KR20220155138A - Self-powered stretchable ion gel sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20220155138A
KR20220155138A KR1020210062971A KR20210062971A KR20220155138A KR 20220155138 A KR20220155138 A KR 20220155138A KR 1020210062971 A KR1020210062971 A KR 1020210062971A KR 20210062971 A KR20210062971 A KR 20210062971A KR 20220155138 A KR20220155138 A KR 20220155138A
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전경용
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Abstract

The present invention relates to a self-powered stretchable ion gel sensor, which can self-drive with low power compared to conventional sensors, and has improved sensing sensitivity to external stimuli due to excellent elasticity and adhesiveness. The self-powered stretchable ion gel sensor includes: a first stretchable part made in a gel form by containing an ionic liquid in an insulating material; and a second stretchable part made of a piezoelectric material and manufactured in a gel form. While the first stretchable part and the second stretchable part come into contact with each other by an external stimulus, a potential difference is formed by changing a charge polarization state of ion charge distribution of the first stretchable part and the second stretchable part.

Description

자가구동형 신축성 이온 겔 센서 및 이의 제조방법{SELF-POWERED STRETCHABLE ION GEL SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Self-powered stretchable ion gel sensor and its manufacturing method {SELF-POWERED STRETCHABLE ION GEL SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자가구동형 신축성 이온 겔 센서 및 이의 제조방법으로서, 더욱 상세하게는 종래의 센서에 비해 저전력으로 자가구동이 가능하고, 신축성 및 부착성이 우수하여 외부 자극에 대한 센싱 감도가 향상된 자가구동형 신축성 이온 겔 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a self-actuating stretchable ion gel sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, a self-actuating sensor capable of self-actuating with low power compared to conventional sensors and having improved sensing sensitivity to external stimuli due to excellent elasticity and adhesion. It relates to a moldable stretchable ion gel sensor and a manufacturing method thereof.

최근 웨어러블 센싱 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 웨어러블 센싱 기술에 사용되는 센서는 손목, 손가락, 발목, 무릎 등 근육의 움직임, 맥박수, 심박수, 호흡, 혈압 등의 운동학적 신호와, 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌파 등의 생리학적 신호를 감지할 수 있다. 이러한 웨어러블 센싱 기술은 환자의 생리학적 정보를 수집할 수 있으므로 헬스케어 산업에서도 많은 연구가 수행되고 있다.Recently, interest in wearable sensing technology is increasing. Sensors used in wearable sensing technology are kinematic signals such as wrist, finger, ankle, and knee muscle movements, pulse rate, heart rate, respiration, and blood pressure, and physiological signals such as electrocardiogram (ECG), electromyography (EMG), and brain waves. can detect Since these wearable sensing technologies can collect physiological information of patients, many studies have been conducted in the healthcare industry.

웨어러블 센서로서, 압전 효과 또는 정전 용량 효과와 같은 메커니즘을 기반으로 하는 다양한 센서가 개발되었다. 웨어러블 센서에 사용될 수 있는 종래 기술로서 한국 등록특허 제10-1850484호(고감도 압력센서 및 이를 이용한 입력장치)가 개시되어 있다.As a wearable sensor, various sensors based on mechanisms such as piezoelectric effect or capacitive effect have been developed. As a prior art that can be used for a wearable sensor, Korean Patent Registration No. 10-1850484 (High-sensitivity pressure sensor and input device using the same) is disclosed.

상기 한국 등록특허 제10-1850484호는, 제1 전극이 형성된 하부기판과 제2 전극이 형성된 상부기판 사이에 제1 전극에 구비되는 하부 유전층과 제2 전극에 구비되는 상부 유전층을 배치시켜 정전용량의 변화량에 기초하여 외부에서 인가되는 다양한 압력을 검출하는 기술이다.Korean Patent Registration No. 10-1850484 discloses that a lower dielectric layer provided on a first electrode and an upper dielectric layer provided on a second electrode are disposed between a lower substrate on which a first electrode is formed and an upper substrate on which a second electrode is formed, thereby disposing capacitance It is a technology that detects various pressures applied from the outside based on the amount of change in .

그러나, 상기 한국 등록특허 제10-1850484호에 따르면 회로 기판과 회로 기판에 인가할 전력 시스템 구성으로 인해 부피가 큰 문제가 있어 휴대성이 떨어진다. 또한, 웨어러블 센서가 피부착물에 부착되었을 때 웨어러블 센서에 의해 수집된 데이터의 정확성을 위해 센서 자체의 변형이 필요한데, 비록 상기 한국 등록특허 제10-1850484호의 제1 기판과 제2 기판이 유연하다고 하여도 변형에 한계가 있다.However, according to Korean Patent Registration No. 10-1850484, portability is poor due to a bulky problem due to a configuration of a circuit board and a power system to be applied to the circuit board. In addition, when the wearable sensor is attached to the skin, the sensor itself needs to be modified for the accuracy of the data collected by the wearable sensor. There are also limits to variations.

한국 등록특허 제10-1850484호(고감도 압력센서 및 이를 이용한 입력장치)Korean Patent Registration No. 10-1850484 (High-sensitivity pressure sensor and input device using the same)

본 발명의 과제는 상술한 종래 기술이 가진 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 저전력으로도 자가구동이 가능하여 휴대성이 용이하고 신축성 및 부착성 있는 소재로 개발되어 피부착물에 부착되어 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 발명을 제공함에 있다.The object of the present invention was devised to solve the problems of the prior art described above, and is capable of self-driving with low power, so it is easy to carry, developed as a stretchable and adhesive material, and is attached to skin complexes to improve sensing sensitivity. It is to provide a new type of invention that can be made.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서는, 절연물질에 이온성 액체가 함유되어 겔 형태로 제작된 제1 신축부; 및 압전물질로 구성되어 겔 형태로 제작된 제2 신축부;를 포함한다.A self-powered stretchable ion gel sensor according to the present invention for achieving the above object includes: a first stretchable part made in a gel form by containing an ionic liquid in an insulating material; and a second stretchable portion made of a piezoelectric material and manufactured in a gel form.

여기서, 외부자극에 의해 상기 제1 신축부 및 제2 신축부가 서로 접촉되면서 상기 제1 신축부의 이온 전하 분포에 및 상기 제2 신축재의 전하 분극 상태가 변화되어 전위차가 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, as the first stretchable part and the second stretchable part come into contact with each other by an external stimulus, the ionic charge distribution of the first stretchable part and the charge polarization state of the second stretchable material are changed to form a potential difference.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부에는 전극체가 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, it is characterized in that the electrode body is inserted into the first stretchable portion.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부와 제2 신축부가 서로 마주보는 면에는 각각 대향돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, according to one embodiment, it is characterized in that opposing projections are formed on surfaces of the first stretchable part and the second stretchable part facing each other.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 대향돌기의 형상은 원뿔형으로 형성된 것을 특징으로 한다.Further, according to one embodiment, the shape of the opposing protrusion is characterized in that it is formed in a conical shape.

여기서, 상기 제2 신축부의 대향돌기에는 전도성 있는 물질이 코팅되는 것을 특징으로 한다.Here, it is characterized in that a conductive material is coated on the opposite projection of the second stretchable part.

한편, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부와 제2 신축부의 간격이 유지되도록 스페이서가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, according to one embodiment, a spacer is further included to maintain a distance between the first stretchable part and the second stretchable part.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 신축부의 양면 중 대상체와 맞닿는 면에는 접촉돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, it is characterized in that the contact protrusion is formed on the surface in contact with the target object of both sides of the second stretchable portion.

여기서, 일 실시예에 따르면, 상기 접촉돌기의 형상은 원뿔형으로 형성된 것을 특징으로 한다.Here, according to one embodiment, the shape of the contact protrusion is characterized in that it is formed in a conical shape.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부의 절연물질은 PVC가 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the insulating material of the first stretchable part is characterized in that PVC is used.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서, [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4] 및 [BMI][TFSI]로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the ionic liquid is a cationic liquid having a positive charge and a negative charge, [EMIM] [TFSI], [BMI] [PF6], [EMI] [BF4] and [BMI] [TFSI] It is characterized in that selected from the group consisting of.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 신축부의 압전물질은 PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, 및 PVDF-HFP로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the piezoelectric material of the second stretchable part is characterized in that it is selected from the group consisting of PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, and PVDF-HFP.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부 및 제2 신축부에는 신축성을 향상시키기 위해 가소제가 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, a plasticizer is included in the first elastic part and the second elastic part to improve elasticity.

한편, 상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법은, 절연물질과, 이온성 액체 및 가소제를 혼합하여 겔 형태로 제1 신축부를 제조하는 단계; 압전물질 및 가소제를 혼합하여 겔 형태로 제2 신축부를 제조하는 단계; 및 상기 제1 신축부 및 제2 신축부를 서로 마주보도록 접촉시키는 단계;를 포함하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method for manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor according to the present invention for achieving the above object includes preparing a first stretchable portion in a gel form by mixing an insulating material, an ionic liquid, and a plasticizer; preparing a second stretchable part in a gel form by mixing a piezoelectric material and a plasticizer; and bringing the first stretchable part and the second stretchable part into contact so as to face each other.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부에 전극체를 삽입시키는 단계;를 더 포함한다.According to one embodiment, the step of inserting the electrode body to the first stretchable part; further includes.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부 및 제2 신축부가 서로 마주보는 면 각각에 대향돌기를 형성시키는 단계;를 더 포함한다.In addition, according to one embodiment, the step of forming an opposing projection on each of the surfaces of the first stretchable part and the second stretchable part facing each other; further includes.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 대향돌기의 형상은 원뿔형으로 형성시키는 것을 특징으로 한다.Further, according to one embodiment, the shape of the opposing protrusion is characterized in that it is formed in a conical shape.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 신축부의 대향돌기에 전도성 있는 물질을 코팅하는 단계;를 더 포함한다.In addition, according to one embodiment, the step of coating a conductive material on the opposite projection of the second stretchable part; further includes.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부와 제2 신축부가 서로 일정 간격이 유지되도록 스페이서를 장착하는 단계;를 더 포함한다.In addition, according to one embodiment, the step of mounting a spacer such that the first stretchable part and the second stretchable part are maintained at a constant distance from each other; further includes.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 신축부의 양면 중 대상체와 맞닿는 면에 접촉돌기를 형성시키는 단계;를 더 포함한다.In addition, according to one embodiment, forming a contact protrusion on the surface of both sides of the second elastic part in contact with the object; further includes.

여기서, 일 실시예에 따르면, 상기 접촉돌기의 형상은 원뿔형으로 형성시키는 것을 특징으로 한다.Here, according to one embodiment, the shape of the contact protrusion is characterized in that it is formed in a conical shape.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부의 절연물질은 PVC가 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the insulating material of the first stretchable part is characterized in that PVC is used.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서, [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4] 및 [BMI][TFSI]로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.Also, according to one embodiment, The ionic liquid is a cationic liquid having positive and negative charges, characterized in that it is selected from the group consisting of [EMIM] [TFSI], [BMI] [PF6], [EMI] [BF4] and [BMI] [TFSI] to be

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 신축부의 압전물질은 PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, 및 PVDF-HFP로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the piezoelectric material of the second stretchable part is characterized in that it is selected from the group consisting of PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, and PVDF-HFP.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신축부 및 제2 신축부의 가소제는 DBA인 것을 특징으로 한다.In addition, according to one embodiment, the plasticizer of the first stretchable part and the second stretchable part is characterized in that DBA.

본 발명에 따르면 종래의 센서에 비해 저전력으로 대상체의 신호를 민감하게 센싱할 수 있고, 자가구동이 가능하므로 휴대성이 용이하다.According to the present invention, it is possible to sensitively sense the signal of an object with low power compared to conventional sensors, and since it is capable of self-driving, portability is easy.

또한, 본 발명에 따르면 자가구동형 신축성 이온 겔 센서는 겔 재료 기반의 센서이므로 3D 프린팅이 가능하고, 소형화 및 구조의 자유도가 높다.In addition, according to the present invention, since the self-powered stretchable ion gel sensor is a sensor based on a gel material, 3D printing is possible, and the degree of freedom in miniaturization and structure is high.

또한, 본 발명에 따르면 자가구동형 신축성 이온 겔 센서를 이용하여 동물의 다양한 운동학적 신호를 측정하는 것도 가능하므로 헬스 케어 산업 분야에 응용이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to measure various kinematic signals of animals using the self-powered stretchable ion gel sensor, so it can be applied to the health care industry.

또한, 본 발명에 따르면 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 부착성 및 센서 민감도가 우수하므로 대상체에 부착되어 센싱이 필요한 웨어러블 산업 분야에 적극적으로 응용이 가능하다.In addition, according to the present invention, since the self-powered stretchable ion gel sensor has excellent adhesion and sensor sensitivity, it can be actively applied to the wearable industry where sensing is required by being attached to an object.

또한, 본 발명에 따르면 저압(대략 50Pa)에서도 자가구동형 신축성 이온 겔 센서가 민감하게 반응하므로 로봇 등에 부착하여 신호를 측정하는 것이 가능하다.In addition, according to the present invention, since the self-powered stretchable ion gel sensor reacts sensitively even at low pressure (approximately 50 Pa), it is possible to measure the signal by attaching it to a robot or the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분 단면을 확대한 도면이다.
도 3은 실제 제작된 제1 신축부의 표면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 실제 제작된 제2 신축부의 표면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 이온 겔 센서가 신장된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 외부 자극을 받기 전 제1 신축부 및 제2 신축부의 전하 분포를 나타낸 도면이다.
도 8은 외부 자극을 받은 후 제1 신축부 및 제2 신축부의 전하 분포를 나타낸 도면이다.
도 9a는 다양한 압력 하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 의해 측정된 전압 응답 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 가해지는 압력에 대한 전압 변화 그래프이고, 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 압력 100 Pa이 가해지는 경우의 전압 응답 그래프이고, 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 자체 전원 공급 시 일정 시간 동안 측정된 전압 응답 그래프이고, 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서의 변형 정도에 따른 전압 응답 그래프이며, 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서의 주파수 변화에 따른 감도 및 반응시간을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 의해 요골 동맥의 파형을 측정한 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 손가락에 부착한 상태에서 손가락의 굽힘 각도에 따라 측정된 전압 응답 그래프이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 팔에 부착한 상태에서 팔의 비틀림을 반복하여 측정한 전압 응답 그래프이고, 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 손목에 부착한 상태에서 가위, 바위, 보의 손 모양을 형성하여 얻은 전압 응답 그래프이며, 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 팔에 부착한 상태에서 물체의 무게에 따라 근육이 수축하여 발생하는 전압 응답 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the structure of a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a section A of FIG. 1 .
3 is a view showing a surface structure of a first stretchable and contractible part actually manufactured.
4 is a view showing a surface structure of a second stretchable and contractible part actually manufactured.
5 is a view showing a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention actually manufactured.
6 is a view showing a state in which the ion gel sensor of FIG. 5 is stretched.
7 is a diagram illustrating charge distributions of a first stretchable part and a second stretchable part before receiving an external stimulus.
8 is a diagram illustrating charge distributions of a first stretchable part and a second stretchable part after receiving an external stimulus.
9A is a voltage response graph measured by an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention under various pressures, and FIG. 9B is a voltage change graph with respect to pressure applied to the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention. 9c is a voltage response graph when a pressure of 100 Pa is applied to the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 8e is a voltage response graph according to the degree of deformation of the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 9f is a graph of the frequency of the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention It is a graph showing sensitivity and response time according to
10 is a graph obtained by measuring waveforms of the radial artery by an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.
11A is a voltage response graph measured according to a bending angle of a finger in a state in which an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is attached to a finger, and FIG. 11B is a graph showing an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 11c is a voltage response graph measured by repeatedly twisting the arm in a state attached to, and FIG. 11D is a voltage response graph generated when muscles contract according to the weight of an object in a state in which the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is attached to the arm.
12 is a view showing a manufacturing method of a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, a self-powered stretchable ion gel sensor and a manufacturing method thereof according to preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the same reference numerals are used for the same components, and repeated descriptions and detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the invention are omitted. Embodiments of the invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

본 발명은 종래 웨어러블 센서의 작동 원리로 알려져 있는 압전 효과, 정전 용량 효과 등의 메커니즘과 전혀 다른 작동 원리를 갖는다. 본 명세서에서는 이를 전하 전도 메커니즘으로 정의하고 있으며, 이는 인간의 피부에서 외부 자극을 효과적으로 감지할 때 필요한 기계적 수용체의 작동 원리와 유사하다. 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 구조를 살펴본다.The present invention has an operating principle completely different from mechanisms such as piezoelectric effect and capacitance effect known as operating principles of conventional wearable sensors. In the present specification, this is defined as a charge conduction mechanism, which is similar to the operating principle of mechanoreceptors required to effectively sense external stimuli in human skin. First, the structure of a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

<자가구동형 신축성 이온 겔 센서><Self-powered stretchable ion gel sensor>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 A 부분 단면을 확대한 도면이고, 도 3은 실제 제작된 제1 신축부의 표면 구조를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 4는 실제 제작된 제2 신축부의 표면 구조를 확대하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the structure of a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a section A of FIG. 1, and FIG. This is an enlarged view of the surface structure of the stretchable part, and FIG. 4 is an enlarged view of the surface structure of the actually manufactured second stretchable part.

본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)는 대상체(또는 피부착물)에 부착되어 저전력으로 대상체에서 발생되는 신호를 정확하게 측정할 수 있는 센서로, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 신축부(110), 제2 신축부(120) 및 스페이서(13)를 포함한다. 여기서 대상체(10)(도 7 및 도 8 참조)란 동물의 신체, 로봇 등 센싱 대상이 모든 대상물을 지칭한다.The self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is a sensor that is attached to an object (or skin complex) and can accurately measure a signal generated from the object with low power, as shown in FIG. Similarly, it includes the first stretchable part 110, the second stretchable part 120 and the spacer 13. Here, the object 10 (see FIGS. 7 and 8 ) refers to all objects to be sensed, such as an animal's body and a robot.

제1 신축부(110)는 센서신호를 획득하기 위한 것으로, 절연물질, 이온성 액체 및 가소제 등의 고분자 물질을 포함하여 겔 형태로 제작된다.The first stretchable part 110 is for acquiring a sensor signal and is made in a gel form including a polymer material such as an insulating material, an ionic liquid, and a plasticizer.

본 발명의 일 실시예에서 절연물질은 PVC(polyvinylchloride)가 사용된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 절연물질은 공지된 다양한 폴리머 계열 물질이거나, 앞서 말한 공지된 폴리머들의 조합물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, PVC (polyvinylchloride) is used as the insulating material. However, in another embodiment of the present invention, the insulating material may be a variety of known polymer-based materials or a combination of the aforementioned known polymers.

이온성 액체는 제1 신축부(110)의 도전성을 확보하거나 전하량을 공급하기 위한 것이다. 따라서, 절연물질에 이온성 액체가 혼합되면 절연막으로의 역할이 수행됨과 동시에 이온성 액체성분이 절연막 형성시 분산되는 역할도 수행된다.The ionic liquid is used to secure conductivity of the first stretchable portion 110 or to supply an amount of charge. Therefore, when the ionic liquid is mixed with the insulating material, it serves as an insulating film and at the same time serves to disperse the ionic liquid component when forming the insulating film.

본 발명의 일 실시예에서 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서 [EMIM][TFSI]가 사용된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 이온성 액체는 [BMI][PF6], [EMI][BF4], [BMI-TFSI] 등 다양한 종류의 양이온성 액체일 수 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에서 이온성 액체는, EMI, BMI, MPP, BPi, DEME, P13, P14, TEA, TEMA, SBP 등의 적어도 1종의 공지된 양이온과 FSA, TFSA, BETA, PF6, BF4 등의 적어도 1종의 공지된 음이온을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, [EMIM][TFSI] is used as an ionic liquid having positive and negative charges. However, in another embodiment of the present invention, the ionic liquid may be various types of cationic liquids such as [BMI][PF6], [EMI][BF4], and [BMI-TFSI]. In addition, in another embodiment of the present invention, the ionic liquid contains at least one known cation such as EMI, BMI, MPP, BPi, DEME, P13, P14, TEA, TEMA, SBP, FSA, TFSA, BETA, PF 6 , BF 4 and the like may include at least one known anion.

가소제는 물질의 점성을 줄이거나 소성을 줄이는 첨가제로서, 제1 신축부(110)의 신축성, 인장성, 유연성 등을 향상시키기 위해 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서 가소제는 DBA가 사용된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 가소제는 DBS, DBP, DOS, DOA 등 다양한 고분자 가소제가 사용될 수 있다.A plasticizer is an additive that reduces the viscosity or plasticity of a material, and is used to improve elasticity, tensile property, flexibility, and the like of the first elastic part 110 . In one embodiment of the present invention, DBA is used as the plasticizer. However, in another embodiment of the present invention, various polymeric plasticizers such as DBS, DBP, DOS, and DOA may be used as the plasticizer.

제1 신축부(110)는 막 또는 시트 형태를 가진다. 제1 신축부(110)의 일면에는 제1 대향돌기(111)가 복수개로 구성되어 일정 간격으로 배열되어 있다. 제1 대향돌기(111)는 원기둥, 다각기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서 제1 대향돌기(111)는 원뿔형 형상을 가진다. 제1 대향돌기(111)의 형상을 원뿔형으로 구성하는 이유는 센서의 민감도를 향상시키기 위함이다. 도 3에는 실제 제작된 제1 신축부(110)의 일면 사진이 도시되어 있다. 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 일부를 확대하여 나타내었다.The first stretchable part 110 has a film or sheet shape. A plurality of first opposing protrusions 111 are arranged on one surface of the first stretchable part 110 at regular intervals. The first opposing projection 111 may have various shapes such as a cylinder or a polygonal column, but in one embodiment of the present invention, the first facing projection 111 has a conical shape. The reason why the shape of the first opposing protrusion 111 is conical is to improve the sensitivity of the sensor. 3 shows a picture of one side of the actually manufactured first elastic part 110 . FIG. 3(b) shows an enlarged portion of FIG. 3(a).

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 신축부(110)에는 제1 전극체(116)가 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 전극체(116)는 Ag 성분을 갖는 와이어 형태로 구성된다. 다만, 제1 전극체(116)는 이에 한정되지 않으며 도전성 있는 금속을 성분으로 하여 다양한 형태를 가질 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2 , the first electrode body 116 is connected to the first stretchable part 110 . In one embodiment of the present invention, the first electrode body 116 is configured in the form of a wire having an Ag component. However, the first electrode body 116 is not limited thereto and may have various shapes by using a conductive metal as a component.

제2 신축부(120)는 자가구동이 가능하면서 외부 자극에 대해 전위차를 일으키는 매개체 역할을 수행하는 것으로, 압전물질 및 가소제 등의 고분자 물질을 포함하여 겔 형태로 제작된다. 제2 신축부(120)는 전원 공급 역할을 수행한다.The second stretchable part 120 serves as a medium that generates a potential difference with respect to external stimuli while being capable of self-driving, and is manufactured in a gel form including polymer materials such as piezoelectric materials and plasticizers. The second stretchable part 120 serves to supply power.

압전물질(Piezo materials)은 기계적 외력에 의해 전위차가 발생하는 물질로서, 그 압전특성은 쌍극자(dipole)의 배열 정도에 의존된다. 본 발명의 일 실시예에서 압전물질은 PVDF-TrFE가 사용된다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서 압전물질은 폴리머 압전 재료인 PVDF, PVDF-TrFE-CFE, PVDF-HFP 등이 사용되거나, BaTiO3, PZT 등이 포함된 복합 재료가 사용될 수 있다.Piezo materials are materials in which a potential difference is generated by a mechanical external force, and their piezoelectric properties depend on the degree of arrangement of dipoles. In one embodiment of the present invention, PVDF-TrFE is used as the piezoelectric material. However, in another embodiment of the present invention, a polymer piezoelectric material such as PVDF, PVDF-TrFE-CFE, PVDF-HFP, or a composite material including BaTiO3 or PZT may be used as the piezoelectric material.

한편, 제2 신축부(120)에 포함되는 가소제는 상술한 제1 신축부(110)에 포함되는 가소제에 관한 설명과 동일하므로 생략한다.Meanwhile, the description of the plasticizer included in the second elastic unit 120 is the same as that of the plasticizer included in the above-described first elastic unit 110, and thus will be omitted.

제2 신축부(120)는 막 또는 시트 형태를 가진다. 제2 신축부(120)의 일면, 즉 제1 신축부(110)와 마주보는 면에는 제2 대향돌기(122)가 복수개로 구성되어 일정 간격으로 배열되어 있다. 제2 대향돌기(122)는 원기둥, 다각기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서 제2 대향돌기(122)는 원뿔형 형상을 가진다. 제2 대향돌기(122)의 형상을 원뿔형으로 구성하는 이유는 센서의 민감도를 향상시키기 위함이다. 도 4에는 실제 제작된 제2 신축부(120)의 일면(제1 신축부와 마주보는 면) 사진이 도시되어 있다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 일부를 확대하여 나타내었다.The second stretchable part 120 has a film or sheet shape. On one surface of the second stretchable part 120, that is, on the surface facing the first stretchable part 110, a plurality of second opposing protrusions 122 are arranged at regular intervals. The second facing projection 122 may have various shapes such as a cylinder or a polygonal column, but in one embodiment of the present invention, the second facing projection 122 has a conical shape. The reason why the shape of the second opposing protrusion 122 is conical is to improve the sensitivity of the sensor. FIG. 4 shows a picture of one side (surface facing the first stretchable portion) of the actually manufactured second stretchable portion 120 . FIG. 4(b) shows an enlarged portion of FIG. 4(a).

제2 신축부(120)의 타면, 즉 대상체(10)에 부착되는 면에는 접촉돌기(124)가 복수개로 구성되어 일정 간격으로 배열되어 있다. 접촉돌기(124)는 원기둥, 다각기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서 접촉돌기(124)는 원뿔형 형상을 가진다. 접촉돌기(124)의 형상을 원뿔형으로 구성하는 이유는 대상체(10), 특히 동물의 신체에 부착시 부착도를 향상시키고 생체신호를 효과적으로 감지하기 위함이다. 즉, 접촉돌기(124)를 원뿔형으로 구성하면 평평한 형태로 구성하는 경우 보다 접촉 등각 상태로 피부 표면에 닿을 수 있다.The other surface of the second elastic part 120, that is, the surface attached to the target object 10, consists of a plurality of contact protrusions 124 and is arranged at regular intervals. The contact protrusion 124 may have various shapes such as a cylinder or a polygonal column, but in one embodiment of the present invention, the contact protrusion 124 has a conical shape. The reason why the shape of the contact protrusion 124 is conical is to improve the degree of attachment when attached to the object 10, particularly the body of an animal, and to effectively detect bio-signals. That is, if the contact protrusion 124 is configured in a conical shape, it can reach the skin surface in a conformal contact state than in the case of configuring the contact protrusion 124 in a flat shape.

제2 신축부(120)의 일면, 즉 제2 대향돌기(122)가 형성된 면은 카본 코팅층(123)이 형성된다. 이는 제2 신축부(120)의 일면이 전극의 역할을 수행할 수 있도록 하기 위함이다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서 제2 신축부(120)의 일면은 다양한 전도성 있는 물질로 코팅될 수 있다.A carbon coating layer 123 is formed on one surface of the second elastic part 120, that is, on the surface on which the second opposing protrusion 122 is formed. This is to allow one side of the second elastic part 120 to serve as an electrode. However, in another embodiment of the present invention, one side of the second stretchable portion 120 may be coated with various conductive materials.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 신축부(120)에는 제2 전극체(126)가 연결된다. 제2 전극체(126)는 도전성 있는 금속을 성분으로 하여 다양한 형태를 가질 수 있다. 상술한 제1 전극체(116)와 제2 전극체(126)에 전압계가 연결될 수 있고, 전압계에 의해 제1 신축부(110) 및 제2 신축부(120) 간 양단 전압이 측정될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2 , the second electrode body 126 is connected to the second elastic part 120 . The second electrode body 126 may have various shapes by using a conductive metal as a component. A voltmeter may be connected to the above-described first electrode body 116 and the second electrode body 126, and a voltage at both ends between the first stretchable portion 110 and the second stretchable portion 120 may be measured by the voltmeter. .

도 2를 참조하면, 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)는 각각의 대향돌기(111, 122)의 끝점이 서로 마주보도록 배치된다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)의 서로 마주보는 면 사이의 간격이 일정 거리를 유지하도록 하는 스페이서(130)가 포함될 수 있다. 또한, 스페이서(130)는 이웃하는 제1 대향돌기(111) 간 또는 제2 대향돌기(122) 간의 접촉을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 are disposed so that the end points of the opposing protrusions 111 and 122 face each other. At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, a spacer 130 may be included to maintain a constant distance between the surfaces of the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 facing each other. have. In addition, the spacer 130 may prevent contact between neighboring first opposing protrusions 111 or between second opposing protrusions 122 .

본 발명의 일 실시예에서 스페이서(130)는 폴리머 재질의 접착테이프가 사용되나, 스페이서(130)의 재질 및 종류에는 제한이 없다.In one embodiment of the present invention, the spacer 130 is an adhesive tape made of a polymer material, but the material and type of the spacer 130 are not limited.

도 5는 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 이온 겔 센서가 신장된 상태를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention actually manufactured, and FIG. 6 is a view showing a state in which the ion gel sensor of FIG. 5 is stretched.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)를 제작하여 손가락 위에 올려놓은 상태가 도시되어 있다. 제작된 이온 겔 센서(100)의 크기는 대략 1 x 1cm2 이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)를 대략 50% 정도 좌우로 신장시켜도 센서는 안정적으로 유지된다.5 shows a state in which a self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is manufactured and placed on a finger. The size of the fabricated ion gel sensor 100 is approximately 1×1 cm 2 . Referring to FIG. 6 , even when the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is stretched left and right by about 50%, the sensor remains stable.

도 7은 외부 자극을 받기 전 제1 신축부 및 제2 신축부의 전하 분포를 나타낸 도면이고, 도 8은 외부 자극을 받은 후 제1 신축부 및 제2 신축부의 전하 분포를 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing charge distributions of the first stretchable part and the second stretchable part before receiving an external stimulus, and FIG. 8 is a diagram showing the charge distribution of the first stretchable part and the second stretchable part after receiving an external stimulus.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)의 작동 과정을 설명한다.Hereinafter, the operation process of the self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 .

도 7에 도시된 바와 같이, 압력 등 외부 자극이 가해지지 않은 상태에서 제1 대향돌기(111)와 제2 대향돌기(122)의 끝점이 서로 접촉되어 있고, 제2 신축부(120)의 접촉돌기(124)는 대상체(10)에 접촉되어 있다. 제1 신축부(110) 및 제2 신축부(120)의 내부 전하는 전기적으로 중성 상태에 있다.As shown in FIG. 7, in a state where no external stimulus such as pressure is applied, the end points of the first opposing projection 111 and the second opposing projection 122 are in contact with each other, and the contact of the second elastic part 120 Protrusion 124 is in contact with the target object (10). Internal charges of the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 are in an electrically neutral state.

이 상태에서 외부 자극이 가해지면 제2 신축부(120)가 변형됨으로써 전하 분극 상태의 변화로 인해 전압이 생성된다. 이 전압은 제1 신축부(110)의 이온성 액체의 전하를 재배열한다. 즉, 외부 자극에 의해 제1 신축부(110)의 이온이 이동함에 따라 이온 전하 분포가 변하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 외부 자극이 가해지면 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)의 대향돌기(111, 122)가 서로 접촉하는 면적이 증가하게 되고, 이온 전하 분포는 더욱 크게 변하게 된다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에서 대향돌기(111, 122)를 원뿔형으로 구성하는 경우 외부 자극이 커지면 각 대향돌기(111, 122)가 서로의 경시면을 따라 접촉하므로 접촉면적이 커지게 된다. 결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)는 외부 자극에 따라 전하 전달 메커니즘이 작동하고, 이러한 전압 변화 및 이온 분포에 따라 생성된 신호를 감지하는 것이다.In this state, when an external stimulus is applied, the second stretchable portion 120 is deformed, and a voltage is generated due to a change in the charge polarization state. This voltage rearranges the charge of the ionic liquid of the first stretchable part 110 . That is, as the ions of the first stretchable portion 110 move due to external stimuli, the ion charge distribution changes. As shown in FIG. 8, when an external stimulus is applied, the contact area between the opposing protrusions 111 and 122 of the first stretchable portion 110 and the second stretchable portion 120 increases, and the ion charge distribution will change even more. Here, in one embodiment of the present invention, when the opposing protrusions 111 and 122 are formed in a conical shape, when the external magnetic pole increases, the opposing protrusions 111 and 122 contact each other along the longitudinal plane, so the contact area increases. In conclusion, the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention operates a charge transfer mechanism according to an external stimulus and senses a signal generated according to the voltage change and ion distribution.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 이온 겔 센서(100)의 효과를 설명한다. 여기서, 도 6에 도시된 실제 제작된 이온 겔 센서를 사용하여 실험이 수행되었다.Hereinafter, effects of the self-powered ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention will be described. Here, an experiment was performed using the actually fabricated ion gel sensor shown in FIG. 6 .

물리적 특성physical properties

제1 신축부(110) 및 제2 신축부(120)의 대향돌기(111, 122)는 원뿔형으로 구성되고, 각각의 두께는 대략 400㎛ 및 350㎛이고, 각각의 두께는 138㎛ 및 132㎛이다. 제2 신축부(120)에 형성된 카본 코팅층(123)의 두께는 9㎛이다.The opposing protrusions 111 and 122 of the first stretchable portion 110 and the second stretchable portion 120 are formed in a conical shape, each having a thickness of approximately 400 μm and 350 μm, respectively, and a respective thickness of 138 μm and 132 μm. to be. The carbon coating layer 123 formed on the second stretchable portion 120 has a thickness of 9 μm.

가소제인 DBA가 포함된 제1 신축부(110)는 300% 이내의 연신율이 나타났고, 제2 신축부(120)는 460% 이내의 연신율이 나타났다. 제1 신축부(110)는 최대 100%의 선형 저항 특성을 보였다. 제2 신축부(120)는 약 40kgf의 겔 재료에서 50mV의 전압을 생성하였다.The first elastic part 110 containing the plasticizer, DBA, exhibited an elongation of less than 300%, and the second elastic part 120 exhibited an elongation of less than 460%. The first stretchable portion 110 exhibited a linear resistance characteristic of up to 100%. The second stretchable part 120 generated a voltage of 50 mV in a gel material of about 40 kgf.

응답 특성response characteristics

도 9a는 다양한 압력 하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에 의해 측정된 전압 응답 그래프이다.9A is a voltage response graph measured by the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention under various pressures.

도 9a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에 다양한 압력(12Pa ~ 160Pa)이 가해질 때 전압 응답 특성이 도시되어 있다. 여기서, 압력이 커질수록 측정된 전압 크기도 커짐을 알 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 감지 이벤트 구간, 즉 압력이 가해진 지점(도 9a의 Pressing)부터 압력 해제 지점(도 9a의 Releasing)까지의 구간 동안 전압 변화는 정적인 형태이다.9A shows voltage response characteristics when various pressures (12 Pa to 160 Pa) are applied to the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention. Here, it can be seen that as the pressure increases, the magnitude of the measured voltage also increases. As shown in FIG. 9A , during a sensing event period, that is, a period from a point where pressure is applied (Pressing in FIG. 9A ) to a point where pressure is released (Releasing in FIG. 9A ), the voltage change is static.

도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 가해지는 압력에 대한 전압 변화 그래프이다. 도 9b에 도시된 그래프에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서의 센싱 감도를 확인할 수 있다. 여기서, 센싱 감도는 입력 압력에 따른 전압 변화의 기울기를 통해 구할 수 있다. 즉, 센싱 감도(S)는 S = (ΔV2 - ΔV1)/ΔP 에 의해 연산될 수 있다. 여기서, ΔP와 ΔVn는 각각 인가된 압력의 변화와 전압 변화의 상대적 차이를 의미한다.9B is a graph of voltage change versus pressure applied to an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention. In the graph shown in FIG. 9B , the sensing sensitivity of the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention can be confirmed. Here, the sensing sensitivity can be obtained through the slope of the voltage change according to the input pressure. That is, the sensing sensitivity (S) may be calculated by S = (ΔV2 - ΔV1)/ΔP. Here, ΔP and ΔVn mean the relative difference between the change in applied pressure and the change in voltage, respectively.

도 9b에서 그래프 a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)의 센싱 감도를 나타내고, 그래프 b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에서 스페이서(130)가 없는 상태에서 센싱 감도를 나타낸 그래프이며, 그래프 c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에서 대향돌기(111, 122) 및 스페이서(130)가 없는 상태에서의 센싱 감도를 나타낸 그래프이다.In FIG. 9B, graph a shows the sensing sensitivity of the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention, and graph b shows the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention without the spacer 130. It is a graph showing the sensing sensitivity in the state, and graph c is a graph showing the sensing sensitivity in the state in which the opposing protrusions 111 and 122 and the spacer 130 are not present in the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention. .

도 9b의 그래프 a에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)는 두 가지 민감도 영역, 즉 60Pa 미만의 압력에서 15.6 VPa-1, 60Pa 이상의 압력에서 1.1 VPa-1 의 민감도 영역이 나타난다. 반면, 도 9b의 그래프 b 및 c에 따르면 다른 두 센서에서는 1VPa-1 미만의 센싱 감도가 나타난다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서는 대향돌기(111, 122) 또는 스페이서(130)가 없는 상태의 센서 보다 대략 17배 정도 감도가 향상됨을 알 수 있다.According to graph a of FIG. 9B, the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention has two sensitivity regions, that is, a sensitivity region of 15.6 VPa -1 at a pressure of less than 60Pa and 1.1 VPa -1 at a pressure of 60Pa or more. appears. On the other hand, according to the graphs b and c of FIG. 9B , the other two sensors exhibit sensing sensitivities of less than 1VPa -1 . It can be seen that the sensitivity of the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is improved by about 17 times compared to the sensor without the opposing protrusions 111 and 122 or the spacer 130 .

도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 압력 100 Pa이 가해지는 경우의 전압 응답 그래프이다.9C is a voltage response graph when a pressure of 100 Pa is applied to the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9c는 압력이 가해질 때 센서의 반응 곡선을 보여준다. 도 9c의 점선은 입력 압력 100Pa를 나타내며, 입력 압력의 인가 및 해제에 따라 이온 겔 센서의 초기 지연 시간(200ms)과 최종 지연 시간(300ms)이 나타나는데 이는 제1 신축부(110)의 탄성으로 인한 것이다. 즉, 인가 압력에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서는 매우 빠르게 반응하는 것을 확인할 수 있다.Figure 9c shows the response curve of the sensor when pressure is applied. The dotted line in FIG. 9C represents the input pressure of 100 Pa, and the initial delay time (200 ms) and the final delay time (300 ms) of the ion gel sensor appear according to the application and release of the input pressure, which is due to the elasticity of the first elastic part 110. will be. That is, it can be confirmed that the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention responds very quickly to the applied pressure.

도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 자체 전원 공급 시 일정 시간 동안 측정된 전압 응답 그래프이다.9D is a voltage response graph measured for a certain period of time when self-power is supplied to the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9d에서 자체 전원 공급에 의한 이온 겔 센서(100)의 안정성 평가는 압력 50Pa 및 주파수 0.6Hz에서 수행되었다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 이온 겔 센서(100)에 가해진 압력에 따른 전압 진폭은 80분 동안 일정하게 유지되어 안정성이 우수함을 알 수 있다.In FIG. 9d , stability evaluation of the ion gel sensor 100 by self-power supply was performed at a pressure of 50 Pa and a frequency of 0.6 Hz. As shown in FIG. 9D , the voltage amplitude according to the pressure applied to the ion gel sensor 100 was maintained constant for 80 minutes, indicating excellent stability.

도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서의 변형 정도에 따른 전압 응답 그래프이다.9E is a voltage response graph according to a degree of deformation of an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9e에서는 다양한 신축 변형율(0% ~ 20%)에서 이온 겔 센서(100)의 감도를 확인할 수 있다. 60Pa 내의 압력 내에서 압력에 따른 다양한 신축 변형율에 따른 감도 특성이 나타나고 있으며, 5% 이내의 변형율에서는 15VPa-1 내에서 감도가 유지됨을 알 수 있다.In FIG. 9E , the sensitivity of the ion gel sensor 100 can be confirmed at various stretching strains (0% to 20%). Sensitivity characteristics according to various stretching strains according to pressure within 60Pa are shown, and it can be seen that the sensitivity is maintained within 15VPa -1 at strains within 5%.

도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서의 주파수 변화에 따른 감도 및 반응시간을 나타낸 그래프이다.9F is a graph showing sensitivity and response time according to frequency change of the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9f에 따르면 압력이 가해질 때 주파수에 따른 감도 및 응답 시간의 변화를 알 수 있다. 도 9f에서 위의 점선 그래프는 민감도를 나타내고 아래 실선 그래프는 응답 시간을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에 0.5Hz, 1Hz, 2Hz의 세 가지 힘의 주파수가 적용되었을 때 감도의 변화는 18VPa-1 에서 15.8 VPa-1가 관찰되었으며, 응답 시간의 경우 약 90ms에서 180ms의 범위를 보였다. 이러한 결과는 동일한 압력 수준에서 빠른 자극을 가할 때 감도와 반응속도가 증가함을 의미한다.According to FIG. 9F, it can be seen that the change in sensitivity and response time according to frequency when pressure is applied. In FIG. 9F, the upper dotted line graph represents the sensitivity and the lower solid line graph represents the response time. When three force frequencies of 0.5 Hz, 1 Hz, and 2 Hz were applied to the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention, a change in sensitivity was observed from 18 VPa -1 to 15.8 VPa -1 , and the response time In this case, it ranged from about 90 ms to 180 ms. These results mean that sensitivity and response speed increase when fast stimulation is applied at the same pressure level.

요골 동맥의 파형 측정Waveform measurement of the radial artery

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)를 인체에 부착하여, 운동학적 신호 중 하나인 요골 동맥 파형을 측정하였다.The ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention was attached to the human body to measure the radial artery waveform, which is one of kinematic signals.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서에 의해 요골 동맥의 파형을 측정한 그래프이다.10 is a graph obtained by measuring a waveform of the radial artery by an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

도 10에서 그래프 a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)를 통해 측정된 요골 동맥 파형에 관한 그래프이고, 그래프 b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에서 스페이서(130)가 없는 상태에서 측정된 요골 동맥 파형에 관한 그래프이며, 그래프 c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)에서 대향돌기(111, 122) 및 스페이서(130)가 없는 상태에서 측정된 요골 동맥 파형에 관한 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)는 대향돌기(111, 122) 또는 스페이서(130)가 없는 상태의 센서 보다 센싱 감도가 우수함을 알 수 있다.In FIG. 10, graph a is a graph of the radial artery waveform measured by the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention, and graph b is a graph of the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention. It is a graph of the radial artery waveform measured without the spacer 130, and graph c is the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention without the opposing protrusions 111 and 122 and the spacer 130. It is a graph of the radial artery waveform measured in the condition. As shown in FIG. 10, it can be seen that the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention has better sensing sensitivity than the sensor without the opposing protrusions 111 and 122 or the spacer 130.

근육 움직임 신호 측정Measurement of muscle movement signals

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 손가락, 손목. 팔에 부착하여 전압 응답 신호를 측정하였다.An ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is applied to a finger or a wrist. Attached to the arm, the voltage response signal was measured.

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)를 손가락에 부착한 상태에서 손가락의 굽힘 각도에 따라 측정된 전압 응답 그래프이다. 도 11a에서 벤딩 각도를 0°, 40°, 70°, 45° 및 0°로 변경하며 전압 응답 신호가 측정되었다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 굽힘 각도가 증가하면 전압 신호가 증가하고, 굽힘 각도가 감소하면 전압 신호가 감소한다. 또한, 일정 각도로 반복적으로 구부러질 때 정적 전압 변화를 관찰할 수 있다.11A is a voltage response graph measured according to a bending angle of a finger in a state in which an ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is attached to a finger. In FIG. 11A , voltage response signals were measured while changing the bending angle to 0°, 40°, 70°, 45°, and 0°. As shown in FIG. 11A , when the bending angle increases, the voltage signal increases, and when the bending angle decreases, the voltage signal decreases. In addition, a static voltage change can be observed when repeatedly bent at a certain angle.

도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서(100)를 팔에 부착한 상태에서 팔의 비틀림을 반복하여 측정한 전압 응답 그래프이다. 도 11b에서 근육의 움직임을 확인하기 위해 팔에 이온 겔 센서(100)를 부착하여 비틀림으로 인한 전압 응답 신호가 측정되었다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 반복적인 비틀림으로 인해 약 Δ20mV의 전압 변화가 관찰되었다. 즉, 팔의 반복적인 비틀림에도 전압 변화가 균일함을 알 수 있다.11B is a voltage response graph obtained by repeating twisting of the arm while the ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is attached to the arm. In FIG. 11B , a voltage response signal due to torsion was measured by attaching the ion gel sensor 100 to the arm to confirm the movement of the muscle. As shown in Fig. 11c, a voltage change of about Δ20 mV was observed due to repeated torsion. That is, it can be seen that the voltage change is uniform even when the arm is repeatedly twisted.

도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 손목에 부착한 상태에서 가위, 바위, 보의 손 모양을 형성하여 얻은 전압 응답 그래프이다.11C is a voltage response graph obtained by forming hand shapes of scissors, rock, and beam while the ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is attached to the wrist.

전압 신호를 기준선에 맞춘 후 손의 모양을 정상 상태에서 바위 모양을 형성하였을 때 전압 신호는 양의 방향으로 Δ10mV의 전압 변화가 나타났고, 손의 모양을 다시 정상 상태로 전환하면 전압 신호가 원래 위치(기준선)로 복귀하였다. 이후, 손의 모양을 가위 모양을 형성하였을 때 음의 신호가 나타났고, 보 모양을 형성하면 가위 모양 보다 약간 높은 전압 신호가 나타났다. 손의 모양이 바위 모양을 형성하면 근육이 수축되고, 가위 또는 보의 모양을 형성하면 근육이 이완된다. 즉, 근육이 수축하면 전압 신호는 양의 방향으로 전압 변화가 관찰되고, 근육이 이완되면 음의 방향으로 전압 변화가 관찰된다. 근육 수축 중에는 손목 주위의 총 부피가 증가한다. 따라서 이온 겔 센서(100)는 근육 내 수축 방향을 따라 x축 및 y축을 따라 늘어난다.After adjusting the voltage signal to the baseline, when the rock shape was formed in the normal state of the hand, the voltage signal showed a voltage change of Δ10mV in the positive direction. (Baseline). After that, when the hand shape was formed in a scissor shape, a negative signal appeared, and when the hand shape was formed, a voltage signal slightly higher than that of the scissor shape appeared. When the shape of the hand forms the shape of a rock, the muscles contract, and when the shape of the hand forms the shape of scissors or beam, the muscles relax. That is, when the muscle contracts, the voltage signal changes in a positive direction and when the muscle relaxes, a voltage change in a negative direction is observed. During muscle contraction, the total volume around the wrist increases. Therefore, the ion gel sensor 100 is stretched along the x-axis and the y-axis along the direction of intramuscular contraction.

도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 겔 센서를 팔에 부착한 상태에서 물체의 무게에 따라 근육이 수축하여 발생하는 전압 응답 그래프이다.11D is a voltage response graph generated when muscles contract according to the weight of an object in a state in which an ion gel sensor according to an embodiment of the present invention is attached to an arm.

도 11d에서 팔의 위치를 바꾸지 않고 물체의 무게에 따라 근육이 수축(등척성 수축)하여 발생하는 전압 신호가 측정되었다. 도 11d에 도시된 바와 같이, 무게가 0.3kg일 때 보다 2kg을 들었을 때 더 높은 전압 신호가 측정되었다.In FIG. 11D , a voltage signal generated by muscle contraction (isometric contraction) according to the weight of an object was measured without changing the position of the arm. As shown in FIG. 11D, a higher voltage signal was measured when the weight was 2 kg than when the weight was 0.3 kg.

응용 분야application field

상술한 내용은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)를 이용하여 요골 동맥 및 근육 움직임 신호만을 측정하였으나, 이외에도 동물의 다양한 운동학적 신호를 측정하는 것도 가능하므로 헬스 케어 산업 분야에 응용이 가능하다.In the foregoing, only the radial artery and muscle movement signals were measured using the self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention, but it is also possible to measure various kinematic signals of animals. It can be applied in the industrial field.

본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)의 부착성 및 센서 민감도가 우수하므로 대상체(10)에 부착되어 센싱이 필요한 웨어러블 산업 분야에 적극적으로 응용이 가능하다.Since the self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention has excellent adhesiveness and sensor sensitivity, it can be actively applied to the wearable industry field where sensing is required by being attached to the object 10.

본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)는 겔 재료 기반의 센서이므로 3D 프린팅이 가능하고, 소형화 및 구조의 자유도가 높다.Since the self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention is a sensor based on a gel material, 3D printing is possible, and the degree of freedom of miniaturization and structure is high.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서(100)는 저압(대략 50Pa)에서도 민감하게 반응하므로 로봇 등에도 부착하여 신호를 측정하는 것이 가능하다.As described above, since the self-powered stretchable ion gel sensor 100 according to an embodiment of the present invention responds sensitively even at low pressure (approximately 50 Pa), it is possible to attach it to a robot and measure a signal.

<자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법><Method of manufacturing self-powered stretchable ion gel sensor>

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.12 is a diagram showing a manufacturing method of a self-powered stretchable ion gel sensor according to an embodiment of the present invention.

제1 신축부(110)를 제조하는 단계(S100)에서, 제1 신축부(110)는 절연물질, 이온성 액체 및 가소제 등의 고분자 물질을 혼합하여 겔 형태로 제작된다. 본 발명의 일 실시예에서 겔을 형성하기 위해 절연물질인 PVC와 가소제인 DBA를 각각 분산매와 분상상으로 사용하였다. 그리고, 제1 신축부(110)의 전도도를 증가시키기 위해 이온성 액체인 [EMIM][TFSI]를 추가하였다. 이러한 [EMIM][TFSI]는 DBA에 용해되고 겔 내에서 자유롭게 움직일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 PVC : DBA : [EMIM][TFSI]의 중량비가 1 : 2 : 0.25가 되도록 제1 신축부(110)를 제조하였다.In the step of manufacturing the first stretchable portion 110 (S100), the first stretchable portion 110 is prepared in a gel form by mixing a polymer material such as an insulating material, an ionic liquid, and a plasticizer. In one embodiment of the present invention, to form a gel, PVC as an insulating material and DBA as a plasticizer were used as a dispersion medium and a powder phase, respectively. In addition, [EMIM] [TFSI], an ionic liquid, was added to increase the conductivity of the first stretchable part 110 . These [EMIM][TFSI] are soluble in DBA and are free to move within the gel. In one embodiment of the present invention, the first elastic part 110 was manufactured so that the weight ratio of PVC:DBA:[EMIM][TFSI] was 1:2:0.25.

제2 신축부(120)는 압전물질 및 가소제 등의 고분자 물질을 혼합하여 겔 형태로 제작된다. 본 발명의 일 실시예에는 압전물질인 PVDF-TrFE와 가소제인 DBA의 중량비가 1 : 2가 되도록 제2 신축부(120)를 제조하였다.The second stretchable part 120 is made in a gel form by mixing a piezoelectric material and a polymer material such as a plasticizer. In one embodiment of the present invention, the second elastic part 120 was manufactured so that the weight ratio of PVDF-TrFE, which is a piezoelectric material, and DBA, which is a plasticizer, was 1:2.

제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)에는 각각 Ag 와이어인 제1 전극체(116)와, 카본 코팅층(123)과 연결된 제2 전극체(126)가 삽입된다.A first electrode body 116 made of an Ag wire and a second electrode body 126 connected to the carbon coating layer 123 are inserted into the first stretchable portion 110 and the second stretchable portion 120, respectively.

제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)가 서로 마주보는 면에는 각각 원뿔형 대향돌기(111, 122)가 형성되도록 하고, 제2 신축부(120)의 대상체(10)에 닿는 면에는 원뿔형 접촉돌기(124)가 형성되도록 제조된다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 원뿔형 표면은 3D 프린터로 제작된 몰드를 사용하여 드롭 캐스팅 방식으로 제조되었다.Conical opposing protrusions 111 and 122 are formed on surfaces where the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 face each other, and the surface of the second stretchable part 120 that touches the object 10 It is manufactured so that the conical contact protrusion 124 is formed. At this time, in one embodiment of the present invention, the conical surface was manufactured by a drop casting method using a mold manufactured by a 3D printer.

본 발명의 일 실시예에서 제2 신축부(120)의 제2 대향돌기(122)가 형성된 면은 전극역할을 수행하도록 그래파이트로 스프레이 코팅하였다.In one embodiment of the present invention, the surface on which the second opposing protrusion 122 of the second elastic part 120 is formed is spray-coated with graphite to serve as an electrode.

다음으로, 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)를 서로 대향시켜 센서를 제조하는 단계(S300)를 살펴본다. 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)가 각각 상술한 방법으로 제조된 후에는 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)의 원뿔형 돌기의 끝점이 서로 맞닿도록 위치시킨다. 이때, 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)가 일정 간격을 유지하도록 스페이서(130)를 그 사이에 삽입한다. 본 발명의 일 실시예에서 스페이서(130)는 폴리머 재질의 양면 접착테이프가 사용된다. 따라서, 제1 신축부(110)와 제2 신축부(120)는 스페이서(130)에 의해 서로 접착될 수 있다.Next, look at the step (S300) of manufacturing a sensor by facing the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 to each other. After the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 are each manufactured by the above-described method, the ends of the conical protrusions of the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 are in contact with each other. let it At this time, the spacer 130 is inserted between the first stretchable part 110 and the second stretchable part 120 so as to maintain a certain distance therebetween. In one embodiment of the present invention, the spacer 130 is a double-sided adhesive tape made of a polymer material. Accordingly, the first stretchable portion 110 and the second stretchable portion 120 may be adhered to each other by the spacer 130 .

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. You will be able to. Therefore, the true protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

100 : 이온 겔 센서 110 : 제1 신축부
111 : 제1 대향돌기 115 : 이온성 액체
116 : 제1 전극체 120 : 제2 신축부
122 : 제2 대향돌기 123 : 카본 코팅층
124 : 접촉돌기 126 : 제2 전극체
130 : 스페이서100: ion gel sensor 110: first stretchable unit
111: first opposing projection 115: ionic liquid
116: first electrode body 120: second elastic part
122: second opposing projection 123: carbon coating layer
124: contact protrusion 126: second electrode body
130: spacer

Claims (24)

절연물질에 이온성 액체가 함유되어 겔 형태로 제작된 제1 신축부; 및
압전물질로 구성되어 겔 형태로 제작된 제2 신축부;를 포함하고,
외부자극에 의해 상기 제1 신축부 및 제2 신축부가 서로 접촉되면서 상기 제1 신축부의 이온 전하 분포에 및 상기 제2 신축부의 전하 분극 상태가 변화되어 전위차가 형성되는 것을 특징으로 하는,
자가구동형 신축성 이온 겔 센서.A first stretchable part made in a gel form by containing an ionic liquid in an insulating material; and
It includes; a second stretchable portion made of a piezoelectric material and manufactured in a gel form;
Characterized in that, as the first stretchable part and the second stretchable part contact each other by an external stimulus, a potential difference is formed by changing the ion charge distribution of the first stretchable part and the charge polarization state of the second stretchable part,
Self-powered stretchable ion gel sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 신축부에는 전극체가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the electrode body is inserted into the first stretchable portion. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 신축부와 제2 신축부가 서로 마주보는 면에는 각각 대향돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that opposite projections are formed on the surfaces of the first stretchable part and the second stretchable part facing each other. 제 3 항에 있어서,
상기 대향돌기의 형상은 원뿔형으로 형성된 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 3,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the shape of the opposing projection is formed in a conical shape. 제 3 항에 있어서,
상기 제2 신축부의 대향돌기에는 전도성 있는 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 3,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the conductive material is coated on the opposite projection of the second stretchable part. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 신축부와 제2 신축부의 간격이 유지되도록 스페이서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
A self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that a spacer is further included to maintain a distance between the first stretchable part and the second stretchable part. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 신축부의 양면 중 대상체와 맞닿는 면에는 접촉돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that contact protrusions are formed on the surface of the second elastic part in contact with the object. 제 7 항에 있어서,
상기 접촉돌기의 형상은 원뿔형으로 형성된 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 7,
Self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the shape of the contact protrusion is formed in a conical shape. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 신축부의 절연물질은 PVC가 사용되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
The self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that PVC is used as the insulating material of the first stretchable part. 제 1 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서, [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4] 및 [BMI][TFSI]로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
The ionic liquid is a cationic liquid having positive and negative charges, characterized in that it is selected from the group consisting of [EMIM] [TFSI], [BMI] [PF6], [EMI] [BF4] and [BMI] [TFSI] Self-actuated stretchable ion gel sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 신축부의 압전물질은 PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, 및 PVDF-HFP로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
The self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the piezoelectric material of the second stretchable part is selected from the group consisting of PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, and PVDF-HFP. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 신축부 및 제2 신축부에는 신축성을 향상시키기 위해 가소제가 포함되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서.According to claim 1,
The self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that a plasticizer is included in the first stretchable part and the second stretchable part to improve elasticity. 절연물질과, 이온성 액체 및 가소제를 혼합하여 겔 형태로 제1 신축부를 제조하는 단계;
압전물질 및 가소제를 혼합하여 겔 형태로 제2 신축부를 제조하는 단계; 및
상기 제1 신축부 및 제2 신축부를 서로 마주보도록 접촉시키는 단계;를 포함하는 단계;를 포함하는,
자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.preparing a first stretchable part in a gel form by mixing an insulating material, an ionic liquid, and a plasticizer;
preparing a second stretchable part in a gel form by mixing a piezoelectric material and a plasticizer; and
Contacting the first stretchable part and the second stretchable part so as to face each other; including; including,
Manufacturing method of self-powered stretchable ion gel sensor. 제 13 항에 있어서,
상기 제1 신축부에 전극체를 삽입시키는 단계;를 더 포함하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor further comprising inserting an electrode body into the first stretchable part. 제 13 항에 있어서,
상기 제1 신축부 및 제2 신축부가 서로 마주보는 면 각각에 대향돌기를 형성시키는 단계;를 더 포함하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor further comprising forming opposite projections on surfaces of the first stretchable part and the second stretchable part facing each other. 제 15 항에 있어서,
상기 대향돌기의 형상은 원뿔형으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 15,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the shape of the opposite projection is formed in a conical shape. 제 15 항에 있어서,
상기 제2 신축부의 대향돌기에 전도성 있는 물질을 코팅하는 단계;를 더 포함하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 15,
The manufacturing method of the self-powered stretchable ion gel sensor further comprising the step of coating a conductive material on the opposite protrusion of the second stretchable part. 제 13 항에 있어서,
상기 제1 신축부와 제2 신축부가 서로 일정 간격이 유지되도록 스페이서를 장착하는 단계;를 더 포함하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor further comprising mounting a spacer so that the first stretchable part and the second stretchable part are maintained at a predetermined distance from each other. 제 14 항에 있어서,
상기 제2 신축부의 양면 중 대상체와 맞닿는 면에 접촉돌기를 형성시키는 단계;를 더 포함하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.15. The method of claim 14,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor further comprising forming a contact protrusion on a surface of the second stretchable part that comes into contact with the object. 제 19 항에 있어서,
상기 접촉돌기의 형상은 원뿔형으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 19,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the shape of the contact protrusion is formed in a conical shape. 제 13 항에 있어서,
상기 제1 신축부의 절연물질은 PVC가 사용되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that PVC is used as the insulating material of the first stretchable part. 제 13 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서, [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4] 및 [BMI][TFSI]로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The ionic liquid is a cationic liquid having positive and negative charges, characterized in that it is selected from the group consisting of [EMIM] [TFSI], [BMI] [PF6], [EMI] [BF4] and [BMI] [TFSI] A method for manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor. 제 13 항에 있어서
상기 제2 신축부의 압전물질은 PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, 및 PVDF-HFP로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the piezoelectric material of the second stretchable part is selected from the group consisting of PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CFE, and PVDF-HFP. 제 13 항에 있어서,
상기 제1 신축부 및 제2 신축부의 가소제는 DBA인 것을 특징으로 하는 자가구동형 신축성 이온 겔 센서의 제조방법.According to claim 13,
The method of manufacturing a self-powered stretchable ion gel sensor, characterized in that the plasticizer of the first stretchable part and the second stretchable part is DBA.
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KR20180069990A (en) * 2016-12-15 2018-06-26 연세대학교 산학협력단 High sensitive flexible pressure sensor and method thereof
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