KR20180019066A

KR20180019066A - 연성 도전성 다이아프램, 연성 진동 센서 및 그 제조 방법과 응용

Info

Publication number: KR20180019066A
Application number: KR1020177029889A
Authority: KR
Inventors: 팅 장; 양 구
Original assignee: 중국 과학원, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉스 연구소
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2018-02-23
Also published as: CN106153178A; JP6603327B2; US10295401B2; KR102058038B1; US20180073917A1; JP2018512075A

Abstract

연성 도전성 다이아프램 및 그 제조 방법 및 상기 연성 도전성 다이아프램에 기반하는 연성 진동 센서에 있어서, 연성 도전성 다이아프램은 적어도 하나의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 전기 전도성 박막은 연성 지지층(1), 연성 지지층(1)에 적층 설치되는 연성 민감층(2), 연성 민감층(2)에 적층 설치되는 연성 전기 전도층(3) 및 상기 연성 전기 전도층(3)과 전기적으로 연결되는 전극(4)을 포함한다. 연성 재료, 나노 재료 및 어레이 타입 마이크로 구조 등 기술의 조합을 사용하는 것을 통해, 획득된 연성 진동 센서가 민감도가 높고, 제조 원가가 낮으며, 무게가 가볍고, 두께가 얇으며, 체적이 작고, 폴딩 가능한 등 특징을 구비하도록 하며, 웨어러블하고, 부착 가능한 전자 기기에 응용될 수 있다.

Description

연성 도전성 다이아프램, 연성 진동 센서 및 그 제조 방법과 응용

본 발명은 진동 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 연성 재료, 나노 재료 및 마이크로 구조에 기반하는 연성 진동 센서 및 그 제조 방법과 응용에 관한 것이며, 센서와 지능 재료 기술 분야에 속한다.

웨어러블 기기의 신속한 발전과 제조 기술의 부단한 진보에 따라, 연성 스마트 기기도 한가지 중요한 연구 분야로 자리 잡았다. 이는 재료학, 마이크로 전자 기술, 마이크로 전기 기계 기술, 나노 기술, 회로와 시스템 및 센싱 기술 등 과학의 종합적인 기술에 관한 것으로서, 이의 응용은 이미 수많은 다국적 기업의 잇따른 중점 연구 개발 분야로 되었다. 연성의 압력 센서, 디스플레이, 어큐뮬레이터 등은 모두 상응한 제품이 출품되었다. 그러나 중요한 물리적 파라미터의 센서로서의 진동 센서는 연성 소자에 대한 보도가 드물다.

다른 한 편으로는, 진동 센서는 테스트 기술에서 관건 부재 중의 하나로서, 이의 작용은 주요하게 기계량을 수신하고 이와 비례되는 전기량으로 전환하는 것이다. 이가 전기 기계 전환 장치이기에 에너지 컨버로, 진동 픽업 등으로 불리기도 한다. 진동 센서는 원래 측정하고자 하는 기계량을 직접 전기량으로 전환하려는 것이 아니고, 원래 측정하고자 하는 기계량을 진동 센서의 입력량으로 하고 다음 기계로써 부분적으로 접수하여 다른 하나의 변환에 적합한 기계량을 형성하며, 최종적으로 전자 기계로 부분적으로 변환하고 이를 전기량으로 변환시킨다. 그러나 기존의 진동 센서는 폴딩이 불가하고 체적이 크며 전력 소비가 큰 등 흠결이 존재하기에, 웨어러블 기기에 응용하기 힘든 단점이 있다.

본 발명의 첫번째 목적은 연성 도전성 다이아프램을 제공하는 것으로서, 이는 에너지 컨버터로서 웨어러블 기기 등에 적용되어 기계적 에너지를 전자파 신호로 전환하여 검출하며, 연성 폴딩이 용이하고, 안정성이 훌륭하며, 작업 전압이 낮고, 전력 소비가 낮으며, 민감도가 높고, 응답 시간이 짧은 등 장점을 구비한다.

본 발명의 두번째 목적은 상기 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법을 제공하는 것으로서, 공정이 간단하고 실행이 쉬운 등 특징을 구비한다.

본 발명의 세번째 목적은 상기 연성 도전성 다이아프램에 기반하는 연성 진동 센서를 제공하는 것으로서, 이는 웨어러블 기기에 간편하게 정합할 수 있다.

본 발명의 네번째 목적은 상기 연성 진동 센서에 기반하는 웨어러블 기기를 제공하는 것이다.

앞서 서술한 발명의 목적을 실현하기 위해, 본 발명에서 사용한 기술적 해결수단은 하기와 같은 내용을 포함한다.

연성 도전성 다이아프램은, 적어도 하나의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 전기 전도성 박막은, 연성 지지층; 상기 연성 지지층 상에 적층되는 연성 민감층; 상기 연성 민감층 상에 적층되는 연성 전기 전도층; 및 상기 연성 전기 전도층과 전기적으로 연결되는 전극; 을 포함한다.

또한, 상기 전기 전도성 박막 중 2 이상이 적층되어 있고, 인접하는 전기 전도성 박막의 연성 전기 전도층은 서로 접촉하여 전기 저항이 조절 가능한 접촉 전기 저항층이 형성될 수 있다.

또한, 적층된 다수개의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 다수개의 전기 전도성 박막 사이에 두 개 이상의 접촉 전기 저항층이 형성될 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층과 연성 지지층의 결합 강도는 상기 연성 민감층이 연성 민감층의 형판에서 직접 박리되어도 파손되지 않는 것이 보장되는 강도일 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층과 상기 연성 지지층은 접합 고정되거나, 상기 연성 민감층과 상기 연성 지지층은 폴리머 가교 결합 반응을 통해 서로 결합될 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층의 두께는 0.1∼200μm일 수 있다.

또한, 상기 연성 지지층과 연성 민감층 사이 및/또는 상기 연성 민감층과 연성 전기 전도층 사이에 한 층 이상의 연성층이 더 분포될 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층 표면에 어레이 타입 마이크로 구조가 구비되어 있고, 상기 마이크로 구조는 비평면 마이크로 구조를 포함하며, 상기 비평면 마이크로 구조는 피라미드형, 사각추형, 삼각추형, 반구형 또는 원기둥형 마이크로 구조를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연성 전기 전도층은 상기 연성 민감층 표면에 등각으로 부착될 수 있다.

또한, 적층된 두 개 이상의 상기 전기 전도성 박막을 포함하고, 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 결합되는 다른 한 연성 전기 전도층과 전기적으로 접촉할 수 있다.

또한, 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 결합되는 다른 한 연성 전기 전도층의 평면 영역과 전기적으로 접촉할 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층 또는 상기 연성 지지층의 재질은 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료는 적어도 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 디메틸 실리콘 중합체, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 상기 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법을 제공한다. 상기 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법은, 연성 민감층의 형판을 제공하고, 상기 형판 표면에 연성 민감층을 형성하는 단계(1); 연성 민감층에 연성 지지층을 형성하는 단계(2); 상기 연성 민감층 및 연성 지지층을 상기 형판에서 박리하는 단계(3); 및 상기 연성 민감층에 연성 전기 전도층을 형성하고, 및 상기 연성 전기 전도층에 전극을 전기적으로 연결하는 단계(4)를 포함한다.

또한, 단계(2)는 상기 연성 지지층 또는 연성 민감층을 표면 처리하고, 그 후 상기 연성 지지층과 연성 민감층을 결합하는 단계를 포함하며; 상기 표면 처리 방식은 강산 산화 처리, 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리 방식을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 연성 진동 센서를 제공한다. 상기 연성 진동 센서는 본 발명에 따른 상기 연성 도전성 다이아프램을 포함한다.

본 발명의 다른 측면은 착용 가능하거나 부착 가능한 기기를 제공한다. 상기 착용 가능하거나 부착 가능한 기기는 본 발명에 따른 상기 연성 도전성 다이아프램 또는 본 발명에 따른 상기 연성 진동 센서를 포함한다.

선행기술과 비교하면, 본 발명의 장점은 하기와 같다.

(1) 신형의 연성 도전성 다이아프램을 구축하였고, 여기서 연성 지지층과 연성 민감층은 고정 연결되며, 특히는 가교 결합 반응을 통해 함께 결합되고, 제조 과정에서 연성 지지층을 빌어 직접 연성 민감층을 형판에서 취하기에, 박리 시간이 빠르고, 손상이 없으며, 하기에 연성 민감층은 매우 얇을 수 있고(0.1μm일 수도 있음), 민감도가 높으며 마이크와 유사하게 비접촉의 정황하에도 소리에 대한 검출을 즉각 실현할 수 있다.

(2) 연성 진동 센서를 구축하였고, 그 주요한 부재는 렴가의 탄소 나노 튜브와 폴리머 폴리머 등을 사용하여 원자재로 하며, 제조 공정이 간단하고, 고온 과정을 필요로 하지 않으며, 제조 원가가 낮고, 아울러 나노 재료와 독특한 마이크로 구조를 사용하여 소자의 민감도와 안정성을 증가시킬 수 있다.

(3) 본 발명의 연성 진동 센서에 연성 진동 센싱 기술과 신형의 마이크로 나노 센싱 기술이 융합되었고, 슈퍼슬림, 초경량 및 폴딩 가능한 특징을 구비하여, 웨어러블 기기에 간편하게 정합할 수 있고, 작업 전압이 낮으며, 전력 소비가 낮고, 민감도가 높으며, 응답 시간이 짧기에 훌륭한 사용자 체험도를 선사할 수 있다.

본 발명의 실시예 또는 선행기술 중의 기술적 해결수단을 더욱 분명하게 설명하기 위해, 이하 실시예 또는 선행기술의 서술에서 사용되는 도면을 간단하게 설명하는 바, 자명한 것은 하기의 서술 중의 도면은 단지 본 발명에 기재된 일부 실시예로서 본 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서, 진보성 창출에 힘쓰지 않는 전제하에서 이러한 도면에 따라 기타 도면을 획득할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 중 더블 레이어 연성 도전성 다이아프램 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 중 멀티 레이어 연성 도전성 다이아프램 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 중 연성 민감층 표면 어레이 타입 마이크로 구조의 SEM도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 중 연성 진동 센서가 소리 진동에 대한 응답에 대응되는 전압 시간에 따라 변화하는 곡선도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 중 연성 진동 센서가 유속에 대한 응답에 대응되는 전기 저항 시간에 따라 변화하는 곡선도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 중 연성 민감층 두께가 200μm, 10μm인 연성 진동 센서가 소리에 대한 응답의 비교도이다.

선행기술 중의 부족점에 감안하여, 본 발명의 발명자는 장기적인 연구와 대량의 실천을 거쳐 본 발명의 기술적 해결수단을 제출하게 되었다. 이하 본 발명의 실시예 중의 도면을 결부하여, 본 발명의 실시예 중의 기술적 해결수단을 상세하게 서술하며, 물론, 서술되는 실시예는 단지 본 발명의 부분적인 실시예로서, 전부의 실시예는 아니다. 본 발명 중의 실시예에 기반하여, 본 기술분야의 통상의 기술자는 진보성 창출에 힘쓰지 않는 전제하에서 획득한 모든 기타 실시예는 전부 본 발명의 보호 범위에 속해야 한다.

연성 도전성 다이아프램은, 적어도 하나의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 전기 전도성 박막은, 연성 지지층; 상기 연성 지지층 상에 적층되는(于) 연성 민감층(敏感); 상기 연성 민감층 상에 적층되는(于) 연성 전기 전도층; 및 상기 연성 전기 전도층과 전기적으로 연결되는 전극; 을 포함한다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 연성 도전성 다이아프램 적층된 두 개 이상의 상기 전기 전도성 박막을 포함하고, 여기서 전기 전도성 박막에 인접한 연성 전기 전도층은 서로 접촉하여 전기 저항이 조절 가능한 접촉 전기 저항층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 연성 도전성 다이아프램 적층된 다수개의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 다수개의 전기 전도성 박막 사이에 두 개 이상의 접촉 전기 저항층이 형성될 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 연성 민감층은 연성 지지층 표면에 직접 설치되고, 연성 지지층과 고정 연결될 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층과 연성 지지층은 접합 고정되거나; 및/또는, 상기 연성 민감층과 연성 지지층은 폴리머 가교 결합 반응을 통해 서로 결합될 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층과 연성 지지층의 결합 강도는 연성 민감층이 연성 민감층의 형판에서 직접 박리되어도 파손되지 않는 것이 보장되는 강도를 가질 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층의 두께는 0.1∼200μm일 수 있고, 바람직하게는 0.1∼10μm일 수 있으며, 특히 바람직하게는 1μm일 수 있다.

비교적 바람직하게는, 상기 연성 지지층과 연성 민감층 사이 및/또는 상기 연성 민감층과 연성 전기 전도층 사이에 한 층 이상의 연성층이 더 분포될 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 연성 지지층의 양측면에 순차적으로 연성 민감층 및 연성 전기 전도층이 적층 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 연성 지지층의 재질은 폴리에틸렌이고, 두께는 1∼10μm일 수 있다.

바람직하게는, 상기 마이크로 구조는 피라미드형 사각추이고, 각 추의 최저면은 변의 길이가 1∼200μm인 정방형이며, 측면과 최저면의 협각은 0∼90°이고, 바람직하게는 54.7°이며, 원추 간격은 1∼200μm일 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 연성 전기 전도층은 상기 연성 민감층 표면에 등각으로 부착될 수 있다.

또한, 상기 연성 도전성 다이아프램 적층된 두 개 이상의 상기 전기 전도성 박막을 포함하고, 여기서 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 매칭되는 다른 한 연성 전기 전도층과 전기적으로 접촉할 수 있다.

더욱 또한, 여기서 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 매칭되는 다른 한 연성 전기 전도층의 평면 영역과 전기적으로 접촉할 수 있다.

또한, 상기 연성 민감층의 재질은 폴리머 재료를 포함하고, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 디메틸 실리콘 중합체, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 바람직하게는 디메틸 실리콘 중합체를 사용할 수 있다.

또한, 상기 연성 지지층의 재질은 폴리머 재료를 포함하고, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 디메틸 실리콘 중합체, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한하지 않는다.

또한, 상기 연성 전기 전도층의 재질은 전도성 재료 또는 전도성 재료와 비전도성 재료의 조합을 포함하고, 예를 들어, 여기서 상기 전도성 재료는 적어도 탄소 나노 튜브, 그래핀, 금속 나노선, 전도성 폴리머 재료에서 선택된 것이며, 상기 비전도성 재료는 폴리머를 포함하고, 예를 들어 상기 폴리머는 디메틸 실리콘 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

바람직하게는, 상기 연성 전기 전도층의 재질은 탄소 나노 튜브 박막일 수 있고, 제조방법은 스프레이 코팅일 수 있며, 상응한 소자의 블록 전기 저항은 0.1∼100kΩ/□일 수 있다.

또한, 상기 전극의 재질은 금속 또는 비금속 전도성 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어 상기 금속은 금, 백금, 니켈, 은(예를 들어 은나노선), 인듐, 구리, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 비금속은 탄소 나노 튜브, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

비교적 바람직하게는, 상기 전극 두께는 1∼10μm일 수 있고, 바람직하게는, 상기 전극의 재질은 동박(copper foil)일 수 있다.

실행 가능한 실시예 중의 하나로서, 상기 전극과 연성 전기 전도층은 전도 페이스트를 통해 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 상기 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조방법은 하기의 단계를 포함한다.

연성 민감층의 형판을 제공하고, 상기 형판 표면에 연성 민감층을 형성하는 단계(1);

연성 민감층에 연성 지지층을 형성하는 단계(2);

상기 연성 민감층 및 연성 지지층을 상기 형판에서 박리하는 단계(3); 및

상기 연성 민감층에 연성 전기 전도층을 형성하고, 및 상기 연성 전기 전도층에 전극을 전기적으로 연결하는 단계(4).

또한, 상기 형판 표면은 연성 민감층에 분포되는 어레이 타입 마이크로 구조와 서로 대응되는 마이크로 패턴 구조를 구비할 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 단계(1)은, 상기 형판 표면에 우선 적어도 하나의 박리제층을 설치하고, 다음 상기 박리제층에 상기 연성 민감층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 박리제는 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane) 또는 퍼플루오로옥틸 트리클로실란(Perfluorooctyl trichlorosilane)을 포함할 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 단계(2)는 상기 연성 지지층 또는 연성 민감층을 표면 처리하고, 그 후 상기 연성 지지층과 연성 민감층을 결합하는 단계를 포함할 수 있으며; 상기표면 처리 방식은 강산 산화 처리, 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리 방식을 사용할 수 있다. 또한, 표면 처리의 시간은 1∼30min일 수 있다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 단계(2)는,

상기 연성 지지층과 연성 민감층 접합하여 상기 양자를 결합하거나; 또는

응고 또는 반응고된 연성 지지층과 응고 또는 반응고된 연성 민감층이 가교 결합 반응을 통해 결합하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 분위기, 반응 온도가 50∼200℃의 조건 하에서 30 min ∼ 6 h을 반응시켜 충분히 가교 결합 반응하도록 할 수 있다.

또한, 상기 연성 전기 전도층의 형성 방식은 증착, 화학 침적, 프린트, 스프레이 코팅 또는 스퍼터링 방식을 사용할 수 있다.

또한, 상기 전극의 제조 방법은 증착, 화학 침적, 프린트, 스프레이 코팅 또는 스퍼터링 공정을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 연성 진동 센서를 제공한다. 상기 연성 진동 센서는, 상기 연성 도전성 다이아프램을 포함한다.

상기 연성 진동 센서는 유체 속도 검출과 음석 녹취 등 분야에 응용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 연성 진동 센서를 제공한다. 착용 가능하거나 부착 가능한 기기는, 상기 연성 도전성 다이아프램 또는 상기 연성 진동 센서를 포함한다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 더블 레이어 연성 도전성 다이아프램에 관한 것이며, 여기서 각 하나의 전기 전도성 박막은 연성 지지층(1), 연성 지지층(1) 상표면에 형성되는 연성 민감층(2), 연성 민감층(2)에 형성되는 연성 전기 전도층(3) 및 연성 전기 전도층(3)에 전기적으로 연결되는 전극(4)을 포함한다.

여기서, 각 구조층의 재질은 전문에서 서술하였기에, 여기서 더 서술하지 않는다.

또한, 상기 전기 전도성 박막은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있는 바, 즉:

S1: 형판 표면에 한 층의 유기물 분자층을 형성한다.

실리콘 웨이퍼 등 형판 표면에(예컨대 기상 증착 또는 코팅) 한 층의 얇은 유기물 분자층(예를 들어 트리메틸클로로실란 또는 퍼플루오로옥틸 트리클로실란)을 가공 처리하여, 형판 표면의 연성 민감층과 형판이 용이하고 완전하게 분리되는 것을 보장한다.

S2: 유기물 분자층에 연성 민감층을 형성한다.

이어서 유기물 분자층에 비중합된 폴리머 이전 중합체 또는 여러가지 폴리머 이전 중합체의 혼합물(예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 디메틸 실리콘 중합체, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 폴리에틸렌 중의 한가지 또는 여러가지 혼합물)을 스킨 코팅시켜 한 층의 연성 민감층 박막을 균일하게 형성하도록 한다.

S4: 연성 지지층의 지탱에 대해 표면 처리한다.

연성 지지층 박막을 표면 처리하고, 처리 방식은 강산 산화 처리, 플라즈마 처리 및 자외선 오존 처리 세가지 중의 한가지 또는 몇가지의 종합이다.

S5: 연성 민감층에 연성 지지층을 형성한다.

또한 상기 연성 민감층 박막 표면에 이미 표면이 처리된 연성 지지층을 적층 설치한다.

S6: 열처리하고, 응고된 후의 연성 민감층과 연성 지지층을 형판에서 박리한다.

연성 민감층과 연성 지지층을 진공 환경에서 일정한 시간 동안 가열 처리하고, 상기 연성 지지층과 연성 민감층 박막이 완전히 일체로 유합되게 하며, 이어서 이미 함께 완전히 반응된 연성 민감층과 연성 지지층 박막을 형판 표면에서 박리시켜, 형판 상의 마이크로 패턴을 연성 민감층에 복합시켜 마이크로 구조를 제조한다.

S7: 연성 민감층에 연성 전기 전도층을 형성한다.

또 스프레이 건을 사용하여 연성 민감층에 한 층의 전도성 재료를 제조하고, 예를 들어, 이로써 형성된 전형적인 소자가 현미경하에서의 모양은 도 3과 같다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 상기 연성 전기 전도층은 상기 연성 민감층 표면에 등각으로 부착된다.

S8: 연성 전기 전도층에 전극을 형성한다.

또 연성 전기 전도층에서 실버 페이스트를 이용하여 한 층의 전극 재료를 접착시키고, 응고 등 공정을 거친 후 단일 층의 연성 전기 전도성 박막을 즉각 형성한다.

S9: 더블 레이어 도전성 다이아프램을 형성한다.

최종적으로 다수의 전기 전도성 박막을 서로 함께 커버하고, 연성 전기 전도층에 마이크로 구조를 지닌 표면은 서로 부분적으로 접촉하며, 더블 레이어 도전성 다이아프램을 형성한다.

비교적 바람직한 실시예의 하나로서, 여기서 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 매칭되는 다른 한 연성 전기 전도층과 전기적으로 접촉한다. 이러한 설계를 사용하는 것을 통해 더욱 적은 접촉 포인트를 산생시킬 수 있고 나아가 민감도를 향상시킨다.

앞서 서술한 연성 도전성 다이아프램을 취하여 연성 진동 센서를 제조하여, 그 유체 속도와 소리 녹취를 검출할 수 있다.

앞서 서술한 공정에 있어서, 본 발명의 발명자는 전문에서 열거한 각종 폴리머 재료를 사용하여 두께가 상이한 연성 민감층, 연성 지지층을 각각 제조하였고, 또한 연성 지지층의 두께가 1μm 이상일 경우, 두께가 0.1μm 이상의 연성 민감층은 전혀 손상되지 않게 앞서 서술한 형판에서 박리될 수 있다는 것을 발견하였다.

극명한 대비로서, 연성 지지층을 사용하지 않았을 경우, 다시 말하자면, 단계S4, S5를 생략한다면, 연성 민감층의 두께는 200μm 이하일 경우, 연성 민감층은 형판에서 박리될 경우, 연성 민감층의 파손을 거의 방지할 수 없다.

그러나, 어떠한 폴리머 재료를 사용하여 연성 민감층을 형성할지라도, 연성 민감층 두께가 200 μm 보다 클 경우, 형성된 소자의 민감도는 모두 매우 떨어지고 신호 대 잡음비도 매우 낮아 소리를 검출하는 성능을 이미 전혀 구비하지 않는다. 예를 들어, 도 6은 주요하게 디메틸 실리콘 중합체 등으로 구성된 두께가 200 μm 인 연성 민감층의 연성 진동 센서가 소리에 대한 응답 테스트 패턴을 도시하였는데, 각각 15, 20, 25, 30초에서 상기 연성 진동 센서에 소리를 부여하고, 소자는 소리에 대한 반응이 매우 작으며, 다시 도 6을 참조하면, 연성 민감층의 두께가 10 μm 일 경우, 매우 높은 민감도를 전시한다.

본 발명의 연성 도전성 다이아프램을 이용하여 구축한 연성 진동 센서는 민감도, 신호 대 잡음비 등 방면에서 모두 훌륭한 표현을 갖고 있다. 특히는, 연성 민감층 두께가 작을수록, 그 민감도, 신호 대 잡음비 등 성능은 상응하게 대폭 향상될 수 있다.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 본 발명의 전형적인 연성 진동 센서를 스피커에 안착시키고, 스피커가 소리를 낼 경우 연성 진동 센서는 자동으로 소리 신호를 수신하며, 소리 신호를 전압 신호로 전환시켜 출력하여, 획득한 신호와 원래 신호는 유사도가 높다.

또 상기 연성 진동 센서를 물탱크에 안착시키고, 주사기와 스탬핑 모터를 이용하여 일정한 수류를 산생한다. 상이한 유속의 수류가 소자로 하여금 상이한 진동 강도를 산생하도록 하기에, 소자가 상이한 유속의 수류에 대해 상이하게 응답하며, 이러한 응답을 전기 저항 신호로 전환시켜 출력하면, 도 5에 도시된 곡선을 획득할 수 있고, 여기서 유속이 상이할 경우, 연성 진동 센서가 검출한 신호 강도도 상이하며, 유속의 증가에 따라 신호 강도도 증가된다. 이에 따라, 상기 연성 진동 센서를 이용하여 유체의 유속을 검출할 수 있다.

용이하게 생각할 수 있는 바, 다수의 전기 전도성 박막을 겹쳐놓아 멀티 레이어 연성 도전성 다이아프램을 형성할 수 있고, 그 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. 앞서 서술한 방식과 유사한 방식을 사용하여 이러한 멀티 레이어 연성 도전성 다이아프램이 형성한 소자를 테스트하면 훌륭한 민감도와 신호 대 잡음비를 구비한다는 것을 발견할 수 있다.

본 발명은 연성 멀티 레이어 도전성 다이아프램을 연성 진동 센서의 핵심 부재로 이용하여 진동에 대해 센싱하고, 기존의 진동 센서와 비교하면 소자의 민감도를 대폭 향상하였고, 소자의 두께와 무게가 감소되었으며, 양호한 만곡성을 구비하여, 연성 진동 센서가 웨어러블 기기와 정합될 수 있도록 하여, 유체 속도 검출과 소리의 녹취 등 목적을 달성시킨다.

설명해야 할 것은, 본 문에서, 전문 용어 “포괄”, “포함” 또는 이의 임의의 기타 변화는 배타적이지 않은 포함을 의미하며, 일련의 요소의 과정, 방법, 물건을 포함하도록 하거나 기기는 이러한 요소를 포함할 뿐만 아니라, 명확하게 열거하지 않은 기타 요소를 더 포함하거나, 이러한 과정, 방법, 물건 또는 기기의 고유한 요소를 더 포함한다. 별도의 한정이 없는 정황하에서, “하나의 ...를 포함”한다는 말은 한정적인 요소는 상기 요소의 과정, 방법, 물건 또는 기기 중에 존재하는 별도의 동일한 요소를 포함하는 것을 배제하지 않는다는 것을 가리킨다.

상기 내용은 단지 본 발명의 구체적인 실시예로서, 물론, 서술되는 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예로서, 전부의 실시예는 아니다. 반드시 지적해야 하는 바, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서, 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 전제하에서, 약간의 개선과 수식을 더 행할 수 있고, 이러한 개선과 수식도 반드시 본 발명의 보호범위로 간주해야 한다.

1 : 연성 지지층 2 : 연성 민감층
3 : 연성 전기 전도층 4 : 전극

Claims

적어도 하나의 전기 전도성 박막을 포함하는 연성 도전성 다이아프램에 있어서,
상기 전기 전도성 박막은,
연성 지지층;
상기 연성 지지층 상에 적층되 연성 민감층;
상기 연성 민감층 상에 적층되는 연성 전기 전도층; 및
상기 연성 전기 전도층과 전기적으로 연결되는 전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 박막 중 2 이상이 적층되어 있고,
인접하는 전기 전도성 박막의 연성 전기 전도층은 서로 접촉하여 전기 저항이 조절 가능한 접촉 전기 저항층이 형성되는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제2항에 있어서,
적층된 다수개의 전기 전도성 박막을 포함하고, 상기 다수개의 전기 전도성 박막 사이에 두 개 이상의 접촉 전기 저항층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연성 민감층과 연성 지지층의 결합 강도는 상기 연성 민감층이 연성 민감층의 형판에서 직접 박리되어도 파손되지 않는 것이 보장되는 강도인 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제4항에 있어서,
상기 연성 민감층과 상기 연성 지지층은 접합 고정되거나, 상기 연성 민감층과 상기 연성 지지층은 폴리머 가교 결합 반응을 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연성 민감층의 두께는 0.1∼200μm인 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연성 지지층과 연성 민감층 사이 및/또는 상기 연성 민감층과 연성 전기 전도층 사이에 한 층 이상의 연성층이 더 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연성 민감층 표면에 어레이 타입 마이크로 구조가 구비되어 있고, 상기 마이크로 구조는 비평면 마이크로 구조를 포함하며, 상기 비평면 마이크로 구조는 피라미드형, 사각추형, 삼각추형, 반구형 또는 원기둥형 마이크로 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제8항에 있어서,
상기 연성 전기 전도층은 상기 연성 민감층 표면에 등각으로 부착되는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제9항에 있어서,
적층된 두 개 이상의 상기 전기 전도성 박막을 포함하고, 연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 결합되는 다른 한 연성 전기 전도층과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제10항에 있어서,
연성 전기 전도층의 비평면 마이크로 구조의 정점은 서로 결합되는 다른 한 연성 전기 전도층의 평면 영역과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
제1항 내지 제3항, 제5항, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연성 민감층 또는 상기 연성 지지층의 재질은 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료는 적어도 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 디메틸 실리콘 중합체, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 포르말, 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 도전성 다이아프램.
연성 민감층의 형판을 제공하고, 상기 형판 표면에 연성 민감층을 형성하는 단계(1);
연성 민감층에 연성 지지층을 형성하는 단계(2);
상기 연성 민감층 및 연성 지지층을 상기 형판에서 박리하는 단계(3); 및
상기 연성 민감층에 연성 전기 전도층을 형성하고, 및 상기 연성 전기 전도층에 전극을 전기적으로 연결하는 단계(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법.
제13항에 있어서,
단계(2)는 상기 연성 지지층 또는 연성 민감층을 표면 처리하고, 그 후 상기 연성 지지층과 연성 민감층을 결합하는 단계를 포함하며; 상기 표면 처리 방식은 강산 산화 처리, 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 연성 도전성 다이아프램의 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 연성 도전성 다이아프램을 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 진동 센서.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 연성 도전성 다이아프램 또는 제15항에 따른 상기 연성 진동 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 가능하거나 부착 가능한 기기.