유연한 그래핀을 이용한 힘 센서의 제작 및 특성 연구

Abstract

인체 혹은 생체와의 친화성, 휴대성, 적용환경의 확장성을 확보하기 위해 기존의 전자소자의 기능을 유연한 기판에서 구현하려고하는 기술적인 시도가 Soft electronics의 개념에서 제안되었고, 기술의 발전은 기존의 전자소자의 기능뿐 아니라, Soft electronics라는 개념 속에서 인간의 오감이 직접적으로 구현되는 정보의 입출력 방식이나, 다양한 방식으로 표출되는 생체 신호를 검지할 수 있는 새로운 전자소자의 도래가 기대되어진다. 인간의 오감 중 압력의 감지를 기반으로 하는 촉감은 이미 디스플레이와 결합하여 터치스크린방식의 인체친화적인 정보입력기능으로 실용화되고 있으며, 유연한 힘 센서는 유연한 터치스크린, 입는 컴퓨터, 인공피부 등 다양한 활용분야가 제시된다. 특히, 휴머노이드용 센서, 질감 전달 기기, 촉감가상현실, 고성능 입력인터페이스, 의료용 및 산업용 기기 등 촉감을 기본으로 하는 응용분야에서 정량화된 표면 특성 정보를 제공할 수 있는 유연한 힘 센서는 인간의 오감을 구현하는 입출력 인터페이스들과 결합하여 보다 사물과 공간에 대한 실제적인 인지를 제공하는 전자소자의 핵심 구성요소가 된다. 본 논문에서는 그래핀을 이용하여 유연한 기판위에 집적화가 가능한 힘 센서를 제작하고, 인간의 손가락 끝의 지문구조를 모방한 인공지문구조의 도입으로 압력의 유무, 크기뿐만 아니라 접촉된 물질의 표면 특성까지 감지할 수 있는 유연한 힘 감지소자를 제작하고자 하였다. 이로 부터 고감도의 Sheer force 검지 특성을 확보하여, 생체 촉각수용체의 동작 기능에 준하는 감지능력과 구동 메커니즘을 구현하여 사물의 미세 진동, 생체내의 압력신호 및 질감특성을 분리/인지하는 감지 시스템적 기능을 단일소자에서 구현하여 촉감응용 기기를 위한 Soft electronics 분야의 핵심 구성소자로 제시하는 것을 연구의 목표로 하였다.