KR20220081688A - 플렉서블 압력 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220081688A
KR20220081688A KR1020200171468A KR20200171468A KR20220081688A KR 20220081688 A KR20220081688 A KR 20220081688A KR 1020200171468 A KR1020200171468 A KR 1020200171468A KR 20200171468 A KR20200171468 A KR 20200171468A KR 20220081688 A KR20220081688 A KR 20220081688A
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이태우
장기석
김학진
판홍
지광환
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엘지디스플레이 주식회사
서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고감도의 플렉서블 압력 센서는 유연성 기판들 상에 형성된 전극들 사이에 배치된 가변 저항 복합체를 포함한다. 상기 가변 저항 복합체는 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가변 저항 복합체는 섬유 구조체에 소정의 농도를 갖는 맥신(MXene) 수용액을 드롭핑하는 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있다.

Description

플렉서블 압력 센서 및 이의 제조 방법{FLEXIBLE PRESSURE SENSOR AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 플렉서블 압력 센서 및 이의 제조 방법에 대한 것이다. 구체적으로, 민감도가 향상된 플렉서블 압력 센서 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
현재 휴대용 정보통신 및 스마트 기기의 보급이 활성화되고 있다. 더 나아가, 단순 휴대형에서 벗어나 사람의 몸에 착용하거나 부착하거나 인체 내부에 삽입이 가능한 웨어러블 소자 및 전자피부에 대한 관심이 증가하고 있다.
한편, 비표면적이 크고 친수성이 우수하며 전도성이 높은 2차원 적층 재료인 MXene(Mn+1XnTx, 여기서 M은 전이금속이고, X는 C 또는 N이고, Tx는 -O, -OH, 또는 -F 등의 작용기이고, n은 1, 2, 또는 3임)은 압전 저항성(piezoresitive) 재료로서 널리 알려져 있다. 2차원 나노 시트들이 적층된 압축성 적층 구조가 MXene의 전도성 또는 저항이 변경 가능하게 하는 요소이다. 그러나, MXene 기반의 압력 센서는 외부 자극 하에서 2차원 나노 시트들 사이의 제한된 층간 거리로 인해 외부 자극에 따른 변형률이 제한적이다. 따라서, MXene 기반의 압력 센서는 넓은 압력 범위에서 고감도의 센싱 특성을 가지기 어렵다.
따라서, 기존의 MXene 기반의 압력 센서들이 갖는 변형률 제한을 극복할 수 있는 고감도의 압력 센서가 필요하다. 이에 본 발명의 발명자들은 전자피부(E-skin) 및 웨어러블 소자에 응용가능한 고감도의 플렉서블 압력 센서 및 그 제조 방법을 발명하였다.
본 발명의 목적은 압력 변화에 대한 민감도가 향상된, 즉 고감도의 플렉서블 압력 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 압력 변화에 민감도가 향상된, 즉 고감도의 플렉서블 압력 센서를 제조할 수 있는 용이한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고감도의 플렉서블 압력 센서는 유연성 기판들 상에 형성된 전극들 사이에 배치된 가변 저항 복합체를 포함한다. 상기 가변 저항 복합체는 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서의 제조 방법은 먼저, 제1 유연성 기판 상에 제1 전극을 형성하고, 제2 유연성 기판 상에 제2 전극을 형성한다. 그리고, 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함하는 가변 저항 복합체를 제조한다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 가변 저항 복합체를 배치한다. 이에 따라, 압력 변화에 대한 민감도가 향상된, 즉 고감도의 압력 센서가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 MXene을 포함하는 가변 저항 복합체를 이용함으로써, 플렉서블 압력 센서의 민감도가 향상될 수 있다. 특히, 실크 피브로인으로 이루어진 마이크로 섬유로 이루어진 0.05mm~0.12mm 두께를 갖는 섬유 구조체에 Ti3C2Tx를 코팅하여 가변 저항 복합체를 형성함으로써, 플렉서블 압력 센서의 민감도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체에 2 mg/ml 농도의 MXene 수용액을 드롭핑하는 등의 간단한 공정을 통해 가변 저항 복합체를 손쉽게 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 저항 복합체의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크 피브로인 및 가변 저항 복합체를 나타내는 광학 이미지들 및 SEM 이미지들이다.
도 5는 MXene(Ti3C2Tx) 수용액의 농도에 따른 I-V 그래프들이다.
도 6 내지 도 8은 다양한 두께의 섬유 구조체들에 대한 압력 대 상대 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 9 내지 도 11은 동적 압력 변화에 대한 상대 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 12 내지 도 14는 다양한 압력 소스에 대한 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서 및 이의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서(10)는 제1 유연성 기판(11) 상에 배치된 제1 전극(13), 제2 유연성 기판(19) 상에 배치된 제2 전극(17), 제1 전극(13)과 제2 전극(17) 사이에 배치된 가변 저항 복합체(15)를 포함한다. 가변 저항 복합체(15)는 마이크로 섬유가 3차원적으로 네트워크를 형성한 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함할 수 있다. 여기서, 맥신(MXene)은 Ti3C2Tx일 수 있다.
플렉서블 압력 센서(10)는 외부에서 압력이 가해짐에 따라 저항값이 변하는 저항형 압력 센서일 수 있다. 플렉서블 압력 센서(10)에 외부에서 압력이 가해지면, 가변 저항 복합체(15)의 저항이 감소하고, 제1 전극(13)과 제2 전극(17) 사이에 흐르는 전류가 증가한다. 외부의 압력에 의해 가변 저항 복합체(15)가 압축됨에 따라 상기 섬유 구조체 내에서 3차원 네트워크를 형성하고 있는 마이크로 섬유들 간의 접점의 개수가 증가하게 된다. 이에 따라, 가변 저항 복합체(15)의 저항이 감소하게 된다. 압력의 크기가 더 증가할수록 마이크로 섬유들 간의 접점의 개수가 더 증가하고, 가변 저항 복합체(15)의 저항은 더 감소하게 된다.
가변 저항 복합체(15)를 구성하는 상기 섬유 구조체는 마이크로 섬유가 3차원적으로 네트워크를 형성하고 있으므로 탄성력을 가지고, 이 때문에 외부의 압력이 제거되면 가변 저항 복합체(15)는 압력이 가해지기 전의 상태로 회복될 수 있다.
가변 저항 복합체(15)를 구성하는 상기 섬유 구조체의 두께는 0.05 내지 0.12 mm일 수 있다. 상기 섬유 구조체의 두께를 0.05 mm 미만으로 하면, 압력 인가 시에 제1 전극과 제2 전극이 직접 접촉하여, 즉 단락이 생겨 플렉서블 압력 센서(10)가 센서로서 기능할 수 없다. 그리고, 상기 섬유 구조체의 두께를 0.12 mm 초과로 하면 압력 인가 시에 마이크로 섬유간의 접점의 수가 크게 변하지 않아 플렉서블 압력 센서(10)의 감도가 급격히 저하된다. 상기 섬유 구조체의의 두께를 0.05 내지 0.12 mm로 설정하면, 플렉서블 압력 센서(10)의 민감도(sensitivity)가 30 kPa-1 이상으로 향상될 수 있다. 특히, 가변 저항 복합체(15)의 두께가 0.05 mm인 경우, 플렉서블 압력 센서(10)의 민감도(sensitivity)가 120 kPa-1 이상으로 향상될 수 있다.
가변 저항 복합체(15)를 구성하는 섬유 구조체의 상기 마이크로 섬유는 천연 바이오 소재로서, 예를 들어, 실크 피브로인(silk fibroin), 셀룰로오스(cellulose), 거미 실크(spider silk) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 마이크로 섬유는 바람직하게 실크 피브로인(silk fibroin)일 수 있다. 상기 마이크로 섬유는 수 μm 내지 수 십 μm의 굵기를 가질 수 있다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(17)은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(13) 및 제2 전극(17)은 예를 들어, Ni/Au 적층구조를 가질 수 있다. Ni층의 두께는 예를 들어, 4nm이고, Au층의 두께는 예를 들어, 100nm일 수 있다. 제1 전극(13) 및 제2 전극(17)에는 신호 전달 및 전원 공급을 위해 금속 와이어(예를 들어, 구리 와이어)가 연결될 수 있다.
제1 유연성 기판(11)및 제2 유연성 기판(19)은 폴리다이메틸실록세인(PDMS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 중 어느 하나일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 저항 복합체의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서의 제조 방법은, 제1 유연성 기판 상에 제1 전극을 제조하는 단계(S21); 제2 유연성 기판 상에 제2 전극을 제조하는 단계(S23); 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함하는 가변 저항 복합체를 제조하는 단계(S25); 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 가변 저항 복합체를 배치하는 단계(S27);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서의 제조 방법에 의하면, 제1 유연성 기판/제1 전극/가변 저항 복합체/제2 전극/제2 유연성 기판의 적층 구조를 가진 압력 센서가 제조될 수 있다. 신호 전달 및 전원 공급을 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에는 금속 와이어(예를 들어, 구리 와이어)가 연결될 수 있다.
상기 제1 유연성 기판 및 상기 제2 유연성 기판은 폴리다이메틸실록세인(PDMS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 예를 들어, Ni/Au 적층구조를 가질 수 있다. Ni층의 두께는 예를 들어, 4 nm이고, Au층의 두께는 예를 들어, 100nm일 수 있다.
상기 가변 저항 복합체를 제조하는 단계(S25)는, 분산된 맥신(MXene) 나노시트들을 포함하는 맥신(MXene) 수용액을 준비하는 단계(S31); 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체를 준비하는 단계(S33); 상기 마이크로 섬유의 표면에 맥신(MXene)을 코팅하기 위해 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 적용하는 단계(S35)를 포함한다.
맥신(MXene) 수용액을 준비하는 단계(S31)는 맥신(MXene) 나노시트들을 제조하는 단계, 및 물에 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 맥신(MXene)은 Ti3C2Tx 이고, 상기 맥신(MXene) 수용액에서 상기 Ti3C2Tx의 농도는 2 mg/ml일 수 있다. 상기 맥신(MXene)은 Ti3C2Tx 인 경우, 아래 실시예에서 설명하는 바와 같이, Ti3AlC2분말을 LiF-HCl 에칭 용액에 첨가한 후, 교반, 세척 및 건조 과정을 통해 Ti3C2Tx 나노시트 분말을 제조할 수 있다.
섬유 구조체를 준비하는 단계(S33)는 직접 섬유 구조체를 제조하거나 시판되는 섬유 구조체를 이용하는 것을 포함한다.
상기 섬유 구조체의 두께는 0.05 내지 0.12 mm일 수 있다. 상기 섬유 구조체의 상기 마이크로 섬유는 천연 바이오 소재로서, 예를 들어, 실크 피브로인(silk fibroin), 셀룰로오스(cellulose), 거미 실크(spider silk) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 마이크로 섬유는 바람직하게 실크 피브로인(silk fibroin)일 수 있다. 섬유 구조체가 실크 피브로인으로 이루어진 경우, 섬유 구조체를 준비하는 단계(S33)는 실시예에서 설명하는 바와 같이, 누에 고치의 정련 공정 및 펼침 공정을 통해 실크 피브로인 필름을 제조할 수 있다.
상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 적용하는 단계(S35)는 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 드롭핑(dropping)하는 단계; 및 그 결과물을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 섬유 구조체의 마이크로 섬유의 표면에 맥신(MXene)의 나노시트들이 골고루 코팅되도록 하기 위해, 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 적용하는 단계(S35)에서 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 드롭핑(dropping)하는 단계 및 그 결과물을 건조하는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
이와 달리, 상기 섬유 구조체를 상기 맥신(MXene) 수용액에 담그는 등의 방법도 가능하다.
상술한 단계들 중 적어도 일부는 순서에 무관하며 동시에 실행이 가능할 수 있다.
<실시예>
(제1 및 제2 전극의 제조)
제1 유연성 기판(예를 들어, PDMS 필름) 상에 전자빔 증착기(e-beam evaporator)를 이용하여 Ni(두께 4nm)/Au(두께 100nm) 막을 증착하여, 제1 전극을 제조하였다. 제2 유연성 기판(예를 들어, PDMS 필름) 상에 전자빔 증착기(e-beam evaporator)를 이용하여 Ni(두께 4nm)/Au(두께 100nm) 막을 증착하여 제2 전극을 제조하였다.
(가변 저항 복합체의 제조)
1) MXene(Ti3C2Tx)수용액의 제조
1.98g의 LiF을 HCl 용액(6M, 30ml)에 첨가하고, 충분히 용해되도록 10분 동안 교반하여 에칭 용액을 제조하였다. 그 후, 1.2g의 Ti3AlC2분말을 5분 동안 천천히 상기 에칭 용액에 첨가하고, 40℃에서 45분 동안 교반하였다. 이어서, 얻어진 현탁액을 탈이온수(DI water)로 세척하고 원심 분리하였다. 현택액의pH가 6.0이상이 될 때까지 반복적으로 세척하고 원심 분리하였다. 최종 침전물을 진공 오븐 속에서 40℃에서 24시간동안 건조하여 MXene(Ti3C2Tx) 나노시트들을 제조하였다. 그 다음, 울트라 소닉 방법을 이용하여 MXene(Ti3C2Tx) 나노시트들을 1 내지 4 mg/ml의 농도로 물에 분산시켜 MXene 수용액을 제조하였다.
도 5는 MXene(Ti3C2Tx) 수용액의 농도에 따른 I-V 그래프들이다. 도 5를 참조하면, MXene(Ti3C2Tx) 수용액의 농도가 높을수록 초기 저항이 낮아진다. 3 mg/ml 및 4 mg/ml MXene 수용액을 사용하여 제조된 압력 센서의 초기 저항이 너무 낮아서, 압력을 가하면 전류 값이 거의 변하지 않았다. 1 mg/ml MXene 수용액을 사용하여 제조된 압력 센서의 초기 저항은 너무 높아서, 감도가 너무 낮았다. 따라서 2 mg/ml MXene 수용액을 사용하여 제조된 압력 센서의 초기 저항이 고감도 압력 센서에 가장 적합하였다.
2) 섬유 구조체로서 실크 피브로인 필름의 제조
누에고치(cocoons)를 Na2CO3용액(0.02M)에 98-100℃에서 40분간 배양한 후 탈이온수로 완전히 세척하여 세리신 단백질을 제거했다(정련 공정). 세리신 단백질이 제거된 누에 고치의 한쪽을 개방한 뒤, 물속에서 반달 모양(활 모양)의 틀을 이용하여 넓게 펼친다(펼침 공정). 복수개의 누에 고치들을 중첩함으로써, 실크 피브로인 필름의 두께가 증가될 수 있다. 중첩되는 복수개의 누에 고치들의 개수를 조절함으로써, 실크 피브로인 필름의 두께를 조절할 수 있다. 그 다음, 실온에서 건조한 후, 원하는 크기(예를 들어, 4cm × 4cm)의 조각으로 자른다. 이러한 방법으로 0.05mm, 0.12mm, 0.15mm 두께의 실크 피브로인 필름을 제조하였다.
3) 가변 저항 구조체의 제조
준비된 실크 피브로인 필름들에 준비된 MXene(Ti3C2Tx) 수용액들을 각각 드롭핑(dropping)한 후 건조하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크 피브로인 및 가변 저항 복합체를 나타내는 광학 이미지들 및 SEM 이미지들이다. 도 4의 (a)는 실크 피브로인 섬유로 이루어진 섬유 구조체의 일부를 촬영한 것으로서, 실크 피브로인 섬유의 표면이 매끄러운 것을 확인할 수 있다. 도 4의 (b)는 가변 저항 구조체의 일부를 촬영한 것으로서, 실크 피브로인 섬유의 표면에 MXene(Ti3C2Tx)이 코팅되어 거친 것을 확인할 수 있다.
(플렉서블 압력 센서의 제조)
상술한 방법에 의해 제조된 제1 전극과 제2 전극 사이에 가변 저항 복합체를 배치시켜 제1 유연성 기판/제1 전극/가변 저항 복합체/제2 전극/제2 유연성 기판의 적층 구조를 가진 플렉서블 압력 센서를 제조하였다.
<실험예>
도 6 내지 도 8은 다양한 두께의 섬유 구조체들에 대한 압력 대 상대 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 입력 압력이 0.12 kPa에서 20 kPa로 변화할 때, 3차원 미세섬유 네트워크 구조에 의한 접점의 개수의 증가로 인해 상대 전류는 급격하게 증가하였다. 섬유 구조체의 두께를 0.05 내지 0.12 mm로 설정하면, 플렉서블 압력 센서의 민감도(sensitivity)가 30 kPa-1 이상으로 향상될 수 있다. 특히, 섬유 구조체의 두께가 0.05 mm인 경우, 압력 센서의 민감도(sensitivity)가 120.08 kPa-1으로 향상되었다. 섬유 구조체의 두께가 증가함에 따라 압력 센서의 민감도(sensitivity)가 감소하였다. 섬유 구조체의 두께가 0.12mm인 경우, 플렉서블 압력 센서의 민감도(sensitivity)가 30.67 kPa-1이었다. 특히, 섬유 구조체의 두께가 0.15mm인 경우, 플렉서블 압력 센서의 민감도(sensitivity)가 15.19 kPa-1으로 감소하였다.
도 9 내지 도 11은 동적 압력 변화에 대한 상대 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 200 Pa, 1 kPa 및 2 kPa의 외부 압력의 동적 로딩 및 언로딩 프로세스에서 플렉서블 압력 센서는 우수한 성능을 보여준다. 더 높은 외부 압력에 대해 더 큰 동적 감도와 더 안정적인 상대 전류의 변동을 나타냈다. 이는 플렉서블 압력 센서가 다양한 동적 압력에 대해 신뢰성을 가진다는 것을 보여준다.
도 12 내지 도 14는 다양한 압력 소스에 대한 전류 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 압력 센서에 미세한 압력들(물방울, 스테이플, 종이조각)을 가하는 경우에도 뚜렷하고 안정적인 전류 변화를 보였다. 도 12를 참조하면, 물방울의 수(한 방울이 약 38mg)가 증가함에 따라, 압력 센서의 실시간 전류는 안정적인 변화와 단계적인 상승 현상을 보여 주었고, 이는 3차원 네트워크를 형성하는 실크 피브로인/MXene(Ti3C2Tx)이 외부의 동적인 미세 자극에 연속적이고 일시적인 변형을 보인다는 증거이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 0.12g 스테이플(staple) 뿐만 아니라 27.4mg의 종이 조각에 대해서도 안정적이고 명확한 전류 변화를 보였다.
본 발명의 실시예들에서 제시된 압력센서는 압력/터치센서, 특히 플렉서블 또는 폴더블 디스플레이용 소프트 압력/터치센서, 생체모니터링용 패치형 센서, 웨어러블 햅틱 소자의 압력센서, 로봇 피부, 보철 의료기기 등의 전자피부 등에 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
11: 제1 유연성 기판 13: 제1 전극
15: 가변 저항 복합체 17: 제2 전극
19: 제2 유연성 기판

Claims (12)

  1. 제1 유연성 기판 상의 제1 전극;
    제2 유연성 기판 상의 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 가변 저항 복합체;를 포함하고,
    상기 가변 저항 복합체는 3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함하는 플렉서블 압력 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 섬유는 실크 피브로인(silk fibroin)인 플렉서블 압력 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 맥신(MXene)은 Ti3C2Tx인 플렉서블 압력 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 구조체의 두께는 0.05 내지 0.12 mm인 플렉서블 압력 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 Ni/Au 적층구조를 가지는 플렉서블 압력 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유연성 기판 및 상기 제2 유연성 기판은 폴리다이메틸실록세인(PDMS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 중 어느 하나인 플렉서블 압력 센서.
  7. 제1 유연성 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    제2 유연성 기판 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
    3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체 및 상기 마이크로 섬유의 표면에 코팅된 맥신(MXene)을 포함하는 가변 저항 복합체를 제조하는 단계; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 가변 저항 복합체를 배치하는 단계;를 포함하는 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변 저항 복합체를 제조하는 단계는,
    분산된 맥신(MXene) 나노시트들을 포함하는 맥신(MXene) 수용액을 준비하는 단계;
    3차원적으로 네트워크를 형성하는 마이크로 섬유로 이루어진 섬유 구조체를 준비하는 단계;
    상기 마이크로 섬유의 표면에 맥신(MXene)을 코팅하기 위해 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 적용하는 단계를 포함하는 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로 섬유는 실크 피브로인이고, 상기 맥신(MXene)은 Ti3C2Tx인 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 맥신(MXene) 수용액에서, 상기 Ti3C2Tx의 농도는 2 mg/ml인 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 섬유 구조체의 두께는 0.05 내지 0.12 mm인 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 적용하는 단계는 상기 맥신(MXene) 수용액을 상기 섬유 구조체에 드롭핑(dropping)하는 단계를 포함하는 플렉서블 압력 센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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