solution was spin-coated on the surface-treated PET substrate at a speed of 1,000 rpm for 30 seconds.

리간드 치환 용액인 MPA 용액은 10mM의 농도가 되도록 메탄올로 희석시켰다.The MPA solution, which is a ligand replacement solution, was diluted with methanol to a concentration of 10 mM.

은 나노 입자 용액이 스핀 코팅된 PET 기판을 희석된 MPA 용액에 1분 동안 담지시켜 은 나노 입자 박막을 형성하였다.The PET substrate spin-coated with the silver nanoparticle solution was supported in the diluted MPA solution for 1 minute to form a silver nanoparticle thin film.

이후, 모용액(mother solution)으로 세척하여 400nm 두께의 은 나노 입자 박막을 제조하였다.Thereafter, a thin film of silver nanoparticles having a thickness of 400 nm was prepared by washing with a mother solution.

4. 실리카 코팅부 형성4. Formation of silica coating

은 나노 입자 박막을 메탄올/수산화 암모늄 혼합용액에 담지시키고 10분 간 마그네틱 바를 이용하여 교반시킨다.A thin film of silver nanoparticles was supported in a mixed solution of methanol/ammonium hydroxide and stirred for 10 minutes using a magnetic bar.

이후에 5분 간 15mL의 TEOS를 천천히 적가시킨 후 반응이 일어날때까지 30분 동안 기다린다.After that, 15 mL of TEOS was slowly added dropwise for 5 minutes, and then waited for 30 minutes until the reaction occurred.

이후, 에탄올로 은 나노 입자 박막을 3회 세척하여 실리카 코팅부를 형성하여 고감도 스트레인 센서(Ag_MPA_SiO2)를 제조하였다.Thereafter, the silver nanoparticle thin film was washed three times with ethanol to form a silica coating to prepare a highly sensitive strain sensor (Ag_MPA_SiO 2 ).

[실시예 2][Example 2]

유리 기판 상에 은 나노 입자 박막을 형성한 것을 제외하고는, [실시예 1]과 동일한 방법으로 고감도 스트레인 센서(Ag_MPA_SiO2)를 제조하였다. A high-sensitivity strain sensor (Ag_MPA_SiO 2 ) was manufactured in the same manner as in [Example 1], except that a silver nanoparticle thin film was formed on the glass substrate.

[비교예 1][Comparative Example 1]

표면 처리된 PET 기판 상에 은 나노 입자 용액을 30초 동안 1,000rpm의 속도로 스핀 코팅하여 은 나노 입자 박막이 형성된 스트레인 센서(Ag NC)를 제조하였다.A silver nanoparticle solution was spin-coated on the surface-treated PET substrate at a speed of 1,000 rpm for 30 seconds to prepare a strain sensor (Ag NC) in which a silver nanoparticle thin film was formed.

[비교예 2][Comparative Example 2]

실리카 코팅부를 형성하지 않은 것을 제외하고는, [실시예 1]과 동일한 방법으로 스트레인 센서(Ag NC_MPA)를 제조하였다.A strain sensor (Ag NC_MPA) was manufactured in the same manner as in [Example 1], except that the silica coating portion was not formed.

[비교예 3][Comparative Example 3]

표면 처리된 유리 기판 상에 은 나노 입자 용액을 30초 동안 1,000rpm의 속도로 스핀 코팅하여 은 나노 입자 박막이 형성된 스트레인 센서(Ag NC)를 제조하였다.A silver nanoparticle solution was spin-coated on the surface-treated glass substrate at a speed of 1,000 rpm for 30 seconds to prepare a strain sensor (Ag NC) having a silver nanoparticle thin film formed thereon.

[비교예 4][Comparative Example 4]

실리카 코팅부를 형성하지 않은 것을 제외하고는, [실시예 2]와 동일한 방법으로 스트레인 센서(Ag NC_MPA)를 제조하였다.A strain sensor (Ag NC_MPA) was manufactured in the same manner as in [Example 2], except that the silica coating portion was not formed.

[실시예 3][Example 3]

은 나노 입자 박막 상에 TEOS를 적가한 후 45분 동안 반응시켜 실리카 코팅부를 형성한 것을 제외하고는, [실시예 1]과 동일한 방법으로 고감도 스트레인 센서를 제조하였다.A high-sensitivity strain sensor was manufactured in the same manner as in [Example 1], except that TEOS was added dropwise on the silver nanoparticle thin film and reacted for 45 minutes to form a silica coating.

[실시예 4][Example 4]

은 나노 입자 박막 상에 TEOS를 적가한 후 60분 동안 반응시켜 실리카 코팅부를 형성한 것을 제외하고는, [실시예 1]과 동일한 방법으로 고감도 스트레인 센서를 제조하였다.A high-sensitivity strain sensor was manufactured in the same manner as in [Example 1], except that TEOS was added dropwise on the silver nanoparticle thin film and reacted for 60 minutes to form a silica coating.

전도성 나노 입자의 리간드 치환 여부, 실리카 코팅부 형성 여부, 기판의 종류 및 실리카 코팅부 형성 방법에 따라 상기 비교예 및 실시예를 요약하면 아래의 표 1 및 표 2와 같다.The comparative examples and examples are summarized in Tables 1 and 2 below according to whether the conductive nanoparticles are ligand substituted, whether a silica coating is formed, a type of substrate, and a method of forming a silica coating.

[표 1][Table 1]

Figure 112019080186210-pat00001
Figure 112019080186210-pat00001

[표 2][Table 2]

Figure 112019080186210-pat00002
Figure 112019080186210-pat00002

특성 평가Property evaluation

도 7a는 본 발명의 비교예 1에 따른 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM(high-resolution transmission electron microscopy) 이미지이고, 도 7b는 본 발명의 비교예 2에 따른 리간드가 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM 이미지이며, 도 7c는 본 발명의 실시예 1에 따른 고감도 스트레인 센서의 모습을 도시한 HR-TEM 이미지이다.7A is a high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) image showing a state of a strain sensor including conductive nanoparticles according to Comparative Example 1 of the present invention, and FIG. 7B is a ligand according to Comparative Example 2 of the present invention. Is an HR-TEM image showing the state of the strain sensor including the substituted conductive nanoparticles, and FIG. 7C is an HR-TEM image showing the state of the highly sensitive strain sensor according to Example 1 of the present invention.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 은 나노 입자 용액의 스핀 코팅을 이용하여 PET 기판 상에 은 나노 입자 박막이 고르게 형성된 것을 확인할 수 있으며, 은 나노 입자 박막 상에 실리카 코팅부가 고르게 형성된 것을 확인할 수 있다.7A to 7C, it can be seen that the silver nanoparticle thin film is evenly formed on the PET substrate by spin coating of the silver nanoparticle solution, and it can be confirmed that the silica coating is evenly formed on the silver nanoparticle thin film. .

상기 비교예 1에 포함된 은 나노 입자는 4±0.3nm의 균일한 직경을 가지는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the silver nanoparticles included in Comparative Example 1 have a uniform diameter of 4±0.3 nm.

또한, 실리카 코팅부가 형성된 은 나노 입자 박막은 흐릿한 모습으로 관찰되는데, 이는 은 나노 입자가 무정형의 실리카로 인해 캡슐화되었기 때문이다.In addition, the silver nanoparticle thin film on which the silica coating was formed is observed as a hazy appearance, because the silver nanoparticles are encapsulated by amorphous silica.

이하, 상기 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에 대한 FT-IR 및 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼을 관찰하여 리간드 치환 여부 및 실리카 코팅부 형성 여부에 따른 스트레인 센서의 표면 화학 및 광학적 특성을 관찰하였다.Hereinafter, by observing the FT-IR and ultraviolet visible light absorption spectra for Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, surface chemical and optical properties of the strain sensor were observed depending on whether a ligand was substituted and whether a silica coating was formed. .

도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 스펙트럼이다.8 is a Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum of a strain sensor according to Comparative Examples and Examples of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 비교예 3에 따른 은 나노 입자 박막은 유기 리간드인 올레산 리간드가 가지는 C-H 스트레치에 의해 2830cm-1 내지 3000cm-1의 파수(wavenumber)에서 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the silver nanoparticle thin film according to Comparative Example 3 has a peak at a wavenumber of 2830 cm-1 to 3000 cm-1 due to the C-H stretch of the oleic acid ligand, which is an organic ligand.

상기 비교예 4에 따른 은 나노 입자 박막은 리간드 치환 반응에 의해 올레산 리간드가 MPA의 무기 리간드로 치환되면서 피크의 강도가 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the silver nanoparticle thin film according to Comparative Example 4 significantly decreased the intensity of the peak as the oleic acid ligand was replaced with the inorganic ligand of MPA by the ligand substitution reaction.

상기 실시예 2에 따른 은 나노 입자 박막은 C-H 스트레치에 따른 피크가 관찰되지 않았으며, 이는 실리카 코팅부에 의해 무기 리간드가 가려졌기 때문이다.The silver nanoparticle thin film according to Example 2 did not observe a peak according to the C-H stretch, because the inorganic ligand was covered by the silica coating part.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 상온 상압의 간단한 용액 공정을 통해 전도성 나노 입자를 완전히 둘러싸는 코팅부를 형성할 수 있다.Therefore, the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention can form a coating part completely surrounding the conductive nanoparticles through a simple solution process at room temperature and pressure.

도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이다.9 is an ultraviolet-visible light absorption spectrum of a strain sensor according to a comparative example and an example of the present invention.

도 9를 참조하면, 상기 비교예 3에 따른 은 나노 입자 박막은 430nm의 파장에서 국소 표면 플라즈마 공명(localized surface plasmonic resonance, LSPR) 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the silver nanoparticle thin film according to Comparative Example 3 has a localized surface plasmonic resonance (LSPR) peak at a wavelength of 430 nm.

상기 비교예 4에 따른 은 나노 입자 박막은 리간드 치환 반응에 의해 은 나노 입자의 LSPR 피크가 548nm로 적색 시프트(red-shifted)된 것을 확인할 수 있다.In the silver nanoparticle thin film according to Comparative Example 4, it can be seen that the LSPR peak of the silver nanoparticles is red-shifted to 548 nm by a ligand substitution reaction.

또한, 상기 비교예 4에 따른 은 나노 입자 박막은 리간드 치환 반응에 의해 은 나노 입자 간 터널링 거리가 좁아지면서 전기적 커플링이 강하게 발생됨에 따라 LSPR 피크 강도가 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있다.In addition, in the silver nanoparticle thin film according to Comparative Example 4, as the tunneling distance between the silver nanoparticles was narrowed by the ligand substitution reaction, the LSPR peak intensity was remarkably decreased as electrical coupling was strongly generated.

상기 실시예 2에 따른 은 나노 입자 박막은 실리카 코팅부에 의해 LSPR 피크가 493nm로 청색 시프트(blue-shifted)된 것을 확인할 수 있다.In the silver nanoparticle thin film according to Example 2, it can be seen that the LSPR peak is blue-shifted to 493 nm by the silica coating unit.

상기 실시예 2의 청색 시프트 현상은 은 나노 입자가 실리카 코팅부에 의해 입자 간 터널링 거리가 멀어지면서 커플링 정도가 약해진 것을 나타낸다.The blue shift phenomenon of Example 2 indicates that the degree of coupling of the silver nanoparticles was weakened as the tunneling distance between particles increased by the silica coating portion.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 FT-IR 및 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼을 통해 코팅부에 의해 전도성 나노 입자 간 터널링 거리가 증가되는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be seen that the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention increases the tunneling distance between conductive nanoparticles by the coating unit through the FT-IR and ultraviolet-visible light absorption spectrum.

이하, 스트레인 센서의 웨어러블 분야 활용 가능성을 확인하기 위해 리간드 치환 유무 및 실리카 코팅부 형성 여부에 따른 스트레인 센서의 전기화학적 특성을 관찰하였다.Hereinafter, in order to confirm the possibility of using the strain sensor in the wearable field, the electrochemical characteristics of the strain sensor were observed according to the presence or absence of ligand substitution and the formation of a silica coating.

도 10a는 본 발명의 비교예 2에 따른 리간드가 치환된 전도성 나노 입자를 포함하는 스트레인 센서의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이며, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이다.10A is a graph showing a current-voltage curve of a strain sensor including conductive nanoparticles substituted with a ligand according to Comparative Example 2 of the present invention, and FIG. 10B is a graph showing a current-voltage curve of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the voltage curve.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 실시예 1에 따른 고감도 스트레인 센서는 가해지는 스트레인의 크기에 상관 없이 상기 비교예 2에 따른 스트레인 센서보다 같은 전압 대비 전류 값이 작은 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 상기 실시예 1은 상기 비교예 2에 비해 터널링 거리가 증가하면서 절연성 거동이 더 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 10A and 10B, it can be seen that the high-sensitivity strain sensor according to the first embodiment has a smaller current value versus the same voltage than the strain sensor according to Comparative Example 2, regardless of the size of the applied strain. It can be seen that in Example 1, the insulating behavior is greater as the tunneling distance is increased compared to Comparative Example 2.

또한, 상기 비교예 2에 따른 스트레인 센서는 스트레인이 가해지지 않을 때(strain=0%)와 0.4%의 스트레인이 가해졌을 때(strain=0.4%) 전류-전압 곡선의 변화가 상기 실시예 1보다 작은 것을 확인할 수 있다.In addition, in the strain sensor according to Comparative Example 2, the change in the current-voltage curve when no strain is applied (strain = 0%) and when a strain of 0.4% is applied (strain = 0.4%) is higher than that of Example 1. You can see a small thing.

이는 상기 실시예 1에 형성된 실리카 코팅부에 의해 은 나노 입자 간 터널링 거리가 증가함에 따라 저항 변화율이 증가했기 때문이다.This is because the resistance change rate increased as the tunneling distance between silver nanoparticles increased by the silica coating part formed in Example 1 above.

도 11은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 스트레인에 따른 게이지 팩터(guage factor)를 도시한 그래프이다.11 is a graph showing a gauge factor according to strain of a strain sensor according to a comparative example and an example of the present invention.

도 11을 참조하면, 상기 비교예 2 및 실시예 1에 가해지는 스트레인의 크기가 증가할수록 외력에 의해 전도성 나노 입자 사이에 틈새가 발생하여 상기 비교예 2 및 실시예 1 모두 게이지 팩터가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, as the size of the strain applied to Comparative Examples 2 and 1 increases, a gap is generated between the conductive nanoparticles due to external force, and thus, the gauge factor increases in both Comparative Examples 2 and 1. I can confirm.

또한, 상기 실시예 1은 실리코 코팅부에 의해 은 나노 입자의 터널링 거리가 증가함에 따라 상기 비교예 2에 비해 큰 게이지 팩터 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that Example 1 has a larger gauge factor value than that of Comparative Example 2 as the tunneling distance of the silver nanoparticles is increased by the silica coating unit.

이때, 0.2% 내지 1%의 스트레인을 가했을 때 상기 실시예 1의 최대 게이지 팩터는 188±15인 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that the maximum gauge factor of Example 1 is 188±15 when a strain of 0.2% to 1% is applied.

0.4%의 스트레인을 가했을 때 상기 비교예 2 및 실시예 1의 저항도 및 게이지 팩터를 요약하면 아래의 표 3과 같다.When a strain of 0.4% is applied, the resistance and gauge factors of Comparative Examples 2 and 1 are summarized in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112019080186210-pat00003
Figure 112019080186210-pat00003

상기 표 2를 참조하면, 실리카 코팅부가 형성된 실시예 1은 실리카 코팅부가 형성되지 않은 비교예 2에 비해 큰 저항도 및 게이지 팩터 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that Example 1 in which the silica coating part is formed has a greater resistance and a gauge factor value than Comparative Example 2 in which the silica coating part is not formed.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부에 의해 터널링 거리가 증가되어 높은 저항도 및 게이지 팩터를 가져 스트레인 변화를 민감하게 감지할 수 있다.Therefore, the high-sensitivity strain sensor according to an exemplary embodiment of the present invention has a high resistance and a gauge factor as the tunneling distance is increased by the coating unit surrounding the conductive nanoparticles, so that strain changes can be sensitively sensed.

도 12는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서의 벤딩 횟수에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.12 is a graph showing a change in electrical resistance according to the number of bending of the strain sensor according to the comparative example and the example of the present invention.

이때, 벤딩 횟수라 함은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 스트레인 센서를 구부리는 행위의 횟수를 의미하며, 스트레인 센서를 구부리지 않은 상태에서 완전히 구부린 상태에 도달했을 때 최초 1회 벤딩으로 간주하며, 이후에는 구부려진 스트레인 센서가 펴졌다가 다시 완전히 구부려진 상태를 벤딩 1회로 정의한다.At this time, the number of bending refers to the number of actions of bending the strain sensor according to the comparative examples and examples of the present invention, and is regarded as the first bending when the strain sensor reaches a fully bent state without bending. After that, a state in which the bent strain sensor is unfolded and then completely bent is defined as one bending.

또한, 도 12의 y축인 R/R0는 초기 저항(R0) 대비 벤딩에 따른 저항 변화율(R)로, 일정한 스트레인을 반복적으로 가하는 경우에는 게이지 팩터와 동일하다. In addition, R/R 0, which is the y-axis of FIG. 12, is the rate of change of resistance R according to bending compared to the initial resistance R 0, and is the same as the gauge factor when a certain strain is repeatedly applied.

도 12를 참조하면, 상기 실시예 1은 동일한 스트레인을 반복적으로 가하는 벤딩 과정에서 상기 비교예 2에 비해 큰 게이지 팩터 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that Example 1 has a larger gauge factor value than that of Comparative Example 2 in a bending process in which the same strain is repeatedly applied.

또한, 상기 비교예 2 및 실시예 1은 반복적인 벤딩에도 불구하고 일정한 게이지 팩터를 가지는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that Comparative Examples 2 and 1 have a constant gauge factor despite repeated bending.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 기존의 스트레인 센서에 비해 큰 게이지 팩터 값을 가짐에 따라 우수한 민감도를 가질 수 있으며, 반복적인 벤딩에도 불구하고 민감도가 유지되어 내구성 역시 우수하여 웨어러블 기기에 적용이 가능하다.That is, the high-sensitivity strain sensor according to the embodiment of the present invention can have excellent sensitivity as it has a larger gauge factor value than that of the conventional strain sensor, and the sensitivity is maintained despite repeated bending, so that the durability is also excellent. Applicable to

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서의 스트레인 인가 시간에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.13 is a graph showing a change in electrical resistance according to a strain application time of a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 13의 x축은 상기 실시예 1에 반복적인 벤딩을 가하는 시간을 의미한다.The x-axis of FIG. 13 denotes a time for repeatedly applying bending to the first embodiment.

도 13의 확대된 이미지를 참조하면, 상기 실시예 1에 동일한 스트레인을 가할 때 스트레인을 가하는 시간이 증가하여도 일정한 게이지 팩터 R/R0를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to the enlarged image of FIG. 13, it can be seen that when the same strain is applied to the first embodiment, a constant gauge factor R/R 0 is obtained even when the time to apply the strain increases.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 스트레인이 오랫동안 가해져도 민감도가 일정하게 유지될 수 있어 내구성이 우수하다.That is, the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention has excellent durability since sensitivity can be maintained constant even when strain is applied for a long time.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서를 손가락에 부착한 후 손가락을 구부려 고감도 스트레인 센서를 벤딩시켜 웨어러블 기기에 실질적으로 적용 가능한지 평가하였다.Hereinafter, after attaching the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention to a finger, it was evaluated whether the high-sensitivity strain sensor was bent by bending the finger to be practically applicable to a wearable device.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서를 손가락에 부착한 후 벤딩되는 시간에 따른 전기 저항 변화를 도시한 그래프이다.14 is a graph showing changes in electrical resistance according to bending time after attaching a high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention to a finger.

도 14를 참조하면, 상기 실시예 1의 고감도 스트레인 센서에 반복적으로 스트레인을 가하여도 거의 일정한 게이지 팩터(R/R0)를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14, it can be seen that even when strain is repeatedly applied to the high-sensitivity strain sensor of Example 1, the gauge factor R/R 0 is substantially constant.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 반복적으로 벤딩되어도 일정한 민감도를 가질 수 있어 우수한 내구성을 나타낸다.Accordingly, the high-sensitivity strain sensor according to an exemplary embodiment of the present invention can have a certain sensitivity even when repeatedly bent, thereby exhibiting excellent durability.

이하, 상기 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4에 따른 고감도 스트레인 센서에서 실리카 코팅부 형성 시 반응 시간에 따른 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터를 측정하였으며, 이를 요약하면 아래의 표 4와 같다.Hereinafter, in the high-sensitivity strain sensors according to Examples 1, 3, and 4, the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor according to the reaction time was measured when the silica coating part was formed, and summarized in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

Figure 112019080186210-pat00004
Figure 112019080186210-pat00004

표 4를 참조하면, TEOS가 45분 동안 반응된 상기 실시예 3의 게이지 팩터가 가장 크고, 상기 실시예 1, 상기 실시예 4 순서로 게이지 팩터 값이 작아진다.Referring to Table 4, the gauge factor of Example 3 in which TEOS was reacted for 45 minutes was the largest, and the gauge factor value was decreased in the order of Example 1 and Example 4.

즉, 반응 시간과 상기 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4에 따른 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터는 비례하지 않는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the reaction time and the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor according to the first, third, and fourth embodiments are not proportional.

특히, 반응 시간이 60분일 경우 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터 값이 현저하게 감소되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 과도하게 두꺼운 실리카 코팅부가 전자 이동을 방해하기 때문이다.In particular, when the reaction time is 60 minutes, it can be seen that the value of the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor is significantly reduced, because an excessively thick silica coating part interferes with electron migration.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 스트레인 센서는 절연성 물질의 적가 방법으로 코팅부를 형성할 시 45분 동안 반응을 수행하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the high-sensitivity strain sensor according to an embodiment of the present invention performs the reaction for 45 minutes when forming the coating part by dropwise addition of an insulating material.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by the claims to be described later as well as those equivalent to the claims.

100: 고감도 스트레인 센서
110: 기판
120: 박막
121: 전도성 나노 입자
122: 제1 유기 리간드
123: 무기 리간드
130: 코팅부
140: 크랙100: high sensitivity strain sensor
110: substrate
120: thin film
121: conductive nanoparticles
122: first organic ligand
123: inorganic ligand
130: coating part
140: crack

Claims (17)

기판;
상기 기판 상에 형성되고 전도성 나노 입자를 포함하는 박막; 및
상기 전도성 나노 입자를 둘러싸고 절연성 물질로 형성된 코팅부
를 포함하며,
상기 박막은 상기 전도성 나노 입자가 제1 유기 리간드로 둘러싸여 있는 상태에서 상기 제1 유기 리간드가 제2 유기 리간드 또는 무기 리간드로 치환되면서 형성된 크랙(crack)을 포함하며,
상기 절연성 물질은 상기 전도성 나노 입자 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시키는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
Board;
A thin film formed on the substrate and including conductive nanoparticles; And
A coating part surrounding the conductive nanoparticles and formed of an insulating material
Including,
The thin film includes a crack formed by replacing the first organic ligand with a second organic ligand or an inorganic ligand while the conductive nanoparticles are surrounded by a first organic ligand,
The insulating material is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that to increase the tunneling distance between the conductive nanoparticles.
 제1항에 있어서,
상기 절연성 물질은 실리카(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The insulating material is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that including silica (SiO 2 ).
제1항에 있어서,
상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The conductive nanoparticles contain at least one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), and iron (Fe). High sensitivity strain sensor, characterized in that.
 제1항에 있어서,
상기 고감도 스트레인 센서는 상기 전도성 나노 입자의 터널링 거리가 증가됨에 따라 상기 고감도 스트레인 센서의 저항 변화율이 증가하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The high-sensitivity strain sensor is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that as the tunneling distance of the conductive nanoparticles increases, the resistance change rate of the high-sensitivity strain sensor increases.
 제4항에 있어서,
상기 고감도 스트레인 센서의 저항도(resistivity)는 8Ωcm 내지 477Ωcm인 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 4,
The high-sensitivity strain sensor, characterized in that the resistance (resistivity) of the high-sensitivity strain sensor is 8Ωcm to 477Ωcm.
 제4항에 있어서,
상기 고감도 스트레인 센서의 게이지 팩터(gauge factor)는 71 내지 144인 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 4,
The high-sensitivity strain sensor, characterized in that the gauge factor of the high-sensitivity strain sensor (gauge factor) is 71 to 144.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 유기 리간드는 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The first organic ligand is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that containing 8 to 18 carbon chains.
 제1항에 있어서,
상기 제2 유기 리간드는 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The second organic ligand is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that containing 1 to 3 carbon chains.
 제1항에 있어서,
상기 제1 유기 리간드는 TOPO(trioctylphosphineoxide), 옥타데칸올(octadecanol) 및 올레익산(oleic acid) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The first organic ligand is a high-sensitivity strain sensor, characterized in that at least one of TOPO (trioctylphosphineoxide), octadecanol (octadecanol) and oleic acid (oleic acid).
 제1항에 있어서,
상기 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The second organic ligand is a high-sensitivity strain sensor comprising at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA).
 제1항에 있어서,
상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서.
The method of claim 1,
The inorganic ligand is sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN -), iodine ion (I -), disulfide ion (HS -) , tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 -) and six hexafluorophosphate ion (PF 6 -) strain sensitive sensor which comprises at least includes one of .
 기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 이용하여 박막을 형성하는 단계;
제2 리간드 또는 무기 리간드가 분산된 리간드 치환 용액을 이용하여 상기 전도성 나노 입자의 제1 유기 리간드를 상기 제2 리간드 또는 상기 무기 리간드로 치환시키는 단계; 및
절연성 물질을 포함하는 용액을 이용하여 상기 제2 리간드 또는 상기 무기 리간드로 치환된 전도성 나노 입자를 둘러싸는 코팅부를 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 절연성 물질은 상기 전도성 나노 입자 간 터널링(tunneling) 거리를 증가시키는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서의 제조방법.
Forming a thin film on a substrate using a solution containing conductive nanoparticles surrounded by a first organic ligand;
Replacing the first organic ligand of the conductive nanoparticles with the second ligand or the inorganic ligand using a second ligand or a ligand substitution solution in which the inorganic ligand is dispersed; And
Forming a coating part surrounding the conductive nanoparticles substituted with the second ligand or the inorganic ligand using a solution containing an insulating material
Including,
The method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor, wherein the insulating material increases a tunneling distance between the conductive nanoparticles.
 제13항에 있어서,
상기 절연성 물질은 실리카(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서의 제조방법.
The method of claim 13,
The method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor, wherein the insulating material includes silica (SiO 2 ).
제13항에 있어서,
상기 리간드 치환 용액은 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서의 제조방법.
The method of claim 13,
The ligand replacement solution comprises at least one of 3-mercaptopropionic acid (MPA), 1,2-ethanedithiol (EDT), and ethylenediamine (EDA).
 제13항에 있어서,
상기 리간드 치환 용액은 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서의 제조방법.
The method of claim 13,
The ligand solution was substituted sulfur ions (S 2-), chloride ion (Cl -), bromide ion (Br -), thiocyanate ion (SCN -), iodine ion (I -), disulfide ion (HS - ), tellurium ions (Te 2-), hydroxide ions (OH -), boric tetrafluoride ion (BF 4 -), and phosphate hexafluoride ion (PF 6 - sensitive strain characterized in that at least one of a) Method of manufacturing the sensor.
 제13항에 있어서,
상기 박막은 30분 내지 60분 동안 상기 절연성 물질을 포함하는 용액에 접촉되는 것을 특징으로 하는 고감도 스트레인 센서의 제조방법.The method of claim 13,
The method of manufacturing a high-sensitivity strain sensor, characterized in that the thin film is in contact with the solution containing the insulating material for 30 to 60 minutes.
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