KR102615645B1 - Conducting polymer nanostructure based multifunction sensor and preparation method therof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고인장성 기판; 상기 고인장성 기판 상에 형성된 패터닝 된 전극층; 및 상기 패터닝 된 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들을 포함하는 신체부착형 청각센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 청각센서는, 고인장성 폴리머 기판을 사용하여 신체부착이 가능하고, 고인장성 기판의 스트레인 변화에 의한 고인장성 기판 내 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)의 전기전도도 변화로 청각신호를 감지하므로,정확한 발음이나 큰 소리를 요구하지 않으므로, 평소 신체적 문제에 의해 의사소통에 불편함을 느꼈던 장애인들이 상기 청각센서를 통해 보다 편리하게 소통할 수 있다.The present invention relates to a high tensile substrate; A patterned electrode layer formed on the high tensile substrate; and a body-worn hearing sensor including conductive polymer nanostructures formed on the patterned electrode layer and a method of manufacturing the same. The hearing sensor according to the present invention can be attached to the body using a high-tensile polymer substrate, and the inter-bridge between conductive polymer nanostructures formed on the electrode layer in the high-tensile substrate due to strain changes in the high-tensile substrate. Since auditory signals are detected through changes in electrical conductivity, it does not require accurate pronunciation or loud sounds, so disabled people who have difficulty communicating due to physical problems can communicate more conveniently through the hearing sensor.
Description
본 발명은 청각센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 폴리머 나노구조 기반 신체부착형 청각센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an auditory sensor, and more specifically, to a body-worn auditory sensor based on a conductive polymer nanostructure and a method of manufacturing the same.
청각센서(Auditory sensor)은 이차원적인 영상 대신에 다양한 영역의 전자기파를 이용해서 입력신호를 알 수 있는 센서이다. 청각이라 하여 음파영역만 고려한 것이 아니라 원리적으로 전자기파를 이용해서 대상물의 상태를 검출하는 센서이다. 2차원적인 이미지를 제공하지 않고 신호의 크기만을 출력하는 센서로서, 음파를 이용한 마이크로폰과 스피커, 초음파를 이용한 소나센서, 마이크로웨이브를 이용한 레이더 센서와 RFID, 가시광을 이용한 조도센서, 자외선을 이용한 화염감지기, 적외선을 이용한 LED와 포토다이오드 센서 등이 여기에 속한다.An auditory sensor is a sensor that can detect input signals using electromagnetic waves in various areas instead of two-dimensional images. Hearing is a sensor that does not only consider the sound wave range, but in principle detects the state of an object using electromagnetic waves. It is a sensor that does not provide a two-dimensional image but outputs only the size of the signal, including a microphone and speaker using sound waves, a sonar sensor using ultrasonic waves, a radar sensor and RFID using microwaves, an illumination sensor using visible light, and a flame detector using ultraviolet light. , LED and photodiode sensors using infrared rays belong to this category.
기존의 청각센서들은 사람들이 직접 정확한 발음으로 단어를 말할 경우에는 인식할 수 있으나, 정확한 발음이 어렵거나 큰 소리를 낼 수 없는 청각 장애인들은 사용하기 어렵다. Existing hearing sensors can recognize words when people speak them with correct pronunciation, but they are difficult to use for hearing-impaired people who have difficulty pronouncing correctly or who cannot make loud sounds.
따라서, 청각 장애인들 뿐만 아니라 정확한 발음이 어렵거나 큰 소리를 낼 수 없는 환경에서도 유용하게 사용할 수 있는 청각센서가 필요하다.Therefore, there is a need for a hearing sensor that can be useful not only for hearing impaired people but also in environments where accurate pronunciation is difficult or loud sounds cannot be made.
한편, 최근 웨어러블(wearable) 기술 및 Internet of Things (IoT) 기술이 급속하게 성장함에 따라 유연하면서도 신축성이 있는 전자 소자 및 전자 기기에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 유연 전자 소자는 다양한 형태가 있는데 굽힐 수 있는 밴더블(bendable) 소자, 접을 수 있는 폴더블(foldable) 소자, 둘둘 말 수 있는 롤러블(rollable) 소자, 형태 변형이 가능한 디포멀블(deformable) 소자 등이 있다. 신축성 전자 소자 일명 스트레처블 소자(stretchable devices) 전자 소자는 이러한 유연 전자 소자의 뒤를 잇는 차세대 전자 소자가 될 것으로 예측하고 있다. 신축성 전자소자는 늘리거나 굽힘에도 소자의 특성을 잃지 않고 작동하며, 외력을 제거하더라도 소자의 특성을 유지할 수 있는 전자 소자이다. 가해지는 변형률로 표현하면, 신축성 소자는 통상 5% 이상의 인장 변형률(tensile strain)이 가해졌을 때 견딜 수 있는 소자를 의미한다. 신축성 소자는 다양한 기계적 변형에도 일정한 성능을 유지할 수 있기 때문에 신체, 인간의 피부, 의복 등 임의의 표면에 부착될 수 있는 장점이 있으며, 이에 따라 디스플레이, 태양전지, 착용 가능한 전자소자, 인공피부, 로봇 등의 분야에 응용이 가능하다. 따라서 최근 신축성 배터리, 디스플레이, 센서 및 PCB 등 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 신축성 소재 및 부품에 대한 기술적 개발 및 상용화는 아직 초기 단계에 머무르고 있다.Meanwhile, as wearable technology and Internet of Things (IoT) technology have recently grown rapidly, interest in flexible and stretchable electronic devices and electronic devices has increased significantly. Flexible electronic devices come in various forms: bendable devices, foldable devices, rollable devices that can be rolled up, and deformable devices that can change their shape. etc. Stretchable electronic devices, also known as stretchable devices, are expected to become the next generation of electronic devices following flexible electronic devices. A stretchable electronic device is an electronic device that operates without losing its properties when stretched or bent, and can maintain its properties even when external force is removed. Expressed in terms of applied strain, a stretchable element generally refers to an element that can withstand a tensile strain of 5% or more. Stretchable devices have the advantage of being able to be attached to any surface, such as the body, human skin, or clothing, because they can maintain consistent performance despite various mechanical deformations. As a result, they can be used in displays, solar cells, wearable electronic devices, artificial skin, and robots. It can be applied to fields such as: Therefore, various researches on stretchable batteries, displays, sensors, and PCBs are being actively conducted recently. However, technological development and commercialization of elastic materials and components are still in the early stages.
본 발명의 제1 목적은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 청각 장애인들에게도 유용하게 사용할 수 있는 신체부착형 청각센서를 제공하는 것이다.The first purpose of the present invention is to solve the above problem and provide a body-worn hearing sensor that can be usefully used even by hearing impaired people.
본 발명의 제2 목적은 상기 신체부착형 청각센서의 제조방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing the body-worn hearing sensor.
상기 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 전도성 폴리머 나노구조 기반 신체부착형 청각센서를 제공한다. 본 발명에 따른 신체부착형 청각센서는 인장성이 50% 이상인 고인장성 기판; 상기 고인장성 기판 상에 형성된 패터닝 된 전극층; 및 상기 패터닝 된 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들을 포함한다.In order to achieve the first object, one aspect of the present invention provides a body-worn hearing sensor based on a conductive polymer nanostructure. The body-worn hearing sensor according to the present invention includes a high-tensile substrate with a tensile strength of 50% or more; A patterned electrode layer formed on the high tensile substrate; and conductive polymer nanostructures formed on the patterned electrode layer.
상기 고인장성 기판은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 및 에코플렉스(Ecoflex)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 고인장성 폴리머 기판일 수 있다.The high tensile substrate may be a high tensile polymer substrate selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), and Ecoflex.
상기 전극층은 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt) 및 은(Ag)으로부터 선택되는 금속; 또는 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리피렌, 폴리아쥴렌, 폴리나프탈렌, 폴리아세틸렌(PAC), 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV), 폴리피롤(PPY), 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리아닐린(PANI), 폴리티오펜(PT), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중에서 선택될 수 있다.The electrode layer is a metal selected from titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt), and silver (Ag); or polyfluorene, polyphenylene, polypyrene, polyazulene, polynaphthalene, polyacetylene (PAC), poly(p-phenylene vinylene) (PPV), polypyrrole (PPY), polycarbazole, polyindole, polya. It may be selected from zepine, polyaniline (PANI), polythiophene (PT), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(p-phenylene sulfide) (PPS).
상기 전극층은 평면 상에 소정의 간격을 가지는 복수개의 핑거(finger) 전극들을 포함하는 수평형 교차 전극(Interdigitated electrode, IDE) 구조의 패턴을 가질 수 있다.The electrode layer may have a pattern of a horizontal interdigitated electrode (IDE) structure including a plurality of finger electrodes spaced at predetermined intervals on a plane.
상기 청각센서는 고인장성 기판과 전극층 사이에 접착층을 더 포함할 수 있다.The hearing sensor may further include an adhesive layer between the high-tensile substrate and the electrode layer.
상기 전도성 폴리머 나노구조체는 폴리플루오렌; 폴리페닐렌; 폴리피렌; 폴리아쥴렌; 폴리나프탈렌; 폴리아세틸렌(PAC); 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV); 폴리피롤(PPY); 폴리카바졸; 폴리인돌; 폴리아제핀; 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜(PT); 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중에서 선택되는 전도성 폴리머이되, 상기 전극층과 상이한 전도성 폴리머일 수 있다.The conductive polymer nanostructure is polyfluorene; polyphenylene; polypyrene; polyazulene; polynaphthalene; polyacetylene (PAC); poly(p-phenylene vinylene) (PPV); polypyrrole (PPY); polycarbazole; polyindole; polyazepine; polyaniline (PANI); polythiophene (PT); A conductive polymer selected from poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(p-phenylene sulfide) (PPS), but may be a different conductive polymer from the electrode layer.
상기 전도성 폴리머 나노구조체는 폴리아닐린(PANI)으로 이루어진 것일 수 있다.The conductive polymer nanostructure may be made of polyaniline (PANI).
상기 전도성 폴리머 나노구조체는 성장시 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)가 형성될 수 있다.When the conductive polymer nanostructure is grown, an inter-bridge may be formed between the conductive polymer nanostructures.
상기 청각센서는 고인장성 기판 내 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)에 흐르는 전기전도도의 변화를 통하여 인장 또는 변형 스트레인을 감지할 수 있다.The hearing sensor can detect tensile or deformation strain through changes in electrical conductivity flowing in an inter-bridge between conductive polymer nanostructures formed on electrode layers in a high-tensile substrate.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 상기 신체부착형 청각센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법은 보조 기판 상에 인장성이 50% 이상인 고인장성 기판을 형성하는 단계(S10); 상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20); 상기 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체들을 형성하는 단계(S30); 및 상기 보조 기판을 제거하는 단계(S40)를 포함한다.Additionally, in order to achieve the second object, another aspect of the present invention provides a method of manufacturing the body-worn hearing sensor. The method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to the present invention includes forming a high-tensile substrate with a tensile strength of 50% or more on an auxiliary substrate (S10); Forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate (S20); Forming conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer (S30); and removing the auxiliary substrate (S40).
상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20)는 고인장성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(S21); 상기 포토레지스트층에 패터닝을 수행하는 단계(S22); 패터닝된 부분에 전극층을 형성하는 단계(S23); 및 포토레지스트층을 제거하여 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S24)를 포함한다.Forming a patterned electrode layer on the high-tensile substrate (S20) includes forming a photoresist layer on the high-tensile substrate (S21); Performing patterning on the photoresist layer (S22); Forming an electrode layer on the patterned portion (S23); and removing the photoresist layer to form a patterned electrode layer (S24).
상기 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체들을 형성하는 단계(S30)는 전극층의 복수개의 핑거 전극 영역을 제외하고 포토레지스트층을 형성하는 단계(S31); 복수개의 핑거 전극 영역에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성하는 단계(S32); 및 포토레지스트층을 제거하는 단계(S33)를 포함한다.Forming conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer (S30) includes forming a photoresist layer except for a plurality of finger electrode regions of the electrode layer (S31); Forming a conductive polymer nanostructure in a plurality of finger electrode regions (S32); and removing the photoresist layer (S33).
본 발명에 따른 청각센서는, 인체에 무해하고 생체적합성이 가능한 고인장성 폴리머 기판을 사용하여 신체부착이 가능하고, 상기 청각센서를 목에 부착하면, 고인장성 기판의 스트레인 변화에 의한 고인장성 기판 내 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)의 전기전도도 변화로 청각신호를 감지하므로, 직접접인 소리 신호를 감지하는 것이 아닌 목소리의 떨림을 이용하여 신호를 감지하기 때문에 정확한 발음이나 큰 소리를 요구하지 않는다. 또한 측정된 다른 떨림의 신호를 개인이 원하는 단어나 의미로 지정할 수 있기 때문에 평소 신체적 문제에 의해 의사소통에 불편함을 느꼈던 장애인들이 상기 청각센서를 통해 보다 편리하게 소통할 수 있다.The hearing sensor according to the present invention can be attached to the body using a high-tensile polymer substrate that is harmless to the human body and is biocompatible. When the hearing sensor is attached to the neck, the hearing sensor can be attached to the body due to a change in strain of the high-tensile substrate. Since the auditory signal is detected by changes in electrical conductivity of the inter-bridge between the conductive polymer nanostructures formed on the electrode layer, the signal is detected using the tremor of the voice rather than a direct sound signal, so it is accurate. It does not require pronunciation or loud sound. In addition, since other measured tremor signals can be designated as words or meanings desired by the individual, disabled people who have felt uncomfortable in communication due to physical problems can communicate more conveniently through the hearing sensor.
또한, 전도성 폴리머 나노구조체로서 폴리아닐린(PANI)를 사용하는 경우에는 본 발명에 따른 청각센서 뿐만 아니라, 상기 폴리아닐린이 환원성 가스(CH4, 프로판, 알코올, 수소 등)를 감지하고, 자외선 센서로의 적용도 가능하므로 다기능성 센서로도 활용할 수 있다.In addition, when polyaniline (PANI) is used as a conductive polymer nanostructure, in addition to the hearing sensor according to the present invention, the polyaniline detects reducing gases (CH 4 , propane, alcohol, hydrogen, etc.) and can be applied to an ultraviolet sensor. Since it is possible, it can also be used as a multifunctional sensor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 전극층의 패턴을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 감지 메커니즘을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법에 있어서, 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계를 구체화 한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법에 있어서, 패터닝 된 전극층 상에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성하는 단계를 구체화 한 흐름도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a body-worn hearing sensor according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the pattern of the electrode layer of a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the detection mechanism of a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart showing a method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart specifying the step of forming a patterned electrode layer on a high-tensile strength substrate in the method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart detailing the step of forming a conductive polymer nanostructure on a patterned electrode layer in the method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Various changes may be made to the embodiments described below. The embodiments described below are not intended to limit the embodiments, but should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes therefor.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are merely used to describe specific examples and are not intended to limit the examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. The width and thickness of layers or regions shown in the attached drawings may be somewhat exaggerated for clarity of description. Like reference numerals refer to like elements throughout the detailed description. However, the present invention is not limited to the following examples.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
본 명세서서, "고인장성"이라 함은, 통상 50%의 인장 변형률(tensile strain)에도 파단이 일어나지 않고 물질 특성이 유지되는 성질을 말한다.In this specification, “high tensile strength” refers to the property of maintaining material properties without fracture even at a tensile strain of 50%.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 모식도이다.1 and 2 are schematic diagrams of a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 신체부착형 청각센서는 고인장성 기판(10); 상기 고인장성 기판 상에 형성된 패터닝 된 전극층(20); 및 상기 패터닝 된 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체(30)들을 포함한다.Referring to Figures 1 and 2, the body-worn hearing sensor according to the present invention includes a high-tensile substrate (10); A patterned electrode layer 20 formed on the high tensile substrate; and conductive polymer nanostructures 30 formed on the patterned electrode layer.
본 발명에 있어서, 상기 청각센서는 신체부착형인 것을 특징으로 한다. 이에 신체부착이 가능하기 위하여 사용되는 기판은 인장성이 50% 이상인 고인장성 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 기판은 인장성이 50~80%인 기판을 사용할 수 있다.In the present invention, the hearing sensor is characterized as being body-mountable. Accordingly, in order to enable attachment to the body, it is desirable to use a high-tensile substrate with a tensile strength of 50% or more. Specifically, the substrate may have a stretchability of 50 to 80%.
이러한 고인장성 기판(10)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 및 에코플렉스(Ecoflex)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 고인장성 폴리머 기판을 사용할 수 있다.This high-tensile substrate 10 may be a high-tensile polymer substrate selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), and Ecoflex.
상기 고인장성 기판(10)은 시판되는 필름을 이용하거나, Si 기판과 같은 보조기판 상에 고인장성 폴리머를 도포하여 코팅 도막으로 형성한 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The high-tensile substrate 10 may be a commercially available film, or may be formed by applying a high-tensile polymer onto an auxiliary substrate such as a Si substrate to form a coating film, but is not limited thereto.
상기 고인장성 기판(10)에 있어서, 상기 고인장성 폴리머 기판의 두께는 15~25μm로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the high-tensile strength substrate 10, the thickness of the high-tensile polymer substrate may be 15 to 25 μm, but is not limited thereto.
상기 전극층(20)은 상기 고인장성 기판 상에 형성되며, 전기전도성을 가지는 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt) 및 은(Ag)으로부터 선택되는 금속, 또는 폴리플루오렌; 폴리페닐렌; 폴리피렌; 폴리아쥴렌; 폴리나프탈렌; 폴리아세틸렌(PAC); 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV); 폴리피롤(PPY); 폴리카바졸; 폴리인돌; 폴리아제핀; 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜(PT); 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중에서 선택되는 폴리전도성 폴리머를 포함할 수 있다.The electrode layer 20 is formed on the high-tensile substrate and is made of an electrically conductive metal selected from titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt), and silver (Ag), or polyfluorene; polyphenylene; polypyrene; polyazulene; polynaphthalene; polyacetylene (PAC); poly(p-phenylene vinylene) (PPV); polypyrrole (PPY); polycarbazole; polyindole; polyazepine; polyaniline (PANI); polythiophene (PT); It may include a polyconductive polymer selected from poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(p-phenylene sulfide) (PPS).
상기 전극층(20)은 평면 상에 소정의 간격을 가지는 복수개의 미세한 핑거(finger) 전극들로 형성될 수 있다. 상기 복수개의 핑거 전극들은 전극 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 전극의 패턴의 형태는 제한되지 않으며, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 다양한 형태로 형성될 수 있다. The electrode layer 20 may be formed of a plurality of fine finger electrodes spaced at predetermined intervals on a plane. The plurality of finger electrodes may be formed to have an electrode pattern. The shape of the pattern of the electrode is not limited, and may be formed in various shapes commonly used in the art.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극층의 패턴을 나타내는 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the pattern of an electrode layer according to an embodiment of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전극층(20)은 핑거 전극 영역을 포함하는 수평형 교차 전극(Interdigitated electrode, IDE) 구조의 패턴을 가질 수 있다.As shown in FIG. 3, the electrode layer 20 may have a pattern of a horizontal interdigitated electrode (IDE) structure including a finger electrode region.
상기 전극층의 패터닝은 당 업계에서 공지된 방법을 통해 형성될 수 있으며, 예컨대 포토레지스트를 이용한 노광, 현상 방법을 이용하여 형성될수 있다. 이하, 구체적인 패터닝 방법은 후술하는 제조방법의 설명에서 상세히 설명할 것이다.The patterning of the electrode layer can be formed using methods known in the art, for example, exposure and development methods using photoresist. Hereinafter, the specific patterning method will be described in detail in the description of the manufacturing method described later.
패터닝된 전극층에 있어서, 핑거 전극 영역에 나노구조체를 갖는 감지체가 형성된다.In the patterned electrode layer, a sensing element having a nanostructure is formed in the finger electrode area.
상기 전극층(20)은 금속 전극을 형성하는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극층의 접착력을 향상시키기 위해 추가적으로 고인장성 기판 상에 접착층(21)을 형성할 수 있다.When forming the electrode layer 20 as a metal electrode, as shown in FIG. 2, an adhesive layer 21 may be additionally formed on the high-tensile strength substrate to improve the adhesion of the electrode layer.
패터닝 된 전극층 상에는 전도성 폴리머 나노구조체(30)가 형성될 수 있다.A conductive polymer nanostructure 30 may be formed on the patterned electrode layer.
상기 나노구조체는 전극층 상에 형성되어 감지체로서 사용되며, 이때, 본 발명에 따른 청각센서는 스트레인의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하기 때문에, 다양한 방면에서 굴절, 뒤틀림, 인장 등이 가해질 때에도 물질의 특성이 변하지 않아야 한다. 그러나, 산화아연(ZnO) 등의 금속 나노구조체는 외부에서 강한 스트레인이 작용할 때에 유연성이 없으므로 쉽게 부서지는 문제가 있다. 이에, 신체부착용 청각센서의 감지체로서 사용되는 나노구조체는 전기전도성을 가지나 유연성이 있는 전도성 폴리머 나노구조체인 것이 바람직하다.The nanostructure is formed on an electrode layer and used as a sensing body. At this time, since the hearing sensor according to the present invention is characterized by detecting changes in strain, the material is maintained even when refraction, distortion, tension, etc. are applied in various directions. Characteristics must not change. However, metal nanostructures such as zinc oxide (ZnO) have a problem of being easily broken because they are not flexible when a strong external strain is applied. Accordingly, it is preferable that the nanostructure used as a sensing element of a body-worn hearing sensor is a conductive polymer nanostructure that has electrical conductivity but is flexible.
상기 전도성 폴리머 나노구조체는 폴리플루오렌; 폴리페닐렌; 폴리피렌; 폴리아쥴렌; 폴리나프탈렌; 폴리아세틸렌(PAC); 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV); 폴리피롤(PPY); 폴리카바졸; 폴리인돌; 폴리아제핀; 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜(PT); 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중에서 선택되는 전도성 폴리머이되, 상기 전극층과 상이한 전도성 폴리머로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 전도성 폴리머 나노구조체는 폴리아닐린(PANI)으로 이루어지는 것이 바람직하다.The conductive polymer nanostructure is polyfluorene; polyphenylene; polypyrene; polyazulene; polynaphthalene; polyacetylene (PAC); poly(p-phenylene vinylene) (PPV); polypyrrole (PPY); polycarbazole; polyindole; polyazepine; polyaniline (PANI); polythiophene (PT); A conductive polymer selected from poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(p-phenylene sulfide) (PPS), and may be made of a different conductive polymer than the electrode layer. Specifically, the conductive polymer nanostructure is preferably made of polyaniline (PANI).
상기 전도성 폴리머 나노구조체의 형성 방법은 당 업계에 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 수열합성법, 열 화학 기상 증착(thermal chemical vapor deposition), 마이크로웨이브-보조형 화학기상증착(microwave-assisted chemical vapor deposition), 레이저-보조형 화학기상증착(laser-assisted chemical vapor deposition), 솔-겔 코팅(sol-gel coating) 등을 이용하여 나노구조체를 성장시킬 수 있다.The method of forming the conductive polymer nanostructure may use methods known in the art, such as hydrothermal synthesis, thermal chemical vapor deposition, and microwave-assisted chemical vapor deposition. ), laser-assisted chemical vapor deposition, sol-gel coating, etc. can be used to grow nanostructures.
상기 전도성 폴리머 나노구조체(30)는 하나 이상으로 형성되며, 패터닝된 복수개의 핑거 전극(20) 상과, 핑거 전극 사이에 노출되는 기판(10) 상에 수직, 수평 등의 다양한 방향으로 성장되어 무작위로 형성되며, 이에, 전도성 폴리머 나노구조체의 성장시 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)가 형성된다.The conductive polymer nanostructure 30 is formed of one or more, and is grown in various directions, such as vertically and horizontally, on a plurality of patterned finger electrodes 20 and on the substrate 10 exposed between the finger electrodes to form a random structure. It is formed, and as a result, when the conductive polymer nanostructure grows, a connection site (inter-bridge) between the conductive polymer nanostructures is formed.
상기 전도성 폴리머 나노구조체(30)들은 막대(Rod), 와이어(Wire), 필러(Pillar), 섬유(Fiber), 튜브(Tube), 벨트(Belt), 꽃 모양(Flower), 플레이트(Plate), 입자(Particle), 나선(helix), 성게 모양(urchin shape) 형태일 수 있으나, 바람직하게는 막대형 예컨대, 나노로드 또는 나노와이어의 형태인 것일 수 있다. The conductive polymer nanostructures 30 include rods, wires, pillars, fibers, tubes, belts, flowers, plates, It may be in the form of a particle, helix, or urchin shape, but is preferably in the form of a rod, for example, a nanorod or nanowire.
상기 전도성 폴리머 나노구조체(30)들의 높이는 한정되지 않으며 나노급 내지 마이크로급의 크기를 가질 수 있다.The height of the conductive polymer nanostructures 30 is not limited and may have a nanoscale to microscale size.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 감지 메커니즘을 나타내는 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the detection mechanism of a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 청각센서는 비인장 상태인 경우, 기판 내 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)가 전류가 흐르는 통로로 작용하여 일정한 전류가 흐르다가, 외력에 의한 인장 또는 변형 스트레인이 작용할 경우, 고인장성 기판이 인장됨에 따라 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)의 단면적이 변화하고, 이에, 상기 고인장성 기판 내 전극층 상에 형성된 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)에 흐르는 전기전도도(전류)가 변화함으로써 신호를 감지할 수 있다.Referring to Figure 4, when the hearing sensor according to the present invention is in an untensioned state, the inter-bridge between the conductive polymer nanostructures formed on the electrode layer in the substrate acts as a path through which current flows, so that a constant current flows. When a tensile or deformation strain due to an external force acts, the cross-sectional area of the inter-bridge between the conductive polymer nanostructures changes as the high-tensile substrate is stretched, and thus, the electrode layer formed on the electrode layer in the high-tensile substrate is changed. Signals can be detected by changing the electrical conductivity (current) flowing in the inter-bridge between conductive polymer nanostructures.
특히, 상기 전도성 폴리머 나노구조체로서 폴리아닐린(PANI)를 사용하는 경우, 상기 PANI 나노구조는 환원성 CH4 가스와 접촉 시 전도성인 에메랄드 염(salt)에서 절연성의 에메랄드 염기(base)로 바뀌게 되며 흡착된 CH4 가스와 PANI p-p* 컨쥬게이션 시스템 간의 전하 교환으로 인해 전도도가 하락하면서 매우 빠른 속도로 전도도가 변화하여 가스 센싱이 가능하고, 자외선 센서로도 가능하므로, 폴리아닐린 나노구조체를 포함하는 센서는 다기능 센서로도 사용될 수 있다.In particular, when polyaniline (PANI) is used as the conductive polymer nanostructure, the PANI nanostructure changes from a conductive emerald salt to an insulating emerald base when contacted with reducing CH 4 gas, and the adsorbed CH 4 As the conductivity decreases due to the charge exchange between the gas and the PANI pp* conjugation system, the conductivity changes at a very fast rate, making gas sensing possible and also possible as an ultraviolet sensor, so a sensor containing polyaniline nanostructures can be used as a multifunctional sensor. can also be used.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 신체부착형 청각센서의 제조방법을 제공한다. Additionally, another aspect of the present invention provides a method of manufacturing the body-worn hearing sensor.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 5 is a flowchart showing a method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법은 The manufacturing method of the body-worn hearing sensor according to the present invention is
보조 기판 상에 고인장성 기판을 형성하는 단계(S10); Forming a high-tensile substrate on an auxiliary substrate (S10);
상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20);Forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate (S20);
상기 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체들을 형성하는 단계(S30); 및 Forming conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer (S30); and
상기 보조 기판을 제거하는 단계(S40)를 포함한다.and removing the auxiliary substrate (S40).
이하, 본 발명의 신체부착형 청각센서의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the body-worn hearing sensor of the present invention will be described in detail step by step.
먼저, S10 단계는 고인장성 기판을 형성하는 단계이다.First, step S10 is a step of forming a high tensile substrate.
상기 고인장성 기판의 형성은 Si 기판과 같은 단단한 보조 기판 상에 시판되는 고인장 폴리머 기판 필름을 부착하거나, 고인장성 폴리머 용액을 도포하여 코팅함으로써 형성할 수 있다.The high-tensile substrate can be formed by attaching a commercially available high-tensile polymer substrate film to a hard auxiliary substrate, such as a Si substrate, or coating it by applying a high-tensile polymer solution.
상기 보조 기판은 고인장성 기판이 용이하게 형성될 수 있도록 상대적으로 단단한 기판을 사용할 수 있으며, 당 업계에서 공지된 기판을 사용할 수 있다. The auxiliary substrate may be a relatively hard substrate so that a high-tensile strength substrate can be easily formed, and a substrate known in the art may be used.
상기 보조 기판으로는 반도체 물질을 사용할 수 있는데, 예를 들면, GaN, AlN, GaP 및 GaAs 등과 같은 Ⅲ-V족 화합물 반도체; SrCu2O2, SiC 및 Si 등과 같은 반도체 등이 있으며, 이들은 상업적으로 용이하게 구입할 수 있다.The auxiliary substrate may be a semiconductor material, for example, group III-V compound semiconductors such as GaN, AlN, GaP, and GaAs; There are semiconductors such as SrCu 2 O 2 , SiC, and Si, and these can be easily purchased commercially.
또한, 상기 보조 기판은 반도체 물질 이외에도 사파이어, 유리(glass), 폴리머(polymer) 또는 다른 적당한 물질의 기판을 포함하여 이루어질 수 있다.Additionally, the auxiliary substrate may include a substrate made of sapphire, glass, polymer, or other suitable material in addition to a semiconductor material.
상기 고인장성 폴리머 용액의 코팅 방법은 테이프 캐스팅(Tape Casting), 딥 코팅(Dip Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 스핀 코팅(Spin Coating), 롤코팅(Roll Coating), 슬롯 다이 코팅(Slot-die Coating), 콤마 코팅(Comma Coating) 및 스크린 프린팅(Screen Printing) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당 업계에서 통상적으로 사용하는 폴리머 코팅 방법을 사용할 수 있다.The coating method of the high tensile polymer solution includes tape casting, dip coating, spray coating, spin coating, roll coating, and slot die coating. die coating, comma coating, and screen printing, etc., but are not limited thereto, and polymer coating methods commonly used in the industry may be used.
다음으로, S20 단계는 상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계이다.Next, step S20 is a step of forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법에 있어서, 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계를 구체화 한 흐름도이다.Figure 6 is a flow chart specifying the step of forming a patterned electrode layer on a high-tensile strength substrate in the method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20)는 Referring to FIG. 6, the step (S20) of forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate is
고인장성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(S21); Forming a photoresist layer on a high-tensile substrate (S21);
상기 포토레지스트층에 패터닝을 수행하는 단계(S22); Performing patterning on the photoresist layer (S22);
패터닝된 부분에 전극층을 형성하는 단계(S23); 및 Forming an electrode layer on the patterned portion (S23); and
포토레지스트층을 제거하여 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S24)를 포함할 수 있다.It may include a step (S24) of removing the photoresist layer to form a patterned electrode layer.
상기 S21 단계는 고인장성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계이다.The step S21 is a step of forming a photoresist layer on a high tensile substrate.
상기 포토레지스트층은 폴리아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계 수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly(phenylenethers) resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(poly(phenylenesulfides) resin) 및 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The photoresist layer is made of polyacrylates resin, epoxy resin, phenolic resin, polyamides resin, polyimides resin, and unsaturated polyester resin. (unsaturated polyesters resin), poly(phenylenethers) resin, poly(phenylenesulfides) resin, and benzocyclobutene (BCB). It can be done, but is not limited to this.
상기 포토레지스트층은 양성(positive) 재료물질 또는 음성(negative) 재료물질로 이루어질 수 있다.The photoresist layer may be made of a positive material or a negative material.
상기 양성(positive) 재료물질의 경우 사진식각(photolithography) 공정에서 빛을 조사받은 부분의 구조가 약해져(softening), 현상 공정시 빛을 조사받은 부분이 제거가 일어나는 물질이며, 상기 음성(negative) 재료물질의 경우 사진식각(photolithography)공정에서 빛을 조사받은 부분의 구조가 강해져(hardening), 현상 공정시 빛을 조사받지 않은 부분이 제거가 일어나는 물질이다.In the case of the positive material, the structure of the part irradiated with light during the photolithography process is weakened, and the part irradiated with light is removed during the development process, and the negative material is the material. In the case of materials, the structure of the part exposed to light becomes hardened during the photolithography process, and the part not exposed to light is removed during the development process.
상기 포토레지스트층은 상기 양성 재료물질 또는 음성 재료물질의 포토레지스트를 당 업계에서 통상적으로 사용되는 코팅 방법 예컨대, 스핀 코팅에 의해 고인장성 기판 전면에 형성될 수 있다.The photoresist layer may be formed on the entire surface of the high-tensile substrate by applying a photoresist of the positive or negative material to a coating method commonly used in the art, such as spin coating.
형성된 포토레지스트층은 프리-베이킹(pre-baking)을 할 수 있다.The formed photoresist layer can be pre-baked.
다음으로, S22 단계는 상기 포토레지스트층에 패터닝을 수행하는 단계이다.Next, step S22 is a step of performing patterning on the photoresist layer.
패턴을 형성(패터닝)하는 것은 공지된 사진식각공정에 의해 형성할 수 있으며, 예를 들어, 후술하는 전극 패턴을 형성하기 위한 패턴이 미리 정의된 마스크를 이용하여 자외선 노광 장치 등에 의해 노광하고, 노광된 포토레지스트 층에 현상 공정을 수행하여 마스크의 패턴에 따라 패터닝 될 수 있다.Forming a pattern (patterning) can be done by a known photoetching process. For example, exposure is performed using an ultraviolet ray exposure device, etc. using a mask with a predefined pattern for forming an electrode pattern, which will be described later. By performing a development process on the photoresist layer, it can be patterned according to the pattern of the mask.
이때, 상기 마스크는 상기 포토레지스트층의 물질이 음성(negative) 재료물질인 경우에는, 전극 패턴으로 예정된 부분이 차단영역이고, 그 이외의 영역이 투과영역인 구조이며, 상기 마스크를 사용하여, 상기 금속 전극 패턴으로 예정된 부분을 제외한 나머지 영역에 빛을 조사(UV)하여, 상기 빛을 조사받은 부분의 구조가 강해져(hardening), 이후 현상 공정시 빛을 조사받지 않은 부분이 제거가 일어나게 된다. 이때, 제거가 일어난 영역이 전극 패턴으로 예정된 부분에 해당한다.At this time, the mask has a structure where, when the material of the photoresist layer is a negative material, the part scheduled as the electrode pattern is a blocking area, and the other area is a transparent area. Using the mask, By irradiating light (UV) to the remaining areas except for the portion scheduled for the metal electrode pattern, the structure of the portion irradiated with light becomes hardened, and the portion not irradiated with light is removed during the subsequent development process. At this time, the area where removal occurred corresponds to the area scheduled for the electrode pattern.
또한, 상기 마스크는 상기 포토레지스트층이 양성(positive) 재료물질인 경우에는, 금속 전극 패턴으로 예정된 부분이 투과영역이고, 그 이외의 영역이 차단영역인 구조이며, 상기 마스크를 사용하여, 상기 금속 전극 패턴으로 예정된 부분의 영역에 빛을 조사하여, 상기 빛을 조사받은 부분의 구조가 약해져(softening), 이후 현상 공정시 빛을 조사받은 영역이 제거가 일어나게 된다. 이때, 제거가 일어난 영역이 전극 패턴으로 예정된 부분에 해당한다.In addition, when the photoresist layer is a positive material, the mask has a structure in which the part scheduled to be the metal electrode pattern is a transmission area and the other area is a blocking area, and by using the mask, the metal electrode pattern is used as a transmission area. By irradiating light to the area of the part scheduled as the electrode pattern, the structure of the part irradiated with light is weakened (softening), and the area irradiated with light is removed during the subsequent development process. At this time, the area where removal occurred corresponds to the area scheduled for the electrode pattern.
결국, 상기 포토레지스트 층에서 마스크 패턴에 의해 포토레지스트가 제거되는 영역이 전극 패턴으로 예정된 부분에 해당한다.Ultimately, the area in the photoresist layer where the photoresist is removed by the mask pattern corresponds to the area designated as the electrode pattern.
이때, 마스크 패턴은 후술하는 전극 패턴이 평면 상에 소정의 간격을 가지는 복수개의 핑거 전극을 구성할 수 있도록 형성될 수 있으며, 예컨대 도 3에 나타낸 바와 같이 핑거 전극 영역을 포함하는 수평형 교차 전극(Interdigitated electrode, IDE) 구조의 패턴으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the mask pattern may be formed so that the electrode pattern described later can constitute a plurality of finger electrodes having a predetermined spacing on a plane, for example, a horizontal cross electrode including a finger electrode region as shown in FIG. 3 ( It may be formed in a pattern of an interdigitated electrode (IDE) structure, but is not limited thereto.
다음으로, S23 단계는 패터닝된 부분에 전극층을 형성하는 단계이다.Next, step S23 is a step of forming an electrode layer on the patterned portion.
구체적으로 포토레지스트 패터닝에 의해 포토레지스트가 일부가 제거되어 형성된 전극 패턴으로 예정된 부분에 전극층을 형성할 수 있다.Specifically, an electrode layer can be formed in a predetermined area using an electrode pattern formed by removing part of the photoresist through photoresist patterning.
상기 전극층의 형성 방법은 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링 등의 물리증착법(PVD), 졸-겔(Sol-Gel)법 등을 포함하는 용액증착법, 증발법, 화학증착법 및 기상증착법 등을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The method of forming the electrode layer is physical vapor deposition (PVD) such as direct current magnetron sputtering and radio frequency magnetron sputtering, solution deposition including sol-gel method, evaporation, chemical vapor deposition, and vapor deposition. It can be performed, but is not limited to this.
상기 전극층은 금속 전극 또는 전도성 폴리머 전극을 단독으로 형성할 수 있고, 상기 고인장성 폴리머 기판과의 접착력을 향상시키기 위해 예컨대 티타늄 금속 등으로 접착층을 형성한 다음에 전극층을 형성할 수 있다.The electrode layer may be formed solely as a metal electrode or a conductive polymer electrode, and to improve adhesion with the high-tensile polymer substrate, an adhesive layer may be formed using, for example, titanium metal, and then the electrode layer may be formed.
다음으로, S24 단계는 포토레지스트층을 제거하는 단계이다.Next, step S24 is a step of removing the photoresist layer.
상기 단계는 스트리핑(stripping) 공정이라고도 하며, 상기 S21 단계에서 제조된 포토레지스트층을 제거하는 공정이다.This step is also called a stripping process, and is a process of removing the photoresist layer prepared in step S21.
상기 포토레지스트층의 제거는 스트리퍼(stripper) 용액 또는 O2 애싱법으로 제거할 수 있으며, 아세톤 등의 유기용매를 이용하여 제거할 수도 있다.The photoresist layer can be removed using a stripper solution or O 2 ashing method, and can also be removed using an organic solvent such as acetone.
이와 같은 방법을 통하여 패터닝 된 전극층을 형성할 수 있다.Through this method, a patterned electrode layer can be formed.
다음으로, S30 단계는 상기 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체들을 형성하는 단계이다.Next, step S30 is a step of forming conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신체부착형 청각센서의 제조방법에 있어서, 패터닝 된 전극층 상에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성하는 단계를 구체화 한 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart detailing the step of forming a conductive polymer nanostructure on a patterned electrode layer in the method of manufacturing a body-worn hearing sensor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 상기 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체들을 형성하는 단계(S30)는 Referring to FIG. 7, the step (S30) of forming conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer is
전극층의 복수개의 핑거 전극 영역을 제외하고 포토레지스트층을 형성하는 단계(S31); Forming a photoresist layer except for the plurality of finger electrode regions of the electrode layer (S31);
복수개의 핑거 전극 영역에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성하는 단계(S32); 및 Forming a conductive polymer nanostructure in a plurality of finger electrode regions (S32); and
포토레지스트층을 제거하는 단계(S33)를 포함할 수 있다.It may include removing the photoresist layer (S33).
먼저 S31 단계는 전극층의 복수개의 핑거 전극 영역을 제외하고 포토레지스트층을 형성하는 단계이다. First, step S31 is a step of forming a photoresist layer except for the plurality of finger electrode regions of the electrode layer.
상기 전극층, 특히 전극층의 복수개의 핑거 전극 영역 상에 전도성 폴리머 나노구조체들은 형성시키기 위하여, 상기 핑거 전극 영역이 아닌 영역은 전도성 폴리머 나노구조체가 형성되지 않도록 마스킹하는 작업이 필요하다. 이에, 후술하는 전도성 폴리머 나노구조체들은 형성되는 영역, 즉 복수개의 핑거 전극 영역을 제외하고는 포토레지스트층을 형성하여 마스킹할 수 있다.In order to form conductive polymer nanostructures on the electrode layer, particularly on the plurality of finger electrode regions of the electrode layer, it is necessary to mask areas other than the finger electrode regions so that conductive polymer nanostructures are not formed. Accordingly, the conductive polymer nanostructures described later can be masked by forming a photoresist layer except for the formed area, that is, the plurality of finger electrode areas.
상기 포토레지스트층의 형성 방법은 S21 단계에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 내용은 생략한다.Since the method of forming the photoresist layer is the same as described in step S21, detailed information will be omitted.
다음으로 S32 단계는 복수개의 핑거 전극 영역에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성하는 단계이다.Next, step S32 is a step of forming a conductive polymer nanostructure in the plurality of finger electrode regions.
상기 전도성 폴리머 나노구조체는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법, 예를 들면 화학적 산화 중합법, 전기화학적 중합법, 금속산화물의 복합체 형성법 등을 이용하여 전극층 상에 형성시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The conductive polymer nanostructure may be formed on the electrode layer using methods commonly used in the art, such as chemical oxidation polymerization, electrochemical polymerization, and metal oxide complex formation, but is not limited thereto. .
일례로서, 화학적 산화 중합법을 이용한 상기 전도성 폴리머 나노구조체 형성 방법은 전도성 폴리머를 포함하는 전구체 용액이 들어있는 챔버에 포토레지스트 패턴이 형성된 고인장성 기판을 넣고 일정 시간 침지시키되, 챔버 벽면에 부착한 뒤, 약 0℃에서 전기장 또는 자기장을 가함으로써 폴리머를 중합시켜 전도성 폴리머 나노구조체들을 성장시킬 수 있다.As an example, in the method of forming a conductive polymer nanostructure using a chemical oxidation polymerization method, a high-tensile substrate with a photoresist pattern is placed in a chamber containing a precursor solution containing a conductive polymer, immersed for a certain period of time, and then attached to the chamber wall. , conductive polymer nanostructures can be grown by polymerizing the polymer by applying an electric or magnetic field at about 0°C.
성장된 전도성 폴리머 나노구조체는 하나 이상으로 형성되며, 패터닝된 복수개의 핑거 전극 상과, 핑거 전극 사이에 노출되는 기판 상에 수직, 수평 등의 다양한 방향으로 성장되어 무작위로 형성되며, 이에, 전도성 폴리머 나노구조체의 성장시 전도성 폴리머 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)가 형성된다.The grown conductive polymer nanostructure is formed as one or more, and is randomly formed by growing in various directions, such as vertically and horizontally, on a plurality of patterned finger electrodes and on a substrate exposed between the finger electrodes. As a result, the conductive polymer nanostructure is formed. When nanostructures grow, inter-bridges are formed between conductive polymer nanostructures.
상기 전도성 폴리머 나노구조체들은 막대(Rod), 와이어(Wire), 필러(Pillar), 섬유(Fiber), 튜브(Tube), 벨트(Belt), 꽃 모양(Flower), 플레이트(Plate), 입자(Particle), 나선(helix), 성게 모양(urchin shape) 형태일 수 있으나, 바람직하게는 막대형 예컨대, 나노로드 또는 나노와이어의 형태인 것일 수 있다. The conductive polymer nanostructures include rods, wires, pillars, fibers, tubes, belts, flowers, plates, and particles. ), helix, or urchin shape, but is preferably in the form of a rod, for example, a nanorod or nanowire.
상기 전도성 폴리머 나노구조체들의 높이는 한정되지 않으며 나노급 내지 마이크로급의 크기를 가질 수 있다.The height of the conductive polymer nanostructures is not limited and may have a size ranging from nanoscale to microscale.
나노구조체의 성장이 완료된 기판은 꺼내어 탈이온수로 세정하고, N2로 건조시키는 과정을 추가로 수행할 수 있다.The substrate on which nanostructure growth has been completed can be additionally taken out, washed with deionized water, and dried with N 2 .
다음으로, S33 단계는 포토레지스트층을 제거하는 단계이다.Next, step S33 is a step of removing the photoresist layer.
상기 단계는 S24 단계에서 설명한 바와 동일한 방법으로 스트리퍼(stripper) 용액 또는 O2 애싱법으로 남아있는 포토레지스트층을 제거할 수 있으며, 아세톤 등의 유기용매를 이용하여 제거할 수도 있다.In this step, the remaining photoresist layer can be removed using a stripper solution or O 2 ashing method in the same manner as described in step S24, and can also be removed using an organic solvent such as acetone.
이와 같은 방법을 통하여 패터닝 된 전극층 상에 전도성 폴리머 나노구조체를 형성함으로써 청각센서를 제조할 수 있다.Through this method, an auditory sensor can be manufactured by forming a conductive polymer nanostructure on the patterned electrode layer.
다음으로, S40 단계는 상기 보조 기판을 제거하는 단계이다.Next, step S40 is a step of removing the auxiliary substrate.
상기 보조 기판을 분리하는 방법은 물리적 방법, 팽윤을 이용한 방법, 화학적 식각 방법 등을 들 수 있다.Methods for separating the auxiliary substrate include physical methods, methods using swelling, and chemical etching methods.
구체적으로, 물리적 방법은 물리적인 힘(기계적 힘)에 이해 고인장성 기판으로부터 보조 기판을 분리하는 방법이다.Specifically, the physical method is a method of separating the auxiliary substrate from the high-tensile substrate using physical force (mechanical force).
또한, 상기 팽윤을 이용한 방법은, 고인장성 기판층에 대한 팽윤성이 높은 용매에 S30 단계에서 제조된, 고인장성 기판 및 보조 기판을 포함하는 구조체를 침지시켜, 고인장성 기판을 팽윤시킴으로써, 팽윤된 고인장성 기판이 보조 기판으로부터 분리되는 방법이다.In addition, the method using the swelling involves swelling the high-tensile substrate by immersing the structure including the high-tensile substrate and the auxiliary substrate prepared in step S30 in a solvent having a high swelling property for the high-tensile substrate layer, thereby forming the swollen solid. This is a method in which the long-walled substrate is separated from the auxiliary substrate.
또한, 상기 화학적 식각 방법은 보조 기판에 선택적 식각성을 보이는 식각 용매를 이용하여 보조 기판만을 식각하는 방법이다.Additionally, the chemical etching method is a method of etching only the auxiliary substrate using an etching solvent that selectively etches the auxiliary substrate.
이렇게 제조된 청각센서는 인체에 무해하고 고인장성을 갖는 폴리머 기판을 사용함으로써 신체부착이 가능하고, 패터닝된 전극 상에 감지체로서 고인장성 및 전단변형 특성을 지닌 전도성 폴리머 나노구조체가 형성되어, 기판이 인장시에도 나노구조체가 파단되거나 부서지지 않고 전류를 전달함으로써, 다양한 운동성(인장, 압축, 뒤틀림, 미끄러짐 등)에 대응할 수 있다.The hearing sensor manufactured in this way is harmless to the human body and can be attached to the body by using a high-tensile polymer substrate. A conductive polymer nanostructure with high tensile and shear strain characteristics is formed as a sensor on the patterned electrode, forming the substrate. Even during this tension, the nanostructure transmits current without being fractured or broken, making it possible to respond to various motility (tensile, compression, twisting, slipping, etc.).
또한, 본 발명에 따른 청각센서의 제조방법은 최소한의 공정 단계를 채택한 저비용 단순 구조를 사용함으로써 양산에 적합하므로 대량생산이 가능하다.In addition, the method of manufacturing an auditory sensor according to the present invention is suitable for mass production by using a low-cost, simple structure employing a minimum of process steps, so mass production is possible.
이렇게 제조된 고인장성 청각센서는 동작 원리에 따라 음향 진동 수준의 미약한 기계적 진동 또는 인장 변화를 감지하는 센서로 활용될 수 있다. 예를 들면 유연 로봇용 감지 센서, 인체 부착형 웨어러블 센서나 각종기기의 휴먼인터페이스로 활용이 가능하다. The high-tensile acoustic sensor manufactured in this way can be used as a sensor to detect weak mechanical vibration or tension changes in the level of acoustic vibration depending on the operating principle. For example, it can be used as a detection sensor for flexible robots, a wearable sensor attached to the body, or as a human interface for various devices.
본 발명에 따른 청각센서는 상기 전도성 폴리머 감지체의 수평형 교차 전극(Interdigitated electrode, IDE) 구조의 나노구조체들 간의 연결부위의 변화가 만드는 전극 간 전기전도도 변화를 통해 전류 특성의 변화를 측정할 수 있고, 이 변화를 이용하여 미세한 기계적 변화 신호를 감지할수 있으므로, 이를 이용한 인공 전자피부 부착 센서, 유연 로봇 지원 센서, 뇌조직 기능 연구, 근육 센싱 및 컴퓨터와 인터페이싱 등의 미래 기술 분야에 유용하게 사용될 수 있다.The hearing sensor according to the present invention can measure changes in current characteristics through changes in electrical conductivity between electrodes caused by changes in connection sites between nanostructures of the horizontal interdigitated electrode (IDE) structure of the conductive polymer sensor. Since this change can be used to detect subtle mechanical change signals, it can be useful in future technology fields such as artificial electronic skin attachment sensors, flexible robot support sensors, brain tissue function research, muscle sensing, and computer interfacing. there is.
이하 제조예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 제조예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through manufacturing examples. The following production examples are described for the purpose of illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<제조예 1 : 고인장성 기판 및 전도성 폴리머 나노구조 기반 신체부착형 청각센서의 제조><Manufacturing Example 1: Manufacturing of a body-worn hearing sensor based on a high-tensile substrate and conductive polymer nanostructure>
S10 : 보조 기판 상에 고인장성 기판 형성S10: Formation of high tensile substrate on auxiliary substrate
먼저, 폴리디메틸실록산 베이스와 경화제(Sylgard 184, Dow Corning)를 10 : 1의 중량비로 혼합하여 폴리머 전구체 용액을 제조하였다. 상기 폴리머 전구체 용액을 Si 보조 기판에 상에 스핀 코팅하였다. 경화 전 진공 챔버 내에 넣고 진공 상태와 상압 상태를 번갈아 만들어줌으로써 폴리디메틸실론산 전구체 용액 내부의 기포를 제거하였다. 이후 실온에서 경화시켜 보조 기판 상에 고인장성 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판을 형성하였다.First, a polymer precursor solution was prepared by mixing polydimethylsiloxane base and curing agent (Sylgard 184, Dow Corning) at a weight ratio of 10:1. The polymer precursor solution was spin-coated on a Si auxiliary substrate. Before curing, bubbles inside the polydimethylsilonic acid precursor solution were removed by placing it in a vacuum chamber and alternating between vacuum and normal pressure. Afterwards, it was cured at room temperature to form a high-tensile polydimethylsiloxane (PDMS) substrate on the auxiliary substrate.
S20 : 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층 형성S20: Formation of patterned electrode layer on high tensile substrate
제조된 고인장성 기판 상에 네거티브 포토레지스트(AZ5214e, MicroChemicals)를 스핀 코팅하고 약 95 ℃에서 2분 동안 열처리하였다. 이후, Mask aligner (MA6, Suss Microtech)를 사용하여 도 3의 패턴 형태로 전극층 형성 지역을 지정하였다. 지정된 부분을 405nm, 20mW/cm2의 광원을 사용하여 노광하였으며, 이후 기판을 1분 30초 동안 현상액(CD-30, Shipley) 처리하였다. 이후, 상기 보조 기판을 증류수로 세척한 후 N2 처리하여 건조함으로써 고인장성 기판 상에 패터닝 된 포토레지스트를 형성하였다.Negative photoresist (AZ5214e, MicroChemicals) was spin-coated on the manufactured high-tensile strength substrate and heat treated at approximately 95°C for 2 minutes. Afterwards, the electrode layer formation area was designated in the pattern form of Figure 3 using a mask aligner (MA6, Suss Microtech). The designated area was exposed using a light source of 405 nm, 20 mW/cm 2 , and then the substrate was treated with a developer (CD-30, Shipley) for 1 minute and 30 seconds. Thereafter, the auxiliary substrate was washed with distilled water, treated with N 2 and dried to form a patterned photoresist on the high-tensile strength substrate.
다음으로, 패터닝 되어 포토레지스트가 제거된 영역에 스퍼터링 증착을 통해 티타늄(Ti)을 증착하여 접착층을 형성하고, 상기 티타늄 위에 금(Au)을 증착하여 전극층을 형성하였다.Next, titanium (Ti) was deposited through sputtering deposition on the patterned area from which the photoresist was removed to form an adhesive layer, and gold (Au) was deposited on the titanium to form an electrode layer.
전극층 형성 후, 패터닝 된 포토레지스트층을 리프트오프(Lift off) 공정을 이용하여 제거하였다. 구체적으로 전극층이 형성된 기판을 아세톤에 침지시켜 남아있는 포토레지스트를 제거하고, 패터닝 된 전극층이 형성되었다.After forming the electrode layer, the patterned photoresist layer was removed using a lift off process. Specifically, the substrate on which the electrode layer was formed was immersed in acetone to remove the remaining photoresist, and a patterned electrode layer was formed.
S30 : 패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체 형성S30: Formation of conductive polymer nanostructure on patterned electrode layer
전도성 폴리머로서 폴리아닐린(PANI)을 사용하여 나노구조체를 형성하였다.A nanostructure was formed using polyaniline (PANI) as a conductive polymer.
구체적으로 8mM~14mM의 아닐린을 1M HClO4(70%)에 용해시켜 아닐린(C6H5NH2, ~99.5%) 수용액을 제조하였다. 다음으로, APS(H8N2O8S2, ~98%) 수용액을 아닐린[M] / APS[M]= 1.5 비율로 1M HClO4 용해시켜 제조하였다. 아닐린 수용액과 APS 수용액은 모두 약 0℃로 유지시켰다. 이후, 아닐린 수용액에 APS 수용액을 Drop by drop으로 첨가하였으며, S20에서 제조된 기판을 아닐린 수용액 및 APS 수용액의 혼합용액을 포함하는 비커 벽면에 부착한 뒤 약 0℃에서 자석 교반기를 사용하여 200rpm의 속도를 유지하면서 24시간 동안 중합하여, 폴리아닐린 나노구조체를 성장시켰다. 상기 폴리아닐린 나노구조체는 나노선의 형태로 성장되었고, 상기 나노선의 직경이 40 ~ 60nm로 관찰되었다.Specifically, 8mM to 14mM of aniline was dissolved in 1M HClO 4 (70%) to prepare an aqueous solution of aniline (C 6 H 5 NH 2 , ~99.5%). Next, an aqueous solution of APS (H 8 N 2 O 8 S 2 , ~98%) was prepared by dissolving 1M HClO 4 at a ratio of aniline [M] / APS [M] = 1.5. Both the aniline aqueous solution and the APS aqueous solution were maintained at about 0°C. Afterwards, the APS aqueous solution was added drop by drop to the aniline aqueous solution, and the substrate prepared in S20 was attached to the wall of the beaker containing the mixed solution of the aniline aqueous solution and the APS aqueous solution, and then stirred at a speed of 200 rpm using a magnetic stirrer at about 0°C. Polyaniline nanostructures were grown by polymerizing for 24 hours while maintaining . The polyaniline nanostructure was grown in the form of a nanowire, and the diameter of the nanowire was observed to be 40 to 60 nm.
S40 : 보조 기판 제거S40: Removal of auxiliary board
이후, 아세톤을 물에 희석한 용액에 S30 단계에서 폴리아닐린 나노구조체가 형성된 기판을 약 5분 동안 침지시켰다. 이후, 팽윤된 고인장성 기판을 보조 기판으로부터 분리하여 신체부착형 청각센서를 제조하였다.Afterwards, the substrate on which the polyaniline nanostructure was formed in step S30 was immersed in a solution of acetone diluted in water for about 5 minutes. Afterwards, the swollen high-tensile substrate was separated from the auxiliary substrate to manufacture a body-worn hearing sensor.
<제조예 2><Production Example 2>
패터닝 된 전극층에 전도성 폴리머 나노구조체 형성(S30) 단계에서 전도성 폴리머 나노구조체로서 폴리아닐린 나노구조체를 하기와 같은 방법으로 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 수행하여 신체부착형 청각센서를 제조하였다.Conductivity during the formation of conductive polymer nanostructures on the patterned electrode layer (S30) A body-worn hearing sensor was manufactured in the same manner as Preparation Example 1, except that a polyaniline nanostructure as a polymer nanostructure was manufactured in the following manner.
구체적으로, 0.7M H2SO4(98%) 수용액에 0.3M 아닐린을 1시간 동안 500rpm으로 교반하여 용해시켜 아닐린 용액을 제조하였다. 반응 챔버 내에 상기 S20에서 제조된, 전극이 형성된 기판을 작업 전극으로 하고, 상대 전극으로 Graphite rod를 사용하였으며, 두 전극의 간격은 10mm로 일정하게 유지하고, 전해질로서 아닐린 용액을 넣은 후, 상대 전극 대비 작업 전극에 높은 전압이 인가되었으며, 1.0V ~ 2.0V의 고정된 전위차에서 폴리아닐린 나노구조체는 30초~5분간 중합되었다. 폴리아닐린 나노구조체의 합성 후 기판은 Hot plate를 사용하여 70℃에서 10분간 건조되었다. 중합된 폴리아닐린 나노복합체의 크기는 0nm~15um까지 다양하게 관찰되었다.Specifically, an aniline solution was prepared by dissolving 0.3M aniline in 0.7MH 2 SO 4 (98%) aqueous solution by stirring at 500 rpm for 1 hour. In the reaction chamber, the electrode-formed substrate prepared in S20 was used as a working electrode, and a graphite rod was used as a counter electrode. The gap between the two electrodes was kept constant at 10 mm, and after adding aniline solution as an electrolyte, the counter electrode A high voltage was applied to the contrast working electrode, and the polyaniline nanostructure was polymerized for 30 seconds to 5 minutes at a fixed potential difference of 1.0 V to 2.0 V. After synthesizing the polyaniline nanostructure, the substrate was dried at 70°C for 10 minutes using a hot plate. The size of the polymerized polyaniline nanocomposite was observed to vary from 0 nm to 15 μm.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Adequate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
10 : 고인장성 기판
20 : 전극층
30 : 전도성 폴리머 나노구조체10: High tensile substrate
20: electrode layer
30: Conductive polymer nanostructure
Claims (12)
상기 고인장성 기판 상에 형성된 패터닝 된 전극층; 및
상기 패터닝 된 전극층 상에 형성된 폴리아닐린(PANI) 나노구조체들을 포함하는
다기능 센서.High tensile substrate with a tensile strength of 50% or more;
A patterned electrode layer formed on the high tensile substrate; and
Comprising polyaniline (PANI) nanostructures formed on the patterned electrode layer.
Multi-functional sensor.
상기 고인장성 기판은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 및 에코플렉스(Ecoflex)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 고인장성 폴리머 기판인 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
A multi-functional sensor, wherein the high-tensile substrate is a high-tensile polymer substrate selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), and Ecoflex.
상기 전극층은 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt) 및 은(Ag)으로부터 선택되는 금속; 또는 폴리플루오렌, 폴리페닐렌, 폴리피렌, 폴리아쥴렌, 폴리나프탈렌, 폴리아세틸렌(PAC), 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(PPV), 폴리피롤(PPY), 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리아닐린(PANI), 폴리티오펜(PT), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중에서 선택되는 폴리전도성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
The electrode layer is a metal selected from titanium (Ti), gold (Au), platinum (Pt), and silver (Ag); or polyfluorene, polyphenylene, polypyrene, polyazulene, polynaphthalene, polyacetylene (PAC), poly(p-phenylene vinylene) (PPV), polypyrrole (PPY), polycarbazole, polyindole, polya. A polyconductive polymer selected from zepine, polyaniline (PANI), polythiophene (PT), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), and poly(p-phenylene sulfide) (PPS). Features a multi-functional sensor.
상기 전극층은 평면 상에 소정의 간격을 가지는 복수개의 핑거(finger) 전극들을 포함하는 수평형 교차 전극(Interdigitated electrode, IDE) 구조의 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
The electrode layer is a multifunctional sensor characterized in that it has a pattern of a horizontal interdigitated electrode (IDE) structure including a plurality of finger electrodes with a predetermined spacing on a plane.
상기 다기능 센서는 상기 고인장성 기판과 상기 전극층 사이에 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
The multi-function sensor is characterized in that it further includes an adhesive layer between the high-tensile substrate and the electrode layer.
상기 폴리아닐린(PANI) 나노구조체는 성장시 폴리아닐린(PANI) 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)가 형성되는 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
The polyaniline (PANI) nanostructure is a multifunctional sensor characterized in that an inter-bridge is formed between the polyaniline (PANI) nanostructures when grown.
상기 다기능 센서는 고인장성 기판 내 전극층 상에 형성된 폴리아닐린(PANI) 나노구조체들 간의 연결부위(Inter-bridge)에 흐르는 전기전도도의 변화를 통하여 인장 또는 변형 스트레인을 감지하는 것을 특징으로 하는 다기능 센서.According to paragraph 1,
The multi-functional sensor is a multi-functional sensor characterized in that it detects tensile or deformation strain through changes in electrical conductivity flowing in an inter-bridge between polyaniline (PANI) nanostructures formed on an electrode layer in a high-tensile substrate.
상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20);
상기 패터닝 된 전극층에 폴리아닐린(PANI) 나노구조체들을 형성하는 단계(S30); 및
상기 보조 기판을 제거하는 단계(S40)를 포함하는
다기능 센서의 제조방법.Forming a high-tensile strength substrate with a tensile strength of 50% or more on an auxiliary substrate (S10);
Forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate (S20);
Forming polyaniline (PANI) nanostructures on the patterned electrode layer (S30); and
Including the step (S40) of removing the auxiliary substrate.
Manufacturing method of multifunctional sensor.
상기 고인장성 기판 상에 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S20)는
고인장성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계(S21);
상기 포토레지스트층에 패터닝을 수행하는 단계(S22);
패터닝된 부분에 전극층을 형성하는 단계(S23); 및
포토레지스트층을 제거하여 패터닝 된 전극층을 형성하는 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 센서의 제조방법.According to clause 10,
The step (S20) of forming a patterned electrode layer on the high tensile substrate is
Forming a photoresist layer on a high-tensile substrate (S21);
Performing patterning on the photoresist layer (S22);
Forming an electrode layer on the patterned portion (S23); and
A method of manufacturing a multi-functional sensor, comprising the step of removing the photoresist layer to form a patterned electrode layer (S24).
상기 패터닝 된 전극층에 폴리아닐린(PANI) 나노구조체들을 형성하는 단계(S30)는
전극층의 복수개의 핑거 전극 영역을 제외하고 포토레지스트층을 형성하는 단계(S31);
복수개의 핑거 전극 영역에 폴리아닐린(PANI) 나노구조체를 형성하는 단계(S32); 및
포토레지스트층을 제거하는 단계(S33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 센서의 제조방법.According to clause 10,
The step (S30) of forming polyaniline (PANI) nanostructures on the patterned electrode layer is
Forming a photoresist layer except for the plurality of finger electrode regions of the electrode layer (S31);
Forming polyaniline (PANI) nanostructures in a plurality of finger electrode regions (S32); and
A method of manufacturing a multi-functional sensor, comprising the step of removing the photoresist layer (S33).
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