레이저 유도 그래핀: 웨어러블 헬스 테크 혁신

그래핀 — 육각형으로 배열된 단일 층 탄소 원자로 우수한 유연성과 높은 전도성을 가짐 — 은 미래 모션 감지, 촉각 센싱, 건강 모니터링 장치 개발에 영향을 미칠 수 있습니다.

여러 물질이 레이저 복사로 탄소로 변환되어 그래핀을 생성할 수 있습니다. 레이저 유도 그래핀(LIG)이라 불리는 결과물은 원료에 따라 특정 특성을 가질 수 있습니다. 폴리이미드(플라스틱 종류) 샘플을 레이저 스캐닝으로 조사했습니다. 연구자들은 레이저 가공 공정의 다양한 파라미터가 어떻게 다른 나노구조를 생성하는지 보기 위해 전력, 스캐닝 속도, 패스 수, 스캐닝 라인 밀도를 변화시켰습니다.

연구자들은 7.2와트에서 약 9와트까지의 낮은 전력 수준이 많은 초미세 층을 가진 다공성 폼 형성을 초래한다는 것을 발견했습니다. 이 LIG 폼은 전기 전도성과 열 손상에 대한 상당한 저항성을 보였습니다 — 전자 장치 구성 요소에 유용한 두 가지 특성입니다.

전력을 약 9와트에서 12.6와트로 높이면 LIG 형성 패턴이 폼에서 작은 섬유 다발로 변경되었습니다. 이 다발은 레이저 전력 증가에 따라 직경이 커졌고, 더 높은 전력은 섬유 네트워크의 거미줄 같은 성장을 촉진했습니다. 섬유 구조는 폼보다 더 나은 전기 전도성을 보였습니다. 이 향상된 성능과 섬유 형태가 결합되어 센싱 장치에 가능성을 열 수 있습니다. 섬유가 전도성인 한 스캐폴드로 사용될 수 있으며, 표면 후속 수정을 통해 피부 위 포도당 센서나 상처 감염 감지기 등 여러 센서를 가능하게 할 수 있습니다.

레이저 스캐닝 속도, 밀도, 패스를 다양한 전력에서 LIG에 대해 변화시키면 전도성과 후속 성능에도 영향을 미쳤습니다. 더 많은 레이저 노출은 더 높은 전도성을 초래했지만 결국 과도한 탄화(연소)로 인해 감소했습니다.

팀은 유연한 LIG 압력 센서를 설계, 제작, 테스트했습니다. 첫 번째 설계에서 두 폴리이미드 층(구리 전극 포함) 사이에 얇은 LIG 폼 층을 샌드위치했습니다. 압력이 가해지면 LIG가 전기를 생성했습니다. 폼의 빈 공간이 전기가 이동할 경로 수를 줄여 압력 소스 위치를 더 쉽게 파악할 수 있게 했고, 미세한 터치에 대한 감도를 개선한 것으로 보였습니다.

이 설계는 손등이나 손가락에 부착했을 때 손 구부리기와 펴기 동작뿐만 아니라 심장 박동의 특징적인 타격파, 조수파, 이완기파를 감지했습니다. 이 맥박 읽기는 심전도 읽기와 결합되어 커프 없는 혈압 측정을 산출할 수 있습니다.

두 번째 설계에서 연구자들은 LIG 폼에 나노입자를 통합했습니다. 이 작은 이황화 몰리브덴 구체는 반도체로 도체와 절연체 역할을 할 수 있으며, 폼의 감도와 물리적 힘에 대한 저항성을 향상시켰습니다. 이 설계는 반복 사용에도 탄력적이어서 거의 10,000회 사용 전후에 거의 동일한 성능을 보였습니다.