KR102094998B1 - Mixture structure for pressure sensor, pressure sensor including the same and fabricating methods thereof - Google Patents

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KR102094998B1
KR102094998B1 KR1020180137191A KR20180137191A KR102094998B1 KR 102094998 B1 KR102094998 B1 KR 102094998B1 KR 1020180137191 A KR1020180137191 A KR 1020180137191A KR 20180137191 A KR20180137191 A KR 20180137191A KR 102094998 B1 KR102094998 B1 KR 102094998B1
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pressure sensor
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ball
balls
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KR1020180137191A
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박상희
백경욱
반암
김태우
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한국과학기술원
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Abstract

A mixed structure for a pressure sensor of the present invention includes fibers and a plurality of balls interposed between the fibers. The balls maintain the porosity of the fibers, and the fibers anchor the plurality of balls to prevent the balls from agglomerating.

Description

압력 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 압력 센서 및 그 제조방법{Mixture structure for pressure sensor, pressure sensor including the same and fabricating methods thereof}Mixed structure for pressure sensor, pressure sensor including same, and manufacturing method therefor {Mixture structure for pressure sensor, pressure sensor including the same and fabricating methods thereof}

본 발명은 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 압력 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed structure for a sensor, a sensor including the same, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a mixed structure for a pressure sensor, a pressure sensor including the same, and a manufacturing method thereof.

IoT 시대의 도래와 함께 사람의 신체 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 헬스 모니터링 혹은 헬스 케어용 센서가 급속히 발달하고 있다. 신체 상태는 가스, 습도, 온도, 혹은 압력 등의 변화로서 모니터링이 가능한데 그 중 압력은 자연에 아주 흔하게 존재하는 신호로서 인간의 중요한 생체이기도 하여 맥박, 심장의 상태 등을 확인할 수 있는 중요한 측정 대상이다. 또한, 사람의 피부가 느끼는 중요한 감각 중의 하나이기도 하다. With the advent of the IoT era, health monitoring or health care sensors that can check a person's physical condition in real time are rapidly developing. The physical condition can be monitored as changes in gas, humidity, temperature, or pressure. Among them, pressure is a signal that is very common in nature, and it is also an important human body, and it is an important measurement object to check the pulse and heart condition. . It is also one of the important senses of human skin.

특허공개공보 KR20130044642A (발명의 명칭 : 생체용 압력 센서 및 그 제조 방법)KR20130044642A (Patent name: Pressure sensor for living body and manufacturing method thereof)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상대적으로 넓은 압력측정 범위을 가지고, 일상 생활에서 생기는 터치 압력 범위에서 높은 민감도를 유지하며, 센서의 안정성을 확보할 수 있는 압력 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 압력 센서 및 그 제조방법을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The problem to be solved by the present invention is to have a relatively wide pressure measurement range, maintain a high sensitivity in the touch pressure range that occurs in daily life, a pressure sensor mixed structure that can secure the stability of the sensor, a pressure sensor comprising the same and It is to provide the manufacturing method. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 제공한다. 상기 압력 센서용 혼합구조체는 파이버(fiber); 및 파이버 사이에 개재된 복수의 볼(ball); 을 포함하며, 상기 볼에 의하여 상기 파이버의 다공성을 유지하고, 상기 파이버가 상기 볼을 고정(anchoring)함으로써 상기 복수의 볼이 응집되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다. It provides a mixed structure for a pressure sensor according to an aspect of the present invention for solving the above problems. The pressure sensor mixed structure includes a fiber; And a plurality of balls interposed between the fibers; It includes, it is characterized in that to maintain the porosity of the fiber by the ball, the fiber by anchoring the ball (anchoring) to prevent the plurality of balls from agglomerating.

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버는 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 상기 볼은 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경 보다 더 작을 수 있다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber is a nanofiber having a first diameter of the nano order scale, the ball is a microball having a second diameter of the micro order scale, and the first diameter May be smaller than the second diameter.

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼은 절연성 물질로 이루어질 수 있다. In the pressure sensor mixed structure, the fiber is made of a polymer material, and the ball may be made of an insulating material.

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어질 수 있다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber is any one selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU), and Ecoflex. It is made of a material or a mixture of two or more, and the ball may be made of poly-methyl methacrylate (PMMA).

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함할 수 있다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber is made of a polymer material, and the ball is a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core.

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 상기 볼의 쉘은 금(Au)으로 이루어질 수 있다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber is any one selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU), and Ecoflex. It is made of a material or a mixture of two or more, and the core of the ball is made of poly-methyl methacrylate (PMMA), and the shell of the ball can be made of gold (Au).

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버와 상기 볼은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성할 수 있다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber and the ball may constitute a mixed thin film formed by an electrospinning process.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 압력 센서를 제공한다. 상기 압력 센서는 상부 전극이 형성된 상부 기판; 하부 전극이 형성된 하부 기판; 및 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재된 파이버(fiber)와 복수의 볼(ball)을 포함하는 혼합 구조체; 를 포함하되, 혼합 구조체는 상부 전극과 하부 전극과 각각 맞닿아 배치되며, 파이버 사이에 개재된 복수의 볼에 의하여 파이버의 다공성을 유지하고, 파이버가 볼을 고정(anchoring)함으로써 복수의 볼이 응집되는 것을 방지할 수 있다. It provides a pressure sensor according to another aspect of the present invention for solving the above problems. The pressure sensor includes an upper substrate on which an upper electrode is formed; A lower substrate on which a lower electrode is formed; And a mixed structure including a fiber and a plurality of balls interposed between the upper substrate and the lower substrate; Including, but the mixed structure is disposed in contact with the upper electrode and the lower electrode, and maintains the porosity of the fiber by a plurality of balls interposed between the fibers, a plurality of balls agglomerated by the fiber (anchoring) the ball Can be prevented.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버는 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 상기 볼은 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경 보다 더 작을 수 있다. In the pressure sensor, the fiber is a nanofiber having a first diameter of a nano order scale, the ball is a microball having a second diameter of a micro order scale, and the first diameter is the first diameter. It can be smaller than 2 diameters.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버와 상기 볼은 혼합박막을 구성하되, 상기 파이버는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼은 절연성 물질로 이루어질 수 있다. In the pressure sensor, the fiber and the ball constitute a mixed thin film, the fiber is made of a polymer material, and the ball may be made of an insulating material.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어질 수 있다. In the pressure sensor, the fiber is any one material selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU) and Ecoflex, or both. It consists of the above mixture, the ball may be made of polymethyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA).

상기 압력 센서에서, 상기 혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 상기 혼합박막의 두께가 얇아지면서 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 간격이 작아짐에 따라 변하는 정전용량을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있다. In the pressure sensor, when the external pressure is applied to the mixed thin film, the thickness of the mixed thin film becomes thinner and the gap between the upper electrode and the lower electrode decreases, thereby measuring the amount of external pressure by measuring the capacitance. I can sense it.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버와 상기 볼은 혼합박막을 구성하되, 상기 파이버는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함할 수 있다. In the pressure sensor, the fiber and the ball constitute a mixed thin film, the fiber is made of a polymer material, and the ball is a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 상기 볼의 쉘은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. In the pressure sensor, the fiber is any one material selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU) and Ecoflex, or both. It consists of the above mixture, the core of the ball is made of polymethyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA), the shell of the ball is gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel ( Ni) and titanium (Ti).

상기 압력 센서에서, 상기 혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 접촉하는 상기 볼의 양이 많아짐에 따라 변하는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 전기저항을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있다. In the pressure sensor, by measuring the electrical resistance between the upper electrode and the lower electrode that changes as the amount of the ball contacting the upper electrode and the lower electrode increases when an external pressure is applied to the mixed thin film. The magnitude of the external pressure can be sensed.

상기 압력 센서에서, 상기 파이버와 상기 볼은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성할 수 있다. In the pressure sensor, the fiber and the ball may constitute a mixed thin film formed by an electrospinning process.

상기 압력 센서에서, 상기 상부 전극은 서로 이격되되 일방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 상부 전극이며, 상기 하부 전극은 서로 이격되되 상기 일방향과 교차되는 방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 하부 전극일 수 있다. In the pressure sensor, the upper electrodes are a plurality of upper electrodes in a line shape spaced apart from each other and extending in one direction, and the lower electrodes may be a plurality of lower electrodes in a line shape spaced apart from each other and extending in a direction crossing the one direction. have.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 압력 센서의 제조방법을 제공한다. 상기 압력 센서의 제조방법은 파이버 용액에 복수의 볼을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계; 상기 혼합용액을 전기방사 장치에 장입한 후 전기방사하여 파이버와 상기 복수의 볼로 이루어진 혼합박막을 형성하되, 상기 파이버 사이에 개재된 상기 복수의 볼에 의하여 상기 파이버의 다공성을 유지하고, 상기 파이버가 상기 볼을 고정(anchoring)함으로써 상기 복수의 볼이 응집되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 상기 혼합박막을 형성하는 단계; 상기 혼합박막의 상하에 상부 전극과 하부 전극을 각각 배치하는 단계;를 포함한다. It provides a method of manufacturing a pressure sensor according to another aspect of the present invention for solving the above problems. The manufacturing method of the pressure sensor comprises preparing a mixed solution in which a plurality of balls are added to a fiber solution; After charging the mixed solution to the electrospinning apparatus, electrospinning is performed to form a mixed thin film composed of a fiber and the plurality of balls, but the porosity of the fibers is maintained by the plurality of balls interposed between the fibers, and the fibers are Forming the mixed thin film by preventing the agglomeration of the plurality of balls by anchoring the balls; And disposing upper and lower electrodes on the top and bottom of the mixed thin film, respectively.

상기 압력 센서의 제조방법에서, 상기 파이버 용액에 복수의 볼을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계는, 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 아세톤(acetone)의 예비혼합용액을 준비하는 제 1 단계; 상기 예비혼합용액에 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말을 용해시키는 제 2 단계; 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말이 용해된 상기 예비혼합용액에, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진 코어 및 코어를 둘러싸며 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 쉘을 포함하는 볼을 첨가하는 제 3 단계;를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the pressure sensor, preparing a mixed solution in which a plurality of balls are added to the fiber solution comprises: a first step of preparing a premixed solution of dimethylacetamide (DMAc) and acetone; A second step of dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) powder in the premix solution; And polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride; PVDF) powder is dissolved in the pre-mixing solution, poly-methyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA) consisting of a core and a core surrounding the gold (Au), silver ( Ag), aluminum (Al), nickel (Ni) and titanium (Ti) a third step of adding a ball comprising a shell consisting of at least one selected from; may include.

상기 압력 센서의 제조방법에서, 상기 파이버와 복수의 볼로 이루어진 혼합박막을 형성하는 단계는, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF)로 이루어진 파이버;와 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진 코어 및 코어를 둘러싸며 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 쉘을 포함하는 볼;로 이루어진 혼합박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the pressure sensor, the step of forming a mixed thin film composed of the fiber and a plurality of balls includes: a fiber made of polyvinylidene fluoride (PVDF); and a poly-methyl methacrylate; A ball comprising a core made of PMMA and a shell surrounding the core and comprising a shell made of at least one selected from gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), and titanium (Ti); And forming a mixed thin film.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상대적으로 넓은 압력측정 범위을 가지고, 일상 생활에서 생기는 터치 압력 범위에서 높은 민감도를 유지하며, 센서의 안정성을 확보할 수 있는 압력 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 압력 센서 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention made as described above, it has a relatively wide pressure measurement range, maintains high sensitivity in the touch pressure range generated in daily life, and a pressure sensor mixed structure capable of securing the stability of the sensor , It may implement a pressure sensor and a manufacturing method comprising the same. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 촬영한 SEM 사진들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 단위 소자를 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서 어레이 소자를 도해한 도면이다.
도 5는 도 4의 압력 센서를 실제로 구현한 구성을 촬영한 사진이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 저항 방식의 압력 센서에서 압력을 측정한 결과를 나타낸 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 정전 용량 방식의 압력 센서에서 압력을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 정전 용량 방식의 압력 센서에서 민감도를 보여주는 도면들이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실험예에 따른 정전 용량 방식의 압력 센서에서 압력 센서용 혼합구조체를 구성하는 볼의 역할에 대한 평가결과를 도해하는 도면들이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 실험예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 형성하는 전기 방사 공정의 방사 시간의 영향에 대한 평가결과를 도해하는 그래프 및 사진을 방사 시간 5분, 10분 및 20분에 따라 순차적으로 도해한 것이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 반응 안정성(response stability)을 평가한 결과를 도해하는 도면들이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서에 다양한 무게의 무게추를 배치한 실험을 보여주는 사진이다.
도 24는 도 23의 실험에 의한 결과로서 압력 분포도를 도해하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 안정성을 평가한 결과이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 유연 압력 센서의 벤딩 안정성을 평가한 결과를 나탄낸 그래프이다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 이용하여 생체신호를 측정한 결과를 도해하는 그래프들이다. 1 and 2 are SEM photographs of a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a unit element of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a pressure sensor array device having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a configuration in which the pressure sensor of FIG. 4 is actually implemented.
6 and 7 are diagrams showing a result of measuring pressure in a resistance type pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a result of measuring the pressure in the capacitive pressure sensor having a pressure sensor mixed structure according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are diagrams showing sensitivity in a capacitive pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
11 to 13 are views illustrating evaluation results for the role of a ball constituting a mixed structure for a pressure sensor in a capacitive pressure sensor according to an experimental example of the present invention.
14 to 19 are graphs and pictures illustrating the evaluation results for the effect of the spinning time of the electrospinning process to form a mixed structure for a pressure sensor according to an experimental example of the present invention. It is illustrated sequentially.
20 to 22 are views illustrating a result of evaluating response stability of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
23 is a photograph showing an experiment in which weights of various weights are arranged in a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
24 is a diagram illustrating a pressure distribution diagram as a result of the experiment of FIG. 23.
25 is a result of evaluating the stability of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
26 and 27 are graphs showing the results of evaluating bending stability of a flexible pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
28 and 29 are graphs illustrating a result of measuring a biosignal using a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following embodiments can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the Examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings is exaggerated for convenience and clarity of explanation.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe a specific embodiment and is not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms may include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, “comprise” and / or “comprising” specifies the shapes, numbers, steps, actions, elements, elements and / or the presence of these groups. And does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, actions, elements, elements and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the drawings, for example, depending on the manufacturing technology and / or tolerance, deformations of the illustrated shape can be expected. Therefore, embodiments of the inventive concept should not be interpreted as being limited to a specific shape of the region shown in this specification, but should include, for example, a change in shape resulting from manufacturing.

이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 압력 센서용 혼합구조체, 이를 포함하는 압력 센서 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a mixed structure for a pressure sensor according to various embodiments of the present invention, a pressure sensor including the same and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 촬영한 SEM 사진들이다. 1 and 2 are SEM photographs of a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체는 파이버(10)(fiber); 및 파이버(10) 사이에 개재된 복수의 볼(20)(ball); 을 포함한다. 상기 볼(20)에 의하여 상기 파이버(10)의 다공성을 유지하고, 상기 파이버(10)가 상기 볼(20)을 고정(anchoring)함으로써 상기 복수의 볼(20)이 응집되는 것을 방지할 수 있다. 1 and 2, the mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes a fiber (10) (fiber); And a plurality of balls 20 interposed between the fibers 10; It includes. By maintaining the porosity of the fiber 10 by the ball 20, the fiber 10 can be prevented from agglomerating the plurality of balls 20 by anchoring the ball 20 .

상기 파이버(10)는, 예를 들어, 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 상기 볼(20)은, 예를 들어, 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경 보다 더 작을 수 있다. 가령, 상기 나노파이버는 단면의 직경이 약 300 나노미터이며, 상기 마이크로볼은 직경이 20 마이크로미터일 수 있다. The fiber 10 is, for example, a nanofiber having a first diameter of a nano order scale, and the ball 20 is, for example, a micro ball having a second diameter of a micro order scale ( microball), and the first diameter may be smaller than the second diameter. For example, the nanofiber may have a cross-sectional diameter of about 300 nanometers, and the microball may have a diameter of 20 micrometers.

파이버(10)와 볼(20)을 구성하는 재질은 다양한 조합이 가능하다. Materials constituting the fiber 10 and the ball 20 can be various combinations.

예를 들어, 상기 파이버(10)는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)은 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 파이버(10)는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼(20)은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어질 수 있다. For example, the fiber 10 is made of a polymer material, and the ball 20 may be made of an insulating material. As a specific example, the fiber 10 is any one selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU), and Ecoflex. Or it is made of a mixture of two or more, the ball 20 may be made of polymethyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA).

다른 예를 들면, 상기 파이버(10)는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 파이버(10)는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며, 상기 볼(20)의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 상기 볼(20)의 쉘은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 상기 쉘은, 이 외에도, 상기 코어와의 접착력이 좋은 다른 전도성 물질로 이루어질 수도 있다. For another example, the fiber 10 is made of a polymer material, and the ball 20 is a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core. Specifically, the fiber 10 is polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride; PVDF), polydimethylsiloxane (Polydimethylsiloxane; PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU) and any one selected from Ecoflex (Ecoflex) or Made of a mixture of two or more, the core of the ball 20 is made of polymethyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA), the shell of the ball 20 is gold (Au), silver (Ag), It may be made of at least one selected from aluminum (Al), nickel (Ni), and titanium (Ti). In addition to this, the shell may be made of another conductive material having good adhesion to the core.

폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 자체는 탄성이 거의 없어서 본 실시예에서는 마이크로볼을 넣어서 기능성을 부가했지만, 탄성이 좋은 다른 고분자재료(예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄(PU) 또는 에코플렉스(Ecoflex))를 사용해서 나노파이버로 방사하고 제작하면 압력에 더 민감할 수 있다. 압력 센서용 혼합구조체에 사용한 마이크로볼의 재료가 상대적으로 딱딱한 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 아니라 탄성이 상대적으로 높은 고분자재료(폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄(PU) 또는 에코플렉스(Ecoflex))로 변경하면 높은 압력범위에서 민감도가 더욱 향상될 수 있다. Polyvinylidene fluoride (PVDF) itself has little elasticity, so in this example, a micro ball was added to add functionality, but other polymer materials with good elasticity (for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU)) Alternatively, it can be more sensitive to pressure when emitted and fabricated with nanofibers using Ecoflex. The material of the microball used in the mixed structure for the pressure sensor is not a relatively hard polymethyl methacrylate (PMMA), but a high elastic material (polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), or ecoflex). )), The sensitivity can be further improved in the high pressure range.

한편, 상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버(10)와 상기 볼(20)은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성할 수 있다. 상기 혼합박막은 혼합물(mixture)로 이루어진 박막이며, 상기 혼합물은 파이버(10)와 볼(20)로 구성될 수 있다. On the other hand, in the mixed structure for the pressure sensor, the fiber 10 and the ball 20 may constitute a mixed thin film formed by an electrospinning process. The mixed thin film is a thin film composed of a mixture, and the mixture may be composed of a fiber 10 and a ball 20.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체의 예시적인 제조방법은 파이버 용액에 복수의 볼(20)을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계; 혼합용액을 전기방사 장치에 장입한 후 전기방사하여 파이버(10)와 복수의 볼(20)로 이루어진 혼합박막을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. An exemplary method of manufacturing a pressure sensor mixing structure according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixed solution in which a plurality of balls 20 are added to a fiber solution; And charging the mixed solution to the electrospinning apparatus to electrospin to form a mixed thin film composed of the fiber 10 and the plurality of balls 20.

구체적인 예로서, 상기 파이버 용액에 복수의 볼(20)을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계는, 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 아세톤(acetone)의 예비혼합용액을 준비하는 제 1 단계; 상기 예비혼합용액에 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말을 용해시키는 제 2 단계; 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말이 용해된 상기 예비혼합용액에 볼(20)을 첨가하는 제 3 단계;를 포함할 수 있다. As a specific example, preparing a mixed solution in which a plurality of balls 20 are added to the fiber solution includes: a first step of preparing a premixed solution of dimethylacetamide (DMAc) and acetone; A second step of dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) powder in the premix solution; And a third step of adding the ball 20 to the premix solution in which polyvinylidene fluoride (PVDF) powder is dissolved.

상기 제 3 단계에서 첨가하는 볼(20)의 재질은 구현하고자 하는 압력 센서용 혼합구조체(30)를 구성하는 볼의 재질과 동일하다. 즉, 상기 제 3 단계에서 첨가하는 볼(20)은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로만 이루어진 절연성 볼이거나, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진 코어와 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 쉘로 구성된 도전성 볼일 수 있다. The material of the ball 20 added in the third step is the same as the material of the ball constituting the mixed structure 30 for the pressure sensor to be implemented. That is, the ball 20 added in the third step is an insulating ball made of only poly-methyl methacrylate (PMMA), or a core made of poly-methyl methacrylate (PMMA). It may be a conductive ball composed of a shell made of at least one selected from gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), and titanium (Ti).

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 제조하는 방법에 적용하는 전기방사 공정의 구체적인 예에 의하면, 나노파이버 용액을 제작하기 위해 PVDF 분말을 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 아세톤(acetone)의 예비혼합용액에 20wt%의 비율로 녹아서 만들고 지름이 20 마이크로미터인 마이크로 볼을 넣어서 혼합용액을 만들고, 혼합용액이 충분이 균일하게 되면 전기방사 장비의 시린지(syringe)에 넣고, 방사를 하기 위해 시린지 니들(syringe needle)과 컬렉터(collector) 사이에 10kV의 고압을 인가하면, 용액이 컬렉터에 방사되어 나노파이버를 얻을 수 있다. 작업 거리는 10 센티미터, 펌핑 속도는 분당 50 마이크로 리터이며, 니들 직경은 250 마이크로미터의 조건을 적용할 수 있다. 전기방사(Electrospinning) 공정에 대한 그 외의 설명은 일반적으로 알려진 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. According to a specific example of the electrospinning process applied to a method for manufacturing a pressure sensor mixed structure according to an embodiment of the present invention, PVDF powder is dimethylacetamide (DMAc) and acetone (for producing nanofiber solutions) Acetone) is dissolved in a premixed solution at a rate of 20 wt%, and a micro ball having a diameter of 20 micrometers is added to make a mixed solution. When the mixed solution is sufficiently uniform, put it in a syringe of the electrospinning equipment, and emit radiation. To do this, when a high pressure of 10 kV is applied between the syringe needle and the collector, the solution is radiated to the collector to obtain nanofibers. The working distance is 10 centimeters, the pumping speed is 50 microliters per minute, and the needle diameter is 250 micrometers. Other descriptions of the electrospinning process are generally known, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

상술한 전기방사 공정으로 나노파이버와 마이크로볼을 함유한 필름층을 한 번에 얻을 수 있다. 마이크로볼을 이용하여 나노파이버를 포러스(porous)하게 만들 수 있고, 나노파이버가 마이크로볼을 고정하여 균일하게 분포되고 하며 나아가 응집되지 않도록 유지할 수 있다. 한편, 마이크로볼의 크기, 마이크로볼과 나노파이버의 혼합비율, 전기방사 시간 등을 조절함으로써 상기 필름층의 밀도와 두께를 제어할 수 있다. 즉, 나노파이버와 마이크로볼 혼합박막은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 동시에 제작할 수 있고, 전체 파이버막의 두께와 마이크로볼의 양은 방사 시간과 전기방사 용액 비율로 조절 가능하다. 나노파이버는 마이크로볼이 있으므로 더욱 포러스(porous)하기 때문에 압력을 주었을 때 더 많은 변형이 일어나고, 마이크로볼은 나노파이버에 의해 고정되므서 응집되는 현상이 없고 분산성이 좋아진다. Through the electrospinning process described above, a film layer containing nanofibers and microballs can be obtained at once. It is possible to make the nanofibers porous by using the microballs, and the nanofibers are fixed evenly by fixing the microballs and can be further maintained to prevent aggregation. Meanwhile, the density and thickness of the film layer can be controlled by adjusting the size of the microball, the mixing ratio of the microball and the nanofiber, and the electrospinning time. That is, the mixed nanofiber and microball thin film can be simultaneously produced by an electrospinning process, and the thickness of the entire fiber film and the amount of microballs can be adjusted by the spinning time and the electrospinning solution ratio. Since nanofibers have micro-balls, they are more porous, so more deformation occurs when pressure is applied, and micro-balls are fixed by nano-fibers, so there is no aggregation phenomenon and dispersibility is improved.

이하에서는, 상술한 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 설명한다. Hereinafter, a pressure sensor including the above-described pressure sensor mixing structure will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 단위 소자를 도해한다. Figure 3 illustrates a unit element of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 압력 센서(100)는 상부 전극(40)이 형성된 상부 기판(45); 하부 전극(50)이 형성된 하부 기판(55); 및 상부 기판(45)과 하부 기판(55) 사이에 개재된 파이버(10)와 복수의 볼(20)을 포함하는 혼합구조체(30);를 포함하되, 혼합구조체(30)는 상부 전극(40)과 하부 전극(50)과 각각 맞닿아 배치된다. Referring to FIG. 3, the pressure sensor 100 according to the technical concept of the present invention includes an upper substrate 45 on which an upper electrode 40 is formed; A lower substrate 55 on which the lower electrode 50 is formed; And a mixed structure 30 including a fiber 10 and a plurality of balls 20 interposed between the upper substrate 45 and the lower substrate 55, wherein the mixed structure 30 includes an upper electrode 40 ) And the lower electrode 50 are disposed in contact with each other.

상부 전극(40) 및 하부 전극(50)은 은 나노와이어(Ag Nanowire)나 탄소나노튜브(CNT) 등의 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상부 전극(40) 및 하부 전극(50)은 유연 폴리머 필름 기판(45, 55) 상에 상기 전도성 물질을 코팅함으로써 구현될 수도 있다. 또는, 상부 전극(40) 및 하부 전극(50)은 유연 폴리머 필름 기판(45, 55) 상에 상기 전도성 물질층을 형성한 후에 패터닝함으로써 구현될 수도 있다. The upper electrode 40 and the lower electrode 50 may be made of a conductive material such as silver nanowire or carbon nanotube (CNT). Meanwhile, the upper electrode 40 and the lower electrode 50 may be implemented by coating the conductive material on flexible polymer film substrates 45 and 55. Alternatively, the upper electrode 40 and the lower electrode 50 may be implemented by patterning after forming the conductive material layer on the flexible polymer film substrates 45 and 55.

압력 센서용 혼합구조체(30)는 파이버(10); 및 파이버(10) 사이에 개재된 복수의 볼(20); 을 포함한다. 상기 볼(20)에 의하여 상기 파이버(10)의 다공성을 유지하고, 상기 파이버(10)가 상기 볼(20)을 고정(anchoring)함으로써 상기 복수의 볼(20)이 응집되는 것을 방지할 수 있다. The pressure sensor mixing structure 30 includes a fiber 10; And a plurality of balls 20 interposed between the fibers 10; It includes. By maintaining the porosity of the fiber 10 by the ball 20, the fiber 10 can be prevented from agglomerating the plurality of balls 20 by anchoring the ball 20 .

상기 파이버(10)는, 예를 들어, 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 상기 볼(20)은, 예를 들어, 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경 보다 더 작을 수 있다. 가령, 상기 나노파이버는 단면의 직경이 약 300 나노미터이며, 상기 마이크로볼은 직경이 20 마이크로미터일 수 있다. The fiber 10 is, for example, a nanofiber having a first diameter of a nano order scale, and the ball 20 is, for example, a micro ball having a second diameter of a micro order scale ( microball), and the first diameter may be smaller than the second diameter. For example, the nanofiber may have a cross-sectional diameter of about 300 nanometers, and the microball may have a diameter of 20 micrometers.

상기 압력 센서용 혼합구조체에서, 상기 파이버(10)와 상기 볼(20)은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성할 수 있다. 앞에서도 설명한 것처럼, 혼합박막을 구성하는 파이버(10)와 볼(20)의 재질은 다양한 조합이 가능하다. In the mixed structure for the pressure sensor, the fiber 10 and the ball 20 may constitute a mixed thin film formed by an electrospinning process. As described above, the material of the fibers 10 and the balls 20 constituting the mixed thin film can be variously combined.

예를 들어, 상기 파이버(10)는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)은 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 파이버(10)는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중의 어느 하나의 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어질 수 있다. For example, the fiber 10 is made of a polymer material, and the ball 20 may be made of an insulating material. Specifically, the fiber 10 is made of any one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU), and Ecoflex The ball 20 may be made of poly-methyl methacrylate (PMMA).

상기 압력 센서(100)에서, 파이버(10)와 볼(20)로 구성되는 상기 혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 상기 혼합박막의 두께가 얇아지면서 상기 상부 전극(40)과 상기 하부 전극(50) 사이의 간격이 작아짐에 따라 변하는 정전용량을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(40)과 하부 전극(50) 사이에 개재된 나노파이버와 절연성 마이크로볼의 혼합박막은 압력민감재료로서 외부에서 힘을 가할때 두께가 얇아지면서 전극 사이의 간격이 작아지는데, 정전용량 공식에 의하면 전극 사이의 간격이 작아지면 총 정전용량이 커지므로 이러한 현상에 의해 외부에서 가해지는 압력을 알 수 있다. In the pressure sensor 100, when the external pressure is applied to the mixed thin film composed of the fiber 10 and the ball 20, the thickness of the mixed thin film becomes thin and the upper electrode 40 and the lower electrode ( 50) The magnitude of the external pressure can be sensed by measuring the capacitance that changes as the distance between them decreases. For example, a mixed thin film of nanofibers and insulating microballs interposed between the upper electrode 40 and the lower electrode 50 is a pressure-sensitive material, and when applied from the outside, the thickness becomes thin and the gap between the electrodes decreases. , According to the capacitance formula, the smaller the gap between the electrodes, the greater the total capacitance, so it is possible to know the pressure applied from the outside by this phenomenon.

다른 예를 들면, 상기 파이버(10)는 고분자 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 파이버(10)는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중의 어느 하나의 물질로 이루어지며, 상기 볼(20)의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 상기 볼(20)의 쉘은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. For another example, the fiber 10 is made of a polymer material, and the ball 20 is a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core. Specifically, the fiber 10 is made of any one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU), and Ecoflex The core of the ball 20 is made of poly-methyl methacrylate (PMMA), and the shell of the ball 20 is gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), It may be made of at least one selected from nickel (Ni) and titanium (Ti).

상기 압력 센서에서, 파이버(10)와 볼(20)로 구성되는 상기 혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 상기 상부 전극(40)과 상기 하부 전극(50)에 접촉하는 상기 볼(20)의 양이 많아짐에 따라 변하는 상기 상부 전극(40)과 상기 하부 전극(50) 사이의 전기저항을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 외부에서 힘을 가할때 나노파이버와 전도성 마이크로볼의 혼합박막 두께가 얇아지면서 전극과 컨택하는 도전볼의 양이 많아지고 따라서 전극 사이의 저항이 작아지므로 외부에 가해지는 압력을 알 수 있다. In the pressure sensor, when the external pressure is applied to the mixed thin film composed of the fiber 10 and the ball 20, the ball 20 is in contact with the upper electrode 40 and the lower electrode 50 The magnitude of the external pressure can be sensed by measuring the electrical resistance between the upper electrode 40 and the lower electrode 50 that changes as the amount increases. For example, when a force is applied from the outside, the thickness of the mixed thin film of nanofibers and conductive microballs becomes thinner, and the amount of conductive balls contacting the electrode increases, so the resistance between the electrodes decreases, so the pressure applied to the outside can be seen. have.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서 어레이 소자를 도해한 도면이고, 도 5는 도 4의 압력 센서를 실제로 구현한 구성을 촬영한 사진이다. 4 is a diagram illustrating a pressure sensor array element having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a photograph of a configuration in which the pressure sensor of FIG. 4 is actually implemented.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 3의 구성과 달리, 상부 전극(40)은 서로 이격되되 일방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 상부 전극이며, 하부 전극(50)은 서로 이격되되 상기 일방향과 교차되는 방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 하부 전극이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 압력 센서(100)는 5개의 서로 이격된 상부 전극(40)과 5개의 서로 이격된 하부 전극(50)이 서로 엇갈리게 배치되면서 25개의 교차 영역에 대응되는 압력 센서 어레이가 구현된다. 4 and 5, unlike the configuration of FIG. 3, the upper electrode 40 is a plurality of upper electrodes spaced apart from each other and extending in one direction, and the lower electrode 50 is spaced apart from each other, but with the one direction. It is a plurality of lower electrodes in the form of lines extending in an intersecting direction. For example, the pressure sensor 100 shown in FIG. 4 is a pressure sensor corresponding to 25 crossing regions, as five mutually spaced upper electrodes 40 and five mutually spaced lower electrodes 50 are alternately arranged. The array is implemented.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 저항 방식의 압력 센서에서 압력을 측정한 결과를 나타낸 도면들이다. 압력 센서용 혼합구조체를 구성하는 나노파이버의 재질은 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF)이고, 마이크로볼은 도전볼로서 내부재질은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)이고 표면에 금(Au)층이 코팅된 것이다. 나아가, 도 6에 개시된 샘플1은 3분 동안 전기방사 공정을 수행하여 나노파이버와 마이크로볼의 무게비가 1:0.2이되 마이크로볼의 직경이 10 마이크로미터인 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 저항방식의 압력 센서이며, 도 7에 개시된 샘플2는 3분 동안 전기방사 공정을 수행하여 나노파이버와 마이크로볼의 무게비가 1:0.4이되 마이크로볼의 직경이 10 마이크로미터인 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 저항방식의 압력 센서이다. 6 and 7 are diagrams showing a result of measuring pressure in a resistance type pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. The material of the nanofibers constituting the mixed structure for the pressure sensor is polyvinylidene fluoride (PVDF), the micro ball is a conductive ball, and the inner material is poly-methyl methacrylate (PMMA). The gold (Au) layer is coated. Furthermore, the sample 1 disclosed in FIG. 6 is a resistive method having a mixed structure for a pressure sensor having a weight ratio of 1: 0.2 but the diameter of the microball is 10 micrometers by performing an electrospinning process for 3 minutes. As a pressure sensor, Sample 2 disclosed in FIG. 7 performs an electrospinning process for 3 minutes, so that the weight ratio of the nanofibers and the microballs is 1: 0.4, but the resistance is provided with a mixed structure for a pressure sensor having a diameter of the microballs of 10 micrometers. Pressure sensor.

도 6 및 도 7을 참조하면, 압력이 커지면 도전볼이 전극에 접촉할 확률이 커져서 저항이 낮아짐을 확인할 수 있다. 하지만, 센서마다 압력이 없는 최초 상태의 저항값이 서로 다르다. 또한 상기 샘플2에서는 압력을 가하는 순간 저항이 높아지는 현상이 있고 같은 압력을 주더라도 불안정한 저항 변화가 일어난다. 6 and 7, it can be seen that as the pressure increases, the probability of the conductive ball contacting the electrode increases, and thus the resistance decreases. However, each sensor has a different resistance value in the initial state without pressure. In addition, in the sample 2, there is a phenomenon in which the resistance increases as soon as pressure is applied, and an unstable resistance change occurs even when the same pressure is applied.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 정전 용량 방식의 압력 센서에서 압력을 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 20분동안 전기 방사 공정을 수행하여 구현한 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 센서로서 0 내지 3 N의 힘을 천천히 가하면서 커패시턴스를 측정하였다. 8 is a view showing a result of measuring the pressure in the capacitive pressure sensor having a pressure sensor mixed structure according to an embodiment of the present invention. As a sensor using a mixed structure for a pressure sensor implemented by performing an electrospinning process for 20 minutes, the capacitance was measured while slowly applying a force of 0 to 3 N.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 방식의 센서의 커패시턴스 신호는 전극 사이의 거리로 결정하기 때문에 저항 방식의 센서 보다 신호가 안정하고 압력이 없는 상태에서도 같은 조건으로 제작한 샘플끼리 비교적 균일적인 커패시턴스 값을 가짐을 이해할 수 있다. Referring to FIG. 8, since the capacitance signal of the capacitive sensor according to an embodiment of the present invention is determined by the distance between electrodes, the signal is more stable than that of the resistive sensor and manufactured under the same conditions even without pressure. It can be understood that the samples have relatively uniform capacitance values.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 정전 용량 방식의 압력 센서에서 민감도를 보여주는 도면들이다. 20분동안 전기 방사 공정을 수행하여 구현한 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 센서로서 절연볼의 지름은 20 마이크로미터이다. PVDF 나노파이버와 볼의 무게비는 1:0.2이다. 9 and 10 are diagrams showing sensitivity in a capacitive pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. As a sensor using a mixed structure for a pressure sensor implemented by performing an electrospinning process for 20 minutes, the diameter of the insulating ball is 20 micrometers. The weight ratio of the PVDF nanofiber to the ball is 1: 0.2.

도 9 및 도 10을 참조하면, 압력 센서의 주요한 성능 지표 중의 하나로서 민감도(sensitivity)를 도입한다. 민감도는 하기의 식과 같이 외부압력(P)이 변함에 따라 측정한 정전 용량(C)의 크기 변화율을 나타낸다. 여기에서, C0 는 외부압력이 0인 경우 측정한 정전 용량이다. 9 and 10, sensitivity is introduced as one of the main performance indicators of the pressure sensor. Sensitivity represents the rate of change in the magnitude of the capacitance (C) measured as the external pressure (P) changes as shown in the following equation. Here, C 0 is the capacitance measured when the external pressure is zero.

민감도(sensitivity) = (△C/C0) / PSensitivity = (△ C / C 0 ) / P

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 정전 용량 방식의 압력 센서는 낮은 압력범위에서 아주 높은 민감도를 가지고 있고 40 KPa 이상의 압력에도 반응한다는 것을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 본 발명의 상기 센서는 종래의 일반적인 센서 보다 훨씬 넓은 압력 측정 범위을 가지고 있음을 알 수 있다. 종래의 일반적인 센서에서는 0 ~ 0.12 KPa의 압력 범위에서 높은 민감도를 보였지만 0.3 KPa 보다 클 때 민감도가 신속하게 떨어지는 현상이 발생한다. 이에 반하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 정전 용량 방식의 압력 센서는 0 ~ 2 KPa 의 평균민감도가 0.44이고, 10 KPa 보다 작은 영역 (일상 생활에서 생기는 터치압력 범위)에서 높은 민감도를 유지함을 확인할 수 있다. It can be seen that the capacitive pressure sensor using a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention has a very high sensitivity in a low pressure range and reacts to a pressure of 40 KPa or more. According to this, it can be seen that the sensor of the present invention has a much wider pressure measurement range than the conventional sensor. In a conventional sensor, a high sensitivity is shown in a pressure range of 0 to 0.12 KPa, but when the pressure is greater than 0.3 KPa, the sensitivity quickly falls. On the other hand, the capacitive pressure sensor using a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention has an average sensitivity of 0.44 to 0 KPa and a region smaller than 10 KPa (touch pressure range that occurs in everyday life) It can be seen that the high sensitivity is maintained.

이하에서는 압력 센서용 혼합구조체를 구성하는 볼의 역할에 대한 평가결과를 설명한다. Hereinafter, evaluation results for the role of the balls constituting the mixed structure for the pressure sensor will be described.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실험예에 따른 정전 용량 방식의 압력 센서에서 압력 센서용 혼합구조체를 구성하는 볼의 역할에 대한 평가결과를 도해하는 도면들이다. 11 to 13 are diagrams illustrating evaluation results for the role of a ball constituting a mixed structure for a pressure sensor in a capacitive pressure sensor according to an experimental example of the present invention.

도 11을 참조하면, 압력 센서용 혼합구조체에 있는 볼의 역할을 확인하기 위하여, 도 8의 조건과 달리, 볼이 없는 나노파이버만 있는 압력 센서용 혼합구조체를 도입하였다. 이 경우, 나노파이버만으로 압력 민감층을 제조하였을때 스페이서(spacer) 역할을 하는 볼이 없어서 높은 민감도를 구현하지 못함을 확인하였다. Referring to FIG. 11, in order to confirm the role of the ball in the mixed structure for a pressure sensor, unlike the conditions in FIG. 8, a mixed structure for a pressure sensor having only nanofibers without a ball was introduced. In this case, it was confirmed that when a pressure-sensitive layer was prepared with only nanofibers, there was no ball serving as a spacer and thus high sensitivity was not realized.

도 12를 참조하면, 20분동안 전기 방사 공정을 수행하여 구현한 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 센서를 도입하였다. 절연볼의 지름은 20 마이크로미터이며, 도 8의 조건와 달리, PVDF 나노파이버와 볼의 무게비는 1:0.1이다. 이 경우, 볼의 양이 적어짐에 따라 볼의 영향이 적어지면서 PVDF 나노파이버으로만 구성된 압력 센서용 혼합구조체의 성능과 비슷한 결과가 도출되었다. Referring to FIG. 12, a sensor using a mixed structure for a pressure sensor implemented by performing an electrospinning process for 20 minutes was introduced. The diameter of the insulating ball is 20 micrometers, and unlike the conditions in Fig. 8, the weight ratio of the PVDF nanofiber and the ball is 1: 0.1. In this case, as the amount of the ball decreased, the effect of the ball was reduced, resulting in results similar to the performance of the mixed structure for pressure sensors composed of only PVDF nanofibers.

도 13을 참조하면, 20분동안 전기 방사 공정을 수행하여 구현한 압력 센서용 혼합구조체를 이용한 센서를 도입하였다. PVDF 나노파이버와 볼의 무게비는 1:0.2이지만, 도 8의 조건과 달리, 절연볼의 지름은 20 마이크로미터가 아니라 10 마이크로미터이다. 이 경우, 볼 양이 많아짐에 따라 압력 센서용 혼합구조체 박막이 딱딱해져 압력을 구분하지 못함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, a sensor using a mixed structure for a pressure sensor implemented by performing an electrospinning process for 20 minutes was introduced. The weight ratio of the PVDF nanofiber and the ball is 1: 0.2, but unlike the condition of Fig. 8, the diameter of the insulating ball is 10 micrometers, not 20 micrometers. In this case, it can be confirmed that as the amount of the ball increases, the pressure-sensitive mixed thin film for the pressure sensor becomes hard and the pressure cannot be distinguished.

이하에서는 압력 센서용 혼합구조체를 형성하는 전기 방사 공정의 방사 시간의 영향에 대한 평가결과를 설명한다. Hereinafter, the evaluation results for the effect of the spinning time of the electrospinning process forming the pressure sensor mixed structure will be described.

도 14 내지 도 19는 본 발명의 실험예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 형성하는 전기 방사 공정의 방사 시간의 영향에 대한 평가결과를 도해하는 그래프 및 사진들을 방사 시간 5분, 10분 및 20분에 따라 순차적으로 도해한 것이다. 전기방사 시간이 늘어나면 나노파이버 박막의 두께가 두꺼워지고 마이크로볼의 농도가 높아진다.14 to 19 are graphs and pictures illustrating the evaluation results for the effect of the spinning time of the electrospinning process to form a mixed structure for a pressure sensor according to an experimental example of the present invention, the spinning time of 5 minutes, 10 minutes and 20 minutes It is illustrated sequentially. As the electrospinning time increases, the thickness of the nanofiber thin film increases and the concentration of the microball increases.

도 14 및 도 15를 참조하면, 5분 전기 방사한 샘플은 나노파이버 박막의 두께가 마이크로 볼의 지름보다 얇기 때문에 압력에 대한 눌림성이 좋지 않음을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 14 and 15, it can be confirmed that the sample that was electrospinned for 5 minutes has poor compressibility against pressure because the thickness of the nanofiber thin film is thinner than the diameter of the micro ball.

도 16 및 도 17을 참조하면, 10분 전기 방사한 나노파이버 박막의 두께가 5분 전기 방사한 나노파이버 박막의 두께 보다 두껍고 나노파이버 박막의 두께가 볼의 지름보다 커서 압력에 대한 민감도가 높아지기 시작함을 확인할 수 있다. 16 and 17, the thickness of the nanofiber thin film spun for 10 minutes is thicker than the thickness of the nanofiber thin film spun for 5 minutes, and the thickness of the nanofiber thin film is larger than the diameter of the ball, so the sensitivity to pressure starts to increase. Can be confirmed.

도 18 및 도 19를 참조하면, 20분 전기 방사한 샘플은 나노파이버 박막의 두께와 마이크로볼의 농도가 모두 적정하기 때문에 높은 민감도를 보여줌을 확인할 수 있다. 방사 시간을 더 늘리면 박막 자체의 두께가 두꺼워서 압력민감층으로서 높은 압력에 대해 더 많은 변형이 일어나지만 마이크로 볼의 농도가 너무 커져서 민감도는 떨어질 수 있다. Referring to FIGS. 18 and 19, it can be confirmed that the sample electrospinned for 20 minutes shows high sensitivity because both the thickness of the nanofiber thin film and the concentration of the microball are appropriate. When the spinning time is further increased, the thickness of the thin film itself becomes thicker, resulting in more deformation to high pressure as a pressure sensitive layer, but the sensitivity of the micro ball may be too large, resulting in a decrease in sensitivity.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 반응 안정성(response stability)을 평가한 결과를 설명한다. Hereinafter, a result of evaluating the response stability of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 반응 안정성(response stability)을 평가한 결과를 도해하는 도면들이다. 20 to 22 are diagrams illustrating a result of evaluating response stability of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 20을 참조하면, 센서에서 나오는 신호와 센서에 가하는 압력의 크기를 동시 측정하고 기록한 결과 압력 센서는 외부 압력에 딜레이(delay)가 없고 회복 속도도 빠름을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 20, as a result of simultaneously measuring and recording the magnitude of the signal from the sensor and the pressure applied to the sensor, it can be confirmed that the pressure sensor has no delay in external pressure and a fast recovery speed.

도 21 및 도 22를 참조하면, 압력을 가하는 과정과 압력을 제거하는 과정에서 압력 센서가 같은 압력에 대한 신호가 일치하고 히스테레시스(hysteresis)가 없음을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 21 and 22, it can be confirmed that in the process of applying pressure and the process of removing pressure, the signals for the same pressure of the pressure sensor match and there is no hysteresis.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서에 다양한 무게의 무게추를 배치한 실험을 보여주는 사진이고, 도 24는 도 23의 실험에 의한 결과로서 압력 분포도를 도해하는 도면이다. 23 is a photograph showing an experiment in which weights of various weights are disposed in a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a pressure distribution chart as a result of the experiment of FIG. 23. It is a diagram to illustrate.

도 23을 참조하면, 좌측의 무게추는 1g의 무게를 가지며 지름이 6mm이며, 센서에 미치는 압력은 347Pa이다. 우측의 좌측의 무게추는 10g의 무게를 가지며 지름이 10mm이며, 센서에 미치는 압력은 1250Pa이다. Referring to FIG. 23, the weight on the left has a weight of 1 g, a diameter of 6 mm, and a pressure on the sensor is 347 Pa. The weight on the left side on the right has a weight of 10 g, the diameter is 10 mm, and the pressure on the sensor is 1250 Pa.

도 23과 도 24를 참조하면, 센서 어레이 위에 무게추 두 개를 올려서 압력분포를 그렸는 바, 압력의 위치분포가 실제와 일치하였고 압력의 크기도 동시에 구분할 수 있음을 확인하였다. 23 and 24, the pressure distribution was drawn by placing two weights on the sensor array, and it was confirmed that the positional distribution of the pressure was consistent with the actual pressure and the size of the pressure could be simultaneously distinguished.

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서의 안정성을 평가한 결과이다. 25 is a result of evaluating the stability of a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 25를 참조하면, 센서의 안정성을 평가하기 위하여 3 KPa의 압력을 인가하되 1200회의 눌림/회복 반복실험을 진행하였는 바, 센서의 정전 용량 변화가 반복회수에 크게 영향을 받지 않고 같은 압력에 안정적인 출력(output)을 보낼 수 있음을 확인하였다. Referring to FIG. 25, 3 KPa pressure was applied to evaluate the stability of the sensor, but 1200 pressing / recovering repeated experiments were performed. As a result, the change in the electrostatic capacity of the sensor was stable to the same pressure without being greatly affected by the number of repetitions. It was confirmed that the output can be sent.

도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 유연 압력 센서의 벤딩 안정성을 평가한 결과를 나탄낸 그래프이다. 26 and 27 are graphs showing results of evaluating bending stability of a flexible pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 26 및 도 27을 참조하면, 유연 센서의 벤딩 안정성(bending stability)을 평가하기 위하여 굽힘/회복 반복실험을 300회 진행하였는 바, 굽힘 반경은 굽혔을 때 0.75cm이고, 폈을 때 2.2cm인 조건으로 평가하였다. 이에 따르면, 매번 회복했을 때의 정전 용량 수치를 기록하여 그래프(도 27)를 참조하면, 원래 상태와 비교했을 때 3% 이내의 일정 수준 범위 이내의 변화를 보였음을 확인할 수 있다. 26 and 27, in order to evaluate the bending stability of the flexible sensor, a bending / recovery repeat experiment was conducted 300 times, and the bending radius was 0.75 cm when bending and 2.2 cm when bending. It was evaluated as. According to this, referring to the graph (FIG. 27) by recording the capacitance value at each recovery, it can be confirmed that a change within a certain level range within 3% was observed when compared to the original state.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 이용하여 생체신호를 측정한 결과를 설명한다. Hereinafter, a result of measuring a biosignal using a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

도 28 및 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 이용하여 생체신호를 측정한 결과를 도해하는 그래프들이다.28 and 29 are graphs illustrating a result of measuring a biosignal using a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 28을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 입과 대략 10cm 거리를 두고 압력 센서 부위에 입김을 불면 입김에 의한 공기 압력 변화를 측정할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 28, when a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention is blown at a pressure sensor site at a distance of approximately 10 cm from the mouth, air pressure change due to the blowing can be measured. can confirm.

도 29를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서용 혼합구조체를 구비하는 압력 센서를 인체 목에 부착하여 맥박을 측정하면 맥박수는 물론 심장이 수축 이완할때 생기는 작은 패턴도 측정할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 29, when a pulse sensor is measured by attaching a pressure sensor having a mixed structure for a pressure sensor to a neck of a human body according to an embodiment of the present invention, a pulse rate as well as a small pattern generated when the heart is contracted can be measured. You can confirm that there is.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 파이버
20 : 볼
30 : 압력 센서용 혼합구조체
40 : 상부 전극
50 : 하부 전극
100 : 압력 센서10: fiber
20: ball
30: pressure sensor mixed structure
40: upper electrode
50: lower electrode
100: pressure sensor

Claims (20)

파이버(fiber); 및
파이버 사이에 개재된 복수의 볼(ball); 을 포함하며,
볼에 의하여 파이버의 다공성을 유지하고, 파이버가 볼을 고정(anchoring)함으로써 복수의 볼이 응집되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하되,
파이버는 고분자 물질로 이루어지며,
볼은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함하는,
압력 센서용 혼합구조체.Fiber; And
A plurality of balls interposed between the fibers; It includes,
It is characterized by maintaining the porosity of the fiber by the ball, and preventing the agglomeration of the plurality of balls by fixing the fiber (anchoring) the ball,
Fiber is made of polymer material,
The ball comprises a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core.
Mixed structure for pressure sensor. 제 1 항에 있어서,
파이버는 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 볼은 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고,
제 1 직경은 제 2 직경 보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
압력 센서용 혼합구조체.According to claim 1,
The fiber is a nanofiber having a first diameter of the nano order scale, the ball is a microball having a second diameter of the micro order scale,
Characterized in that the first diameter is smaller than the second diameter,
Mixed structure for pressure sensor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어진,
압력 센서용 혼합구조체.According to claim 1,
Fiber is made of any one material or a mixture of two or more selected from Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyurethane (PU) and Ecoflex
Mixed structure for pressure sensor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며,
볼의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 볼의 쉘은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진,
압력 센서용 혼합구조체.According to claim 1,
Fiber is made of a polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride; PVDF), polydimethylsiloxane (Polydimethylsiloxane; PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU) and any one material selected from Ecoflex (Ecoflex), or a mixture of two or more,
The core of the ball is made of poly-methyl methacrylate (PMMA), and the shell of the ball is gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), and titanium (Ti). Consisting of at least one selected,
Mixed structure for pressure sensor. 제 1 항에 있어서,
파이버와 볼은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성하는 것을 특징으로 하는,
압력 센서용 혼합구조체.According to claim 1,
The fiber and the ball are characterized by constituting a mixed thin film formed by an electrospinning (Electrospinning) process,
Mixed structure for pressure sensor. 상부 전극이 형성된 상부 기판;
하부 전극이 형성된 하부 기판; 및
상부 기판과 하부 기판 사이에 개재된 파이버(fiber)와 복수의 볼(ball)을 포함하는 혼합 구조체;
를 포함하되,
혼합 구조체는 상부 전극과 하부 전극과 각각 맞닿아 배치되며,
파이버 사이에 개재된 복수의 볼에 의하여 파이버의 다공성을 유지하고, 파이버가 볼을 고정(anchoring)함으로써 복수의 볼이 응집되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는,
압력 센서.An upper substrate on which an upper electrode is formed;
A lower substrate on which a lower electrode is formed; And
A mixed structure including a fiber interposed between the upper substrate and the lower substrate and a plurality of balls;
Including,
The mixed structure is disposed in contact with the upper electrode and the lower electrode, respectively.
Characterized in that it maintains the porosity of the fiber by a plurality of balls interposed between the fibers, and prevents the plurality of balls from agglomerating by anchoring the fibers,
Pressure sensor. 제 8 항에 있어서,
파이버는 나노 오더 스케일의 제 1 직경을 가지는 나노파이버(nanofiber)이며, 볼은 마이크로 오더 스케일의 제 2 직경을 가지는 마이크로볼(microball)이고,
제 1 직경은 제 2 직경 보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
압력 센서.The method of claim 8,
The fiber is a nanofiber having a first diameter of the nano order scale, the ball is a microball having a second diameter of the micro order scale,
Characterized in that the first diameter is smaller than the second diameter,
Pressure sensor. 제 8 항에 있어서,
파이버와 볼은 혼합박막을 구성하되,
파이버는 고분자 물질로 이루어지며, 볼은 절연성 물질로 이루어진,
압력 센서.The method of claim 8,
Fibers and balls form a mixed thin film,
Fiber is made of a polymer material, the ball is made of an insulating material,
Pressure sensor. 제 10 항에 있어서,
파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며,
볼은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진,
압력 센서.The method of claim 10,
Fiber is made of a polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride; PVDF), polydimethylsiloxane (Polydimethylsiloxane; PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU) and any one material selected from Ecoflex (Ecoflex), or a mixture of two or more,
The ball is made of Poly-Methyl Methacrylate (PMMA),
Pressure sensor. 제 10 항에 있어서,
혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 혼합박막의 두께가 얇아지면서 상부전극과 하부전극 사이의 간격이 작아짐에 따라 변하는 정전용량을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있는 것을 특징으로 하는,
압력 센서. The method of claim 10,
When the external pressure is applied to the mixed thin film, the thickness of the mixed thin film becomes thinner, and the size of the external pressure can be sensed by measuring the capacitance changing as the gap between the upper electrode and the lower electrode decreases.
Pressure sensor. 제 8 항에 있어서,
파이버와 볼은 혼합박막을 구성하되,
파이버는 고분자 물질로 이루어지며,
볼은 절연성 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 전도성 물질로 이루어진 쉘;을 포함하는,
압력 센서.The method of claim 8,
Fibers and balls form a mixed thin film,
Fiber is made of polymer material,
The ball comprises a core made of an insulating material; And a shell made of a conductive material surrounding the core.
Pressure sensor. 제 13 항에 있어서,
파이버는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane; PU) 및 에코플렉스(Ecoflex) 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지며,
볼의 코어는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어지고, 볼의 쉘은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진,
압력 센서.The method of claim 13,
Fiber is made of a polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride; PVDF), polydimethylsiloxane (Polydimethylsiloxane; PDMS), polyurethane (Polyurethane; PU) and any one material selected from Ecoflex (Ecoflex), or a mixture of two or more,
The core of the ball is made of poly-methyl methacrylate (PMMA), and the shell of the ball is gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), and titanium (Ti). Consisting of at least one selected,
Pressure sensor. 제 13 항에 있어서,
혼합박막에 대하여 외부 압력이 인가될 때 상부 전극과 하부 전극에 접촉하는 볼의 양이 많아짐에 따라 변하는 상부 전극과 하부 전극 사이의 전기저항을 측정함으로써 상기 외부 압력의 크기를 센싱할 수 있는 것을 특징으로 하는,
압력 센서. The method of claim 13,
When the external pressure is applied to the mixed thin film, it is possible to sense the magnitude of the external pressure by measuring the electrical resistance between the upper electrode and the lower electrode that changes as the amount of balls contacting the upper and lower electrodes increases. Made with,
Pressure sensor. 제 8 항에 있어서,
파이버와 볼은 전기방사(Electrospinning) 공정으로 형성된 혼합박막을 구성하는 것을 특징으로 하는,
압력 센서.The method of claim 8,
The fiber and the ball are characterized by constituting a mixed thin film formed by an electrospinning (Electrospinning) process,
Pressure sensor. 제 8 항에 있어서,
상부 전극은 서로 이격되되 일방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 상부 전극이며,
하부 전극은 서로 이격되되 상기 일방향과 교차되는 방향으로 신장하는 라인 형태의 복수의 하부 전극인,
압력 센서. The method of claim 8,
The upper electrodes are a plurality of upper electrodes spaced apart from each other and extending in one direction,
The lower electrodes are a plurality of lower electrodes spaced apart from each other but extending in a direction intersecting the one direction.
Pressure sensor. 파이버 용액에 복수의 볼을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계;
혼합용액을 전기방사 장치에 장입한 후 전기방사하여 파이버와 복수의 볼로 이루어진 혼합박막을 형성하되, 파이버 사이에 개재된 복수의 볼에 의하여 파이버의 다공성을 유지하고, 파이버가 볼을 고정(anchoring)함으로써 복수의 볼이 응집되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 혼합박막을 형성하는 단계;
혼합박막의 상하에 상부 전극과 하부 전극을 각각 배치하는 단계;
를 포함하는, 압력 센서의 제조방법.Preparing a mixed solution in which a plurality of balls are added to the fiber solution;
After loading the mixed solution into the electrospinning device, electrospinning is performed to form a mixed thin film composed of fibers and a plurality of balls, but the plurality of balls interposed between the fibers maintain the porosity of the fibers, and the fibers anchor the balls. Forming a mixed thin film by preventing a plurality of balls from agglomerating;
Disposing upper and lower electrodes on top and bottom of the mixed thin film, respectively;
A method of manufacturing a pressure sensor comprising a. 제 18 항에 있어서,
파이버 용액에 복수의 볼을 첨가한 혼합용액을 준비하는 단계는,
디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc)와 아세톤(acetone)의 예비혼합용액을 준비하는 제 1 단계;
상기 예비혼합용액에 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말을 용해시키는 제 2 단계; 및
폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 분말이 용해된 상기 예비혼합용액에, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진 코어 및 코어를 둘러싸며 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 쉘을 포함하는 볼을 첨가하는 제 3 단계;
를 포함하는, 압력 센서의 제조방법.The method of claim 18,
The step of preparing a mixed solution in which a plurality of balls are added to the fiber solution,
A first step of preparing a premixed solution of dimethylacetamide (DMAc) and acetone;
A second step of dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) powder in the premix solution; And
Polyvinylidene fluoride (PVDF) powder is dissolved in the pre-mixing solution, and a core made of polymethyl methacrylate (Poly-Methyl Methacrylate; PMMA) is surrounded by a core and gold (Au), silver (Ag) ), A third step of adding a ball comprising a shell made of at least one selected from aluminum (Al), nickel (Ni) and titanium (Ti);
A method of manufacturing a pressure sensor comprising a. 제 19 항에 있어서,
파이버와 복수의 볼로 이루어진 혼합박막을 형성하는 단계는,
폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF)로 이루어진 파이버;와 폴리메틸메타크릴레이트(Poly-Methyl Methacrylate; PMMA)로 이루어진 코어 및 코어를 둘러싸며 금(Au)으로 이루어진 쉘을 포함하는 볼;로 이루어진 혼합박막을 형성하는 단계를 포함하는,
압력 센서의 제조방법.The method of claim 19,
Forming a mixed thin film composed of a fiber and a plurality of balls,
A ball comprising a fiber made of polyvinylidene fluoride (PVDF); a core made of poly-methyl methacrylate (PMMA) and a shell surrounding the core and made of gold (Au); Comprising the step of forming a mixed thin film made,
Method of manufacturing a pressure sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220147853A (en) * 2021-04-28 2022-11-04 중앙대학교 산학협력단 Tactile sensor array to measure force vector by combining fiber-based and film-based sensors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130044642A (en) 2011-10-24 2013-05-03 한국과학기술연구원 Biocompatible pressure sensor and manufacturing method thereof
KR20160017833A (en) * 2014-08-06 2016-02-17 한국과학기술원 Composite metal oxide sensing materials composed of polycrystalline nanofibers, nanoparticles and microparticles, gas sensors using the composite metal oxide sensing materials, and manufacturing method thereof
KR101792438B1 (en) * 2016-09-30 2017-10-31 한국과학기술원 Catalysts functionalized metal oxide nanotubes via electrospinning and etching process, fabrication method for preparing the same, and gas sensor comprising the same
KR101873906B1 (en) * 2017-03-20 2018-07-03 연세대학교 산학협력단 High sensitive transparent flexible pressure sensor and method for preparing thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130044642A (en) 2011-10-24 2013-05-03 한국과학기술연구원 Biocompatible pressure sensor and manufacturing method thereof
KR20160017833A (en) * 2014-08-06 2016-02-17 한국과학기술원 Composite metal oxide sensing materials composed of polycrystalline nanofibers, nanoparticles and microparticles, gas sensors using the composite metal oxide sensing materials, and manufacturing method thereof
KR101792438B1 (en) * 2016-09-30 2017-10-31 한국과학기술원 Catalysts functionalized metal oxide nanotubes via electrospinning and etching process, fabrication method for preparing the same, and gas sensor comprising the same
KR101873906B1 (en) * 2017-03-20 2018-07-03 연세대학교 산학협력단 High sensitive transparent flexible pressure sensor and method for preparing thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220147853A (en) * 2021-04-28 2022-11-04 중앙대학교 산학협력단 Tactile sensor array to measure force vector by combining fiber-based and film-based sensors
KR102544337B1 (en) * 2021-04-28 2023-06-16 중앙대학교 산학협력단 Tactile sensor array to measure force vector by combining fiber-based and film-based sensors

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