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dc.contributor.advisor 김회준 -
dc.contributor.author Dongik Oh -
dc.date.accessioned 2022-07-07T02:29:24Z -
dc.date.available 2022-07-07T02:29:24Z -
dc.date.issued 2021 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000367036 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/16731 -
dc.description.abstract This paper reports the flexible piezoresistive pressure sensor equipped with multi-height microstructures, and their effects on sensor properties. Specifically, we have fabricated two different types of pressure sensors: 1) microdome structures via XeF2 isotropic etching and 2) micropyramid structures realized by using a KOH etched Si mold. Using the isotropic dry etch, we were able to realize the microdomes with a height distribution from 10μm to 20μm. This is because the etch rate differs from middle of the chip to the edge. For micropyramids, we simply implemented KOH etch to fabricate a set of structures with heights from 18μm to 60μm. In KOH etching, the height of micropyramids can be precisely controlled at lithography level. We have fabricated the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate using silicon mold by adopting both silicon wet etching and silicon dry etching process, and implemented multi-wall carbon nanotube (MWCNT) as a conducting layer. By fabricating a selectively etched micropyramid flexible pressure sensor, performance evaluation of the sensor as a function of the number of multi-steps is performed. Our results show that the measurement sensitivity increases with the number of different heights of the microstructures. To improve the electrode stability, electroplating is performed to form a thin layer of Au on CNT electrodes. Such coating has dramatically improved the contact stability as well as the measurement sensitivity. The interdigital electrode design (IDE) is implemented for simpler electrical readout. For application, we have placed the sensor on an insole of shoe and tacked the walking motion of human. In addition, we have integrated our pressure sensor on a robotic gripper and measured the applied pressure upon grasping an object. The introduced multi-height microstructures and a detailed study on their effects on sensor performances can enable a next generation flexible sensor platform. -
dc.description.statementofresponsibility Y -
dc.description.tableofcontents 1. Introduction 1
2. Overall objective 3
2.1 Improving the current state of flexible pressure sensors 3
2.2 Utilizing as device for robotic and wearable applications 3
3. Background / Review of relevant previous work 5
3.1 Device principle & Outstanding advantages of microstructure 5
3.2 Etching process for silicon mold 6
3.3 Improving the performance of flexible pressure sensor 7
3.3.1 Interdigital electrode design 7
3.3.2 Metal deposition for electrode using electroplating 8
4. Sensor Fabrication 10
4.1 Fabrication of microstructure silicon etched mold 10
4.2 Metal deposition method using electroplating 14
5. Result 18
5.1 Device characterization 18
5.1.1 CNT coated XeF2 etched micro-dome pyramid pressure sensor 18
5.1.2 CNT coated KOH etched micro-pyramid pressure sensor 19
5.1.3 Improved conductive layer flexible pressure sensor 22
5.2. Flexible Pressure Sensor Application 28
5.2.1 Insole sensor application 28
5.2.2 Griper integration application 29
6. CONCLUSION 31
7. REFERENCE 32
Appendix 37
-
dc.format.extent 41 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Flexible Pressure Sensor, Piezoresistive Effect, Microstructure, Carbon Nanotube, 유연 압력 센서, 압저항 효과, 마이크로 구조, 탄소나노튜브 -
dc.title Polymer-based Flexible Wide Range Pressure Sensors with Hierarchical Micro Structure -
dc.title.alternative 폴리머 기반 다단 마이크로 구조를 활용한 박막형 유연압력센서 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000367036 -
dc.description.alternativeAbstract 이 논문은 다단 마이크로 구조를 갖춘 압저항(Piezoresistive effect) 유연압력센서(Flexible Pressure Sensor)와 센서 속성에 미치는 영향을 제시한다. 압저항 센서 속성을 확인하기 위해 두 가지 유형의 압력센서를 제작했습니다. 1) XeF2 등방성 에칭(Isotropic Etching)을 활용한 마이크로 돔(Microdome) 구조와 2) KOH 이방성 에칭(Anisotropic Etching) Si 몰드를 사용하여 제작된 마이크로 피라미드(Miocropyramid) 구조입니다. 등방성 건식 식각을 사용하여 10 ~ 20μm 높이를 가진 마이크로 돔 구조를 구현하였습니다. 이는 에칭 속도가 몰드의 위치에 따라 에칭 속도가 달라 마이크로 돔 다단 구조를 제작할 수 있었습니다. 마이크로 피라미드 구조의 경우 KOH 식각을 사용하여 18 ~ 60μm 높이의 구조를 단일 몰드에 제작하였습니다. KOH 에칭에서는 마이크로 피라미드 높이를 포토공정 수준에서 마스크 디자인을 통해 정밀하게 제어할 수 있습니다. 실리콘 습식 식각과 실리콘 건식 식각 공정을 모두 채택하여 실리콘 몰드를 이용하여 PDMS (Polydimethylsiloxane) 기판을 제작하고 활성 물질 층(Active Material Layer)으로 MWCNT(Multi-wall Carbon Nanotube)를 구현하였습니다. 선택적으로 식각 된 다단 마이크로 피라미드 구조 압력 센서를 제작함으로써 다단 수에 따른 센서의 성능평가가 진행되었습니다. 미세 구조의 높이가 다양할수록 측정 감도(Sensitivity)가 증가하고 피라미드의 크기가 커질수록 측정할 수 있는 범위(Detection Range)가 넓어진다는 결과를 보여주었습니다. 전극 안정성을 향상시키기 위해 전기도금(Electroplating)을 수행하여 CNT 전극에 얇은 Au 층을 형성합니다. 이러한 코팅은 접촉 안정성과 측정 감도를 크게 향상시킬 수 있습니다. IDE(Interdigital Electrode)는 보다 간단한 전기 판독을 위해 구현됩니다. IDE 구조 또한 전극을 Au로 사용하기 때문에 기존의 CNT로 사용된 센서보다 더 높은 민감도를 보여줍니다. 센서의 어플리케이션을 보기 위해 센서를 신발 깔창(Insole)에 붙어 실제 인간이 걷는 모습을 느낄 수 있게 모사하였습니다. 또한 로봇 그리퍼(Gripper)에 압력 센서를 통합하고 물체를 잡을 때 가해지는 압력을 측정했습니다. 도입 된 다중 높이 마이크로 구조와 센서 성능에 미치는 영향에 대한 연구는 차세대 유연한 센서 플랫폼에 적용할 수 있을 것으로 기대합니다. -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Robotics Engineering -
dc.contributor.coadvisor Jaehong Lee -
dc.date.awarded 2021/02 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.RM 오25 202102 -
dc.contributor.alternativeDepartment 로봇공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Dongik Oh -
dc.contributor.affiliatedAuthor Hoe Joon Kim -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jaehong Lee -
dc.contributor.alternativeName 오동익 -
dc.contributor.alternativeName Hoe Joon Kim -
dc.contributor.alternativeName 이재홍 -
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Department of Robotics and Mechatronics Engineering Theses Master

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