KR102423014B1 - 고민감도 압력센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 기반으로 하며 정전용량식, 압저항식에 모두 적용 가능한 고민감도 압력센서 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

고민감도 압력센서 및 이의 제조방법{High sensitivity pressure sensor and its manufacturing method}
본 발명은 고민감도 압력센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 활용한 고민감도 압력센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압력센서는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 에너지 변환장치로서 절대압 또는 게이지압을 측정하는데 이용된다.
기존에 개발된 신축성 있는 소재 기반의 압력센서는 낮은 민감도로 인해 감지할 수 있는 것들에 한계가 있다. 따라서, 높은 민감도를 가지며 우수한 센싱 능력을 갖는 압력센서의 제조가 필요한 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 민감도를 갖는 고민감도 압력센서를 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은, 상부 전극층, 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 물질을 포함하는 고분자층 및 하부 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 상기 고분자 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)이며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 ITO/PET 전극인 것을 특징으로 하는 정전용량식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 상기 정전용량식 압력센서는 압력 인가시 상기 다공성 피라미드 구조의 변형에 따른 상기 고분자층의 두께 변화를 통해 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전극, 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체 및 상기 고분자 구조체 상에 코팅된 전도성 고분자를 포함하는 압저항식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 상기 고분자 구조체는 PDMS(Polydimethylsiloxane)이며, 상기 전도성 고분자는 PPy(Polypyrrole)인 것을 특징으로 하는 압저항식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 상기 압저항식 압력센서는 압력 인가시 상기 다공성 피라미드 구조의 변형에 따른 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적 변화를 통해 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 고민감도 압력센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 피라미드 구조의 미세패턴이 형성된 몰드에 고분자비드를 증착하는 단계, 상기 고분자비드가 증착된 몰드 상에 고분자 물질을 코팅하는 단계 및 상기 몰드와 고분자비드를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 피라미드 고분자 구조체의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 고분자비드는 PS(Polystyrene)이고, 상기 고분자 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 다공성 피라미드 고분자 구조체의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제조방법에 따라 제조되는 다공성 피라미드 고분자 구조체를 제공한다.
또한, 상기 고민감도 압력센서를 포함하는 전자기기를 제공한다.
본 발명에 따른 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 포함하는 압력센서는 고분자 구조체의 다공성 구조에 의해 수직 변형이 극대화되어 우수한 민감도를 갖는다. 또한, 정전용량식, 압저항식에 모두 작동 가능하며 미세한 압력의 감지가 가능하므로 헬스케어 웨어러블 기기, 로봇 등에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서 및 전도성 고분자가 코팅된 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 피라미드 고분자 구조체의 제조방법의 흐름도이다.
도 6은 다공성 피라미드 구조가 형성된 PDMS 구조체의 제조 과정을 나타내는 모식도이며, 도 7은 다공성 피라미드 구조가 형성된 PDMS 구조체의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 8은 정전용량식 압력센서의 압축 탄성률(a)과 민감도(b)를 나타내는 도면이다.
도 9는 압저항식 고민감도 압력센서의 민감도를 나타내는 도면이다.
도 10은 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서의 이력현상(a) 및 압력 변화에 따른 센싱 특성(b)을 나타내는 도면이다.
도 11은 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서의 5000 cycle에서의 센싱 특성(a), 센서의 반응속도 및 회복속도(b, c)를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 고민감도 압력센서를 이용하여 사람의 맥박(a), 바람(b), 초파리 무게(c) 및 리코더의 음계(d)를 감지한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 고민감도 압력센서를 적용한 스마트 글로브를 이용하여 여러 물체의 압력을 측정한 그래프이며, 도 14는 종이컵을 이용한 센서의 균일성 테스트를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 상술한 종래의 압력센서가 갖는 문제, 즉 낮은 민감도에 따른 압력센싱의 한계를 극복하기 위하여, 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 활용하여 압력센서의 민감도를 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서는 상부 전극층과 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 포함하는 고분자층 및 하부 전극층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 포함하는 고분자층은 상기 상부 전극층과 하부 전극층 사이에 위치하며, 유전체 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자 구조체는 PDMS(Polydimethylsiloxane)일 수 있으며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 ITO/PET 전극일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량식 고민감도 압력센서는 압력 인가시 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체의 변형에 따른 상기 고분자층의 두께 변화, 즉 상기 상부 전극층과 하부 전극층 사이의 거리 변화를 통해 정전용량의 변화를 유도하여 압력을 측정한다.
보다 구체적으로, 압력 인가 전 상기 고분자층의 두께는 d0 이나, 압력 인가 후에는 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체가 변형됨에 따라 고분자층의 두께가 d 로 감소한다. 이에 따라, 상기 상부 전극층과 하부 전극층 사이의 거리가 가까워지므로 정전용량의 변화를 인지하여 압력을 측정한다.
여기서, 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체는 낮은 압축 탄성률로 인하여 압력에 따른 수직 변형 정도가 압도적으로 커 기본 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체보다 압력 인지 범위가 넓고 민감도가 높다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서 및 전도성 고분자가 코팅된 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 전극, 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체 및 상기 고분자 구조체 상에 코팅된 전도성 고분자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자 구조체는 PDMS(Polydimethylsiloxane)일 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 PPy(Polypyrrole)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고분자 구조체로 PDMS가 사용되는 경우, PDMS는 전도성 고분자로서 화학적 코팅이 가능하여 PDMS 상에 전도성 고분자인 PPy를 코팅할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 압저항식 고민감도 압력센서는 압력 인가시 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체의 변형에 따른 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적 변화를 통해 압력을 측정한다.
보다 구체적으로, 압력 인가 전 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적은 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체로 인하여 좁으나, 압력 인가 후에는 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체가 변형됨에 따라 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적이 넓어지게 된다. 즉, 접촉면적의 변화에 따른 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉저항을 인지하고 이로 인한 전류 변화를 도출하여 압력을 측정한다.
여기서, 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체는 낮은 압축 탄성률로 인하여 압력에 따른 수직 변형 정도가 압도적으로 커 기본 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체보다 접촉면적의 변화 범위가 크므로 압력 인지 범위가 넓고 민감도가 높다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 피라미드 고분자 구조체의 제조방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 피라미드 고분자 구조체의 제조방법은 피라미드 구조의 미세패턴이 형성된 몰드에 고분자비드를 증착하는 단계(S10), 상기 고분자비드가 증착된 몰드 상에 고분자 물질을 코팅하는 단계(S20) 및 상기 몰드와 고분자비드를 제거하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
상기 고분자비드는 PS(Polystyrene) 비드일 수 있고, 상기 고분자 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서 피라미드 구조의 미세패턴이 형성된 실리콘 몰드에 PS(Polystyrene) 비드를 사용하여 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기반의 다공성 피라미드 구조체를 제조하며, 이를 정전용량식 또는 압저항식 압력센서에 적용하여 고민감도 압력센서를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고민감도 압력센서 및 제조방법을 실시예 및 실험예로 보다 상세히 설명한다.
실시예
다공성 피라미드 구조가 형성된 PDMS 구조체 제조
도 6은 다공성 피라미드 구조가 형성된 PDMS 구조체의 제조 과정을 나타내는 모식도이며, 도 7은 다공성 피라미드 구조가 형성된 PDMS 구조체의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 피라미드 구조의 미세패턴이 형성된 실리콘 몰드에 PS(Polystyrene) 비드가 포함된 용액을 붓고 열처리하면서 전단응력을 가하여 PS 비드를 빈공간에 밀집시켰다. 그 후, 가교되지 않은 PDMS에 PS 비드가 포함된 실리콘 몰드를 소프트 리소그래피(Soft lithography)를 함으로써 PS 비드가 박혀있는 피라미드 구조의 PDMS를 만들었다. 이후에 PS 비드를 유기용매에 담궈서 제거하여 다공성 피라미드 구조체의 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 제조하였다.
정전용량식 압력센서의 제조
다공성 피라미드 구조체를 제작할 때 ITO/PET 전극위에 가교되지 않은 PDMS를 얇게 코팅하고 소프트 리소그래피를 하여 ITO/PET에 붙여진 다공성 피라미드 구조체의 PDMS를 만들었다. 그리고 추가적으로 ITO/PET를 피라미드의 꼭지점에 붙여 ITO/PET-다공성 피라미드 구조의 PDMS-ITO/PET 의 샌드위치 형태의 구조물을 만들어 정전용량식 압력센서를 제조하였다.
압저항식 압력센서의 제작
도 3을 참조하면, 다공성 피라미드 구조체의 PDMS에 화학적 표면처리를 하여 전도성 고분자인 PPy(Polypyrrole)을 화학적 결합을 시켰다. 그 후 좌우로 연결되지 않은 두 전극에 부착하여 두 전극사이의 전류를 측정할 수 있는 압저항식 압력센서를 제조하였다.
실험예
정전용량식 압력센서의 민감도 특성
도 8은 정전용량식 압력센서의 압축 탄성률(a)과 민감도(b)를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 다공성 피라미드 구조가 형성된 구조체는 기본 파라미드 구조체보다 압축 탄성률이 낮아 압력에 따른 변형 정도가 크며, 이로 인하여 정전용량식 압력센서는 낮은 압력 인지 범위에서도 높은 민감도를 나타내었다. 보다 구체적으로, 기본 파라미드 구조체의 정전용량식 압력센서는 최대 민감도가 4.3 kPa-1 인 반면, 다공성 피라미드 구조가 형성된 구조체의 정전용량식 압력센서는 최대 민감도가 14.6 kPa-1 로서, 약 3.4배 이상 민감도가 증가하였다.
압저항식 압력센서의 민감도 특성
도 9는 압저항식 고민감도 압력센서의 민감도를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 다공성 피라미드 구조가 형성된 구조체의 압저항식 압력센서는 기본 파라미드 구조체의 압저항식 압력센서에 비하여 높은 민감도를 보였다. 보다 구체적으로, 기본 파라미드 구조체의 압저항식 압력센서의 경우 최대 민감도가 81 kPa-1 인 반면, 다공성 피라미드 구조가 형성된 구조체의 압저항식 압력센서는 최대 민감도가 449 kPa-1 로서, 약 5.5배 이상 민감도가 증가하였다.
다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서의 센싱 특성
1. 이력현상 및 압력 변화에 따른 센싱 특성
도 10은 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서의 이력현상(a) 및 압력 변화에 따른 센싱 특성(b)을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서는 이력현상이 매우 작게 나타났다(a). 또한, 다공성 피라미드 구조체 기반 정전용량식 압력센서(b) 및 압저항식 압력센서(b)는 여러 압력에 대하여도 균일한 센싱 특성을 보여 넓은 압력 범위에서 일정한 민감도를 나타냄을 확인하였다.
2. 5000 cycle에서의 센싱 특성, 센서의 반응속도 및 회복속도
도 11은 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서의 5000 cycle에서의 센싱 특성(a), 센서의 반응속도 및 회복속도(b, c)를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 다공성 피라미드 구조체 기반 압력센서는 5000 cycle 에서도 안정적인 측정이 가능하며, 센서의 반응속도 및 회복속도가 매우 빠른 것을 확인하였다.
여러 물체의 압력 측정
도 12는 본 발명의 고민감도 압력센서를 이용하여 사람의 맥박(a), 바람(b), 초파리 무게(c) 및 리코더의 음계(d)를 감지한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 고민감도 압력센서는 높은 민감도를 바탕으로 사람의 맥박, 바람, 초파리 무게, 리코더의 음계 등 미세한 압력의 감지가 가능하므로 각종 헬스케어 웨어러블 기기에 적용될 수 있음을 확인하였다.
스마트 글로브를 이용한 여러 물체의 압력 측정
도 13은 본 발명의 고민감도 압력센서를 적용한 스마트 글로브를 이용하여 여러 물체의 압력을 측정한 그래프이며, 도 14는 종이컵을 이용한 센서의 균일성 테스트를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 고민감도 압력센서를 적용한 스마트 글로브는 높은 민감도와 안정성을 나타내므로 농구공, 풍선, 머그컵 등의 여러 물체에 대한 압력 분포를 균일하게 감지하였다. 또한, 도 14를 참조하면, 스마트 글로브로 종이컵을 30회 반복하여 잡았을 때 센서가 균일한 신호 반응과 일정한 민감도를 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체를 활용함으로써 압력센서의 민감도와 안정성을 높여 넓은 압력범위에서 미세한 압력의 감지가 가능하며, 이를 통해 여러 가지 물체를 구분할 수 있는 스마트 글로브, 헬스케어 웨어러블 기기, 로봇 등에 적용이 가능하다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 상부 전극층;
    다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 물질을 포함하는 고분자층; 및
    하부 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 고민감도 압력센서로,
    상기 고분자층은 다공성 피라미드 구조의 고분자 구조체; 및
    상기 고분가 구조체 상에 코팅된 전도성 고분자를 포함하는 압저항식 고민감도 압력센서로서, 상기 압력센서로 압력 인가 전 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적은 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체로 인하여 좁으나, 압력 인가 후에는 상기 다공성 피라미드 구조가 형성된 고분자 구조체가 변형됨에 따라 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉면적이 넓어지게 되며, 상기 접촉면적의 변화에 따른 상기 전도성 고분자와 전극의 접촉저항을 인지하고 이로 인한 전류 변화를 도출하여 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 압저항식 고민감도 압력센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)이며, 상기 상부 전극층 및 하부 전극층은 ITO/PET 전극인 것을 특징으로 하는 압저항식 고민감도 압력센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101251344B1 (ko) 2011-08-02 2013-04-05 한국과학기술원 고분자 화합물 필러 구조체를 이용한 3차원 전극 및 그 제조방법
JP2015114178A (ja) 2013-12-11 2015-06-22 ポリマテック・ジャパン株式会社 感圧センサ
KR101956998B1 (ko) * 2016-12-15 2019-06-20 연세대학교 산학협력단 고민감도 유연 압력 센서 및 이의 제조방법
KR102141666B1 (ko) * 2017-11-22 2020-08-05 한국과학기술원 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 정전용량형 압력센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101251344B1 (ko) 2011-08-02 2013-04-05 한국과학기술원 고분자 화합물 필러 구조체를 이용한 3차원 전극 및 그 제조방법
JP2015114178A (ja) 2013-12-11 2015-06-22 ポリマテック・ジャパン株式会社 感圧センサ
KR101956998B1 (ko) * 2016-12-15 2019-06-20 연세대학교 산학협력단 고민감도 유연 압력 센서 및 이의 제조방법
KR102141666B1 (ko) * 2017-11-22 2020-08-05 한국과학기술원 압력센서용 유전체 및 그 제조방법과 정전용량형 압력센서

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