WO2021182801A1

WO2021182801A1 - 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛/탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법/방사형으로 정렬된 cnt를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛

Info

Publication number: WO2021182801A1
Application number: PCT/KR2021/002730
Authority: WO
Inventors: 장승환
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US20230112100A1

Abstract

본 발명은 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 것으로, 센서 유닛의 센싱부가 착용자의 발바닥을 통해 가해지는 족압이 작용할 수 있도록 그 발바닥의 폭을 가로질러 길게 배치되고, 센서 유닛의 접속부가 회로블럭의 커넥팅부에 접속되는 것을 통해 고정됨에 따라, 착용자의 보행시 족압이 좌우로 치우쳐 작용하는 경우에도, 종래와 같이 복수의 압전센서를 설치하는 경우 압력이 치우쳐 가해진 부분만 센싱이 되는 것이 아니라, 하나의 유닛으로 이루어진 센서 유닛의 센싱부가 변형되고 그 변형에 상응하는 전기적 출력신호의 크기를 하중과의 관계식을 이용하여 연산함으로써, 결국 간소한 구성에 의해서도 족압의 크기를 정밀하게 측정할 수 있게 하는 효과를 도출한다.

Description

족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛/탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법/방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛

1) 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 기술분야

본 발명은 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행시의 동적 압력크기나 정지상태에서의 체중을 정밀하게 측정할 수 있도록, 구조가 개선된 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 것이다.

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 기술분야

본 발명은 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CNT(탄소나노튜브)를 전기장 내에서 한 방향으로 정렬시킬 수 있게 하고, 적은 양에 의해서도 고성능 센서 기능을 구현할 수 있도록, 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서에 관한 것이다.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 기술분야

본 발명은 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 링 형상의 전극들 사이에 탄소나노튜브(CNT)를 방사형으로 배열하여 탄소나노튜브가 놓인 기판 상의 어느 위치에서든지 충격이나 압력 센싱이 가능하여 센싱 민감도를 향상시킬 수 있게 하고, 상대적으로 저렴한 비용으로 충격지점을 정밀하게 파악할 수 있는 등의 고성능 구현이 가능하도록, 구조가 개선된 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 것이다.

1) 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 배경기술

일상생활에서 신발은 가장 많이 사용되는 필수품 중 하나이다. 이와 같이 신발의 활용빈도 때문에 신발을 이용한 에너지 하베스팅 기술 또는 보행 패턴 분석 기술이 개발되어 왔으나, 대부분 구조가 복잡하고 효율이 낮아 실제 제품으로 제작되기까지 많은 개선점이 요구되고 있는 실정이다.

특히, 기존의 족압 측정용 신발은 인솔(insole)에 삽입된 센서가 보행 시 발바닥으로부터 전달된 압력신호를 확인할 수 있도록 구성되는데, 이러한 종래기술은 발바닥이 직접 접촉하는 부분과 그렇지 않는 부분 간에 접촉 압력의 차이가 발생하여 보행상태나 정지해 있는 상태에서의 족압 분포의 변화를 비교할 수 있기는 하나, 유한한 센서의 개수와 분포의 한계로 인해 보행시의 동적 압력크기나 정지상태에서 체중을 비교적 정확한 수준으로 측정하는 것은 불가능한 단점이 있다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1658308호

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1576609호

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 배경기술

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 크기의 미세한 분자이다. 지름 0.5~10nm의 원통형 탄소 결정체인 탄소나노튜브는 높은 인장력과 전기 전도성 등의 특성을 가지고 있어 차세대 첨단 소재로 주목받고 있고, 강도는 철강보다 100배 뛰어나다. 이러한 탄소나노튜브는 튜브의 지름이 얼마나 되느냐에 따라 도체가 되기도 하고 반도체가 되는 성질이 있음이 밝혀지면서 차세대 반도체 물질로 각광 받고 있 소재로써, 반도체와 평판 디스플레이ㆍ연료전지ㆍ초강력섬유ㆍ생체센서 등 다양한 분야에 두루 활용되는 만능소재이다.

최근 탄소나노튜브를 활용하여 인체 또는 생체조직의 미세한 움직임을 센싱하는 기술이 개발되고 있으나, 센싱 정밀도와 민감도 향상을 위해 많은 양의 CNT 가 사용되고 CNT를 이용한 센서 제작 공정이 복잡하여 원가 상승을 초래하는 문제점이 있었다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-2028209호

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0902081호

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 배경기술

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 크기의 미세한 분자이다. 지름 05~10nm의 원통형 탄소 결정체인 탄소나노튜브는 높은 인장강도와 전기 전도성 등의 특성을 가지고 있어 차세대 첨단 소재로 주목받고 있고, 강도는 철강보다 100배 뛰어나다. 이러한 탄소나노튜브는 튜브의 지름이 얼마나 되느냐에 따라 도체가 되기도 하고 반도체가 되는 성질이 있음이 밝혀지면서 차세대 반도체 물질로 각광 받고 있는 소재로써, 반도체와 평판 디스플레이ㆍ연료전지ㆍ초강력섬유ㆍ생체센서 등 다양한 분야에 두루 활용되는 만능소재이다.

이러한 탄소나노튜브를 한 방향으로 정렬하여 센서로서 활용하는 기술들이 개발되고 있으나, 한 방향 센싱 만으로는 활용성이 낮아 360도 다양한 방향에서 센싱할 수 있게 하여 예컨대 비교적 고가인 로젯 스크레인 게이지(Rosette Strain Gage)를 대체할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

최근에는 인체에 부착하여 인체 운동상태, 생체신호를 측정하기 위한 센서 기술에 관한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이나, 대부분 일반적인 일방향 센서를 여러 방향으로 하나씩 적어도 세 개 이상 부착하여 운동상태나 생체신호를 측정하는 기술이기 때문에, 하나의 센서에 의해서도 다방향 센싱을 가능하게 하는 기술개발이 필요하게 된 것이다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-2028209호

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0902081호

1) 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 기술적 과제

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 보행시의 동적 압력크기나 정지상태에서의 체중을 정밀하게 측정할 수 있게 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛을 제공하고자 하는 것이다.

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 기술적 과제

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 전기장 내에서 한 방향으로 정렬되게 하고, 정렬과정에서 극성의 영향을 받지 않고 이물질이 함유되지 않는 고순도 탄소나노튜브 제조를 가능하게 하는 탄소나노튜브 정렬 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탄소나노튜브를 이용한 센서 구조체 제조 시 제조공정의 효율을 높여 제품의 대량생산 및 원가절감을 가능하게 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 양의 탄소나노튜브에 의해서도 센싱 민감도 및 정밀도를 향상시킬 수 있게 하고, 구조의 간소화를 이룰 수 있게 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서를 제공하고자 하는 것이다.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 기술적 과제

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브가 놓인 기판 상의 어느 위치에서든지 충격이나 압력 센싱이 가능하여 센싱 민감도를 향상시킬 수 있게 하고, 웨어러블 장치에 사용되어 생체신호 측정 및 인체의 운동상태를 높은 감도로 실시간으로 감지할 수 있게 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상대적으로 저렴한 비용으로 제조할 수 있고, 충격지점을 정밀하게 파악할 수 있는 등의 고성능 구현이 가능한 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛을 제공하고자 하는 것이다.

1)족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발유닛에 관한 기술적 해결방법

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛은, 회로블럭이 설치되는 신발; 및 변형에 의해 임피던스 또는 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 리본 또는 섬유다발 형태로 이루어지고, 상기 신발 착용자의 하중에 의해 변형이 이루어지도록 상기 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향과 착용자의 발길이를 커버하는 길이방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 길게 배치되는 센싱부와 상기 센싱부의 양측에 각각 연결되고 상기 신발에 설치된 회로블럭과 전기적으로 접속되는 접속부를 구비하여서, 상기 신발 착용자의 하중에 상응하는 변형도에 따른 전기적 신호를 상기 회로블럭의 제어부에 송출시키는 센서 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 유닛은 상기 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향을 따라 길게 배치된 경우에는 상기 신발의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되고, 상기 착용자의 발길이를 따라 길게 배치된 경우에는 상기 신발의 폭방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되는 것이 바람직하다.

상기 센서 유닛의 센싱부는, 상기 신발의 안창(insole)과 중창(midsole)사이에 배치되는 것이 바람직하다.

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 기술적 해결방법

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 탄소나노튜브 정렬 방법은, CNT 함유 용액을, 한 쌍의 전극들과 그 전극들이 놓이는 기판 사이의 공간에 수용 시키는 준비 단계; 상기 전극들에 전압을 인가하여 전기장을 형성시킴으로써, 상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT를 전기장 방향으로 정렬시키는 CNT 정렬 단계; 및 상기 정렬된 CNT 만이 기판 상에 잔류 될 수 있도록, 상기 CNT 함유 용액에서 입자상의 CNT를 제외한 액상의 용액을 제거시키는 용액 제거 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 기판은, 베이스부재 및 상기 베이스부재에 놓여지되 상기 CNT 함유 용액에 접촉될 수 있는 위치에 놓여지는 여과지를 포함하여 이루어지고, 상기 준비 단계는, 상기 베이스부재와 여과지 사이에 진공 펌프를 이용하여 진공을 형성시키는 진공 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

CNT 함유 용액은 탈이온수를 포함하여 이루어지고, 상기 용액 제거 단계는, 상기 CNT 정렬 단계 이후 전압이 해제된 상태에서, 상기 진공 펌프를 이용하여 상기 탈이온수를 제거시킴으로써 상기 정렬된 CNT 만 여과지에 잔류될 수 있게 하는 탈이온수 제거 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT는 0.02 wt% 미만인 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 전극들 중 어느 하나는 원형링 형태로 이루어지고, 다른 하나는 상기 원형링 내부의 중심에 배치되어서, 상기 전기장 방향을 방사형으로 형성시킬 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.

상기 목적을 달성하기 위한 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법은, CNT가 정렬되어 있는 여과지를 몰드 위에 올려 놓고 액상의 탄성중합체를 도포하는 탄성중합체 도포 단계; 상기 도포 후 경화 공정을 거쳐, 상기 경화된 탄성중합체에 CNT를 전사시키고 상기 여과지를 제거하는 CNT 전사 단계; 및 상기 탄성중합체에 적층되어 있는 CNT의 양단에 외부로부터 전압 인가를 가능하게 하는 전극을 형성시키는 전극 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, CNT가 일방향으로 정렬되어 있는 여과지를 몰드 위에 올려 놓고 액상의 탄성중합체를 도포하는 탄성중합체 도포 단계; 상기 도포 후 경화 공정을 거쳐, 상기 경화된 탄성중합체에 CNT를 전사시키고 상기 여과지를 제거하는 CNT 전사 단계; 및 상기 탄성중합체에 적층되어 있는 CNT의 양단에 외부로부터 전압 인가를 가능하게 하는 전극을 형성시키는 전극 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 CNT를 사이에 두고 상기 탄성중합체의 반대측에 액상의 PDMS 도포 후 경화 공정을 거쳐 탄성중합체를 추가로 형성시키는 샌드위치 구조 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 정렬된 탄소나노튜브 센서는, 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어지는 탄성중합체; 및 상기 탄성중합체에 정렬된 상태로 서로 간격을 두고 놓이게 되는 복수의 CNT 단위체들과 상기 CNT 단위체들이 전극과 연결될 수 있도록 그 CNT 단위체들의 양단에 연결되는 리본 형태의 도전체들을 포함하는 CNT 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 CNT 유닛을 사이에 두고 상기 탄성중합체의 반대측에 추가로 마련되어서 그 탄성중합체와 함께 샌드위치 구조를 형성시키는 탄성중합체;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 한 쌍의 탄성중합체와 그 사이에 마련된 CNT 단위체들로 이루어지는 제1레이어 유닛; 및 상기 제1레이어 유닛에 적어도 하나 이상 적층되고, 상기 제1레이어 유닛과 동일한 구성으로 이루어지되, CNT 단위체가 상기 제1레이어 유닛의 CNT 단위체의 정렬 방향과 서로 다른 방향으로 정렬되게 배치되는 제2레이어 유닛;을 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 기술적 해결방법

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서는, 임의의 원 중심에 배치되는 내측 전극; 상기 원의 원주 상에 배치되도록 상기 내측 전극에 대해 반경방향을 따라 간격을 두고 배치되는 외측 전극; 및 각각 상기 내측 전극과 외측 전극 사이에 배치되고, 반경방향을 따라 배열되는 CNT 단위체들을 포함하고, 원주방향을 따라 방사형으로 배열되는 CNT 유닛들;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 CNT 유닛은 전도성 물질인 PEDOT:PSS를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 외측 전극은 원주방향을 따라 길게 형성된 링 형태로 이루어질 수 있다.

상기 외측 전극은 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되는 복수의 전극요소들을 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.

1) 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 발명의 효과

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 족압 측정이 가능한 스마트 신발 유닛은, 센서의 본체부가 착용자의 발바닥을 통해 가해지는 족압이 작용할 수 있도록 그 발바닥의 폭을 가로질러 길게 배치되고, 센서의 접속부가 회로블럭의 커넥팅부에 접속되는 것을 통해 고정됨에 따라, 착용자의 보행시 족압이 좌우로 치우쳐 작용하는 경우에도, 종래와 같이 복수의 압전센서를 설치하는 경우 압력이 치우쳐 가해진 부분만 센싱이 되는 것이 아니라, 하나의 유닛으로 이루어진 센서의 본체부가 변형되고 그 변형에 상응하는 전기적 출력신호의 크기를 하중과의 관계식을 이용하여 연산함으로써, 결국 간소한 구성에 의해서도 족압의 크기를 정밀하게 측정할 수 있게 하는 효과를 도출한다.

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 발명의 효과

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소나노튜브 정렬 방법은, 한 쌍의 전극들과 기판 사이의 공간에 CNT 함유 용액을 수용시킨 후 전기장을 형성시켜 CNT를 전기장 방향을 따라 정렬되게 한 후 용액을 제거하여 기판 상에 정열된 CNT만 잔류 될 수 있도록 구성됨으로써, 간소한 구성에 의해서도 전극의 설치 위치와 전기장의 세기를 다양하게 변화시켜 CNT를 원하는 방향으로 정렬시켜 줄 수 있는 효과를 가진다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소나노튜브 센서 제조방법은 정렬된 CNT가 잔류된 여과지에 탄성중합체를 도포하여 경화함으로써 탄성중합체에 CNT가 전사되게 하고, 이후 CNT의 양단에 전극을 형성하는 것에 의해 변형에 따른 전기적 신호를 송출시키는 센서를 제조할 수 있게 됨에 따라, 간소화된 공정으로 센서 제작을 가능하게 하고, 극소량의 CNT만을 사용함으로써 제조원가를 절감시킬 수 있게 하고, CNT의 정렬 방향을 탄성중합체의 변형 방향과 일치되게 하는 것에 의해 정밀한 센싱 기능 구현을 가능하게 하고 정렬 방향에 대해 직교하는 방향으로는 센싱이 되지 않게 하여 측정방향에 따른 필터기능도 구현할 수 있는 효과를 가진다.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 발명의 효과

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서는, 전극들 중 어느 하나는 원의 중심에, 다른 하나는 원주 라인 상에 배치시키고, 한 쌍의 전극들 사이에, CNT 단위체들이 반경방향을 따라 길게 연결되어 있는 CNT 유닛을 방사형으로 배열시킴으로써, 적용 구조물(센서 부착 대상)의 어느 위치에서든지 충격이나 압력이 가해진 경우 그 구조물과 함께 CNT 단위체들이 변형됨에 따라, 방사형으로 배열된 CNT 유닛들로부터 전기적 신호 송출이 가능하여 센싱 민감도를 향상시킬 수 있는 효과를 도출한다.

또한, 본 발명은 CNT 단위체들의 배열 방향인 반경 방향으로의 변형에 대한 센싱은 가능하되, 원주 방향으로의 변형에 대한 센싱은 불가능하도록 구성됨으로써, 특정 방향으로의 센싱 정밀도가 요구되는 경우 다른 방향에서 검출되는 외란 신호를 원천적으로 차단할 수 있게 됨에 따라, 요구되는 센싱 방향에서만 신호 검출이 가능한 맞춤형 센서 제작을 가능하게 하는 효과를 도출한다.

1) 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 관한 도면 설명

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛의 사시도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ단면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ단면도.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ단면도.

도 5는 본 발명 일실시예에 채용된 센서 유닛을 구성하는 센싱부의 배열 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명 일실시예에 채용된 회로블럭의 구성을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛의 도 2에 대응되는 단면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 채용된 안창과 센서 유닛 간의 결합된 상태의 저면도.

도 9는 본 발명 또 다른 실시예의 도 7의 확대부분에 대응되는 도면.

2) 탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 관한 도면 설명

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법의 구성을 공정 순서별로 나열한 블럭도.

도 11은 본 발명 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법을 구성하는 각 공정의 구현 과정을 설명하기 위한 도면.

도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선단면도.

도 13은 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선단면도.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법의 구성을 공정 순서별로 나열한 블럭도.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법을 구성하는 각 공정의 구현 과정을 설명하기 위한 도면.

도 16은 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 선단면도.

도 17은 도 15의 ⅩⅦ-ⅩⅦ 선단면도.

도 18은 도 15의 ⅩⅧ-ⅩⅧ 선단면도.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서의 구조를 보인 것으로, 도 15의 마지막 공정에 의해 도 18의 구조체에 탄성중합체가 적층됨으로써 형성된 샌드위치 구조를 갖는 센서용 레이어 유닛의 단면도.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 센서의 구조를 보인 것으로, 도 19에 도시된 센서용 레이어 유닛 한 쌍이 CNT 배열 방향을 서로 다르게 한 상태로 적층되어 있는 구조를 보인 단면도

도 21은 본 발명 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서의 사용상태도.

도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법의 전극 배치에 따른 CNT 정렬 구조를 설명하기 위한 도면.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 도면 설명

도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 구조를 보인 평면도.

도 24는 본 발명 일실시예의 동작상태도.

도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 동작 및 장점을 설명하기 위한 도면.

도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 평면도.

도 27은 본 발명 또 다른 실시예의 장점을 설명하기 위한 도면.

도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 어레이 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 어레이 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면.

1)족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 대한 설명

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

한편, 본 실시예에 대해 구체적인 설명에 앞서 신발 구조에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

즉, 신발은 여러 구성요소로 이루어져 있으나, 크게는 바닥면에 접촉되는 밑창(outsole), 착용자의 발이 접촉되는 안창(insole), 상기 밑창과 안창 사이에 배치되는 중창(midsole), 착용자의 발목을 제외한 나머지 부분을 커버하는 갑피(upper) 및 갑피 내측에 배치되어 착용자의 발등을 보호하는 텅(tongue)부재를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서는 상기 갑피의 안쪽 부분(착용자의 발에 접촉되는 부분)을 안감으로 명명하였다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛의 사시도이고, 도 2는 도 1의 ⅡⅡ단면도이며, 도 3은 도 2의 ⅢⅢ단면도이며, 도 4는 도 2의 ⅣⅣ단면도이며, 도 5는 본 발명 일실시예에 채용된 센서 유닛을 구성하는 센싱부의 배열 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명 일실시예에 채용된 회로블럭의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛은, 일상생활에서 보행시 주로 착용되는 신발(1)과 그 신발(1)에 설치되어서 신발(1) 착용자의 보행패턴이나 체중을 정밀하게 측정할 수 있게 하는 센서 유닛(2)을 포함하여 이루어진다.

상기 신발(1)은, 상기 센서 유닛(2)으로부터 송출된 신호를 입력받아 족압의 분포나 크기를 산출하기 위한 회로블럭(3)이 설치된다. 상기 회로블럭(3)은, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 센서 유닛(2)이 접속되는 커넥팅부(31)와 상기 커넥팅부(31)를 통해 송출된 상기 센서 유닛(2)의 신호를 입력받고 착용자의 보행패턴 분석 또는 정밀한 체중 측정을 위한 제어명령을 인가하는 제어부(32)와 상기 제어부(32)의 제어신호에 기초하여 족압의 분포 또는 크기를 산출하기 위한 연산부(33)와 상기 제어부(32)의 제어신호에 기초하여 상기 연산된 결과를 출력시키는 출력부(34)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 출력부(34)는 빛이나 소리를 출력시키도록 구성될 수 있고, 상기 회로블럭(3)에 신호를 무선으로 송출시키는 송신부가 마련되어 있는 경우에는 무선 통신 방식으로 착용자의 휴대폰 단말 또는 관리자 서버에 출력된 데이터를 송출시킬 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 센서 유닛(2)은, 예컨대 Carbon black(전기전도성 물질)과 같은 전기전도성 물질이 함유된 PDMS(아크릴 계열 고분자)와 같이 변형에 의해 임피던스 또는 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 리본 또는 섬유다발 형태로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 센서 유닛(2)은, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 신발 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향을 따라 길게 배치되어서 신발(1) 착용자의 하중에 의해 신발(1)의 폭방향으로 변형이 이루어지는 센싱부(21)와 상기 센싱부(21)의 양측에 각각 연결되고 상기 신발(1)에 설치된 회로블럭(3)과 전기적으로 접속되는 접속부(22)를 포함하여 이루어지고, 신발 착용자의 체중에 상응하는 상기 센싱부(21)의 변형도에 따른 전기적 신호를 상기 회로블럭(3)의 제어부(32)에 송출시킨다.

한편, 상기 센서 유닛(2)의 센싱부는 앞에서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 신발 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향을 따라 길게 배치되고 신발의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되는 것이 바람직하나, 예컨대, 신발 착용자의 발길이를 커버하는 길이방향을 따라 길게 배치되고, 신발의 폭방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되도록 구성될 수 있음은 물론이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛은, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 상기 센서 유닛(2)의 센싱부(21)가 착용자의 발바닥을 통해 가해지는 족압이 작용할 수 있도록 그 발바닥의 폭을 가로질러 길게 배치되고, 센서 유닛(2)의 접속부(22)가 회로블럭(3)의 커넥팅부(31)에 접속되는 것을 통해 고정됨에 따라, 착용자의 보행시 족압이 좌우로 치우쳐 작용하는 경우에도, 종래와 같이 복수의 압전센서(2)를 설치하는 경우 압력이 치우쳐 가해진 부분만 센싱이 되는 것이 아니라, 하나의 유닛으로 이루어진 센서 유닛(2)의 센싱부(21)가 도 2의 확대부분과 같이 인장 방식으로 변형되고 그 변형에 상응하는 전기적 출력신호의 크기를 하중과의 관계식을 이용하여 연산함으로써, 결국 간소한 구성에 의해서도 족압의 크기를 정밀하게 측정할 수 있게 하는 장점을 가진다.

이러한 장점을 발휘하는 상기 센서 유닛(2)은, 도 1 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 신발(1)의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 실시예에 의하면, 각 센서 유닛(2)이 설치된 부분의 족압의 크기를 연산할 수 있게 하여 결국 연산된 각 부분의 족압에 상응하는 하중을 더해 줌으로써 상기 센싱부(21) 전체에 가해지는 착용자의 체중을 정밀하게 측정할 수 있게 함은 물론, 상기 신발(1)의 길이방향으로의 족압 분포를 분석하여 착용자의 보행패턴을 정밀하게 분석할 수 있게 한다.

그리고, 상기 센서 유닛(2)의 센싱부(21)는, 도 2 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 착용자의 하중이 안창(11)을 통해 그 센싱부(21) 측에 원활하게 전달될 수 있도록, 상기 신발(1)의 안창(11)(insole)과 중창(12)(midsole)사이에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 상기 센싱부(21)를 안창 내부에 embedded 형태로 구성할 수도 있고, 중창 내부에 embedded 형태로 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 채용된 센서 유닛(2)은, 상기 센싱부(21)와 접속부(22) 사이에 마련되는 것으로, 상기 신발(1)의 안감(131)을 관통하여 외부로 노출되는 연결부(23)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 연결부(23)는 센싱부(21)의 길이를 상기 회로블럭(3)이 위치한 부분까지 연장시켜 주는 역할을 하는 것으로, 그 센싱부(21)와 일체로 형성되고 도 3과 같이 안감(131)의 내측공간에 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 임피던스나 커패시턴스 변화에 기초하여 정적인 변형을 센싱하는 상기 센서 유닛(2)의 예시로는 기능성 재료(Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide, CNT 등)가 첨가된 실리콘이나 아크릴 계열 고분자(PDMS, polydimethylsiloxane)로 제작한 유연 센서를 들 수 있다.

대표적 예시로 Carbon black과 같은 기능성 재료를 사용하는 경우 압저항 효과를 바탕으로 물리량을 측정하게 된다. 압저항 효과는 크게 터널링 효과와 전도 경로의 파괴 및 형성 이 두 가지 메커니즘에 기인하는데, 본 실시예에서는 유연 센서가 신축 되는 과정에서 기존의 전도 경로가 파괴되거나 혹은 새로운 전도 경로가 형성됨으로써 센서 내 전도 경로의 수를 변화시키는 메커니즘, 즉 전도성 경로의 파괴 및 형성 메커니즘이 적용되었다.

위 메커니즘 외에 기능성 센서의 구동 메커니즘으로는 전도성 고체 (혹은 분말)로 채워진 실리콘 고무의 미세 접촉-가역 효과에 기초한 저항 변화 메커니즘, 그리고 물질의 압전 분극을 해당 물질의 반도체 특성과 결합하여 센서 소자와 물리적 자극 사이의 능동적인 상호작용을 가능하게 하는 piezotronic 메커니즘이 있다.

이러한 센서의 정하중 및 온도와 같은 환경적인 요인에 의한 변형에 대한 감도를 향상시키기 위해 주석아연(Zinc Stannate, ZnSnO3) 나노큐브를 배합하는 방법이 있다. 해당 물질을 배합하는 경우 상기 센서(2) 내부의 유효 전도 경로의 수를 효과적으로 바꿀 수 있기 때문에 기능성 재료 기반 센서의 감도를 크게 향상시킬 수 있다.

상기 센서 유닛(2)의 센싱부(21)는, 도 1의 확대부분에 잘 도시된 바와 같이, 변형에 의한 전기적 신호 검출이 원활하도록, 위에서 설명한 Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide, CNT 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 계열이나 아크릴 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에 채용된 신발(1)은 착용자의 발등을 덮는 텅(tongue)부재(14)를 포함하여 이루어지되, 상기 텅부재(14)는 상기 발등을 덮는 덮개부(141)과 상기 덮개부(141)로부터 절곡되어서 일단이 상기 신발(1)의 갑피(13)(UPPER) 부분에 탈부착 가능하게 결합되고 상기 회로블럭(3)이 수용되는 설치부(142)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 설치부(142)에는 예컨대 벨크로(142a)와 같은 결합수단이 마련되는 것이 바람직하고, 이에 대응되는 상기 갑피(13) 부분에도 상기 벨크로(142a)가 결합될 수 있는 결합부가 마련되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 회로블럭(3)을 착용자의 발이 접촉되는 덮개부(141)나 갑피(13)의 안감(131)이 아닌 부분, 즉 설치부(142)에 설치되게 함으로써, 회로블럭(3)의 설치로 인해 착용의 불편함을 해소할 수 있음은 물론, 상기 설치부(142)가 갑피(13)의 외면에 탈부착 가능하게 결합되도록 구성됨으로써 운동화 끈과 같은 매듭시 설치부(142)에 의한 간섭을 초래하지 않고 매듭작업을 수행할 수 있게 하는 장점을 가진다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛을 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛의 도 2에 대응되는 단면도이다.

본 실시예는, 신발의 안감(631)에, 센서 유닛(4)의 접속부(42)와 회로블럭의 커넥팅부를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있도록 설치되는 전도성 라인(5)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 전도성 라인(5)은 와이어 형태 또는 센서 유닛(4)의 센싱부(41)와 같이 리본 형태로 구현할 수 있고, 상기 안감(631)에는 신발 끈을 고정시키기 위한 구멍과 같은 아일릿(631a)이 마련되어 있다.

본 실시예에서 상기 아일릿(631a)은 단순히 상기 안감(631)에 형성된 관통공 형태로 구현되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 예컨대 상기 관통공에 결합되는 둥근 틀 모양의 금속 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

상기 센서 유닛(4)의 접속부(42)는 상기 안감(631)의 아일릿(631a)(eyelet)을 관통하여 상기 전도성 라인(5)에 전기적으로 연결된 뿐만 아니라, 기계적으로도 단단히 체결되어 센싱부(41)가 보행중 족압에 의해 효과적으로 변형될 수 있게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는 착용자의 보행에 의한 족압 이외의 외란(disturbance), 즉 발목 비틀림이나 보행 틀어짐과 같은 외란에 의해 센서 유닛(4)의 센싱부(41)가 변형되는 것을 억제시키고, 접속부(42)가 보행 족압이 작용하는 부분과 최대한 가까운 위치인 안감(631)에 고정되어서 보행 족압이 비교적 온전히 작용하는 경우에 센서 유닛(4)의 센싱부(41)가 변형되도록 구성됨으로써, 착용자의 보행시 동적 압력크기나 정지상태에서의 체중을 정밀하게 측정할 수 있는 장점을 가진다.

한편, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛에 채용된 안창과 센서 유닛의 결합된 상태의 저면도이고, 도 9는 본 발명 또 다른 실시예의 도 7의 확대부분에 대응되는 도면이다.

본 실시예는, 신발의 안감에, 센서 유닛(9)의 접속부(92)와 회로블럭의 커넥팅부를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있도록 설치되는 안감측 전도성 라인(813)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 신발의 안창(71)은, 도 8의 (a)에 잘 도시된 바와 같이, 착용자의 발바닥이 접촉될 수 있도록 그 발바닥에 대향 배치되는 접촉부(711)와, 상기 중창에 대향 배치되는 한 쌍의 가장자리부(712)들을 포함하여 이루어진다.

상기 한 쌍의 가장자리부(712)들 사이에는 상기 센서 유닛(9)의 센싱부(91)가 안착되는 안착홈(711a)이 형성되어 있어서, 각 가장자리부(712)는 상기 안착홈(711a)의 형성으로 상대적으로 돌출된 형태를 가진다.

이러한 각 가장자리부(712)는, 상기 안감측 전도성 라인(813)에 연결되는 안창측 전도성 라인(713)을 포함하여 이루어져서, 상기 센서 유닛(9)의 접속부(92)가 상기 각 가장자리부(712)를 관통하여 상기 안창측 전도성 라인(713)에 연결되는 것에 의해 상기 센서 유닛(9)과 회로블럭 간의 접속이 이루어지게 된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 센서 유닛(9)의 접속부(92)가 안창(71)의 가장자리부(712)에 고정되는 것에 의해 착용자의 보행 족압이 온전히 작용하는 안창(71) 부분에서만 센서 유닛(9)의 센싱부(91)가 도 8의 (b)와 같이 인장 방식으로 변형되도록 구성됨으로써, 보행 족압이 아닌 다른 영향에 의한 변형과 같은 노이즈나 외란의 영향을 받지 않고 착용자의 보행시 동적 압력크기나 정지상태에서의 체중을 더욱 정밀하게 측정할 수 있는 장점을 가진다.

상기 센서 유닛(9)의 접속부(92)는 상기 각 가장자리부(712)의 구멍에 억지끼움 방식으로 결합되도록 그 구멍보다 큰 외경을 갖도록 형성됨으로서, 상기 센서 유닛(9)의 안창(71)에 대한 결속 및 분리작업을 편리하고 효율적으로 수행할 수 있게 한다.

예컨대, 상기 접속부(92)는 상기 가장자리부(712)에 대한 체결이 느슨하게 될 경우 보행 및 체중에 의한 변형값이 원래 하중을 충실히 반영하지 못할 수 있기 때문에, 운동화 끈의 매듭과 같은 구성이나 똑딱이 단추와 같은 구성을 포함하여 이루어져서 상기 가장자리부(712)에 견고히 고정되게 구성할 수도 있다.

즉, 상기 가장자리부의 구멍보다 큰 외경을 가짐으로써 그 구멍에 억지끼움 방식으로 결합되는 상기 접속부에 관한 구성은, 도 9에 도시된 예에 국한되지 않고 상기 운동화 끈의 매듭과 같은 구성이나 똑딱이 단추와 같이 스냅 결합이 가능한 구성으로 구현될 수 있음은 물론이다.

2)탄소나노튜브 정렬 방법 및 정렬된 탄소나노튜브 센서와 이의 제조방법에 대한 설명

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법의 구성을 공정 순서별로 나열한 블럭도이고, 도 11은 본 발명 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법을 구성하는 각 공정의 구현 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선단면도이며, 도 13은 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브(1) 정렬 방법은, 적은 양의 탄소나노튜브(1;CNT)에 의해서도 센싱 민감도를 향상시킬 수 있도록 그 CNT(1)를 한 방향으로 정렬시켜 주기 위한 것으로, 준비 단계(S1)와 CNT 정렬 단계(S2)와 용액 제거 단계(S3)를 포함하여 이루어진다.

도 11의 A블럭 및 도 12에 잘 도시된 바와 같이, 상기 준비 단계(S1)에서는, CNT 함유 용액을 한 쌍의 전극(21)(22)들과 그 전극(21)(22)들이 놓이는 기판(3) 사이의 공간(20)에 수용시키는 공정이 수행된다. 여기서, 상기 한 쌍의 전극(21)(22)들은 전기장을 형성시켜 주기 위해 전압이 인가되는 부분이고, 상기 기판(3)은 상기 전극(21)(22)들과 함께 액상의 CNT 함유 용액을 수용할 수 있는 공간을 형성시키는 것으로, 후술하는 용역 제거 단계 공정 수행 이후에 CNT(1)가 잔류되는 부분이다.

본 실시예에서 상기 CNT 함유 용액이 수용되는 공간(20)은, 도 12에 잘 도시된 바와 같이, 관통슬릿이 형성되어 있고 절연 소재로 이루어지는 디스크(4)와 그 디스크(4) 아래쪽에 놓여지는 기판(3)에 의해 일차적으로 형성되고, 상기 관통슬릿의 양쪽에 놓여지는 전극(21)(22)들과 기판(3)에 의해 최종적으로 한정된다.

상기 CNT 정렬 단계에서는, 도 11의 B블럭 및 C블럭의 오른쪽 확대부분에 잘 도시된 바와 같이, 상기 전극(21)(22)들에 전압을 인가하여 전기장을 형성시킴으로써, 상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT(1)를 전기장 방향으로 정렬시키는 공정이 수행된다.

예컨대, 상기 전극(21)(22)들을 서로 평행한 상태로 마주하게 배치시키는 경우에는 전기력선이 직선 형태로 형성되기 때문에, CNT(1)가 직선 형태로 정렬된다. 만약, 전극(21)(22)들을 서로 직교하게 배치시키는 경우에는 전기력선이 곡선 형태로 형성되기 때문에, CNT(1)가 곡선 형태로 정렬된다.

이와 같이, 본 실시예는 전극(21)(22)의 설치 위치와 전기장의 세기를 다양하게 변화시켜 줌으로써, CNT(1)를 원하는 방향으로 정렬시킬 수 있는 장점을 가진다.

상기 용액 제거 단계에서는, 상기 CNT 함유 용액에서 입자상의 CNT(1)를 제외한 액상의 용액을 제거시킴으로써, 상기 정렬된 CNT(1) 만이 기판(3) 상에 잔류되게 한다. 용액을 제거하는 방법은 예컨대 펌프에 의한 배출 등 다양한 방법으로 구현할 수 있음은 물론이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법은, 한 쌍의 전극(21)(22)들과 기판(3) 사이의 공간(20)에 CNT 함유 용액을 수용시킨 후 전기장을 형성시켜 CNT(1)를 전기력선 방향을 따라 정렬되게 한 후 용액을 제거하여 기판(3) 상에 한 방향으로 정열된 CNT(1)만 잔류 될 수 있도록 구성됨으로써, 간소한 구성에 의해서도 전극(21)(22)의 설치 위치와 전기장의 세기를 다양하게 변화시켜 CNT(1)를 원하는 방향으로 정렬시켜 줄 수 있는 장점을 도출한다.

상기 기판(3)은, CNT(1)가 잔류되는 부분으로 다양한 구조로 이루어질 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 글라스 재질의 베이스부재(31)와 그 베이스부재(31)에 놓여지는 여과지(32)를 포함하여 이루어진다.

상기 베이스부재(31)는 예컨대 프릿 유리와 같은 구성으로 구현될 수 있고, 상기 여과지(32)는 상기 베이스부재(31)에 놓여지되 상기 CNT 함유 용액에 접촉될 수 있는 위치에 놓여지는 것으로, 용액이 배출될 수 있는 공극을 가질 수 있도록 다공성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 실시예는 상기 여과지(32)와 베이스부재(31) 사이로 용액이 배출되는 것을 방지할 수 있도록, 도 13에 잘 도시된 바와 같이, 상기 베이스부재(31)와 여과지(32) 사이에 진공 펌프(50)를 이용하여 진공을 형성시키는 진공 형성 단계(S10)를 포함하여 이루어진다.

한편, CNT 함유 용액은 탈이온수를 포함하여 이루어져서, 탄소나노튜브(1)의 극성에 영향을 주지 않고 탈이온수 제거 이후에 이물질이 탄소나노튜브(1)에 잔류되는 것을 방지할 수 있게 한다.

본 실시예는 이러한 탈이온소를 제거하기 위한 탈이온수 제거 단계(S30)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 탈이온수 제거 단계(S30)는, 상기 CNT 정렬 단계 (S2) 이후 전압이 해제된 상태에서, 상기 진공 펌프(50)를 이용하여 상기 탈이온수를 제거 시킴으로써 상기 정렬된 CNT(1) 만 여과지(32)에 잔류될 수 있게 한다.

이와 같이, 상기 여과지(32)와 베이스부재(31) 사이에 진공을 형성시키기 위해 채용된 진공 펌프(50)를 이용하여 탈이온수를 제거하게 되면, 진공 펌프(50)에 의한 펌핑 작용으로 정렬된 탄소나노튜브(1)가 여과지(32)에 원활하게 흡착될 수 있게 하는 장점이 기대된다.

상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT(1)는 정렬의 완성도를 높이고, 적은 양에 의해서도 고성능 센서 기능 구현이 가능하도록 0.02 wt% 미만이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 탄소나노튜브(1)의 정렬을 위한 최적조건은 전압의 크기, 주파수, 시간에 따라 달라질 수 있으나, 실험결과, 350kHz-10kV로　20초 가했을 때가 최적이었다. 만약 더 높은 전압을 가할 경우 최적의 주파수 범위는 달라질 수 있음은 물론이다.

도면 중 미설명부호 5는, 상기 진공 펌프(50)의 펌핑 작용에 의해 상기 전극(21)(22)들과 기판(3) 사이의 공간(20)에 수용된 탈이온수가 상기 진공 펌프(50)의 펌핑 작용에 의해 여과지(32)를 경유하여 배출된 후 일시적으로 수용되는 용기이다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법의 구성을 공정 순서별로 나열한 블럭도이고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법을 구성하는 각 공정의 구현 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 16은 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 선단면도이며, 도 17은 도 15의 ⅩⅦ-ⅩⅦ 선단면도이며, 도 18은 도 15의 ⅩⅧ-ⅩⅧ 선단면도이며, 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서의 구조를 보인 것으로, 도 15의 마지막 공정에 의해 도 18의 구조체에 탄성중합체가 적층됨으로써 형성된 샌드위치 구조를 갖는 센서용 레이어 유닛의 단면도이다.

도 14에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 센서 제조방법은, CNT(1)가 잔류된 여과지(32)를 이용하여 인체의 피부 또는 생체 조직의 움직임(Ex.눈꺼품 움직임, 목소리 탐지, 맥박, 심장 비팅, 족압 등)을 센싱하기 위한 센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 탄성중합체 도포 단계(S4)와 CNT 전사단계(S5)와 전극 형성 단계(S6)를 포함하여 이루어진다.

도 15 및 도 16에 잘 도시된 바와 같이, 상기 탄성중합체 도포 단계(S4)에서는, CNT(1)가 일방향으로 정렬되어 있는 여과지(32)를 몰드(9) 위에 올려 놓고 액상의 탄성중합체(6)를 도포하는 공정이 수행된다.

여기서, 여과지(32)에 CNT(1)를 한 방향으로 정렬하는 방법은, 앞에서 설명한 CNT 정렬 방법에 국한되지 않고 다양한 방법으로 구현할 수 있음은 물론이다. 그리고, 상기 탄성중합체(6)는 변형 후 원래의 형상으로 복원이 가능한 재질인 다양한 소재로 구현할 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 PDMS(polydimethylsiloxane)가 채용되었다. 또한, 상기 몰드(9)로는 아크릴 재질의 몰드가 채용될 수 있고, 상기 PDMS는 상기 여과지(32) 위에 대략 100~200㎛ 두께를 갖도록 도포 될 수 있다.

도 15의 좌측 하단 및 도 17에 잘 도시된 바와 같이, 상기 CNT 전사 단계(S5)에서는 상기 탄성중합체(6) 용액 도포 후 경화 공정을 거쳐, 상기 경화된 탄성중합체(6)에 CNT(1)를 전사시키고 상기 여과지(32)를 제거하는 공정이 수행된다. 즉, 액상의 탄성중합체(6)는 점성이 있기 때문에, 상기 CNT(1)가 잔류되어 있는 여과지(32)에 도포되게 되면 그 잔류된 CNT(1)를 여과지(32)로부터 분리되게 하여 분리된 CNT(1)와 전사방식으로 결합된다.

즉, 액상의 탄성중합체(6)가 도포되면 정렬된 CNT(1)와 접촉하게 되고, 중합체(6)의 경화과정 중 두 재료간 접착이 발생하게 되며, 이 접착력은 일반적으로 여과지(32)와 CNT(1)간의 접착력보다 강하기 때문에 여과지(32)를 제거하는 과정에서 경화된 탄성중합체(6)에 CNT(1)가 자연스럽게 전사된다. 여기서, 상기 경화 공정은 대략 60℃에서 8시간 동안 오븐에서 수행될 수 있다.

이후 경화 공정에 의해 CNT(1)가 탄성중합체(6)에 견고히 고정되고, 여과지(32) 분리 공정에 의해 여과지(32)가 탄성중합체(6)로부터 분리되게 되면, 탄성중합체(6)에 CNT(1)가 잔류되어 있는 센서용 구조체가 형성되게 된다.

도 15의 우측 중간 및 도 18에 잘 도시된 바와 같이, 상기 전극 형성 단계(S6)는, 앞에서 설명한 CNT 전사 단계(S5)에서 제작된 상기 센서용 구조체로부터 신호를 전달 받기 위한 전극을 형성시켜 주기 위한 것으로, 상기 탄성중합체(6)에 적층되어 있는 CNT(1)의 양단에 메탈 페이스트 등의 도전성 연결부를 이용하여 전극(7)을 형성시키는 공정이 수행된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예에 따른 탄소나노튜브 센서 제조방법은 정렬된 CNT(1)가 잔류된 여과지(32)에 탄성중합체(6)를 도포하여 경화함으로써 탄성중합체(6)에 CNT(1)가 전사되게 하고, 이후 CNT(1)의 양단에 전극(7)을 형성하는 것에 의해 변형에 따른 전기적 신호를 송출시키는 센서를 제조할 수 있게 됨에 따라, 간소화된 공정으로 센서 제작을 가능하게 하여 제조원가를 절감시킬 수 있게 하고, CNT(1)의 정렬 방향을 탄성중합체(6)의 변형 방향과 일치되게 하는 것에 의해 정밀한 센싱 기능 구현을 가능하게 할 뿐만 아니라, 정렬되지 않은 방향으로는 신호가 차단됨으로써 측정방향에 따른 필터역할을 할 수도 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.

본 실시예는, 도 19에 잘 도시된 바와 같이, 상기 CNT(1)를 사이에 두고 상기 탄성중합체(6)의 반대측에 탄성중합체(6')가 추가된 샌드위치 구조의 센서 형성을 위하여, 샌드위치 구조 형성 단계(S7)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 샌드위치 구조 형성 단계(S7)에서는 상기 CNT(1)를 사이에 두고 상기 탄성중합체(6)의 반대측에 액상의 PDMS 도포 후 경화 공정을 거쳐 탄성중합체(6')를 추가로 형성시키는 공정이 수행된다. 여기서, 상기 추가된 탄성중합체(6)'는 예컨대 스핀 코터(8)를 사용하여 액상의 PDMS를 CNT(1)에 도포됨으로써, 한 쌍의 PDMS 층들 사이에 CNT(1)가 배치되는 타입의 센서 구조 형성을 가능하게 한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서의 구조를 보인 것으로, 도 15의 마지막 공정에 의해 도 18의 구조체에 탄성중합체가 적층됨으로써 형성된 샌드위치 구조를 갖는 센서용 레이어 유닛의 단면도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서는, 탄성중합체(6)와 CNT 유닛을 포함하여 이루어진다.

상기 탄성중합체(6)는, 앞에서 설명한 바와 같이, PDMS와 같이 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 CNT 유닛은 복수의 CNT(1) 단위체들과 한 쌍의 전극(7)들을 포함하여 이루어진다.

상기 각 CNT(1) 단위체는 상기 탄성중합체(6)에 일방향으로 정렬된 상태로 서로 간격을 두고 놓이게 되고, 상기 각 전극(7)은 상기 CNT(1) 단위체들이 외부 전력원과 전기적으로 연결될 수 있도록 그 CNT(1) 단위체들의 양단에 각각 연결되고, 메탈 페이스트 재질에 의해 리본 형태로 형성된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 정렬된 탄소나노튜브 센서는, 인체의 피부 또는 생체조직의 움직임에 따라 변형되는 탄성중합체(6)에, CNT(1) 단위체들을 서로 간격을 두고 한 방향으로 정렬되게 배치시키고, 전위차 형성을 위한 전극(7)들을 CNT(1) 단위체들의 양단에 각각 연결시킴으로써, 미세한 움직임에 따른 전기적 신호를 센싱할 수 있게 하여 간소한 구성에 의해서도 눈꺼품 움직임, 목소리 탐지, 맥박(도 21의 사용상태도 참조), 심장 비팅, 족압 등의 건강 정보를 정밀하게 센싱할 수 있게 하고, 뿐만 아니라 CNT(1)의 정렬 방향을 탄성중합체(6)의 변형 방향과 일치되게 배치시켜서 더욱 정밀하고 고성능의 센싱 기능 구현을 가능하게 하는 장점을 도출한다.

본 실시예는 CNT(1)에 의한 센싱 기능이 외부 환경에 의해 영향받는 것을 최소화시킬 수 있도록, 상기 CNT 유닛을 사이에 두고 상기 탄성중합체(6)의 반대측에 추가로 마련되어서 그 탄성중합체(6)와 함께 샌드위치 구조를 형성시키는 탄성중합체(6')를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 센서의 구조를 보인 것으로, 도 19에 도시된 센서용 레이어 유닛 한 쌍이 CNT 배열 방향을 서로 다르게 한 상태로 적층되어 있는 구조를 보인 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 센서는, 앞에서 설명한 한 쌍의 탄성중합체(6)와 그 사이에 마련된 CNT(1) 단위체로 이루어지는 레이어 유닛(101)(102)이 적어도 둘 이상 적층되되 각 레이어 유닛(101)(102)의 CNT(1) 단위체의 정렬 방향이 서로 다르게 구성된다.

즉, 본 실시예는 제1레이어 유닛(101) 및 상기 제1레이어 유닛(101)과 동일한 구성으로 이루어지되, CNT(1) 단위체가 상기 제1레이어 유닛(101)의 CNT(1) 단위체의 정렬 방향과 서로 다른 방향으로 정렬되게 배치되는 제2레이어 유닛(102)을 포함하여 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는 서로 다른 방향으로 정렬된 CNT(1) 단위체들을 탄성중합체(6,6')를 매개로 하여 적층시킬 수 있도록 구성됨으로써, 인체의 피부 또는 생체조직의 다양한 방향으로의 미세한 움직임에 따른 신호를 더욱 정밀하게 센싱할 수 있게 하는 장점을 가진다.

한편, 도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 정렬 방법의 전극 배치에 따른 CNT 정렬 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예는, 앞에서 설명한 실시예의 전극 배치 구조와는 달리, 전극(210)(220)들 중 어느 하나(210)를 원형링 형태로 구성하고 다른 하나(220)를 그 전극의 내부 중심에 배치하여 탄소나노튜브(100)의 정렬 방향을 전기장 방향인 방사형으로 구현할 수 있게 된다.

3) 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 및 센서 어레이 유닛에 관한 설명

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 구조를 보인 평면도이고, 도 24는 본 발명 일실시예의 동작상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서는, CNT 단위체(41)들을 이용하여 360도 모든 방향에서 충격이나 변형 정도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 내측 전극(20)과 외측 전극(30)과 복수의 CNT 유닛(40)들 포함하여 이루어진다.

상기 내측 전극(20)은, 상기 외측 전극(30)과 함께 외부 하중에 의해 센서에 변형이 발생함에 따른 저항변화를 측정하기 위한 부분으로, 임의의 원 중심에 배치되고 상기 외측 전극(30)으로부터 이격된 위치에 배치되어서 상기 CNT 단위체(41)들이 놓일 수 있는 공간을 형성시킨다.

상기 외측 전극(30)은, 상기 원의 원주 상에 배치되도록 상기 내측 전극(20)에 대해 반경방향을 따라 간격을 두고 배치된다.

본 실시예에 채용된 외측 전극(30)은 원주방향을 따라 길게 형성된 링 형태로 이루어져서, 방사형으로 배열된 CNT 유닛(40)들 중 어느 하나에 충격이나 압력이 가해진 경우에도 CNT 유닛(40)의 변형에 따른 전기적 신호 센싱이 가능하여, 센싱 민감도를 향상시킬 수 있게 한다.

상기 CNT 유닛(40)들은, 원주방향을 따라 간격을 두고 방사형으로 배열되며, 각각 내측 전극(20)과 외측 전극(30) 사이에 배치되고 CNT 단위체(41)들을 포함하여 이루어진다.

본 발명은 충격이나 압력이 가해지는 기판(10)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 기판(10)은 본 센서가 전사된 필름으로써 다양한 재질로 구현될 수 있음은 물론이나, 변형 후 원래의 형상으로 복원될 수 있도록 PDMS 와 같이 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서는, 전극들 중 어느 하나(내측 전극;20)는 원의 중심에, 다른 하나(외측 전극;30)는 원주 라인 상에 배치시키고, 한 쌍의 전극들(20)(30) 사이에, CNT 단위체(41)들이 반경방향을 따라 길게 연결된 CNT 유닛(40)을 방사형으로 배열시킴으로써, 예컨대 기판(10) 상의 임의의 위치(도 24의 A)에서 충격이나 압력이 가해진 경우 도 24의 이점쇄선으로 도시된 바와 같이 그 기판(10)과 함께 CNT 단위체(41)들이 변형됨에 따라, 방사형으로 배열된 CNT 유닛(40)들의 변형에 의해 저항이 변화되어서 센서의 변형을 유발한 외부 하중 및 충격의 존재 여부를 정밀하게 감지할 수 있는 장점을 가진다.

그리고, 본 실시예는 상기 CNT 유닛(40)의 CNT 단위체(41)들의 배열 방향인 반경 방향으로의 변형에 대한 센싱은 가능하되, 해당 CNT 유닛의 원주 방향으로의 변형에 대한 센싱은 불가능하도록 구성됨으로써, 특정 방향으로의 센싱 정밀도가 요구되는 경우 다른 방향에서 검출되는 외란 신호를 원천적으로 차단할 수 있어서 요구되는 센싱 방향에서만 신호 검출이 가능한 맞춤형 센서 제작을 가능하게 하는 장점을 가진다.

도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 동작 및 장점을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 채용된 각 CNT 단위체(141)는, 임피던스 값(혹은 저항값)이 변형에 따라 서로 다른 값이 출력되도록, 전도성 특성을 가진 전도성 물질(150)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 전도성 물질(150)은 다양한 소재로 구현 가능하나, 변형에 대한 응답 특성이 향상되도록 PEDOT:PSS 를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 PEDOT:PSS는, 도 25의 확대부분에 잘 도시된 바와 같이 변형에 의해 CNT 단위체(141)들의 연결이 해제된 경우에도 전도성을 유지시켜 줄 수 있게 하여 CNT 단위체(141) 내에서 전하(Charge)를 효과적으로 이동시키는 역할을 한다.

이하에서는 도 26 및 도 27을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서를 상세히 설명하기로 한다.

도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서의 평면도이고, 도 27은 본 발명 또 다른 실시예의 장점을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 채용된 외측 전극(230)은 앞에서 설명한 실시예와는 달리, 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배열됨으로써 서로 단속된 복수의 전극요소들을 포함하여 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 외측 전극(230)들이 서로 간격을 두고 단속적으로 배열되어 외부 하중에 의해 각 CNT 유닛 (240)들의 서로 다른 변형량에 대응되는 저항의 변화를 감지되도록 구성됨으로써, 센서 하나로써 다수의 센서그룹의 효과를 얻을 수 있고, 저항변화의 크기를 분석하여 적용 구조물(센서 부착대상) 상의 어느 부분에 충격이나 압력이 가해졌는지 여부를 명확히 구별할 수 있게 하는 장점을 가진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 도 26에 잘 도시된 바와 같이, 외측 전극(230)들을 원주방향을 따라 단속적으로 배열하여 그 외측 전극(230)과 연결된 CNT 유닛(240)의 변형에 의해서만 일대일 대응되게 센싱이 이루어지도록 구성됨으로써, 도 27의 (a)에 도시된 종래기술과 같이 고가의 로젯 스트레인 게이지(R; Rosette Strain Gage)를 사용하지 않고도, 도 27의 (b)와 같이 분석에 필요한 방향으로 배열된 CNT 유닛들의 감지 데이터만을 선택적으로 사용하여 로젯 스트레인게이지와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 더 많은 방향의 CNT 유닛정보를 활용할 수 있으므로 측정 변형률의 정밀도를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 어레이 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예는, 앞에서 설명한 센서(300)가 복수개 마련되고 서로 간격을 두고 배열되어서, 측정대상 구조물(310)의 임의 위치에 충격이나 압력이 가해진 경우 그 측정대상 구조물(310)과 함께 변형되는 CNT 유닛의 변형에 따라 신호가 송출되는 센서(300)들을 선별하고, 그 선별된 센서(300)들의 센싱 데이터와 미리 반복적인 실험을 통해 설정된 검출 시나리오를 비교하여, 충격이나 압력이 어느 부분에 발생하였는지를 정밀하게 센싱할 수 있게 하는 장점을 가진다.

예컨대, 본 실시예에 따른 센서 어레이 유닛이 태권도 호구에 채용된 경우, 타격이 이루어진 위치와 그 외의 위치에서의 신호크기가 다를 것이며, 이러한 신호가 송출됨으로써 그 호구의 어느 위치에 타격이 가해졌는지를 정밀하게 센싱할 수 있게 된다.

이러한 센싱 정밀도를 더욱 높일 수 있도록, 도 29에 잘 도시된 바와 같이, 상기 각 센서의 외측 전극(430)은 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되는 복수의 전극요소들을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 측정대상 구조물(410)에 충격이 발생한 경우 각 전극요소들 사이에서 변형이 발생한 CNT 유닛(440)들의 신호들 중 가장 큰 신호가 발생한 유닛의 정열방향 연장선들이 만나는 지점을 충격발생지점(A)으로 선정할 수 있게 함으로써, 충격이나 압력이 작용한 지점을 정밀하게 계측할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims

회로블럭이 설치되는 신발; 및

변형에 의해 임피던스 또는 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 리본 또는 섬유다발 형태로 이루어지고, 상기 신발 착용자의 하중에 의해 변형이 이루어지도록 상기 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향과 착용자의 발길이를 커버하는 길이방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 길게 배치되는 센싱부와 상기 센싱부의 양측에 각각 연결되고 상기 신발에 설치된 회로블럭과 전기적으로 접속되는 접속부를 구비하여서, 상기 신발 착용자의 하중에 상응하는 변형도에 따른 전기적 신호를 상기 회로블럭의 제어부에 송출시키는 센서 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛은 착용자의 발폭을 커버하는 폭방향을 따라 길게 배치된 경우에 상기 신발의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되고, 상기 착용자의 발길이를 따라 길게 배치된 경우에 상기 신발의 폭방향을 따라 간격을 두고 복수개 배열되는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛의 센싱부는, 상기 신발의 안창(insole)과 중창(midsole)사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛의 센싱부는, Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide, CNT 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 계열이나 아크릴 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛은, 상기 센싱부와 접속부 사이에 마련되는 것으로 상기 신발의 안감을 관통하여 외부로 노출되는 연결부;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 신발의 안감에, 상기 센서 유닛의 접속부와 회로블럭의 커넥팅부를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있도록 설치되는 전도성 라인;을 더 포함하여 이루어지고,

상기 센서 유닛의 접속부는 상기 안감의 아일릿(eyelet)을 관통하여 상기 전도성 라인에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 신발의 안감에, 상기 센서 유닛의 접속부와 회로블럭의 커넥팅부를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있도록 설치되는 안감측 전도성 라인;을 더 포함하여 이루어지고,

상기 신발의 안창은,

착용자의 발바닥이 접촉될 수 있도록 그 발바닥에 대향 배치되는 접촉부; 및

상기 중창에 대향 배치되고 상기 센서 유닛의 센싱부가 안착되는 안착홈이 형성되어 있고 상기 안착홈의 형성으로 상대적으로 돌출되어지며 각각 상기 안감측 전도성 라인에 연결되는 안창측 전도성 라인이 마련되어 있는 한 쌍의 가장자리부들을 포함하여 이루어져서, 상기 센서 유닛의 접속부가 상기 각 가장자리부를 관통하여 상기 안창측 전도성 라인에 연결되는 것에 의해 상기 센서 유닛과 회로블럭 간의 접속이 이루어질 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛의 접속부는 상기 각 가장자리부의 구멍에 억지끼움 방식으로 결합되도록 그 구멍보다 큰 외경을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 센서 유닛의 접속부는 상기 각 가장자리부에 스냅 결합부가 마련된 경우에 그 스냅 결합부에 억지끼움 방식으로 결합되는 스냅 결합부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
제1항에 있어서,

상기 신발은 상기 착용자의 발등을 덮는 텅(tongue)부재를 포함하여 이루어지되, 상기 텅부재는 상기 발등을 덮는 덮개부과 상기 덮개부로부터 절곡되어서 일단이 상기 신발의 갑피 부분에 탈부착 가능하게 결합되고 상기 회로블럭이 수용되는 설치부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 족압 측정이 가능한 인장방식의 스마트 신발 유닛.
CNT 함유 용액을, 한 쌍의 전극들과 그 전극들이 놓이는 기판 사이의 공간에 수용시키는 준비 단계;

상기 전극들에 전압을 인가하여 전기장을 형성시킴으로써, 상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT를 전기장 방향으로 정렬시키는 CNT 정렬 단계; 및

상기 정렬된 CNT 만이 기판 상에 잔류될 수 있도록, 상기 CNT 함유 용액에서 입자상의 CNT를 제외한 액상의 용액을 제거시키는 용액 제거 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 정렬 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판은, 베이스부재 및 상기 베이스부재에 놓여지되 상기 CNT 함유 용액에 접촉될 수 있는 위치에 놓여지는 여과지를 포함하여 이루어지고,

상기 준비 단계는, 상기 베이스부재와 여과지 사이에 진공 펌프를 이용하여 진공을 형성시키는 진공 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 정렬 방법.
제12항에 있어서,

CNT 함유 용액은 탈이온수를 포함하여 이루어지고,

상기 용액 제거 단계는, 상기 CNT 정렬 단계 이후 전압이 해제된 상태에서, 상기 진공 펌프를 이용하여 상기 탈이온수를 제거시킴으로써 상기 정렬된 CNT 만 여과지에 잔류될 수 있게 하는 탈이온수 제거 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 정렬 방법.
제11항에 있어서,

상기 CNT 함유 용액에 함유되어 있는 CNT는 0.02 wt% 미만인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 정렬 방법.
제11항에 있어서,

상기 한 쌍의 전극들 중 어느 하나는 원형링 형태로 이루어지고, 다른 하나는 상기 원형링 내부의 중심에 배치되어서, 상기 전기장 방향을 방사형으로 형성시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 정렬 방법.
CNT가 일방향으로 정렬되어 있는 여과지를 몰드 위에 올려 놓고 액상의 탄성중합체를 도포하는 탄성중합체 도포 단계;

상기 도포 후 경화 공정을 거쳐, 상기 경화된 탄성중합체에 CNT를 전사시키고 상기 여과지를 제거하는 CNT 전사 단계; 및

상기 탄성중합체에 적층되어 있는 CNT의 양단에 외부로부터 전압 인가를 가능하게 하는 전극을 형성시키는 전극 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법.
제16항에 있어서,

상기 CNT를 사이에 두고 상기 탄성중합체의 반대측에 액상의 PDMS 도포 후 경화 공정을 거쳐 탄성중합체를 추가로 형성시키는 샌드위치 구조 형성 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서 제조방법.
탄성 변형이 가능한 재질로 이루어지는 탄성중합체; 및

상기 탄성중합체에 일방향으로 정렬된 상태로 서로 간격을 두고 놓이게 되는 복수의 CNT 단위체들과 상기 CNT 단위체들이 전극과 연결될 수 있도록 그 CNT 단위체들의 양단에 연결되는 리본 형태의 도전체들을 포함하는 CNT 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서.
제18항에 있어서,

상기 CNT 유닛을 사이에 두고 상기 탄성중합체의 반대측에 추가로 마련되어서 그 탄성중합체와 함께 샌드위치 구조를 형성시키는 탄성중합체;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서.
제19항에 있어서,

상기 한 쌍의 탄성중합체와 그 사이에 마련된 CNT 단위체들로 이루어지는 제1레이어 유닛; 및

상기 제1레이어 유닛에 적어도 하나 이상 적층되고, 상기 제1레이어 유닛과 동일한 구성으로 이루어지되, CNT 단위체가 상기 제1레이어 유닛의 CNT 단위체의 정렬 방향과 서로 다른 방향으로 정렬되게 배치되는 제2레이어 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정렬된 탄소나노튜브 센서.
임의의 원 중심에 배치되는 내측 전극;

상기 원의 원주 상에 배치되도록 상기 내측 전극에 대해 반경방향을 따라 간격을 두고 배치되는 외측 전극; 및

상기 내측 전극과 외측 전극 사이에 배치되고, 반경 방향을 따라 배열되는 CNT 단위체들을 포함하고, 원주방향을 따라 방사형으로 배열되는 복수의 CNT 유닛들;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서.
제21항에 있어서,

상기 CNT 유닛은 전도성 물질인 PEDOT:PSS를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서.
제21항에 있어서,

상기 외측 전극은 원주방향을 따라 길게 형성된 링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서.
제21항에 있어서,

상기 외측 전극은 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되는 복수의 전극요소들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항의 센서가 복수개 마련되고 서로 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 어레이 유닛.
제25항에 있어서,

상기 각 센서의 외측 전극은 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되는 복수의 전극요소들을 포함하여 이루어져서, 상기 피감지체에 충격이 발생한 경우 각 전극요소들 사이에서 가장 큰 변형이 발생한 CNT 단위체들의 연장선이 만나는 지점을 충격발생지점으로 선정할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 방사형으로 정렬된 CNT를 이용한 센서 어레이 유닛.