최근 유연 센서의 개발과 연구가 심화되면서 인체 온도 모니터링용 착용형 유연 장치의 성능도 향상되었습니다. 인체에서 체온 변화는 건강 상태에 대한 많은 정보를 반영하며, 비정상적 체온 변화는 보통 건강 이상을 나타냅니다. 체온 자체는 환경과 무관하지만 체표면 온도는 주변 환경의 영향을 쉽게 받아 체온 모니터링 장비에 도전 과제를 안겨줍니다. 인체 각 부위의 온도를 실시간으로 민감하게 감지하기 위해 연구자들은 다양한 유형의 고감도 유연 온도 센서를 개발해 전자 피부 기능을 완성하고 여러 실용적 응용을 제안했습니다. 본 논문은 체온 변화 모니터링에 사용되는 고감도 패턴형 유연 온도 센서의 현재 연구 현황을 검토합니다. 먼저 유연 온도 센서에 일반적으로 사용되는 기판과 활성 재료를 요약했습니다. 둘째, 유연 온도 센서의 패턴 제조 방법과 공정을 소개했습니다. 셋째, 온도 측정 범위, 감도, 응답 시간, 온도 분해능 등 유연 온도 감지 성능을 종합적으로 논의했습니다. 마지막으로 섬세한 패터닝 기반 유연 온도 센서의 응용을 보여주고 유연 온도 센서의 미래 과제를 전망했습니다.
인체의 모든 생명 활동은 신진대사에 기반하며 상대적으로 일정한 체온은 건강한 신진대사에 필수적입니다. 고체온증이나 저체온증은 체내 효소 활성에 영향을 미쳐 신진대사의 정상적 운영을 방해하고 각종 세포, 조직, 장기의 장애를 일으키며 심한 경우 사망에 이르게 할 수 있습니다. 체온의 상대적 안정성이 체내 안정적 환경 유지와 신진대사 등 생명 활동의 정상적 진행을 위한 필요 조건임을 알 수 있습니다. 인체에서 체온 변화는 건강 정보의 많은 부분을 반영하며 비정상적 체온 변화는 보통 건강 이상을 나타냅니다. 인체 건강 모니터링에서 체온은 무시할 수 없는 필수 요소이며 실시간 정확한 체온 모니터링이 특히 중요합니다.
유연 온도 센서는 착용형, 고감도, 휴대용, 대면적, 고정밀, 실시간 방향으로 발전해왔습니다. 유연 온도 센서는 주로 열감지 재료의 온도 변화에 따른 전기 신호 변화를 이용해 실시간 온도 모니터링을 실현합니다. 또한 유연 기판의 특성을 이용해 피부에 밀착해 기능을 수행합니다. 기존 온도 측정 기구와 비교해 휴대 곤란, 고가, 적용 장소 제한 등의 단점 외에도 환자의 의도적/비의도적 움직임과 특정 위치(상처, 체내 종양 절제 부위 등) 모니터링 불가능으로 인해 부정확하거나 불완전한 측정 결과가 쉽게 발생합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 착용형 유연 박막 고감도 패턴 온도 센서가 연구자들의 핫토픽이 되었습니다.
최근 인체 온도 모니터링용 유연 온도 센서 연구가 지속적으로 발전하며 많은 혁신이 있었습니다. 패턴 제조를 이용한 유연 온도 센서의 대면적 제조가 발전 추세가 되었습니다. 자연계 생물 구조 모방도 훌륭한 아이디어입니다. 흡착 특성을 가진 문어 발, 생물 온도 변화를 감지하는 독사의 뺨, 일부 절지동물이나 포유류의 수염 구조도 온도 감지 기능을 가집니다. 센서로 모니터링된 체온을 명확히 표시하기 위해 연구자들은 유연 온도 센서를 어레이화하고, 이미징 장치나 전기변색 재료를 이용해 열화상 매핑을 시각화합니다. 유연 온도 센서에 대한 심층 연구는 고감도 체온 모니터링 등 높은 요구 사항 충족을 위한 적절한 기술적 지원을 제공합니다.
본 논문은 인체 온도 모니터링용 고감도 유연 온도 센서의 최근 연구 진전을 열감지 재료, 제조 전략, 기본 성능, 응용 측면에서 검토합니다. 첫 번째 부분에서는 유연 온도 센서 재료를 선정하고 다양한 유연 기판과 열감지 재료를 요약합니다. 두 번째 부분에서는 최근 문헌에서 유연 온도 센서에 사용된 패턴 제조 방법을 검토하고 대표적 제조 공정을 보입니다. 세 번째 부분에서는 온도 센서의 핵심 성능 매개변수를 소개합니다. 네 번째 부분에서는 최근 유연 온도 센서의 응용 시나리오와 실제 응용을 보여줍니다. 마지막으로 인쇄형 고감도 유연 온도 센서의 잠재적 과제와 미래 발전 전망을 간략히 논의합니다.
최근 전자 기술과 의료 건강 분야에서 유연 재료의 응용과 연구가 점차 증가하고 있습니다. 유연 센서 제작에는 센서 자체가 유연하고 신축성, 연성을 가져야 하며 이에 의존하는 기판과 회로도 특정 신축 특성을 가져 인체 표면 밀착에 적응해야 합니다. 일반적인 유연 기판은 보통 필름 형태로 가공됩니다: 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 종이, 실리콘 고무, 그리고 더 피부 친화적인 생분해성 재료인 펙틴, 면, 실크, 기타 셀룰로오스 재료 등도 사용 가능합니다.
현재 유연 온도 센서에 가장 많이 사용되는 유연 기판은 PDMS입니다. 이는 우수한 열 및 전기 절연 재료로 상대 유전율 2.3-2.8, 체적 저항률 1.2×10¹⁴ Ω·cm⁻¹, 25℃에서 비중 1.03 kg/m³, 열전도율 0.15 W·m⁻¹·K⁻¹, 유리 전이 온도 125℃, 열팽창 계수(CTE) 301 ppm/℃, 영률 약 3.7 MPa로 신축률 200% 이상을 보입니다. 우수한 신축성, 연성, 열전 특성, 높은 화학적 안정성, 용이한 사용으로 전자 피부 등 응용에 널리 쓰입니다. PDMS와 유사한 특성의 폴리이미드(PI) 재료(표 1 참조)는 0.1 W·m⁻¹·K⁻¹ 수준의 낮은 열전도율, 전기 절연 저항률 1.5×10¹⁷ Ω·cm⁻¹, 상대 유전율 3.0-3.6, 더 높은 유리 전이 온도(360-410℃), 더 낮은 열팽창 계수(16 ppm/℃), 영률 약 2.8 GPa를 가집니다. 생체 적합성, 양호한 신축 연성, 경제성, 실용성을 가진 폴리우레탄(PU) 재료도 인체 온도 모니터링용 온도 센서에 사용됩니다. 박막 유연 기판은 우수한 기계적 특성 외에도 뛰어난 열적 특성으로 유연 온도 센서 분야 응용 연구에 적합합니다(그림 1 참조). 앞서 언급한 유기 고분자 재료 외에도 일반 직물이나 생분해성 재료(직물, 실크, 면)도 부드럽고 변형 가능하며 가볍고 경제적, 통기성, 편안함, 내구성, 재사용 가능 등의 장점으로 유연 온도 센서 기재료로 연구될 것으로 기대됩니다.
활성 재료는 센서에서 열원과 열 신호에 직접 효과적으로 반응하는 감지 부분으로, 그 특성이 온도 센서 성능(온도 감도, 응답 시간, 내구성, 온도 분해능)을 직접 결정합니다. 제조가 간단하고 원료가 합리적이며 생체 적합하고 일정한 연성과 우수한 성능을 가진 열감지 재료는 유연 온도 센서 심층 연구에 더 매력적입니다.
반도체 및 절연 고분자 매트릭스에 다양한 전도성 필러(탄소 기반 재료, 전도성 고분자, 금속 입자)를 혼입해 온도 감지 전도성 복합 재료를 만드는 노력이 많이 이루어졌습니다. 일반적인 탄소 재료에는 카본 블랙(CB), 흑연(Gr), 탄소나노튜브(CNTs), 그래핀이 포함됩니다.
카본 블랙(CB)과 흑연은 우수한 전자적·기계적 특성과 낮은 가공 비용으로 전도성 필러로 자주 사용됩니다. CB는 고분자와 혼합해 복합 재료 형성 시 응집하기 쉬우며 온도 변화가 전기적 특성에 영향을 미쳐 안정성이 높아 더 높은 온도 저항 계수(TCR)를 유도합니다. 흑연은 탄소 동소체로 우수한 전기 전도성, 열전도성, 화학적 안정성을 가지며 열팽창 계수가 5.0×10⁻⁶ K⁻¹로 낮습니다. CB와 비교해 흑연 분말이 전도성 필러로 더 온도 민감하며, 둘과 그 혼합물은 충전 고분자로 형성된 온도 감지 복합 필름의 페르콜레이션 임계값을 낮춥니다. 팽창 흑연(EG)은 천연 흑연 박편을 인터칼레이션, 세척, 건조, 고온 팽창시켜 얻은 느슨하고 다공성의 벌레 모양 신종 기능성 탄소 재료입니다. PDMS 프리폴리머에 10 wt% EG를 함침 후 열압착해 형성된 복합체의 열전도율은 4.70 W·m⁻¹·K⁻¹에 도달할 수 있습니다. Shih 등은 PDMS를 기재로 흑연 분말을 열감지 재료로, PI 필름을 인쇄 공정으로 이용해 Gr/PDMS 복합 센서로 구성된 유연 온도 센서 어레이를 제작했습니다(그림 2a). 동일 조건에서 기존 백금(Pt) 박막 온도 센서(TCR=0.0055 K⁻¹)와 비교해 흑연 부피 분율 15%, 25%에서 복합 재료의 TCR은 각각 0.286 K⁻¹, 0.042 K⁻¹로 Gr-PDMS 복합 재료의 감도가 더 높음을 입증했습니다. Huang 등은 흑연 충전 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)와 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 복합 재료를 연구·제작했습니다(그림 2b). 단순 스핀코팅 공정으로 인체 표면의 가변 곡면에 쉽게 부착 가능하며, 25.0-42.0℃ 감지 범위, 0.1℃ 고분해능, 높은 주기 안정성, 우수한 내간섭성(내굴곡성, 방수), 1개월 이상 안정 유지, 겨드랑이 온도 지속 측정 가능합니다. 우수한 기계적 특성은 복합체 내 Gr 입자가 다른 곡률에서 덜 움직이기 때문일 수 있습니다. 열적 성능은 고분자의 열팽창과 관련됩니다.
1차원 나노재료인 탄소나노튜브는 공간 위상 구조를 형성해 연결됩니다. 직경 2-20 nm, 비정상적 기계적 특성(탄성률 최대 1 TPa), 전기 전도성 최대 10⁴ S·cm⁻¹, 고유 캐리어 이동도 10,000 cm²·V⁻¹·s⁻¹ 등 전기적 특성을 가집니다. 최근 탄소나노튜브와 나노재료 연구 심화로 광범위한 응용 전망이 지속적으로 드러나고 있습니다. 탄소나노튜브는 우수한 열전달 성능과 상당한 종횡비를 가져 길이 방향 열교환 성능이 매우 높으며 유연 온도 센서 응용도 지속적으로 혁신되고 있습니다. 탄소나노튜브와 PEDOT:PSS 복합체가 연구되었는데, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 단일벽 탄소나노튜브(SWCNTs) 성능이 다름을 발견했습니다. 동일 온도에서 MWCNTs와 PEDOT:PSS 복합체는 복합체 임피던스를 낮추면서 온도와 습도에 대한 감도도 낮춥니다. Kim 등은 습식 방사 공정과 PEDOT:PSS 복합체를 사용해 SWCNTs 복합체가 전기 전도도와 파워 팩터를 크게 향상시키고 복합체 성능을 개선함을 보였습니다(그림 2d).
기존 생물 재료 제조 방법은 생물 구조 역공학, 생체모방, 생물 영감에 의존합니다. 생물 구조는 종종 인간이 만든 재료보다 우수합니다. 예를 들어 고등 식물은 높은 반응성으로 온도 변화를 감지합니다. 그림 2c에서 Giacomo 등은 식물 나노 생체모방 기술로 분리된 식물 세포와 탄소나노튜브(MWCNT)로 만든 우수한 온도 반응 감도의 생체모방 재료를 제안했습니다. CNTs를 채널로 사용해 세포를 직접 연결, 유효 온도 저항률(TCR) -1730% K⁻¹의 생체모방 재료를 만들었는데 이는 현재 최고 센서보다 2배 높은 주문입니다. 모니터링 온도 범위는 35-75℃입니다. 많은 온도 센서 연구가 좁은 온도 범위에서 고감도를 달성하지만 넓은 범위(40 K)에서 반응 성능이 부족합니다. 자연계 뱀의 뺨 막 생물 온도 감지 구조를 참조해, 뱀의 뺨 막은 매우 높은 온도 및 거리 감도를 가지며 일정 거리에서 온혈 먹이를 위치 파악할 수 있습니다. 펙틴 필름에 Ca²⁺ 이온을 첨가해 뱀 뺨 막의 감지 메커니즘을 모방한 CaCl₂ 첨가 펙틴 하이드로겔 온도 감지 재료를 제조했습니다. 10 mK 미만 감도로 온도원을 매핑·모니터링하고 일정 거리에서 온수체를 감지할 수 있습니다. 식물 세포 결합이나 동물 생물 구조 모방은 새로운 아이디어를 제공하며 유연 센서 연구 방향을 더 확장시킵니다.
그래핀은 육각 벌집 격자의 2차원 혼성 탄소 층입니다. 수많은 비편재 전자로 독특한 전하 수송을 가능케 해 높은 캐리어 농도(10³³ cm⁻²), 특정 조건에서 이동도 10⁵ cm²·V⁻¹·s⁻¹ 초과, 공간 구조가 풍부한 비트 도트 제공, 기능기 수식으로 다양한 응용 요구 충족, 높은 유동성, 우수한 열전도성, 투명성, 1 TPa 탄성률 기계적 특성, 화학적 안정성, 생체 적합성을 가집니다. 다양한 전자 소자 응용 분야에서 주목받고 있습니다. 투명한 산화그래핀(GO) 또는 환원산화그래핀(rGO)은 흑연 분말 산화 또는 GO 추가 환원으로 형성된 층상 구조 제품으로 우수한 전자적·기계적 특성을 가집니다. 표면에는 수산기, 카르복실기, 에폭시기 등 많은 기능기가 있어 쉽게 수식 가능하며 습도, 온도, 화학 물질 등 환경 조건에 민감하고 가시적 반응 특성을 보입니다. 그러나 GO의 낮은 전도성은 전자 소자에 부적합합니다. 열환원으로 합성된 rGO는 전도성 향상과 우수한 온도 감도로 유연 온도 센서에 필요합니다. 그래핀 나노월(GNWs)은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 기술과 고분자 보조 전사법으로 기판에 수직인 그래핀 나노시트를 성장시켜 형성하며, 성장 공정에서 어긋난 구조를 형성해 더 높은 변형 성능을 가집니다. 우수한 기계적 특성도 온도 센서 연구에 적용되었습니다. 다목적 그래핀과 그 유도체의 전자 피부 응용은 우수한 성능, 투명성, 풍부한 기능, 간단한 제조 공정의 유연 온도 센서 길을 열었습니다.
Yan 등은 3차원 주름 그래핀을 활성 재료로 사용하는 유연 온도 센서를 리소그래피 여과법으로 제작해 30-100℃ 범위 온도 모니터링이 가능하게 했습니다. 스프링 유사 구조 특성으로 50% 변형까지 온도 변화 감지 특성 구현 가능합니다. 무변형 조건에서 센서 TCR(-1.05±0.28% K⁻¹)은 보고된 실리콘 나노와이어 온도 센서(0.15-0.37% K⁻¹)보다 높습니다. 이 구조의 열감지 재료 열지수는 조절 가능하며, 온도 반응과 회복이 수십 초 내 완료돼 기존 경질 세라믹 서미스터보다 적용성이 높습니다. Liu 등은 rGO 재료를 열감지 재료로 인쇄 기술로 가볍고 저렴한 유연 온도 센서를 제작했습니다. 모니터링 온도 20-110℃, 감도 0.6345% ℃⁻¹, 응답 시간 1.2초 달성. 특정 응력-변형 특성으로 특정 곡률 표면 부착 가능. 동일 실험 조건에서 rGO, SWCNTs, MWCNTs 비교 시 선형성, 감도, 기계적 특성, 반복성 면에서 rGO 활성 재료 센서 성능이 가장 균형 잡혀 향후 전자 피부 대량 제조 아이디어를 제공했습니다. Sadasivuni 등은 셀룰로오스 매트릭스와 열적 rGO 필러로 복합 필름을 제작해 25-80℃ 효율적 모니터링 범위의 유연 온도 센서를 제안했습니다(그림 2e). 상용 백금 온도 센서와 비교해 금속 부식으로 인한 오염 없이 장기간 안정성 유지 가능합니다. Trung 등은 단순 스핀코팅법과 라미네이션 기술로 투명 신축성(TS) 유연 온도 센서를 제작했습니다. rGO 나노시트와 신축성 폴리우레탄(PU) 기판으로 온도 감지층 복합체 형성. 각 층 재료가 모두 TS로 투명 신축성 기판에 직접 코팅 용이, 인체 부착 용이. 0.2℃ 미만 온도 변화 감지, 30% 변형 10,000회 후 온도 반응 거의 영향 없음, 70% 변형에서도 사용 가능. Yang 등은 PECVD 기술로 구리박에 특수 교차 3차원 전도성 GNWs 네트워크 구조 성장, 고분자 보조 전사법과 PDMS 결합으로 초고감도 착용형 온도 센서 제안(그림 2f). GNWs 우수한 연성과 열감도, PDMS 큰 팽창 계수 결합으로 25-120℃ 온도 변화를 0.1℃ 정확도, 1.6초 응답 시간, 8.52초 회복 시간으로 모니터링하며 수개월 안정 유지. TCR 0.214 ℃⁻¹로 표준 상용 백금 온도 센서(39.2×10⁻⁴ ℃⁻¹)보다 2배 높은 주문. 탄소 재료의 유연 온도 센서 활용은 건강 모니터링, 착용형 장치, 로봇공학, 인간-기계 인터페이스, 인공 피부 분야 응용 잠재력을 증진시켰습니다.
금속 재료는 일반적으로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt)(그림 3c), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등 전도성 재료로 센서 전극과 배선에 주로 사용됩니다. 기존 경질 금속 온도 센서와 비교해 유연 금속 온도 센서는 높은 기계적 유연성으로 고곡률 표면에 쉽게 부착 가능하며 소범위에서 발생하는 미세 온도 변화와 분포 감지에 더 적합합니다. 현재 인쇄 공정에서 일부 금속 재료는 온도 감도와 양호한 전도성을 가져 전도성 금속 나노잉크, 나노필러, 나노와이어, 패턴 필름으로 활성 온도 감지층 제작에 널리 사용됩니다.
전형적 온도 센서에서 가장 일반적인 감지 재료는 Pt와 Au입니다. Bin 등은 MEMS 기술로 Pt를 감지 재료로 사용해 박리 공정 후 PI 필름에 증착, 라미네이션으로 필요 패턴 형성 후 20-120℃ 온도 변화 모니터링용, TCR 값 0.0032 ℃⁻¹. 고가 Pt와 비교해 Au는 더 나은 전도성과 유연성 가집니다. 장치 성능이 인장 변형에 영향받지 않게 하기 위해 Yu 등은 사전 신축된 PDMS 유연 기판에 스퍼터 증착으로 크롬(Cr)/Au 박막 형성, 포토리소그래피 공정으로 가역적 굽힘 및 신축성 유연 온도 센서 제작(그림 3a). 장치 최대 신축 30%에서 성능 변화 없음. 유연 센서의 낮은 인장 저항 결함 개선. Dankoco 등은 유기 은 복합 잉크로 잉크젯 프린팅해 폴리이미드 필름에 은 라인 균일 증착(그림 3b). 20-60℃ 측정 가능한 구부러짐 가능한 유연 온도 센서 제작, 평균 감도 2.23×10³ ℃⁻¹. 그러나 5% 미만 히스테리시스 존재. Ren 등은 은 나노입자(NPs)/펜타센 서미스터와 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 통합 기반 고열분해능(다이나믹 레인지=10비트) 유연 온도 센서 제안(그림 3d). 15-70℃ 온도 범위. 복합 재료의 높은 온도 의존성 테스트로 은 NPs 서미스터 응용 가능성 입증. 고다이나믹 레인지 센서는 대면적 센서 어레이와 전자 피부에도 적합. Jeon 등은 준결정 폴리에틸렌(PE)과 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 고분자 혼합물에 니켈 입자 충전으로 유연 온도 센서 개발. 니켈 입자 농도가 니켈 필러 페르콜레이션 임계값 초과 시 고전도성(40 S·cm⁻¹) 획득. 이진 고분자 혼합물 고유의 큰 양온도 계수(PTC)로 제작된 센서는 조절 가능한 민감 온도 범위 제공하며 열주기 안정성 유지로 반복적 온도 반응 공정 달성. 표준 열전대보다 3배 높은 감도(0.3 V·℃⁻¹)와 무선 전송 기능 보유하지만 ±3.1℃ 유의미 오차 존재. 인쇄 가능 재료와 무선 감지 기술 결합으로 광범위한 응용 달성 의도 주목.
금속 산화물도 중요한 활성 재료로 온도 센서에 널리 사용됩니다. 금속 산화물 재료의 높은 저항 온도 계수는 온도 감지 성능 향상시킵니다. 금속 산화물 반도체의 열감도는 반도체 화합물이 서로 다른 온도에서 변화하며 저항값이 변하는 현상입니다. Liao 등은 무기 열감지 재료 이산화바나듐(VO₂) 포함 고감도 온도/기계 이중 매개변수 센서 보고(PET/VO₂/PDMS 다층 구조, 전사 프린팅 기술 제작). PAD(고분자 보조 증착) 기술로 증착된 VO₂ 층 에칭 후 PDMS 필름 부착. 270-320 K 범위 온도 감지, 0.1 K 분해능은 VO₂ 재료의 높은 TCR 덕분. 신장 후 나노 거미줄 크랙 형성 후 유연 PET 기판에 프레스. 수집된 온도 신호와 기계 신호 알고리즘 차이로 분리해 온도와 기계 변화 동시 모니터링 효과 달성. Huang 등은 잉크젯 프린팅 공정 개발로 체표면 온도 변화 정확 매핑 실현. 니켈 산화물(NiO)로 PI 필름에 안정한 나노입자 잉크 생성. 미세 정사각형 NiO 필름을 은 전도 트랙 끝단에 프린팅해 온도 센서 신속 제작. 굽힘 테스트에서도 성능 유지, 열전대와 유사한 응답 속도. 금속과 금속 산화물 광범위한 연구는 금속 재료 열적 특성 기반 유연 온도 센서 분야 응용 기초 마련, 흥미로운 탐구 보여줌.
고분자는 유연 센서에서 가장 많이 사용되는 재료입니다. 기판이나 활성제 외에도 기계적 유연성, 경량, 투명성, 안정적 성능, 쉬운 가공, 저렴한 제조 비용을 가진 열감지 복합 재료가 온도 센서 응용에 주목받습니다. 온도 센서에 자주 사용되는 열감지 고분자에는 PEDOT:PSS, 폴리(3-헥실 티오펜)(P3HT), 폴리피롤(PPy), 펜타센, 폴리(N-아이소프로필 아크릴아마이드)(pNIPAM), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 등이 있습니다.
신축성 탄소나노튜브 온도 센서 정확도와 강건성 향상시킬 회로 설계 전략 기반으로 Zhu 등은 OTFTs 기반 신축성 온도 센서 활성 감지층 구성을 차동 판독 기술로 비교했습니다(그림 4a). 아지드 가교 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-란-부틸렌)-블록-폴리스티렌(SEBS), Poly(diketopyrrolopyrrole-[3,2-b]thieno[2′,3′:4,5]thieno[2,3-d]thiophene])(PDPPFT4), Poly(isoindigo-bithiophene)(PII2T) 두 유기 반도체(OSCs) 혼합 스핀코팅으로 게이트 절연층 위에, CNTs 전극으로 사용, 온도 측정 범위 25-55℃. 두 센서 온도 계수 각각 -2.89% ℃⁻¹, -4.23% ℃⁻¹. 단축 변형 범위 0-30%에서 오차 각각 1℃, 1.5℃ 미만. 차동 판독법과 OSCs의 신축성 센서 적용 가능성과 일반성 추가 논의. Yokota 등은 대면적 초유연 온도 센서 보고, 반결정 아크릴레이트 고분자/흑연 복합 재료 기반 다점 측정 가능, 인쇄 가능(그림 4b). 25-50℃ 사이에서 눈에 띄는 저항 변화 보여 인체 생리 온도 변화 측정에 적합. 안정적 열주기 안정성, 20 mK 감도, 100 ms 미만 고속 응답 시간. 생체 내 실험에서 쥐 폐 심부 온도 안정적 변화 측정, 그러나 센서 고분해능은 0.1℃로 입증. 위 특성 기반 센서 어레이는 공간 온도 변화 동적 시각적 열화상 시연 실현. 그러나 장치 구성요소 공기 투과성 부적절, 장기 착용 문제 해결 필요.
자가 에너지 공급은 항상 많은 관심 대상입니다. 유연 장치로 자가 에너지 공급 실현 시 외부 에너지 필요성 크게 줄어 장치 더 휴대용, 단순해집니다. 이중 열전 고분자 재료가 자가 에너지 공급 핵심입니다. Yang 등은 상온 성장 Te-나노와이어와 폴리(3-헥실 티오펜)(P3HT) 고분자로 형성된 깨끗한 복합 열전 재료 기반 유연 열전 나노발전기(TENG) 개발(그림 4c). TENG는 55 K 온도 차만으로 발전 가능. 열전 재료 특성으로 TENG는 유연 온도 센서로 전체 장치 온도 차 모니터링 가능, 인체 온도를 에너지원으로 직접 센서 구동. 상온 모니터링 감도 0.15 K. 또한 0.9초 응답 시간, 상온 최소 온도 변화 0.4 K 다른 자가 구동 온도 센서도 시연. 작은 온도 분해능으로 손가락 끝 온도 변화 모니터링 가능. 자가 구동으로 유연 센서 장치 더 독립적, 경량화. 유연 센서 미래 발전 가능성 중 하나(표 2).
저비용, 환경친화적, 쉽게 구득·가공 가능, 우수한 생체 적합성 재료는 대중 생산 지속적 충족을 위한 인간 필수 조건입니다. 거의 무한한 생물 재료인 셀룰로오스가 이에 해당하며 탄성 등 우수 특성으로 유연 센서 장치에서 중요한 역할, 유연 기판으로도 사용 가능. 폴리피롤(PPy)은 선형 생체 적합 고분자로 우수한 전기화학적 안정성과 빠른 반응 가집니다. Mahadeva 등은 독특한 셀룰로오스와 나노 두께 폴리피롤(PPy) 우수한 전기적 특성을 현장 중합 유도 흡착법으로 결합해 온도·습도 감지 복합체 형성. 환경친화적, 저비용, 생체 적응형 유연 온도 센서 제작. 재료 습도 민감성으로 온도 증가 시 센서 정전용량도 증가. 하이드로겔은 최근 연구에서 지속적 관심. 우수한 자가 치유 능력, 인성, 신축성, 생체 적합성으로 유연 전자, 건강 모니터링, 생물의학 진단 등 응용 분야에서 큰 연구 관심. 그러나 이온 하이드로겔은 좋은 이온 전도체로 다양한 자극 반응, 약한 기계적 강도 하이드로겔, 낮은 온도 감도는 유연 온도 센서 적용에 도전. 기존 하이드로겔 단점 해결 위해 An 등은 우수한 온도 센서 자가 치유 특성 가진 이중 망상 이온 전도 이중 네트워크(DN) 하이드로겔 제안. DN 하이드로겔 자가 치유 공정 그림 4d. 높은 열전도성 탄소나노튜브를 동적 물리적 가교 고전도성 소수성 결합 네트워크와 이온 결합 네트워크 가진 하이드로겔에 첨가해 DN 하이드로겔 온도 감도 향상. 선형 하이드로겔 온도 센서는 복잡한 물체 표면에 완벽 밀착해 민감한 저항 변화 생성. 이 재료 연구 개발로 하이드로겔의 생물의학과 유연 전자 분야 응용 확장.
최근 연구에서 PEDOT:PSS는 인쇄형 유연 온도 센서에 자주 쓰이는 새로운 유기 전도성 고분자입니다. 일반적으로 PEDOT:PSS는 높은 전도성(10³ S·cm⁻¹), 우수한 열전 성능, 강한 안정성, 도핑 시 투명성 장점 가집니다. 대부분 고분자는 p형 반도체. 디메틸 설폭사이드(DMSO)나 에틸렌 글라이콜 등 폴리하이드록시 유기 화합물 첨가 시 고분자 전도율 수십-수백 배 증가. Harada 등은 다양한 비율 CNTs와 전도성 PEDOT:PSS 용액으로 여러 인쇄 공정 통해 0.25-0.78% ℃⁻¹ 온도 감도 복합 열감지 필름 시리즈 제작. 감지 성능 일반 금속 온도 센서보다 우수. 일부 장치는 체온 근처 0.1℃ 미만 분해능 또는 90 ms 빠른 응답 시간 보임. 연구팀은 다양한 인쇄 방법으로 다른 구조와 우수 성능 유연 온도 센서 다양하게 제작, 의료 건강과 착용형 장치 응용 풍부하게 함과 동시에 인쇄형 유연 센서에 대한 사고 촉발. 인쇄형 유연 온도 센서 제조 세부사항 다음 단원에서 확장. 복합 비율 변경 외에도 구조 개선으로 동일 복합 필름 특성 최적화 가능. 그림 4e에서 Oh 등은 포토리소그래피 박리 공정과 스핀코팅 공정으로 문어 발 빨판 부착 구조 모방 생물 재료 시연. pNIPAM 온도 감지 하이드로겔, PEDOT:PSS, CNTs 구성 고감도 저항 온도 센서. 25-40℃ 범위에서 2.6% ℃⁻¹ 감도, 0.5℃ 피부 온도 변화 정확 감지. 빨판 유사 미세구조와 점성으로 일정 굽힘 저항, 비자극성, 오래 지속, 재사용 가능 결합 효과.
폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 공중합체 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌)(P(VDF-TrFE)) 기반 투명 확장 가능 나노복합 전계효과 트랜지스터는 높은 안정성, 강한 기계적 특성, 낮은 왜곡으로 압력 감지, 변형 감지, 적외선(IR) 감지 장치에 자주 사용. 흥미롭게도 연구자들은 이 유형 장치가 인체 적외선 복사에도 높은 반응성 가짐 발견, 인체 생리 온도 변화 모니터링에 사용 예측. Trung 등은 이전 연구 경험 기반으로 rGO/P(VDF-TrFE) 복합 감지 활성층을 채널로 단순 스핀코팅 공정 통해 PEDOT:PSS 통합해 조절 가능 유연 전계효과 트랜지스터(FET) 온도 센서 제작(그림 5a). 필름 온도 반응과 투명도 rGO 농도와 복합 필름 두께 변경으로 조절 가능. 센서 30-80℃ 온도 변화 모니터링, 0.1℃ 분해능과 모니터링 능력, 초고온 반응, 우수한 온도 감지 성능으로 압전 고분자 재료의 소프트코어 온도 센서 분야 적용 가능성 검증. 마찬가지로 Tien 등은 센서가 압력과 온도 신호 간 상호 간섭 없이 수집 가능하게 하기 위해 FET 감지 플랫폼으로 반응 감지층 재료 변경, 이전 연구 결론 기반으로 P(VDF-TrFE)와 BaTiO₃(BT) 나노입자(NPs) 혼합물을 압전으로(그림 5b), 열전 게이트 절연층으로, 펜타센을 유기 반도체 채널로 사용해 압력 서미스터 직접 FET 플랫폼에 통합. 유연 센서 다중 자극 하에서 출력 신호 디커플링, 변형 결합 신호 간섭 최소화. FET 센서는 변형과 온도 동시에 불균형하게 제시. FET 센서 어레이도 시각적 자극 반응, 저에너지 소비, 저실패 장점 보임. 대면적 다중모달 유연 센서 전자 피부 분야 응용 가능성 시사. 인쇄 제작 가능 대면적 유연 다중매개변수 OFET 장치는 생물의학 모니터링, 적외선 이미징, 전자 피부 분야 우수한 응용 잠재력 보유.
다중 매개변수 유연 센서 신호 상호 간섭 문제 해결 위해 디커플링 방법 외에도 Lee 등은 저항 변화 신호 회복 시간 기반 온도 추론 방법 제안, 반도체 산화아연(ZnO) 나노구조를 기판 PVDF에 필러로 혼입(그림 5c)해 고감도 다기능 감지층 제작, 온도와 압력 신호 동시 수집 가능. ZnO는 PVDF 유전율 증가, 열안정성도 가짐. Zhang 등은 자기구동 미세구조 프레임 지지 유기 열전(MFSOTE) 재료 기반 이중 매개변수 유연 센서 보고(그림 5e). 온도와 압력 자극으로 인한 신호 변화를 두 독립 전기 신호로 변환해 온도와 압력 동시 감지. 이 독특한 재료 우수한 온도 감지 특성 보임. 모니터링 온도 범위 25-75℃, 분해능 0.1 K 미만, 1 K 온도 차 하 응답 시간 2초 미만, 다양한 기판에 맞춰 조절 가능해 감지 요구 충족.
유연성, 다기능, 간단 제조, 고감도 전자 장치 요구 증가로 경량, 단순 공정, 저비용, 대면적 제조 가능한 유연 센서 제조 방법 탐구와 발견이 연구자들의 열망이었습니다. 본 섹션에서는 최근 보고된 유연 온도 감지 소자 제조 전략과 성능 향상 핵심 공정 요약.
박막 제조법은 사용 재료 상에 따라 기상 증착과 상 증착으로 나뉩니다. 상 증착에는 나중에 언급될 스핀코팅과 잉크젯 프린팅 공정 포함. 기상 증착은 증착 공정 화학 반응 포함 여부에 따라 물리 기상 증착(PVD)과 화학 기상 증착(CVD)으로 나뉩니다.
PVD는 진공 조건에서 물리적 방법으로 생성된 원자나 분자를 기판에 증착해 박막 형성, 일반적으로 전극이나 활성 금속층 제조에 사용. 일반적인 증착법에는 진공 증발, 진공 스퍼터링, 이온 도금 포함. 금속 타겟 이온 스퍼터링은 진공 용기 내 고전압 1500 V 작용으로 잔류 기체 분자 이온화돼 플라즈마 형성, 양이온이 전기장 가속으로 금속 타겟 폭격해 금속 원자 시편 표면에 스퍼터링돼 전도성 막 형성. Ahmed 등은 유연 PI 기판 기반 Si 온도 센서 소개. 비도핑 비정질 실리콘을 감지 재료로 고주파 마그네트론 스퍼터링으로 형성된 금속 전극 사이에 증착 후 패키징. 최종 온도 감지 소자 유연 폴리이미드 필름 내 임베딩, 감지 성능 영향 없음. 30℃ 최대 TCR 0.0288 K⁻¹. Webb 등은 두 가지 초박막 피부 유사 센서 제조법 소개, 어레이 형태로 피부 표면 자기조립해 명확 정확한 열성능 모니터링 제공. 하나는 Cr/Au 층 뱀모양 트레이스 구조 감지층, PI 필름에 금속 증착 증착법, 마이크로리소그래피 기술, 습식 에칭 기술, 반응성 이온 에칭과 금속 증착으로 콘택트와 상호연결 완성 어레이. 다른 하나는 다중화 어드레싱으로 도핑된 Si 나노필름 패턴 PIN 다이오드 센서 설계, 감지층 금속 증착, 포토리소그래피, 화학 기상 증착, 습식 에칭 단계로 정의. 두 어레이 그림 6a. 알루미늄 프탈로시아닌 클로라이드(AlPcCl)는 태양전지, 습도 센서 재료로 자주 사용. Chani 등 연구 개발로 AlPcCl을 서미스터로 사용, 진공 열증착기로 유리 기판 알루미늄 전극에 증착. AlPcCl 필름이 25-80℃에서 온도 더 높은 감도 가짐, 어닐링으로 감지 성능 향상 발견. Bin 등이 개발한 Pt 저항체 열감지 재료 사용 유연 온도 센서에서 Pt를 스핀코팅된 PI 필름에 증착된 Al 층에 증발 증착, Pt 층 패터닝해 감지층으로 스핀코팅 및 폴리이미드 재료로 패키징. 염산 처리 후 완전한 유연 온도 센서 박리, 생물의학 분야 물체 표면 온도 측정용.
다른 박막 제조 공정과 비교해 화학 기상 증착법은 고순도 고품질 박막 달성 가능. 원자층 또는 나노미터 수준에서 구조화 제어 가능. 저압 고주파 플라즈마 강화 화학 기상 증착(RF-PECVD) 기술로 구리박에 GNWs 필름 합성 공정. Yang 등은 GNWs/PDMS 기반 유연 온도 센서 개발, 제조 공정 그림 6b. GNWs가 온도 센서 활성층으로 실현 가능 검증, 열반응 성능 기존 금속 온도 센서 초과. 기존 CVD 기술과 비교해 PECVD 기술은 저온 저압 조건에서 증착 속도와 필름 품질 효과적 개선. 또 다른 연구에서 Zhou 등은 부유 촉매 화학 기상 증착(FCCVD) 법으로 제어 가능한 두께 원시 SWCNT 필름 직접 합성. 이 방법으로 성장한 CNTs 연속 네트워크 유의미한 전도도와 유리한 제백 계수. 원시 SWCNT 필름 PET 기판 전사 후 분지형 폴리에테르이미드(PEI) 에탄올 용액 드롭캐스팅 건조해 유연 열전 모듈 제작용 n형 SWCNT 필름 얻음. CVD는 모든 재료를 모든 기판에 증착 가능하지만, 단순, 저비용, 대면적 나노소자 제조 기술 수요 증가로 복잡, 고비용, 유독성 CVD 성장 공정과 시간 소모적 에칭 공정은 유연 전자 소자 제조에 더 적합한 기술로 대체되고 있습니다.
박막 패터닝은 유연 전자 제조 핵심 기술 중 하나입니다. 제조 산업에서 위에서 아래로 재료 제거하거나 아래에서 위로 재료 추가하는 기본 아이디어 따릅니다. 핵심 기술은 박막 제조, 패터닝, 전사, 복제, 충실도 등 공정. 유연 전자는 대면적, 저온, 저비용 패터닝 기술 필요. 마이크로전자 및 마이크로전자역학 소자 패터닝 기술에서 배움. 동시에 유연 전자 소자 특성인 유연 기판, 유기 재료, 대면적 고려 필요. 현재 유연 온도 센서용 패터닝 기술에는 리소그래피, 프린팅, 소프트 에칭, 나노임프린팅, 잉크젯 프린팅, 레이저 소결, 전사 프린팅, 나노 직접 쓰기 등 공정 포함.
리소그래피는 유연 전자에서 다양하고 기발한 기하학적 도형이나 구조 실현 패터닝 방법. 포토리소그래피 공정은 포토마스크 패턴을 서로 다른 감도와 물리화학적 반응을 가진 포토레지스트를 빛 아래서 사용해 기판에 전사. 포토리소그래피 공정은 보통 절연체(보통 실리콘 웨이퍼) 위에 포토레지스트 사용해 스핀코팅 후 필요 패턴이나 구조 패터닝, 박리 공정으로 추가 실현. 포토리소그래피 공정과 박리 공정으로 높은 정렬과 에칭 정확도, 간단한 마스크 제작, 편안한 공정 조건으로 보통 고정밀, 특징 풍부 마이크로 구조 시스템 달성 가능. Kim 등이 개발한 통합 온도 센서와 열액추에이터 가진 초박막 유연 봉합사 응용에서 포토리소그래피 기술로 마이크로 가공, 제작된 유연 의료 장비 안정적 열성능 가짐. 리소그래피 기술은 사용 가능 재료와 정밀 장비 필요성으로 제한. 가공 가능 재료와 박막 두께 제한. 다량 활성 재료 필요 소자 제조 공정에 부적합. Yang 등은 유연 이식형 마이크로 온도 센서 제안, 표면 마이크로리소그래피로 고분자 모세관 외면에 마이크로 유연 온도 센서 에칭(미니어처 온도계 감지 원리도 그림 6c). Pt 감지 재료로 좋은 선형성, 생물의학 분야 이식형 온도 센서로 유망. 그러나 이 기술은 마이크로전자 산업 기초, 착용형 유연 전자 시대 개척.
과학 기술 발전으로 인쇄 공정은 전통 텍스트와 이미지 분야에서 미세나노 구조 패터닝 분야로 확장. 기술은 다양한 재료를 다양한 기판에 증착 가능, 인쇄 공정 환경 조건 가혹하지 않음. 간단히 말해 인쇄 기술은 볼록판, 평판, 오목판, 스크린 프린팅 포함, 소프트 에칭, 전사 프린팅, 나노임프린팅 등 방법으로 진화. 구체적 구현 방법에 따라 마스크 도움으로 착용형 센서 인쇄 부분과 비인쇄 부분 구분. 마스크 프린팅에서 전사될 패턴 미리 설계 후 마스크 통해 형성. 기능성 활성 재료 기능성 잉크 인쇄 공정으로 기판이나 전극에 직접 전사 가능. 스크린 프린팅은 전형적 마스크 프린팅 기술. 절대 압력 인쇄 공정에서 스퀴지로 패턴 메쉬 통해 기능성 잉크 기판 전사해 패턴 형성. 독특한 인쇄법으로 스크린 프린팅은 평면이나 곡면에서 빠르고 대면적 저비용 제조 요구 달성, 센서 작동 회로, 전극, 감지 소자 제조에 널리 사용. 포토리소그래피 기술과 비교해 스크린 프린팅은 다양한 재료에 패턴 제작 가능. 그러나 패턴 해상도 복잡 기하학적 형태 요구 충족 못함, 단순 형태 패턴 제작에만 적합. Yokota 등은 다양한 반결정 고분자와 흑연 교반 혼합해 인체 생리 온도 모니터링용 초유연 온도 감지 공중합체 형성. 초유연 온도 센서 소자는 마스크 프린팅으로 흑연 필러 혼합 공중합체를 PI 필름 증착된 두 인터디지털 금 전극 사이에 샌드위치 후 열압착 형성. Yan 등은 평판 흡착 필터 프린팅법으로 그래핀 마스크 통해 증착, 진공 여과, 기판 전사해 3차원 주름 패턴 구조 형성, 변형 가능 열지수 그래핀 생산. 서미스터 감지 면적과 신축성 증가. 사전 설계된 신축성 감지 재료 패턴 50% 미만 신축 시에도 민감한 온도 모니터링 유지. 더 대면적 센서 경제적 제조 위해 Harada 등은 복잡하고 비용 큰 제조 공정(증착, 포토리소그래피 등) 포기, 오직 인쇄 공정만으로 다기능 유연 센서 시리즈 제작 선택. PEDOT:PSS/CNT 복합 잉크 스크린 프린팅으로 PET 기판 회로에 섀도 마스크 통해 프린팅, 레이저 라이팅(LS) 후 구멍으로 하층 PDMS와 결합. 지문 유사 구조(그림 6d) 스크린 프린팅 변형 센서 층과 결합해 유연 센서 어레이 형성. 접촉에 의한 변형과 온도 차이로 인간 유사 모니터링 성능 달성. 또 다른 연구에서도 완전 인쇄 기술 사용, Kanao 등은 캔틸레버 빔 구조 기반 다기능 유연 센서 어레이 제안(그림 6e). 유연 스크린 프린팅 회로 양면에 변형 센서와 온도 센서 배치. PET 기판 양면에 패턴 섀도 마스크로 유연 온도 센서(PEDOT:PSS/CNT 복합 잉) 스크린 인쇄 회로 전기 콘택트에 프린팅. 완전 인쇄 어레이 센서 인간 피부 감지 특성 모방. 캔틸레버 빔 구조 변형 시 열원이 기판 바닥면 온도 센서에 더 가까워져 온도 변화 더 정확히 모니터링.
전사 프린팅은 패턴 오목 구조나 볼록 구조를 비패턴 스탬프 통해 수신 기판에 전사하는 인쇄 방법. 기본 원리는 인쇄층의 스탬프와 기판 상대적 점도 차이 이용해 패턴 전사 달성. 직접 전사 프린팅과 간접 전사 프린팅 두 유형. 유연 온도 센서 제조에서 후자 자주 사용, 즉 사전 프린팅된 패턴 필름을 수신 기판에 전사. 이전 리뷰에서 많은 유기 재료 감지층 예시 언급됐지만 무기 재료가 온도 감지 재료로 사용된 예는 적음. 주목할 점은 Liao 등이 무기 열감지 재료 VO₂ 포함 고감도 온도/기계 이중 매개변수 센서 보고, 전사 프린팅 기술로 제작된 PET/VO₂/PDMS 다층 구조 기반. PAD 기술로 증착된 VO₂ 층 에칭 후 PDMS 필름 부착. 신장 후 나노 거미줄 크랙 형성, 층 유연 PET 기판에 프레스. 270-320 K 범위 온도 감지, 0.1 K 분해능은 VO₂ 재료 높은 TCR 덕분. 수집된 온도 신호와 기계 신호 알고리즘 차이로 분리해 온도와 기계 변화 동시 모니터링 효과 달성. 유연 온도 센서 부족한 신축성 문제 해결 위해 Yu 등은 전사 프린팅 기술 기반으로 유연 장치가 30% 신축 또는 압축돼도 센서 성능 유지 가능한 유연 장치 발명. Au/Cr 층을 서미스터로 표준 포토리소그래피 기술로 SOI에 패터닝. 박리된 열감지층 유연 PDMS 스탬프 통해 부착, 사전 신축된 유연 PDMS 기판에 전사 프린팅 후 기판 방출해 신축성 유연 온도 센서 형성 제조 공정(그림 7a).
잉크젯 프린팅은 정확, 빠름, 재현성 높은 박막 제조 기술로 센서 개발에 널리 사용. 다른 프린팅 방법과 비교해 편의성, 유연성, 신속성, 저비용, 호환성, 정확성 등 장점. 잉크젯 프린팅 패턴은 후처리(건조, 경화, 소결 등) 거쳐야 완전 형성. 잉크 나노입자 연속 재료 변환으로 프린팅 패턴 성능 향상. 프린팅 공정 중 잉크 표면 장력과 점도 특성, 프린팅 패턴 품질도 잉크젯 장비 성능에 높은 요구. 특정 크기 기판 조건에서 전도 트랙 길이 최대한 길게, 트랙 두께, 폭, 간격 합리적. 반복 실험으로 잉크젯 시스템 토출 계수 획득. 예를 들어 Dankoco 등은 잉크 프린팅법으로 은 주성분 복합 잉크 PET 필름에 증착해 유연 굽힘 가능 온도 센서 제작. 기판 위 회로 명확 매끄럽, 잉크 방울 일관적, 인체 온도 측정용. Oh 등이 개발한 극고감도 투명 다기능 전자 피부 센서 어레이 제조 공정 그림 7b. 유연 어레이 온도, 습도, 변형 모니터링 기능, 호흡, 촉감 등 감각 감지 가능. GO와 rGO를 습도, 온도 감지 재료로 CVD 법 성장 그래핀 회로 PDMS 기판에 마스크 통해 잉크젯 프린팅 기술로 분사. 두 센서 수평 수직 정렬, 온도 센서 하층(그림 7b). 교차 라미네이션 후 PDMS/그래핀 압력 변형 센서 형성. 다기능 유연 센서로 동시에 독립적으로 단일 신호 반응 가능. 잉크젯 프린팅 그래핀 CVD 성장 그래핀보다 7배 높은 주문 성능 우위. 많은 논문에서 성능 우위 반영, 일부 연구 결과 CVD 그래핀 제품보다 우수. 잉크젯 프린팅과 스크린 프린팅 모두 대면적 센서 제조 신속 저비용 기술 수단. Zirkl 등은 두 신속 제조 기술 결합해 완전 인쇄 유연 센서 어레이 제작, 다중 스크린 프린팅과 잉크젯 프린팅으로 오직 5개 기능성 잉크만 사용해 다기능 전자 소자(압력, 온도 감지 센서, 전기변색 디스플레이, 유기 트랜지스터) 동일 유연 기판에 쉽게 통합(그림 7c). 공정 제조 속도와 저비용으로 향후 롤투롤(R2R) 제조 공정 이용 스마트 센서 네트워크 적용 가능. 일회용 전자 피부 시스템(EES) 개발 특히 중요. 이전 예시와 유사하게 Vuorinen 등은 잉크젯 프린팅 후 밴드에이드 유사 온도 센서 소개. 센서 그래핀/PEDOT:PSS 복합 잉크 사용, 피부 적합 PU 재료에 프린팅. 특히 0.06% ℃⁻¹ 이상 감도 달성 외 고해상도(1270 dpi) 은 스크린 프린팅 사이 뱀모양 패턴 잉크젯 프린팅으로 잉크젯 프린팅 복잡 그래픽(뱀 등) 프린팅 부족 개선. 잉크젯 기술 유연 전자 사용과 연구로 노즐과 잉크 제어 기술도 향상. 스크린 프린팅 신속 제조 공정과 비교해 잉크젯 프린팅 디버깅 공정 필요, 프린팅 속도 스크린 프린팅만큼 좋지 않음. 동시에 동시 가동 노즐 수 적고 노즐 고장률 높아 잉크젯 프린팅 제조 기술 실험실 제한, 산업 생산 대면적 제조 요구 달성 못함.
레이저 직접 쓰기(LDW) 기술은 계산으로 사전 설계 패턴 설계. 마스크와 진공 증착 없이 레이저 빔 직접 에블레이션으로 기판 재료 표면 패턴 전사 직접 완료. 우수한 공간 선택성, 높은 직접 쓰기 속도와 가공 정확도, 짧은 주기, 높은 재료 이용률, 낮은 오염. 기존 온도 서미스터가 고온과 다양한 복잡 공정으로 감지 기능 활성화 필요와 달리 LDW는 사전 설계 패턴에 선택적 어닐링 달성. Shin 등이 새로운 일체형 레이저 유도 환원 소결(m-LRS) 제조 방식 제안, 어닐링 공정 중 금속 산화물 NPs 환원도 가능. 취약 PET 기판에 NiO NPs 잉크 스크래치, m-LRS 기술로 NiO 직접 환원해 선형 Ni 전극 패터닝, 평면 Ni-NiO-Ni 이종구조 형성(그림 8a). 단일 재료 NiO NPs로 Ni 전극과 NiO 감지 채널 구성 완전한 유연 온도 센서 시스템 제조 독특한 방법, 유연 온도 센서 신속 제조 새 아이디어 제공. 이전 설계 제작 완전 프린팅 센서 어레이와 달리 Harada 등은 이전 연구 기반 더 직접적 대량 제조 유연 온도 센서 방법 제안. 유연 온도 감지 복합 잉크 기판 프린팅, 레이저로 여분 부분 직접 에칭해 설계 패턴 기판 남겨 온도 센서 어레이 제조 완료. 베이스 컷해 동물 수염 모방 인공 전자 수염(e-whisker) 구조 생성(그림 7d), 라미네이팅 스크린 프린팅으로 변형 센서 형성. 생체모방 센서 어레이 구조적 이점으로 3차원 물체 스캔 지각 가능.
저비용 대면적 제조 전제 하 일회용 지능형 모니터링 장비는 모니터링 행동 언제 어디서나 가능케 할 뿐 아니라 유연 모니터링 장비 안전과 위생 보장. Gong 등은 펜온페이퍼 제조법 제안, 붓으로 쓰거나 마스크로 그래핀 나노리본(GNR) 전도성 잉크 종이 베이스 탄소나노튜브 전극 사이 떨어뜨림(그림 8b). 투명 테이프 캡슐화 후 유연 온도 센서 제작. 연구에서 GNRs 우수한 감지 성능, 체온 모니터링 요구 충족. 제조법 빠르고 대면적 일회용 유연 장비 응용에 신뢰적 지원 제공.
기층, 활성층, 캡슐층 순서로 스핀코팅하는 액상법 유연 온도 센서 제조 일반적인 방법. 스핀코팅 기술 기판 제조와 패키징 보호에 자주 사용. 용액형 감지 재료에 스핀코팅 사용. 코팅은 생산 효율 크게 향상시킬 뿐 아니라 대면적 제조 우수한 잠재력 가짐. Kim 등은 유기 전계효과 트랜지스터(OFET) 어레이 제조 공정 시연, 결정화된 P(VDF-TrFE) 재료 게이트 절연층으로 몰드에 마이크로구조 설계 스핀코팅 공정으로, 기타 재료 패키징으로 OFETs 형성, 마이크로구조 도입으로 감지 성능 향상. 생체모방 구조 유연 온도 센서 제조 공정(그림 8e). 생체모방 문어 발 빨판 구조 접착층 스핀코팅 공정으로 제작, 포토리소그래피 박리 기술과 역몰드 기술 결합. 우수한 온도 모니터링 효과, 사용 재료 인간 생체 적합성 면에서도 우수. Liu 등은 기판 표면 이온화 처리 후 유연 전극 스크린 프린팅, 공기 분사 코팅 제조법으로 감지층 rGO 유연 배선 연결, 패키징 후 온도 감지 유연 센서 주구조 형성(그림 8c). 로봇 피부 제작 가능. Huang 등은 25-42℃ 온도 범위 유연성, 고분해능, 고반복성 온도 센서 제작. 교반 초음파 처리 후 PEO1500/PVDF/Gr 복합 용액 폴리이미드 유연 기판에 떨어뜨림, 일정 속도 스핀코팅으로 층 형성, 패키징해 온도 센서로, 의료 체온 전달 감각 가능성과 타당성 검증. 스핀코팅 기술 착용형 장치 효과적 제조 공정으로 Wu 등 연구에도 도입. 열감지 능력 가진 유기 박막 트랜지스터 설계. 독특한 3팔 3차원 복합 폴리락타이드, 폴리락트산(tascPLA) 용액 Si 기판 증착된 Au 게이트 전극 위 스핀코팅. Au 소스와 드레인 열증착법으로 그 위 증착. tascPLA 함유 복합 필름은 OFET 게이트 절연층과 기판 재료 역할도 함. 유연 전자에서 직물을 감지 소자 캐리어로 사용하는 경우 적지 않음. 전도성 실/직물 전도성 잉크 딥코팅이 유연 센서 가장 일반적인 코팅 기술. 전도성 직물 개발은 스마트 직물 응용 합리적 전제 제공. Sibinski 등은 30-45℃ 온도 범위 모니터링 온도 센서 개발. 게다가 현재 단일 실에서 필라멘트 미니어처화 실현. 그림 8d에서 PVDF 단일 필라멘트 섬유에 PMMA 고분자 화합물과 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs) 혼합 열감지층 딥코팅 기술로 코팅, 양호한 온도 감도와 극고 반복성. 직물에 쉽게 통합돼 니트 의류 제작 가능. 유기 재료 성형 특성 기반 다른 방법도 유연 센서 막 구조 제조나 감지 성능 테스트용 시편 제조에 사용. Yang 등이 연구한 열전 나노발전기(TENG) 제조 공정 드롭캐스팅 필름 법, 비교 후 PEDOT:PSS 재료 약한 드롭캐스팅 효과, 쉽게 파손돼 배제. 염화벤젠 용액 중 Te-나노와이어와 P3HT 고분자 혼합물 드롭캐스팅해 유연 Kapton 기판에 복합 필름 제작, 복합 재료 백색 직물에도 캐스팅, 명백한 온도 감지 능력과 열전 성능 보여 착용형 열수집기 사용 가능. 풍부 다양한 제조 방법은 유연 전자 발전 기초 마련. 대량 생산 요구 하 적합 제조 기술도 지속적 발전. 미래 완벽한 착용형 유연 장치 기대.
유연 온도 센서는 인체 부착해 인체 표면 미세 온도 변화나 특정 부위 실시간 온도 모니터링, 심지어 체내 핵심부나 조직 장기 온도 모니터링 가능. 저항 변화로 온도 변화 반응, 온도 변화를 전기 신호로 출력. 유연 전자 장치 수요 증가로 기존 온도 센서 단점(나쁜 확장성, 휴대 불가, 나쁜 실시간성)이 유연 착용형 장치에 점점 부적합해짐. 현재 유연 온도 센서는 고감도, 빠른 응답 시간, 합리적 시험 범위, 고정밀, 고내구성 등 고성능 요구돼 모니터링 기능 더 잘 실현.
센서 감도는 정적 조건에서 시스템 반응 변화 Δy와 해당 입력 변화 Δx 비율, 즉 출력과 입력 차원 비율. 센서 출력과 입력 차원 같으면 감도는 배율로 이해 가능. 일반적인 저항형 유연 온도 센서 온도 저항 계수 TCR(TCR, 단위 ℃⁻¹) 다음 식 표현: ΔR/R₀ = s(T - T₀), 상대 저항 변화(ΔR/R₀)를 온도 함수로, s는 TCR. 센서 출력과 입력이 선형 관계이면 감도 일정. 그렇지 않으면 입력량 따라 변화. 일반적으로 감도 증가로 더 높은 측정 정확도 획득 가능. 인체 온도 모니터링용 대부분 유연 센서는 10℃ 이내 온도 변화만 주목하므로 상대적으로 작은 온도 변화 포착 위해 고온 감도 필요. 여기 몇 가지 유연 온도 센서 감도 향상 대표적 방법과 개념 요약해 추가 개선 유리한 참고자료 제공.
유연 온도 센서 감지 성능은 보통 재료 특성과 밀접 관련. 민감한 센서 개발 한 가능한 방법은 뚜렷한 열성능 가진 복합 재료 채택. 온도 자극 후 내부 전도 네트워크 변화로 장치 온도 감도 영향. 활성 재료 온도 감도 향상 위해 온도 변동을 기계적 변형으로 변환해 전도 네트워크 온도 변화 반응 증폭 전략 채택. 열감지 재료를 높은 양 열팽창 계수 기판에 연결해 열유도 변형 강화. 이 방법은 그래핀, 흑연, 그래핀 나노월 센서에 적용. 예를 들어 Huang 등이 설계 제작한 유연 온도 센서에서 Gr이 PEO/PVDF 이진 복합 재료 전도 경로 형성(그림 9b 공정). 온도 변화로 PEO가 결정에서 비정질로 변환, PEO 녹는점 근접 온도에서 PEO 부피 팽창이 복합 재료 내 전도 네트워크 파괴, 저항률 급격 증가-PTC 강도 증가, 좁은 온도 범위 변화 빠른 반응. 실험으로 PEO 열성능이 장치 PTC 효과 주도적 역할 함 입증. 유연 온도 센서 감도 향상 다른 방법은 독특한 구조 사용. 최근 온도 감지 성능 향상 위해 구조 변경 다양한 설계 전략 개발. Yu 등은 PEDOT:PSS 필름 크랙 형상을 기판 표면 거칠기, 산처리 시간, 예비 신축도 조절로 변경해 온도 감도 향상시키는 마이크로크랙 형상 엔지니어링 기반 방법 제안(그림 9d). 평균 크랙 길이와 크랙 밀도 온도 감도 영향 표시. 결과 크랙 길수록, 크랙 밀도 높을수록 온도 감도 높음. 마이크로크랙 구조가 센서 온도 감도 핵심 역할 함 입증. 고밀도 마이크로크랙 구조 획득이 고온도 감도 획득 핵심. 고밀도와 고길이 직접 더 높은 온도 감도 대응. 유연 전자 장비 제조 공정 장치 생산 핵심 역할, 유연 온도 센서 감도 효과적 향상 가능. Shin 등이 신속 전체 레이저 유도 환원 소결(m-LRS) 법으로 Ni/NiO 유연 온도 센서 제조, 잉크젯 프린팅법과 다름. Ni 전극 NiO 층 직접 환원 소결, 금속 전극(Ni)과 온도 감지 재료(NiO) 사이 고품질 전체 콘택트 형성. Ni-NiO-Ni 이종 온도 센서 동종 다른 센서보다 높은 온도 감도 보임(그림 9e). 라만 분광법과 X선 회절(XRD) 측정으로 우수한 감도 m-LRS 공정 독특한 열활성화 메커니즘 기인함 보임. 게다가 유연 온도 센서 대부분 촉감 민감하므로 필름 두께가 감도 영향 미칠 것 추론. Lee 등의 연구는 고감도 종이 베이스 두께가 감도에 미치는 영향 검증, 단순 딥코팅 제조법으로 감지 재료 인쇄용지에 증착. 딥코팅 시간으로 필름 두께 영향. 그림 9f도 다른 두께로 인한 감도 다른 성능 보임. 주의할 점은 감도 높을수록 측정 범위 좁아지고, 더 나쁘게는 안정성 나빠짐. 따라서 감도 향상하면서 안정성과 정확성 주의 필요.
유연 온도 센서 감지 범위 중요한 매개변수, 감지 가능한 최소 최대 온도 의미. 본 논문에서는 인체 온도 모니터링 적합 측정 범위(30-45℃)만 관심. 또 다른 핵심 성능 매개변수 응답 시간은 일반적으로 온도 센서가 온도 자극 가해져서 안정적 신호 출력까지 소요 시간 정의. 일부 문헌에서는 센서 온도 T_sensor에서 온도 상승 T₀ 90%까지 시간으로 온도 센서 응답 시간 정의. 활성 재료 자체 열반응 관련, 온도 센서 온도 변화 빠른 반응 능력 반영. 응용 면에서 실시간 인체 건강 모니터링 제품, 즉각 반응 착용형 인공지능 요소 등 모두 더 짧은 응답 시간 요구.
센서가 감지 가능한 측정 대상 최소 변화량 능력은 분해능으로 정의. 즉 입력량이 0 아닌 값에서 변화 시작. 이때 입력 변화값 절대값 초과하지 않고 센서 출력이 변화하지 않으면 센서 입력량 변화 구별 못함 의미. 정확도는 실값 근처 플러스마이너스 3표준편차 값과 범위 비율, 측정값과 실값 최대 차이, 측정값 분산 정도. 측정 기구에 정확도는 정성적 개념, 일반적으로 수치 표현 불필요. 인체 정상 체온 일일 변동 작으므로 인체 온도 모니터링용 유연 온도 센서에 고분해능이나 고정확도 중요, 유연 온도 센서 더 광범위 응용 결정.
반복성은 동일 작업 조건에서 측정 시스템이 전범위 동일 방향으로 3회 이상 측정 시 동일 여기량에 대한 측정 결과 불일치 정도. 유연 온도 센서에서 내구성은 장기 사용 환경에서 안정적 감지 기능과 완전한 장치 능력 유지 의미. 높은 내구성과 높은 반복성 가진 유연 온도 센서가 장기 안정 사용 기본 요구 충족. 선형성은 실제 입출력 관계 곡선과 이상적 피팅 곡선 사이 편차 정도, 보통 백분율 표현. 따라서 선형 범위에서 출력 신호 더 정확 신뢰성. 높은 선형성 입출력 신호 보정 공정과 후속 데이터 최적화 처리에도 도움. 높은 선형성 유연 온도 센서 개발 수요도 증가.
생물이 외부 환경 자극에 정확하고 빠르게 반응하는 능력은 생명의 필수적 특징. 온도 감지로 인간 위험 예측, 질병 대응 가능. 비정상적 체온 변화는 조기 예방에 중요한 알림과 도움 역할. 유연 전자 장치 연구 발전으로 전자 피부, 스마트 건강 모니터링 시스템, 스마트 섬유, 생물의료 장비 등 다기능 신호 획득 센서 필요. 이중 유연 온도 센서는 의료 건강 응용에서 필수 불가결한 중요한 부분. 최근 몇 년간 신소재, 신제조 기술, 독특한 감지 방법 진전이 새로운 피부 유사 유연 온도 센서 개발에 필수적 참고와 튼튼한 기반 제공. 이 센서들 중 감도, 분해능, 응답 시간 등 기본 성능 매개변수 일부는 천연 피부 초월. 비록 많은 기초 응용 연구 후 연구 결과 실험실에서 실용으로 전환 가능. 그러나 실제 응용에서 여전히 많은 과제 해결 대기. 다음 내용에서 독특하고 우수하며 실용적 응용 예시로 최근 유연 온도 센서 유연 전자 응용 결과 요약.
유연 센서는 대면적 변형 가능, 경량, 휴대성 특성으로 기존 센서 불가능한 기능 실현. 전자 피부는 다양한 센서와 도체 유연 기판에 통합해 피부 유사 고유연 고탄성 센서 형성. 압력, 온도, 습도, 경도 등 외부 자극 전기 신호로 변환해 컴퓨터 처리 전송, 규칙적 물체 인식 가능. 유사 기능 전자 피부는 비구조화 환경에서 지각 달성 미래 로봇 필수 특징. 전자 피부로 로봇이 실제 사람처럼 외부 환경 변화 예민하게 지각 가능. 전자 피부 원리 단순하지만 로봇 표면 전자 피부 커버링엔 여전히 과제 존재. 전자 피부 용도 결정: 기계적 변형 중 장치 무결성 유지하면서 감지 성능 유지. 이상적 유연 전자 피부 방법은 패턴 제조. 용액 재료 직접 프린팅 기술로 기판 증착 패턴 형성, 상온 상압에서 롤투롤(R2R) 대면적 제조 달성해 피부 상당한 크기, 고수율, 저생산비, 환경보호 장점 가짐. Someya 등은 유연성, 대면적, 통합 온도 압력 감지 능력 가진 전자 그물 피부 개발(그림 참조). 신축성 전자 피부 다중 열, 압력 센서 노드 분포, OTFT로 데이터 읽기. 열 센서 어레이 유기 다이오드 기반, 표면 인듐 주석 산화물(ITO) 코팅된 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 제조. 열 필름 수치제어 절단기 기계적 절단, R2R 공정 네트워크 구조 제조, 네트워크 필름 라미네이션 결합으로 열 센서 어레이 제조 완성. 파릴렌 보호층 유기 반도체층 위 유연 가스 차단층 역할, 장치 내구성 며칠에서 몇 주로 연장, 테스트 중 트랜지스터와 다이오드 기계적 손상 방지. 센서 원상태 공간 정사각형, 25% 신축 후 마름모, 신축 시에도 우수한 전기적 특성 유지(그림 10a). 메쉬 구조 확립으로 전자 피부 용도 확장. 다중 매개변수 다중 노드 분산 구조로 불규칙 형상 객체 모니터링 가능. Kim 등이 제안한 표피 전자소자란 피부 표면 고정 초박막 유연 전자 장치(그림 10b). 오직 반데르발스 힘으로 피부 완벽 밀착, 온도, 변형, 동적 반응 감지. 잠재적 응용: 생리 상태 감지(뇌파, 심전도, 근전도), 상처 감지 또는 치료, 생물/화학 지각, 인간-컴퓨터 상호작용 인터페이스, 무선 통신 등. 피부 전자소자 초박막, 낮은 탄성률, 경량, 연성 특성. 장치 권선형 필라멘트 나노와이어나 마이크로나노 박막 형태로 제작, 시스템 더 큰 탄성 변형 견딤. 부드러운 터치 공정으로 피부 표면 쉽게 전사, 문신 스티커처럼. 전자 피부 풍부 기능에도 변형 12% 초과 시 공진 주파수 드리프트. 게다가 초박막 유연 장치 내구성도 주의 필요. 위 단점 미래 전자 피부 시스템 설계 제작 시 고려 필요.
착용형 건강 모니터링 시스템 개발 목적: 인체 열 매개변수 수집: 체온, 표피 온도, 열류 등. 신진대사, 발열, 질병 감염, 피부 치유, 열적응(임플란트, 보철물) 등 관찰 추론. 기존 모니터링 시스템 사용 사례 제한과 비교. 유연 착용형 온도 모니터링 시스템 최근 연구에서 더 유연한 응용과 우수한 열매개변수 모니터링 효과 입증. 앞서 소개한 Shin 팀 m-LRS NiO 온도 센서 시스템. 전자 피부 응용 잠재력 검증 실험에서. 그림 10c처럼 나란히 부착된 세 온도 센서 로봇 손가락으로 마이크로유체관 흐르는 온수/냉수 유량, 유향, 온도 반응 정확 측정. 게다가 적외선 열복사 유발 온도 증가 고분해능 능력도 가짐. 또한 고곡률 피팅 특성으로 온도 센서 시스템 호흡 모니터링 가능, 질병이나 중독 유발 비정상 호흡 증상 조기 경고. 운동 전후 호흡 변화 실험으로 시스템 인체 미세 호흡과 온도 변화 모니터링 효과 검증. 그들이 제시한 전체 제조 기술 의료 시스템과 전자 피부 대면적 개발에 유용한 도움. Webb 등은 두 종류 유연, 초박막, 고감도 온도 센서/액추에이터 보고, 상이한 구조: 마이크로리소그래피 기술로 Cr/Au 뱀모양 네트워크 형성 TCR 센서 어레이, 증착 후 부식 나노 PIN 센서. 두 센서 고감도, 빠른 응답, 고정밀. 외부 자극 유발 인체 혈류 변화로 인한 피부 표면 미세 온도 변화 비침습적 모니터링 실현. 피부 열전도도 정확 측정과 피부 수분 모니터링으로 혈당 모니터링, 약물 전달 흡수, 상처 또는 악성 종양 변화 등 건강 관리 실용적 응용 가치. 생명 신호 기반 건강 상태 모니터링 필요 유연 센서 시스템에 쉬운 제조, 안전한 부착, 강한 생체 적응성 필수. 그림 10d처럼 Yamamoto 등은 기존 젤보다 심전도(ECG) 센서 더 적합한 젤프리 점착 전극 개발. 패턴 프린팅 제조 온도 센서 조립해 탈수나 열사병 증상 발생 모니터링 가능한 유연 센서 시스템 형성. 생체 적합 재료 사용으로 기존 젤 장기간 인체 부착 불가능 문제 해결. 개방형 유연 감지 시스템 플랫폼 다양한 센서 추가로 더 광범위한 응용 개발 가능. 피부 온도와 열전달 특성 임상 의학과 피부 생리학 기초 연구 핵심 정보. 열적응 측면에서 잔존 지체 피부 온도 모니터링 예측 중요. 예를 들어 보철물 틈새 따뜻하고 습한 미세환경 조성, 세균 번식 촉진, 피부 염증 유발. 국소 피부 온도 모니터링 일상 섬유 속 숨은 유연 온도 센서 사용. 높은 일관성으로 비존재 피부 온도 모니터링에 매우 적합, 환자와 의료진 큰 혜택. Lugoda 등은 다양한 산업용 실 제조 공정으로 유연 온도 센서 직물 통합, 유연 온도 센서 직물사 임베딩 감지 효과 연구. 실 임베딩 온도 센서 굽힘 저항과 반복성 검증. 신장 센서 PI 필름 증착 Ti/Au 층 패터닝 제작(그림 10e). 온도 센서 임베딩 팔밴드 실험으로 이 센서 실이 지능형 온도 측정 직물 의류 제작 가능 검증. 스마트 온도 측정 직물은 보철물 열불편 감지, 당뇨병성 족부 궤양 조기 예측 양말, 아기 체온 지속 측정 직물, 상처 감염 모니터링 붕대 등 열적응 모니터링 응용 가능. 산업용 실 제조 기술로 유연 온도 센서 통합해 대면적 스마트 직물 제조 가능.
유연 전자 발전으로 다기능 유연 착용형 장치 건강 관리, 스마트 모니터링 장비, 인간-컴퓨터 상호작용/결합, 스마트 로봇 등 관련 분야 응용 점점 광범위. 유연 온도 센서는 유연 착용형 전자 장치에서 강한 실용성, 특히 인체 건강 모니터링에 정확한 온도 제어 불가결. 무선 전송 기능 도입으로 온도 센서 측정 결과 분석 활용 가능. Honda 등은 착용형 인간-컴퓨터 상호작용 장치, 약물 전달 기능 가진 패턴 "스마트 붕대" 제안. 저비용 패턴 프린팅 기술로 온도 센서, MEMS 구조 정전용량 촉각 센서, 무선 코일 유연 기판 통합(그림 11a). 부드러운 리소그래피로 만든 약물 전달 펌프(DDP)와 약물 배출 마이크로채널 추가로 상처나 내부 부위 약물 공급해 착용자 건강 개선. 착용형 상호작용 인간화 건강 모니터링 무선 장치 응용으로 미래 착용형 전자 응용 긍정적 역할. 지능형 상처 패치: 외상 후 상처 감염되고 치유 어려움. 기존 상처 드레싱 하 상처 치유 과정 종종 예측 불가, 만족스러운 수리 결과 얻기 어려움. 상처 감염이나 치유 시 정상 체온과 다른 온도 변화 발생. 따라서 상처 미세 온도 변화 모니터링 이상적 상처 치유 위해 매우 필요. 상처 치유 과정 "블랙박스" 상태 제거, 상처 상황 실시간 파악 위해 Lou 등은 투명하고 부드러운 폐루프 상처 치유 시스템 제안, 상처 치유 실시간 모니터링 촉진. 유연 상처 치유 시스템(FWHS)과 유연 상처 온도 감지 장치(FWTSD) 밴드에이드 형태, 이중층 밴드에이드 형태 유연 장치 상처 직접 부착 가능. 상층 온도 센서, 전력 관리 회로, 데이터 처리 회로 구성 유연 온도 감지층. 하층 피부 재생용 콜라겐-키토산 진피 등가물. 스마트폰 설치 맞춤 소프트웨어 앱 감지층 데이터 수신, 상처 온도 실시간 표시 분석(그림 11b). 시스템 고감도, 안정성, 양호한 연성, 신뢰성, 생체 적합성. 정상 상처 재생 과정 모니터링 외 생물 실험에서 심각한 상처 감염 적시 경고 달성. 성장 촉진, 실시간 온도 모니터링, 무선 전송, 시각화 통합한 지능형 상처 치유 시스템이 상처 모니터링, 조기 경고, 주문형 중재 통합 미래 발생 가능. 부상 후 상처 심한 감염 제때 치료 안되면 신체 더 심각한 손상 발생. 상처 상태 적시 모니터링, 신속 효과적 진단 치료는 상처 감염 합병증 발생 악화 줄이기 긴급 필요. 또 다른 연구에서 Pang 등은 고감도, 양호한 내구성, 원격 제어 이중층 구조 유연 스마트 붕대 제안. 상층 PDMS 패키징 뱀모양 와이어 통해 연결 통합. 온도 센서, 자외선(UV) 발광 다이오드, 전원, 신호 처리 회로 설계, 하층 UV 반응성 항균 하이드로겔 설계. 온도 센서 임계값 초과 비정상 온도 감지 시 스마트 기기 무선 신호 전송. 게다가 단말 애플리케이션 통해 현장 자외선 조사 제어, 하층 하이드로겔 항생제 방출 상처 적용해 조기 감염 진단 처리 달성. 시스템 실시간 상처 상태 모니터링, 정확 진단, 주문형 치료 가능. 이 지능형 외상 진단 시스템 연구는 상처 치료, 당뇨병성 궤양 등 외상성 질환 예방 치료 새 전략과 진단 치료 아이디어 제공. 이런 시스템 보급 응용도 중요한 전망. 첨단 수술 도구 개발은 인간 건강 개선 중요 조치. 유연 전자 발전은 임상 의료 기구 유연성과 소형화 신뢰적 지원 제공. 동시에 유연 장치 기능 풍부해져 임상 기구 단시간 병변 부위 다중 수술 가능, 수술 위험 감소. 그림 11c,d에서 Kim 등은 다기능 소자 그룹 직접 통합, 기존 풍선 카테터 탄성 필름에 유연 온도 센서 어레이 포함, 임상 응용 다양한 기능 제공. 이 풍선 카테터 생체 동물 실험으로 병변 깊이, 접촉 압력, 혈류 또는 국소 온도 등 핵심 정보 제공 능력, 풍선 위 고주파 전극 조직 제어 국소 절제 검증. 심장 절제 치료 구체적 사용. 또 다른 연구에서 임상 의학 가장 단순 널리 사용 장치 의료 봉합사용 두 얇고 구부러짐 가능한 유연 온도 센서 응용 개발. 하나는 생체섬유막 위 통합 Au 열액추에이터와 실리콘 나노다이오드 온도 센서 기반 초박막 봉합사. 다른 하나는 기판 양면 Au 와이어 사이 형성된 두 1×4 Pt 금속 온도 센서 어레이. 생물 상처 치유 돕고 상처 회복 모니터링 목적. 반도체 소자, 센서 등 구성요소 생체 적응 플랫폼 위 구축, 인체 유연 곡면 접촉 도전적.
알다시피 일부 수술은 강판, 스텐트, 심박동기, 임플란트 등 신체 조직과 다른 물체 체내 남겨 신체 불편 유발. 흡수성 장치 개발은 수술 임플란트 장비 사후 문제 최적화, 수술 위험과 상처 치유 난이도 감소. Kang 등은 다기능 실리콘 센서 보고. 쥐 뇌 이식 센서 실험으로 센서 구성 모든 재료(폴리락트산-글리콜산, 실리콘 나노막(Si-NMs), 나노다공성 실리콘, SiO₂) 가수분해와/또는 대사 통해 자연 흡수, 재추출 불필요. 두개내 압력과 온도 등 매개변수 지속 모니터링 가능, 뇌외상 치료용 흡수성 장치 성능 우위 입증. 이식형 혈관 스텐트 출현은 중재 수술 순조로운 진행 강력 지원. 혈관 스텐트 지속 구조로 폐색 혈관 확장 혈류 복구. 그러나 기존 혈관 스텐트 장기 체내 염증 여전히 진단 치료 어려움. Son 등은 생체흡수성 전자 스텐트(BES) 응용 소개, 생체흡수성 생체불활성 나노재료 기반(그림 11e,f). 유량 감지, 온도 모니터링, 무선 전력/데이터 전송, 염증 억제, 국소 약물 전달, 고온 치료 장치 통합. Mg 온도 유량 센서 부착층, 섬유형 Mg 저항(감지 유닛), 외부 캡슐층(MgO와 폴리락트산(PLA)) 구성(그림 12a). 실험 연구로 생체흡수성 전자 임플란트와 생체불활성 치료 나노입자 결합 혈관 내 스마트 스텐트 시스템 아직 인정 못받음.
온도 시각화는 유연 온도 센서 기능 더 돋보이게 함. 기존 적외선 이미징 장비 비싸고, 휴대 불리, 동적 물체 측정 부정확 단점 보완. 고강도 집속 초음파(HIFU), 스마트 기기 모니터링 등 경우 온도 측정 더 정확 유용해짐. An 등은 초장 은 나노파이버(AgNFs)와 은 나노와이어(AgNWs) 하이브리드 네트워크 고성능 투명 전극층, 패턴 제조, 다중화 기술로 정전용량 유연 투명 다기능 센서 어레이 제작(그림 12b). 정전용량 변화 ITO 전극 사용 패턴 센서보다 17배 높음. 미래 스마트 기기에서 지문, 압력, 온도 변화 손가락 사이 유연 센서 시각적 표시 동시 실현 가능. 지문 인식 기능 적용으로 스마트 모바일 기기 보안 기능 더 향상. Gao 등은 색도 온도 지시계와 무선, 패턴, 신축성 유연 전자 기술 결합 발광 장치 소개. 얇은 신축성 기판에 대규모 서모크로믹 액정(TLC) 픽셀 어레이 형성, 색도 판독과 무선주파수(RF) 구동 결합 피부 열특성 매핑. 비침습 전제 하 센서 시스템 무선 신호로 국소 가열 제어, 고온도 정확도(50 mK)와 고공간 분해능으로 피부 온도 조사 매핑. 반응성 충혈 테스트로 피부 하 혈류 평가(그림 12c). 수분 분석으로 피부 건강 문제 반영. 그림으로 장치 피부 하 혈류 미세 변화 빠른 시각적 반응 검증. 수분 분석으로 심혈관과 피부 건강 문제 반영. 적외선 카메라 투시 능력처럼 장치 핵심 온도, 상처 치유 모니터링, 체내 근접 임플란트 장치 검사, 악성 종양 암 선별 등 생물의학 관련 기능 사용 가능. 독특한 특징: 유연 장치 휴대폰으로 읽기 가능, 장기 착용 가능. 온도 시각화 시스템 피부 열특성 기술 거대한 전망 제공. 인간 건강과 생리 상태 결정 유용 지표 제공 노력. 또 다른 연구에서 Kim 등은 서모크로믹 재료로 온도 변화 직접 관찰 가능 아이디어 제공. 차이점: 온도 변화 구체적 수치 표시 없고 대략적 온도 변화 범위만 판단 가능. 그러나 그림 12d에서 He 등이 서모크로믹 재료 매핑 온도 정확도 최적화해 온도 구체적 값 더 정확히 반영. 미래 연구에서 온도 감지 서모크로믹 재료 개발도 점차 연구 초점 중 하나. 특히 그들이 만든 역쿠션 재료 피부 유사 색상. 게다가 3D 프린팅 기술로 유연 압력 센서 제조, 센서 구조 매개변수 조절 가능해 맞춤형 기능 보임, 전체 구조 제조 목적 달성. 미래 3D 프린팅 독특 기능 구조 개발 최적 후보. 이 기술로 장치 전체 제조 달성, 제조 공정 단순화, 일체형 성형 요구 보장. 유연 센서 분야에서도 엄청난 인기 얻을 것.
본 논문은 인체 온도 모니터링용 고감도 유연 온도 센서 최근 연구 진전을 열감지 재료, 제조 전략, 기본 성능, 응용 측면에서 검토했습니다. 인체 내 상대적 안정적 동적 변수로서 체온이나 국소 온도(외상)는 감정이나 생리 활동 영향으로 약 0.5℃ 정도 다양한 정도 미세 변동 있을 수 있습니다. 유연 온도 센서 모니터링 온도는 이에 맞춰야 합니다. 기존 적외선 카메라 온도 분해능 작음(<0.1℃). 게다가 적시 빠른 체온 모니터링 또 다른 돌파구 열쇠. 현재 온도 센서 응답 시간 수 밀리초 내 가능하지만 리셋 시간 너무 긴 문제 존재. 응답 시간과 리셋 시간 시차 단축이 센서 모니터링 효율과 능력 직접 영향. 다기능 센서 발전으로 다중 신호 간 상호 간섭 회피, 각 신호 반응 자극 독립적 반응해 상호 간섭 없이 정확 출력하는 것, 센서 성능 향상 완위 시급한 문제. 유연 온도 센서 발전은 예견 가능한 미래 보여줌. 미래 유연 온도 센서는 대면적 저비용 제조, 고감도, 자가 구동, 시각화, 자가 치유, 생분해성, 무선 원격 감지 전송 달성. 게다가 다른 기능 통합 활용. 수집된 온도 데이터 건강 빅데이터 플랫폼 정렬로 인간 미래 의료 진단 최적 도움과 데이터 지원 제공. 패턴 미세나노 제조 기술은 센서 저비용 대량 생산 좋은 제안. 인쇄 공정 상대적 성숙 공정 흐름 기반 통합 다기능 대면적 유연 장치 실현 코앞. 현재 유연 온도 센서 더 높은 감도 달성 가능하지만 일부 센서 환경 요인 온도 센서 간섭 미제거. 미래 인체 온도 모니터링용 유연 온도 센서 환경 영향 극복 노력 가능. 유연 센서 자체 취약하고 가볍지만 전원 회로와 전원 연결 필요해 전체 유연성 크게 감소. 미래 인체 온도 모니터링용 유연 온도 센서, 신호 수집 방법 추가 최적화로 더 효율적 자가 구동 조건 하 실시간 시각 데이터 무선 전송 실현, 지능형 모니터링 시스템 방대 개선. 체표면 온도 모니터링 환경 영향 크게 받지만 핵심 체온 상대적 안정. 인체 온도 모니터링용 유연 온도 센서 체표면(이마, 팔, 겨드랑이 등) 부착해 체표면 온도 모니터링, 심지어 작은 범위 핵심 체온 측정 가능. 비이식형 유연 센서 착용성, 생체 적합성, 내구성 더 개선돼 더 광범위한 사람 요구 충족, 모두 사용 가능 유연 응용 장치 돼야. 침습형 유연 온도 센서, 침투 과정이나 센서 사용 중 신체 손상 최소화가 최우선 고려사항. 따라서 생체 적합 또는 생분해성 감지 재료와 센서 탐구 개발은 의심할 여지 없는 개선 방향. 이물질로 인한 체내 거부반응이나 알레르기 반응 없음. 미래 유연 온도 센서 우리 주변 많은 경우 등장할 것. 고성능, 쉬운 제조, 저비용, 광범위 응용 범위 유연 온도 센서 개발 탐구 지속될 것.
해당 없음.
나노물질
카만 프리시전 프로덕츠(Kaman Precision Products, Inc.)의 측정 사업부가 극한 환경용 고정밀 변위 센서 및 시스템 라인의 출시를 발표했습니다. 전체 용접 및 밀폐 구조로 된 이 센서와 시스템은 로켓 및 터빈 엔진 검증 시험에 이상적이라고 카만은 설명합니다. 또한 원자로, 증기 및 가스 터빈, 화학 공정, 고온 공정 등 고정밀도, 고신뢰성, 구조적 무결성이 요구되는 기타 응용 분야에도 제공됩니다. 고압, 저온, 고온 조건에 맞춰 특별히 설계된 세 가지 개별 시스템이 제공됩니다. 변위 시스템은 최대 5,000
적외선 온도 센서는 700nm~14,000nm 범위의 전자기파를 감지합니다. 적외선 스펙트럼은 최대 1,000,000nm까지 확장되지만, IR 온도 센서는 14,000nm 이상을 측정하지 않습니다. 이 센서는 물체에서 방출되는 적외선 에너지를 하나 이상의 포토디텍터에 초점을 맞추어 작동합니다. 이 포토디텍터는 그 에너지를 전기 신호로 변환하며, 이는 물체에서 방출된 적외선 에너지에 비례합니다. 모든 물체의 방출 적외선 에너지는 온도에 비례하므로, 전기 신호는 센서가 가리키는 물체 온도의 정확한 판독값을 제공합니다. 적외선 신호는
