KR101050546B1 - Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof - Google Patents
Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101050546B1 KR101050546B1 KR1020090135067A KR20090135067A KR101050546B1 KR 101050546 B1 KR101050546 B1 KR 101050546B1 KR 1020090135067 A KR1020090135067 A KR 1020090135067A KR 20090135067 A KR20090135067 A KR 20090135067A KR 101050546 B1 KR101050546 B1 KR 101050546B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- electrodes
- pair
- nanotube layer
- contact
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
- G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/021—Composite material
- H01H1/027—Composite material containing carbon particles or fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
- H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
Abstract
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 가동 전기접속 구동체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가동 전기접속 구동체는 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극, 및 상기 전극 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기와 같은 본 발명에 의하면 접속부가 마모되지 않고 윤활제와 같은 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동 가능한 가동 전기 접속 구조체의 구현이 가능하며, 탄소나노튜브 층의 합성시 접촉 경계면이 자가정렬되기 때문에 정밀 간극 조절 등의 후속 작업이 불필요하다.The present invention relates to a movable electrical connection drive body using carbon nanotubes, a micro position sensor using the same, and a manufacturing method thereof. The movable electrical connection body according to the present invention includes a pair of electrodes capable of relative movement and a carbon nanotube layer formed on a contact surface between the electrodes and deposited in a direction perpendicular to the contact surface, According to the present invention, it is possible to realize a movable electrical connection structure which can be semi-permanently operated without consuming consumable materials such as lubricant without worn out of the connecting portion. Since the contact interface is self-aligned when synthesizing the carbon nanotube layer, No further work is required.
탄소나노튜브, 가동 전기접속 구동체, 마이크로 위치 감지기 Carbon nanotubes, movable electrical connection actuators, micro position sensors
Description
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 가동 전기접속 구동체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극, 및 상기 전극 사이의 접촉면에 각각 형성된 탄소나노튜브 층으로 구성되며, 상기 전극 간의 스위치 또는 미끄럼 방식 등의 상대적 움직임을 통한 상기 탄소나노튜브 층 간의 기계적 접촉을 통하여 전기가 흐르는 가동 전기접속 구동체 및 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법에 대한 것이다. [0001] The present invention relates to a movable electrical connection body using carbon nanotubes, a micro-position sensor using the same, and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a pair of electrodes capable of relative movement, A movable electrical connection body comprising a carbon nanotube layer and flowing electricity through mechanical contact between the carbon nanotube layers through a relative movement of the electrodes or a switch between the electrodes, and a micro position sensor using the same Lt; / RTI >
기계적인 접촉을 통해 전기를 전달하는 가동 전기 접속 구조체는 필요한 경우에만 전기가 통하게 하기 위한 스위치 및 회전 운동 중에도 꾸준히 전력을 공급 하는 브러쉬 등의 형태를 일반적으로 가지며, 대부분의 기계장치에 필수적인 역할을 담당하고 있다. The movable electrical connection structure that transfers electricity through mechanical contact generally has the form of a switch that allows electricity to flow only when necessary and a brush that supplies power constantly during rotation and plays an essential role in most mechanical devices. .
이러한 구조의 가동 전기 접속 구조체가 필연적으로 가지고 있는 문제점인 전압강하 및 마모에 따른 수명 감소 등은 기계 장치의 효율을 저하시키는 요소로 작용하고 있어, 이를 개선하기 위한 연구가 진행되어왔다.The voltage drop and the lifetime reduction due to the wear and tear which are inevitably caused by the movable electrical connection structure having such a structure serve as a factor that deteriorates the efficiency of the mechanical device, and research has been conducted to improve the efficiency.
전기 전도성을 유지하며 우수한 내마모성을 갖춘 가동 전기접속 구조체를 구현하기 위하여 Johnson and Moberly 연구 그룹은 금속-그래파이트 합성물을 브러쉬 재료로 적용하였으며(IEEE Transaction on Components Hybrids and Manufacturing Technology, Vol.1, pp.36-40, 1978), W.G. Sawyer 연구 그룹은 소모성 고체 윤활제에 기반한 전기접속 구조체를 개발하였다(Wear, Vol.267, pp.1462-1469, 2009).In order to realize a movable electrical connection structure that maintains electrical conductivity and has excellent abrasion resistance, the Johnson and Moberly research group applied a metal-graphite composite as a brush material (IEEE Transaction on Components Hybrids and Manufacturing Technology, Vol. 1, pp. 36 -40, 1978), WG The Sawyer research group has developed an electrical connection structure based on a consumable solid lubricant (Wear, Vol. 267, pp.1462-1469, 2009).
하지만 이러한 연구들은 접속부의 마모를 줄이는 것에는 어느 정도 기여하였으나, 여전히 주기적인 접속부의 교체 및 윤활제의 공급을 완전히 피할 수는 없었다. However, these studies have contributed somewhat to reducing the wear of the connections, but still the replacement of periodic connections and the supply of lubricants have not been completely avoided.
최근 연구로 B. Bhushana 과 B. Galassob 연구 그룹은 탄소나노튜브가 기계적 접촉에 의해 마모가 되지 않아 접촉면을 구성하기에 적합한 소재임을 실험적으로 증명하였고(Philosophical Magazine Letters, Vol. 88, No. 12, 909-916, December 2008), Robert Vajtai, Pulickel M. Ajayan 연구 그룹은 이를 응용하여 탄소 나노튜브와 금속간의 접촉에 기반한 브러쉬를 구현하였다(Advanced Materials, Vol. 21, 2054-2058, 2009).In a recent study, B. Bhushana and B. Galassob's research group experimentally proved that carbon nanotubes are suitable materials for forming contact surfaces because they are not abraded by mechanical contact (Philosophical Magazine Letters, Vol. 88, No. 12, Robert Vajtai and Pulickel M. Ajayan, research group, applied this method to brushes based on contact between carbon nanotubes and metals (Advanced Materials, Vol. 21, 2054-2058, 2009).
그러나 상기와 같은 연구에서도 탄소 나노튜브/금속 간의 기계적 접촉에 의 한 금속면의 마모는 피할 수 없었으며, 지속적인 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동하는 전기 접속 구조체는 개발되지 못하고 있는 실정이다.However, in the above-mentioned study, the wear of the metal surface due to the mechanical contact between the carbon nanotube and the metal was inevitable, and the electric connection structure that operates semi-permanently without the continuous consumption of consumer goods has not been developed.
이에, 본 발명자는 접속부가 마모되지 않고 윤활제와 같은 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동 가능한 가동 전기접속 구조체 및 이의 응용을 개발하기에 이르렀다. Accordingly, the present inventor has developed a movable electrical connection structure and its application which can be operated semi-permanently without wasting consumption of consumables, such as lubricants, and the like.
본 발명의 목적은 접속부가 마모되지 않고 윤활제와 같은 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동 가능한 가동 전기접속 구동체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a movable electrical connection drive body which can be operated semi-permanently without consuming consuming materials such as lubricants without being worn, and a micro position sensor using the same.
또한, 본 발명의 목적은 접속부의 접촉 경계면이 자가정렬되어 정밀 간극 조절 등의 후속 작업이 불필요한 가동 전기접속 구동체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a movable electrical connection drive body in which a contact interface of a connection portion is self-aligned and a subsequent operation such as precision gap adjustment is unnecessary, a micro position sensor using the same, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명의 목적은 마찰력에 따른 에너지 손실이 통상적인 크기의 전기 접속 구조체에 비해 훨씬 크기 때문에 구현하기 어려웠던 미끄럼 방식의 마이크로 가동 전기 접속 구조체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법을 제공하는 것이다. Also, an object of the present invention is to provide a micro-movable electrical connection structure of a sliding type which is difficult to implement because energy loss due to frictional force is much larger than that of a conventional size electrical connection structure, a micro position sensor using the same, will be.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적은 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극, 및 상기 전극 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층을 포함하는 가동 전기접속 구동체를 제공함으로써 달성된다.It is an object of the present invention to provide a movable electrical connection driving body including a pair of electrodes capable of relative movement and a carbon nanotube layer formed on a contact surface between the electrodes and deposited in a direction perpendicular to the contact surface .
상기 가동 전기접속 구동체는 상기 탄소나노튜브 층 간의 기계적 접촉을 통하여 전기가 흐르게 되며, 상기 전극 간의 상대적인 움직임은 스위치 방식 또는 미끄럼 방식으로 이루어질 수 있다. Electricity flows through the movable electrical connection drive body through mechanical contact between the carbon nanotube layers, and the relative movement between the electrodes can be switched or slid.
또한, 상기와 같은 가동 전기접속 구동체는 i) 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극을 준비하는 단계, 및 ⅱ) 상기 한쌍의 전극 간의 접촉면에 탄소나노튜브를 증착하여 탄소나노튜브 층을 형성하는 단계를 통하여 제조된다. In addition, the moving electrical connection drive as described above may include the steps of: i) preparing a pair of electrodes capable of relative movement; and ii) depositing carbon nanotubes on a contact surface between the pair of electrodes to form a carbon nanotube layer .
상기 전극은 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)와 같은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)을 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 탄소나노튜브 층은 촉매 화학 기상 증착법(Catalystic Chemical Vapor Deposition)을 통해 전극 표면에 직접 형성될 수 있다. 이때, 상기 탄소나노튜브 층 간의 접촉 경계면은 자가정렬(self-alignment)되는 것을 특징으로 한다. The electrode may be implemented using bulk micromachining such as Deep Reactive Ion Etching (DRIE) or surface micromachining, and the carbon nanotube layer may be formed using a catalytic chemical vapor deposition ) On the surface of the electrode. At this time, the contact interface between the carbon nanotube layers is self-aligned.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 목적은 한쌍의 전극부, 상기 한쌍의 전극부 사이에 위치하는 구동부, 상기 한쌍의 전극부와 상기 구동부 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 합성된 탄소나노튜브 층으로 이루어진 접속부를 포함하며, 상기 접속부의 탄소나노튜브 층들이 서로 기계적 접촉을 하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 위치 감지기를 제공함으로써 달성된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel including a pair of electrode portions, a driving portion disposed between the pair of electrode portions, and a pair of electrodes formed on a contact surface between the pair of electrode portions and the driving portion, Wherein the carbon nanotube layers of the connection portion are in mechanical contact with each other.
여기서, 상기 접속부의 탄소나노튜브 층들 간의 기계적 접촉면적이 상기 가동 구조체의 움직임에 의하여 변화하며, 상기 접촉면적의 변화에 의하여 상기 접속부의 탄소나노튜브층들 간의 접촉 저항이 변화하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 구동부의 전극부에 대한 상대적인 움직임이 미끄럼 방식으로 이루어질 수 있다.Here, the mechanical contact area between the carbon nanotube layers of the connection part is changed by the movement of the movable structure, and the contact resistance between the carbon nanotube layers of the connection part is changed by the change of the contact area. At this time, the relative movement of the electrode part of the driving part can be performed in a sliding manner.
또한, 상기와 같이 한쌍의 전극, 상기 한쌍의 전극 사이에 위치하는 가동 구동체, 상기 한쌍의 전극과 상기 가동 구동체 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층을 포함하는 마이크로 위치 감지기는 i) 기판 상에 탄소나노튜브 층 형성 부분을 에칭하여 한쌍의 전극과 상기 한쌍의 전극 사이의 가동 구동체를 분리 형성하는 단계, ⅱ) 상기 한쌍의 전극과 가동 구동체가 분리 형성된 기판 상에 촉매를 증착하는 단계, ⅲ) 상기 한쌍의 전극과 가동 구동체 사이의 접촉면에 형성된 촉매만 남도록 상기 기판 상의 촉매 부분을 에칭하는 단계, 및 ⅳ) 상기 접촉면의 촉매 형성 부분에 탄소나노튜브 층을 형성하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.As described above, the carbon nanotube layer formed on the contact surfaces between the pair of electrodes, the movable driver positioned between the pair of electrodes, the contact surface between the pair of electrodes and the movable driver, The method comprising the steps of: i) etching a carbon nanotube layer forming portion on a substrate to separate and form a pair of electrodes and a movable driving body between the pair of electrodes, ii) Etching the catalyst portion on the substrate such that only the catalyst formed on the contact surface between the pair of electrodes and the movable actuator is left, and iv) etching the catalyst portion on the catalyst- To form a nanotube layer.
여기서, 상기 전극과 가동 구동체 사이의 접촉면에 형성된 탄소나노튜브 층들이 서로 기계적 접촉을 하며, 상기 탄소나노튜브 층들의 접촉 경계면이 자가정렬하는 것을 특징으로 하며, 상기 에칭은 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)와 같은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micro machining)을 이용하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브 층의 형성은 촉매 화학 기상 증착법(Catalystic Chemical Vapor Deposition)을 통해 이루어질 수 있다. Here, carbon nanotube layers formed on the contact surface between the electrode and the movable body make mechanical contact with each other, and the contact interface of the carbon nanotube layers is self-aligned. The etching is performed by deep reactive ion etching (DRIE) (Bulk Micromachining) or Surface Micro machining, for example. In addition, the carbon nanotube layer may be formed through a catalytic chemical vapor deposition (CVD) process.
본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 가동 전기접속 구동체는 접속부가 마모되지 않고 윤활제와 같은 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동 가능하며, 접속부의 탄소나노튜브 층 형성시 접촉 경계면이 자가정렬되어 정밀 간극 조절 등의 후속 작업이 불필요하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명을 통하여 마찰력으로 인하여 기존 에는 구현하기 어려웠던 미끄럼 방식의 마이크로 가동 전기접속 구조체 및 이를 이용한 다양한 어플리케이션들을 구현할 수 있다. The movable electrical connection drive body using the carbon nanotubes of the present invention can be semi-permanently operated without consuming consumable materials such as lubricant without worn out connection parts. When the carbon nanotube layer of the connection part is formed, the contact interface is self- There is an advantage that a subsequent operation of the system is unnecessary. In addition, the sliding-type micro-moving electrical connection structure and various applications using the sliding-type micro-moving electrical connection structure can be realized due to frictional force.
본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 가동 전기접속 구동체와 이를 이용한 마이크로 위치 감지기 및 이들의 제조방법을 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 구성을 보여주는 단면도 및 부분 확대도이며, 도 2 내지 4는 본 발명의 가동 전기접속 구동체 및 탄소나노튜브 층의 주사 전자 현미경 사진이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 스위치 방식 및 미끄럼 방식의 작동 모식도이며, 도 7은 본 발명의 마이크로 위치 감지기의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 8은 본 발명의 마이크로 위치 감지기 일실시예의 제조과정을 보여주는 흐름도이다.The movable electrical connection drive body using the carbon nanotube according to the present invention, the micro position sensor using the same, and the manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view showing the construction of the movable electric connection drive body of the present invention, FIGS. 2 to 4 are SEM micrographs of the movable electric connection drive body and the carbon nanotube layer of the present invention, 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a micro-position sensor of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view of a micro-position sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing process. FIG.
본 발명의 가동 전기접속 구동체는 도 1에서 도시된 바와 같이, 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극(10), 및 상기 전극(10) 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 1, the movable electrical connection driving body of the present invention includes a pair of
기계적인 접촉에 의해 전력 및 전기 신호를 전달하는 가동 전기접속 구조체는 대부분의 전기 소자에 필수 부품으로 사용되고 있으나, 전압강하, 마모에 따른 수명 감소, 마찰력에 의한 에너지 손실 등의 문제를 해결하기 위하여 주기적으로 접속부 및 윤활제를 교체 또는 공급해 주어야 하는 문제가 있었다. The movable electrical connection structure that transfers power and electrical signals by mechanical contact is used as an essential component in most electric devices. However, in order to solve problems such as voltage drop, life span due to abrasion, energy loss due to frictional force, There is a problem that the connection portion and the lubricant must be replaced or supplied.
또한, 현재 활발히 연구되고 있는 마이크로 기전 시스템 분야에서는 마찰력요인이 일반적인 전기 소자에 비해 크게 작용하기 때문에 기존의 가동 전기접속 구조체로는 기계적인 접촉에 의한 점착을 극복하고 작동하는 가동 전기 접속 구조체를 구현할 수가 없었다.In addition, since the frictional force of the micro electromechanical system, which is actively studied at present, is larger than that of a general electric element, it is possible to realize a movable electrical connection structure that overcomes the adhesion due to mechanical contact with the conventional movable electrical connection structure There was no.
본 발명에서는 상기 구성과 같이 뛰어난 탄성력과 내마모성을 가지는 고전도성의 탄소나노튜브 층들로 접속부를 구성함으로써, 기존의 한계들을 극복하여 높은 전기 전도성을 유지하면서도 낮은 마찰계수를 가지며 마모가 거의 없어 반영구적으로 사용 가능한 접속 구조체를 구현하였다. 또한, 접속면 사이의 기계적인 마찰로 인해 소실되는 에너지가 거의 없어 효율적인 측면에서도 뛰어난 성능을 보인다.In the present invention, since the connecting portion is formed of the highly conductive carbon nanotube layers having excellent elasticity and abrasion resistance as described above, it is possible to overcome the existing limitations, to maintain high electric conductivity, to have low friction coefficient, A possible connection structure is implemented. In addition, there is little energy lost due to the mechanical friction between the contact surfaces, and it shows excellent performance in terms of efficiency.
본 발명의 전기접속 구조체는 도 2 내지 4의 주사 전자 현미경 사진에서도 볼 수 있듯이, 상대적인 움직임이 가능하며 소정의 간격으로 배치되는 두 전도판을 통해 상호 접속부의 전극를 구현하고, 상기 두 전극의 마주보는 면에 탄소 나노튜브를 증착하여, 상기 탄소나노튜브 층간의 접촉을 통해 전기가 흐르도록 하였다. As can be seen from the scanning electron microscope photographs of FIGS. 2 to 4, the electrical connection structure of the present invention realizes the electrodes of the interconnecting parts through the two conductive plates which are relatively movable and arranged at predetermined intervals, Carbon nanotubes were deposited on the surfaces of the carbon nanotubes to allow electricity to flow through the contact between the carbon nanotube layers.
이때, 상호 접속부 간의 간격을 제어하여 필요에 따라 전기를 흐르게 할 수 있으며, 상기 상호 접속부 간의 간격을 조절한 후 회전 운동 또는 미끄럼 움직임 등이 있어도 일정한 전류를 흐르게 할 수 있다. At this time, it is possible to control the interval between the mutual connection parts so that electricity can be flowed according to the need, and a constant current can be made to flow even if the gap between the mutual connection parts is adjusted after rotating or sliding.
상기 상호 접속부 간의 상대적인 움직임은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 스위치 방식 또는 미끄럼 방식 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 접속부를 구성하는 탄소나노튜브 층 간의 마찰력이 적기 때문에 미끄럼 방식으로 구현되는 경우에도 큰 에너지 손실없이 작동할 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the relative movement between the interconnection portions can be realized by various methods such as a switch method or a sliding method. Since the frictional force between the carbon nanotube layers constituting the connecting portion of the present invention is small, It is possible to operate without a large energy loss.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극과 상기 전극 사이의 접촉면에 각각 형성된 탄소나노튜브 층을 포함하는 가동 전기접속 구동체는 i) 상대적인 움직임이 가능한 한쌍의 전극을 준비하는 단계, 및 ⅱ) 상기 한쌍의 전극 사이의 접촉면에 각각 탄소나노튜브를 증착하여 탄소나노튜브 층을 형성하는 단계로 제조할 수 있다.Meanwhile, as described above, the movable electric connection drive body including a pair of electrodes capable of relatively moving and a carbon nanotube layer formed on the contact surfaces between the electrodes, i) preparing a pair of electrodes capable of relative movement, And ii) depositing carbon nanotubes on the contact surfaces between the pair of electrodes to form a carbon nanotube layer.
이때, 상기 전극은 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)와 같은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)을 이용하여 구현된 마이크로 전극을 사용할 수 있는데, 이는 마찰력에 따른 에너지 손실로 인하여 마이크로 단위의 구조체를 구현하기 어려웠던 기존의 마이크로 가동 전기접속 구조체와 달리 본 발명은 탄소나노튜브 층을 접속체로 이용함으로써 큰 마찰력 손실없이 구조체가 작동할 수 있기 때문이다. At this time, the electrode may be a microelectrode implemented using bulk micromachining or surface micromachining such as DRIE (Deep Reactive Ion Etching) because of energy loss due to frictional force, Unlike the conventional micro movable electrical connection structure in which it is difficult to realize a unit structure, the present invention can operate the structure without a large frictional force loss by using the carbon nanotube layer as a connection body.
상기 탄소나노튜브 층은 다양한 방식으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 촉매 화학 기상 증착법(Catalystic Chemical Vapor Deposition)을 통해 전극 표면에 직접 형성될 수 있다. The carbon nanotube layer may be formed in various ways, but it may be formed directly on the electrode surface through a catalytic chemical vapor deposition (CVD) process.
또한, 상기와 같은 제조방법으로 전극 표면에 탄소나노튜브 층의 형성시 탄소나노튜브 층 표면이 자가정렬(self-alignment)하는 특성으로 인하여 일반적으로 요구되어지는 정밀 간극 조절 등의 후속 작업이 불필요하다. In addition, since the surface of the carbon nanotube layer is self-aligned when the carbon nanotube layer is formed on the surface of the electrode by the above-described manufacturing method, there is no need for subsequent work such as precision gap control generally required .
상기 탄소나노튜브 층 간의 상대적인 움직임은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 전자기력 방식, 전열 방식, 정전기 방식, 압전 방식, 형상 기억 합금 방식, 유압 방식, 자기력을 응용한 방식 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다. The relative movement between the carbon nanotube layers may be realized in various ways, for example, by various methods such as an electromagnetic force method, an electric heating method, an electrostatic method, a piezoelectric method, a shape memory alloy method, a hydraulic method, .
이렇게 구현되는 본 발명의 가동 전기접속 구동체는 에너지 발생기, 에너지 포집기, 작동기, 감지기 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 기존에 나와있는 가동 전기 접속 구조체를 포함하는 소자에 뿐만 아니라 새로운 방식의 소자를 구현하는데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 가동 전기 접속 구조체는 마이크로 기전 시스템에서 기존에 도입된 적이 없었던 미끄럼 움직임 기반의 응용소자를 구현하는데에도 효과적으로 사용될 수 있다. The movable electrical connection drive body of the present invention thus embodied can be applied to various fields such as an energy generator, an energy collector, an actuator, a detector, and the like, and can be applied not only to a device including a conventional movable electrical connection structure, It can also be used to implement. For example, the movable electrical connection structure of the present invention can be effectively used to realize a slip-motion-based application device that has not been introduced in the micro electromechanical system.
한편, 상기의 탄소나노튜브를 이용한 가동 전기접속 구동체를 응용한 마이크로 위치 감지기는 도 7에 도시된 바와 같이, 한쌍의 전극부(100), 상기 한쌍의 전극부(100) 사이에 위치하는 구동부(200), 상기 한쌍의 전극부(100)과 상기 구동부(200) 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층으로 이루어진 접속부(300)를 포함하고, 상기 접속부(300)의 탄소나노튜브 층들이 서로 기계적 접촉을 하고 있는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 7, the micro-position sensor employing the above-described movable electric connection driving body using the carbon nanotubes includes a pair of
상기 마이크로 위치 감지기는 상기 접속부(300)의 탄소나노튜브층들 간의 기계적 접촉면적이 상기 구동부(200)의 움직임에 의하여 변화하게 되며, 상기 접촉면적의 변화에 의하여 상기 접속부(300)의 탄소나노튜브층들 간의 접촉 저항이 변화함으로서 위치나 움직임을 감지하게 된다. In the micro-position sensor, the mechanical contact area between the carbon nanotube layers of the
이때, 상기 구동부(200)의 전극부(100)에 대한 상대적인 움직임은 다양한 방식이 가능하나, 바람직하게는 미끄럼 방식으로 이루어질 수 있으며, 이를 통하여 마이크로 단위의 소자에서 불가능하였던 미끄럼 운동 하의 가동 전기 접속 구조를 구현할 수 있다.In this case, the relative movement of the
상기와 같이 한쌍의 전극, 상기 한쌍의 전극 사이에 위치하는 가동 구동체, 상기 한쌍의 전극과 상기 가동 구동체 사이의 접촉면에 각각 형성되며 상기 접촉면에 수직한 방향으로 증착된 탄소나노튜브 층을 포함하는 마이크로 위치 감지기는 i) 기판 상에 탄소나노튜브 층 형성 부분을 에칭하여 한쌍의 전극과 상기 한쌍의 전극 사이의 가동 구동체를 분리 형성하는 단계, ⅱ) 상기 한쌍의 전극과 가동 구동체가 분리 형성된 기판 상에 촉매를 증착하는 단계, ⅲ) 상기 한쌍의 전극과 가동 구동체 사이의 접촉면에 형성된 촉매만 남도록 상기 기판 상의 촉매 부분을 에칭하는 단계, 및 ⅳ) 상기 접촉면의 촉매 형성 부분에 탄소나노튜브 층을 형성하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. A pair of electrodes, a movable actuator disposed between the pair of electrodes, and a carbon nanotube layer formed on the contact surface between the pair of electrodes and the movable actuator and deposited in a direction perpendicular to the contact surface, The micro-position sensor comprising: i) etching a carbon nanotube layer forming portion on a substrate to separate and form a pair of electrodes and a movable driving body between the pair of electrodes; ii) separating the pair of electrodes from the movable driving body Depositing a catalyst on the substrate, iii) etching the catalyst portion on the substrate so that only the catalyst formed on the contact surface between the pair of electrodes and the movable actuator remains, and iv) Lt; RTI ID = 0.0 > layer. ≪ / RTI >
기판은 필요에 따라 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 전극 부분을 고정시키기 위하여 별도의 지지수단을 형성할 수도 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예로서 실리콘 기판을 사용하여 전극부분에 별도의 지지수단을 함께 형성한 경우의 제조 과정을 보여주고 있다. The substrate may be formed of various materials as needed, and separate supporting means may be formed to fix the electrode portions. FIG. 8 shows a manufacturing process in the case where a separate supporting means is formed on an electrode portion using a silicon substrate as one embodiment of the present invention.
도면에서 볼 수 있듯이, 산화막으로 분리된 전면 기판과 후면 기판에 각각 마스킹 및 에칭을 통해 전극부분, 가동 구동체 부분 및 지지부를 분리 형성한 후, 최종적으로 전면기판과 후면 기판 사이의 분리막을 에칭하여 탄소나노튜브 층이 형성되는 접속부를 구현할 수 있다. As shown in the drawing, the electrode portion, the movable driving body portion, and the supporting portion are separately formed by masking and etching on the front substrate and the rear substrate separated by the oxide film, and finally, the separation film between the front substrate and the rear substrate is etched A connection portion in which a carbon nanotube layer is formed can be realized.
상기 에칭은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)와 같은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)을 이용하여 이루어질 수 있다. The etching may be performed in various manners, preferably using Bulk Micromachining such as Deep Reactive Ion Etching (DRIE) or Surface Micromachining.
상기와 같이 에칭된 기판 상의 탄소나노튜브 층이 형성되게 될 접촉면에 촉매층을 먼저 증착 및 에칭 과정을 통하여 형성시킨 후, 접촉면에 탄소나노튜브 층을 형성시키게 되는데, 이때 상기 탄소나노튜브 층의 형성은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으나 바람직하게는 촉매 화학 기상 증착법(Catalystic Chemical Vapor Deposition)을 통해 이루어질 수 있다. The catalyst layer is first formed on the contact surface on which the carbon nanotube layer on the etched substrate is to be formed through the deposition and etching processes and then the carbon nanotube layer is formed on the contact surface. May be performed in various manners, but it may be performed through Catalyst Chemical Vapor Deposition.
이때 상기 전극과 가동 구동체 사이의 접촉면에 형성된 탄소나노튜브 층들은 서로 기계적 접촉을 하며, 탄소나노튜브 층 형성시 접촉 경계면이 자가정렬하게 된다.At this time, the carbon nanotube layers formed on the contact surface between the electrode and the movable actuator are in mechanical contact with each other, and the contact interface is self-aligned when the carbon nanotube layer is formed.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 탄소나노튜브 층들을 이용하여, 접속부가 마모되지 않고 윤활제와 같은 소비재의 보급없이 반영구적으로 작동 가능하며, 접촉 경계면의 정밀 간극 조절 등의 후속 작업이 불필요한 다양한 작동 방식의 마이크로 가동 전기접속 구동체 및 이를 이용한 다양한 어플리케이션들을 구현할 수 있다. As described above, according to the present invention, by using carbon nanotube layers, the connecting portion can be operated semi-permanently without wearing wear and consuming materials such as lubricant, and various operation methods And a variety of applications using the same.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made to those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.
도 1은 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 구성을 보여주는 단면도 및 부분 확대도이다. 1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view showing the structure of a movable electrical connection drive body of the present invention.
도 2는 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 주사 전자 현미경 사진이다.2 is a scanning electron micrograph of the movable electrical connection drive of the present invention.
도 3과 도 4는 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 접속면에 형성된 탄소나노튜브 층을 확대한 주사 전자 현미경 사진이다.FIGS. 3 and 4 are scanning electron micrographs of a carbon nanotube layer formed on a connection surface of a movable electric connection drive body of the present invention.
도 5와 도 6은 본 발명의 가동 전기접속 구동체의 스위치 방식 및 미끄럼 방식의 작동 모식도이다. Figs. 5 and 6 are schematic operational diagrams of the switching system and sliding system of the movable electrical connection drive of the present invention.
도 7은 본 발명의 마이크로 위치 감지기의 구성을 보여주는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the micro-position sensor of the present invention.
도 8은 본 발명의 마이크로 위치 감지기 일실시예의 제조과정을 보여주는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an embodiment of the micro-position sensor of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
10 : 전극 20 : 탄소나노튜브층10: electrode 20: carbon nanotube layer
100 : 전극부 200 : 구동부100: electrode unit 200:
300 : 접속부 300:
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090135067A KR101050546B1 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090135067A KR101050546B1 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110078296A KR20110078296A (en) | 2011-07-07 |
| KR101050546B1 true KR101050546B1 (en) | 2011-07-19 |
Family
ID=44917773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090135067A KR101050546B1 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101050546B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9395212B2 (en) * | 2014-03-23 | 2016-07-19 | Tyson York Winarski | Nanotube and graphene differential displacement sensors |
| CN114251999B (en) * | 2021-12-16 | 2023-10-20 | 重庆大学 | Triboelectric position sensor based on high-resistivity material and preparation method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11139815A (en) | 1997-11-07 | 1999-05-25 | Canon Inc | Carbon nanotube device and its manufacture |
-
2009
- 2009-12-31 KR KR1020090135067A patent/KR101050546B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11139815A (en) | 1997-11-07 | 1999-05-25 | Canon Inc | Carbon nanotube device and its manufacture |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Talapatra S. et al., 'Direct growth of aligned carbon nanotubes on bulk metals'. Nature Nanotechnology. 2006.11.30., Vol. 1, pp. 112-116. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110078296A (en) | 2011-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4277103B2 (en) | Polymer actuator using carbon nanofibers | |
| JP6298155B2 (en) | Single-electrode friction nano-generator, power generation method, and self-driven tracking device | |
| US7453183B2 (en) | Rotational actuator of motor based on carbon nanotubes | |
| US7402770B2 (en) | Nano structure electrode design | |
| US20030189350A1 (en) | Nanotweezers and nanomanipulator | |
| KR101050546B1 (en) | Movable electric connection actuator using carbon nanotube, micro position sensor using the same, and manufacturing method thereof | |
| US20070020773A1 (en) | Fabrication Of Nano-object Array | |
| CN101621261B (en) | Flexible composite beam electric heating microdriver based on U+V shape | |
| JP6372306B2 (en) | Rolling bearing device | |
| US7205699B1 (en) | Solid state actuation using graphite intercalation compounds | |
| US20100038251A1 (en) | Carbon nanotube network-based nano-composites | |
| US8138859B2 (en) | Switch for use in microelectromechanical systems (MEMS) and MEMS devices incorporating same | |
| US7829054B2 (en) | Actuator on the basis of geometrically anisotropic nanoparticles | |
| WO2013021959A1 (en) | Actuator | |
| KR20180074888A (en) | Triboelectric generator and method for manufacturing the generator | |
| US20090058219A1 (en) | Slip ring for continuous current transfer | |
| KR20100024041A (en) | Ionic polymer-metal composite and method of fabricating the same | |
| Sawa et al. | Recent researches and new trends of electrical contacts | |
| CN101912848B (en) | Electric-braking cleaning device | |
| WO2019183618A1 (en) | Electrostatically actuated device | |
| KR101192478B1 (en) | Switching device of micro electro mechanical switch, micro electro mechanical switch based on aligned carbon nanotube arrays as contact material and method for fabrication thereof | |
| JP4175531B2 (en) | Charger | |
| CN111146968B (en) | Friction nanometer generator and preparation method and application thereof | |
| TWI804020B (en) | Systems and methods for threaded fasteners with grounding brush endpoints | |
| Milani et al. | Nano‐and Micromanufacturing with Nanoparticles Produced in the Gas Phase: An Emerging Tool for Functional and Length‐Scale Integration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140714 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150714 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160711 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170913 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |