계층적 다공성 PDMS 기반 플렉서블 압력 센서 제작 및 평가

Abstract

웨어러블 기기로 사용되는 압력 센서는 불규칙한 표면에 장착되거나 다양한 크기의 자극을 받을 수 있다. 따라서, 웨어러블 기기에 사용되는 압력 센서는 유연한 구조와 넓은 범위의 압력 측정 범위를 가지고 있어야 하며, 동시에 높은 민감도를 가져야 한다. 본 논문에서는 설탕 입자와 W/O 에멀전을 사용하여 경제적이고 간단한 방법으로 계층적 다공성 PDMS를 제작했다. 두 종류의 기공이 내부에 분포한 계층적 다공성 PDMS는 플렉서블 Capacitive pressure sensor의 유전체로 사용되었다. 제작된 Capacitive pressure sensor는 기공이 없는 PDMS를 유전체로 사용한 센서에 비해 22.5 배 높은 민감도를 갖는다 (0.18 kPa-1). 또한, 매우 넓은 측정 범위를 갖는다 (0-400 kPa). 뿐만 아니라, 본 논문에서는 유한요소해석을 사용하여 계층적 다공성 PDMS의 압축 거동을 분석하고 센서에서 발생하는 심각한 비선형성 문제를 고찰했다. 마지막으로, 웨어러블 기기로써의 활용성을 알아보기 위해 제작된 센서를 손가락과 마스크에 붙이고 호흡 상태, 움직임 등을 측정하였다. 이를 통해 본 연구에서 제작한 플렉서블 센서는 웨어러블 기기로 활용되기에 충분한 Sensitivity와 내구성을 갖는다는 것을 확인했다.