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연세소식

[연구 프론티어] 심우영·이태윤 교수팀, 종이 기반 고민감도 3D 터치센서 개발

심우영·이태윤 교수팀, 종이 기반 고민감도 3D 터치센서 개발

 

종이와 미술용 연필을 활용해 고민감도 터치 감지

 

심우영 교수

 

이태윤 교수

 

심우영(신소재공학과)·이태윤(전기전자공학과) 교수 연구팀이 사무용 종이를 이용하여 고감도 3D 터치 센서를 개발했다.

 

기존의 압력센서 연구는 압력 감지의 민감도와 반응속도를 향상시키기 위해 표면에 인공적인 미세구조를 형성하는 방법을 사용했으나 이 과정에서 복잡한 공정이 요구되어 고비용을 요구하는 단점이 있었다. 본 연구팀은 일반 종이 고유의 거친 표면을 미세구조로 활용함으로써 별도의 표면처리 공정 없이 저비용으로 제작 가능한 높은 민감도(0.62 kPa-1)와 반응시간(200ms), 안정성을 가지는 고성능 종이 터치센서를 개발했다.

 

연구팀은 전도성 재료로 미술용 8B 연필을 사용하여 전극을 구성했고, 유전체*로 사용되는 고분자를 용매에 희석시킨 후 초박막으로 도포하여 종이 표면의 거칠기를 보존함으로써 거친 표면이 가지는 압력감지 성능 향상을 극대화했다. 완성된 센서는 쌀 한톨(8㎎)의 무게를 명확하게 구분 가능할 정도의 초고감도 특성을 보였다.

 

또한 개발된 종이압력센서를 이용해 종이 터치패드를 제작했다. 종이 터치패드의 각 키는 개별 압력센서로 구성되어 눌리는 압력 세기를 인식할 수 있다. 사용자의 터치 세기에 따라 약한 터치와 강한 터치에 각각 소문자, 대문자를 출력하는 3D 터치기능을 구현했다.

 

심우영 교수는 “이 연구는 연필과 종이 등 주위의 흔한 재료를 사용해도 실리콘만큼 우수한 전자소자를 만들어 낼 수 있다는 개념을 제시했다는 점에 의의가 있다.”며 “인위적인 미세구조 형성을 위한 반도체 공정이 없어 공정이 간단하고 종이 소재의 특성상 가볍고 유연한 장점을 지니기 때문에 웨어러블 기기와 사물인터넷 등 산업에 널리 활용 가능할 것으로 기대될 뿐만 아니라 가격도 매우 저렴하여 일회용 소자의(disposable electronics) 새로운 시각을 제시할 수 있다.”고 연구의 의의를 설명했다.

 

본 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업, 이공분야 중점연구소지원사업, 선도연구센터지원사업, 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 스몰(Small)에 11월 14일자 논문으로 게재되었으며 표지논문으로 선정되었다.

 

*유전체 : 전기장 안에서 극성을 지니게 되는 절연체.

 

 

[그림] 종이기반의 고민감도 압력센서와 3D 포스터치 키보드. 

이번 연구의 압력센서는 종이 자체의 거친 표면을 미세구조로 활용하여 고감도의 압력 감지 성능을 구현했다. 센서는 종이 위에 연필로 전극을 칠하고 유전체 역할을 하는 PDMS를 스핀 코팅(Spin coating)하여 제작되었고 종이의 거칠기를 최대한 보존하기 위해 용매에 희석된 PDMS 사용해 초박막으로 도포되었다. 종이압력센서를 활용하여 사용자의 터치 세기에 따라 대소문자를 구분하여 출력하는 종이키보드를 제작했다.

 

2018.01.02

vol. 614
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