KR102610916B1 - Method of Manufacturing Flexible Pressure Sensor Having Concentration Gradation Profile - Google Patents
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Abstract
유연 압력센서 제작 과정에 요구되는 고분자 지지체와 전도성 입자를 별개의 과정으로 제작하고 분산 과정을 추가적으로 거쳐야 하는 문제를 해결하기 위해 고분자 재료와 이온 상태의 전도성 입자를 하나의 균일한 용액으로 제작하고 경화 및 전도성 입자의 성장을 연속적으로 수행할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명의 유연 압력센서 제조 방법은 고분자 지지체 재료, 전도성 입자, 및 광 개시제를 용매에 첨가하여 용해시킨 용액을 준비하는 단계와, 상기 용액을 유연 기판에 도포하는 단계와, 상기 유연 기판에 도포된 상기 용액에 자외선을 조사하여 경화시켜서 고체 필름을 형성하는 단계를 포함한다.In order to solve the problem of having to manufacture the polymer support and conductive particles required in the manufacturing process of a flexible pressure sensor in separate processes and go through an additional dispersion process, polymer materials and ionic conductive particles were manufactured as one uniform solution, cured and A method for continuously performing the growth of conductive particles is provided. The method for manufacturing a flexible pressure sensor of the present invention includes preparing a solution in which a polymer support material, conductive particles, and a photoinitiator are dissolved by adding them to a solvent, applying the solution to a flexible substrate, and applying the solution to the flexible substrate. It includes curing the solution by irradiating ultraviolet rays to form a solid film.
Description
본 발명은 압력센서 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 광 경화성 고분자를 사용하여 압저항 방식의 유연 압력센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a pressure sensor, and in particular, to a method of manufacturing a piezoresistive flexible pressure sensor using a photo-curable polymer.
압력 센서는 가해지는 물리적인 힘의 크기를 전기적 신호로 변화시켜 나타낼 수 있는 측정 소자로서 공정 장비, 자동차, 가전, 스마트 디바이스 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 최근에는 웨어러블 디바이스 및 헬스케어 분야의 성장과 더불어 사용자의 움직임이나 생체 신호 검출과 같이 인체에 적용 가능한 압력 센서 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 맥박이나 체온, 심전도 등을 측정하기 위해서는 인체에 부착하여 보다 정확한 신호를 얻는 것이 필수적이다. 기존의 산업용 압력센서로는 실리콘 공정 기반의 MEMS 소자가 가장 많이 활용되고 있다. 그렇지만 MEMS 소자는 유연성 확보의 어려움으로 인해 굴곡이 있는 인체에는 직접적으로 적용하기가 어렵고 진공 증착과 같은 고비용의 반도체 공정이 필요로 한다. 이에 따라, 고분자 재료 기반의 유연 압력센서들을 개발하려는 노력이 널리 행해지고 있다.A pressure sensor is a measuring element that can display the magnitude of an applied physical force by changing it into an electrical signal and is applied to various fields such as process equipment, automobiles, home appliances, and smart devices. Recently, with the growth of wearable devices and healthcare fields, research is being conducted to develop pressure sensors applicable to the human body, such as detecting user movements or biosignals. In particular, in order to measure pulse, body temperature, electrocardiogram, etc., it is essential to obtain more accurate signals by attaching it to the human body. As an existing industrial pressure sensor, silicon process-based MEMS devices are most widely used. However, due to the difficulty in securing flexibility, MEMS devices are difficult to apply directly to the curved human body and require expensive semiconductor processes such as vacuum deposition. Accordingly, efforts are being made to develop flexible pressure sensors based on polymer materials.
일반적으로 가장 많이 연구되고 있는 압저항(piezoresistive) 방식의 고분자 유연 압력센서는 유연한 고분자 재료를 지지체로 하여 전자가 이동할 수 있는 전도성 금속 입자나 와이어, 탄소나노튜브, 이차원 물질 등의 복합체를 형성한 것으로서, 압력에 의한 접촉 면적의 변형에 따라 저항이 달라지는 특성을 이용하여 가해진 압력을 측정하게 된다. 그런데, 이와 같은 고분자 압력 센서를 제작하기 위해서는, 고분자 지지체와 전도성 입자 등 원료들의 준비가 따로 이루어져야만 한다. 아울러, 초음파 처리와 같은 물리적인 분산 과정 및 화학적 첨가물에 의해 분산도를 확보한 복합체를 이루게 되므로 균일한 특성의 압력 센서를 반복적으로 제작하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 경화전의 복합체 유동 흐름에서 액체 상태의 고분자 재료와 고체상체의 전도성 입자는 서로 다른 특성을 가지게 되기 때문에, 이들을 미세구조 형성과 같은 정밀 공정에 적용하기 어려운 문제가 있다.In general, the piezoresistive type polymer flexible pressure sensor, which is the most widely studied, uses a flexible polymer material as a support to form a complex of conductive metal particles, wires, carbon nanotubes, and two-dimensional materials through which electrons can move. , the applied pressure is measured using the characteristic that resistance varies depending on the deformation of the contact area due to pressure. However, in order to manufacture such a polymer pressure sensor, raw materials such as polymer support and conductive particles must be prepared separately. In addition, since a complex with a high degree of dispersion is formed through a physical dispersion process such as ultrasonic treatment and chemical additives, it is difficult to repeatedly manufacture a pressure sensor with uniform characteristics. Moreover, in the composite flow before curing, the liquid polymer material and the solid conductive particles have different characteristics, making it difficult to apply them to precision processes such as microstructure formation.
본 발명은 유연 압력센서 제작 과정에 요구되는 고분자 지지체와 전도성 입자를 별개의 과정으로 제작하고 분산 과정을 추가적으로 거쳐야 하는 문제를 해결하기 위해 고분자 재료와 이온 상태의 전도성 입자를 하나의 균일한 용액으로 제작하고 경화 및 전도성 입자의 성장을 연속적으로 수행할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of having to manufacture the polymer support and conductive particles required in the manufacturing process of a flexible pressure sensor in separate processes and go through an additional dispersion process, the present invention manufactures polymer materials and ionic conductive particles into one uniform solution. The purpose is to provide a method that can continuously perform curing and growth of conductive particles.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유연 압력센서 제조 방법은 고분자 지지체 재료, 전도성 입자, 및 광 개시제를 용매에 첨가하여 용해시킨 용액을 준비하는 단계와, 상기 용액을 유연 기판에 도포하는 단계와, 상기 유연 기판에 도포된 상기 용액에 자외선을 조사하여 경화시켜서 고체 필름을 형성하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a flexible pressure sensor of the present invention for achieving the above technical problem includes preparing a solution in which a polymer support material, conductive particles, and a photoinitiator are dissolved by adding them to a solvent, and applying the solution to a flexible substrate. , and curing the solution applied to the flexible substrate by irradiating ultraviolet rays to form a solid film.
상기 용매는 물 또는 유기용매를 포함할 수 있다.The solvent may include water or an organic solvent.
상기 고분자 지지체 재료는 아크릴 계열 재료를 포함할 수 있다. 특히, 상기 고분자 지지체 재료는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA)를 포함할 수 있다.The polymer support material may include an acrylic-based material. In particular, the polymer support material may include polyethylene glycol diacrylate (PEGDA).
상기 전도성 입자는 이온 상태의 금속 입자 전구체를 포함할 수 있다.The conductive particles may include metal particle precursors in an ionic state.
상기 금속 입자 전구체는 AgNO3, AgCF3COO, AuCl3, HAuCl4, CuSO4, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal particle precursor may include AgNO 3 , AgCF 3 COO, AuCl 3 , HAuCl 4 , CuSO 4 , or a combination thereof.
상기 광 개시제의 첨가량은 상기 고분자 지지체 재료 대비 1 중량부(wt%) 미만일 수 있다.The amount of the photoinitiator added may be less than 1 part by weight (wt%) compared to the polymer support material.
상기 유연 기판은 폴리이미드(Polyimide) 또는 PET(Polyethylene terephthalate) 재질로 되어 있을 수 있다.The flexible substrate may be made of polyimide or PET (polyethylene terephthalate).
상기 용액에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계는 제1 에너지 레벨의 자외선을 상기 용액에 조사하는 단계와, 상기 용액의 경화가 진행됨에 따라 상기 자외선의 에너지 레벨을 높여서, 상기 제1 에너지 레벨보다 높은 제2 에너지 레벨의 자외선을 상기 용액에 조사하는 단계를 포함할 수 있다.The step of curing the solution by irradiating ultraviolet rays includes irradiating ultraviolet rays of a first energy level to the solution, and increasing the energy level of the ultraviolet rays as curing of the solution progresses, thereby increasing the energy level of the ultraviolet rays to a higher level than the first energy level. It may include irradiating ultraviolet rays of energy level 2 to the solution.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 유연 압력센서는 농도구배 구조를 가져서, 은 입자의 밀도가 표면에서 가장 높고 아래로 갈수록 점점 낮아지는 특성을 보일 수 있다.The flexible pressure sensor manufactured according to an embodiment of the present invention has a concentration gradient structure, so that the density of silver particles is highest at the surface and gradually decreases downward.
본 발명의 일 실시예에 따른 유연 압력센서 제조 방법은 상온, 상압에서 수행되는 광경화/광환원 공정을 기반으로 하기 때문에 공정 비용이 낮고 및 대면적 센서를 용이하게 제작할 수 있게 해준다.The method of manufacturing a flexible pressure sensor according to an embodiment of the present invention is based on a photocuring/photoreduction process performed at room temperature and pressure, so the process cost is low and a large-area sensor can be easily manufactured.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 제작된 유연 압력센서는 굴곡이 존재하는 표면에 적용이 가능하며 유연성과 내구성이 높다. 전도성 입자의 내부 성장 과정에서 자외선의 에너지 조절을 통해 유연성 필름의 미세구조를 쉽게 제어할 수 있고, 유연센서의 민감도를 포함한 동작 특성을 변화시킬 수 있다.The flexible pressure sensor manufactured by the method according to an embodiment of the present invention can be applied to surfaces with curves and has high flexibility and durability. By controlling the energy of ultraviolet rays during the internal growth of conductive particles, the microstructure of the flexible film can be easily controlled and the operating characteristics, including the sensitivity, of the flexible sensor can be changed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 압력센서 제작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2a는 용액의 경화 전에 용액 내에 분산된 고분자 지지체 재료 입자들, 금속 이온들, 및 광 개시제 입자들을 보여주는 도면이다.
도 2b는 용액의 경화 후에 형성되는 금속-고분자 복합 필름의 단면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3a 및 3b는 경화 전의 용액 표면과 경화 후의 필름 표면을 각각 보여주는 사진들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 압력센서의 동작 원리를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 인가되는 압력에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여주는 그래프들로서, 도 5a는 반복적인 가벼운 접촉에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여주고, 도 5b는 압력 증가에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여준다.Figure 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a flexible pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram showing polymer support material particles, metal ions, and photoinitiator particles dispersed in a solution before curing the solution.
Figure 2b is a diagram showing an exemplary cross section of a metal-polymer composite film formed after curing the solution.
Figures 3a and 3b are photographs showing the solution surface before curing and the film surface after curing, respectively.
Figure 4 is a diagram showing the operating principle of a flexible pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 5a and 5b are graphs showing the change in resistance of the flexible pressure sensor according to the applied pressure. Figure 5a shows the change in resistance of the flexible pressure sensor due to repeated light contact, and Figure 5b shows the change in resistance of the flexible pressure sensor according to pressure increase. Shows the change in resistance of the sensor.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서 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 출원에서, "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 this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an idealized or excessively formal sense. No.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. In order to facilitate overall understanding when describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 압력센서 제작 방법을 보여주는 흐름도이다.Figure 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a flexible pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
먼저, 고분자 지지체 재료, 전도성 입자, 및 광 개시제를 용매에 첨가하여 용해시킨 후, 교반기를 사용해서 교반하여 균일한 용액 상태로 준비한다(제100단계).First, the polymer support material, conductive particles, and photoinitiator are added and dissolved in a solvent, and then stirred using a stirrer to prepare a uniform solution (step 100).
상기 용매로는 물 또는 유기용매가 사용될 수 있다. 특히 정제수(DI: Distilled water)가 용매로 사용될 수 있다.The solvent may be water or an organic solvent. In particular, distilled water (DI) can be used as a solvent.
고분자 지지체 재료로는 상기 용매 즉, 물 또는 유기용매에 녹을 수 있고 라디컬 반응에 의해 경화될 수 있는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA: poly(ethylene glycol) diacrylate) 등의 아크릴계열 재료가 적합하다.Suitable polymer support materials include acrylic materials such as poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), which can be dissolved in the solvent, that is, water or an organic solvent, and can be hardened by a radical reaction.
전도성 입자는 금속 입자일 수 있다. 금속 입자의 전구체로는 상기 고분자 지지체 재료와 함께 상기 용매에 용해될 수 있고 금, 은, 구리 등이 이온 상태로 존재하여 환원반응을 통해 입자로 성장할 수 있는 재료가 적절하다. 금속 입자의 전구체로는 예컨대 질산은(AgNO3)이 사용될 수 있다. 그렇지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 질산은(AgNO3) 이외에도 트리플루오아세테이트(AgCF3COO), 염화금(AuCl3), 염화금산(HAuCl4), CuSO4 등이 금속 입자의 전구체로 사용될 수도 있다.The conductive particles may be metal particles. A suitable precursor for metal particles is a material that can be dissolved in the solvent together with the polymer support material and that contains gold, silver, copper, etc. in an ion state and can grow into particles through a reduction reaction. For example, silver nitrate (AgNO 3 ) may be used as a precursor for metal particles. However, the present invention is not limited to this, and in addition to silver nitrate (AgNO 3 ), trifluoroacetate (AgCF 3 COO), gold chloride (AuCl 3 ), gold chloride (HAuCl 4 ), CuSO 4 , etc. may be used as precursors for metal particles. there is.
광 개시제는 자외선에 의해 라디컬을 발생할 수 있는 물질로서, Irgacure 2959가 사용될 수 있다. 그밖에도 광 개시제의 후보군에는 Irgracure 184, 500, 754, 819 및 Darocur 1173, 4265 등이 포함될 수 있다. 광 개시제의 첨가량은 고분자 지지체 재료 대비 1 wt% 미만이 적합할 수 있다.The photoinitiator is a material that can generate radicals by ultraviolet rays, and Irgacure 2959 can be used. Other photoinitiator candidates may include Irgracure 184, 500, 754, 819 and Darocur 1173, 4265, etc. The amount of photoinitiator added may be less than 1 wt% compared to the polymer support material.
상기 제100단계 후에는, 준비된 용액을 원하는 유연필름 형태로 제작하기 위해, 상기 용액을 유연 기판에 도포한다(제120단계).After the 100th step, the solution is applied to a flexible substrate in order to manufacture the prepared solution into a desired flexible film form (step 120).
유연 기판으로는 폴리이미드(Polyimide), PET(Polyethylene terephthalate) 등의 재질이 사용될 수 있다.Materials such as polyimide and PET (polyethylene terephthalate) may be used as the flexible substrate.
도포시에는 스핀 코팅(Spin coating), 스크린 프린팅(Screen printing), 닥터 블레이딩(Doctor blading), 몰딩(Molding) 등의 일반적인 필름 형성 방법을 이용하여 균일한 두께의 막을 얻을 수 있다.When applied, a film of uniform thickness can be obtained using general film forming methods such as spin coating, screen printing, doctor blading, and molding.
그리고 상기 유연 기판에 도포된 용액에 자외선을 조사하여 경화시킴으로써, 고체 필름 형태로 변환되도록 한다(제140단계). 이와 같은 경화 과정을 통해서, 도 2a와 같이 고분자 지지체 재료 입자들, 금속 이온들, 광 개시제 입자들이 분산된 용액은 도 2b와 같은 금속-고분자 복합 필름으로 변화된다.Then, the solution applied to the flexible substrate is cured by irradiating ultraviolet rays to convert it into a solid film (step 140). Through this curing process, the solution in which polymer support material particles, metal ions, and photoinitiator particles are dispersed as shown in FIG. 2A is changed into a metal-polymer composite film as shown in FIG. 2B.
고분자의 경화와 이온의 환원은 라디컬에 의해 진행될 수 있다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 라디컬 생성 반응을 상온, 상압에서 개시할 수 있는 자외선 기반의 광경화/광환원 공정을 사용한다. 이 때 자외선의 파장은 254~405 nm 범위에 있을 수 있다. 예컨대, 365 nm 파장의 자외선이 고분자 경화에 사용될 수 있다. 자외선의 에너지는 경화 단계 초기에는 유연성 필름의 잠재적인 균열을 일으키지 않도록 낮은 범위 예컨대 1~50 mW/cm2의 범위에서 선택될 수 있다. 경화가 진행됨에 따라, 자외선 에너지는 300 mW/cm2 이상의 높은 에너지를 사용할 수 있는데, 이 에너지는 필름 구조에 영향을 주지 않는 범위 내에서 조절이 가능하다.Hardening of polymers and reduction of ions can be carried out by radicals. Considering this, the present invention uses an ultraviolet-based photocuring/photoreduction process that can initiate the radical generation reaction at room temperature and pressure. At this time, the wavelength of ultraviolet rays may be in the range of 254 to 405 nm. For example, ultraviolet light with a wavelength of 365 nm can be used to cure polymers. The energy of the ultraviolet rays may be selected in a low range, for example in the range of 1 to 50 mW/cm 2 , to avoid causing potential cracking of the flexible film at the beginning of the curing step. As curing progresses, UV energy can be as high as 300 mW/cm 2 or more, and this energy can be adjusted within a range that does not affect the film structure.
높은 에너지의 자외선을 지속적으로 조사됨에 따라, 라디컬 생성이 계속되고, 은 양이온들은 은 입자로 환원된다. 이에 따라, 요액의 표면이 점차적으로 금속 고유의 색으로 변하게 되고 시간에 따라 저항이 감소하게 된다. 도 3a 및 3b는 경화 전의 용액 표면과 경화 후의 필름 표면을 각각 보여준다. 경화 전에 투명하거나 옅은 노란색을 띠는 용액 표면이 자외선이 계속해서 조사되면 은 이온의 환원에 의해 금속 색깔로 변하는 것을 확인할 수 있다.As high-energy ultraviolet rays are continuously irradiated, radical generation continues, and silver cations are reduced to silver particles. Accordingly, the surface of the solution gradually changes to the metal's unique color and the resistance decreases over time. Figures 3a and 3b show the solution surface before curing and the film surface after curing, respectively. It can be seen that the surface of the solution, which is transparent or pale yellow before curing, changes to a metallic color due to the reduction of silver ions when ultraviolet rays are continuously irradiated.
이와 같은 실시예의 유연 압력센서 제작 방법에 따르면, 고분자 지지체의 경화와 전도성 입자의 성장이 연속적인 공정으로 내지 동시에 이루어질 수 있게 된다.According to the flexible pressure sensor manufacturing method of this embodiment, curing of the polymer support and growth of conductive particles can be performed in a continuous process or simultaneously.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 압력센서의 동작 원리를 보여준다. 용액의 표면 부근에 분포된 은 이온은 자외선에 의해 왕성하게 환원되지만, 환원된 은 입자는 자외선의 투과도를 낮추게 되어 용액의 하부에 있는 은 이온의 환원 반응을 막게 된다. 이에 따라, 은 입자의 밀도는 표면에서 가장 높고 아래로 갈수록 점점 낮아지는 특성을 보이게 된다. 이러한 농도 구배 구조로 인해, 외부 압력이 가해지면 환원된 은 입자간의 접촉 면적이 달라지게 되고 이는 저항의 변화로 나타나므로 압력센서로서의 기능을 하게 된다.Figure 4 shows the operating principle of a flexible pressure sensor according to an embodiment of the present invention. Silver ions distributed near the surface of the solution are actively reduced by ultraviolet rays, but the reduced silver particles lower the transmittance of ultraviolet rays, preventing the reduction reaction of silver ions at the bottom of the solution. Accordingly, the density of silver particles is highest at the surface and gradually decreases downward. Due to this concentration gradient structure, when external pressure is applied, the contact area between reduced silver particles changes, which appears as a change in resistance, thus functioning as a pressure sensor.
도 5a 및 도 5b는 가해진 압력에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여주는 그래프들로서, 도 5a는 반복적인 가벼운 접촉에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여주고, 도 5b는 압력 증가에 따른 유연 압력센서의 저항 변화를 보여준다. 도 5a에서는, 반복적인 가벼운 접촉에 반응하여 저항이 규칙적이고 반복적으로 변하는 것을 확인할 수 있다. 도 5b에서는 0.2g의 무게가 늘어날 때마다 저항이 균일한 양만큼 증가하는 것을 확인할 수 있다.Figures 5a and 5b are graphs showing the change in resistance of the flexible pressure sensor according to applied pressure. Figure 5a shows the change in resistance of the flexible pressure sensor due to repeated light contact, and Figure 5b shows the change in resistance of the flexible pressure sensor according to pressure increase. shows the change in resistance. In Figure 5a, it can be seen that the resistance changes regularly and repeatedly in response to repeated light contact. In Figure 5b, it can be seen that the resistance increases by a uniform amount every time the weight increases by 0.2 g.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the description has been made with reference to the above examples, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will be able to.
Claims (9)
고분자 지지체 재료, 전도성 입자, 및 광 개시제를 용매에 첨가하여 용해시킨 용액을 준비하는 단계;
상기 용액을 유연 기판에 도포하는 단계;
제1 에너지 레벨의 자외선을 상기 유연 기판에 도포된 상기 용액에 조사하는 단계; 및
상기 용액의 경화가 진행됨에 따라 상기 자외선의 에너지 레벨을 높여서, 상기 제1 에너지 레벨보다 높은 제2 에너지 레벨의 자외선을 상기 용액에 조사하여 경화시켜서 고체 필름을 형성하는 단계;
를 포함하는 유연 압력센서 제조 방법.As a method of manufacturing a flexible pressure sensor,
Preparing a solution in which polymer support material, conductive particles, and photoinitiator are dissolved by adding them to a solvent;
Applying the solution to a flexible substrate;
Irradiating ultraviolet rays of a first energy level to the solution applied to the flexible substrate; and
As curing of the solution progresses, increasing the energy level of the ultraviolet rays, curing the solution by irradiating ultraviolet rays of a second energy level higher than the first energy level to form a solid film;
Method for manufacturing a flexible pressure sensor comprising.
상기 용매가 물 또는 유기용매를 포함하는 유연 압력센서 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the solvent includes water or an organic solvent.
상기 고분자 지지체 재료가 아크릴 계열 재료를 포함하는 유연 압력센서 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the polymer support material includes an acrylic-based material.
상기 고분자 지지체 재료가 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA)를 포함하는 유연 압력센서 제조 방법.In claim 3,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the polymer support material includes polyethylene glycol diacrylate (PEGDA).
상기 전도성 입자가 이온 상태의 금속 입자 전구체를 포함하는 유연 압력센서 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the conductive particles include a metal particle precursor in an ionic state.
상기 금속 입자 전구체가 AgNO3, AgCF3COO, AuCl3, HAuCl4, CuSO4, 및 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나인 유연 압력센서 제조 방법.In claim 5,
Method for manufacturing a flexible pressure sensor, wherein the metal particle precursor is any one selected from AgNO 3 , AgCF 3 COO, AuCl 3 , HAuCl 4 , CuSO 4 , and combinations thereof.
상기 광 개시제의 첨가량은 상기 고분자 지지체 재료 대비 1 중량부(wt%) 미만인 유연 압력센서 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the amount of the photoinitiator added is less than 1 part by weight (wt%) compared to the polymer support material.
상기 유연 기판이 폴리이미드(Polyimide) 또는 PET(Polyethylene terephthalate) 재질로 되어 있는 유연 압력센서 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a flexible pressure sensor wherein the flexible substrate is made of polyimide or PET (polyethylene terephthalate).
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