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촉각 감지를 위한 나노격자 기반의 유연하고 신축성 있는 도파관

초록

광 도파관과 유연한 광학 재료의 관련 특성을 기반으로 촉각 지각을 지향하는 유연하고 신축성 있는 광 도파관 구조를 제안합니다. 광 도파관의 감지 원리는 출력 광 손실로 인한 기계적 변형을 기반으로 합니다. 불규칙한 표면에 순응할 수 없는 기존 광 도파관 장치의 단점을 극복합니다. 유연하고 신축성이 있는 광 도파관은 나노복제 성형 공법으로 제작되어 촉각 감지 분야의 압력 및 변형률 측정에 적용되었습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 0 ~ 12.5%의 변형 감지 범위를 가지며 외력 감지 범위는 0 ~ 23 × 10 –3 아니오.

소개

광 도파관은 광파의 전송을 안내하는 구조이다[1,2,3,4]. 기존의 강성 광 도파관은 유연한 전자 장치 및 소프트 로봇 공학의 요구 사항을 충족할 수 없습니다[5,6,7]. 유연하고 신축성 있는 장치는 인간-기계 상호 작용의 인식을 실현할 수 있고 유연성, 신축성, 적응성, 감도, 생체 적합성 및 전자기 간섭에 대한 면역성이 높은 로봇 촉각 감지 시스템의 중요한 부분이 될 것입니다[8, 9,10,11,12]. Wang et al. 압력 감도가 24.63kPa −1 인 Ti3C2/MC 생체 복합 필름을 기반으로 생체에서 영감을 받은 유연한 압력 센서를 제작했습니다. , 실크 Fibroin-MXene 필름도 생체 적합성과 고성능을 가진 압력 센서로 사용되었습니다 [13, 14]. Ran et al. IR 광선의 고대비 이미징을 위한 유연한 생체모방 적외선(IR) 감지 증폭 시스템을 제작했으며 최대 감광도는 7.6 × 10 4 에 도달할 수 있습니다. 1342nm의 파장에서 [15]. 나노 격자 구조를 기반으로 한 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 유연성과 신축성을 가진 촉각 감지 장치로 제작할 수 있으며 웨어러블 전자 및 로봇 공학 분야에서 광범위하게 응용되고 있습니다. Li et al. 구부릴 수 있는 칼코겐화물 유리를 기반으로 유연한 도파관 장치를 제작했으며 다중 신경 축 이론을 사용하여 변형률 분포를 최적화했습니다[16]. 또한, 유리 도파관은 인장 변형률 42%의 신축성을 갖는 구불구불한 형태로 설계되었습니다. 새로운 유연한 광학 재료 외에도 유연하고 신축성 있는 도파관 제작에 많은 최신 제작 기술이 사용되었습니다[17, 18]. Samusjew et al. 잉크젯 프린팅으로 광중합 유연하고 신축성 있는 광 도파관을 제작했으며, 도파관은 120%의 신축성을 가졌다[19]. 나노 격자 구조를 기반으로 한 광 도파관 장치의 유연성과 신축성을 달성하려면 광학 투명도를 가진 새로운 연질 재료가 초석으로 필요합니다. 현재 유연하고 신축성 있는 광자 감지 장치를 만드는 데 사용되는 새로운 재료가 지속적으로 개발되고 있습니다[11, 20]. 그들은 투명도, 유연성 및 신축성을 포함하여 몇 가지 공통된 특성을 가지고 있습니다. 이러한 새로운 광학 연성 재료는 탄성 중합체, 콜로이드 결정, 하이드로겔 및 합성 오팔과 같은 범주로 나눌 수 있습니다[21,22,23]. 유연한 광학 재료와 마이크로/나노 제조 기술을 기반으로 하는 유연하고 신축성 있는 광 도파관 장치의 점진적인 개발로 촉각 인식, 웨어러블 전자 장치 및 개인 건강 진단에 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 적용이 점차 확대되었습니다. Andreas et al. 폴리스티렌 폴리머를 커버층으로 사용하고 플루오르화 폴리머를 투과층으로 사용하여 인장 강도가 300%를 초과할 수 있는 초고신축성 및 탄성 광 도파관 감지 장치를 제조했습니다[24]. Alexander et al. 홀로그래픽 기술과 UV 템플릿 경화 방법을 사용하여 벤조페논 감광성 분자와 혼합된 PDMS 재료에 유연한 회절 격자 빛을 준비했습니다[25]. 많은 연구자들이 유연하거나 신축성 있는 광 도파관을 구현했지만, 특히 로봇 촉각 감지 분야에서 유연하고 신축성 있는 광 도파관에 대한 연구 진행은 거의 없습니다.

이 논문에서는 나노복제 성형 공정으로 유연하고 신축성 있는 새로운 광 도파관을 설계하고 제작했습니다. 유연하고 신축성이 있는 광 도파관은 중요한 촉각 감지 장치이며 웨어러블 및 의료 애플리케이션을 위한 압력 및 변형 감지를 실현하는 데 사용할 수 있습니다. 유연하고 신축성 있는 도파관은 PDMS를 기판으로 하여 실리콘 마스터 웨이퍼에 제작되었습니다. 나노 격자 마스터 웨이퍼는 입/출력 커플러로 광 도파관에 격자 구조를 만드는 데 사용되었습니다. 모든 관련 매개변수는 제작 과정에서 분석 및 계산되었습니다. 제작된 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 촉각 감지 분야의 압력 및 변형률 측정에 적용되었습니다.

방법

유연하고 신축성 있는 도파관의 원리

유연하고 신축성 있는 광 도파관 센서의 경우 가이드 레이어의 굴절률은 n도파관입니다. 도파관의 주변 환경 굴절률 계수는 nexternal입니다. , 다음 관계를 만족합니다.

$$n_{도파관}> n_{외부}$$ (1)

본 논문에서는 PDMS를 광도파로층으로 선택하였으며, 그 굴절률 계수는 1.41로 공기 굴절률 계수 1.0보다 높아서 간단한 광도파로로 사용할 수 있다. 촉각 감지를 구현하려면 촉각 감지 기반의 유연하고 신축성 있는 광 도파관이 주변 환경의 다양한 물리적 매개변수(압력, 변형률 등)를 감지할 수 있어야 합니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관 감지 장치가 외부 환경의 영향을 받는 경우 출력 광 전력 강도는 본질적으로 응력 또는 변형으로 인한 기계적 교란과 관련이 있습니다. 출력 광도의 변화에 ​​따라 외부 환경의 힘에 의한 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 변형이 확립될 수 있습니다. 출력 광량의 변화를 계산하여 외부 물리적 변화를 정량적으로 측정할 수 있습니다.

그림 1a와 같이 유연하고 신축성 있는 광 도파관 감지 장치의 개략도. 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 일부는 다음을 포함합니다:1, 유연하고 신축성 있는 광 도파관 필름; 2, 주기적 나노 격자 깊이; 3, 광 도파관의 길이; 4 나노그레이팅 기간; 5, 나노그레이팅 폭; 6, 격자 결합 입력, 7, 격자 결합 출력. 유연하고 신축성 있는 광도파로의 격자 결합은 광도를 입출력하는 부분 6-격자 결합 영역과 부분 7-격자 결합 영역으로 구성된다. 광 도파관의 감지는 외부 물리량(압력, 변형률 등)을 가진 유연한 신축성 광 도파관에 의해 수행되어 그림 1b와 같이 출력 광 강도와 외부 물리량의 변화 사이의 해당 관계를 얻습니다. .

<그림>

압력 및 변형률 감지 원리, b 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 개략도

광파의 빔이 격자 결합기에서 광도파로로 일정한 각도로 결합되면 광도파로에서 거리 L을 투과한 다음 출력 격자 결합기를 통해 결합됩니다. 출력 광도는 I0이라고 가정합니다. . 유연하고 신축성 있는 광 도파관 구조가 외부 압력 F 또는 변형 S에 의해 변형될 때 광 도파관 출력의 해당 광도 변화는 ΔI0 , 따라서 출력 광도와 압력 사이의 관계는 다음과 같습니다.

$$\Delta I_{0} =f\left( F \right)$$ (2)

광도 변화와 적용된 변형 사이의 관계는 다음과 같습니다.

$$\Delta I_{0} =f\left( S \right)$$ (3)

시뮬레이션 결과 및 분석

유연하고 신축성이 있는 광도파로 구조 소재는 유연성과 신축성이 있는 부드러운 소재입니다. 플렉서블 스트레처블 광 도파로가 촉각 감지를 수행할 때 변형 과정에서 설정되는 응력으로 인해 장치가 손상되거나 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 따라서 유연하고 신축성 있는 광도파로 소자를 제조할 때 서로 다른 재료로 준비된 광결정 구조에 대해 정적 시뮬레이션을 수행하고, 인장 변형을 일으키는 외력을 받을 때 구조의 내부 응력 및 변형률 분포를 분석해야 합니다. . ABAQUS 소프트웨어는 유한 요소 시뮬레이션에 사용되었습니다. 모델 매개변수는 격자 주기 850nm, 듀티 사이클 0.5, 재료 두께 2mm, 격자 높이 200미크론, 영률 1MPa, 푸아송 비율 0.48, PDMS 밀도 0.98g/cm로 설정되었습니다. 3 . 하중은 광 도파관의 양쪽에 가해지는 인장 변위로 정의되고 다른 방향은 고정되어 장치가 수평 방향으로 10% 늘어납니다. PDMS 광 도파관의 응력-변형률 모드 분포도는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 2a에서 변형률의 형태적 변화는 주로 격자층 구조의 하부에 분포되어 있으며 변형률은 좌우 대칭으로 더 균일하게 분포되어 있습니다. 응력집중은 격자와 블록구조가 연결되는 부분에 주로 집중되며, 최대응력은 그림 2b와 같이 0.13 MPa 이하이다. 기계적 시뮬레이션 분석 결과 PDMS 기반 격자 구조 도파관은 인장 특성이 매우 우수하며 시뮬레이션 실험은 유연하고 신축성 있는 광 도파관 구조의 변형률 감지 기능의 안정성을 뒷받침합니다.

<그림>

유연하고 신축성 있는 도파관의 유한 요소 시뮬레이션:a 탄성 변형; 스트레스

플렉서블 광도파로 촉각센서의 센싱 원리는 빛이 광도파로에 결합되어 투과될 때 외부의 응력과 변형에 의해 빛의 투과 손실이 발생하고, 그 손실을 계산하여 응력과 변형 센싱의 목적을 달성한다는 것이다. 따라서 나노격자 구조를 기반으로 설계된 광도파로 소자의 경우 광도파로에서 빛의 투과 상태를 검증하기 위해 전계 시뮬레이션이 필요하다. 전자기 시뮬레이션 실험에서 FDTD 전자기 시뮬레이션 소프트웨어는 해석 및 설계에 사용됩니다. 설계된 광 도파로가 대칭 구조이기 때문에 양쪽 끝에 있는 격자 결합기를 연구 대상으로 선택하였다. 격자의 듀티 사이클은 0.5이고 격자의 주기는 이고 격자의 높이는 이다. 기본 구조는 그림 3a에 나와 있습니다. 가우스 적색 광선이 13.54도의 입사각으로 광 도파관에 결합되면 대부분의 백색 광선이 광 도파관에 결합되어 광 도파관의 수평 방향을 따라 전파될 수 있습니다. 실험은 빔이 특정 입사각으로 광 도파관에 들어갈 때 빔이 그림 3b와 같이 부분적으로 광 도파관에서 전파되고 결합될 수 있음을 확인했습니다.

<그림>

광 결합 과정의 시뮬레이션 구조, b 결합 빛의 전자기 분포

제작

유연하고 신축성 있는 광 도파관의 입력 및 출력 모드는 격자 결합이며, 이는 Si 마스터 격자 템플릿을 사용하여 나노복제 성형으로 제작됩니다. 유연하고 신축성 있는 광도파로 제작에 사용할 수 있는 유연한 광학 재료에는 PDMS, SU8, PMMA 및 구부러지는 칼코게나이드 유리가 있습니다. 유연하고 신축성 있는 도파관의 제작 과정은 다음과 같습니다. (1) 마스터 웨이퍼 템플릿. 나노격자 템플릿의 격자 주기는 850nm, 필 팩터 0.5(LightSmyth Technologies, Inc.)입니다. (2) 표면 개질. 준비된 실리콘 웨이퍼 템플릿을 소수성 실란에 넣고 15분 동안 담가두었습니다. 그런 다음 IPA로 세척하고 질소 가스로 건조하여 Si 격자 템플릿의 표면 특성(친수성에서 소수성으로)을 변경했습니다. (3) 희생층. 폴리비닐알코올(PVA) 용액(농도 10%)을 4'' Si 웨이퍼에 회전 코팅한 후 75 0 에서 건조 C에서 30분 동안 (4) 격자 도파관의 템플릿. 2개의 855nm Si 격자가 PVA 희생 층 위에 배치되었습니다. 두 격자 템플릿의 방향이 동일하고 격자가 위를 향하도록 하고 템플릿 사이의 상대 거리를 확인합니다. (5) 미경화 PDMS 코팅. 경화되지 않은 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합합니다. 그런 다음, 경화되지 않은 PDMS를 교반하여 균일하게 혼합합니다. 그 후, 혼합물을 진공 상자에 넣고 10분 동안 탈기합니다. 마지막으로, 경화되지 않은 PDMS는 격자 도파관 템플릿에 스핀 코팅됩니다. (6) PDMS 기반 도파관 스트리핑. PVA에 응고된 광도파로를 물에 넣고 10시간 동안 목욕하여 PVA를 녹입니다. 그림 4와 같이 유연하고 신축성 있는 광 도파관을 꺼내고 실리콘 격자 템플릿에서 도파관을 벗겨냅니다. 본 논문에서 설계한 유연하고 신축성 있는 광 도파관 구조의 크기는 조정 가능합니다. 후속 응용 프로그램에서 연구원은 요구 사항에 따라 광 도파관의 구조적 크기를 조정할 수 있습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 주로 다음 두 가지 측면에서 조정할 수 있습니다. (1) Si 템플릿의 크기를 줄입니다. (2) 격자 투과층의 거리를 줄입니다. 위의 두 가지 방법을 통해 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 크기를 패키징 요구 사항에 따라 적응적으로 설계 및 제조할 수 있습니다.

<그림>

유연하고 신축성 있는 광도파로 센서의 나노복제 성형공정

나노 격자 구조는 대규모 복사 및 성형으로 만들어집니다. 선택된 실리콘 격자 템플릿은 그림 5a와 같이 주기가 850nm, 듀티 사이클이 0.5, 격자 높이가 200nm입니다. 나노 격자 형태의 품질은 입력 및 출력 광의 결합 효율을 결정합니다. 레플리카 몰딩 기반 나노 격자의 AFM 이미지는 그림 5b와 같습니다. 그림에서 나노 격자 구조가 실리콘 격자 템플릿에서 PDMS 기판으로 좋은 일관성으로 전달될 수 있음을 알 수 있습니다. 선택한 nanoreplica 성형 방법은 유연하고 신축성 있는 광 도파관 제작의 요구 사항을 충족할 수 있다고 결론지을 수 있습니다.

<그림>

나노 격자의 AFM 이미지:a Si 나노격자 템플릿, b PDMS의 나노복제 성형 격자

결과 및 토론

센싱 플랫폼

유연하고 신축성 있는 도파관으로 촉각 감지를 위한 응력과 변형률을 측정하기 위해 유연한 촉각 감지 플랫폼을 구축했습니다. 전체 유연하고 신축성 있는 광 도파관 실험 플랫폼이 그림 6a에 나와 있으며 주로 다음 과정을 포함합니다. (1) 입사 광원. 파장이 632.8nm인 레이저 포인트가 입사광으로 선택됩니다. (2) 광원 위치 및 자세 조정 ​​장치. 실시간으로 입사광원의 위치를 ​​고정하고 입사각을 조절하는 기계장치입니다. (3) 인장 측정 장치. Vernier Caliper 및 비표준 고정 부품으로 구성된 인장 측정 장치는 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 초기 길이와 실험에서 해당 신축 길이 변화를 정확하게 측정하는 데 사용할 수 있습니다. (4) 광검출기. 광검출기 PM100D(Thorlabs, Inc.)의 광도 감지 범위는 500nW ~ 500mW입니다. 이 실험 플랫폼에서 광검출기는 유연하고 신축성 있는 PDMS 기반 광 도파관에서 출력 광도 변화를 감지하는 데 사용되며, 출력 광도의 변화량을 기반으로 관련 압력 및 변형률을 계산할 수 있습니다. 이 촉각 감지 실험 플랫폼은 저렴하고 호환 가능하며 촉각 감지를 위한 압력과 변형을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 변형 정밀도는 0.1%에 달할 수 있으며 Vernier Caliper의 정밀도는 0.02mm입니다. 동시에 광검출기는 출력 광도의 변화를 감지하는 데 사용되며 포토다이오드 프로브의 분해능은 10PW입니다. 나노레플리카 몰딩으로 제작된 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 그림 6과 같다. 화려한 사각형 영역은 유연하고 신축성 있는 광도파로의 입출력 부분이고 중간 영역의 투명한 영역은 광 투과 영역이다. 화려한 효과는 격자 표면의 빛 회절에 의해 생성됩니다. 유연한 stretchable 광 도파관은 그림 6b에 나와 있으며, 색칠된 영역은 유연한 stretchable 광 도파관의 입력 및 출력 포트이고 중간 투명 영역은 광 도파관의 전송 영역입니다. 격자 결합 입력 및 출력 포트의 컬러 이미지는 격자 표면의 빛의 회절로 인해 발생합니다.

<그림>

촉각 감지 플랫폼, b 나노그레이팅 기반의 유연하고 신축성 있는 광 도파관

촉각 감지 실험

촉각 감지에서 압력과 스트레인은 외부 환경과 상호 작용할 때 로봇 촉각 센서와 자주 관련된 두 가지 물리적 양입니다. 압력과 변형에 대한 실시간의 정확한 인식은 로봇이 외부 물체와의 상호 작용 시 기계적 변형 정도를 정확하게 포착하여 후속 최적의 피드백 작업을 용이하게 할 수 있도록 합니다.

유연하고 신축성 있는 광 도파관에 대한 시험 방법은 다음과 같다. (1) 고정된 각도로 결합 격자를 통해 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 도파관 투과층에 안정된 광선을 입사시키는 데 사용된다. 광 도파관 장치의 다른 쪽 끝에서 광검출기는 출력 격자 커플러에서 출력된 빛을 수집하는 데 사용됩니다. (2) 유연하고 신축성이 있는 광도파로에 외력이 가해지면 광도파로의 구조가 변하여 출력광의 세기가 약해진다. 광도의 감쇠를 분석하여 외력을 정확하게 측정할 수 있습니다. (3) 유연하고 신축성 있는 광 도파로에 외부 변형이 가해지면 출력 광 강도의 변화에 ​​따라 변형도 정확하게 측정될 수 있다. 유연하고 신축성 있는 광도파로에 대한 압력 시험을 수행하였다. 이 실험에서 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 버니어 캘리퍼스의 2개의 슬라이딩 헤드로 고정되고 632.8nm 레이저 소스는 최적의 각도로 입력 격자 포트에 결합되도록 조정됩니다. 최적 각도의 위치는 격자의 출력 끝에서 전력계가 받는 최대 전력과 관련이 있습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 중간 영역에서 압력계를 사용하여 점진적으로 압력을 가하고 압력 값과 광도에 대한 해당 데이터를 기록합니다.

실험 결과는 그림 7a에 나와 있습니다. 그림에 따르면 광 도파관의 출력 광도는 인가된 압력이 증가함에 따라 감소하고 압력 변화와 출력 결합 광도 사이에는 선형 상관 관계가 있습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 압력 감지 범위는 0 ~ 25 × 10 –3 입니다. 아니오.

<그림>

유연하고 신축성 있는 광 도파관 감지 실험:a 압력 대 광도 손실 응답 그래프, b 스트레인 대 광도 손실 응답 그래프

유연하고 신축성 있는 광 도파관의 스트레인 센싱 실험은 스케일이 있는 스트레칭 메커니즘에 의해 수행됩니다. 첫째, 유연하고 신축성 있는 도파관은 중력으로 인한 굽힘을 방지하기 위해 미리 늘어나 수평 상태가 되고 초기 길이 L0이 됩니다. 버니어 캘리퍼스에 의해 기록됩니다. 그런 다음 유연하고 신축 가능한 광 도파관은 버니어 캘리퍼스의 양쪽 끝에서 클램핑 메커니즘에 의해 늘어나고 신축 후 길이는 L로 기록되고 해당 변형 S는 다음과 같이 계산될 수 있습니다.

$${\text{S}} =\frac{{L - L_{0} }}{{L_{0} }}$$ (4)

유연하고 신축성 있는 광 도파관을 기반으로 하는 변형률 감지의 실험 결과가 그림에 나와 있습니다. 그림에 따르면 적용된 변형률이 증가함에 따라 유연하고 신축성있는 광 도파관의 출력 광 강도가 점차 감소했습니다. 또한, 인가된 변형률이 증가함에 따라 광출력이 감소하며, 이들 사이에는 선형 상관관계가 있습니다. 한편, 유연하고 신축성 있는 광 도파관의 변형 감지 범위는 그림 7b와 같이 0~12.5%이고 변형 정밀도는 0.1%입니다.

감지 시스템은 유연하고 신축성 있는 광 도파관과 광 검출기(PM100D 디지털 전력계)의 두 부분으로 나눌 수 있습니다. PDMS 기반 광센서에서 전송되는 빛의 지연은 실제로 낮고 무시할 수 있기 때문에 응답 및 복구 속도는 주로 광 검출기에 달려 있습니다. 그리고 우리 감지 시스템의 파워미터 응답률은 25Hz입니다. 따라서 유연하고 신축성 있는 광도파로 센서의 응답 시간은 40ms입니다. 유연하고 신축성 있는 광학 센서의 사이클 안정성은 적용된 변형률과 압력을 가하고 내리면서 조사됩니다. 일정한 하중이 가해지면 반복 실험을 통해 늘어나는 횟수를 셉니다. 그리고 그 결과는 안정적으로 3000배 이상 늘일 수 있음을 보여줍니다. 또한 PDMS 재료가 PAAm(Polyacrylamide)과 혼합된 경우 재료는 30,000번 이상의 하중 주기를 견뎌냅니다[26].

오늘날, 유연하고 신축성 있는 광학 장치를 제조하는 데 몇 가지 문제가 있습니다. 가장 큰 이유는 스트레칭에 사용할 수 있는 투명하고 유연한 광학 재료가 정말 제한적이기 때문입니다. 또 다른 이유는 유연한 광학 재료를 기반으로 한 마이크로 및 나노 구조의 신속한 프로토타이핑 및 제조를 실현하는 데 사용할 수 있는 새로운 제조 기술의 개발이 필요하기 때문입니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 독창적인 설계로 PDMS를 도파관의 핵심 레이어로 사용하면 도파관 손실이 증가합니다. 최근 몇 가지 유연한 광학 재료가 제안되었다[21, 27, 28, 29, 30]. Wan et al. 셀룰로오스 나노결정과 수성 폴리우레탄 라텍스를 사용하여 유연한 포토닉 페이퍼를 제작했습니다[31]. 이와 같은 유연 광학재료를 이용하면 광도파로 구조를 개선할 수 있다.

결론

요약하면, 유연하고 신축성 있는 도파관은 촉각 감지, 의료 및 유연한 전자 분야의 응용 분야에 적합합니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 실리콘 격자 템플릿을 사용하여 유연한 광학 재료 위에 제작되며 나노 격자 구조는 나노복제 성형을 통해 유연한 광학 재료에 전사될 수 있습니다. 제작된 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 신속한 프로토타이핑, 저렴한 비용 및 제작이 용이한 장점이 있습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파로의 제조 기술이 연구되었으며 희생층 준비 공정, 실리콘 격자 템플릿 준비, 소수성 처리 및 유연한 재료 준비 기술의 조합을 통해 최적의 제조 기술을 개발했습니다. 유연하고 신축성 있는 광 도파관은 0 ~ 12.5%의 변형 감지 범위를 가지며 외력 감지 범위는 0 ~ 23 × 10 –3 N. 유연하고 신축성 있는 광도파로 기반 센싱 소자는 기존의 강성 광도파로에 비해 유연성, 신축성, 곡면 순응이 용이한 특성을 갖는다. 이 소자에 사용된 유연한 광학 소재는 PDMS로 유연하고 신축성 있는 광도파로의 인장 특성을 최대 50% 이상 향상시키는 데 사용할 수 있다. 이 장치는 Flexible stretchable 광도파로의 신축성과 유연성을 최대한 발휘할 수 있으며, 외부 물리량(압력, 변형률 등)의 변화에 ​​따른 광도파로의 출력 광출력 세기의 변화를 정확하게 측정할 수 있습니다.

데이터 및 자료의 가용성

모든 데이터는 제한 없이 완전히 사용할 수 있습니다.

약어

IPA:

이소프로필 알코올

DI 물:

탈이온수

FDTD:

유한 차분 시간 영역

PDMS:

폴리디메틸실록산


나노물질

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