경북대학교 Display / Organic Electronics Lab.
저널명: ACS Applied Materials & Interfaces (Publisher: ACS Publication)
논문명: Topologically Engineered Strain Redistribution in Elastomeric Substrates for Dually Tunable Anisotropic Plasmomechanical Responses
논문정보: ACS Applied Materials & Interfaces, 16(5), 6337-6347 (2024)
경북대 전자공학부 김학린 교수 연구팀(Asad Nauman 박사과정생: 제1저자, Ph. D Hafiz Saad Khaliq, Ph. D Jun-Chan Choi, Jae-Won Lee 박사과정생, and Prof. Hak-Rin Kim: 교신저자)은 ACS Publication이 발행하는 국제 저널 ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 9.5) 2월호에 “Topologically Engineered Strain Redistribution in Elastomeric Substrates for Dually Tunable Anisotropic Plasmomechanical Responses” 이라는 논문명으로 연구 성과를 게재하였다.
이 연구에서는 복잡한 배선과 후처리가 필요한 기존의 웨어러블 전자 변형률 센서의 한계를 극복하기 위해 신축 방향과 작용하는 힘의 크기에 따라 가시적인 색상 변화가 발생하는 신축성 plasmomechanical 변형률 센서를 개발하였다. 이 신축성 plasmomechanical 변형률 센서를 제작함에 있어 soft-PDMS(S-PDMS)와 하드 hard-PDMS(H-PDMS) 라인 패턴의 주기적 이방성 변조를 이용하여 단순한 구조에서도 인장 크기 및 방향에 따라 직관적 색상 변화를 크게 유도할 수 있는 설계 기법을 제시하였으며, 이를 실험적으로 검증 데모하였다.
유연성과 신축성을 가지는 기판상의 능동형 변형률 센서는 웨어러블 전자기기, 소프트 로봇공학, e-스킨 및 헬스케어 분야에 광범위하게 적용되기 때문에 학계의 주요 연구 분야로서 다루어져 왔다. 그러나 대부분의 신축성 변형률 센서는 일반적으로 등방성 신축 균질 탄성체를 사용하여 구성되었기 때문에 소자가 변형되는 방향에 대한 정보를 취득하는 기능의 구현에 어려움이 있었다.
본 연구에서 제안하는 소자 설계 기법은 유효 영률(Young’s modulus) 및 Poisson 효과를 사용자가 원하는 대로 체계적으로 가변 가능할 뿐만 아니라 고신축성 센서 특성을 유지하면서도 인장 방향에 따라 다른 이축성 센싱 시능을 가지도록 소자를 제작할 수 있다. 제안 연구에서는 이종 탄성체 상에 랜덤 도포된 자기 조립 glod nano particle들이 소자 변형 방향에 대해 각기 다른 편광 의존적인 색상 변화를 유발하는 플라즈모닉 광결합을 나타낼 수 있게 하여 이를 구현하였다. 이러한 연구 성과는 향후 다양한 관절 모션에 대한 직관적 센싱이 요구되는 신체 부착형 e-skin 센서 기술로 유용하게 활용될 수 있으리라 기대된다.
해당 논문에 대한 상세 정보는 아래의 링크를 통해 확인 가능하다.
