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[부산대학교] 웨어러블 디바이스에 활용 가능한 고신축성 이중 네트워크 스트레인 센서

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

분야 : 전자~전기 개발상태 5 9

미세유체장치를 이용한 이중 네트워크 구조의 전도성 미세섬유 제조방법, 이에 의하여 제조된 전도성 미세섬유 및 이를 이용하는 스트레인 센서

보유기관 및 연구자 : 부산대학교 화학교육과 / 윤진환 교수

특허정보
미세유체장치를 이용한 이중 네트워크 구조의 전도성 미세섬유 제조방법, 이에 의하여 제조된 전도성 미세섬유 및 이를 이용하는 스트레인 센서 (No : 10-2019-0038392)
거래조건 : 추후 협의

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○ 높은 신장률과 기계적 강도를 가지는 이중 네트워크 구조의 전도성 미세섬유와 이를 이용한 스트레인 센서에 관한 기술로, 우수한 민감도, 유연성, 높은 신축성을 가지므로 신체의 미세한 움직임을 감지하는 웨어러블 디바이스에 활용할 수 있음

기술 개발 배경: ○ 주로 항공기 혹은 자동차 구조물 등의 인장 또는 압축 측정을 위해 스트레인 센서가 필요함
○ 최근에는 신체의 미세한 움직임을 감지하여 건강 정보에 활용하는 웨어러블 디바이스가 각광받으면서 유연하면서 높은 신축성과 우수한 민감도를 가지는 스트레인 센서에 대한 필요성이 커지고 있음

시장동향: ○ 웨어러블 세계시장은 연평균 18.4%의 성장률로 2021년에 2억 2,230만 대가 보급될 것으로 예상
○ IoT(사물인터넷), 반도체, 인공지능(AI) 등의 발전으로 웨어러블 기기가 스마트폰을 보조하는 단순한 디지털 보조기기 수준에서 벗어나 스마트홈이나 대형 시스템과 접속, 가정 및 업무용으로 활용도가 확대될 것으로 보임

[웨어러블 디바이스 세계 시장 전망]

기술 구현: ○ 이중 네트워크 구조의 전도성 미세섬유 제조
- 이온결합 단량체, 공유결합 단량체 및 전도성 물질을 혼합한 전구체 용액과 양이온 용액을 내부 미세소관 및 외부 미세소관으로 순서대로 각각 주입하거나 또는 역순으로 각각 주입하여 이온결합 네트워크 형성
- 위에서 형성된 이온결합 네트워크에 광원을 조사하여 공유결합 네트워크 형성
→ 이온결합 네트워크, 공유결합 네트워크 및 전도성 물질이 이중으로 교차된 네트워크 형성

특장점

기존기술 한계: ○ 기존의 스트레인 센서는 연신율이 낮은 금속으로 제작되기 때문에 5% 미만의 낮은 변형률을 가짐
○ 낮은 변형률로 인해 신체 각 부분의 변형을 측정하기에 제한이 있음
○ 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 포함하는 스트레인 센서는 작동 범위가 좁은 단점이 있음
○ 신축성 있는 원사에 전도성 물질을 코팅한 스트레인 센서는 여러 번의 코팅을 통해 제작하므로 과도한 신장에 따른 영구적 크랙이 발생하면 가역적인 반복 사용이 불가함

개발기술 특성: ○ 0.1%의 해상도로 최대 400%의 범위로 작동이 가능함
○ 기계적 강도 및 신장률을 조절할 수 있으며 연속적으로 생산이 가능함
○ 고온 및 저온, 수중에서 작동이 가능함
○ 가역적으로 섬유의 길이 변화에 따른 저항의 변화를 관찰할 수 있음
○ 옥외에서 장기간 실시간으로 길이 변화의 측정이 가능함