KR20170126304A - 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법 - Google Patents

유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170126304A
KR20170126304A KR1020160056555A KR20160056555A KR20170126304A KR 20170126304 A KR20170126304 A KR 20170126304A KR 1020160056555 A KR1020160056555 A KR 1020160056555A KR 20160056555 A KR20160056555 A KR 20160056555A KR 20170126304 A KR20170126304 A KR 20170126304A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric material
substrate
thermoelectric
temperature sensor
material layer
Prior art date
Application number
KR1020160056555A
Other languages
English (en)
Inventor
전상훈
정민현
Original Assignee
고려대학교 세종산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 세종산학협력단 filed Critical 고려대학교 세종산학협력단
Priority to KR1020160056555A priority Critical patent/KR20170126304A/ko
Publication of KR20170126304A publication Critical patent/KR20170126304A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00—Compounds of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G5/00—Compounds of silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G7/00—Compounds of gold
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00—Compounds of zinc
    • C01G9/02—Oxides; Hydroxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

유연 온도 센서 소자, 및 그 제조 방법이 개시된다. 유연 온도 센서 소자는, 유연 재질의 기판, 기판상에 제 1 열전 물질로 형성된 제 1 온도 검출 영역을 포함하는 제 1 열전 물질층, 및 제 1 온도 검출 영역상에 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 형성된 제 2 온도 검출 영역을 포함하는 제 2 열전 물질층을 포함하며, 제 1 열전 물질층은 기판상에 형성된 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역을 더 포함하고, 제 2 열전 물질층은 기판상에 형성된 제 2 열전 물질영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 더 포함한다.

Description

유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법 {FLEXIBLE TEMPERATURE SENSOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING FLEXIBLE TEMPERATURE SENSOR DEVICE}
본 발명은 온도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유연성을 가지는 자가 전력 온도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 인공 지능 및 센서 기술의 발달과 함께 인간형 로봇에 관한 관심이 급증하고 있다. 이러한 인간형 로봇은 그 신체 기관의 외형이나 기능이 인간과 유사하게 제작되는 것이 중요하기 때문에, 보다 인간에 가까운 형태의 로봇 구현을 위해서는 기존과는 다른 새로운 형태의 센서 소자 개발이 필요하다.
로봇의 전자 피부가 대표적인 예인데, 온도나 압력을 감지하는 전자 소자의 네트워크로 구현되는 전자 피부는 유연하면서도 대면적으로 용이하게 구현할 수 있는 형태의 센서 소자를 필요로 한다. 또한, 이와 같은 전자 피부 기술은 사람의 신체에 부착하는 웨어러블 전자기술에도 적용될 수 있으며, 이 경우 웨어러블 기기는 얇으면서도 보다 작은 소비 전력 특성을 가지는 센서 소자를 또한 필요로 한다.
그런데, 일반적으로 종래의 박막형 온도 센서는 금속을 배선형태로 증착하여 온도에 따른 금속의 저항변화를 이용하여 온도를 감지하는 방식으로 구현되었다. 하지만, 이와 같은 저항변화형 온도 센서는 온도에 따른 금속의 저항변화가 미미하여 온도 감지 분해능이 작은 문제가 있었다. 또한, 저항변화형 온도 센서는 전압 또는 전류를 인가하여 금속의 저항을 측정하는 방식으로 별도의 외부 전원을 필요로 하였다.
KR 10-2010-0120272 A KR 10-0292335 B1 KR 10-1411437 B1 KR 10-1989-0005499 A
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 별도의 외부 전원을 필요로 하지 않고, 유연하면서도 용이하게 대면적으로 구현할 수 있는 고성능 온도 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유연 온도 센서 소자는, 유연 재질의 기판, 기판상에 제 1 열전 물질로 형성된 제 1 온도 검출 영역을 포함하는 제 1 열전 물질층, 및 제 1 온도 검출 영역상에 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 형성된 제 2 온도 검출 영역을 포함하는 제 2 열전 물질층을 포함하며, 제 1 열전 물질층은 기판상에 형성된 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역을 더 포함하고, 제 2 열전 물질층은 기판상에 형성된 제 2 열전 물질영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 더 포함한다.
이와 같은 구성에 의하면, 유연 기판상에 열전 특성을 지니는 물질의 박막을 연속하여 적층함으로써, 유연하면서도 용이하게 대면적으로 가공이 가능하며 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전 원리를 이용한 자가 전력 온도 센서를 구현할 수 있게 된다.
제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 액상으로 제작되어, 스크린 프린팅, 스프레이 분사, 브러쉬 페인팅, 닥터블레이드, 스핀 코팅, 및 잉크젯 프린팅 중 선택된 방법에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이, 열전 특성을 지니는 물질을 프린팅 및 코팅 가능한 용액으로 제작함으로써, 대면적 저온공정이 용이한 자가 전력 온도 센서의 구현이 가능해 진다.
제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질일 수 있으며, 특히, 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질의 복합체일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 프린팅이나 코팅 공정을 위한 용액 제조 및 유연한 기판과의 접착력을 높일 수 있고, 경화 후에도 기판과 형성된 박막이 물리적 외력에 대해서 높은 유연성을 유지할 수 있게 된다.
기판은 종이, PET, PI, PC, PDMS, 및 Ecoflex 중에서 선택된 재질의 기판일 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 박막 형태의 열전 물질들이 형성된 유연한 온도 센서 소자의 구현이 가능해 진다.
또한, 본 발명에 따른 유연 온도 센서 소자 제조 방법은, 유연 재질의 기판상에 제 1 온도 검출 영역과 상기 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역의 제 1 열전 물질층을 형성하는 제 1 열전 물질층 형성 단계, 및 제 1 온도 검출 영역상에 제 2 온도 검출 영역을, 기판상에 제 2 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 각각 형성하는 제 2 열전 물질층 형성 단계를 포함한다.
이와 같은 구성에 의하면, 유연 기판상에 열전 특성을 지니는 물질의 박막을 연속하여 적층함으로써 유연하면서도 용이하게 대면적으로 가공이 가능하며, 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전 원리를 이용하여 자가 전력 온도 센서를 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 기판 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계, 및 1 열전 물질 또는 제 2 열전 물질 용액에 유기 용제, 및 계면 활성제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때, 제 1 열전 물질 또는 제 2 열전 물질은 PEDOT:PSS이고, 유기 용제는 5wt%(질량비)의 DMSO이고, 계면 활성제는 1wt%의 FC5120일 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 열전물질 용액의 기판과의 접착력을 더욱 높일 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 유연 기판상에 열전 특성을 지니는 물질의 박막을 연속하여 적층함으로써 유연하면서도 용이하게 대면적으로 가공이 가능하며, 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전 원리를 이용한 자가 전력 온도 센서를 구현할 수 있게 된다.
또한, 열전 특성을 지니는 물질을 프린팅 및 코팅 가능한 용액으로 제작함으로써, 대면적 저온공정이 용이한 자가 전력 온도 센서의 구현이 가능해 진다.
또한, 프린팅이나 코팅 공정을 위한 용액 제조 및 유연한 기판과의 접착력을 높일 수 있고, 경화 후에도 기판과 형성된 박막이 물리적 외력에 대해서 높은 유연성을 유지할 수 있게 된다.
또한, 박막 형태의 열전 물질들이 형성된 유연한 온도 센서 소자의 구현이 가능해 진다.
또한, 열전물질 용액의 기판과의 접착력을 더욱 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 온도 센서 소자의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 온도 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 온도 센서 소자 제작 방법의 개략적인 흐름도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서 어레이 제작 과정을 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 제작된 유연 온도 센서 소자의 특성의 예를 도시한 그래프.
도 8은 구부림에 따른 온도 센서의 특성을 도시한 그래프.
도 9는 온도 센서 소자의 패시베이션(Passivation)에 따른 특성 평가 결과가 도시된 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 온도 센서 소자의 개략적인 단면도이다.
도 1에서, 유연 온도 센서 소자(100)는, 유연 재질의 기판(110), 기판(110)상에 제 1 열전 물질로 형성된 제 1 온도 검출 영역(210)을 포함하는 제 1 열전 물질층(120), 및 제 1 온도 검출 영역(210)상에 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 형성된 제 2 온도 검출 영역(310)을 포함하는 제 2 열전 물질층(130)을 포함하며, 제 1 열전 물질층(120)은 기판(110)상에 형성된 제 1 온도 검출 영역(210)보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역(220)을 더 포함하고, 제 2 열전 물질층(130)은 기판(110)상에 형성된 제 2 온도 검출 영역(310)보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역(320)을 더 포함한다.
이와 같은 구성에 의하면, 유연 기판상에 열전 특성을 지니는 물질의 박막을 연속하여 적층함으로써 유연하면서도 용이하게 대면적으로 가공이 가능하며, 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전 원리를 이용한 자가 전력 온도 센서를 구현할 수 있게 된다.
보다 구체으로, 유연 기판, 예를 들어, 종이 기판 위에 범용 열전 물질 (예, PEDOT:PSS, Ag, CNT, ZnO 등)의 열전 특성을 지니는 물질들을 두 접합점이 생기도록 구성한다. 이후, 접합점의 온도와 일정한 온도가 유지되는 다른 한 지점의 온도 차이에 의해 생성되는 전압을 이용하여 측정하고자 하는 지점의 온도를 감지할 수 있다.
이때, 전기적 특성이 다른 두 물질의 접합을 이용하는 열전원리는 접합점 양단의 온도 차이에 의해 생성되는 전압을 이용하는 것으로, 정확한 온도 구배를 위해서는 두 접합점 중 한 점이 일정온도를 유지해야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 2에는 성질이 다른 두 열전 물질을 접합점이 생기도록 제작하여 접합점과 다른 점의 온도 차이에 따른 전력이 생성되는 열전 원리(Seebeck effect)를 이용한 온도센서 구조가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 접합점이 생기도록 성질이 다른 두 열전 물질을 기판상에 구현하며, 한 접합점에는 측정하고자 하는 온도를 인가하고 반대 부분은 상온 또는 일정한 온도를 유지하도록 구성 후 양단의 생성전압을 측정함으로써, 서로 다른 접합점에서의 온도차를 감지할 수 있는 것이다.
제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 액상으로 제작되어, 스크린 프린팅, 스프레이 분사, 브러쉬 페인팅, 닥터블레이드, 스핀 코팅, 및 잉크젯 프린팅 중 선택된 방법에 의해 형성될 수 있으며, 열전물질은 박막의 형태이거나 나노 와이어, 나노 입자일 수 있다. 이와 같이, 열전 특성을 지니는 물질을 프린팅 및 코팅 가능한 용액으로 제작함으로써, 자가 전력 온도 센서의 용이한 대면적 저온공정이 가능해 진다.
이때, 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질일 수 있으며, 특히, 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질의 복합체일 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 프린팅이나 코팅 공정을 위한 용액 제조 및 유연한 기판과의 접착력을 높일 수 있고, 경화 후에도 기판과 형성된 박막이 물리적 외력에 대해서 높은 유연성을 유지할 수 있게 된다.
기판은 종이, PET, PI, PC, PDMS, 및 Ecoflex 중에서 선택된 재질의 기판일 수 있다. 이와 같이, 유연 기판(예, 종이 PET, PI 또는 PC 등) 및 연성 기판 위에 전기적 특성이 다른 두 가지 열전 물질 (예, PEDOT:PSS, Ag, CNT, ZnO 등)을 접합점이 생기도록 제작함으로써, 1) 유연성을 가지며, 2) 구부림, 눌림에 대해서도 일정수준의 특성을 유지하고, 3) 유연기판 및 구조체와 접착(Adhesion)이 우수하고, 4) 온도감지 분해능이 뛰어난 온도 센서를 제작할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 온도 센서 소자 제작 방법의 개략적인 흐름도이다.
먼저, 유연 재질 기판의 표면을 산소 플라즈마 처리한다(S110). 보다 구체적으로 PET, PC, PI 등의 기판에 용액이 잘 코팅될 수 있도록 O2 플라즈마(기판이 친수성으로 바뀜) 처리를 한다.
이어서, 열전 물질 용액에 유기 용제, 및 계면 활성제를 첨가한다(S120). 예로서, PEDOT:PSS 용액에 5wt%(질량비)의 DMSO(유기용제), 1wt%의 FC5120(계면 활성제 3M사 제조)을 첨가하여 기판과 접착력이 향상된 용액을 제조한다. 이와 같이 제조된 용액을 이용하여 종이나 섬유형태의 유연 기판에 용액의 코팅이 용이하게 된다.
프린팅 및 코팅 공정을 이용하여 유연성을 지니는 소자를 제작하기 위해서는 열전 특성을 지니는 물질을 용액으로 제작하여야 하며, 프린팅 및 경화 후에도 기판과 프린팅 된 박막이 물리적 외력에 대해서 일정 수준의 유연성을 유지해야 한다.
그런데, 높은 열전 특성과 유연성을 결부한 고분자 물질과 나노 와이어, 나노 튜브 소재 등이 보고되고 있으나, 프린팅 공정을 위한 용액 제조 및 유연한 기판과의 접착력이 낮은 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 열전 물질의 형성 전 기판 표면과 열전 물질 용액에 전처리를 수행하는 것이다.
마지막으로, 유연 재질의 기판상에 제 1 온도 검출 영역과 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역의 제 1 열전 물질층을 형성하고(S130), 제 1 온도 검출 영역상에 제 2 온도 검출 영역을, 기판상에 제 2 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 각각 형성하는 제 2 열전 물질층을 형성한다(S140).
이때, 온도 감지 분해능을 높이기 위해서는 적은 온도 차이에서도 큰 기전력을 생성할 수 있는 고효율 열전 물질이 요구되며, 반복적인 구부림에도 소자의 특성을 유지하기 위해 열전 물질과 기판사이의 접착력이 뛰어나야 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서 어레이 제작 과정을 도시한 도면이다. 도 4는 유연 기판상에 제 1 열전 물질층이 형성된 과정, 도 5는 제 1 열전층이 형성된 유연 기판상에 제 2 열전 물질층이 형성된 과정이 각각 도시되어 있다.
도 4에서 빨간색(N-type) 열전물질 인쇄 후 검은색(P-type) 열전물질을 접합점이 생기도록 제작한 예가 도시되어 있다. 이때, N-type 물질과 P-type물질의 구성순서는 바뀔 수 있으며, 열전 재료는 잉크젯-프린팅, 스크린-프린팅, 스프레이 분사, 스핀코팅 등의 방법을 이용해 유연한 기판 위에 형성될 수 있다. 도 4와 도 5의 실시예에서 열전 물질층이 두 개의 층으로 형성된 예가 개시되어 있지만, 열전 물질층은 보다 많은 층으로 적층되도록 구현될 수 있다.
유연 기판(예, 종이 및 PET) 또는 내열성, 내 화학성을 지니는 기판(예, PI, PC 등) 위에 범용 열전 특성을 지니는 물질(예, PEDOT:PSS, Ag, CNT 등)을 프린팅, 코팅, 스프레이 분사 방법 등을 이용하여 소자를 제작하여 온도에 따른 생성전력(Seebeck voltage)을 측정함으로써 제조된 온도 센서 소자의 성능을 확인할 수 있다.
본 발명에서는 소자의 구조에서 양단의 온도 차이가 발생하는 경우, 발생된 온도 차이에 따라 기전력이 생성되는 열전 원리를 이용해 인가된 온도를 감지하므로, 양단의 접합점 중 한 점은 일정온도(상온)를 유지해야 하며 유연한 온도 센서 구현을 위해서는 기판과 열전 물질 모두 본질적으로 유연성을 가져야 한다.
도 6 및 도 7은 제작된 유연 온도 센서 소자의 특성의 예를 도시한 그래프이다. 도 6과 도 7은 각각 PET 기판과 종이 기판을 이용하여 제작된 온도 센서 소자에 대한 특성이 도시되어 있다. 도 6과 도 7에서 열전 물질로는 PEDOT:PSS/PUD와 Ag paste가 사용되었다. 도 6과 도 7에서 온도 변화에 따라 측정된 전압이 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 동일한 방식으로 제작한 소자에 대해서 구부림(Bending) 횟수에 따른 소자의 특성을 평가할 수 있다. 도 8은 구부림에 따른 온도 센서의 특성을 도시한 그래프이다. 도 8에서 제작한 온도 센서의 구부림 시험(Bending test) 결과 1000회 이상의 구부림이 가해진 후에도 소자의 특성을 일정 수준 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 저온 구간에서는 특성 변화가 거의 발생하지 않는 것을 또한 확인할 수 있다.
또한, 소자의 열화 방지 및 구부림 등의 외력에도 특성을 유지하도록 PI, PDMS 등의 물질을 이용하여 패시베이션(Passivation) 후에도 소자가 특성을 유지하는 지를 평가할 수 있다. 도 9는 온도 센서 소자의 패시베이션(Passivation)에 따른 특성 평가 결과가 도시된 그래프이다. 도 9에서, 소자가 각각 Pristine, PI, PDMS에 의해 패시베이션(Passivation)된 경우의 특성이 도시되어 있으며, 패시베이션(Passivation) 이후에도 소자 특성이 또한 유지되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 대면적, 저비용 공정의 온도 센서 소자의 구조 및 제작 과정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전 특성을 가지는 물질의 열전대를 구성하여 제백 효과(Seebeck effect)를 이용한 자가 전력 온도 센서에 관한 것이며, 평평한 유연 기판 위 열전원리를 이용한 박막 온도 센서와 이를 이용한 어레이 구조에 관한 것이다.
이와 같이, 유연한 기판과 공정 적합성이 뛰어난 열전 물질을 이용한 열전 온도 센서는 접합점을 가지는 구조로 설계하여 양단의 온도 차이에 의해 생성되는 전력(Seebeck voltage)을 이용하여 인가 온도를 감지하는 것이 가능하다.
또한, 유연한 기판과 열전 물질을 이용한 온도 센서 구현 및 동작 시, 구부림 및 눌림 등의 외력에도 열전 성능을 유지하여, 고신뢰성 온도 센서 구현이 가능하다.
또한, 종래의 저항변화형 온도 센서는 전압 또는 전류를 인가하여 금속의 저항을 측정하는 방식으로 별도의 전원이 필요하지만, 본 발명에서는 열전 특성을 지니는 물질을 프린팅 및 코팅 가능한 용액으로 제작하여 사용하므로 대면적 저온공정이 가능하며, 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전 원리를 이용하므로 자가 전력 온도 센서를 구현할 수 있다.
또한, 온도와 압력구배 감지 기능과 유연성이 결부된 이중모드 센서 구현 시, 터치 센서의 차세대 기술로서, 모바일 기기 및 차세대 웨어러블 디바이스의 사용자 인터페이스에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 온도를 감지하는 전자소자의 네트워크로 이루어진 전자피부는 나노 물질 및 기존에 존재하는 반도체 기술을 통해 사람의 신체에 부착하는 고성능 웨어러블 전자기기에 활용될 수 있다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
100: 유연 온도 센서 소자
110: 유연 재질의 기판
120: 제 1 열전 물질층
130: 제 2 열전 물질층
210: 제 1 온도 검출 영역
220: 제 1 배선 영역
310: 제 2 온도 검출 영역
320: 제 2 배선 영역

Claims (12)

  1. 유연 재질의 기판;
    상기 기판상에 제 1 열전 물질로 형성된 제 1 온도 검출 영역을 포함하는 제 1 열전 물질층; 및
    상기 제 1 온도 검출 영역상에 상기 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 형성된 제 2 온도 검출 영역을 포함하는 제 2 열전 물질층을 포함하며,
    상기 제 1 열전 물질층은 상기 기판상에 형성된 상기 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역을 더 포함하고,
    상기 제 2 열전 물질층은 상기 기판상에 형성된 상기 제 2 열전 물질영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 액상으로 제작되어, 스크린 프린팅, 스프레이 분사, 브러쉬 페인팅, 닥터블레이드, 스핀 코팅, 및 잉크젯 프린팅 중 선택된 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질의 복합체인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 종이, PET, PI, PC, PDMS, 및 Ecoflex 중에서 선택된 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자.
  6. 유연 재질의 기판상에 제 1 온도 검출 영역과 상기 제 1 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 1 배선 영역의 제 1 열전 물질층을 형성하는 제 1 열전 물질층 형성 단계; 및
    상기 제 1 온도 검출 영역상에 제 2 온도 검출 영역을, 상기 기판상에 상기 제 2 온도 검출 영역보다 폭이 좁은 제 2 배선 영역을 상기 제 1 열전 물질과 다른 제 2 열전 물질로 각각 형성하는 제 2 열전 물질층 형성 단계를 포함하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 액상으로 제작되어, 스크린 프린팅, 스프레이 분사, 브러쉬 페인팅, 닥터블레이드, 스핀 코팅, 및 잉크젯 프린팅 중 선택된 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계; 및
    상기 제 1 열전 물질 또는 제 2 열전 물질 용액에 유기 용제, 및 계면 활성제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 또는 제 2 열전 물질은 PEDOT:PSS이고,
    상기 유기 용제는 5wt%(질량비)의 DMSO이고, 상기 계면 활성제는 1wt%의 FC5120인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 열전 물질 및 제 2 열전 물질은 각각 PEDOT:PSS, Ag, Au, Cu, CNT, 그래핀, 및 ZnO 중에서 선택된 물질의 복합체인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기판은 종이, PET, PI, PC, PDMS, 및 Ecoflex 중에서 선택된 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 소자 제조 방법.
KR1020160056555A 2016-05-09 2016-05-09 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법 KR20170126304A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056555A KR20170126304A (ko) 2016-05-09 2016-05-09 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056555A KR20170126304A (ko) 2016-05-09 2016-05-09 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170126304A true KR20170126304A (ko) 2017-11-17

Family

ID=60808541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160056555A KR20170126304A (ko) 2016-05-09 2016-05-09 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170126304A (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108755243A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 西安交通大学 一种多物理场刺激下的纸基折叠促动器的制备方法
CN109115366A (zh) * 2018-07-23 2019-01-01 放生（重庆）科技有限公司 一种耳温探测器的制备方法及制备得到耳温探测器
KR20190081686A (ko) * 2017-12-29 2019-07-09 고려대학교 산학협력단 유연센서
CN110129706A (zh) * 2018-02-05 2019-08-16 美的集团股份有限公司 接触式测温传感器及其制备方法和烹饪设备
KR102007446B1 (ko) * 2018-05-21 2019-10-21 해성디에스 주식회사 센서 유닛, 이를 포함하는 온도 센서, 센서 유닛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 온도 센서
KR102131579B1 (ko) * 2020-02-27 2020-07-07 주식회사 지노시스 페인트 온도센서를 이용한 IoT 시스템의 운용 방법
CN111964800A (zh) * 2020-06-28 2020-11-20 中山大学 温度传感器及其制备方法及应用温度传感器的感测装置
CN113203493A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 西安邮电大学 温度探测装置
CN113390525A (zh) * 2021-05-31 2021-09-14 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性温度传感器阵列及其制备方法
TWI795192B (zh) * 2022-01-25 2023-03-01 國立成功大學 熱電高分子薄膜、其製備方法、供電裝置及溫控裝置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11300433B2 (en) 2017-12-29 2022-04-12 Korea University Research And Business Foundation Flexible temperature-flow velocity dual-parameter sensors
KR20190081686A (ko) * 2017-12-29 2019-07-09 고려대학교 산학협력단 유연센서
CN110129706A (zh) * 2018-02-05 2019-08-16 美的集团股份有限公司 接触式测温传感器及其制备方法和烹饪设备
KR102007446B1 (ko) * 2018-05-21 2019-10-21 해성디에스 주식회사 센서 유닛, 이를 포함하는 온도 센서, 센서 유닛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 온도 센서
US10942070B2 (en) 2018-05-21 2021-03-09 Haesung Ds Co., Ltd. Sensor unit, temperature sensor including the same, method of manufacturing the sensor unit, and method of manufacturing the temperature sensor
CN108755243A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 西安交通大学 一种多物理场刺激下的纸基折叠促动器的制备方法
CN109115366A (zh) * 2018-07-23 2019-01-01 放生（重庆）科技有限公司 一种耳温探测器的制备方法及制备得到耳温探测器
KR102131579B1 (ko) * 2020-02-27 2020-07-07 주식회사 지노시스 페인트 온도센서를 이용한 IoT 시스템의 운용 방법
CN111964800A (zh) * 2020-06-28 2020-11-20 中山大学 温度传感器及其制备方法及应用温度传感器的感测装置
CN113203493A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 西安邮电大学 温度探测装置
CN113203493B (zh) * 2021-04-30 2022-07-19 西安邮电大学 温度探测装置
CN113390525A (zh) * 2021-05-31 2021-09-14 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性温度传感器阵列及其制备方法
CN113390525B (zh) * 2021-05-31 2024-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性温度传感器阵列及其制备方法
TWI795192B (zh) * 2022-01-25 2023-03-01 國立成功大學 熱電高分子薄膜、其製備方法、供電裝置及溫控裝置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170126304A (ko) 유연 온도 센서 소자 및 유연 온도 센서 소자 제조 방법
Hirsch et al. Intrinsically stretchable biphasic (solid–liquid) thin metal films
Yang et al. Facile fabrication of stretchable Ag nanowire/polyurethane electrodes using high intensity pulsed light
Cagatay et al. Flexible capacitive tactile sensors based on carbon nanotube thin films
US10064270B2 (en) Flexible interconnects, systems, and uses thereof
Hong et al. Stretchable active matrix temperature sensor array of polyaniline nanofibers for electronic skin
CN104374486B (zh) 一种基于石墨烯纳米墙的柔性温度传感器及其制备方法
US8283657B2 (en) All-organic sensor/actuator system
Kang et al. A flexible resistive temperature detector (RTD) based on in-situ growth of patterned Ag film on polyimide without lithography
Rajala et al. Characteristics of piezoelectric polymer film sensors with solution-processable graphene-based electrode materials
Culebras et al. Thermal sensor based on a polymer nanofilm
KR20190010162A (ko) 유연 전기 소자 및 이를 포함하는 압력 및 온도 측정 센서
Liang et al. Direct stamping multifunctional tactile sensor for pressure and temperature sensing
Bose et al. Screen printed silver/carbon composite strain gauge on a TPU platform for wearable applications
Takei et al. Stretchable and durable Parylene/PEDOT: PSS/Parylene multi-layer induced by plastic deformation for stretchable device using functionalized PDMS
CN107389256B (zh) 用于检测压力的电子装置
KR101743221B1 (ko) 투명하고 신축성 있는 동작 센서 제조 방법
AU2021103686A4 (en) A flexible temperature sensor based on graphene nanowall
Buchberger et al. Transparent, flexible, thin sensor surfaces for passive light-point localization based on two functional polymers
Mukaida et al. Polymer thermoelectric devices prepared by thermal lamination
Akter et al. Fabrication of sensitivity tunable flexible force sensor via spray coating of graphite ink
Xu et al. Ultra-thin, transparent and flexible tactile sensors based on graphene films with excellent anti-interference
Kumaresan et al. Stretchable systems: Materials, technologies and applications
Ying et al. Self-powered direct-current type pressure sensor by polypyrrole/metal Schottky junction
Shin et al. A soft microfabricated capacitive sensor for high dynamic range strain sensing

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application