• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제48권9호
• /
• pp.31-39
• /
• 2011

본 논문에서는 Carbon Nanotube(CNT) 센서 어레이를 위한 저 전력, 소 면적의 신호 검출 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 신호 검출회로, 디지털 제어기, UART I/O로 구성된다. 신호 검출회로는 VGA를 공유하는 64개의 transimpedance amplifier(TIA)와 11비트 해상도의 successive approximation register-ADC(SAR-ADC)를 사용하였다. TIA는 센서의 전압 바이어스 및 전류를 증폭하기 위한 active input current mirror(AICM)와 증폭된 전류를 전압으로 변환하는 저항 피드백 방식의 VGA(Variable Gain Amplifier)로 구성되어있다. 이러한 구조는 큰 면적과 많은 전력을 필요로 하는 VGA를 공유하기 때문에 다수의 센서 어레이에 대해 검출 속도의 저하 없이 저 전력, 소 면적으로 신호 검출이 가능하게 한다. SAR-ADC는 저 전력을 위하여 입력 전압 level에 따라 하위 bit의 동작을 생략하는 수정된 알고리즘을 사용하였다. ADC 및 센서의 선택은 UART Protocol 기반의 디지털 제어기에 의해 선택되며, ADC의 data는 UART I/O를 통해 컴퓨터와 같은 단말기를 통해 모니터링 할 수 있다. 신호 검출회로는 0.13${\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되었으며 면적은 0.173 $mm^2$이며 640 sample/s의 속도에서 77.06${\mu}W$의 전력을 소모한다. 측정 결과 10nA - 10${\mu}A$의 전류 범위에서 5.3%의 선형성 오차를 가진다. 또한 UART I/O, 디지털 제어기는 0.18${\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였으며 총면적은 0.251 $mm^2$ 이다.

• 감성과학
• /
• 제24권4호
• /
• pp.129-138
• /
• 2021

본 연구의 목적은 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반의 신축성 직물 센서의 모양과 의복 상 부착 위치가 아동의 사지 관절 동작 센싱 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 아동의 사지 동작 센싱에 적합한 직물 동작 센서의 요건을 규명하고자 하였다. 실험 대상 아동에게 2종의 센서 모양과 2개의 센서 부착 위치에 따라 조작된 실험복을 착의시킨 후 60 deg/sec의 속도로, 팔과 다리의 굽힘-폄 동작(60°, 90°의 동작 각도별로 10회씩 3회 반복 동작, 총 60회 동작)에 의한 직물 센서의 신장과 수축에 따른 전압의 변화량을 측정하였으며, 가속도 센서를 함께 부착하여, 센싱 결과의 일치도를 분석함으로써 신뢰도를 검증하였다. 실험 결과 아동의 팔과 다리 동작을 가장 효율적으로 측정할 수 있는 직물 센서의 구성 요건은 장방형 모양 센서 및 관절로부터 4cm 아래 부위에 부착된 센서로 나타났다. 본 연구에서는 아동의 사지 동작 측정에 적합한 직물 센서를 개발하고 관절동작 센싱에 적합한 센서의 모양과 의복 상 부착 위치에 대한 조건을 분석하였으며, 의복에 통합된 유연한 직물 센서를 활용하여 인체 부위별 동작 센싱이 가능하다는 것을 규명하였다.

• 감성과학
• /
• 제24권4호
• /
• pp.117-128
• /
• 2021

본 연구의 목적은 마우스 사용 시 손목터널증후군을 예방할 수 있는 스마트장갑을 연구하는 것이다. 연구에 앞서 손목의 좌·우 움직임은 미세하므로 게이지율(Gauge Factor)이 크고, 이력현상(Hysteresis)이 적은 인장 직물 센서가 필요하다. 만능재료시험기(UTM)를 통해 4가지의 직물을 분석하여 각각의 게이지율을 계산하고, 이력현상도 가장 적은 직물을 선택하였다. 또한, 3가지 부착방법을 아두이노로 분석하여 센서값 변화(△Sensor Value) 값이 큰 방법을 선택하였다. 선택된 직물과 부착방법으로 제작한 프로토타입을 아두이노를 통해 데이터 패턴을 분석하였다. 첫 번째는 센서 1개(A 센서)로만 파악하는 방법이고, 두 번째로는 센서 2개(A, B 센서)로 파악하는 방법이다. 손목 왼쪽(A 센서), 손목 오른쪽(B 센서) 양쪽에 인장 직물 센서를 부착하고, 손목을 오른쪽으로 꺾을 때 A 센서는 늘어나서 △Sensor Value 값이 커지고, B 센서는 줄어들어서 △Sensor Value가 작아진다. 반면에 손목을 왼쪽으로 꺾을 때는 반대로 패턴이 분석되었다. 본 연구를 통해 손목이 꺾일 시 LED가 켜지는 알고리즘으로 손목터널증후군을 예방하는 스마트장갑을 연구하였고, 본 연구 결과를 기반으로 후속 연구에서는 10명을 대상으로 직접 마우스를 사용하면서 실제 사용 시 문제점을 파악하고 파악된 문제점을 해결하고자 한다.

• 반도체디스플레이기술학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.54-61
• /
• 2018

In this study, two aspects were analyzed about the robot for removal of explosive devices. First, the cost analyses were performed to provide a reasonable solution for the acquirement of the system. It is processed by an engineering estimate method and the process was consisted of two ways : a system development expense and a mass production unit price. In additions, the resultant cost analyses were compared between the cases excluding and including a mines detection system. As results, in the case of the acquirement of the robot system for removal of explosive devices, it is recommended that the performance by improving the mines detection ability should be considered preferentially rather than the cost because the material cost for the mines detection system is negligible compared to the whole system cost. Second, as a way for improving the system performance by the mine detection function, the carbon nanotube (CNT) based sensor technology was studied in terms of sensitivity and simple productivity with presenting its preliminary experimental results. The detection electrodes were formed by a photolithography method using a photosensitive CNT paste. As results, this method was shown as a scalable and expandable technology for the excellent mines detection sensors.

• 감성과학
• /
• 제25권4호
• /
• pp.45-52
• /
• 2022

최근 신체활동에 대해 인식하는 센서와 그 제품군에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다. 특히 유연하고 연신이 가능하며 사용자의 생체신호를 감지할 수 있는 웨어러블 소재에 대한 개발이 주목받고 있다. 본 연구에서는 소수성 소재에 Micro Needle을 통해 미세 구멍을 형성한 후 SWCNT 분산용액에 대한 함침 효율을 향상시키는 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 구멍을 뚫지 않은 소재를 대조(control) 군으로 함침을 진행, 비교 분석하였다. 센서의 전기전도도를 평가하기 위해 Strain UTM (Universal Testing Machine, UTM, Dacell)과 저항을 측정하는 멀티미터(Keysight)를 이용해 센서를 인장했을 때의 센서의 전기전도도를 측정하였다. 또한 센서의 내구성을 평가하기 위해 시료별로 500회 인장을 진행한 후에 센서의 전기전도도를 평가하였다. 그 결과 Needling을 한 센서의 전기전도성이 Needling을 하지 않은 센서에 비해 최소 16배 이상 뛰어남을 알 수 있었다. 또한 센서의 초기 저항에 비해 게이지 팩터도 우수해 센서로서 좋은 성능을 확인할 수 있었다. 이를 통해 친수성 소재에 비해 물성이 뛰어나지만, 높은 표면장력 때문에 함침 효율이 좋지 않았던 소수성 소재의 함침 효율을 높여 신체의 움직임을 더 효과적으로 감지하고 내구성과 활용 가능성이 뛰어난 센서를 제작했다.

• 감성과학
• /
• 제22권4호
• /
• pp.97-106
• /
• 2019

본 연구의 목적은 직물형 스트레인게이지 센서의 종류와 측정 위치가 호흡 신호 검출 성능에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 본 연구에서는 호흡 신호 측정을 위하여 두 가지 종류의 센서를 구현하고 이를 밴드에 부착하여 호흡신호를 검출하였다. 20대의 건강한 남성 8명을 대상으로 호흡 측정 밴드 2종을 순차적으로 피험자에게 착용하도록 하였다. 피험자가 편안하게 서 있는 상태에서 분당 15회의 호흡을 동기화시켰다. 30초 동안의 호흡 신호를 측정하고 10초간 휴식을 취하도록 한 후 다시 30초 동안의 호흡 신호를 반복 측정하였다. 측정 위치는 흉부와 복부에서 각각 측정하였다. 또한 동작 상태에서의 호흡 측정 성능을 검증하기 위하여 피험자를 80SPM의 속도로 제자리에서 걷게 하고 이 때의 호흡 신호를 동일한 실험 방법으로 측정하였다. 한편 참조 신호를 획득하기 위해 'BIOPAC Systems, Inc.'의 SS5LB를 착용하게 한 후 동시에 측정하였다. 센서의 종류, 측정 위치, 동작 상태의 총 8개 조합의 집단 간 측정 성능의 차이를 검증하기 위해서 SPSS 24.0을 사용하여 Kruskal-Wallis test와 Bonferroni 사후검정을 실행하였다. 또한 센서 종류, 측정 위치, 동작 상태에 따라 각각 차이가 있는지를 분석하기 위해 Wilcoxon test를 실시하였다. 분석 결과 동작 상태와 관계없이 CNT기반의 직물센서를 통해 흉부에서 호흡 신호를 측정 했을 때 호흡 신호 검출 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 기반으로 향후에는 야외 환경에서 또는 일상활동 중에도 동작에 방해 없이 다양한 생체신호를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 가슴벨트형 웨어러블 플랫폼을 개발하고자 한다.

• 세라미스트
• /
• 제22권1호
• /
• pp.96-106
• /
• 2019

Semiconducting carbon-based nanomaterials including single-walled carbon nanotubes(SWCNTs), multi-walled CNT(MWCNTs), graphene(GR), graphene oxide(GO), and reduced graphene oxide(RGO), are very promising sensing materials due to their large surface area, high conductivity, and ability to operate at room temperature. Despite of these advantages, the semiconducting carbon-based nanomaterials intrinsically possess crucial disadvantages compared with semiconducting metal oxide nanomaterials, such as relatively low gas response, irreversible recovery, and poor selectivity. Therefore, in this paper, we introduce a variety of strategies to overcome these disadvantages and investigate principle parameters to improve gas sensing performances.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.91-91
• /
• 2010

현재 나노크기의 나노소자에 대한 관심과 연구가 활발히 진행 중에 있고, 나노소자 제작을 위한 나노구조체 연구에도 탄력을 받고 있다. 나노구조체 연구 중에서도 탄소나노튜브(CNT)와 실리콘이 많이 연구되고 있으나 CNT의 경우 금속과 반도체 등 전기적 특성이 혼재되어 분리기술이 필요하며, 실리콘 기반의 나노구조체들은 공기 중에 노출되었을 경우 자연 산화막 생성에 대한 문제점들이 대두되고 있다. 이러한 기존 나노구조체들의 문제점들을 극복하기 위해 산화물 계열의($InO_3$, ZnO와 $SnO_2$ 등) 나노구조체들이 화학, 광학 및 생화학 센서등의 다양한 응용 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 thermal evaporation법으로 tube furnace 장비를 이용하여 온도($500{\sim}900^{\circ}C$)변화에 따른 ZnO nanorod를 성장시켰다. 성장된 ZnO nanorod의 구조적 특성을 확인하기 위하여 전계방출주사전자현미경(SEM)을 측정한 결과 ZnO nanorod들은 직경 50~80nm, 길이는 400~1000nm 이상까지 다양한 직경과 길이를 가지고 성장되었으며 $800^{\circ}C$ 에서 성장된 ZnO nanorod가 가장 곧고 이상적인 nanorod의 형태를 이루는 것을 확인할 수 있었다. Nanorod는 온도가 높아질수록 nanowire로 성장됨에 따라 본 연구에서 $800^{\circ}C$ 에서는 nanorod형태를 이루고 있으나 $900^{\circ}C$에서부터 nanowire의 형태로 성장되었다. 또한 성장된 ZnO nanorod들의 X-선 회절패턴(XRD)을 측정 결과 ZnO의 (002) 우선 배양성 때문에 성장된 nanorod 또한 (002) 방향으로 성장되었음을 확인하였다. 이 연구를 통하여 온도를 조절함으로서 ZnO nanorod의 성장제어가 가능함을 확인하였고, 특성 분석을 통하여 발광소자, Solar Cell로의 응용가능성을 확인하였다.

• 센서학회지
• /
• 제32권5호
• /
• pp.290-294
• /
• 2023

Among various types of harmful gases, hydrogen sulfide is a strong toxic gas that is mainly generated during spillage and wastewater treatment at industrial sites. Hydrogen sulfide can irritate the conjunctiva even at low concentrations of less than 10 ppm, cause coughing, paralysis of smell and respiratory failure at a concentration of 100 ppm, and coma and permanent brain loss at concentrations above 1000 ppm. Therefore, rapid detection of hydrogen sulfide among harmful gases is extremely important for our safety, health, and comfortable living environment. Most hydrogen sulfide gas sensors that have been reported are electrical resistive metal oxide-based semiconductor gas sensors that are easy to manufacture and mass-produce and have the advantage of high sensitivity; however, they have low gas selectivity. In contrast, the electrochemical sensor measures the concentration of hydrogen sulfide using an electrochemical reaction between hydrogen sulfide, an electrode, and an electrolyte. Electrochemical sensors have various advantages, including sensitivity, selectivity, fast response time, and the ability to measure room temperature. However, most electrochemical hydrogen sulfide gas sensors depend on imports. Although domestic technologies and products exist, more research is required on their long-term stability and reliability. Therefore, this study includes the processes from electrode material synthesis to sensor fabrication and characteristic evaluation, and introduces the sensor structure design and material selection to improve the sensitivity and selectivity of the sensor. A sensor case was fabricated using a 3D printer, and an Ag reference electrode, and a Pt counter electrode were deposited and applied to a Polytetrafluoroethylene (PTFE) filter using PVD. The working electrode was also deposited on a PTFE filter using vacuum filtration, and an electrochemical hydrogen sulfide gas sensor capable of measuring concentrations as low as 0.6 ppm was developed.

• 한국전자파학회논문지
• /
• 제19권8호
• /
• pp.891-898
• /
• 2008

본 논문에서는 인터디지털 커패시트 기반의 단일벽 탄소 나노 튜브(single-walled carbon nanotube, SWNT)를 이용한 바이오 물질 검출에 관한 연구를 수행하였다. 먼저 인터디지털 커패시트의 경우, 다음으로 $5\;{\mu}m$ 틈 사이에 SWNT 경우, 그리고 SWNT 상에 biotin이 고정된 경우, 마지막으로 biotin과 streptavidin이 고정화된 경우, 공진 주파수는 각각 10.02 GHz, 11.02 GHz, 10.82 GHz, 10.22 GHz로 나타났다. 이러한 공진 주파수의 민감한 변화는 유전 상수값이 다른 두 바이오 물질이 결합함에 따라 커패시턴스 값이 달라질 것이라는 가정 하에, 측정된 결과를 근거로 등가회로를 구현함으로써 실제로 커패시턴스 값들이 달라짐을 확인할 수 있었다. SWNT 상에 biotin이 고정된 경우와 biotin과 streptavidin이 고정화된 경우, 커패시턴스 값은 각각 $C_b=0.55\;pF$, $C_s=0.95\;pF$으로 나타났다. 본 연구를 통해서, 탄소 나노 튜브상에 특정 바이오 물질간의 결합이 커패시턴스 값의 변화를 유발시키게 되고, 이로 인해서 공진 주파수가 변화됨을 실험적으로 증명하였다. 결론적으로, 제안된 바이오 센싱 소자는 표적 바이오 물질(streptavidin)이 결합할 때 큰 공진 주파수 변화를 일으킴으로 CNT 바이오센서로서 충분한 가능성이 있음을 확인하였다.