웨어러블 기능 의류 연구 성과: 직물 포크 손가락에 용량식 압력 센서

　　추상적: 이 문서에서는 직물에 인쇄 된 포크 콘덴서 (IDC) 기반 전자 섬유 압력 센서의 시스템 방법을 소개합니다.이 연구에서 우리는 다공성 Ecoflex, 탄소 나노 튜브 (CNT) 및 포크 전극의 조합에 기반한 고감도 와이드 스레드 압력 센서를 제안했습니다.우선 1∼300kHz 주파수 범위에서 정밀 LCR 계기를 사용해 면과 폴리에스테르 직물에 은잉크를 사용해 포크식 콘덴서를 표징한다.직물이 센서의 민감도 성능에 미치는 영향을 포함한다.둘째, 탄소 나노튜브의 체적 분수와 가스 갭이 복합 재료의 성능에 미치는 영향을 추정하고 최적화하는 것을 포함한다.체적분수 탄소나노튜브의 존재는 복합재료의 결합강도를 강화하고 센서의 변형능력을 개선했다.400kPa의 고압에서 20000회 이상의 순환 테스트를 통해 제시된 센서의 안정성을 증명했다.셋째, 탄소 나노튜브와 다공성 전매질의 결합은 0.035 (400 kPa에서) 에서 0.15 Pa _ _ - 1 KPa - 1 (50 kPa에서) 로 광범위한 감지 범위 (400 kPa에서) 를 구현합니다.마지막으로 면화와 폴리에스테르기판의 비교는 적합한 개전기판을 선택하면 센서의 민감도와 신호출력에 영향을 줄수 있다는것을 보여준다.

소개: 현재 웨어러블 센서, 특히 방직 센서는 흥미로운 문제가 되었고 연구자들의 큰 관심을 끌고 있습니다.이러한 센서 중 압력 센서의 뛰어난 성능은 차세대 플렉시블 전자 제품에서 유망한 구성 요소가되었습니다.그들은 의료 모니터, 항공학, 로봇학 등과 같은 상업적 목적 및 과학 분야에 사용됩니다 (Castano & Flatau, 2014;후앙 등, 2019년;Seyedin 등, 2019년).또한 개인 일상 활동을 방해하거나 제한하지 않고 지속적인 작업 조건에서 생리적 신호나 외부 압력을 모니터링하기 위해 피부나 옷에 붙일 수 있습니다.유연성 압력 센서를 개발하기 위해 많은 노력을 기울였다.압전, 압전, 마찰 및 저항 효과를 사용하여 압력을 측정하는 많은 방법이 있습니다.이 중 평행판 콘덴서 기반 콘덴서식 압력센서는 전력 소비량이 낮고 응답 시간이 빠르며 구조가 단순하다는 장점으로 널리 활용되고 있다.이론적으로 평행판 콘덴서의 전기 용량은 공식 (1) 에 의해 제공됩니다.

여기에는 재료의 개전 상수, 진공 개전 상수, A는 상하극판의 유효 면적, d는 두 전극 사이의 두께나 간격을 나타낸다.변화를 통해A、d，커패시터 센서는 가변 개전, 가변 면적 세 가지(Guo et al., 2019; Wan et al., 2017)와 가변 간격(Mahata 등, 2020;Ruth 등, 2020 년 ≤ rε rε 0ε 0ε rεr).이 방법에서는 두께나 개전층이 외력의 작용으로 변화하면서 센서 용량의 변화를 초래한다.방정식(1)의 매개변수 A와 d에 따라 면적이나 두께를 변경하면 압력 민감도("One-Rupee Ultrasensitive Wearable Flexible Low-Pressure Sensor - ACS Omega"nd)에 영향을 줍니다.따라서이 방법이 도달 할 수있는 민감도는 일반적으로 낮습니다 (Zang et al., 2015).플렉시블 센서에 관한 대부분의 방법은 접점식 압력 센서의 감도와 유연성을 높이는 데 집중되어 있습니다.이러한 유형은 개전층의 가변형성에 따라 달라집니다 ("기울 마이크로포스트 어레이의 향상된 플렉시블 커패시터 압력 센서 & ACS Applied Materials & Interfaces" nd; Ruth & Bao, 2020;왕등, 2020;Xiong 등, 2020년) 또는 유효면적과 두께("1루피 초민감 웨어러블 플렉시블 저압 센서 - ACS Omega"nd)를 추가한다.그러나 이러한 접근 방식은 느린 복구 시간, 높은 비용 및 미세 패브릭 제조의 복잡성을 갖습니다.또한 개전층의 고밀도 공극률은 소음을 발생시키고 센서의 안정성과 내구성에 영향을 줄 수 있다.

이 작업에서 우리는 포크 용량을 계산하는 방직 압력 센서의 설계와 실현을 제안했다.우리는 민감도를 높이기 위해 개전층의 수정에만 관심을 기울인다.이 방법은 하나의 전극만 사용하기 때문에 센서는 개전층 거리의 영향을 받지 않고 압축된 다공성 폴리머 층의 상대 개전 상수를 바꾸어 가변 용량을 측정한다.이 전극은 면직물에 인쇄된 은펄프로 만들어져 서로 교차하는 손가락이 여러 개 달린 빗과 비슷하다.본고에서 민감도를 높이는 노력은 탄성층의 개전 변화와 개전층 내 미립자의 발생이라는 두 가지 주요 연구로 나뉜다.마지막으로,

본문의 나머지 부분은 다음과 같은 몇 부분으로 나뉜다.우선 이 실험은 상대 개전 상수를 바꾸는 데 기반한 새로운 압력 기술을 도입했다.둘째, "제조"는 제시된 커패시터식 압력 센서의 제조 과정을 설명합니다.다음으로는 민감도, 비용 및 내구성의 영향을 포함한 폴리에스테르와 면 소재의 특성을 비교한'측정 결과 및 토론'이 있습니다.결국 마지막 절에서 결론이 났다.

실험적인 전도 궤도 및 에너지 교환기 원리

포크식 콘덴서는 다중 손가락 주기 구조라고 불리는 집합 회로 소자를 사용한다.평행판 콘덴서와 달리 포크 콘덴서는 측정된 재료(MUT)의 변화를 감지하기 위해 한쪽만 있으면 된다.이 설계는 병렬 콘덴서보다 높은 품질 인수를 가지고 있습니다 (Aparicio & Hajimiri, 2002).포크식 센서의 작동 원리는 두 개의 평행판 콘덴서와 같다.이 구조에서 커패시터는 손가락의 좁은 간격 사이에 나타납니다.간격이 줄어들면 커패시터가 증가합니다.센서의 형태는 그림 1과 같은 매개변수에 의해 설명됩니다.

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결론:

우리는 포크 콘덴서 (IDC) 를 사용하여 유연한 기판의 전자 섬유 압력 센서를 만드는 새로운 방법을 제안했습니다.제시된 센서는 0.035 (400 kPa 기준) 에서 0.15 Pa _ _ - 1 KPa - 1 (50 kPa 기준) 까지 고감도, 넓은 범위 (400 kPa) 를 구현 할 수 있습니다.Ecoflex와 CNT의 고탄성 특성이 결합되어 있어 개전층은 뛰어난 내구성을 실현할 수 있다.또한 제시된 센서는 400kPa 이상의 감지 범위를 가진 빠른 응답 및 복구 시간을 제공합니다.또한 센서 감도 성능에 대한 개전 기판의 영향은 신호 출력의 민감도와 감지에 중요한 역할을 한다.따라서 실제 응용 프로그램에서는 적합한 미디어 기판을 선택하는 것을 고려해야 한다.

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