KR101051890B1 - Nano-mechanics-electric composite sensor - Google Patents

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KR101051890B1
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장훈식
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Abstract

본 발명은 나노소재의 역학적인 물성 측정에만 치중되어왔던 기존의 힘센서에 비해서, 역학적-전기적 복합물성을 동시에 측정할 수 있는 나노소재용 역학-전기 복합센서에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials capable of simultaneously measuring mechanical-electrical composite properties, compared to a conventional force sensor that has been focused only on the measurement of mechanical properties of nanomaterials.

본 발명은 압전막(ZnO)이 내장된 감지부의 끝단에 제1감지막(Au층)이 형성되고, 지지부에 전기적 물성을 측정하기 위해 끝단에 제2감지막(Au층)이 형성된 제5전극이 포함되고, 상기 제1감지막과 제2감지막이 탄소나노튜브 섬유를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제1감지막이 나노소재에 접촉하여 굽힘하중을 가하거나 나노소재를 그리핑하여 인장하중을 가할 때 압전막의 압전현상을 이용하여 나노소재에 가해진 하중을 측정하고, 동시에 변화되는 전기적 물성을 측정함으로써, 역학적 물성과 전기적 물성 간의 상관관계를 측정 및 평가하여 나노소재의 신뢰성에 대한 평가를 향상시킬 수 있는 나노소재용 역학-전기 복합센서를 제공한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a first sensing layer (Au layer) is formed at the end of a sensing unit in which a piezoelectric film (ZnO) is embedded, and a fifth electrode formed at the end of a second sensing layer (Au layer) to measure electrical properties in a support unit. Included, the first sensing film and the second sensing film is electrically connected through the carbon nanotube fiber, the first sensing film is in contact with the nanomaterial to apply a bending load or gripping the nanomaterial to apply a tensile load By measuring the load applied to the nanomaterials using piezoelectric phenomena of the piezoelectric film and measuring the electrical properties that change at the same time, the correlation between the mechanical and electrical properties can be measured and evaluated to improve the evaluation of the reliability of the nanomaterials. To provide dynamic-electric composite sensors for nanomaterials.

나노소재, 역학-전기 복합물성, 감지부, 압전현상, 지지부 Nanomaterials, Mechanics-Electric Composites, Sensors, Piezoelectric, Supports

Description

나노소재용 역학-전기 복합센서{Sensor for measurement of nanomaterials}Sensor for measurement of nanomaterials

본 발명은 나노소재용 역학-전기 복합센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역학적-전기적 물성을 동시에 측정할 수 있는 나노소재용 역학-전기 복합센서에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials, and more particularly to a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials capable of simultaneously measuring mechanical-electrical properties.

21세기는 나노과학기술의 시대라고 하여도 무방하다고 할 수 있다. 지난 십 수 년간 나노과학기술에 대한 연구는 괄목할 정도의 성과를 이루어 왔으며, 앞으로도 더 많은 연구 결과와 발전이 기대 된다. The 21st century can be said to be the age of nanotechnology. In the last decades, research on nanotechnology has been remarkable, and more research and development are expected in the future.

일반적으로 나노소재는 10nm 미만의 지름을 갖는 것에서부터 수백 nm 지름의 나노와이어 및 나노 막대 등의 구조로 되어 있는 것을 말한다.In general, nanomaterials are those having a diameter of less than 10 nm to nanowires and nanorods having a diameter of several hundred nm.

상기 나노소재에 대한 신뢰성 평가방법 및 기술은 나노과학기술의 응용측면에서 반드시 요구되고 있으며, 이를 위해 나노소재에 대한 체계적인 기계적 물성 측정 및 분석 기술의 개발이 필요하다.Reliability evaluation methods and techniques for the nanomaterials are required in terms of application of nanotechnology, and for this purpose, it is necessary to develop systematic mechanical property measurement and analysis techniques for nanomaterials.

상기 나노소재에 대한 기계적 물성 측정장치는 도 7에 도시한 바와 같이 나 노소재(35)를 관찰하고 제어하기 위한 전자현미경(100)과, 상기 전자현미경(100) 내부에 장착되어 나노소재(35)를 제어하고 기계적 물성시험을 수행하는 나노조작기(60)와, 외팔보(cantilever) 형태를 가지며 나노조작기(60)에 의해 제어되는 힘센서(1)로 구성되어, 기계적 물성 시험 시 힘센서(1)를 이용하여 하중 값을 얻을 수 있으며, 그 결과는 컴퓨터에서 수치화된다.Mechanical properties measuring apparatus for the nanomaterial is an electron microscope (100) for observing and controlling the nanomaterial 35, as shown in Figure 7, and the nanomaterial (35) mounted inside the electron microscope (100) ) And a force sensor (1) having a cantilever shape and controlled by the nanomanipulator (60) to control the mechanical properties and perform mechanical property tests. ) Can be obtained, and the result is digitized on a computer.

상기 나노조작기(60)는 주사전자현미경(100) 내부에 설치되어 진공상태에서 구동되어야 하므로 진공챔버 내부와 외부 간의 데이터 수신을 위하여 피드스루(feed through)를 설치하여 진공을 유지한다.Since the nano-operator 60 is installed inside the scanning electron microscope 100 to be driven in a vacuum state, the nano-operator 60 maintains a vacuum by installing a feed through for receiving data between the inside and the outside of the vacuum chamber.

그리고, 상기 나노조작기(60)는 나노소재(35)에 대한 원활한 실험을 위해 최소 10nm의 분해능으로 3축 구현이 가능하도록 되어 있고, 나노조작기(60)의 각 축은 정밀구동을 요하므로 전자기장의 발생이 없으면서 미세구동이 가능한 모터로서 압전형태의 나노모터가 장착되어 나노단위의 미세조작과 같은 정밀제어를 한다.In addition, the nanomanipulator 60 is capable of realizing three axes with a resolution of at least 10 nm for smooth experiments on the nanomaterial 35, and each axis of the nanomanipulator 60 requires precision driving to generate electromagnetic fields. As a motor capable of fine driving without a piezoelectric piezoelectric type, a piezoelectric nanomotor is mounted to perform precise control such as nano-manipulation.

도 7에 도시한 바와 같이 나노조작기(60)는 X,Y,Z 각 축이 직선 운동을 하도록 구성되어 있으며, Z축과 연결되어 있는 센서홀더(2)에는 힘센서(1)와 텅스텐 팁의 교체가 가능하다.As shown in FIG. 7, the nanomanipulator 60 is configured to perform linear movements of X, Y, and Z axes. The sensor holder 2 connected to the Z axis includes a force sensor 1 and a tungsten tip. It can be replaced.

나노조작기(60)의 장착위치는 전자현미경(100)의 챔버 내부 상부에 장착하여 사용하되, 나노조작기(60) 본체 혹은 부착물이 전자현미경(100)의 영상을 담당하는 검출기를 가려 영상에 영향을 미치지 않도록 장착되어 있다.The mounting position of the nanomanipulator 60 is used by mounting the upper portion inside the chamber of the electron microscope 100, but the main body or the attachment of the nanomanipulator 60 affects the image by covering the detector that is in charge of the image of the electron microscope 100. It is mounted so as not to fall.

또한, 상기 나노조작기(60)는 네트워크 컨트롤(NWC/Net Work Control) 이라는 제어박스를 통하여 컴퓨터의 키보드나 조이스틱에 의해 제어된다.In addition, the nano-manipulator 60 is controlled by a computer keyboard or joystick through a control box called NWC / Net Work Control.

이때, 나노조작기(60)의 각 축의 최대 이동거리는 20mm이다.At this time, the maximum moving distance of each axis of the nanomanipulator 60 is 20mm.

상기 힘센서(1)는 나노소재(35)의 기계적 물성을 측정하기 위해 나노소재(35)에 굽힘이나 인장하중을 가하였을 때, 나노소재(35)에 가해진 하중을 측정하는 역할을 수행한다.The force sensor 1 serves to measure the load applied to the nanomaterial 35 when bending or tensile load is applied to the nanomaterial 35 to measure the mechanical properties of the nanomaterial 35.

도 7에 도시한 바와 같이, 힘센서(1)는 AFM 팁과 유사한 형상을 하고 있는 외팔보 타입이며, 인장시험 시 전자현미경(100)의 전자빔을 이용하여 센서의 몸체에 나노소재(35)를 접합하는 것이 용이하다.As shown in FIG. 7, the force sensor 1 is a cantilever type having a shape similar to that of an AFM tip, and bonding the nanomaterial 35 to the body of the sensor by using an electron beam of the electron microscope 100 during a tensile test. It is easy to do

상기 힘센서(1)의 몸체는 SiO2로 이루어져 있고, SiO2 표면에 ZnO와 같은 압전소재가 도포되어 있어, 외부로부터 미소량의 힘이 작용하면, 외팔보가 휘게 되면서 박막에 작용하는 압축 혹은 인장으로 인한 전기적인 변화량을 기계적인 값으로 환산한다.The body of the force sensor 1 is made of SiO 2 , a piezoelectric material such as ZnO is coated on the surface of SiO 2 , when a small amount of force from the outside, the cantilever is bent to compress or tension acting on the thin film The electrical change due to this is converted into a mechanical value.

이때, SiO2의 고유 스프링 상수인 K 값을 입력하여 교정을 수행하면 나노소재(35)에 대한 기계적 물성시험 시 정확한 하중 값을 얻을 수 있다. At this time, if the calibration is performed by inputting a K value, which is an inherent spring constant of SiO 2 , an accurate load value can be obtained when the mechanical properties of the nanomaterial 35 are tested.

상기 SiO2 의 고유 스프링 상수는 도 8에 도시한 바와 같이 SiO2 의 두께에 따라 그 값이 다르고, 힘센서(1)는 K 값에 따라서 센서의 분해능 또한 차이가 나며, 평균 분해능은 100nN 이하이며, 최대 수mN 까지 측정이 가능하다.Different from the value according to the thickness of SiO 2 as shown in the specific spring constant of the SiO 2 8, the force sensor (1) is the resolution of the sensor according to the K value also hear a difference, average resolution 100nN below Up to several mN can be measured.

도 9는 일반적으로 알려진 기계적 물성 시험 절차를 따라서 나노물성 시험 방법을 나타내는 순서도로서, 먼저 파우더 상태의 나노소재(35)를 분산처리를 하고, 텅스텐 팁 또는 힘센서(1)를 이용하여 기계적 물성 시험을 위해 분산되어진 나 노소재(35)를 선택하고, 나노소재(35)의 위치를 제어한다.9 is a flow chart showing a nanomaterial test method according to a generally known mechanical property test procedure. First, the nanomaterial 35 in a powder state is dispersed and mechanically tested using a tungsten tip or a force sensor 1. Select the nanomaterial 35 is dispersed for, and controls the position of the nanomaterial 35.

상기 시험할 나노소재(35)가 정해지면, 나노소재(35)를 텅스텐 팁과 힘센서(1) 사이에 그리핑(Gripping)한 후 인장 또는 굽힘 시험을 수행한다.Once the nanomaterial 35 to be tested is determined, the nanomaterial 35 is gripped between the tungsten tip and the force sensor 1 and then subjected to a tensile or bending test.

상기 나노소재(35)를 텅스텐 팁과 힘센서(1) 사이에 그립핑하기 위해 전자현미경(100)의 전자빔을 이용한다. An electron beam of the electron microscope 100 is used to grip the nanomaterial 35 between the tungsten tip and the force sensor 1.

상기 전자빔을 나노소재(35)와 텅스텐 팁의 접점부위에 주사하면 전자현미경(100) 내부에 존재하고 있는 탄소 분자나 탄화수소 분자들이 증착되어 나노소재(35)가 텅스텐 팁에 그리핑된다.When the electron beam is scanned at the contact portion between the nanomaterial 35 and the tungsten tip, carbon molecules or hydrocarbon molecules existing inside the electron microscope 100 are deposited, and the nanomaterial 35 is gripped at the tungsten tip.

이때, 나노소재(35)의 그리핑 정도를 평가하여 정상이라고 판단되면 인장 및 굽힙시험을 행하고, 불량이라고 판단되면 폐기한다.At this time, the degree of gripping of the nanomaterial 35 is evaluated, and when judged to be normal, the tensile and bending tests are performed, and when judged to be defective, discarded.

도 10은 나노소재의 인장 및 굽힘시험예를 나타내는 사진이다.10 is a photograph showing an example of tensile and bending tests of nanomaterials.

상기 나노소재(35)에 대한 인장시험을 수행하기 위해, 나노소재(35)를 텅스텐 팁이나 강체 등에 수직방향으로 그리핑한 후 전자현미경(100)의 홀더(2)를 회전시켜 나노소재(35)가 힘센서(1)의 끝부분과 수평을 이루도록 한다.In order to perform the tensile test on the nanomaterial 35, the nanomaterial 35 is gripped in a vertical direction such as a tungsten tip or a rigid body, and then the holder 2 of the electron microscope 100 is rotated so that the nanomaterial 35 ) Is level with the end of the force sensor (1).

상기 인장시험시 정확한 측정을 위해 힘센서(1)와 나노소재(35)를 수평으로 놓은 다음, 힘센서(1)와 나노소재(35)의 끝부분을 전자현미경(100)의 전자빔을 이용하여 그리핑을 하고, 나노소재(35)에 대한 인장시험을 수행한다.The force sensor 1 and the nanomaterial 35 are placed horizontally for accurate measurement in the tensile test, and then the ends of the force sensor 1 and the nanomaterial 35 are formed using the electron beam of the electron microscope 100. Gripping is performed, and a tensile test is performed on the nanomaterial 35.

상기 인장시험방법을 살펴보면, 조이스틱을 이용하여 나노조작기(60)를 조정하고, 나노조작기(60)를 이용하여 힘센서(1)를 당기면 힘센서(1)의 끝단에 그리핑된 나노소재(35)에 인장력이 작용하고, 힘센서(1)는 압전소재에 작용하는 인장으로 인한 전기적인 변화량을 기계적인 값으로 환산한다.Looking at the tensile test method, the nano-manipulator 60 is adjusted using a joystick, and when the force sensor 1 is pulled using the nano-manipulator 60, the nanomaterial gripped at the end of the force sensor 1 (35). The tensile force is applied to the force), and the force sensor 1 converts the amount of electrical change due to the tension acting on the piezoelectric material into a mechanical value.

그리고, 상기 힘센서(1)의 스프링상수 K값을 이용하여 기계적 물성 평가를 수행한다.Then, the mechanical property evaluation is performed using the spring constant K value of the force sensor (1).

상기 나노소재(35)에 대한 굽힘시험을 수행하기 위해, 힘센서(1)를 나노소재(35)의 오른쪽에 놓고, 정확한 측정을 위해 힘센서(1)와 나노소재(35)를 수직으로 놓는다.In order to perform the bending test on the nanomaterial 35, the force sensor 1 is placed on the right side of the nanomaterial 35, and the force sensor 1 and the nanomaterial 35 are placed vertically for accurate measurement. .

이때, 나노소재(35)와 힘센서(1)는 그리핑을 하지 않고, 힘센서의 위치를 결정한 후 굽힘시험을 수행한다.At this time, the nanomaterial 35 and the force sensor 1 do not gripping, and after determining the position of the force sensor performs a bending test.

상기 굽힘시험방법을 살펴보면, 조이스틱을 이용하여 나노조작기(60)를 조정하고, 나노조작기(60)를 이용하여 힘센서(1)를 이동시켜 나노소재(35)가 휘게 한다.Looking at the bending test method, the nano-manipulator 60 is adjusted using the joystick, and the nanomaterial 35 is bent by moving the force sensor 1 using the nano-manipulator 60.

상기 굽힘시험은 나노소재(35)가 파단될 때까지가 아닌 힘센서(1)와 나노소재(35)의 미끌림에 의해 비선형적인 구간이 발생하지 않는 범위까지 수행한다.The bending test is performed until the non-linear section does not occur due to the sliding of the force sensor 1 and the nanomaterial 35, not until the nanomaterial 35 is broken.

이와 같이 나노조작기(60)와 힘센서(1)를 이용하여 나노소재(35)에 대해 기계적 물성 즉, 인장 및 굽힘 시험 등을 실시하면, 도 11과 같은 변위-하중 그래프를 얻고, 이로부터 변형율-응력 그래프를 그릴 수 있으며, 변형율-응력 그래프로부터 나노소재(35)의 탄성계수를 구할 수 있고, 경우에 따라 인장강도 및 파단연신률 등을 구할 수 있다.As such, when the mechanical properties, ie, tensile and bending tests, are performed on the nanomaterial 35 using the nanomanipulator 60 and the force sensor 1, a displacement-load graph as shown in FIG. It is possible to draw a stress graph, the elastic modulus of the nanomaterial 35 can be obtained from the strain-stress graph, and in some cases, the tensile strength and the elongation at break can be obtained.

따라서, 나노조작기(60)와 힘센서(1)를 이용한 기계적 물성시험을 통하여 나노소재(35)의 특성을 이해하고, 그 나노소재(35)에 대한 기계적 물성 시험결과를 데이터베이스화 함으로써, 나노소재(35)에 대한 신뢰성 평가와, 나아가 나노소재(35)를 이용한 나노 및 마이크로 소재에 대한 신뢰도 등의 예측이 가능하며, 앞으로 각종 나노소재(35)들에 대한 기계적 물성시험 서비스가 가능할 것이다.Therefore, by understanding the properties of the nanomaterial 35 through the mechanical property test using the nano-operator 60 and the force sensor (1), and by the database of the mechanical property test results for the nanomaterial 35, the nanomaterial Reliability evaluation of the (35) and further predict the reliability of the nano and micro material using the nano material 35, and will be able to test the mechanical properties of the various nano materials 35 in the future.

그러나, 종래의 힘센서(1)의 경우 나노소재(35)의 역학적인 물성 측정에만 치중되어왔기때문에 역학적 물성과 전기적인 물성을 동시에 측정할 수 있는 센서가 필요하다.However, in the case of the conventional force sensor (1) has been focused only on the measurement of the mechanical properties of the nanomaterial 35, there is a need for a sensor that can measure mechanical and electrical properties at the same time.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 탄소나노튜브와 같은 나노소재에 하중이 가해질 때 나노소재의 역학적-전기적 물성을 실시간으로 동시에 측정함으로써, 역학적 특성과 전기적 특성 간의 상관관계를 측정 및 평가하여 나노소재의 신뢰성에 대한 평가를 향상시킬 수 있는 나노소재용 역학-전기 복합센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by measuring the mechanical-electrical properties of the nanomaterials in real time when a load is applied to the nanomaterials, such as carbon nanotubes in real time, to measure the correlation between mechanical and electrical properties And it aims to provide a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials that can improve the evaluation of the reliability of nanomaterials by evaluation.

본 발명은 나노소재의 역학적인 물성 측정에만 치중되어왔던 기존의 힘센서에 비해서, 역학적-전기적 복합물성을 동시에 측정하기 위해,The present invention, compared to the conventional force sensor that has been focused only on the measurement of mechanical properties of nanomaterials, in order to simultaneously measure the mechanical-electric composite properties,

감지부가 SiO2/Au층/압전막(ZnO)/Au층/SiO2 의 적층구조로 이루어지고, 상기 감지부의 끝단부에 형성된 제1감지막이 나노소재에 접촉하여 굽힘하중을 가하거나 나노소재를 그리핑하여 인장하중을 가할 때 압전막의 압전현상을 이용하여 나노소재에 가해진 하중을 측정하고, The sensing unit has a stack structure of SiO 2 / Au layer / piezoelectric layer (ZnO) / Au layer / SiO 2 , and the first sensing layer formed at the end of the sensing unit contacts the nanomaterial to apply a bending load or to apply the nanomaterial. When the gripping force is applied, the piezoelectric phenomenon of the piezoelectric film is used to measure the load applied to the nanomaterial.

지지부가 전기적 특성을 측정하기 위한 제5전극을 더 포함하고, 상기 제5전극의 끝단에 형성된 제2감지막이 탄소나노튜브 섬유를 통해 제1감지막과 전기적으로 연결되어, 상기 제1감지막의 끝단부가 나노소재에 접촉하여 굽힘하중을 가하거나 나노소재를 그리핑하여 인장하중을 가할 때, 동시에 변화되는 전기적 물성을 측 정할 수 있는 나노소재용 역학-전기 복합센서를 제공한다.The support part further includes a fifth electrode for measuring electrical characteristics, and a second sensing film formed at the end of the fifth electrode is electrically connected to the first sensing film through carbon nanotube fibers, thereby ending the first sensing film. The present invention provides a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials that can measure electrical properties that change simultaneously when a bending load is applied to an additional nanomaterial or a tensile load is applied by gripping the nanomaterial.

본 발명에 따른 나노소재용 역학-전기 복합센서의 장점을 설명하면 다음과 같다.The advantages of the dynamic-electric composite sensor for nanomaterials according to the present invention are as follows.

1. 감지부의 끝단에 형성된 제1감지막과 지지부의 전기적 특성 측정용 전극의 끝단에 형성된 제2감지막이 탄소나노튜브 섬유를 통해 연결되고, 감지부의 끝단부가 나노소재에 접촉 또는 그리핑되어 굽힘 또는 인장하중을 가하면서 전기적 물성 및 역학적 물성을 동시에 측정함으로써, 역학적 특성과 전기적 특성 간의 상관관계를 측정 및 평가가 가능하며, 나노소재의 신뢰성에 대한 평가를 향상시킬 수 있는 측정기술로 기대된다.1. The first sensing film formed at the end of the sensing unit and the second sensing film formed at the end of the electrode for measuring the electrical characteristics of the supporting unit are connected through carbon nanotube fibers, and the end of the sensing unit is bent by contacting or gripping the nanomaterial. By measuring electrical and mechanical properties simultaneously while applying tensile load, it is possible to measure and evaluate the correlation between mechanical and electrical properties, and it is expected to be a measurement technology that can improve the evaluation of the reliability of nanomaterials.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 역학-전기 복합센서를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 일부발췌도이고, 도 3은 도 1의 일부발췌사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노소재용 역학-전기 복합센서를 나타내는 개략도이다.1 is a plan view showing a dynamic-electric composite sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial excerpt of FIG. 1, FIG. 3 is a partial excerpt view of FIG. 1, and FIG. A schematic diagram showing a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 나노소재(35)의 역학적-전기적 복합물성을 실시간으로 동시에 측정함으로써, 역학적 특성과 전기적 특성의 상관관계를 측정 및 평가할 수 있고, 나 노소재(35)의 신뢰성 평가를 향상시킬 수 있다.The present invention can measure and evaluate the correlation between mechanical and electrical properties by simultaneously measuring the mechanical-electrical composite properties of the nanomaterial 35 in real time, and improve the reliability evaluation of the nanomaterial 35. .

본 발명의 일실시예에 따른 나노소재용 역학-전기 복합센서(40)는 지지부(10)와 감지부(20)로 구성되어 있다.Nanomaterial dynamic-electric composite sensor 40 according to an embodiment of the present invention is composed of a support 10 and the sensing unit 20.

상기 지지부(10)는 외팔보형태의 감지부(20)를 지지하고, 지지부(10)의 상면에는 적어도 5개의 전극이 형성되어 있고, 이들 전극 중 아래쪽부터 제1 내지 제4전극(11~14)은 감지부(20)로부터 역학적 물성인 인장 및 굽힘하중을 측정하기 위해 휘스톤브리지 회로로 사용되며, 4개의 제1 내지 제4전극(11~14)의 일단부는 감지부(20)와 전기적으로 연결되어 있고, 4개의 전극(11~14)의 타단부에는 전극단자가 형성되어 있다.The support part 10 supports the cantilever-shaped sensing part 20, and at least five electrodes are formed on an upper surface of the support part 10, and the first to fourth electrodes 11 to 14 are disposed from below. Silver is used as a Wheatstone bridge circuit to measure the tensile and bending loads that are mechanical properties from the sensing unit 20, and one end of the four first to fourth electrodes 11 to 14 is electrically connected to the sensing unit 20. The electrode terminals are formed at the other ends of the four electrodes 11 to 14.

이때, 상기 전극단자는 외부의 전압소스(80)와 연결되어 전원을 공급받는다.At this time, the electrode terminal is connected to the external voltage source 80 is supplied with power.

상기 감지부(20)는 일단부가 지지부(10)에 의해 지지되는 외팔보 형태로 이루어져 있고, 감지부(20)는 하부에서부터 실리콘산화막(22)(SiO2), Au층(23), 압전막(24)(ZnO), Au층(23), 실리콘산화막(22)(SiO2) 순으로 적층되어 있다.The sensing unit 20 is formed in a cantilever shape, one end of which is supported by the support unit 10, and the sensing unit 20 has a silicon oxide film 22 (SiO 2 ), an Au layer 23, a piezoelectric film ( 24) (ZnO), Au layer 23, and silicon oxide film 22 (SiO 2 ).

이때, 외부로부터 미소량의 힘이 작용하면, 외팔보의 감지부(20)가 휘게 되면서 압전막(24)에 인장 또는 압축력이 작용하여 전기적인 변화량을 기계적인 값으로 환산한다.At this time, when a small amount of force is applied from the outside, the sensing unit 20 of the cantilever bends and a tensile or compressive force acts on the piezoelectric film 24 to convert the amount of electrical change into a mechanical value.

이때, 실리콘산화막(22)(SiO2)의 스프링상수인 K값을 입력하여 교정을 수행함으로써 나노소재(35)의 기계적 물성 시험 시 정확한 하중값을 얻을 수 있다.At this time, by performing the calibration by inputting the K value which is the spring constant of the silicon oxide film 22 (SiO 2 ), it is possible to obtain an accurate load value when testing the mechanical properties of the nanomaterial 35.

여기서, 상기 전극 중 나머지 한개의 제5전극(15)은 전기적 특성을 측정하기 위한 전극으로 사용된다.Here, the fifth electrode 15 of the other one of the electrodes is used as an electrode for measuring electrical characteristics.

상기 감지부(20)의 끝단에는 Au 재질의 제1감지막(21a)이 형성되어 있고, 지지부(10)의 제5전극(15)에도 Au 재질의 제2감지막(21b)이 형성되어 있고, 탄소나노튜브 섬유(30)의 양단부를 제1감지막(21a)과 제2감지막(21b)에 서로 전류가 통할 수 있도록 부착함으로써, 나노소재(35)의 전기적 물성을 측정할 수 있다.The first sensing film 21a made of Au is formed at the end of the sensing unit 20, and the second sensing film 21b made of Au is formed on the fifth electrode 15 of the support 10. Both ends of the carbon nanotube fibers 30 are attached to the first sensing film 21a and the second sensing film 21b to allow current to pass through each other, thereby measuring electrical properties of the nanomaterial 35.

이때, 상기 탄소나노튜브 섬유(30)와 제1 및 제2감지막(21a,21b) 사이의 전기전도도를 증가시키기 위해 탄소나노튜브 섬유(30)의 양단부가 부착되는 제1 및 제2감지막(21a,21b)에 이온빔(FIB;Focused Ion Beam)을 이용하여 Pt(25)를 증착하거나, 전자빔을 이용하여 탄소분자 또는 탄화수소 계열의 분자들을 증착한다.In this case, the first and second sensing films to which both ends of the carbon nanotube fibers 30 are attached to increase the electrical conductivity between the carbon nanotube fibers 30 and the first and second sensing films 21a and 21b. Pt (25) is deposited on the 21b and 21b using an ion beam (FIB), or carbon molecules or hydrocarbon-based molecules are deposited using an electron beam.

상기 전자빔을 탄소나노튜브 섬유(30)와 제1감지막(21a), 그리고 탄소나노튜브 섬유(30)와 제2감지막(21b)의 접점부분에 주사를 하면 전자현미경(100)의 내부에 존재하고 있는 탄소분자 또는 탄화수소 계열의 분자(carbon/hydro-carbon)들이 증착하게 되어 상기 탄소나노튜브 섬유(30)가 제1 및 제2감지막(21a,21b)에 각각 그리핑된다.The electron beam is scanned into the carbon nanotube fiber 30 and the first sensing film 21a, and the contact portion of the carbon nanotube fiber 30 and the second sensing film 21b to the inside of the electron microscope 100. Existing carbon molecules or hydrocarbon-based molecules (carbon / hydro-carbon) are deposited, and the carbon nanotube fibers 30 are gripped on the first and second sensing layers 21a and 21b, respectively.

상기 탄소나노튜브 섬유(30)를 부착하거나 제어하기 위해 옴니 프로브(omni probe)나 텅스텐 팁(50)을 이용하고, 상기 옴니 프로브나 텅스텐 팁(50)은 FIB나 전자현미경(100) 내에 부착되어 있는 나노조작기(60)(nano-manipulator)를 이용하여 제어될 수 있다.In order to attach or control the carbon nanotube fibers 30, an omni probe or tungsten tip 50 is used, and the omni probe or tungsten tip 50 is attached to the FIB or the electron microscope 100. It can be controlled using a nano-manipulator (60).

본 발명의 일실시예에 따른 역학-전기 복합센서(40)를 이용한 복합물성 측정장치는 복합센서(40), 텅스텐 팁(50), 나노조작기(60), 컴퓨터(90), 멀티미터(70), 전압소스(80) 등을 포함한다.Composite physical properties measuring device using a dynamic-electric composite sensor 40 according to an embodiment of the present invention is a composite sensor 40, tungsten tip 50, nano-manipulator 60, computer 90, multimeter 70 ), The voltage source 80 and the like.

상기 복합센서(40)는 나노소재(35)의 역학적 특성 및 전기적 특성을 동시에 측정하는 역할을 한다.The composite sensor 40 serves to simultaneously measure the mechanical and electrical properties of the nanomaterial 35.

상기 텅스텐 팁(50)은 탄소나노튜브 섬유(30)를 복합센서(40)의 감지부(20) 끝단에 형성된 제1감지막(21a)과 제5전극(15)의 제2감지막(21b) 사이에 부착하거나 제어하고, 나노소재(35)를 그리핑하여 인장 및 굽힘 시험시 나노소재(35)를 제어하는 역할을 한다.The tungsten tip 50 has the carbon nanotube fibers 30 formed at the ends of the sensing unit 20 of the composite sensor 40 and the second sensing film 21b of the fifth electrode 15. And attach or control between) and gripping the nanomaterial 35 to control the nanomaterial 35 during tensile and bending tests.

이때, 상기 텅스텐 팁(50)은 스테이지(51)에서 상하좌우로 이동가능하도록 구성되어 있다.In this case, the tungsten tip 50 is configured to be movable up, down, left and right in the stage 51.

상기 나노조작기(60)는 주사전자현미경(100) 내부에 장착되어 복합센서(40)를 제어하는 역할을 수행하고, 진공상태에서 구동되며, 진공챔버의 내부와 외부 간의 데이터 수신을 위하여 피드스루를 설치하여 진공상태를 유지한다.The nano-operator 60 is mounted inside the scanning electron microscope 100 to control the complex sensor 40, is driven in a vacuum state, and feeds the feedthrough for receiving data between the inside and the outside of the vacuum chamber. Install to maintain vacuum.

상기 나노조작기(60)는 나노소재(35)에 대한 원활한 시험을 위해 최소 10nm의 분해능으로 X,Y,Z 각 축이 직선운동을 하도록 되어 있다.The nano-operator 60 is a linear movement of each of the X, Y, Z axis with a resolution of at least 10nm for a smooth test of the nanomaterial 35.

상기 나노조작기(60)의 각 축은 정밀구동을 요하고 모터로 구성되어야 하는데, 이때 구동모터에서 발생하는 전자기장이 전자현미경(100) 이미지에 영향을 주지 말아야 한다.Each axis of the nanomanipulator 60 requires precision driving and should be configured as a motor. In this case, the electromagnetic field generated from the driving motor should not affect the electron microscope image.

따라서, 본 발명에서는 전자기장의 발생이 없으면서 미세구동이 가능한 모터로서 압전형태의 나노모터가 장착되어 나노단위의 미세조작과 같은 정밀제어를 할 수 있다.Therefore, in the present invention, a piezoelectric nanomotor is mounted as a motor capable of fine driving without generating an electromagnetic field, thereby enabling precise control such as nanomanipulation.

상기 나노조작기(60)의 장착위치는 전자현미경(100)의 챔버 내부 상부에 장착되어 사용하되, 나노조작기(60) 본체 또는 부착물이 전자현미경(100)의 영상을 담당하는 검출기를 가려 영상에 영향을 미치지 않는 범위 내에 장착된다.The mounting position of the nanomanipulator 60 is mounted on the upper portion of the inside of the chamber of the electron microscope 100, but the nanomanipulator 60 body or the attachment obscures the detector that is in charge of the image of the electron microscope 100 and thus affects the image. It is mounted within the range that does not.

또한, 상기 나노조작기(60)는 네트워크컨트롤이라는 제어박스를 통해 컴퓨터의 키보드나 조이스틱에 의해 정밀제어되도록 구성되어 있다.In addition, the nano-manipulator 60 is configured to be precisely controlled by the keyboard or the joystick of the computer through a control box called a network control.

상기 전압소스(80)는 역학적-전기적 특성을 측정하는데 필요한 전원을 복합센서(40)의 전극에 인가하도록 나노조작기(60)와 스테이지(51)에 전기적으로 연결되어 있다.The voltage source 80 is electrically connected to the nanomanipulator 60 and the stage 51 to apply the power required to measure the mechanical-electrical characteristics to the electrodes of the composite sensor 40.

상기 멀티미터(70)는 전압소스(80)의 전압, 전류, 저항을 측정한다.The multimeter 70 measures the voltage, current, and resistance of the voltage source 80.

이와 같은 구성에 의한 본 발명의 일실시예에 따른 역학-전기 복합센서(40)를 이용하여 인장 및 굽힘하중을 측정하고, 동시에 변화하는 전기적 특성(전압, 전류, 저항)을 측정하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the method of measuring the tensile and bending load, and at the same time to change the electrical characteristics (voltage, current, resistance) by using the dynamic-electric composite sensor 40 according to an embodiment of the present invention by such a configuration As follows.

상기 나노소재(35)에 대한 역학적-전기적 물성 시험을 위해 먼저 적당한 나노소재(35)를 선택한다.First of all, a suitable nanomaterial 35 is selected for the mechanical-electrical property test of the nanomaterial 35.

즉, 파우더 상태의 나노소재(35)를 분산처리를 하고, 텅스텐 팁(50) 또는 복합센서(40)를 이용하여 기계적 물성시험을 위해 분산된 나노소재(35)를 선택하고, 나노소재(35)의 위치를 제어한다.That is, the nanomaterial 35 in a powder state is dispersed, and the nanomaterial 35 is selected for mechanical property testing using the tungsten tip 50 or the composite sensor 40, and the nanomaterial 35 ) To control the position.

시험할 나노소재(35)가 정해지면, 나노소재(35)를 그리핑한다.Once the nanomaterial 35 to be tested is determined, the nanomaterial 35 is gripped.

상기 텅스텐 팁(50)과 복합센서(40) 사이에 나노소재(35)를 그리핑 한 후 인장 및 굽힘시험을 수행한다.Tensile and bending tests are performed after gripping the nanomaterial 35 between the tungsten tip 50 and the composite sensor 40.

시험은 상온에서 실시되며, 복합센서(40)와 소재의 설치 후에는 안정화를 위해 6시간 이상의 안정화 시간이 필요하다. 그리고, 나노단위의 조작이므로 미세한 진동에도 영향을 받기 때문에, 방진패드를 이용하여 진동을 제거하고 진동을 유발시키는 행동이나 장비의 사용을 금지한다.The test is conducted at room temperature, and after the installation of the composite sensor 40 and the material, a stabilization time of 6 hours or more is required for stabilization. In addition, since it is a nano-scale operation, it is also affected by minute vibrations. Therefore, the vibration pad is used to remove the vibrations and to prohibit the use of the action or equipment that causes the vibrations.

상기 나노소재(35)를 그리핑하기 위해 전자현미경(100)의 전자빔을 이용한다. 전자빔을 나노소재(35)와 텅스텐 팁(50) 접점부분에 주사하면 전자현미경(100) 내부에 존재하고 있는 탄소 분자나 탄화수소 분자들이 증착하게 되어 나노소재(35)가 텅스텐 팁(50)에 그리핑되는 것이 가능하게 된다.An electron beam of the electron microscope 100 is used to grip the nanomaterial 35. When the electron beam is scanned at the contact point of the nanomaterial 35 and the tungsten tip 50, carbon molecules or hydrocarbon molecules existing inside the electron microscope 100 are deposited, and the nanomaterial 35 is attached to the tungsten tip 50. It is possible to rip.

이때, 나노소재(35)의 그리핑 정도를 평가하기 위해 텅스텐 팁(50)을 전자현미경(100) 내부의 피드스류를 통해 고감도 나노 멀티미터(70)를 전기적으로 연결하고, 나노소재(35)와 텅스텐 팁(50)에 접촉시켜 놓고 진공분위기에서 그 접촉부위에 전자빔을 조사하여 그리핑 단계에서 멀티미터(70)로부터 나노소재(35)와 텅스텐 팁(50)을 흐르는 전류의 저항값을 측정한다.At this time, in order to evaluate the degree of gripping of the nanomaterial 35, the tungsten tip 50 is electrically connected to the high sensitivity nano multimeter 70 through the feeds inside the electron microscope 100, and the nanomaterial 35 And the tungsten tip 50 are contacted and the electron beam is irradiated to the contact portion in a vacuum atmosphere to measure the resistance value of the current flowing through the nanomaterial 35 and the tungsten tip 50 from the multimeter 70 in the gripping step. do.

그리핑을 하면서 전기저항값 측정의 일정 경과시간 내에 최초 측정된 저항값에서 설정 비율만큼 저항값이 낮아지는가를 판단한다.While gripping, it is determined whether the resistance value is lowered by the set ratio from the initially measured resistance value within a predetermined elapsed time of the electric resistance measurement.

설정된 비율만큼 저항값이 낮아지면 그리핑이 정상이라고 판단하여 인장 및 굽힙시험을 수행할 수 있고, 그렇지 못할 경우 불량으로 판단하여 폐기한다.When the resistance value is lowered by the set ratio, the gripping can be judged as normal and the tensile and bending test can be performed. Otherwise, it is judged as defective and discarded.

다음, 인장시험을 수행한다.Next, a tensile test is performed.

인장시험을 수행하기 위해서 나노조작기(60)를 조정하여 복합센서(40)의 끝부분이 나노소재(35)와 수평을 이루도록 한다.In order to perform the tensile test, the nano-manipulator 60 is adjusted so that the end of the composite sensor 40 is horizontal with the nanomaterial 35.

상기 나노조작기(60)는 컴퓨터의 조이스틱에 의해 조정되며, 측정 시에는 3축으로만 움직이며 측정할 수 있기 때문에 나노소재(35)의 오른쪽에 놓고, 정확한 측정을 위해 복합센서(40)와 나노소재(35)를 수평으로 배치한다.The nano-manipulator 60 is adjusted by the joystick of the computer, and can be measured by moving only three axes when measuring, placed on the right side of the nanomaterial 35, the composite sensor 40 and the nano for accurate measurement The material 35 is arranged horizontally.

그다음, 복합센서(40)의 제1감지막(21a)과 나노소재(35)의 끝부분을 전자현미경(100)의 전자빔을 이용하여 그리핑을 하고, 나노소재(35)에 대한 인장시험을 수행한다.Next, the end of the first sensing film 21a and the nanomaterial 35 of the composite sensor 40 is gripped using the electron beam of the electron microscope 100, and the tensile test of the nanomaterial 35 is performed. Perform.

인장시험은 네트워크 컨트롤을 이용하여 변위제어 방식으로 수행되고, 인장속도는 10nm/s이며, 2nm 마다 나노소재(35)에 작용하는 인장하중을 복합센서(40)의 감지부(20)를 통해 측정한다.Tensile test is carried out in a displacement control method using a network control, the tensile speed is 10nm / s, the tensile load acting on the nanomaterial 35 every 2nm is measured through the sensing unit 20 of the composite sensor 40 do.

또한, 상기 인장하중이 나노소재(35)에 가해질 때 동시에 변화되는 전기적 특성(전압, 전류, 저항)은 탄소나노튜브 섬유(30)를 통해 감지부(20)의 제1감지막(21a)과 연결된 제2감지막(21b)에 의해 측정된다.In addition, when the tensile load is applied to the nanomaterial 35, the electrical characteristics (voltage, current, and resistance) which are changed at the same time may correspond to the first sensing film 21a of the sensing unit 20 through the carbon nanotube fiber 30. It is measured by the connected second sensing film 21b.

보다 상세하게 설명하면, 컴퓨터(90)를 전원을 온시키고, 나노조작기(60)와 복합센서(40)의 전극에 전압을 인가하여 전류가 각 전극에 흐를 수 있도록 한다.In more detail, the computer 90 is turned on and a voltage is applied to the electrodes of the nanomanipulator 60 and the composite sensor 40 so that current can flow through each electrode.

여기서, 휘스톤 브리지 회로를 구성하는 제1 내지 제4전극(11~14)에 전압이 인가되고, 제1 내지 제4전극(11~14)과 전기적으로 연결된 감지부(20)과 감지부(20) 끝단의 제1감지막(21a)에 전압이 인가되면서, 탄소나노튜브 섬유(30)를 통해 제1감지막(21a)의 전류가 지지부(10)의 제5전극(15) 끝단에 형성된 제2감지막(21b)으로 흐를 수 있게 된다.Herein, a voltage is applied to the first to fourth electrodes 11 to 14 constituting the Wheatstone bridge circuit, and the sensing unit 20 and the sensing unit electrically connected to the first to fourth electrodes 11 to 14. 20) As the voltage is applied to the first sensing film 21a at the end, a current of the first sensing film 21a is formed at the end of the fifth electrode 15 of the support part 10 through the carbon nanotube fiber 30. It can flow to the second sensing film 21b.

이때, 상기 감지부(20)의 압전막(24)에 전압이 인가되면 전압이 인가된 방향 으로 압전막(24)이 늘어나고, 전압의 인가와 수직된 방향으로 수축하는 압전물질의 특성에 따라, 상기 나노소재(35)에 인장하중이 가해지면 상기 압전현상을 이용하여 전기적인 변화량을 기계적인 값으로 환산하여 가해진 인장하중을 계산할 수 있다.In this case, when a voltage is applied to the piezoelectric film 24 of the sensing unit 20, the piezoelectric film 24 increases in the direction in which the voltage is applied, and according to the characteristics of the piezoelectric material contracting in a direction perpendicular to the application of the voltage, When a tensile load is applied to the nanomaterial 35, the tensile load applied by converting an electrical change amount into a mechanical value using the piezoelectric phenomenon may be calculated.

또한, 상기 나노소재(35)에 굽힘하중 및 인장하중이 가해짐에 따라 나노소재(35)의 전기적 특성이 변하므로, 감지부(20)의 제1감지막(21a)에 인가된 전류가 탄소나노튜브 섬유(30)를 통해 제5전극(15)의 제2감지막(21b)으로 흐르면서 인장하중이 가해지기 전의 나노소재(35)의 전기적 특성과 인장하중이 가해진 후의 나노소재(35)의 전기적 특성의 차이로 인해 제5전극(15)을 통해 흐르는 전기적 신호의 차이를 측정하여 나노소재(35)의 전기적 특성을 파악할 수 있다.In addition, since the electrical properties of the nanomaterial 35 change as the bending load and the tensile load are applied to the nanomaterial 35, the current applied to the first sensing layer 21a of the sensing unit 20 is carbon. The electrical properties of the nanomaterial 35 before the tensile load is applied while flowing to the second sensing film 21b of the fifth electrode 15 through the nanotube fiber 30 and the nanomaterial 35 of the nanomaterial 35 after the tensile load is applied. Due to the difference in electrical characteristics, the electrical characteristics of the nanomaterial 35 may be determined by measuring a difference in electrical signals flowing through the fifth electrode 15.

상기 나노소재(35)에 대한 굽힘시험의 경우 외팔보 굽힘시험을 수행한다.For the bending test on the nanomaterial 35, the cantilever bending test is performed.

상기 복합센서(40)를 나노소재(35)의 오른쪽에 놓고, 정확한 측정을 위하여 복합센서(40)와 나노소재(35)를 수직으로 놓는다.The composite sensor 40 is placed on the right side of the nanomaterial 35, and the composite sensor 40 and the nanomaterial 35 are placed vertically for accurate measurement.

나노소재(35)와 복합센서(40)는 그리핑하지 않고, 복합센서(40)의 위치를 결정한 후 굽힘시험을 수행한다.The nanomaterial 35 and the composite sensor 40 do not grip, and determine the position of the composite sensor 40 and then perform a bending test.

굽힘시험은 파단할 때까지가 아닌, 복합센서(40)와 나노소재(35)의 미끌림에 의해 비선형적인 구간이 발생하지 않는 범위까지 수행한다. 굽힘시험 시 굽힘하중과 전기적 특성을 측정하는 방법은 인장시험과 동일하다.The bending test is performed not to break, but to the extent that non-linear sections are not generated by the sliding of the composite sensor 40 and the nanomaterial 35. The method of measuring the bending load and electrical characteristics in the bending test is the same as in the tensile test.

여기서, 도 5는 나노소재(35)의 변위에 따른 저항변화를 나타내는 그래프이고, 도 6은 나노소재(35)의 변위에 따른 힘(하중)변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing a resistance change according to the displacement of the nanomaterial 35, and FIG. 6 is a graph showing a change in force (load) according to the displacement of the nanomaterial 35.

상기 나노소재(35)에 대해 인장 또는 굽힘 시험 등을 실시하면, 도 와 같은 변위-하중(역학적 물성) 또는 변위-저항(전기적 물성) 그래프를 얻을 수 있고, 역학적 특성과 전기적 특성의 상관관계를 측정 및 평가할 수 있고, 나노소재(35)의 신뢰성 평가를 향상시킬 수 있다.When the tensile or bending test is performed on the nanomaterial 35, a graph of displacement-load (dynamic properties) or displacement-resistance (electrical properties) as shown in FIG. 1 is obtained, and a correlation between mechanical properties and electrical properties is obtained. It can measure and evaluate, and can improve the reliability evaluation of the nanomaterial 35.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 역학-전기 복합센서를 나타내는 평면도1 is a plan view showing a dynamic-electric composite sensor according to an embodiment of the present invention

도 2는 도 1의 일부발췌도2 is a partial excerpt of FIG.

도 3은 도 1의 일부발췌사시도3 is a partial excerpt perspective view of FIG. 1

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노소재용 역학-전기 복합센서를 나타내는 개략도Figure 4 is a schematic diagram showing a dynamic-electric composite sensor for nanomaterials according to an embodiment of the present invention

도 5는 나노소재의 변위에 따른 저항변화를 나타내는 그래프5 is a graph showing the resistance change according to the displacement of the nanomaterial

도 6은 나노소재의 변위에 따른 힘(하중)변화를 나타내는 그래프6 is a graph showing the force (load) change according to the displacement of the nanomaterial

도 7은 나노소재 기계적 물성 시험 측정시스템을 나타내는 사진Figure 7 is a photograph showing the nanomaterial mechanical property test measurement system

도 8은 종래의 힘센서의 두께에 따른 스프링상수의 관계를 나타내는 그래프8 is a graph showing the relationship between the spring constant according to the thickness of the conventional force sensor

도 9는 나노소재의 기계적 물성 시험의 순서도9 is a flow chart of the mechanical properties test of nanomaterials

도 10은 나노소재의 인장 및 굽힘시험예를 나타내는 사진10 is a photograph showing an example of the tensile and bending test of the nanomaterial

도 11은 나노소재의 기계적 물성 시험의 견본 데이터를 나타내는 사진11 is a photograph showing the sample data of the mechanical property test of the nanomaterial

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 지지부 11 : 제1전극10: support portion 11: first electrode

12 : 제2전극 13 : 제3전극12: second electrode 13: third electrode

14 : 제4전극 15 : 제5전극14: fourth electrode 15: fifth electrode

20 : 감지부 21 : 감지막20: detection unit 21: detection film

22 : 실리콘산화막(SiO2) 23 : Au층22: silicon oxide film (SiO 2 ) 23: Au layer

24 : 압전막(ZnO) 25 : Pt24: piezoelectric film (ZnO) 25: Pt

30 : 탄소나노튜브 섬유 35 : 나노소재30 carbon nanotube fiber 35 nano material

40 : 복합센서 50 : 텅스텐 팁40: composite sensor 50: tungsten tip

51 : 스테이지 60 : 나노조작기51 stage 60 nanomanipulator

70 : 멀티미터 80 : 전압 소스70: multimeter 80: voltage source

90 : 컴퓨터 100 : 전자현미경90 computer 100 electron microscope

Claims (5)

압전막이 내장되어 나노소재(35)에 굽힘 또는 인장하중을 가할 때 나노소재(35)의 역학적 물성을 측정하는 감지부(20);A sensing unit 20 having a piezoelectric film embedded therein to measure mechanical properties of the nanomaterial 35 when bending or tensile load is applied to the nanomaterial 35; 상기 감지부(20)의 끝단에 형성되며, 상기 나노소재(35)가 접촉될 때 상기 역학적 물성 측정과 동시에 전기적 물성을 실시간으로 측정하는 제1감지막(21a); 및A first sensing layer 21a formed at an end of the sensing unit 20 to measure electrical properties in real time at the same time as measuring the mechanical properties when the nanomaterial 35 is in contact; And 상기 감지부(20)의 일단부가 일체로 연결되어 감지부(20)를 지지하는 지지부(10);One end of the sensing unit 20 is integrally connected to the support 10 for supporting the sensing unit 20; 를 포함하는 나노소재용 역학-전기 복합센서.Dynamics-electric composite sensor for nanomaterials comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 감지부(20)는 실리콘산화막(22), Au층(23), 압전물질로 된 압전막(24), Au층(23), 실리콘산화막(22)이 적층된 구조로 이루어지고, 상기 압전막(24)의 압전현상을 이용하여 가해진 하중을 측정하는 것을 특징으로 하는 나노소재용 역학-전기 복합센서.The method of claim 1, wherein the sensing unit 20 has a structure in which a silicon oxide film 22, an Au layer 23, a piezoelectric film 24 made of a piezoelectric material, an Au layer 23, and a silicon oxide film 22 are stacked. And a load applied using the piezoelectric phenomenon of the piezoelectric film 24. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부(10)는 나노소재(35)에 가해진 하중을 측정하기 위해 휘스톤 브리지 회로를 구성하도록 형성된 제1 내지 제4전극(11~14)과, 상기 나노소재(35)의 전기적 물성을 측정하기 위해 제1감지막(21a)과 연결되도록 끝단에 제2감지막(21b)이 형성된 제5전극(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노소재용 복합센서.The method according to claim 1, wherein the support portion 10 is the first to fourth electrodes (11-14) formed to constitute a Wheatstone bridge circuit to measure the load applied to the nanomaterial 35, and the nanomaterial 35 And a fifth electrode 15 having a second sensing film 21b formed at the end thereof so as to be connected to the first sensing film 21a in order to measure electrical properties thereof. 청구항 3에 있어서, 상기 제1감지막(21a)과 제2감지막(21b)은 탄소나노튜브 섬유(30)에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2감지막(21b)과 탄소나노튜브 섬유(30)의 접점부위에 전자빔을 주사하여 탄소분자 또는 탄화수소분자가 증착되는 것을 특징으로 하는 나노소재용 역학-전기 복합센서.The method of claim 3, wherein the first sensing film 21a and the second sensing film 21b are electrically connected by carbon nanotube fibers 30, and the first and second sensing films 21b and carbon nano Nano-mechanical-electric composite sensor for nanomaterials, characterized in that the carbon or hydrocarbon molecules are deposited by scanning the electron beam on the contact portion of the tube fiber (30). 청구항 3에 있어서, 상기 제1감지막(21a)과 제2감지막(21b)은 탄소나노튜브 섬유(30)에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2감지막(21a,21b)과 탄소나노튜브 섬유(30)의 접점부위에 이온빔을 주사하여 백금이 증착되는 것을 특징으로 하는 나노소재용 역학-전기 복합센서.The method of claim 3, wherein the first sensing film 21a and the second sensing film 21b are electrically connected by carbon nanotube fibers 30, and the first and second sensing films 21a and 21b. A nano-mechanical-electric composite sensor for nanomaterials characterized in that platinum is deposited by scanning an ion beam on a contact portion of a carbon nanotube fiber (30).
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