Modem applications could benefit from multifunctional materials having anisotropic optical, electrical, thermal, or mechanical properties, especially when coupled with locally controlled distribution of the directional response. Such materials are difficult to engineer by conventional methods, but the electric field-aided technology presented herein is able to locally tailor electroactive composites. Applying an electric field to a polymer in its liquid state allows the orientation of chain- or fiber-like inclusions or phases from what was originally an isotropic material. Such composites can be formed from liquid solutions, melts, or mixtures of pre-polymers and cross-linking agents. Upon curing, a 'created composite' results; it consists of these 'pseudofibers' embedded in a matrix. One can also create oriented composites from embedded spheres, flakes, or fiber-like shapes in a liquid plastic. Orientation of the externally applied electric field defines the orientation of the field-aided self-assembled composites. The strength and duration of exposure of the electric field control the degree of anisotropy created. Results of electromechanical testing of these modified materials, which are relevant to sensing and actuation applications, are presented. The materials' micro/nanostructures were analyzed using microscopy and X-ray diffraction techniques.
Transparent and flexible electronic devices that are light-weight, unbreakable, low power consumption, optically transparent, and mechanical flexible possibly have great potential in new applications of digital gadgets. Potential applications include transparent displays, heads-up display, sensor, and artificial skin. Recent reports on transparent and flexible field-effect transistors (tf-FETs) have focused on improving mechanical properties, optical transmittance, and performances. Most of tf-FET devices were fabricated with transparent oxide semiconductors which mechanical flexibility is limited. And, there have been no reports of transparent and flexible all-organic tf-FETs fabricated with organic semiconductor channel, gate dielectric, gate electrode, source/drain electrode, and encapsulation for sensor applications. We present the first demonstration of transparent, flexible all-organic sensor based on multifunctional organic FETs with organic semiconductor channel, gate dielectric, and electrodes having a capability of sensing infrared (IR) radiation and mechanical strain. The key component of our device design is to integrate the poly(vinylidene fluoride-triflouroethylene) (P(VDF-TrFE) co-polymer directly into transparent and flexible OFETs as a multi-functional dielectric layer, which has both piezoelectric and pyroelectric properties. The P(VDF-TrFE) co-polumer gate dielectric has a high sensitivity to the wavelength regime over 800 nm. In particular, wavelength variations of P(VDF-TrFE) molecules coincide with wavelength range of IR radiation from human body (7000 nm ~14000 nm) so that the devices are highly sensitive with IR radiation of human body. Devices were examined by measuring IR light response at different powers. After that, we continued to measure IR response under various bending radius. AC (alternating current) gate biasing method was used to separate the response of direct pyroelectric gate dielectric and other electrical parameters such as mobility, capacitance, and contact resistance. Experiment results demonstrate that the tf-OTFT with high sensitivity to IR radiation can be applied for IR sensors.
In this work, water-soluble and blue-emitting carbon nanodots (CDs) were synthesized from apple peels for the first time via one-step hydrothermal method. The synthetic route is facile, green, economical and viable. The as-prepared CDs were characterized thoroughly by transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Raman, Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron (XPS), fluorescence and UV-Vis absorption spectroscopy in terms of their morphology, surface functional groups and optical properties. The results show that these CDs possessed ultrasmall size, good dispersivity, and high tolerance to pH, ionic strength and continuous UV irradiation. Significantly, the CDs had fast and reversible response towards temperature, and the accurate linear relationship between fluorescence intensity and temperature was used to design a novel nanothermometer in a broad temperature range from 5 to $65^{\circ}C$ facilely. In addition, the fluorescence intensity of CDs was observed to be quenched immediately by Cr(VI) ions based on the inner filter effect. A low-cost Cr(VI) ions sensor was proposed employing CDs as fluorescent probe, and it displayed a wide linear range from 0.5 to $200{\mu}M$ with a detection limit of $0.73{\mu}M$. The practicability of the developed Cr(VI) sensor for real water sample assay was also validated with satisfactory recoveries.
Loc, Vo Gia;Kang, Tae-Hun;Song, Hyun-Sup;Choi, Hyouk-Ryeol
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
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pp.314-319
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2005
When a robot navigates in the real environment, it frequently meets various environments that can be expressed by simple geometrical shapes such as fiat floor, uneven floor, floor with obstacles, slopes, concave or convex corners, etc. Among them, the convex corner composed of two plain surfaces is the most difficult one for the robot to negotiate. In this paper, we propose a gait planning algorithm to help the robot overcome the convex environment. The trajectory of the body is derived from the maximum distance between the edge boundary of the corner and the bottom of the robot when it travels in the convex environment. Additionally, we find the relation between kinematical structure of the robot and its ability of avoiding collision. The relation is realized by considering the workspace and the best posture of the robot in the convex structure. To provide necessary information for the algorithm, we use an IR sensor attached in the leg of the robot to perceive the convex environment. The validity of the gait planning algorithm is verified through simulations and the performance is demonstrated using a quadruped walking robot, called "MRWALLSPECT III"( Multifunctional Robot for WALL inSPECTion version 3).
Nondestructive sensing of electrospun PYDF web and multi-wall carbon nanotube (MWCNT)/epoxy composites were investigated using electro-micromechanical technique. Electrospinning is a technique used to produce micron to submicron diameter polymeric fibers. Electrospun PVDF web was also evaluated for the sensing properties by micromechanical test and by measurement electrical resistance. CNT composite was especially prepared for high volume contents, 50 vol% of reinforcement. Electrical contact resistivity on humidity sensing was a good indicator for monitoring as for multifunctional applications. Work of adhesion using contact angle measurement was studied to correlate acid-base surface energy between carbon fiber and CNF composites, and will study furher for interfacial adhesion force by micromechanical test.
현재 스마트 기기의 개발과 근거리 통신 기술의 발전으로 사물인터넷(IOT)에 관련한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 임베디드 리눅스 및 안드로이드 운영체제(OS) 환경에서 근거리 통신 네트웍을 손쉽게 할 수 있는 인터페이스 보드를 설계 제작하였고, IoT 센서 모듈과 디바이스 드라이버 모듈 제작하였다. 디바이스들은 인터페이스 보드와 분리, 교체가 가능하게 하여 사물인터넷(I0T) 구현이 용이하도록 하였고, 안드로이드를 이용해 몇 가지 센서들을 제어할 수 있는 앱을 구현하였다.
Aram Lee;Minji Kang;Do Young Kim;Hee Yoon Jang;Ji-Won Park;Tae-Wook Kim;Jae-Min Hong;Seoung-Ki Lee
한국전기전자재료학회논문지
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제37권4호
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pp.420-426
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2024
This study proposes an innovative methodology for developing flexible printed circuit boards (FPCBs) capable of conforming to three-dimensional shapes, meeting the increasing demand for electronic circuits in diverse and complex product designs. By integrating a traditional flat plate-based fabrication process with a subsequent three-dimensional thermal deformation technique, we have successfully demonstrated an FPCB that maintains stable electrical characteristics despite significant shape deformations. Using a modified polyimide substrate along with Ag flake-based conductive ink, we identified optimized process variables that enable substrate thermal deformation at lower temperatures (~130℃) and enhance the stretchability of the conductive ink (ε ~30%). The application of this novel FPCB in a prototype 3D-shaped sensor device, incorporating photosensors and temperature sensors, illustrates its potential for creating multifunctional, shape-adaptable electronic devices. The sensor can detect external light sources and measure ambient temperature, demonstrating stable operation even after transitioning from a planar to a three-dimensional configuration. This research lays the foundation for next-generation FPCBs that can be seamlessly integrated into various products, ushering in a new era of electronic device design and functionality.
Kim, Jin Hee;Rhee, Inkyu;Jung, Yong Chae;Ha, Sumin;Kim, Yoong Ahm
Carbon letters
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제24권
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pp.90-96
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2017
We demonstrated the sensitivity of optically active single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with a diameter below 1 nm that were homogeneously dispersed in cement composites under a mechanical load. Deoxyribonucleic acid (DNA) was selected as the dispersing agent to achieve a homogeneous dispersion of SWCNTs in an aqueous solution, and the dispersion state of the SWCNTs were characterized using various optical tools. It was found that the addition of a large amount of DNA prohibited the structural evolution of calcium hydroxide and calcium silicate hydrate. Based on the in-situ Raman and X-ray diffraction studies, it was evident that hydrophilic functional groups within the DNA strongly retarded the hydration reaction. The optimum amount of DNA with respect to the cement was found to be 0.05 wt%. The strong Raman signals coming from the SWCNTs entrapped in the cement composites enabled us to understand their dispersion state within the cement as well as their interfacial interaction. The G and G' bands of the SWCNTs sensitively varied under mechanical compression. Our results indicate that an extremely small amount of SWCNTs can be used as an optical strain sensor if they are homogeneously dispersed within cement composites.
니켈-나노분말/에폭시 복합재료의 계면 특성과 소수성을 자체-감지능과 작동기 측정을 위해 평가하였다. 경사형 시편을 사용하여 접촉 저항 및 저항도를 측정하였다. 자기장에서 복합재료의 작동성을 세가지 파형들, 즉, 싸인, 삼각, 그리고 사각파를 사용하여 평가하였다. 균일하지 않은 표면에 존재하는 소수성 영역 때문에 Ni-에폭시 나노복합재료의 어떤 부분은 초소수성보다는 다소 낮은 접촉각인 110도를 가졌다. 동적 접촉각은 정적 접촉각과 경향이 상호 일치함을 보였다. 니켈-나노분말의 고유의 금속성질 때문에 자체 감지를 확인하였으며, 또한 전자기장에 작동 반응을 잘 하였다. 니켈-나노분말/에폭시 복합재료의 최대 및 최적의 성능을 얻기 위해서, 레이져 변위 센서를 사용하여, 파형, 주파수, 그리고 전압의 함수로 작동기의 변위를 평가하였다. 니켈-나노분말/에폭시 복합재료의 작동은 적용된 주파수와 전압의 함수로써 증가하였다. 작동된 복합재료들의 연신율은 전압의 증가에 따라 삼각 혹은 사각파보다 싸인파에서 더욱 빨리 증가하였다.
Diaz Lantada, A.;Lafont Morgado, P.;Munoz-Guijosa, J.M.;Munoz Sanz, J.L.;Echavarri Otero, J.;Chacon Tanarro, E.;De la Guerra Ochoa, E.
Smart Structures and Systems
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제14권4호
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pp.517-539
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2014
The combined use of smart materials, complementing each others' characteristics and resulting in devices with optimised features, is providing new solutions in many industries. The use of ingenious combinations of smart materials has led to improvements in actuation speed and force, signal-to-noise ratio, sensor precision and unique capabilities such as self-sensing self-healing systems and energy autonomy. This may all give rise to a revival for numerous families of smart materials, for which application proposals had already reached a stationary situation. It may also provide the boost needed for the definitive industrial success of many others. This study focuses on reviewing the proposals, preliminary studies and success cases related to combining smart materials to obtain multifunctional, improved systems. It also examines the most outstanding applications and fields for the combined use of these smart materials. We will also discuss related study areas which warrant further research for the development of novel approaches for demanding applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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