KR102344764B1 - Pressure-strain sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102344764B1 KR1020180120771A KR20180120771A KR102344764B1 KR 102344764 B1 KR102344764 B1 KR 102344764B1 KR 1020180120771 A KR1020180120771 A KR 1020180120771A KR 20180120771 A KR20180120771 A KR 20180120771A KR 102344764 B1 KR102344764 B1 KR 102344764B1
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김성준
최춘기
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 3차원 다공성 구조를 갖는 그래핀 구조체; 상기 그래핀 구조체의 표면 상에 제공되는 평면 시트들; 및 상기 그래핀 구조체 및 상기 평면 시트들을 덮는 폴리머막을 포함하되, 상기 평면 시트들은 전이금속 칼코게나이드 화합물을 포함하는 압력-변형 센서를 제공한다.The present invention provides a graphene structure having a three-dimensional porous structure; flat sheets provided on the surface of the graphene structure; and a polymer film covering the graphene structure and the planar sheets, wherein the planar sheets include a transition metal chalcogenide compound. It provides a pressure-strain sensor.

Figure R1020180120771
Figure R1020180120771

Description

압력-변형 센서 및 이의 제조방법 {PRESSURE-STRAIN SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}PRESSURE-STRAIN SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 압력-변형 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 평면 시트들을 포함하는 압력-변형 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure-strain sensor and a method for manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a pressure-strain sensor comprising flat sheets and a method of manufacturing the same.

특정 물체가 외부로부터 수직 방향 압력, 인장력 또는 압축력을 받으면 길이의 변형이 발생한다. 피에조 저항 방식의 압력-변형 센서는, 상기 물체의 길이 변형에 따라 발생하는 저항 변화를 감지하여 상기 물체의 압력, 인장력 또는 압축력을 측정하는 센서이다. 상기 물체의 길이가 늘어나고 단면적이 줄어들면 상기 물체의 저항이 증가하고, 상기 물체의 길이가 줄어들고 단면적이 늘어나면 상기 물체의 저항이 감소한다. 위와 같은 피에조 저항 효과를 이용한 압력-변형 센서를 피에조 저항 센서라고 한다. When a specific object is subjected to vertical pressure, tensile force, or compressive force from the outside, length deformation occurs. The piezo-resistive pressure-strain sensor is a sensor that measures the pressure, tensile force, or compressive force of the object by detecting a change in resistance that occurs according to the length deformation of the object. When the length of the object increases and the cross-sectional area decreases, the resistance of the object increases, and when the length of the object decreases and the cross-sectional area increases, the resistance of the object decreases. A pressure-strain sensor using the piezo-resistance effect as above is called a piezo-resistance sensor.

본 발명은 민감도 및 내구성이 우수한 압력-변형 센서 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a pressure-strain sensor having excellent sensitivity and durability, and a method for manufacturing the same.

본 발명은 3차원 다공성 구조를 갖는 그래핀 구조체; 상기 그래핀 구조체의 표면 상에 제공되는 평면 시트들; 및 상기 그래핀 구조체 및 상기 평면 시트들을 덮는 폴리머막을 포함하되, 상기 평면 시트들은 전이금속 칼코게나이드 화합물을 포함하는 압력-변형 센서를 제공한다.The present invention provides a graphene structure having a three-dimensional porous structure; flat sheets provided on the surface of the graphene structure; and a polymer film covering the graphene structure and the planar sheets, wherein the planar sheets include a transition metal chalcogenide compound. It provides a pressure-strain sensor.

상기 평면 시트들은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The flat sheets are MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 It may include at least one selected from the group consisting of.

상기 그래핀 구조체의 내부는 빈 공간일 수 있다.The inside of the graphene structure may be an empty space.

상기 그래핀 구조체, 상기 평면 시트들 및 상기 폴리머막을 둘러싸는 보호막을 더 포함할 수 있다.The graphene structure may further include a protective film surrounding the planar sheets and the polymer film.

상기 보호막을 관통하여 상기 평면 시트들과 연결되는 와이어를 더 포함할 수 있다.It may further include a wire connected to the flat sheets through the passivation layer.

상기 평면 시트들은 서로 이격될 수 있다.The flat sheets may be spaced apart from each other.

상기 평면 시트들은 상기 그래핀 구조체의 표면의 일부를 덮고, 상기 그래핀 구조체의 표면의 다른 일부를 노출할 수 있다.The planar sheets may cover a portion of the surface of the graphene structure and expose another portion of the surface of the graphene structure.

상기 폴리머막 및 상기 보호막은 동일한 물질을 포함할 수 있다.The polymer layer and the protective layer may include the same material.

상기 폴리머막 및 상기 보호막은 PDMS, 에코플렉스(ecoflex), 하이드로젤(hydrogel) 및 유연성 폴리머중 하나를 포함할 수 있다.The polymer film and the protective film may include one of PDMS, ecoflex, hydrogel, and a flexible polymer.

본 발명은 3차원 다공성 금속폼 상에 그래핀 구조체를 형성하여 제1 예비 구조체를 형성하는 단계; 상기 그래핀 구조체 상에 평면 시트들을 형성하여 제2 예비 구조체를 형성하는 단계; 상기 그래핀 구조체 및 상기 평면 시트들을 덮는 폴리머막을 형성하여 제3 예비 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 금속폼을 제거하는 단계를 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of forming a graphene structure on a three-dimensional porous metal foam to form a first preliminary structure; forming a second preliminary structure by forming planar sheets on the graphene structure; forming a third preliminary structure by forming a polymer film covering the graphene structure and the planar sheets; And it provides a pressure-strain sensor manufacturing method comprising the step of removing the metal foam.

상기 평면 시트들을 형성하는 것은, 상기 제1 예비 구조체를 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 담그는 것을 포함할 수 있다. Forming the flat sheets may include immersing the first preliminary structure in a transition metal chalcogenide compound solution.

상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액은 전이금속 칼코게나이드 화합물의 비율이 0.1wt% 내지 5wt%일 수 있다.The transition metal chalcogenide compound solution may have a ratio of 0.1wt% to 5wt% of the transition metal chalcogenide compound.

상기 전이금속 칼코게나이드 화합물은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The transition metal chalcogenide compound is MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 , ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 It may be at least one selected from the group consisting of.

상기 평면 시트들을 형성하는 것은, 상기 제1 예비 구조체를 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조하는 것, 및 상기 제1 예비 구조체를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것을 더 포함할 수 있다.Forming the flat sheets may further include drying the first preliminary structure at a temperature of 80°C to 100°C, and heat-treating the first preliminary structure at 600°C to 1000°C.

상기 제1 예비 구조체를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것은, 상기 제1 예비 구조체를 챔버 내에 배치하는 것, 및 상기 챔버 내에 아르곤을 흘리는 것을 포함할 수 있다.The heat treatment of the first preliminary structure at 600° C. to 1000° C. may include disposing the first preliminary structure in a chamber, and flowing argon into the chamber.

상기 제1 예비 구조체를 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 담그는 것은, 상기 제1 예비 구조체를 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 1분 내지 60분 동안 담그는 것을 포함할 수 있다.The immersion of the first preliminary structure in the transition metal chalcogenide compound solution may include immersing the first preliminary structure in the transition metal chalcogenide compound solution for 1 minute to 60 minutes.

상기 제3 예비 구조체를 형성하는 단계는, 상기 제3 예비 구조체를 둘러싸는 보호막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the third preliminary structure may include forming a protective layer surrounding the third preliminary structure.

상기 폴리머막을 형성하는 것은, 상기 제2 예비 구조체를 액상 폴리머에 담그는 것, 및 상기 제2 예비 구조체에 달라붙은 상기 액상 폴리머를 건조시키는 것을 포함할 수 있다. Forming the polymer film may include immersing the second preliminary structure in a liquid polymer, and drying the liquid polymer adhering to the second preliminary structure.

본 발명에 따른 압력-변형 센서는 그래핀 구조체, 평면 시트들 및 폴리머막을 포함함으로써, 우수한 민감도 및 내구성을 가질 수 있다.The pressure-strain sensor according to the present invention may have excellent sensitivity and durability by including a graphene structure, planar sheets, and a polymer film.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 압력-변형 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 도 1a의 A영역의 확대도이다.
도 1c는 도 1b의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 2a, 도 3a 및 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력-변형 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2b, 도 3b 및 도 4b는 각각 도 2a, 도 3a 및 도 4a의 A영역의 확대도들이다.
도 2c, 도 3c 및 도 4c는 각각 도 2b, 도 3b 및 도 4b의 B-B'선에 따른 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 니켈폼의 FESEM 이미지들이다.
도 6a 및 도 6b는 니켈폼 상에 그래핀 구조체가 제공된 것의 FESEM 이미지들이다.
도 7a 및 도 7b는 0.2wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다.
도 8a 및 도 8b는 0.5wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다.
도 9a 및 도 9b는 1.25wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서에 가해지는 압력에 따른 저항을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11a는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서의 인장 변형에 따른 저항을 설명하기 위한 도면이다.
도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서의 굽힘 변형에 따른 저항을 설명하기 위한 도면이다.
1A is a view for explaining a pressure-strain sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is an enlarged view of area A of FIG. 1A .
1C is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 1B.
2A, 3A and 4A are diagrams for explaining a method of manufacturing a pressure-strain sensor according to an embodiment of the present invention.
2B, 3B, and 4B are enlarged views of area A of FIGS. 2A, 3A, and 4A, respectively.
2C, 3C, and 4C are cross-sectional views taken along line B-B' of FIGS. 2B, 3B, and 4B, respectively.
5A and 5B are FESEM images of nickel foam.
6A and 6B are FESEM images of a graphene structure provided on nickel foam.
7A and 7B are FESEM images of planar sheets formed by 0.2 wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution.
8A and 8B are FESEM images of planar sheets formed by 0.5wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution.
9A and 9B are FESEM images of flat sheets formed by 1.25 wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution.
10A to 10D are diagrams for explaining resistance according to pressure applied to a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.
11A is a diagram for explaining resistance according to tensile deformation of a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.
11B is a diagram for explaining resistance according to bending deformation of a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only this embodiment serves to complete the disclosure of the present invention, and to obtain common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

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, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or devices mentioned. or addition is not excluded.

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 압력-변형 센서를 설명하기 위한 도면이다. 도 1b는 도 1a의 A영역의 확대도이다. 도 1c는 도 1b의 B-B'선에 따른 단면도이다.1A is a view for explaining a pressure-strain sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is an enlarged view of area A of FIG. 1A . 1C is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 1B.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 압력-변형 센서는 복합 구조체(CS), 보호막(PL) 및 와이어들(WR)을 포함할 수 있다.1A to 1C , the pressure-strain sensor according to the present invention may include a composite structure CS, a protective film PL, and wires WR.

복합 구조체(CS)는 그래핀 구조체(GS), 평면 시트들(SH) 및 폴리머막(PO)을 포함할 수 있다. 그래핀 구조체(GS)는 3차원 다공성 구조를 가질 수 있다. 다시 말하면, 그래핀 구조체(GS)는 불규칙적으로 연장되는 3차원적 가지 형태를 가질 수 있다. The composite structure CS may include a graphene structure GS, planar sheets SH, and a polymer film PO. The graphene structure GS may have a three-dimensional porous structure. In other words, the graphene structure GS may have a three-dimensional branch shape extending irregularly.

그래핀 구조체(GS)에 의해 외측 보이드(OV) 및 내측 보이드(IV)가 정의될 수 있다. 내측 보이드(IV)는 그래핀 구조체(GS)의 내측 표면(IS)에 의해 정의될 수 있다. 다시 말하면, 내측 보이드(IV)는 그래핀 구조체(GS)의 내측 표면(IS)에 의해 둘러싸이는 공간일 수 있다. 다시 말하면, 그래핀 구조체(GS) 안에 내측 보이드(IV)가 제공될 수 있다. 내측 보이드(IV)는 실질적으로 빈 공간일 수 있다. 다시 말하면, 그래핀 구조체(GS)의 내부는 빈 공간일 수 있다. 내측 보이드(IV)는 그래핀 구조체(GS)와 유사한 3차원 구조를 가질 수 있다. 그래핀 구조체(GS)는 내측 보이드(IV)를 컨포멀하게 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. An outer void OV and an inner void IV may be defined by the graphene structure GS. The inner void IV may be defined by the inner surface IS of the graphene structure GS. In other words, the inner void IV may be a space surrounded by the inner surface IS of the graphene structure GS. In other words, the inner void IV may be provided in the graphene structure GS. The inner void IV may be a substantially empty space. In other words, the inside of the graphene structure GS may be an empty space. The inner void IV may have a three-dimensional structure similar to that of the graphene structure GS. The graphene structure GS may have a shape that conformally surrounds the inner void IV.

외측 보이드(OV)는 그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS)에 의해 정의될 수 있다.The outer void OV may be defined by the outer surface OS of the graphene structure GS.

그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS) 상에 평면 시트들(SH)이 제공될 수 있다. 평면 시트들(SH)은 그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS)의 일부를 덮을 수 있고, 다른 일부를 노출할 수 있다. 평면 시트들(SH)은 그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS) 상에서 서로 이격될 수 있다. 평면 시트들(SH)은 컨포멀(conformal)하게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 평면 시트들(SH)의 두께는 일정할 수 있다.Flat sheets SH may be provided on the outer surface OS of the graphene structure GS. The planar sheets SH may cover a portion of the outer surface OS of the graphene structure GS and expose another portion. The planar sheets SH may be spaced apart from each other on the outer surface OS of the graphene structure GS. The flat sheets SH may be conformally formed. In other words, the thickness of the flat sheets SH may be constant.

각각의 평면 시트들(SH)은 전이금속 칼코게나이드(transition metal chalcogenide) 화합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 평면 시트들(SH)은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the flat sheets SH may include a transition metal chalcogenide compound. For example, the flat sheets SH are MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 , ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 It may include at least one selected from the group consisting of.

각각의 평면 시트들(SH)은, 단일 분자층 구조, 또는 2 내지 10의 분자층들이 적층된 층상 구조를 가질 수 있다. 다시 말하면, 각각의 평면 시트들(SH)은 이차원 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 각각의 평면 시트들(SH)은 전이금속 칼코게나이드 화합물의 단일 분자층 구조를 가질 수 있다. 다른 예로, 각각의 평면 시트들(SH)은 제1 분자층 및 상기 제1 분자층 상에 제2 분자층이 적층된 층상 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 평면 시트(SH) 내 상기 제1 분자층과 상기 제2 분자층은 반데르발스 힘에 의해 서로 결합될 수 있다. Each of the flat sheets SH may have a single molecular layer structure or a layered structure in which 2 to 10 molecular layers are stacked. In other words, each of the flat sheets SH may have a two-dimensional structure. For example, each of the planar sheets SH may have a single molecular layer structure of a transition metal chalcogenide compound. As another example, each of the planar sheets SH may have a layered structure in which a first molecular layer and a second molecular layer are stacked on the first molecular layer. In this case, the first molecular layer and the second molecular layer in the flat sheet SH may be coupled to each other by van der Waals force.

평면 시트들(SH)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 평면 시트들(SH)은 서로 동일한 조성을 가질 수 있다. 평면 시트들(SH)은 서로 동일한 결정 구조를 가지거나, 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 상기 결정 구조는 육방정계 격자 구조, 3각 기둥 격자 구조, 사방정계 격자 구조, 및 변형 팔방정계(단사정계) 격자 구조를 포함할 수 있다.The flat sheets SH may include the same material. In other words, the flat sheets SH may have the same composition as each other. The planar sheets SH may have the same crystal structure or different crystal structures. For example, the crystal structure may include a hexagonal lattice structure, a triangular prism lattice structure, an orthorhombic lattice structure, and a modified octagonal (monoclinic) lattice structure.

외측 보이드(OV)를 완전히 채우는 폴리머막(PO)이 제공될 수 있다. 폴리머막(PO)은 평면 시트들(SH) 및 그래핀 구조체(GS)를 덮을 수 있다. 폴리머막(PO)에 의해 그래핀 구조체(GS)가 지지될 수 있고, 그래핀 구조체(GS)의 형태가 유지될 수 있다. 폴리머막(PO)은 인체에 무해한 폴리머를 포함할 수 있다. 일 예로, 폴리머막(PO)은 PDMS, 에코플렉스(ecoflex), 하이드로젤(hydrogel) 및 유연성 폴리머중 하나를 포함할 수 있다. A polymer film PO completely filling the outer void OV may be provided. The polymer film PO may cover the planar sheets SH and the graphene structure GS. The graphene structure GS may be supported by the polymer film PO, and the shape of the graphene structure GS may be maintained. The polymer film PO may include a polymer that is harmless to the human body. For example, the polymer film PO may include one of PDMS, ecoflex, hydrogel, and a flexible polymer.

복합 구조체(CS)는 압축, 인장 또는 굽힘에 따라 그 저항이 변할 수 있다. 복합 구조체(CS)는 그래핀 구조체(GS) 및 폴리머막(PO)을 포함함으로써, 상대적으로 우수한 복원력 및 내구성을 가질 수 있다. 또한, 복합 구조체(CS)는 전이금속 칼코게나이드 화합물을 포함하는 평면 시트들(SH)을 포함함으로써, 압축, 인장 또는 굽힘에 따른 저항 변화의 민감도가 상대적으로 우수할 수 있다.The resistance of the composite structure CS may be changed according to compression, tension, or bending. By including the graphene structure GS and the polymer film PO, the composite structure CS may have relatively excellent restoring force and durability. In addition, since the composite structure CS includes the planar sheets SH including the transition metal chalcogenide compound, the sensitivity to resistance change according to compression, tension, or bending may be relatively excellent.

복합 구조체(CS)를 둘러싸는 보호막(PL)이 제공될 수 있다. 보호막(PL)은 복합 구조체(CS)를 외부로부터 차단하여 복합 구조체(CS)를 보호할 수 있다. 보호막(PL)은 폴리머막(PO)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 보호막(PL)은 PDMS, 에코플렉스(ecoflex), 하이드로젤(hydrogel) 또는 유연성 폴리머중 하나를 포함할 수 있다.A protective layer PL surrounding the composite structure CS may be provided. The protective layer PL may protect the composite structure CS by blocking the composite structure CS from the outside. The passivation layer PL may include the same material as the polymer layer PO. For example, the passivation layer PL may include one of PDMS, ecoflex, hydrogel, and a flexible polymer.

와이어들(WR)이 보호막(PL)을 관통하여 복합 구조체(CS)와 연결될 수 있다. 각각의 와이어들(WR)은 복합 구조체(CS)의 평면 시트(SH)와 연결될 수 있다. 와이어들(WR)에 의해 복합 구조체(CS)가 외부회로와 전기적으로 연결될 수 있고, 복합 구조체(CS)의 저항이 측정될 수 있다.The wires WR may pass through the passivation layer PL to be connected to the composite structure CS. Each of the wires WR may be connected to the flat sheet SH of the composite structure CS. The composite structure CS may be electrically connected to an external circuit by the wires WR, and the resistance of the composite structure CS may be measured.

도 2a, 도 3a 및 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력-변형 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 2b, 도 3b 및 도 4b는 각각 도 2a, 도 3a 및 도 4a의 A영역의 확대도들이다. 도 2c, 도 3c 및 도 4c는 각각 도 2b, 도 3b 및 도 4b의 B-B'선에 따른 단면도들이다.2A, 3A and 4A are diagrams for explaining a method of manufacturing a pressure-strain sensor according to an embodiment of the present invention. 2B, 3B, and 4B are enlarged views of area A of FIGS. 2A, 3A, and 4A, respectively. 2C, 3C, and 4C are cross-sectional views taken along line B-B' of FIGS. 2B, 3B, and 4B, respectively.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 금속폼(MF)이 제공될 수 있다. 일 예로, 금속폼(MF)은 니켈폼일 수 있다. 금속폼(MF)은 3차원 다공성 구조를 가질 수 있다. 다시 말하면, 금속폼(MF)은 불규칙적으로 연장되는 3차원적 가지 형태를 가질 수 있다. 금속폼(MF)에 의해 기공(AO)이 정의될 수 있다. 금속폼(MF)과 기공(AO)의 부피비는 2:98 내지 25:75일 수 있다. 다시 말하면, 금속폼(MF)은 75% 내지 98%의 기공률을 가질 수 있다.2A to 2C , a metal foam MF may be provided. As an example, the metal foam MF may be nickel foam. The metal foam MF may have a three-dimensional porous structure. In other words, the metal foam MF may have a three-dimensional branch shape extending irregularly. The pores AO may be defined by the metal foam MF. The volume ratio of the metal foam (MF) and the pores (AO) may be 2:98 to 25:75. In other words, the metal foam MF may have a porosity of 75% to 98%.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 금속폼(MF) 상에 그래핀 구조체(GS)가 형성되어, 제1 예비 구조체(PS1)가 형성될 수 있다. 제1 예비 구조체(PS1)는 금속폼(MF) 및 그래핀 구조체(GS)를 포함할 수 있다. 그래핀 구조체(GS)는 열화학 기상증착(TCVD, Thermal chemical vapor deposition)에 의해 금속폼(MF) 상에 컨포멀하게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 그래핀 구조체(GS)의 내측 표면(IS)에 의해 금속폼(MF)이 둘러싸일 수 있다. 그래핀 구조체(GS)는 기공(AO)을 부분적으로 채울 수 있다. 그래핀 구조체(GS)에 의해 일 부분이 채워진 기공(AO)은 외측 보이드(OV)로 정의될 수 있다. 외측 보이드(OV)는 그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS)에 의해 정의될 수 있다.Referring to FIGS. 3A to 3C , the graphene structure GS may be formed on the metal foam MF to form a first preliminary structure PS1 . The first preliminary structure PS1 may include a metal foam MF and a graphene structure GS. The graphene structure GS may be conformally formed on the metal foam MF by thermal chemical vapor deposition (TCVD). In other words, the metal foam MF may be surrounded by the inner surface IS of the graphene structure GS. The graphene structure GS may partially fill the pores AO. The pores AO partially filled by the graphene structure GS may be defined as outer voids OV. The outer void OV may be defined by the outer surface OS of the graphene structure GS.

도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 그래핀 구조체(GS)의 외측 표면(OS) 상에 평면 시트들(SH)이 형성되어, 제2 예비 구조체가 형성될 수 있다. 제2 예비 구조체는 금속폼(MF), 그래핀 구조체(GS) 및 평면 시트들(SH)을 포함할 수 있다. 평면 시트들(SH)을 형성하는 것은, 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액을 제작하는 것, 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 제1 예비 구조체(PS1)를 1분 내지 60분 동안 담그는 것, 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에서 제1 예비 구조체(PS1)를 빼내는 것, 제1 예비 구조체(PS1)를 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조하는 것, 제1 예비 구조체(PS1)를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액은 전이금속 칼코게나이드 화합물 및 용매를 포함할 수 있다. 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에서, 전이금속 칼코게나이드 화합물의 비율은 0.1wt% 내지 5wt%일 수 있다. 일 예로, 평면 시트들(SH)이 형성되면서, 각각의 평면 시트들(SH) 상에 나노 플레이크들(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물의 비율이 클수록 각각의 평면 시트들(SH) 상의 나노 플레이크들의 크기 및 밀도가 커질 수 있다. 일 예로, 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 일 예로, 상기 용매는 에틸렌 글라이콜(Ethylene glycol, EG) 또는 디메틸 포름아마이드(Dimethylformamide, DMF)일 수 있다. 상기 제1 예비 구조체(PS1)를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것은, 제1 예비 구조체(PS1)를 챔버 내에 배치하는 것, 및 챔버 내에 아르곤(Ar)을 500sccm 내지 1000sccm으로 흘리는 것을 포함할 수 있다. 4A to 4B , planar sheets SH are formed on the outer surface OS of the graphene structure GS to form a second preliminary structure. The second preliminary structure may include a metal foam MF, a graphene structure GS, and planar sheets SH. Forming the flat sheets SH, preparing a transition metal chalcogenide compound solution, immersing the first preliminary structure PS1 in the transition metal chalcogenide compound solution for 1 minute to 60 minutes, the Taking out the first preliminary structure (PS1) from the transition metal chalcogenide compound solution, drying the first preliminary structure (PS1) at a temperature of 80 °C to 100 °C, the first preliminary structure (PS1) to 600 °C to It may include heat treatment at 1000 °C. The transition metal chalcogenide compound solution may include a transition metal chalcogenide compound and a solvent. In the transition metal chalcogenide compound solution, the ratio of the transition metal chalcogenide compound may be 0.1wt% to 5wt%. For example, while the planar sheets SH are formed, nanoflakes (not shown) may be formed on each of the planar sheets SH. As the ratio of the transition metal chalcogenide compound increases, the size and density of the nanoflakes on each of the planar sheets SH may increase. For example, the transition metal chalcogenide compound is MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 , ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 may be at least one selected from the group consisting of. For example, the solvent may be ethylene glycol (EG) or dimethylformamide (DMF). The heat treatment of the first preliminary structure PS1 at 600° C. to 1000° C. may include disposing the first preliminary structure PS1 in a chamber, and flowing argon (Ar) in the chamber at 500 sccm to 1000 sccm. have.

그래핀 구조체(GS) 및 평면 시트들(SH)을 덮는 폴리머막(PO)을 형성하여, 제3 예비 구조체(PS3)를 형성할 수 있다. 제3 예비 구조체(PS3)는 금속폼(MF), 그래핀 구조체(GS), 평면 시트들(SH) 및 폴리머막(PO)을 포함할 수 있다. 상기 제3 예비 구조체(PS3)를 둘러싸는 보호막(PL)을 형성할 수 있다. 폴리머막(PO) 및 보호막(PL)을 형성하는 것은, 액상 폴리머를 준비하는 것, 상기 액상 폴리머에 제2 예비 구조체를 담그는 것, 상기 액상 폴리머에서 제2 예비 구조체를 빼내는 것, 및 제2 예비 구조체에 달라붙은 상기 액상 폴리머를 건조시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 액상 폴리머에 제2 예비 구조체를 담그는 것에 의해, 제2 예비 구조체의 외측 보이드(OV)에 액상 폴리머가 침투할 수 있고, 제2 예비 구조체를 액상 폴리머가 둘러쌀 수 있다. 외측 보이드(OV)에 침투한 액상 폴리머가 건조되어 외측 보이드(OV)를 완전히 채우는 폴리머막(PO)이 형성될 수 있다. 제2 예비 구조체를 둘러싸는 액상 폴리머가 건조되어 보호막(PL)이 형성될 수 있다. 액상 폴리머는 인체에 무해한 폴리머를 포함할 수 있다. 일 예로, 액상 폴리머는 PDMS, 에코플렉스(ecoflex), 하이드로젤(hydrogel) 및 유연성 폴리머중 하나를 포함할 수 있다.A third preliminary structure PS3 may be formed by forming the polymer film PO covering the graphene structure GS and the planar sheets SH. The third preliminary structure PS3 may include a metal foam MF, a graphene structure GS, flat sheets SH, and a polymer film PO. A protective layer PL surrounding the third preliminary structure PS3 may be formed. Forming the polymer film PO and the protective film PL includes preparing a liquid polymer, immersing a second preliminary structure in the liquid polymer, withdrawing the second preliminary structure from the liquid polymer, and a second preliminary It may include drying the liquid polymer adhering to the structure. By immersing the second preliminary structure in the liquid polymer, the liquid polymer may penetrate into the outer void OV of the second preliminary structure, and the liquid polymer may surround the second preliminary structure. The liquid polymer penetrating into the outer void OV may be dried to form a polymer film PO completely filling the outer void OV. The liquid polymer surrounding the second preliminary structure may be dried to form a protective layer PL. The liquid polymer may include a polymer that is harmless to the human body. For example, the liquid polymer may include one of PDMS, ecoflex, hydrogel, and flexible polymer.

도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 상기 제3 예비 구조체(PS3)의 금속폼(MF)이 제거될 수 있다. 상기 금속폼(MF)을 제거하는 것은, 에천트(Etchant)를 준비하는 것, 상기 에천트에 제3 예비 구조체(PS3) 및 보호막(PL)을 담그는 것, 및 상기 에천트에서 제3 예비 구조체(PS3) 및 보호막(PL)을 빼내는 것을 포함할 수 있다. 상기 에천트는 금속폼(MF)을 식각하는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 금속폼(MF)이 니켈을 포함하는 경우, 에천트는 니켈을 식각하는 물질을 포함할 수 있다. 에천트는 보호막(PL), 폴리머막(PO) 및 그래핀 구조체(GS)를 투과하여 금속폼(MF)에 도달할 수 있고, 에천트에 의해 금속폼(MF)이 식각될 수 있다.Referring back to FIGS. 1A and 1B , the metal foam MF of the third preliminary structure PS3 may be removed. Removing the metal foam MF includes preparing an etchant, immersing the third preliminary structure PS3 and the protective layer PL in the etchant, and a third preliminary structure in the etchant (PS3) and the passivation layer PL may be removed. The etchant may include a material that etches the metal foam MF. For example, when the metal foam MF includes nickel, the etchant may include a material that etches nickel. The etchant may penetrate the protective layer PL, the polymer layer PO, and the graphene structure GS to reach the metal foam MF, and the metal foam MF may be etched by the etchant.

금속폼(MF)이 제거되어, 그래핀 구조체(GS)에 의해 둘러싸인 내측 보이드(IV)가 정의될 수 있다. 내측 보이드(IV)는 실질적으로 빈 공간으로 형성될 수 있다. 금속폼(MF)이 제거되어, 제3 예비 구조체(PS3)가 폴리머막(PO), 그래핀 구조체(GS) 및 평면 시트들(SH)을 포함하는 복합 구조체(CS)로 형성될 수 있다.The metal foam MF may be removed to define an inner void IV surrounded by the graphene structure GS. The inner void IV may be formed as a substantially empty space. By removing the metal foam MF, the third preliminary structure PS3 may be formed as a composite structure CS including the polymer film PO, the graphene structure GS, and the planar sheets SH.

와이어들(WR)이 보호막(PL)을 관통하여 복합 구조체(CS)와 연결될 수 있다. 각각의 와이어들(WR)은 복합 구조체(CS)의 평면 시트(SH)와 연결될 수 있다.The wires WR may pass through the passivation layer PL to be connected to the composite structure CS. Each of the wires WR may be connected to the flat sheet SH of the composite structure CS.

도 5a 및 도 5b는 니켈폼의 FESEM 이미지들이다.5A and 5B are FESEM images of nickel foam.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 니켈폼이 3차원 다공성 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B , it can be seen that the nickel foam has a three-dimensional porous structure.

도 6a 및 도 6b는 니켈폼 상에 그래핀 구조체가 제공된 것의 FESEM 이미지들이다.6A and 6B are FESEM images of a graphene structure provided on nickel foam.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 니켈폼의 표면 상에 그래핀 구조체가 제공된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B , it can be confirmed that the graphene structure is provided on the surface of the nickel foam.

도 7a 및 도 7b는 0.2wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다. 도 8a 및 도 8b는 0.5wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다. 도 9a 및 도 9b는 1.25wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 의해 형성된 평면 시트들의 FESEM 이미지들이다.7A and 7B are FESEM images of planar sheets formed by 0.2 wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution. 8A and 8B are FESEM images of planar sheets formed by 0.5wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution. 9A and 9B are FESEM images of flat sheets formed by 1.25 wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 니켈폼 및 그래핀 구조체를 포함하는 제1 예비 구조체를 0.2wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 30분 동안 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 형성된 평면 시트들을 확인할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에서는, 평면 시트들 상에 나노 플레이크들이 형성된 것을 확인할 수 있다.7A and 7B, the first preliminary structure including nickel foam and graphene structure was immersed in 0.2wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution for 30 minutes, dried, and formed by heat treatment at 600° C. You can check the flat sheets. 7A and 7B , it can be seen that nanoflakes are formed on the flat sheets.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 니켈폼 및 그래핀 구조체를 포함하는 제1 예비 구조체를 0.5wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 30분 동안 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 형성된 평면 시트들을 확인할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서는, 평면 시트들 상에 나노 플레이크들이 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 8a and 8b , the first preliminary structure including nickel foam and graphene structure was immersed in 0.5wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution for 30 minutes, dried, and formed by heat treatment at 600° C. You can check the flat sheets. In FIGS. 8A and 8B , it can be seen that nanoflakes are formed on the flat sheets.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 니켈폼 및 그래핀 구조체를 포함하는 제1 예비 구조체를 1.25wt%의 (NH4)2MoS2 용액에 30분 동안 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 형성된 평면 시트들을 확인할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에서는, 평면 시트들 상에 나노 플레이크들이 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 9a and 9b, a first preliminary structure including nickel foam and a graphene structure is immersed in a 1.25wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 solution for 30 minutes, dried, and formed by heat treatment at 600° C. You can check the flat sheets. 9A and 9B , it can be seen that nano flakes are formed on the flat sheets.

다시 도 7a 내지 도 9b를 참조하면, 제1 예비 구조체를 담그는 (NH4)2MoS2 용액의 wt%에 따라, 평면 시트들 상의 나노 플레이크들의 밀도, 형태 및 크기가 달라지는 것을 확인할 수 있다. Referring back to FIGS. 7A to 9B , it can be seen that the density, shape, and size of the nanoflakes on the flat sheets vary according to the wt% of the (NH 4 ) 2 MoS 2 solution immersing the first preliminary structure.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서에 가해지는 압력에 따른 저항을 설명하기 위한 도면들이다.10A to 10D are diagrams for explaining resistance according to pressure applied to a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.

도 10a 내지 도 10d에서, 제1 압력-변형 센서(C1)는 복합 구조체가 그래핀 구조체 및 에코플렉스로 이루어진 것이고, 제2 압력-변형 센서(C2)는 복합 구조체가 그래핀 구조체, 에코플렉스 및 30분 동안 제1 예비 구조체를 0.2wt% (NH4)2MoS2 용액에 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 형성된 평면 시트들로 이루어진 것이고, 제3 압력-변형 센서(C3)는 복합 구조체가 그래핀 구조체, 에코플렉스 및 30분 동안 제1 예비 구조체를 0.5wt% (NH4)2MoS2 용액에 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 평면 시트들로 이루어진 것이고, 제4 압력-변형 센서(C4)는 복합 구조체가 그래핀 구조체, 에코플렉스 및 30분 동안 제1 예비 구조체를 1.25wt% (NH4)2MoS2 용액에 담근 후 건조하고, 600℃로 열처리 하여 형성된 평면 시트들로 이루어진 것이다. R0는 압력이 가해지지 않는 경우의 압력-변형 센서의 저항이고, R은 압력이 가해지는 경우의 압력-변형 센서의 저항이다.10A to 10D, the first pressure-strain sensor (C1) has a composite structure made of a graphene structure and an eco-flex, and the second pressure-strain sensor (C2) has a composite structure including a graphene structure, an eco-flex and 0.2wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 in the first preliminary structure for 30 minutes Formed by immersion in solution, drying, and heat treatment at 600°C It is made of flat sheets, and the third pressure-strain sensor (C3) shows that the composite structure contains 0.5 wt% (NH 4 ) 2 MoS 2 of the graphene structure, the Ecoplex and the first preliminary structure for 30 minutes. After being immersed in a solution, dried, and heat-treated at 600° C. to make flat sheets, and the fourth pressure-strain sensor (C4) shows that the composite structure contains 1.25 wt% of the graphene structure, the Ecoplex and the first preliminary structure for 30 minutes. (NH 4 ) 2 MoS 2 Formed by immersion in solution, drying, and heat treatment at 600°C It is made of flat sheets. R 0 is the resistance of the pressure-strain sensor when no pressure is applied, and R is the resistance of the pressure-strain sensor when pressure is applied.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 동일한 압력에서, 제1 압력-변형 센서(C1)보다 제2 압력-변형 센서(C2)의 (R-R0)/R0 값이 크고, 제2 압력-변형 센서(C2)보다 제3 압력-변형 센서(C3)의 (R-R0)/R0 값이 크고, 제3 압력-변형 센서(C3)보다 제4 압력-변형 센서(C4)의 (R-R0)/R0 값이 큰 것을 확인할 수 있다. 가해지는 압력이 클수록, 제1 내지 제4 압력-변형 센서들의 (R-R0)/R0 값 차이가 큰 것을 확인할 수 있다. 10A and 10B , at the same pressure, the (RR 0 )/R 0 value of the second pressure-strain sensor C2 is greater than that of the first pressure-strain sensor C1, and the second pressure-strain sensor (RR 0 )/R 0 of the third pressure-strain sensor (C3) is higher than that of (C2), and (RR 0 )/ of the fourth pressure-strain sensor (C4) than the third pressure-strain sensor (C3) It can be seen that the R 0 value is large. As the applied pressure increases, it can be seen that the (RR 0 )/R 0 value difference of the first to fourth pressure-deformation sensors is large.

도 10c를 참조하면, 0.6kPa 내지 7.6kPa의 압력 범위, 7.6kPa 내지 15.2kPa의 압력 범위, 및 15.2kPa 내지 25.4kPa의 압력 범위에서, 제1 내지 제4 압력-변형 센서들(C1,C2,C3,C4)의 민감도(Sensitivity)를 확인할 수 있다. 여기에서, 민감도는 해당 압력 범위에서의 (R-R0)/R0값의 변화량을 압력 변화량으로 나눈 값일 수 있다. 모든 압력 범위에서, 제1 압력-변형 센서(C1)보다 제2 압력-변형 센서(C2)의 민감도가 크고, 제2 압력-변형 센서(C2)보다 제3 압력-변형 센서(C3)의 민감도가 크고, 제3 압력-변형 센서(C3)보다 제4 압력-변형 센서(C4)의 민감도가 큰 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10C , in a pressure range of 0.6 kPa to 7.6 kPa, a pressure range of 7.6 kPa to 15.2 kPa, and a pressure range of 15.2 kPa to 25.4 kPa, first to fourth pressure-strain sensors C1, C2, You can check the sensitivity of C3, C4). Here, the sensitivity may be a value obtained by dividing the change amount of (RR 0 )/R 0 value by the pressure change amount in the corresponding pressure range. In all pressure ranges, the sensitivity of the second pressure-strain sensor C2 is greater than that of the first pressure-strain sensor C1, and the sensitivity of the third pressure-strain sensor C3 is greater than that of the second pressure-strain sensor C2. , and it can be seen that the sensitivity of the fourth pressure-strain sensor C4 is greater than that of the third pressure-strain sensor C3.

7.6kPa 내지 15.2kPa의 압력 범위에서, 제4 압력-변형 센서(C4)의 민감도가 6.06kPa-1으로 측정되었다. 다시 말하면, (15.2kPa 에서의 제4 압력-변형 센서(C4)의 (R-R0)/R0값과 7.6kPa 에서의 제4 압력-변형 센서(C4)의 (R-R0)/R0값의 차의 절대값)/(15.2kPa-7.6kPa)가 6.06kPa- 1으로 측정되었다.In the pressure range of 7.6 kPa to 15.2 kPa, the sensitivity of the fourth pressure-strain sensor C4 was measured to be 6.06 kPa −1 . In other words, (the fourth pressure at 15.2kPa - the strain sensor (C4) (RR 0) / R 0 of the value-strain sensor (C4) (RR 0) / R 0 value as the fourth pressure at 7.6kPa of the absolute value of the difference) / (15.2kPa-7.6kPa) is 6.06kPa - it was determined to be 1.

도 10d를 참조하면, 제4 압력-변형 센서에 5.08kPa의 압력을 가하는 횟수(Pressure cycle)에 따른 (R-R0)/R0 값을 확인할 수 있다. 압력을 가하는 횟수가 4000회에 이를 때까지 (R-R0)/R0값의 변화가 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 위와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서가 우수한 내구성을 가지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10D , the value of (RR 0 )/R 0 according to the number of times (Pressure cycle) of applying a pressure of 5.08 kPa to the fourth pressure-strain sensor can be confirmed. It can be seen that the change in the (RR 0 )/R 0 value is not large until the number of times of applying the pressure reaches 4000 times. As described above, it can be seen that the pressure-strain sensor according to the embodiments of the present invention has excellent durability.

도 11a는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서의 인장 변형에 따른 저항을 설명하기 위한 도면이다. 11A is a diagram for explaining resistance according to tensile deformation of a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.

도 11a를 참조하면, 제4 압력-변형 센서에 인장 응력을 인가하여, 인장 변형(TS, Tensile strain)을 0% 에서 23%로 변화시킨 후 다시 0%로 변화시킬 때의 (R-R0)/R0값 변화를 확인할 수 있다. 제4 압력-변형 센서의 인장 변형(TS) 증가에 따라 (R-R0)/R0값이 증가하고, 제4 압력-변형 센서의 인장 변형(TS) 감소에 따라 (R-R0)/R0값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. (R-R0)/R0값은 대칭적으로 증가 및 감소함을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11a, the fourth pressure-when the tensile stress is applied to the strain sensor and the tensile strain (TS, Tensile strain) is changed from 0% to 23% and then changed back to 0% (RR 0 )/ You can see the change in the R 0 value. A fourth pressure-increase (RR 0) / R 0 value is increased in accordance with the tensile strain (TS) in the strain sensor and the fourth pressure-tensile strain (TS) in accordance with a reduction (RR 0) / R 0 value of the distortion sensor It can be seen that this decreases. (RR 0 )/R 0 It can be seen that the value increases and decreases symmetrically.

도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 압력-변형 센서의 굽힘 변형에 따른 저항을 설명하기 위한 도면이다.11B is a diagram for explaining resistance according to bending deformation of a pressure-strain sensor according to embodiments of the present invention.

도 11b를 참조하면, 제4 압력-변형 센서에 굽힘 응력을 인가하여, 굽힘 변형(Bending strain)을 0%에서 50%까지 증가시켰을 때의 (R-R0)/R0값 변화를 확인할 수 있다. 제4 압력-변형 센서의 굽힘 변형 증가에 따라 (R-R0)/R0값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 제4 압력-변형 센서의 굽힙 변형 및 (R-R0)/R0값은 아래의 [표 1]과 같다.Referring to FIG. 11B , it can be seen that (RR 0 )/R 0 value change when bending strain is increased from 0% to 50% by applying a bending stress to the fourth pressure-strain sensor. It can be seen that the (RR 0 )/R 0 value increases as the bending strain of the fourth pressure-strain sensor increases. The bending deformation and (RR 0 )/R 0 values of the fourth pressure-strain sensor are shown in [Table 1] below.

Bending strain (%)Bending strain (%) (R-R0)/R0 (RR 0 )/R 0 12.612.6 2.792.79 16.216.2 3.553.55 24.524.5 5.35.3 33.333.3 88 40.640.6 10.4710.47 5050 11.8511.85

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You can understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

CS: 복합 구조체
PL: 보호막
WR: 와이어
GL: 그래핀 구조체
SH: 평면 시트
PO: 폴리머막
CS: Composite Structure
PL: Shield
WR: wire
GL: Graphene Structure
SH: flat sheet
PO: polymer film

Claims (18)

3차원 다공성 구조를 갖는 그래핀 구조체;
상기 그래핀 구조체의 표면 상에 제공되는 평면 시트들; 및
상기 그래핀 구조체 및 상기 평면 시트들을 덮는 폴리머막을 포함하되,
상기 평면 시트들은 전이금속 칼코게나이드 화합물을 포함하는 압력-변형 센서.
a graphene structure having a three-dimensional porous structure;
flat sheets provided on the surface of the graphene structure; and
Including a polymer film covering the graphene structure and the planar sheets,
The flat sheets are pressure-strain sensors comprising a transition metal chalcogenide compound.
제 1 항에 있어서,
상기 평면 시트들은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 압력-변형 센서.
The method of claim 1,
The flat sheets are MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 A pressure-strain sensor comprising at least one selected from the group consisting of.
제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 구조체의 내부는 빈 공간인 압력-변형 센서.
The method of claim 1,
The inside of the graphene structure is an empty space pressure-strain sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 구조체, 상기 평면 시트들 및 상기 폴리머막을 둘러싸는 보호막을 더 포함하는 압력-변형 센서.
The method of claim 1,
The pressure-strain sensor further comprising a protective film surrounding the graphene structure, the planar sheets, and the polymer film.
제 4 항에 있어서,
상기 보호막을 관통하여 상기 평면 시트들과 연결되는 와이어를 더 포함하는 압력-변형 센서.
5. The method of claim 4,
The pressure-strain sensor further comprising a wire connected to the flat sheets through the protective film.
제 1 항에 있어서,
상기 평면 시트들은 서로 이격되는 압력-변형 센서.
The method of claim 1,
wherein the flat sheets are spaced apart from each other.
제 6 항에 있어서,
상기 평면 시트들은 상기 그래핀 구조체의 표면의 일부를 덮고, 상기 그래핀 구조체의 표면의 다른 일부를 노출하는 압력-변형 센서.
7. The method of claim 6,
The flat sheets cover a portion of the surface of the graphene structure, and the pressure-strain sensor for exposing another portion of the surface of the graphene structure.
제 4 항에 있어서,
상기 폴리머막 및 상기 보호막은 동일한 물질을 포함하는 압력-변형 센서.
5. The method of claim 4,
wherein the polymer film and the protective film include the same material.
제 8 항에 있어서,
상기 폴리머막 및 상기 보호막은 PDMS, 에코플렉스(ecoflex), 하이드로젤(hydrogel) 및 유연성 폴리머중 하나를 포함하는 압력-변형 센서.
9. The method of claim 8,
The polymer film and the protective film include one of PDMS, ecoflex, hydrogel, and a flexible polymer.
3차원 다공성 금속폼 상에 그래핀 구조체를 형성하여 제1 예비 구조체를 형성하는 단계;
상기 그래핀 구조체 상에 평면 시트들을 형성하여 제2 예비 구조체를 형성하는 단계;
상기 그래핀 구조체 및 상기 평면 시트들을 덮는 폴리머막을 형성하여 제3 예비 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 금속폼을 제거하는 단계를 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
forming a graphene structure on a three-dimensional porous metal foam to form a first preliminary structure;
forming a second preliminary structure by forming planar sheets on the graphene structure;
forming a third preliminary structure by forming a polymer film covering the graphene structure and the planar sheets; and
A pressure-strain sensor manufacturing method comprising the step of removing the metal foam.
제 10 항에 있어서,
상기 평면 시트들을 형성하는 것은,
상기 제1 예비 구조체를 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 담그는 것을 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Forming the flat sheets comprises:
A pressure-strain sensor manufacturing method comprising immersing the first preliminary structure in a transition metal chalcogenide compound solution.
제 11 항에 있어서,
상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액은 전이금속 칼코게나이드 화합물의 비율이 0.1wt% 내지 5wt%인 압력-변형 센서 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The transition metal chalcogenide compound solution is a pressure-strain sensor manufacturing method in which the ratio of the transition metal chalcogenide compound is 0.1wt% to 5wt%.
제 12 항에 있어서,
상기 전이금속 칼코게나이드 화합물은 MoS2, WS2, TiS2, TaS2, NiS2, PtS2, PdS2, ReS2, ZrS2, HfS2, NbS2, CoS2, MoSe2, WSe2, TiSe2, TaSe2, NiSe2, PtSe2, PdSe2, ReSe2, ZrSe2, HfSe2, NbSe2, CoSe2, MoTe2, WTe2, TiTe2, TaTe2, NiTe2, PtTe2, PdTe2, ReTe2, ZrTe2, HfTe2, NbTe2 및 CoTe2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 압력-변형 센서 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The transition metal chalcogenide compound is MoS 2 , WS 2 , TiS 2 , TaS 2 , NiS 2 , PtS 2 , PdS 2 , ReS 2 , ZrS 2 , HfS 2 , NbS 2 , CoS 2 , MoSe 2 , WSe 2 , TiSe 2 , TaSe 2 , NiSe 2 , PtSe 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ZrSe 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , CoSe 2 , MoTe 2 , WTe 2 , TiTe 2 , TaTe 2 , NiTe 2 , PtTe 2 , PdTe 2 , ReTe 2 , ZrTe 2 , HfTe 2 , NbTe 2 and CoTe 2 At least one selected from the group consisting of a pressure-strain sensor manufacturing method.
제 11 항에 있어서,
상기 평면 시트들을 형성하는 것은,
상기 제1 예비 구조체를 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조하는 것, 및 상기 제1 예비 구조체를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것을 더 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Forming the flat sheets comprises:
The pressure-strain sensor manufacturing method further comprising drying the first preliminary structure at a temperature of 80°C to 100°C, and heat-treating the first preliminary structure at 600°C to 1000°C.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 예비 구조체를 600℃ 내지 1000℃에서 열처리하는 것은,
상기 제1 예비 구조체를 챔버 내에 배치하는 것, 및 상기 챔버 내에 아르곤을 흘리는 것을 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
15. The method of claim 14,
Heat treatment of the first preliminary structure at 600 ° C to 1000 ° C,
disposing the first preliminary structure in a chamber, and flowing argon into the chamber.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 예비 구조체를 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 담그는 것은,
상기 제1 예비 구조체를 상기 전이금속 칼코게나이드 화합물 용액에 1분 내지 60분 동안 담그는 것을 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Immersion of the first preliminary structure in the transition metal chalcogenide compound solution,
A pressure-strain sensor manufacturing method comprising immersing the first preliminary structure in the transition metal chalcogenide compound solution for 1 minute to 60 minutes.
제 10 항에 있어서,
상기 제3 예비 구조체를 형성하는 단계는,
상기 제3 예비 구조체를 둘러싸는 보호막을 형성하는 것을 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of forming the third preliminary structure,
and forming a protective film surrounding the third preliminary structure.
제 10 항에 있어서,
상기 폴리머막을 형성하는 것은,
상기 제2 예비 구조체를 액상 폴리머에 담그는 것, 및 상기 제2 예비 구조체에 달라붙은 상기 액상 폴리머를 건조시키는 것을 포함하는 압력-변형 센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Forming the polymer film is,
and immersing the second preliminary structure in a liquid polymer, and drying the liquid polymer adhering to the second preliminary structure.
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