웨어러블 의료 기기용 레이저로 만든 그래핀

우수한 유연성과 높은 전도성을 지닌 단일 층에 육각형으로 배열된 탄소 원자인 그래핀은 미래의 동작 감지, 촉각 감지 및 건강 모니터링 장치의 개발에 영향을 미칠 수 있습니다.

여러 물질을 탄소로 변환하여 레이저 방사선을 통해 그래핀을 만들 수 있습니다. LIG(레이저 유도 그래핀)라고 하는 결과 제품은 원래 재료에 따라 결정되는 특정 특성을 가질 수 있습니다. 플라스틱의 일종인 폴리이미드 샘플을 레이저 스캐닝을 통해 조사했다. 연구원들은 레이저 가공 공정의 다양한 매개변수가 어떻게 다른 나노구조를 생성하는지 확인하기 위해 전력, 스캐닝 속도, 패스 수 및 스캐닝 라인 밀도를 다양화했습니다.

연구원들은 7.2와트에서 약 9와트로 낮은 전력 레벨이 많은 초미세 층을 가진 다공성 폼의 형성을 초래한다는 것을 발견했습니다. 이 LIG 폼은 전자 장치의 구성 요소에 유용한 전기 전도성과 열 손상에 대한 상당한 내성을 나타냈습니다.

전력을 약 9와트에서 12.6와트로 증가시키면 LIG 형성 패턴이 폼에서 작은 섬유 다발로 변경되었습니다. 이 번들은 레이저 출력이 증가함에 따라 직경이 더 커진 반면 더 높은 출력은 광섬유 네트워크의 웹과 같은 성장을 촉진했습니다. 섬유질 구조는 발포체보다 더 나은 전기 전도성을 보였다. 섬유의 형태와 결합된 이 향상된 성능은 감지 장치의 가능성을 열 수 있습니다. 섬유가 전도성인 한 발판으로 사용할 수 있습니다. 표면의 후속 수정은 피부의 포도당 센서 또는 상처의 감염 감지기와 같은 여러 센서를 사용할 수 있습니다.

서로 다른 배율로 형성된 LIG에 대한 레이저 스캐닝 속도, 밀도 및 패스를 변경하는 것도 전도도 및 후속 성능에 영향을 미쳤습니다. 더 많은 레이저 노출은 더 높은 전도성을 가져왔지만 결국 연소로 인한 과도한 탄화로 인해 떨어졌습니다.

팀은 유연한 LIG 압력 센서를 설계, 제작 및 테스트했습니다. 첫 번째 디자인에서는 구리 전극을 포함하는 두 개의 폴리이미드 층 사이에 얇은 LIG 폼 층을 끼웠습니다. 압력이 가해지면 LIG가 전기를 생산했다. 폼의 공극은 전기가 이동하는 경로의 수를 줄여 압력 소스의 위치를 ​​파악하기 쉽게 하고 섬세한 터치에 대한 감도를 향상시키는 것으로 나타났습니다.

이 디자인은 손등이나 손가락에 부착했을 때 손을 구부리거나 늘리는 움직임과 심장 박동의 특징적인 타악기, 해일 및 이완기 파동을 감지했습니다. 이 맥박 판독값을 심전도 판독값과 결합하여 커프 없이 혈압을 측정할 수 있습니다.

두 번째 디자인에서 연구원들은 LIG 폼에 나노 입자를 통합했습니다. 도체와 절연체 역할을 할 수 있는 반도체인 이황화 몰리브덴의 이 작은 구체는 폼의 감도와 물리적 힘에 대한 저항을 향상시켰습니다. 이 디자인은 또한 반복 사용에 대한 복원력이 있어 거의 10,000회 사용 전후에 거의 동일한 성능을 보여줍니다.