KR102234735B1 - High sensitive microporous pressure sensor with low hysteresis fabricated by microfluidic systems - Google Patents

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KR102234735B1
KR102234735B1 KR1020180093557A KR20180093557A KR102234735B1 KR 102234735 B1 KR102234735 B1 KR 102234735B1 KR 1020180093557 A KR1020180093557 A KR 1020180093557A KR 20180093557 A KR20180093557 A KR 20180093557A KR 102234735 B1 KR102234735 B1 KR 102234735B1
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Abstract

본 발명은 미세유체 시스템을 이용하여 마이셀 구조의 크기를 조절하는 것으로, 다공성 압력센서의 기공크기 조절이 가능할 뿐만 아니라 전도성 고분자를 표면에 합성하는 것으로 높은 내구성과 고민감도를 가질 수 있는 압력센서의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 비극성용매 및 선형고분자를 혼합하는 단계; (b) 하나의 채널에 상기 (a)단계의 혼합용액과 극성용매를 공급하여 마이셀 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 채널에서 유출되는 마이셀 구조를 가열하여 선형고분자를 중합시키고, 용매를 증발시켜 다공성 구조를 수득하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 제조된 다공성 구조의 표면에 전도성 고분자를 증착하는 단계를 포함하는 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법을 제공한다.The present invention is to control the size of the micelle structure by using a microfluidic system, the pore size of the porous pressure sensor can be adjusted, as well as the manufacture of a pressure sensor that can have high durability and high sensitivity by synthesizing a conductive polymer on the surface It's about the method. The present invention comprises the steps of (a) mixing a non-polar solvent and a linear polymer; (b) forming a micelle structure by supplying the mixed solution of step (a) and a polar solvent to one channel; (c) heating the micelle structure flowing out of the channel to polymerize the linear polymer, and evaporating the solvent to obtain a porous structure; And (d) depositing a conductive polymer on the surface of the porous structure prepared in step (c).

Description

미세유체 시스템을 이용한 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법{High sensitive microporous pressure sensor with low hysteresis fabricated by microfluidic systems}High sensitive microporous pressure sensor with low hysteresis fabricated by microfluidic systems}

본 발명은 미세유체 시스템을 이용한 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세유체 시스템을 이용하여 마이셀 구조의 크기를 조절하는 것으로, 다공성 압력센서의 기공크기 조절이 가능할 뿐만 아니라 전도성 고분자를 표면에 합성시키는 것으로 높은 내구성과 고민감도를 가질 수 있는 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a highly sensitive pressure sensor having a low hysteresis phenomenon using a microfluidic system, and more particularly, by controlling the size of a micelle structure using a microfluidic system, and controlling the pore size of the porous pressure sensor The present invention relates to a method of manufacturing a pressure sensor capable of having high durability and high sensitivity by synthesizing a conductive polymer on the surface as well as possible.

4차 산업혁명과 함께 로봇에 대한 관심이 증가하고 있으며, 로봇에게도 인간과 같은 감각을 부여하기 위한 촉각 센서 연구가 활발히 진행되고 있다. 인간의 촉각의 핵심은 압력이므로 촉각 센서 중에서도 압력 센서에 대한 연구가 중점적으로 이루어지고 있다. 현재까지 많은 압력센서들이 개발 및 연구되고 있지만 상용화를 위해 해결되어야 할 문제점들이 많다. Along with the 4th industrial revolution, interest in robots is increasing, and tactile sensor research is being actively conducted to give robots the same sense as humans. Since the core of human tactile sense is pressure, research on pressure sensors is being focused among tactile sensors. Until now, many pressure sensors have been developed and researched, but there are many problems to be solved for commercialization.

그 문제점 중 하나는 균일성이다. 균일성이란 다수의 센서를 제작하였을 때 모두 동일한 성능을 나타내는 것을 말한다. 기존의 문헌들을 통해 보고되고 있는 센서들은 하나의 성능은 특출나지만 구조적 제약으로 인해 재현성이 떨어지며 균일성이 떨어지고 있다. One of the problems is uniformity. Uniformity means that when a number of sensors are manufactured, all of them exhibit the same performance. Although one of the sensors reported through the existing literature is outstanding, reproducibility and uniformity are inferior due to structural constraints.

현재 보고 되고 있는 압력 센서의 또 다른 문제점은 이력현상이다. 이력현상이란 센서가 자극을 받아 구조가 변하기 전과 후에 같은 신호점으로 돌아오지 않음을 말한다. 이러한 현상이 발생하면 센서의 초기 저항값이 계속 변동되어 정확한 신호 측정이 불가능하게 되며, 센서의 데이터에 대한 신뢰도가 감소하게 된다. Another problem with pressure sensors that are currently being reported is hysteresis. The hysteresis phenomenon means that the sensor does not return to the same signal point before and after the structure changes due to stimulation. When such a phenomenon occurs, the initial resistance value of the sensor continuously fluctuates, making it impossible to accurately measure a signal, and the reliability of the sensor data decreases.

따라서 현재 압력센서의 상용화를 막고 있는 센서의 균일성, 이력현상, 민감도의 문제를 해결하는 경우 인공피부, 터치스크린, 웨어러블 소재 등에서 다양하게 활용될 수 있는 압력센서의 제작이 가능할 것이다.Therefore, when solving the problems of sensor uniformity, hysteresis, and sensitivity, which are preventing the commercialization of pressure sensors, it will be possible to manufacture pressure sensors that can be used in various ways in artificial skin, touch screens, and wearable materials.

(0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0072521호(0001) Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0072521 (0002) 대한민국 등록특허공보 제10-0605028호(0002) Korean Patent Publication No. 10-0605028

본 발명은 미세유체 시스템을 이용하여 마이셀 구조의 크기를 조절하는 것으로, 다공성 압력센서의 기공크기 조절이 가능할 뿐만 아니라 전도성 고분자를 표면에 합성하는 것으로 높은 내구성과 고민감도를 가질 수 있는 압력센서의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to control the size of the micelle structure by using a microfluidic system, the pore size of the porous pressure sensor can be adjusted, as well as the manufacture of a pressure sensor that can have high durability and high sensitivity by synthesizing a conductive polymer on the surface I want to provide a way.

전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 비극성용매 및 선형고분자를 혼합하는 단계; (b) 하나의 채널에 상기 (a)단계의 혼합용액과 극성용매를 공급하여 마이셀 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 채널에서 유출되는 마이셀 구조를 가열하여 선형고분자를 중합시키고, 용매를 증발시켜 다공성 구조를 수득하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 제조된 다공성 구조의 표면에 전도성 고분자를 증착하는 단계를 포함하는 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention comprises the steps of: (a) mixing a non-polar solvent and a linear polymer; (b) forming a micelle structure by supplying the mixed solution of step (a) and a polar solvent to one channel; (c) heating the micelle structure flowing out of the channel to polymerize the linear polymer, and evaporating the solvent to obtain a porous structure; And (d) depositing a conductive polymer on the surface of the porous structure prepared in step (c).

상기 비극성 용매는 벤젠, 헥산, 톨루엔, 자일렌, 헥사데칸, 옥타데칸 또는 노나데칸일 수 있다.The non-polar solvent may be benzene, hexane, toluene, xylene, hexadecane, octadecane, or nonadecane.

상기 선형 고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 알린하이드로카복실란(allyhydrocarboxsliane)일 수 있다.The linear polymer may be polydimethylsiloxane (PDMS) or allyhydrocarboxsliane.

상기 극성 용매는 물 또는 클로로포름일 수 있다.The polar solvent may be water or chloroform.

상기 (b)단계는 미세유체 시스템을 이용하여 수행되는 단계일 수 있다.The step (b) may be a step performed using a microfluidic system.

상기 (c) 단계는 50~100℃에서 수행되며, 선형 고분자의 중합이 먼저 수행된 다음, 용매의 증발이 수행되는 단계일 수 있다.The step (c) is performed at 50 to 100° C., and may be a step in which polymerization of the linear polymer is first performed, and then evaporation of the solvent is performed.

상기 (d)단계의 전도성 고분자를 증착하기 이전, 플라즈마 처리를 통하여 작용기를 부착한 다음, 고분자 중합 조제를 부착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Before depositing the conductive polymer in step (d), a step of attaching a functional group through plasma treatment and then attaching a polymer polymerization aid may be further included.

상기 플라즈마 처리는 O2플라즈마를 이용하여 수행될 수 있다.The plasma treatment may be performed using O2 plasma.

상기 고분자 종합 조제는 피롤실레인일 수 있다.The polymer composite preparation may be pyrrolesilane.

상기 (d) 단계의 전도성 고분자는 피롤 또는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate(PEDOT;PSS)일 수 있다.The conductive polymer in step (d) may be pyrrole or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT; PSS).

상기 (d)단계는 Fe3+촉매의 존재하에서 수행될 수 있다.The step (d) may be performed in the presence of an Fe3+ catalyst.

본 발명은 또한 상기 제조방법에 의하여 제조되는 압력센서를 제공한다.The present invention also provides a pressure sensor manufactured by the above manufacturing method.

본 발명에 따른 미세유체 시스템을 이용한 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법은 미세유체 시스템을 이용한 마이셀 구조를 통하여 다공성 구조를 제조함에 따라, 압력센서의 낮은 민감도 및 센서특성의 비균일화를 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 표면 활성화를 통하여 표면에 합성되는 전도성 고분자와 강한 화학적 결합을 가지게 되는 것으로 이력현성의 발생이 최소화 될 수 있어, 높은 민감도 및 정확도를 가지는 압력센서를 제공할 수 있어, 인공피부, 의료용 수술도구, 플렉시블 터치 스크린, 웨어러블 전자소재 등에 유용하게 사용될 수 있다.The method for manufacturing a highly sensitive pressure sensor with a low hysteresis using a microfluidic system according to the present invention overcomes the low sensitivity of the pressure sensor and non-uniformity of the sensor characteristics by manufacturing a porous structure through a micelle structure using a microfluidic system. In addition to being able to, by having a strong chemical bond with the conductive polymer synthesized on the surface through surface activation, the occurrence of hysteresis can be minimized, and thus a pressure sensor with high sensitivity and accuracy can be provided. , Medical surgical tools, flexible touch screens, wearable electronic materials, etc. can be usefully used.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이셀구조, 다공성 구조 및 전도성 고분자 중합이후의 광학현미경 사진이다.‘
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 고분자(피롤)을 증착한 이후 FT-IR분석결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력센서의 마이셀 구조 크기에 따른 민감도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력센서의 반응속도를 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력센서의 이력현상을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력센서의 내구성 실험결과 그래프이다.
도 7은 기존의 CNT기반 센서의 내구성 실험결과 그래프이다.
1 is an optical micrograph after polymerization of a micelle structure, a porous structure, and a conductive polymer according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of FT-IR analysis after depositing a conductive polymer (pyrrole) according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the sensitivity according to the size of the micelle structure of the pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph measuring the reaction rate of the pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph measuring the hysteresis phenomenon of the pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the results of a durability test of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the results of a durability test of a conventional CNT-based sensor.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations may be applied and various embodiments may be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as include or have are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination of them described in the specification, and one or more other features, numbers, and steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 (a) 비극성용매 및 선형고분자를 혼합하는 단계; (b) 하나의 채널에 상기 (a)단계의 혼합용액과 극성용매를 공급하여 마이셀 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 채널에서 유출되는 마이셀 구조를 가열하여 선형고분자를 중합시키고, 용매를 증발시켜 다공성 구조를 수득하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 제조된 다공성 구조의 표면에 전도성 고분자를 증착하는 단계를 포함하는 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of (a) mixing a non-polar solvent and a linear polymer; (b) forming a micelle structure by supplying the mixed solution of step (a) and a polar solvent to one channel; (c) heating the micelle structure flowing out of the channel to polymerize the linear polymer, and evaporating the solvent to obtain a porous structure; And (d) depositing a conductive polymer on the surface of the porous structure prepared in step (c).

상기 (a)단계는 마이셀 구조를 형성하기 위하여 비극성용매에 선형고분자를 혼합하는 단계로, 상기 비극성 용매에 혼합된 선형고분자가 극성용매와 혼합되면, 내부에는 비극성용매를 포함하면서 구형으로 배열되어 마이셀 구조를 형성하게 된다. 이때 사용되는 비극성용매는 벤젠, 헥산, 톨루엔, 자일렌, 헥사데칸, 옥타데칸 또는 노나데칸일 수 있으며, 바람직하게는 헥사데칸을 사용할 수 있다. 또한 상기 선형 고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 알린하이드로카복실란(allyhydrocarboxsliane)을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 선형 고분자와 비극성 용매는 무게기준으로 1:10~3:1의 비를 가지도록 혼합하는 것이 바람직하다. 1:10미만의 비율을 가지도록 혼합되는 경우 선형고분자의 비율이 낮아져 마이셀 구조가 형성되지 않을 수 있으며, 1:3미만의 비율을 가지도록 혼합되는 경우 선형고분자의 비율이 높아져 응집형상이 발생할 수 있으며, 이에따라 다공성 규조의 불균일화 및 공극의 감소를 가져올 수 있다. The step (a) is a step of mixing a linear polymer in a non-polar solvent to form a micelle structure, and when the linear polymer mixed in the non-polar solvent is mixed with a polar solvent, the micelles are arranged in a spherical shape while containing a non-polar solvent therein. To form a structure. The non-polar solvent used at this time may be benzene, hexane, toluene, xylene, hexadecane, octadecane, or nonadecane, and preferably hexadecane may be used. In addition, it is preferable to use polydimethylsiloxane (PDMS) or allyhydrocarboxsliane as the linear polymer. In addition, it is preferable to mix the linear polymer and the non-polar solvent so as to have a ratio of 1:10 to 3:1 based on weight. When mixed to have a ratio of less than 1:10, the ratio of linear polymers may be lowered and micelle structure may not be formed, and when mixed to have a ratio of less than 1:3, the ratio of linear polymers may increase, resulting in agglomeration. And, accordingly, it may bring about nonuniformity of the porous diatom and reduction of voids.

상기 (b)단계는 하나의 채널에 상기 (a)단계의 혼합용액과 극성용매를 공급하여 마이셀 구조를 형성하는 단계로, 미세유체 시스템을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 이때 상기 (a)단계의 용액과 극성용액은 각기 다른 공급로를 거쳐 공급되며, 상기 미세유체 시스템 내의 채널에서 혼합되어 마이셀을 형성하게 된다. 또한 상기 미세유체 시스템을 사용하는 경우 채널의 직경과 동일한 직경을 가지는 마이셀이 형성되므로 상기 채널의 직경을 조절하는 것으로 다공성 구조내의 공극 크기를 조절할 수 있다. 이때 사용되는 극성용매는 물 또는 클로로포름을 사용하는 것이 바람직하며, 공급되는 물의 양을 조절하여 마이셀 구조가 유출되는 양을 조절할 수 있다.The step (b) is a step of forming a micelle structure by supplying the mixed solution of step (a) and a polar solvent to one channel, and is preferably performed using a microfluidic system. At this time, the solution and the polar solution in step (a) are supplied through different supply paths, and are mixed in channels in the microfluidic system to form micelles. In addition, when the microfluidic system is used, since micelles having the same diameter as the diameter of the channel are formed, the pore size in the porous structure can be adjusted by adjusting the diameter of the channel. In this case, it is preferable to use water or chloroform as the polar solvent used, and the amount of the micelle structure outflow can be controlled by adjusting the amount of water supplied.

상기 (c) 단계는 상기 채널에서 유출되는 마이셀 구조를 가열하여 선형고분자를 중합시키고, 용매를 증발시켜 다공성 구조를 수득하는 단계로 50~100℃에서 수행되며, 선형 고분자의 중합이 먼저 수행된 다음, 용매의 증발이 수행되는 단계일 수 있다. 도1의 첫 번째 그림에 나타난 바와 같이, 마이셀 구조를 일정하게 배열하고 마이셀 구조를 이루고 있는 고분자를 중합하는 경우 마이셀 구조의 배열과 동일한 구조를 가지는 다공성 구조의 제조가 가능하다. 다만 마이셀 구조의 코어부를 이루고 있는 비극성용매나 외부의 극성용매가 고분자의 중합보다 먼저 증발하는 경우 이러한 다공성구조를 제작할 수 없을 수 있다. 따라서, 상기 선형고분자의 경우 상기 용매의 증발보다 낮은 온도에서 중합되는 것이 바람직하며, 온도의 상승에 따라 선형고분자의 중합이 먼저 수행되고 이후 용매가 증발되어 제거되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 (c) 단계가 50℃미만에서 수행되는 경우 고분자의 중합이 수행되지 않은 상태로 용매가 증발될 수 있으며, 100℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 고분자의 중합이 완료되기 이전에 용매의 증발이 수행되므로 균일한 다공성 구조를 얻기 힘들다. 상기 (c) 단계는 80℃에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.The step (c) is a step of heating the micelle structure flowing out of the channel to polymerize the linear polymer, and evaporating the solvent to obtain a porous structure. It is performed at 50 to 100°C, and the polymerization of the linear polymer is first performed, and then , It may be a step in which evaporation of the solvent is performed. As shown in the first figure of FIG. 1, when the micelle structures are regularly arranged and the polymers constituting the micelle structure are polymerized, a porous structure having the same structure as the arrangement of the micelle structures can be prepared. However, if the non-polar solvent constituting the core of the micelle structure or the external polar solvent evaporates before polymerization of the polymer, such a porous structure may not be produced. Therefore, in the case of the linear polymer, it is preferable to polymerize at a temperature lower than the evaporation of the solvent, and it is preferable that the polymerization of the linear polymer is carried out first and then the solvent is evaporated to remove as the temperature increases. Therefore, if the step (c) is performed at less than 50°C, the solvent may be evaporated without polymerization of the polymer. If it is performed at a temperature exceeding 100°C, the solvent may be removed before polymerization of the polymer is completed. It is difficult to obtain a homogeneous porous structure because the evaporation is performed. It is more preferable that the step (c) is performed at 80°C.

상기 (d)단계는 상기 (c) 단계에서 제조된 다공성 구조의 표면에 전도성 고분자를 중합하는 단계로, 상기 다공성 구조와 전도성 고분자의 결합력을 증대하기 위하여 전도성 고분자를 중합하기 이전, 플라즈마 처리를 통하여 작용기를 부착한 다음, 고분자 종합조제를 부착하는 것이 바람직하다. 이때 상기 플라즈마 처리는 O2플라즈마를 이용하여 수행되며, 고분자 종합조제로서 피롤실레인을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 상기 전도성 고분자의 경우 피롤 또는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate(PEDOT;PSS)를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 중합을 원활히 수행하기 위하여 Fe3+촉매의 존재하에서 수행하는 것이 더욱 바람직하다.The step (d) is a step of polymerizing a conductive polymer on the surface of the porous structure prepared in step (c). Before polymerizing the conductive polymer to increase the bonding strength between the porous structure and the conductive polymer, plasma treatment is performed. After attaching the functional group, it is preferable to attach the polymer synthesis aid. At this time, the plasma treatment is performed using O2 plasma, and it is more preferable to use pyrrolesilane as a polymer synthesis aid. In addition, in the case of the conductive polymer, it is preferable to use pyrrole or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT; PSS), and it is more preferable to perform this polymerization in the presence of a Fe3+ catalyst in order to smoothly perform the polymerization.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조되는 압력센서를 제공한다.The present invention also provides a pressure sensor manufactured by the above method.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

실시예 Example

폴리디메틸실록산과 헥사데칸을 무게비로 1:1로 혼합한 용액을 미세유체 시스템에 공급하면서, 채널의 다른 주입구로는 물을 주입하여 마이셀 구조를 형성하였다. 이때 상기 채널 및 이송관의 내경은 300㎛로 하였으며, 이에따라 약 300㎛크기를 가지는 마이셀 구조를 형성할 수 있었다(도 1의 첫번째 그림).A solution obtained by mixing polydimethylsiloxane and hexadecane at a weight ratio of 1:1 was supplied to the microfluidic system, while water was injected into the other inlet of the channel to form a micelle structure. At this time, the inner diameter of the channel and the transfer pipe was set to 300 μm, and accordingly, a micelle structure having a size of about 300 μm could be formed (the first picture of FIG. 1).

상기 마이셀 구조를 일정한 형상으로 배열한 다음, 80℃로 1시간동안 가열하였으며, 이때 상기 폴리디메틸실론산이 중합된 다음, 상기 헥사데칸 및 물이 증발하여 다공성구조를 형성하는 것을 확인할 수 있었다(도1의 두 번째 그림).After the micelle structure was arranged in a certain shape, it was heated at 80° C. for 1 hour. At this time, it was confirmed that the polydimethylsilonic acid was polymerized, and then the hexadecane and water evaporated to form a porous structure (Fig. 1). Second picture).

상기 제작된 다공성 구조에 O2플라즈마 처리를 하여 작용기를 부착하였으며, 이후 피롤실레인을 화학적 증착을 통하여 상기 작용기에 결합하였다. 최종적으로 피롤과 Fe+촉매의 혼합물을 이용하여 상기 구조체의 표면에서 고분자화를 수행하였다(도 1의 세 번째 그림).The prepared porous structure was subjected to O2 plasma treatment to attach a functional group, and then pyrrolesilane was bonded to the functional group through chemical vapor deposition. Finally, polymerization was performed on the surface of the structure using a mixture of pyrrole and Fe + catalyst (third figure in FIG. 1).

실험예Experimental example

도 1은 미세유체 시스템에 의하여 형성된 마이셀 구조를 일정한 형상으로 배열한 사진, 경화후의 다공성 구조의 사진 및 전도성 고분자인 피롤이 중합된 이후의 사진을 각각 나타낸 것이다. 도1의 첫 번째 그림에 나타난 바와 같이, 마이셀 구조가 균일하게 반복됨에 따라 균일한 형상이 반복된 다공성 구조를 획득 할 수 있었으며, 이에따라 전도성 고분자가 중합된 이후에도 균일한 형상을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 1 shows a photograph of a micelle structure formed by a microfluidic system arranged in a certain shape, a photograph of a porous structure after curing, and a photograph after polymerization of pyrrole, a conductive polymer, respectively. As shown in the first figure of FIG. 1, as the micelle structure was uniformly repeated, a porous structure in which a uniform shape was repeated could be obtained, and accordingly, it was confirmed that the uniform shape was maintained even after the conductive polymer was polymerized. .

도2는 전도성 고분자(피롤)를 증착한 이후 FT-IR분석을 수행한 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 피롤이 정상적으로 증착된 것을 확인할 수 있었다.2 is a graph showing FT-IR analysis after depositing a conductive polymer (pyrrole). As shown in Figure 2, it was confirmed that the pyrrole was normally deposited.

도3은 기공의 크기, 즉 마이셀 구조의 크기에 따른 센서의 민감도를 측정한 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이 마이셀의 크기를 조절하는 것으로 센서의 민감도를 변화시킬 수 있으며, 이는 미세유체 시스템의 이송관 크기를 조절하는 것으로 조절 가능한 것을 확인할 수 있었다.3 is a graph measuring the sensitivity of the sensor according to the size of pores, that is, the size of the micelle structure. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the sensitivity of the sensor can be changed by adjusting the size of the micelle, which can be controlled by adjusting the size of the transfer tube of the microfluidic system.

도4는 본 발명에 의하여 제작된 압력센서의 반응 속도를 측정한 결과로 압력의 변화에 따라 저항의 변화가 즉각적으로 수행되는 것을 확인할 수 있었다.4 is a result of measuring the reaction rate of the pressure sensor manufactured according to the present invention, it was confirmed that the change in resistance was performed immediately according to the change in pressure.

도5는 본 발명의 의한 압력센서의 이력 현상을 측정한 그래프로서, 3가지 서로 다른 압력이 가해진 경우 이력한상이 무시할 수 있는 정도로 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다.5 is a graph measuring the hysteresis phenomenon of the pressure sensor according to the present invention, and it can be seen that when three different pressures are applied, the hysteresis limit appears to be negligibly small.

도6은 내구성 테스트 결과그래프로서, 1000회의 반복 압력실험에도 신호의 크기가 변화하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이와는 대조적으로 기존 CNT기반의 압력센서의 경우 신호의 크기가 변화하는 것을 확인할 수 있었다(도 7)6 is a graph of the results of the durability test, it was confirmed that the size of the signal did not change even after 1000 repeated pressure tests. In contrast to this, in the case of the existing CNT-based pressure sensor, it was confirmed that the size of the signal changes (Fig. 7).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

(a) 비극성용매 및 선형고분자를 혼합하는 단계;
(b) 하나의 채널에 상기 (a)단계의 혼합용액과 극성용매를 공급하여 마이셀 구조를 형성하는 단계;
(c) 상기 채널에서 유출되는 마이셀 구조를 가열하여 선형고분자를 중합시키고, 용매를 증발시켜 다공성 구조를 수득하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 다공성 구조의 표면에 전도성 고분자를 중합하는 단계;
를 포함하고,
상기 선형고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 알릴하이드로카복실란(allylhydrocarboxysilane)이며,
상기 (c) 단계는 50~100℃에서 수행되고, 선형 고분자의 중합이 먼저 수행된 다음, 용매의 증발이 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는, 낮은 이력현상을 가지는 고민감도 압력센서 제조방법.
(a) mixing a non-polar solvent and a linear polymer;
(b) forming a micelle structure by supplying the mixed solution of step (a) and a polar solvent to one channel;
(c) heating the micelle structure flowing out of the channel to polymerize the linear polymer, and evaporating the solvent to obtain a porous structure; And
(d) polymerizing a conductive polymer on the surface of the porous structure prepared in step (c);
Including,
The linear polymer is polydimethylsiloxane (PDMS) or allylhydrocarboxysilane,
The step (c) is carried out at 50 ~ 100 ℃, polymerization of the linear polymer is first performed, and then evaporation of the solvent is performed.
제1항에 있어서,
상기 비극성 용매는 벤젠, 헥산, 톨루엔, 자일렌, 헥사데칸, 옥타데칸 또는 노나데칸인 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a pressure sensor, wherein the non-polar solvent is benzene, hexane, toluene, xylene, hexadecane, octadecane or nonadecane.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 극성 용매는 물, 클로로포름 인 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 1,
The polar solvent is a method of manufacturing a pressure sensor, characterized in that water and chloroform.
제4항에 있어서,
상기 (b)단계는 미세유체 시스템을 이용하여 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 4,
The (b) step is a method of manufacturing a pressure sensor, characterized in that the step is performed using a microfluidic system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (d)단계의 전도성 고분자를 증착하기 이전, 플라즈마 처리를 통하여 작용기를 부착한 다음, 고분자 중합 조제를 부착하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 1,
Before depositing the conductive polymer of step (d), attaching a functional group through plasma treatment, and then attaching a polymer polymerization aid.
제7항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 O2플라즈마를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 7,
The method of manufacturing a pressure sensor, characterized in that the plasma treatment is performed using O2 plasma.
제7항에 있어서,
상기 고분자 중합 조제는 피롤실레인 인 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 7,
The method of manufacturing a pressure sensor, wherein the polymer polymerization aid is pyrrolesilane.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 전도성 고분자는 피롤 또는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate(PEDOT;PSS) 인 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 1,
The conductive polymer in step (d) is pyrrole or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT; PSS).
제1항에 있어서,
상기 (d)단계는 Fe3+촉매의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 압력센서의 제조방법.
The method of claim 1,
The step (d) is a method of manufacturing a pressure sensor, characterized in that it is carried out in the presence of Fe 3 + catalyst.
제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 압력센서.A pressure sensor manufactured by the method of any one of claims 1, 2, 4, 5, and 7 to 11.
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