신축성 탄소나노튜브 섬유기반 전자피부향 고민감성 플렉시블 압력 및 응력센서 개발 Flexible Capacitive Pressure and Flexion Sensors Using Elastomer-Coupled Carbon Nanotube Fibers for Electronics Skin Applications원문보기
최근 전자광학기기가 발달됨에 따라 기기의 성능뿐 아니라 인간 친화적인 유연하고 가벼운 특성을 가진 기기의 새로운 기능성에 대한 관심이 집중되고 있다. 이러한 차세대 유비쿼터스 플랫폼으로 고려되고 있는 유망한 분야가 인간친화형 전자피부(E-skin)이다. 따라서 본 연구에서는 전도성 탄소나노튜브 섬유와 절연성 Ecoflex를 기반으로 유연한 정전용량방식의 전자피부 향 물리적 센서소자를 제조하였으며, 외부압력 및 ...
최근 전자광학기기가 발달됨에 따라 기기의 성능뿐 아니라 인간 친화적인 유연하고 가벼운 특성을 가진 기기의 새로운 기능성에 대한 관심이 집중되고 있다. 이러한 차세대 유비쿼터스 플랫폼으로 고려되고 있는 유망한 분야가 인간친화형 전자피부(E-skin)이다. 따라서 본 연구에서는 전도성 탄소나노튜브 섬유와 절연성 Ecoflex를 기반으로 유연한 정전용량방식의 전자피부 향 물리적 센서소자를 제조하였으며, 외부압력 및 응력의 미세한 변화에 대한 센서의 성능을 체계적으로 고찰하고자 하였다. 이를 위하여 전도성 탄소나노튜브 섬유의 직경과 표면 모폴로지를 제어하고 외부이력에 따른 센서의 정전용량 변화를 실시간으로 관찰하여 센서의 물리적 민감도를 산출하였다. 첫째로, 물리적 센서를 구성하는 탄소나노튜브 섬유의 직경이 증가할수록 미세한 압력의 범위에서 센서의 민감도가 증가하였는데, 이는 직경이 증가하면서 상대적으로 절연체로 사용된 Ecoflex의 두께가 감소함에 따라 동일한 압력 하에서 정전용량의 변화율이 증가한 것으로 판단된다. 더 나아가 본 연구에서 제작한 센서의 상대적으로 높은 압력범위에서의 민감도를 향상시키기 위해 전도성 탄소나노튜브 섬유의 표면에 전기화학적인 방법을 통하여 무질서한 Au flake를 도입하였다. Au flake가 도입된 탄소나노튜브 섬유로 제작된 센서는 기존 섬유에 비해 4배 이상의 센서 민감도를 나타내었고 이는 Au flake로 인한 외부압력의 집중으로 인하여 절연체인 Ecoflex의 두께가 상대적으로 크게 감소한 것이 원인으로 추정된다. 이러한 전도성 탄소나노튜브 섬유를 기반으로 한 고민감성 정전용량방식의 압력 및 응력센서를 이용하여 0.1 kPa의 미세한 압력변화의 위치를 감지할 수 있는 플렉시블압력센서 어레이를 성공적으로 제작하였다. 본 연구에서 제작한 센서 어레이는 유연성과 민감성이 동시에 요구되는 차세대 전자피부에 응용이 될 것으로 기대된다.
최근 전자광학기기가 발달됨에 따라 기기의 성능뿐 아니라 인간 친화적인 유연하고 가벼운 특성을 가진 기기의 새로운 기능성에 대한 관심이 집중되고 있다. 이러한 차세대 유비쿼터스 플랫폼으로 고려되고 있는 유망한 분야가 인간친화형 전자피부(E-skin)이다. 따라서 본 연구에서는 전도성 탄소나노튜브 섬유와 절연성 Ecoflex를 기반으로 유연한 정전용량방식의 전자피부 향 물리적 센서소자를 제조하였으며, 외부압력 및 응력의 미세한 변화에 대한 센서의 성능을 체계적으로 고찰하고자 하였다. 이를 위하여 전도성 탄소나노튜브 섬유의 직경과 표면 모폴로지를 제어하고 외부이력에 따른 센서의 정전용량 변화를 실시간으로 관찰하여 센서의 물리적 민감도를 산출하였다. 첫째로, 물리적 센서를 구성하는 탄소나노튜브 섬유의 직경이 증가할수록 미세한 압력의 범위에서 센서의 민감도가 증가하였는데, 이는 직경이 증가하면서 상대적으로 절연체로 사용된 Ecoflex의 두께가 감소함에 따라 동일한 압력 하에서 정전용량의 변화율이 증가한 것으로 판단된다. 더 나아가 본 연구에서 제작한 센서의 상대적으로 높은 압력범위에서의 민감도를 향상시키기 위해 전도성 탄소나노튜브 섬유의 표면에 전기화학적인 방법을 통하여 무질서한 Au flake를 도입하였다. Au flake가 도입된 탄소나노튜브 섬유로 제작된 센서는 기존 섬유에 비해 4배 이상의 센서 민감도를 나타내었고 이는 Au flake로 인한 외부압력의 집중으로 인하여 절연체인 Ecoflex의 두께가 상대적으로 크게 감소한 것이 원인으로 추정된다. 이러한 전도성 탄소나노튜브 섬유를 기반으로 한 고민감성 정전용량방식의 압력 및 응력센서를 이용하여 0.1 kPa의 미세한 압력변화의 위치를 감지할 수 있는 플렉시블 압력센서 어레이를 성공적으로 제작하였다. 본 연구에서 제작한 센서 어레이는 유연성과 민감성이 동시에 요구되는 차세대 전자피부에 응용이 될 것으로 기대된다.
Recently, human-adaptive electronic skin (E-skin) has attracted considerable attention because of its unique characteristics showing highly soft and light as a frontier ubiquitous platform. In particular, fabrication of sensitive tactile sensor devices via soft nanomaterials is desirable as an effec...
Recently, human-adaptive electronic skin (E-skin) has attracted considerable attention because of its unique characteristics showing highly soft and light as a frontier ubiquitous platform. In particular, fabrication of sensitive tactile sensor devices via soft nanomaterials is desirable as an effective way to realize artificial human skin and manipulate versatile skin functions. Herein, for the first time, we report on high sensitive, flexible capacitive pressure and flexion sensors based on highly conductive carbon nanotube (CNT) fiber arrays incorporated with Ecoflex dielectric onto polydimethylsiloxane (PDMS) films by a facile but very effective methodology. Further, in this paper, we focus on systematically investigating sensor characteristics induced by the minute change of pressure as well as repeatability and reliability for sensing. To understand the sensing mechanism in more detail, a diameter and a surface morphology of conductive CNT fibers were controlled as effective factors, which enables to eventually derive the sensitivity of sensors from the capacitance change modulated by external pressure or strain. Firstly, we observed that in the low pressure regime, sensitivity of the sensors has been improved by an increase of a diameter of CNT fibers, which can be explained by the increase of capacitance change under the applied pressure because the larger CNT fibers relatively lead to the thinner Ecoflex dielectric layer compared to the smaller ones during solution casting process. Next, to improve the sensitivity of the CNT fiber sensors in the high pressure regime as well, fractal like Au flakes was selectively introduced to the surface of the conductive CNT fibers by electrochemical method. To be interest, the sensors with Au flakes-incorporated CNT fibers show higher sensitivity by four folds, which is due to the concentrated phenomenon of the applied pressure than just CNT fibers based sensors. Finally, to prove the feasibility of the proposed tactile sensors by us, we could successfully demonstrate the highly sensitive sensor arrays to allow a position detection under even ultra low pressure of 0.1kPa. Moreover, we found that the sensor arrays displayed much reliable response time, which indicates a potential application to bio-monitoring medical system. We believe that the use of highly conductive CNT fibers will be one of candidates as a potentially promising way to realize high sensitive, human-adaptive e-skin paradigm.
Recently, human-adaptive electronic skin (E-skin) has attracted considerable attention because of its unique characteristics showing highly soft and light as a frontier ubiquitous platform. In particular, fabrication of sensitive tactile sensor devices via soft nanomaterials is desirable as an effective way to realize artificial human skin and manipulate versatile skin functions. Herein, for the first time, we report on high sensitive, flexible capacitive pressure and flexion sensors based on highly conductive carbon nanotube (CNT) fiber arrays incorporated with Ecoflex dielectric onto polydimethylsiloxane (PDMS) films by a facile but very effective methodology. Further, in this paper, we focus on systematically investigating sensor characteristics induced by the minute change of pressure as well as repeatability and reliability for sensing. To understand the sensing mechanism in more detail, a diameter and a surface morphology of conductive CNT fibers were controlled as effective factors, which enables to eventually derive the sensitivity of sensors from the capacitance change modulated by external pressure or strain. Firstly, we observed that in the low pressure regime, sensitivity of the sensors has been improved by an increase of a diameter of CNT fibers, which can be explained by the increase of capacitance change under the applied pressure because the larger CNT fibers relatively lead to the thinner Ecoflex dielectric layer compared to the smaller ones during solution casting process. Next, to improve the sensitivity of the CNT fiber sensors in the high pressure regime as well, fractal like Au flakes was selectively introduced to the surface of the conductive CNT fibers by electrochemical method. To be interest, the sensors with Au flakes-incorporated CNT fibers show higher sensitivity by four folds, which is due to the concentrated phenomenon of the applied pressure than just CNT fibers based sensors. Finally, to prove the feasibility of the proposed tactile sensors by us, we could successfully demonstrate the highly sensitive sensor arrays to allow a position detection under even ultra low pressure of 0.1kPa. Moreover, we found that the sensor arrays displayed much reliable response time, which indicates a potential application to bio-monitoring medical system. We believe that the use of highly conductive CNT fibers will be one of candidates as a potentially promising way to realize high sensitive, human-adaptive e-skin paradigm.
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