KR20190143672A - Strain sensor including carbon nanotubes and method for measuring strain using the same - Google Patents

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KR20190143672A
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김재건
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, provided is a strain sensor using a carbon nanotube capable of measuring a tensile rate (strain) even in a range of a significantly increased tensile rate, thereby increasing a range of use and improving a precision. According to an embodiment of the present invention, the strain sensor comprises: a carbon nanotube spinning yarn formed of a carbon nanotube capable of spinning; and an elastic body having elasticity and coupled to the carbon nanotube spinning yarn.

Description

탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 방법 {STRAIN SENSOR INCLUDING CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR MEASURING STRAIN USING THE SAME}Strain sensor using carbon nanotube and strain measuring method {STRAIN SENSOR INCLUDING CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR MEASURING STRAIN USING THE SAME}

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 현저히 증대된 인장률의 범위에서도 인장률(스트레인)의 측정이 가능하므로, 그 이용 범위가 증대되고 정밀도가 향상된 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a strain sensor using carbon nanotubes and a strain measuring method using the same, and more particularly, it is possible to measure the tensile rate (strain) even in the range of significantly increased tensile rate, the range of use thereof is increased It relates to a strain sensor using carbon nanotubes with improved precision.

스트레인은 변형도, 변형률, 인장률 등으로 나타내며, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 의미한다. 따라서 스트레인은 단위를 갖지 않으며 굳이 단위를 표시하려면 cm/cm, mm/mm 등으로 표시할 수 있다.Strain is expressed as the degree of strain, strain, tensile rate, etc., and means the value expressed as the ratio of the length of the object when it is stretched or compressed to its original length. Therefore, the strain does not have a unit and can be expressed in cm / cm, mm / mm, etc. to indicate the unit.

스트레인 게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인 게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인 게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구분할 수 있다. 전기식 스트레인 게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 인장률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인 게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 인장률을 측정하는 것이다. Strain gauges can be divided into two types: electrical strain gages measured electrically and mechanical strain gages measured mechanically. Electrical strain gauges measure the tensile rate from the electrical resistance of the attached strain gauge when the structure is deformed, and mechanical strain gauges measure the small change in distance between two points to mechanically measure the tensile rate of the structure. To measure.

최근에는 탄소나노튜브를 이용하여 전기식 스트레인 게이지를 형성하고, 이와 같은 스트레인 게이지를 접어지고 변형되는 웨어러블 디바이스에 결합시켜, 스트레인 게이지로부터 측정되는 인장률에 의해 웨어러블 디바이스를 착용한 사람의 모션을 분석하는 등의 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, an electric strain gage is formed using carbon nanotubes, and the strain gage is coupled to a wearable device that is folded and deformed, thereby analyzing the motion of a person wearing the wearable device by the tensile rate measured from the strain gage. Research is being actively conducted.

다만, 탄소나노튜브의 구조 특성에 의해 탄소나노튜브를 그대로 이용하여 스트레인 게이지를 형성하는 경우, 인장률이 낮다는 문제가 있다. However, when the strain gauge is formed using the carbon nanotubes as it is due to the structural characteristics of the carbon nanotubes, there is a problem that the tensile ratio is low.

대한민국 공개특허 제10-2018-0031179호(발명의 명칭: 고신축성 3차원 전도성 나노 네트워크 구조체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 인장 센서 및 웨어러블 기기)에서는, 주기적인 망상으로 분포된 패턴을 포함하는 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체를 형성하는 단계; 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면을 친수성 상태로 변화시키는 단계; 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면 상에 고분자 물질을 콘포말(conformal) 접착시키는 단계; 전도성 물질이 분산된 전도성 용액을 함침(infiltration)하여 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체의 표면을 웨팅(wetting)시키는 단계; 및 상기 전도성 용액의 용매를 증발시키고 상기 고분자 물질을 제거하여, 상기 3차원 나노 구조화된 다공성 탄성체와 결합된 3차원 전도성 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는 고신축성 3차원 전도성 나노 네트워크 구조체의 제조 방법이 개시되어 있다. In Korean Patent Laid-Open No. 10-2018-0031179 (name of the invention: a highly stretchable three-dimensional conductive nano-network structure, a manufacturing method thereof, a tension sensor and a wearable device including the same), 3 including a pattern distributed in a periodic network Forming a dimensional nano structured porous elastomer; Changing the surface of the three-dimensional nanostructured porous elastomer to a hydrophilic state; Conformal bonding a polymeric material onto the surface of the three-dimensional nanostructured porous elastomer; Wetting the surface of the three-dimensional nanostructured porous elastomer by infiltration of the conductive solution in which the conductive material is dispersed; And evaporating the solvent of the conductive solution and removing the polymer material, thereby forming a three-dimensional conductive network combined with the three-dimensional nanostructured porous elastomer. Is disclosed.

대한민국 공개특허 제10-2018-0031179호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0031179

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨어러블 디바이스 또는 플렉시블 디바이스에 결합 가능하도록 인장률의 범위가 현저히 증대된 스트레인 센서를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a strain sensor in which the range of the tensile modulus is remarkably increased so as to be coupled to a wearable device or a flexible device.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사; 및 탄성을 구비하며, 상기 탄소나노튜브 방적사와 결합하는 탄성체;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 길이 방향을 따라, 상기 탄성체에 나선형으로 권취되어 결합되는 것을 특징으로 한다. The configuration of the present invention for achieving the above object, the carbon nanotube spun yarn formed of a carbon nanotube capable of spinning; And an elastic body having elasticity and coupled to the carbon nanotube spun yarn, wherein the carbon nanotube spun yarn is spirally wound and coupled to the elastic body along a longitudinal direction of the elastic body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체의 인장률은 1 내지 300일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the elastic modulus may be 1 to 300.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the elastic body may be in the shape of a string having a circular or polygonal cross section.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈이 형성되고, 상기 탄소나노튜브 방적사가 상기 홈을 따라 상기 탄성체에 나선형으로 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a spiral groove formed along the surface of the elastic body is formed, the carbon nanotube spun yarn may be spirally wound on the elastic body along the groove.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the carbon nanotube spun yarn, it may be spiral wound at a predetermined interval on the surface of the elastic body.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체가 복수 개 형성되고, 각각의 상기 탄성체에 각각 상기 탄소나노튜브 방적사가 권취될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plurality of elastic bodies are formed, and each of the carbon nanotube spun yarns may be wound on each of the elastic bodies.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄성체는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the elastic body may be formed of one or more materials selected from the group consisting of synthetic resins, rubber and silicon.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 탄소나노튜브 방적사와 상기 탄성체의 결합으로 형성되는 스트레인 센서를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시키는 단계; ii) 상기 탄소나노튜브 방적사의 양단을 저항계와 연결하는 단계; iii) 상기 측정대상의 형상이 변형되면서 상기 스트레인 센서의 형상이 변형되는 단계; 및 iv) 상기 스트레인 센서의 저항 값 변화를 이용하여 상기 측정대상의 인장률을 측정하는 단계;를 포함한다.The configuration of the present invention for achieving the above object, i) attaching a strain sensor formed by the combination of the carbon nanotube yarn and the elastic body to a measurement object that is a strain measurement object; ii) connecting both ends of the carbon nanotube spun yarn with an ohmmeter; iii) deforming the shape of the strain sensor while deforming the shape of the measurement object; And iv) measuring the tensile rate of the object to be measured using the change in the resistance value of the strain sensor.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 현저히 증대된 인장률의 범위에서도 인장률(스트레인)의 측정이 가능하므로, 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서의 이용 범위가 증대된다는 것이다. The effect of the present invention according to the configuration as described above, because it is possible to measure the tensile rate (strain) even in the range of significantly increased tensile rate, the use range of the strain sensor using carbon nanotubes is increased.

그리고, 본 발명의 효과는, 스트레인 센서에 탄소나노튜브 방적사를 이용하므로, 인장률(스트레인) 측정의 정밀도가 향상된다는 것이다.The effect of the present invention is that the carbon nanotube spun yarn is used for the strain sensor, so that the precision of the tensile rate (strain) measurement is improved.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 종래기술에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 홈에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서와 탄성체가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 성능 실험에 대한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서의 제작에 대한 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피닝 가능한 탄소나노튜브의 성장 과정의 각 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장한 탄소나노튜브 다발에서 방적사가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of a strain sensor according to the prior art.
2 is a schematic diagram of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of a groove of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of the matter coupled to a plurality of strain sensors according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of the matter coupled to the plurality of strain sensors and the elastic body according to an embodiment of the present invention.
6 is an image for a performance test of the strain sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is an image for manufacturing a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing each step of the growth process of the spinnable carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a process in which spun yarn is formed in a grown carbon nanotube bundle according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled) with another part, it is not only" directly connected "but also" indirectly connected "with another member in between. Includes the case where In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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 terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래기술에 따른 스트레인 센서에 대한 모식도이다. 도 1에서 탄성나노튜브(1)에 전극(3)이 연결되어 있다.1 is a schematic diagram of a strain sensor according to the prior art. In FIG. 1, the electrode 3 is connected to the elastic nanotube 1.

도 1에서 보는 바와 같이, 단순히 구조체(2)와 탄성나노튜브(1)를 결합하는 경우, 탄성나노튜브(1)의 인장률 한계에 의해, 제한된 범위에서만 구조체(2)의 인장률(스트레인)을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 1, when the structure 2 and the elastic nanotube 1 are simply joined, the tensile rate (strain) of the structure 2 is limited only by the tensile limit of the elastic nanotube 1. Can be measured.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)에 대한 모식도이다. 도 2에서 탄성나노튜브 방적사(110)에 전극(300)이 연결되어 있다.2 is a schematic diagram of a strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the electrode 300 is connected to the elastic nanotube spun yarn 110.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)는, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사(110); 및 탄성을 구비하며, 탄소나노튜브 방적사(110)와 결합하는 탄성체(120);를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the strain sensor 10 of the present invention includes: a carbon nanotube spinning yarn 110 formed of carbon nanotubes capable of spinning; And an elastic body 120 having elasticity and coupled to the carbon nanotube spun yarn 110.

먼저, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄소나노튜브로 형성된 스피닝이 가능한 탄소나노튜브 시트(spin-capable CNT sheet)로부터 스피닝이 가능한 탄소나노튜브를 뽑아 꼬아서 제작된 탄소나노튜브 얀(yarn)일 수 있다. 스피닝이 가능한 탄소나노튜브 시트는 기판에서 성장된 탄소나노튜브를 직접적으로 바로 필름 형태로 뽑아낼 수 있는 스피닝이 가능한(spinning or spin-capable) 탄소나노튜브로 제작된 것으로서, 재현성이 부족하고 정화를 위한 후처리가 필요한 다른 방법(공중부양형, 딥코팅, 스핀코팅, 스프레이)으로 제조되는 탄소나노튜브 필름에 비해 단순하고 저렴하게 제작될 수 있다.First, the carbon nanotube spinning yarn 110 is made of carbon nanotube yarns made of carbon nanotubes by spinning carbon nanotubes (spin-capable CNT sheet), which is made by twisting carbon nanotube yarns (yarn). Can be. The spinable carbon nanotube sheet is made of spinning or spin-capable carbon nanotubes that can directly extract the grown carbon nanotubes from the substrate into a film form. Compared to other carbon nanotube films produced by other methods (airborne, dipcoating, spincoating, spraying) that require post-treatment, they can be made simple and inexpensive.

탄소나노튜브 방적사(110)의 제작에 대해서는 도 8 및 도 9에 대한 설명에서 상세하게 기재하도록 한다. Fabrication of the carbon nanotube spinning yarn 110 will be described in detail in the description of FIGS. 8 and 9.

그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 길이 방향을 따라, 탄성체(120)에 나선형으로 권취되어 결합될 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 표면에 대해 하나의 방향에 다른 방향으로 연속적인 나선형의 감김으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 탄성체(120)의 길이가 증가하더라도 탄소나노튜브 방적사(110) 자체의 길이 증가하기보다 탄소나노튜브 방적사(110)의 형상이 변형되면서 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형될 수 있다. In addition, the carbon nanotube spun yarn 110 may be wound and spirally coupled to the elastic body 120 along the longitudinal direction of the elastic body 120. That is, the carbon nanotubes spun yarn 110 may be formed by the continuous spiral winding in one direction to the other direction with respect to the surface of the elastic body 120. Accordingly, even when the length of the elastic body 120 increases, the shape of the strain sensor 10 of the present invention may be deformed while the shape of the carbon nanotube spun yarn 110 is deformed rather than the length of the carbon nanotube spun yarn 110 itself. Can be.

상기와 같이 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형되어 탄성체(120)의 길이가 증가하는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)의 감김 간격이 증가하여 탄소나노튜브 방적사(110)의 장력이 증가함으로써, 탄소나노튜브 방적사(110)의 단면적이 감소하여 본 발명의 스트레인 센서(10)의 저항 값이 증가할 수 있다.As described above, when the shape of the strain sensor 10 of the present invention is deformed to increase the length of the elastic body 120, the winding interval of the carbon nanotube spun yarn 110 increases to increase the tension of the carbon nanotube spun yarn 110. By increasing, the cross-sectional area of the carbon nanotubes spun yarn 110 is reduced to increase the resistance value of the strain sensor 10 of the present invention.

그리고, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 형상이 변형되어 탄성체(120)의 길이가 감소하는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)의 감김 간격이 감소하여 탄소나노튜브 방적사(110)의 장력이 감소함으로써, 탄소나노튜브 방적사(110)의 단면적이 증가하여 본 발명의 스트레인 센서(10)의 저항 값이 감소할 수 있다.In addition, when the shape of the strain sensor 10 of the present invention is deformed and the length of the elastic body 120 is reduced, the winding interval of the carbon nanotube spun yarn 110 is reduced to reduce the tension of the carbon nanotube spun yarn 110. As a result, the cross-sectional area of the carbon nanotubes spun yarn 110 is increased to decrease the resistance value of the strain sensor 10 of the present invention.

여기서, 탄성체(120)의 인장률은 1 내지 300일 수 있다. 탄성체(120)는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있는데, 이와 같은 소재로 형성되는 탄성체(120)는 400% 이상의 신장률을 구비할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 인장률도 400이상이 될 수 있다.Here, the tensile rate of the elastic body 120 may be 1 to 300. The elastic body 120 may be formed of one or more materials selected from the group consisting of synthetic resin, rubber, and silicon, and the elastic body 120 formed of such materials may have an elongation of 400% or more. Accordingly, the tensile rate of the strain sensor 10 of the present invention can also be 400 or more.

다만, 본 발명의 스트레인 센서(10)에서, 탄성체(120)가 300% 초과하여 신장되는 경우, 탄성체(120)에 감긴 탄소나노튜브 방적사(110)의 손상이 발생할 수 있으므로, 탄성체(120)의 신장률은 300% 이하인 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 탄성체(120)의 인장률은 1 내지 300으로 형성되어, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 인장률 범위가 1 내지 300으로 형성될 수 있다.However, in the strain sensor 10 of the present invention, when the elastic body 120 is stretched by more than 300%, since the damage of the carbon nanotube spun yarn 110 wound around the elastic body 120 may occur, the elastic body 120 It may be desirable for the elongation to be 300% or less. Accordingly, the tensile modulus of the elastic body 120 is formed to 1 to 300, the tensile modulus range of the strain sensor 10 of the present invention may be formed to 1 to 300.

탄성체(120)는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다. 또는, 탄성체(120)는 단면이 원형 또는 다각형인 기둥의 형상일 수 있다. The elastic body 120 may have a shape of a string having a circular or polygonal cross section. Alternatively, the elastic body 120 may be in the shape of a column whose cross section is circular or polygonal.

본 발명의 실시 예에서는 탄성체(120)의 형상이 상기와 같은 끈 또는 기둥의 형상이라고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 탄소나노튜브 방적사(110)가 감길 수 있고 길이 변화에 적합한 형상은 모두 가능할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the shape of the elastic body 120 is described as the shape of the string or column as described above, but is not necessarily limited thereto, the shape of carbon nanotube spun yarn 110 can be wound and suitable for changing the length All may be possible.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 홈(121)에 대한 확대도이다. 3 is an enlarged view of the groove 121 of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈(121)이 형성되고, 탄소나노튜브 방적사(110)가 홈(121)을 따라 탄성체(120)에 나선형으로 권취될 수 있다. 그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)는, 탄성체(120)의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취될 수 있다.As shown in FIG. 3, a spiral groove 121 is formed along the surface of the elastic body 120, and the carbon nanotube spun yarn 110 is spirally wound on the elastic body 120 along the groove 121. Can be. In addition, the carbon nanotube spinning yarn 110 may be spirally wound at a predetermined interval on the surface of the elastic body 120.

본 발명의 스트레인 센서(10)가 웨어러블 디바이스의 형상 변화를 이용하여 움직임을 판단하는 장치 등에 쓰이는 경우, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 감도를 더 향상시킬 필요가 있을 수 있으며, 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)에 일정한 간격으로 감기는(나선형 권취되는) 경우, 본 발명의 스트레인 센서(10)의 감도가 향상될 수 있다.When the strain sensor 10 of the present invention is used in a device for determining a movement using a shape change of a wearable device, it may be necessary to further improve the sensitivity of the strain sensor 10 of the present invention. When 110 is wound around the elastic body 120 at regular intervals (spiral wound), the sensitivity of the strain sensor 10 of the present invention can be improved.

그리고, 탄소나노튜브 방적사(110)를 탄성체(120)에 일정한 간격으로 감기도록 하기 위해 탄성체(120)의 표면에 일정한 간격으로 나선형의 홈(121)이 형성되고, 이와 같은 탄성체(120)의 홈(121)을 따라 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되도록 할 수 있다.In addition, the spiral groove 121 is formed on the surface of the elastic body 120 at regular intervals so that the carbon nanotubes spun yarn 110 is wound on the elastic body 120 at regular intervals, and the groove of the elastic body 120 is formed. The carbon nanotube spinning yarn 110 may be wound along the 121.

다만, 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)의 표면에서 항상 일정한 간격으로 나선형 권취되는 것이 아닌 것과 마찬가지로, 탄성체(120)의 표면에 형성되는 나선형의 홈(121)도 항상 일정한 간격으로 형성되는 것은 아니다.However, as the carbon nanotube spun yarn 110 is not always spiral wound on the surface of the elastic body 120 at a constant interval, the spiral groove 121 formed on the surface of the elastic body 120 is also always formed at regular intervals. It doesn't happen.

탄소나노튜브 방적사(110)가 탄성체(120)의 표면에 형성된 홈(121)을 따라 권취되는 경우, 탄성체(120)의 표면에 대한 탄소나노튜브 방적사(110)의 변화, 즉, 탄성체(120)의 표면에 접촉된 탄소나노튜브 방적사(110)의 미끄러짐 이동, 장력에 의한 탄소나노튜브 방적사(110)의 부피 변화, 탄성체(120)의 급격한 움직임에 따른 탄소나노튜브 방적사(110) 위치 이동 등이 탄성체(120) 표면의 홈(121)에 구속되어 수행되므로, 탄성체(120)의 변형에 따른 탄소나노튜브 방적사(110)의 변화가 오차를 최소화하면서 일정하게 수행될 수 있다.When the carbon nanotubes spun yarn 110 is wound along the groove 121 formed on the surface of the elastic body 120, the change of the carbon nanotubes spun yarn 110 with respect to the surface of the elastic body 120, that is, the elastic body 120 Sliding movement of the carbon nanotubes spun yarns 110 in contact with the surface of the carbon nanotubes, volume changes of the carbon nanotubes spun yarns 110 due to tension, and carbon nanotubes spun yarns 110 due to the rapid movement of the elastic body 120 Since it is performed by being constrained to the groove 121 of the surface of the elastic body 120, the change of the carbon nanotube spun yarn 110 according to the deformation of the elastic body 120 may be performed constantly while minimizing an error.

그리고, 도 3에서 보는 바와 같이, 탄소체는 탄소나노튜브 방적사(110)가 탄소체의 홈(121)을 따라 위치하도록 탄소나노튜브 방적사(110)를 가이드하는 홀더(122)를 구비할 수 있다. 그리고, 이와 같은 홀더(122)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the carbon body may include a holder 122 for guiding the carbon nanotube spinning yarn 110 so that the carbon nanotube spinning yarn 110 is positioned along the groove 121 of the carbon body. . In addition, at least one holder 122 may be formed.

홀더(122)는 길이 방향에 수직인 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상일 수 있다. 또는, 홀더(122)는 길이 방향에 수직인 단면이 원형 또는 다각형인 기둥의 형상일 수 있다. 홀더(122)의 일단은 탄성체(120) 표면의 일 부위와 결합하고, 홀더(122)의 타단은 홈(121)을 기준으로 탄성체(120) 표면의 일 부위에 대응되는 탄성체(120) 표면의 타 부위와 결합하여, 홀더(122)가 홈(121)을 상부를 가로질러 형성될 수 있다.The holder 122 may be in the shape of a string having a circular or polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction. Alternatively, the holder 122 may have a shape of a pillar having a circular or polygonal cross section perpendicular to the length direction. One end of the holder 122 is coupled to a portion of the surface of the elastic body 120, and the other end of the holder 122 is formed on the surface of the elastic body 120 corresponding to a portion of the surface of the elastic body 120 with respect to the groove 121. In combination with other parts, the holder 122 may be formed to cross the groove 121.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)와 탄성체(120)가 복수 개 결합된 사항에 대한 모식도이다.4 is a schematic diagram of a combination of a plurality of strain sensors 10 according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a plurality of strain sensors 10 and the elastic body 120 according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of the combined items.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)에 탄성체(120)가 복수 개 형성되고, 각각의 탄성체(120)에 각각 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취될 수 있다.4 and 5, a plurality of elastic bodies 120 may be formed in the strain sensor 10 of the present invention, and carbon nanotube spun yarns 110 may be wound on the elastic bodies 120, respectively.

여기서, 도 4에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)가 복수 개 형성되고 각각의 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되어, 단위 스트레인 센서(11)가 복수 개 형성되어 각각의 단위 스트레인 센서(11)가 결합되어 스트레인 센서(10)가 형성될 수 있다.Here, as shown in FIG. 4, a plurality of elastic bodies 120 are formed, and carbon nanotube spun yarns 110 are wound around each elastic body 120, and a plurality of unit strain sensors 11 are formed to each unit. Strain sensor 11 may be coupled to form strain sensor 10.

도 4와 같이 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 형성되는 경우, 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적에 있어서, 각각의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 단위 면적에 대해 인장률의 동시 측정이 가능하고, 이에 따라, 각각의 단위 면적 당 인장률, 인장력 및 변위를 측정할 수 있다. 그리고, 이에 따라, 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적의 형상 변화, 해당 면적에 가해진 힘 등을 측정할 수 있다.When the plurality of unit strain sensors 11 are formed as shown in FIG. 4, in the area of the measurement target to which the plurality of unit strain sensors 11 are coupled, the unit of the measurement target to which each unit strain sensor 11 is coupled Simultaneous measurement of the tensile rate with respect to area is possible, and thus the tensile rate, tensile force and displacement per unit area can be measured. And, accordingly, the shape change of the area of the measurement target to which the plurality of unit strain sensors 11 are coupled, the force applied to the area, and the like can be measured.

그리고, 도 5에서 보는 바와 같이, 탄성체(120)가 복수 개 형성되고, 일부의 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)가 권취되어, 단위 스트레인 센서(11)가 복수 개 형성되어 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 결합되어 스트레인 센서(10)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, a plurality of elastic bodies 120 are formed, and carbon nanotube spun yarns 110 are wound around some of the elastic bodies 120 to form a plurality of unit strain sensors 11, respectively. The strain sensor 10 may be formed by being coupled while forming the elastic body 120 between the unit strain sensors 11.

도 5와 같이 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 형성되는 경우, 도 4에 대한 설명과 같이 복수 개의 단위 스트레인 센서(11)가 결합된 측정 대상의 면적에 대해 인장률의 측정이 가능할 수 있다. 그리고, 도 5와 같이 형성되는 경우, 탄소나노튜브 방적사(110)를 상대적으로 적게 사용함에도 대면적에 대한 동시적 인장률 측정이 가능하여, 탄소나노튜브 방적사(110)의 사용 비용을 절감할 수 있다.When the plurality of unit strain sensors 11 are formed while the elastic body 120 is formed between the unit strain sensors 11 as shown in FIG. 5, as shown in FIG. 4, the plurality of unit strain sensors 11 may be formed. It may be possible to measure the tensile modulus with respect to the area of the combined measurement object. In addition, when formed as shown in FIG. 5, even when the carbon nanotube spun yarn 110 is used relatively little, simultaneous tensile rate measurement for a large area is possible, thereby reducing the use cost of the carbon nanotube spun yarn 110. have.

또한, 각각의 단위 스트레인 센서(11) 사이에 탄성체(120)를 형성하면서 스트레인 센서(10)가 형성되므로, 하나의 단위 스트레인 센서(11)와 인접한 다른 단위 스트레인 센서(11) 간 간섭을 최소화하여 스트레인 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the strain sensor 10 is formed while forming the elastic body 120 between each unit strain sensor 11, thereby minimizing interference between one unit strain sensor 11 and another adjacent unit strain sensor 11 The measurement accuracy of the strain sensor can be improved.

본 발명의 스트레인 센서(10)를 포함하는 스트레인 게이지(strain gauge)를 제조할 수 있다. 그리고, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 포함하는 웨어러블 디바이스(wearable device)를 제조할 수 있다.It is possible to manufacture a strain gauge comprising the strain sensor 10 of the present invention. In addition, a wearable device including the strain sensor 10 of the present invention may be manufactured.

이하, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 이용한 스트레인 측정 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a strain measuring method using the strain sensor 10 of the present invention will be described.

첫째 단계에서, 탄소나노튜브 방적사(110)와 탄성체(120)의 결합으로 형성되는 스트레인 센서(10)를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시킬 수 있다. 그리고, 둘째 단계에서, 탄소나노튜브 방적사(110)의 양단을 저항계와 연결할 수 있다.In the first step, the strain sensor 10 formed by the combination of the carbon nanotubes spun yarn 110 and the elastic body 120 may be attached to the measurement object that is the strain measurement object. And, in the second step, both ends of the carbon nanotubes spun yarn 110 may be connected to the ohmmeter.

셋째 단계에서, 측정대상의 형상이 변형되면서 스트레인 센서(10)의 형상이 변형될 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서, 스트레인 센서(10)의 저항 값 변화를 이용하여 측정대상의 인장률을 측정할 수 있다. 여기서, 스트레인 센서(10)의 저항 값 변화와 인장률의 상관 관계에 대해서는 미리 사전에 측정되어 사전 데이터로 저장됨으로써 이용될 수 있다.In the third step, the shape of the strain sensor 10 may be deformed while the shape of the measurement object is deformed. In the fourth step, the tensile rate of the measurement target may be measured using the change in the resistance value of the strain sensor 10. Here, the correlation between the change in the resistance value of the strain sensor 10 and the tensile rate may be measured in advance and stored as advance data.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 성능 실험에 대한 이미지이다. 도 6의 (a)는, 최초 20mm(밀리미터)인 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이고, 도 6의 (b)는, 스트레인 센서(10)를 40mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이며, 도 6의 (c)는, 스트레인 센서(10)를 60mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항을 측정한 실험에 대한 이미지이다.6 is an image of a performance test of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A is an image of an experiment in which the resistance of the strain sensor 10 that is the first 20 mm (millimeter) is measured, and FIG. 6B is a stretch of the strain sensor 10 to 40 mm (millimeter). In this case, it is an image of an experiment measuring the resistance of the strain sensor 10, Figure 6 (c), when the strain sensor 10 is stretched to 60mm (millimeter) measured the resistance of the strain sensor 10 An image of the experiment.

도 6의 (a) 내지 (c)에서 보는 바와 같이, 최초 20mm(밀리미터)인 스트레인 센서(10)의 저항은 1.169Ω(옴)이고, 40mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항은 2.1859(옴)이며, 60mm(밀리미터)로 신장시킨 경우 스트레인 센서(10)의 저항은 2.4404(옴)이다. 상기와 같이, 본 발명의 스트레인 센서(10)는 길이에 따라 각각 다른 저항 값을 구비하며, 본 발명의 스트레인 센서(10)를 저항 값의 변화를 측정하여 길이 변화에 의한 인장률을 분석함으로써, 본 발명의 스트레인 센서(10)가 결합한 측정 대상의 인장률을 측정할 수 있다. 그리고, 측정 대상의 인장률을 이용하여 측정 대상에 제공된 힘, 측정 대상의 변형 및 측정 대상의 시간 당 변형량을 분석할 수 있다.As shown in FIGS. 6A to 6C, the resistance of the first 20 mm (millimeter) strain sensor 10 is 1.169 Ω (ohm), and when the strain sensor 10 is extended to 40 mm (millimeter), The resistance is 2.1859 (ohm), and when stretched to 60 mm (millimeter), the resistance of the strain sensor 10 is 2.4404 (ohm). As described above, the strain sensor 10 of the present invention has a different resistance value according to the length, by measuring the change in the resistance value of the strain sensor 10 of the present invention by analyzing the tensile rate due to the change in length, The tensile modulus of the measurement object to which the strain sensor 10 of the present invention is coupled can be measured. In addition, the tensile force of the measurement target may be used to analyze the force provided to the measurement target, the deformation of the measurement target, and the amount of deformation per time of the measurement target.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레인 센서(10)의 제작에 대한 이미지이다. 도 7의 (a)은 고무줄에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작한 사항에 대한 이미지이고, 도 7의 (b)는 원기둥 형상의 실리콘에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작한 사항에 대한 이미지이다. 도 7의 (a)와 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, 생산이 용이한 탄성체(120)에 탄소나노튜브 방적사(110)를 권취시켜 스트레인 센서(10)를 제작할 수 있으므로, 스트레인 센서(10)의 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감시킬 수 있다.7 is an image for the fabrication of the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. 7 (a) is an image of the fabrication of the strain sensor 10 by winding the carbon nanotube yarn 110 in a rubber band, Figure 7 (b) is a carbon nanotube yarn in a cylindrical silicon ( It is an image of the matter produced by the strain sensor 10 by winding 110. As shown in FIGS. 7A and 7B, the strain sensor 10 may be manufactured by winding the carbon nanotube spun yarn 110 in an elastic body 120 that is easy to produce, and thus, the strain sensor ( It can simplify the process of 10) and reduce the manufacturing cost.

이하, 본 발명의 탄소나노튜브 방적사(110)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the carbon nanotube spun yarn 110 of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피닝 가능한 탄소나노튜브(250)의 성장 과정의 각 단계를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성장한 탄소나노튜브 다발에서 방적사가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.8 is a view showing each step of the growth process of the spinnable carbon nanotubes 250 according to an embodiment of the present invention, Figure 9 is a spun yarn in a grown carbon nanotube bundle according to an embodiment of the present invention A diagram illustrating a process of formation.

첫째 단계에서, 베이스기재(210)를 마련할 수 있다. 여기서, 베이스기재(210)는 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 베이스기재(210)가 실리콘(Si)으로 형성된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 증착이 가능한 유리(Glass) 또는 고분자 화합물을 이용하여 베이스기재(210)가 형성될 수도 있다. In the first step, the base substrate 210 may be prepared. Here, the base substrate 210 may be formed of silicon (Si). In the embodiment of the present invention, the base substrate 210 is described as being formed of silicon (Si), but is not necessarily limited thereto, and the base substrate 210 is formed using glass or a polymer compound that can be deposited. May be

도 8의 ①에서 보는 바와 같이, 둘째 단계에서, 베이스기재(210) 상에 비정질 산화물층(220), 산화알루미늄층(230) 및 촉매층(240)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이 때, 비정질 산화물층(220), 산화알루미늄층(230) 및 촉매층(240)은 습식법(딥코팅, 스핀코팅) 또는 건식법(스퍼터, 전자빔)에 의해 증착되어서 형성될 수 있다. 비정질 산화물층(220)은 절연 및 단열을 위해 베이스기재(210) 위에 코팅된 것으로서, 본 실시예에서는 이산화규소(SiO2)로 이루어질 수 있다.As shown in ① of FIG. 8, in the second step, the amorphous oxide layer 220, the aluminum oxide layer 230, and the catalyst layer 240 may be sequentially formed on the base substrate 210. In this case, the amorphous oxide layer 220, the aluminum oxide layer 230, and the catalyst layer 240 may be formed by being deposited by a wet method (deep coating, spin coating) or a dry method (sputter, electron beam). The amorphous oxide layer 220 is coated on the base substrate 210 for insulation and heat insulation, and may be made of silicon dioxide (SiO 2 ) in this embodiment.

산화알루미늄층(230)은 비정질 산화물층(220)의 위에 1 내지 5나노미터(nm)의 두께로 코팅될 수 있고, 바람직하게는 3나노미터(nm)의 두께로 코팅될 수 있다. 산화알루미늄층(230)은 스피닝이 가능한 탄소나노튜브(250)의 제조를 위한 공정 조건을 확장시키는 역할을 할 수 있다. 이에 대해서는 다섯째 단계에서 상세히 설명하기로 한다. The aluminum oxide layer 230 may be coated with a thickness of 1 to 5 nanometers (nm) on the amorphous oxide layer 220, and may be preferably coated with a thickness of 3 nanometers (nm). The aluminum oxide layer 230 may serve to extend process conditions for manufacturing the spinable carbon nanotubes 250. This will be described in detail in the fifth step.

산화알루미늄층(230)의 두께가 1 나노미터(nm) 미만인 경우, 산화알루미늄 상에 촉매층(240) 증착 시 산화알루미늄층(230)에 파단이 생성될 수 있다. 그리고, 산화알루미늄층(230)의 두께가 5 나노미터(nm) 초과인 경우, 촉매층(240)에 형성된 파티클(241)이 촉매층(240)을 통과하여 산화알루미늄층(230)으로 확산되는 현상이 발생할 수 있다. When the thickness of the aluminum oxide layer 230 is less than 1 nanometer (nm), breakage may be generated in the aluminum oxide layer 230 when the catalyst layer 240 is deposited on the aluminum oxide. When the thickness of the aluminum oxide layer 230 is greater than 5 nanometers (nm), a phenomenon in which particles 241 formed in the catalyst layer 240 diffuse through the catalyst layer 240 to the aluminum oxide layer 230 is observed. May occur.

촉매층(240)은 산화알루미늄층(230) 위에 코팅되는 철(Fe)로 이루어질 수 있다. 촉매층(240)을 형성하는 금속으로 철(Fe) 이외의 금속이 사용될 수 있으나, 철(Fe)로 촉매층(240)을 형성하는 경우 파티클(241)의 형성이 용이할 수 있다.The catalyst layer 240 may be made of iron (Fe) coated on the aluminum oxide layer 230. Metal other than iron (Fe) may be used as the metal for forming the catalyst layer 240, but when the catalyst layer 240 is formed of iron (Fe), the particle 241 may be easily formed.

셋째 단계에서, 둘째 단계의 베이스기재(210)를 챔버 내에 위치시킬 수 있다. 그리고, 넷째 단계에서, 챔버 내에 분위기 가스, 환원가스와 탄소함유 가스를 주입하면서 챔버 내 온도를 성장 온도까지 상승시킬 수 있다. In the third step, the base substrate 210 of the second step may be located in the chamber. In the fourth step, the temperature in the chamber may be raised to the growth temperature while injecting the atmosphere gas, the reducing gas and the carbon-containing gas into the chamber.

다섯째 단계에서, 촉매층(240)에서 파티클(241)이 형성될 수 있다. 이 때, 분위기 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다. 그리고, 환원가스는 수소 가스일 수 있다. 여기서, 성장 온도는 500 내지 1000도(℃)일 수 있다. In a fifth step, particles 241 may be formed in the catalyst layer 240. At this time, the atmosphere gas may be an argon (Ar) gas. In addition, the reducing gas may be hydrogen gas. Here, the growth temperature may be 500 to 1000 degrees (° C).

챔버 내 아르곤 가스(250 내지 350 sccm, 바람직하게는 300sccm) 분위기에서 수소 가스(150sccm 내지 700sccm)와 아세틸렌 가스(650 내지 750 sccm, 바람직하게는 700sccm)를 성장 온도(바람직하게는 650℃ 내지 900℃)까지 상승시키면, 필름이었던 촉매가 도 8의 ②에 도시된 바와 같이 수십 nm의 직경을 갖는 파티클(241)로 변할 수 있다. Hydrogen gas (150 sccm to 700 sccm) and acetylene gas (650 to 750 sccm, preferably 700 sccm) in an argon gas (250 to 350 sccm) atmosphere in the chamber are grown at a growth temperature (preferably 650 to 900 ° C.). Up), the catalyst, which was a film, can be transformed into a particle 241 having a diameter of several tens of nm, as shown by ② in FIG.

스피닝이 가능하기 위해서는 파티클(241)의 직경과 밀도가 각각 15±7 나노미터(nm)와 1.5Х1010/㎠가 되어야 하며, 이를 위한 촉매층(240)의 두께 조건은 1.5 내지 7 나노미터(nm)일 수 있다. In order to be able to spin, the diameter and density of the particles 241 should be 15 ± 7 nanometers (nm) and 1.5Х10 10 / cm 2, respectively, and the thickness of the catalyst layer 240 for this is 1.5 to 7 nanometers (nm). May be).

촉매층(240)의 두께가 1.5 나노미터(nm) 미만이면, 단위 면적 당 파티클(241) 수(numbers /cm2)가 0.7x1010 미만이 되어, 파티클(241)이 탄소나노튜브(250)로 성장하는 비율이 현저히 감소할 수 있다. 그리고, 촉매층(240)의 두께가 7 나노미터(nm) 미만이면, 마찬가지로, 단위 면적 당 파티클(241) 수(numbers /cm2)가 0.7x1010 미만이 되어, 파티클(241)이 탄소나노튜브(250)로 성장하는 비율이 현저히 감소할 수 있다.When the thickness of the catalyst layer 240 is less than 1.5 nanometers (nm), the number of particles 241 (numbers / cm 2 ) per unit area is less than 0.7x10 10 , the particles 241 to the carbon nanotubes 250 The rate of growth can be significantly reduced. If the thickness of the catalyst layer 240 is less than 7 nanometers (nm), the number of particles 241 per unit area (numbers / cm 2 ) is less than 0.7 × 10 10 , and the particles 241 are carbon nanotubes. The rate of growth to 250 can be significantly reduced.

산화알루미늄층(230)이 사용되지 않는 경우, 스피닝이 가능한 탄소나노튜브(250) 제조를 위한 조건은 촉매층(240) 두께 약 4nm, 성장 온도 약 800℃, 수소 가스 400sccm 등으로서, 산화알루미늄층(230)을 사용하는 경우보다 까다로운 공정 조건이 요구될 수 있다.When the aluminum oxide layer 230 is not used, the conditions for manufacturing the spinable carbon nanotube 250 are about 4 nm thick of the catalyst layer 240, a growth temperature of about 800 ° C., 400 sccm of hydrogen gas, and the like. More demanding process conditions may be required than with 230).

산화알루미늄층(230)을 형성하는 경우 공정 조건이 확장되는 이유는, 산화알루미늄이 고온에서 형성된 촉매 금속 파티클(241)의 베이스기재(210)로의 확산을 보호하고 파티클(241) 형성 후 오스트발트 숙성(Ostwald ripening : 작은 입자가 더욱 작게 되어 소명하고, 보다 큰 입자로 성장하는 현상)을 산화막(SiO2)보다 효율적으로 저지하기 때문일 수 있다. The reason why the process conditions are extended when the aluminum oxide layer 230 is formed is to protect diffusion of the catalytic metal particles 241 formed into the base substrate 210 at a high temperature and to mature the Ostwald after the particles 241 are formed. (Ostwald ripening: the phenomenon that small particles become smaller and become clearer and grow into larger particles) may be more efficiently inhibited than an oxide film (SiO 2 ).

여섯째 단계에서, 성장 온도를 유지하여 탄소나노튜브(250)를 성장시킬 수 있다. 성장 온도를 유지하며 환원가스인 수소(H2)(350 내지 450 sccm, 바람직하게는 400 sccm)과 탄소함유 가스(본 실시예에서는 C2H2 700 sccm)을 주입하면 고온의 환경에 의해 C-H 분자가 열분해되고 수소(H2)는 외부로 배출되고 탄소 분자만 파티클(241) 위에 증착되고 이것이 육면체 모양을 형성하는 핵화(necleation)가 도 8의 ③에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.In the sixth step, the carbon nanotubes 250 may be grown by maintaining the growth temperature. Injecting hydrogen (H 2 ) (350-450 sccm, preferably 400 sccm) and a carbon-containing gas (C 2 H 2 700 sccm in this embodiment), which is a reducing gas, while maintaining the growth temperature, is a high temperature environment. The molecules are pyrolyzed and hydrogen (H 2 ) is discharged to the outside, and only carbon molecules are deposited on the particles 241, and a nucleation, which forms a hexahedron shape, may be formed as shown in 3 in FIG. 8.

계속 성장 온도를 유지하면서 환원가스와 탄소함유 가스를 공급하면 도 8의 ④에 도시된 바와 같이 육면체 모양으로 탄소나노튜브(250)가 성장하며, 탄소함유 가스의 공급을 멈추면 성장이 멈추게 될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 탄소함유 가스로 C2H2가 사용된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 탄소함유 가스가 사용될 수 있으며, 탄소함유 가스의 종류에 따라 챔버 내 주입량은 변경될 수 있다. When supplying reducing gas and carbon-containing gas while maintaining the growth temperature, the carbon nanotubes 250 grow in a hexahedral shape as shown in ④ of FIG. 8, and the growth may be stopped when the supply of the carbon-containing gas is stopped. have. In an embodiment of the present invention, it is described that C 2 H 2 is used as the carbon-containing gas. However, the present invention is not limited thereto, and other carbon-containing gas may be used. Can be.

일곱째 단계에서, 탄소나노튜브(250)를 이용하여 탄소나노튜브 방적사(110)를 형성할 수 있다. 성장된 탄소나노튜브(250) 다발(forest 또는 array)에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 직접적으로 필름이나 시트 형태로 뽑을 수 있고, 이 시트를 꼬아서 탄소나노튜브 방적사(yarn)(110)를 형성할 수 있다.In the seventh step, the carbon nanotubes spun yarn 110 may be formed using the carbon nanotubes 250. In the grown carbon nanotubes 250 (forest or array), as shown in Figure 9, can be directly pulled out in the form of a film or sheet, twisting the sheet carbon nanotube yarn (110) (110) Can be formed.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.

1 : 탄소나노튜브 2 : 구조체
3 : 전극
10 : 스트레인 센서 11 : 단위 스트레인 센서
110 : 탄소나노튜브 방적사 120 : 탄성체
121 : 홈 122 : 홀더
210 : 베이스기재 220 : 비정질 산화물층
230 : 산화알루미늄층 240 : 촉매층
241 : 파티클 250 : 탄소나노튜브
300 : 전극 1: carbon nanotube 2: structure
3: electrode
10: strain sensor 11: unit strain sensor
110: carbon nanotube spinning yarn 120: elastic body
121: groove 122: holder
210: base material 220: amorphous oxide layer
230: aluminum oxide layer 240: catalyst layer
241: Particle 250: Carbon nanotube
300 electrode

Claims (10)

스피닝이 가능한 탄소나노튜브로 형성된 탄소나노튜브 방적사; 및
탄성을 구비하며, 상기 탄소나노튜브 방적사와 결합하는 탄성체;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 길이 방향을 따라, 상기 탄성체에 나선형으로 권취되어 결합되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
Carbon nanotube spun yarn formed of carbon nanotubes capable of spinning; And
And an elastic body having elasticity and bonding with the carbon nanotube spun yarn.
The carbon nanotube spun yarn, the strain sensor using the carbon nanotubes, characterized in that coupled to the elastic body spirally wound along the longitudinal direction of the elastic body.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체의 인장률은 1 내지 300인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The strain of the elastic body is a strain sensor using carbon nanotubes, characterized in that 1 to 300.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체는, 단면이 원형 또는 다각형인 끈의 형상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The elastic body is a strain sensor using carbon nanotubes, characterized in that the cross-section is in the shape of a string having a circular or polygonal.
청구항 3에 있어서,
상기 탄성체의 표면을 따라 형성되는 나선형의 홈이 형성되고, 상기 탄소나노튜브 방적사가 상기 홈을 따라 상기 탄성체에 나선형으로 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 3,
Spiral grooves are formed along the surface of the elastic body, and the carbon nanotube spun yarn is spirally wound on the elastic body along the grooves.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소나노튜브 방적사는, 상기 탄성체의 표면에서 일정한 간격으로 나선형 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The carbon nanotube spun yarn, the strain sensor using the carbon nanotubes, characterized in that the spiral wound on the surface of the elastic body at regular intervals.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체가 복수 개 형성되고, 각각의 상기 탄성체에 각각 상기 탄소나노튜브 방적사가 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
A plurality of elastic bodies are formed, each of the elastic body is a strain sensor using carbon nanotubes, characterized in that the carbon nanotube spun yarn is wound.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체는 합성수지, 고무 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서.
The method according to claim 1,
The elastic body is a strain sensor using carbon nanotubes, characterized in that formed of at least one material selected from the group consisting of synthetic resins, rubber and silicon.
청구항 1 내지 청구항 7 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 스트레인 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지.
Strain gauge comprising a strain sensor according to any one of claims 1 to 7.
청구항 1 내지 청구항 7 중 선택되는 어느 하나의 항에 의한 스트레인 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
A wearable device comprising a strain sensor according to any one of claims 1 to 7.
청구항 1의 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서를 이용한 스트레인 측정 방법에 있어서,
i) 상기 탄소나노튜브 방적사와 상기 탄성체의 결합으로 형성되는 스트레인 센서를 스트레인 측정 대상 물체인 측정대상에 부착시키는 단계;
ii) 상기 탄소나노튜브 방적사의 양단을 저항계와 연결하는 단계;
iii) 상기 측정대상의 형상이 변형되면서 상기 스트레인 센서의 형상이 변형되는 단계; 및
iv) 상기 스트레인 센서의 저항 값 변화를 이용하여 상기 측정대상의 인장률을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 스트레인 센서를 이용한 스트레인 측정 방법. In the strain measuring method using a strain sensor using the carbon nanotubes of claim 1,
i) attaching a strain sensor formed by combining the carbon nanotubes spun yarn and the elastic body to a measurement object that is a strain measurement object;
ii) connecting both ends of the carbon nanotube spun yarn with an ohmmeter;
iii) deforming the shape of the strain sensor while deforming the shape of the measurement object; And
iv) measuring the tensile rate of the object to be measured using the change in the resistance value of the strain sensor; strain measurement method using a strain sensor using carbon nanotubes.
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