생체신호 모니터링을 위한 CNT 기반 스페이서 직물 압력센서 구현 및 센싱 능력 평가 Carbon-nanotube-based Spacer Fabric Pressure Sensors for Biological Signal Monitoring and the Evaluation of Sensing Capabilities원문보기
최근 ICT 산업의 기술혁신이 일어남에 따라 생체신호을 인식하고 이에 대해 대응을 하기 위한 웨어러블 센싱 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 단순한 함침과정을 통해 3차원 스페이서(3D spacer)직물을 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)분산용액에 함침공정을 진행해 단일층(monolayer) 압전 저항형 압력 센서(piezoresistive pressure sensor)를 개발하였다. 3D 스페이서 원단에 전기전도성을 부여하기 위해 시료를 SWCNT 분산용액에 함침공정을 진행한 후 건조하는 과정을 거쳤다. 함침된 시료의 전기적 특성을 파악하기 위해 UTM (Universal Testing Machine)과 멀티미터를 이용해서 압력의 변화에 따른 저항의 변화를 측정하였다. 또한 센서의 전기적 특성의 변화를 관찰하기 위해 분산용액의 농도, 함침횟수, 시료의 두께를 다르게 해서 시료의 센서로서의 성능을 평가했다. 그 결과 wt0.1%의 SWCNT 분산용액에 함침공정을 2번 진행한 시료가 센서로서 가장 뛰어난 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 두께별로는 7mm 두께의 센서가 가장 높은 GF를 보이고 13mm 두께의 센서가 작동범위가 가장 넓음을 확인했다. 본 연구를 통해 3D spacer 원단으로 제작한 스마트 텍스타일 센서는 공정과정이 단순하면서도 센서로서 성능이 뛰어나다는 장점을 확인할 수 있었다.
최근 ICT 산업의 기술혁신이 일어남에 따라 생체신호을 인식하고 이에 대해 대응을 하기 위한 웨어러블 센싱 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 단순한 함침과정을 통해 3차원 스페이서(3D spacer)직물을 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)분산용액에 함침공정을 진행해 단일층(monolayer) 압전 저항형 압력 센서(piezoresistive pressure sensor)를 개발하였다. 3D 스페이서 원단에 전기전도성을 부여하기 위해 시료를 SWCNT 분산용액에 함침공정을 진행한 후 건조하는 과정을 거쳤다. 함침된 시료의 전기적 특성을 파악하기 위해 UTM (Universal Testing Machine)과 멀티미터를 이용해서 압력의 변화에 따른 저항의 변화를 측정하였다. 또한 센서의 전기적 특성의 변화를 관찰하기 위해 분산용액의 농도, 함침횟수, 시료의 두께를 다르게 해서 시료의 센서로서의 성능을 평가했다. 그 결과 wt0.1%의 SWCNT 분산용액에 함침공정을 2번 진행한 시료가 센서로서 가장 뛰어난 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 두께별로는 7mm 두께의 센서가 가장 높은 GF를 보이고 13mm 두께의 센서가 작동범위가 가장 넓음을 확인했다. 본 연구를 통해 3D spacer 원단으로 제작한 스마트 텍스타일 센서는 공정과정이 단순하면서도 센서로서 성능이 뛰어나다는 장점을 확인할 수 있었다.
With recent innovations in the ICT industry, the demand for wearable sensing devices to recognize and respond to biological signals has increased. In this study, a three-dimensional (3D) spacer fabric was embedded in a single-wall carbon nanotube (SWCNT) dispersive solution through a simple penetrat...
With recent innovations in the ICT industry, the demand for wearable sensing devices to recognize and respond to biological signals has increased. In this study, a three-dimensional (3D) spacer fabric was embedded in a single-wall carbon nanotube (SWCNT) dispersive solution through a simple penetration process to develop a monolayer piezoresistive pressure sensor. To induce electrical conductivity in the 3D spacer fabric, samples were immersed in the SWCNT dispersive solution and dried. To determine the electrical properties of the impregnated specimen, a universal testing machine and multimeter were used to measure the resistance of the pressure change. Moreover, to examine the changes in the electrical properties of the sensor, its performance was evaluated by varying the concentration, number of penetrations, and thickness of the specimen. Samples that penetrated twice in the SWCNT distributed solution of 0.1 wt% showed the best performance as sensors. The 7-mm thick sensors showed the highest GF, and the 13-mm thick sensors showed the widest operating range. This study confirms the effectiveness of the simple process of fabricating smart textile sensors comprising 3D spacer fabrics and the excellent performance of the sensors.
With recent innovations in the ICT industry, the demand for wearable sensing devices to recognize and respond to biological signals has increased. In this study, a three-dimensional (3D) spacer fabric was embedded in a single-wall carbon nanotube (SWCNT) dispersive solution through a simple penetration process to develop a monolayer piezoresistive pressure sensor. To induce electrical conductivity in the 3D spacer fabric, samples were immersed in the SWCNT dispersive solution and dried. To determine the electrical properties of the impregnated specimen, a universal testing machine and multimeter were used to measure the resistance of the pressure change. Moreover, to examine the changes in the electrical properties of the sensor, its performance was evaluated by varying the concentration, number of penetrations, and thickness of the specimen. Samples that penetrated twice in the SWCNT distributed solution of 0.1 wt% showed the best performance as sensors. The 7-mm thick sensors showed the highest GF, and the 13-mm thick sensors showed the widest operating range. This study confirms the effectiveness of the simple process of fabricating smart textile sensors comprising 3D spacer fabrics and the excellent performance of the sensors.
Cho, H. S., Park, S. H., Kang, D. H., Lee, K. H., Kang, S. J., Han, B. R., Oh, J. H., Lee, H. D., Lee, J. H., & Lee, J. W. (2015). Performance evaluation of fabric sensors for movement-monitoring smart clothing: Based on the experiment on a dummy. Korean Society for Emotion and Sensibility, 18(4), 25-34. DOI: 10.14695/kjsos.2015.18.4.25
Dong, W., Li, W., Tao, Z., & Wang, K. (2019). Piezoresistive properties of cement-based sensors: Review and perspective. Construction and Building Materials, 203, 146-163. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.081
Kang, I., Schulz, M. J., Kim, J. H., Shanov, V., & Shi, D. (2006). A carbon nanotube strain sensor for structural health monitoring. Smart Materials and Structures, 15(3), 737-748. DOI: 10.1088/0964-1726/15/3/009
Khan, S. U., Pothnis, J. R., & Kim, J. -K. (2013). Effects of carbon nanotube alignment on electrical and mechanical properties of epoxy nanocomposites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 49, 26-34. DOI: 10.1016/j.compositesa.2013.01.015
Kim, I., & Cho, G. (2018). Polyurethane nanofiber strain sensors viain situpolymerization of polypyrrole and application to monitoring joint flexion. Smart Materials and Structures, 27(7). DOI: 10.1088/1361-665X/aac0b2
Kim, K., Jung, M., Jeon, S., & Bae, J. (2019). Robust and scalable three-dimensional spacer textile pressure sensor for human motion detection. Smart Materials and Structures, 28(6). DOI: 10.1088/1361-665X/ab1adf
Lee, H., Cho, H. -S., Lee, E., Jang, E., & Cho, G. (2019). Fabrication of strain sensor based on Graphene/Polyurethane nanoweb and respiration measurement. Korean Society for Emotion and Sensibility, 22(1), 15-22. DOI: 10.14695/kjsos.2018.22.1.15
Lee, J. I., & Jung, H. T. (2008). Technical status of carbon nanotubes composites. Korean Chemical Engineering Research, 46(1), 7-14.
Lim, T. H., Lee, S. H., & Yeo, S. Y. (2016). Highly conductive polymer/metal/carbon nanotube composite fiber prepared by the melt-spinning process. Textile Research Journal, 87(5), 593-606. DOI: 10.1177/0040517516632481
Makowski, T., Kowalczyk, D., Fortuniak, W., Jeziorska, D., Brzezinski, S., & Tracz, A. (2014). Superhydrophobic properties of cotton woven fabrics with conducting 3D networks of multiwall carbon nanotubes, MWCNTs. Cellulose, 21(6), 4659-4670. DOI: 10.1007/s10570-014-0422-0
Meyer, J., Lukowicz, P., & Troster, G. (2006, 11-14 Oct. 2006). Textile Pressure Sensor for Muscle Activity and Motion Detection. Paper presented at the 2006 10th IEEE International Symposium on Wearable Computers. DOI: 10.1109/ISWC.2006.286346
Seyedin, S., Zhang, P., Naebe, M., Qin, S., Chen, J., Wang, X., & Razal, J. M. (2019). Textile strain sensors: A review of the fabrication technologies, performance evaluation and applications. Materials Horizons, 6(2), 219-249. DOI: 10.1039/c8mh01062e
Spotnitz, M. E., Ryan, D., & Stone, H. A. (2004). Dip coating for the alignment of carbon nanotubes on curved surfaces. Journal of Materials Chemistry, 14(8). DOI: 10.1039/b308548a
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