하태준 교수(전자재료공학과), 초미세 압력과 터치를 구별할 수 있는

 웨어러블 멀티 센서 개발

- 국제 저명 학술지 ACS applied materials & interfaces (IF : 9.229) 저널 커버 선정 -

(좌측부터) 석박사 통합과정 박상준, 하태준 교수, 석박사 통합 과정 강병철

본교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 산화 아연 나노와이어(ZnO nanowire)와 polydimethylsiloxane (PDMS) 기반 하이브리드 유전체를 감지층으로 사용하고 탄소 나노튜브기반의 유연 전극을 이용하여 초미세 압력과 터치를 구별할 수 있는 정전용량 방식의 웨어러블 멀티 센서를 개발하였다.

이번 연구 결과는 ACS publications에서 발행하는 나노 과학 및 나노 기술 분야에서 최상위 국제 학술지인 ACS applied materials & interfaces(IF : 9.229)에 Wearable Pressure/Touch Sensors Based on Hybrid Dielectric Composites of Zinc Oxide Nanowires/Poly(dimethylsiloxane) and Flexible Electrodes of Immobilized Carbon Nanotube Random Networks 제목으로 게재되었으며 Supplementary cover에 선정되었다.

(참조: https://doi.org/10.1021/acsami.1c10961)

기존 탄성체 기반 정전용량형 압력센서는 두 전극 사이에 위치하는 유전층에서의 물리적 변화에 따라 검지능력이 결정되기 때문에 압력 분해능 및 감도가 떨어진다는 문제점을 지니고 있다. 뿐만 아니라 센서에서 전극으로 사용되는 금속층의 경우, 유전체에 비해 탄성과 회복력이 부족하기 때문에 외부 충격에 의해 센서의 성능이 저하될 가능성이 높다는 문제가 있다. 또한 유전체의 탄성력에 의존하는 기존 정전용량식 압력센서는 초미세 압력과 터치를 구별해서 감지하지 못한다는 한계가 있어왔다.

이에 본 연구팀은 산화아연 나노와이어의 분극 현상을 이용하여 유전체의 유효 유전율을 효과적으로 변화시킬수 있다는 점에 착안하여 20pa 수준의 미세 압력에서도 실시간 신호 분석이 가능한 고감도 압력센서를 개발하였다. 또한, 기계적 변형에도 전기적 신호가 영향을 받지 않는 탄소 나노튜브 random networks 기반의 유연 전극을 적용하여 웨어러블 압력 센서의 동작 안정성을 확보하였고 fringe effect를 기반으로 터치 자극에 대해 음의 정전용량 거동을 분석하여 초미세 압력과 터치 자극을 정전용량 방식으로 구별할 수 있는 단일 멀티 센서를 개발하였다.

한편, 이번 연구는 광운대학교 단독 연구로 미래창조과학부가 주관하는 한국연구재단 중견연구사업 지원으로 수행되었으며, 하태준 교수는 2020년 LG 연암 국제 공동연구 지원 사업에 선정 되었다.

ZnO NWs@PDMS 유전체 및 Immobilized CNT 유연 전극에 기반한 압력/터치 멀티 센서의 성능 분석

ACS applied materials & interfaces에 게재된 커버 이미지 (https://pubs.acs.org/toc/aamick/13/35)