전자/이온 분극완화 시간 분리를 통한 다중 자극(압력/인장/온도)독립적 감지형 유연 촉각센서 개발
项目来源
项目主持人
项目受资助机构
项目编号
立项年度
立项时间
研究期限
项目级别
受资助金额
学科
学科代码
基金类别
关键词
参与者
参与机构
● 응력 및 압력에 의해 고체전해질 내 그래핀의 배향 및 전자이동 경로가 변화하는 전자/이온 전하전도 하이브리드 이온채널 기반의 다중자극(압력/인장력/온도)감지형 유연 촉각센서 개발-다중자극(압력/인장/온도)감응형 하이브리드 이온채널 소재 설계-하이브리드 이온채널 내 이온 동역학 거동 및 미세 분자구조 분석-수평/수직형 MIM 구조의 저항/정전용량형 센서설계 및 센서특성 최적화-다중 역학자극 독립적 감지형 유연촉각센서 어레이 개발
◦ 본 연구에서는,역학자극 시 인가되는'응력의 방향에 따라 그래핀 배향 및 이온전도가 증가하며,압력에 따라 전자이동 경로가 증가하는 전자/이온 전하전도 하이브리드 이온채널'을 기반으로 전자 및 이온 전도현상이 제어된 압력/인장력/온도 감응형 고체전해질 복합소재를 설계하고,전기장에 의해 전극 계면에 형성되는 전기이중층(electric double layer)정전용량과 저항의 전기적 신호 변화를 독립적으로 출력 가능한 유연 촉각센서 플랫폼을 구현함.◦ 고분자 기반 고체전해질 내 무질서하게 배향되어 있는 그래핀은 이온이동경로를 형성하기 때문에,[1]그래핀의 배향도와 배향형태(수평배향,경사배향,수직배향)는 이온 거동에 영향을 미치는 중요한 요소임.따라서,인장력 인가 시 그래핀과 상호작용이 가능한 고분자 매트릭스의 연신을 통해 이온이동경로의 정렬을 유도하고,In-plane과 through-plane 방향의 전자 및 이온 전하 전도도 차이를 수평/수직형 소자 구조 Metal-Insulator-Metal(MIM)에 따라 구분함.◦ 또한,압력에 의해 전하 투과 임계 이론을 만족하는 rGO의 농도를 최적화 하여,인장에 의한 이온 전하 전도도 변화뿐만 아니라,압력에 의한 전자 전하 전도도 변화를 유도하여 다중 역학자극에 대한 감지가 가능한 하이브리드 이온채널을 설계함.더불어 외부환경의 온도에 따른 이온전도도 변화는 하이브리드 이온채널의 이온성 분극 완화시간에 독립적으로 영향을 미치기 때문에,[2]단일 소자에 압력과 인장력이 동시에 가해졌을 때,각 역학자극(압력,인장력)에 의해 다르게 출력되는 정전용량 및 저항 특성이 존재하고,이를 기반으로 자극의 종류를 정확히 판단 가능한 유연 촉각센서 소자를 개발함.
◦[기술적 측면]본 연수를 통해 창출된 연구개발성과는 기존 유연촉각센서의 한계점으로 대두되었던 i)다중자극 감지,ii)소자 간 간섭과 iii)낮은 신호 대 잡음 비를 해결할 수 있는 새로운 개념의 원천소재기술로써 관련연구의 특허출원과 학술지게재를 통해 지식재산권을 확보하여 촉각 UI/UX 인터페이스 분야의 국제적 기술 경쟁력 확보 및 관련 선도기술을 이끄는 산·학·연 기술 네트워크의 중심 역할을 할 것으로 기대됨.◦[경제적/산업적 측면]본 연구개발성과는 웨어러블 디바이스 및 생체 부착형/삽입형 센서 시스템의 핵심 기술로써 생체신호 모니터링 디바이스로 활용되어 사용자의 신체 움직임과 혈압,맥박,체온을 정확하게 감지하여 질병의 자가진단 및 조기치료가 가능한 기술임.이는 최근 수요가 급증하고 있는 바이오/메디컬 센서 산업의 국내외 시장을 선점하고,관련 신규산업을 활성화할 것으로 기대됨.또한 다중자극 감지형 유연촉각센서 개발과 관련된 첨단 소재 및 공정 개발에 따른 연계기업 활성화 및 시장을 창출할 것으로 기대됨.◦[연수 후 진로계획]본 연수과정의 경험과 연구개발 결과물을 기반으로 관련연구를 지속할 것이며,정부출원 연구기관 및 대학교육기관 소속으로 다양한 전문분야 연구자들과 협업을 통해 기능성 하이브리드 고체전해질 원천소재를 다양한 전자소자 및 바이오소자에 적용하여 연구분야를 확장하고 기술의 고도화를 도모하고자 함.