다공성 Polyvinylidene Fluoride를 이용한 촉각센서 연구

Abstract

촉각센서에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있는 요즘, 가정이나 산업에서 사용하는 기기는 소형화 되고 있으며, 다양한 물리량의 측정 시 가볍고 유연성이 있는 센서가 요구되고 있다. 이러한 목적에 적합한 소재 중 기능성 고분자가 있으며, 이 중 Polyvinylidene Fluoride (PVDF)는 Piezoelectric 특성을 갖는 물질로 촉각센서에 적합하다. PVDF는 낮은 유전율과 열 전도율, 유연성을 가지고 있어 배터리 필터 등의 여러 분야에서 사용되어 왔고, 압전특성이 발표된 이후 가속도 센서, 음향센서, 촉각센서 등으로 응용되고 있다. 하지만 현재까지 상용화 된 PVDF film의 경우 외부 자극에 의해 발생하는 전압이 매우 작아 센서로 활용하려면 증폭 회로 등을 사용하여야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 상분리(Phase separation) 기법을 통해 압력 특성을 향상 시킨 Porous 구조의 PVDF 촉각센서를 제작하였다. 또한 제작된 소자는 β형 결정의 비율을 높이기 위해 Annealing을 하였으며, Porous 구조를 가지는 PVDF film은 상부에 생체모방형 지문 구조를 적용하여 물체의 표면 정보를 효과적으로 감지할 수 있도록 하였다. 제작한 소자는 SEM image를 통해 구조적 특징에 대하여 비교 분석 하였으며, Raman shift 측정을 통해 β형 결정 형성에 온도가 미치는 영향을 확인하였다. 또한 다양한 물리적 시험을 통해 porous 구조가 solid 구조에 비해 높은 민감도를 가지는 촉각센서의 구현 가능성을 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 갖는 다공성 PVDF film를 이용한 촉각센서에 대해 소개하고자 한다.