Nd:YAG Laser 직접 각인을 이용한 Carbon 스트레인 센서
Carbon strain sensor using Nd: YAG laser Direct Writing
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초록
Nd:YAG Laser를 이용하여 polyimide film에 탄화(carbonization)를 진행하여 Carbon을 생성하여 저가의 센서를 간단한 제조과정으로 만들었다. 이를 통하여 유연한 저가형 압저항 센서의 특성에 관한 연구를 수행하였다. 기존에 많은 연구들이 Polyimide에 10.6 μm의 파장을 가지는 CO2 laser를 이용하여 carbonization을 하여 센서를 제작하였다. 본논문에서는 polyimide film에 1.064 μm의 파장을 가지는Nd:YAG laser 를 이용하여 carbonization(탄화공정)을 진행하였다. 또한 Nd:YAG laser를 사용하여 polyimide film위에 직접 탄화시키며 carbon을 생성하는 최적의 전력밀도(W/cm2)과속도(scan rate) 조건 조합을 찾아 해상도를 높였다. CO2 laser를 사용하였던 기존의 선행연구에서는 carbon생성의 최소선폭이 140~220 μm의 길이를 가졌지만, 본 연구에서는 카본의 생성되는 선폭이 35~40 μm 으로 축소시켰다. 이번 연구에서 제작된 센서의 초기 면저항은 100~300 Ω/□ 이였다. 곡률 반경 21 R 로 인장을 하였을 때 저항이 30% 줄어들었고, 이를 통하여 계산된 게이지 팩터는 56.6이였다. 본 연구는 압저항 센서를 제조하기 위한 단순하고, 매우 유연하고 저렴한공정을 제공한다.
Abstract
Nd:YAG laser was used to carbonize polyimide films to produce carbon films. This is a simple manufacturing process to fabricate low cost sensors. By applying this method, we studied characteristics of flexible and low-cost piezoresistive. Previously, many studies focused on carbonization of polyimide using CO2 laser with wavelength of 10.6 μm. In this paper, carbonization (carbonization process) was performed on polyimide films using an Nd:YAG laser with a wavelength of 1.064 μm. In order to increase the resolution, we optimized the laser conditions of the power density (W/cm2) and the beam scan rate. In previous studies using CO2 laser, the minimum line width was 140~220 μm but in this study, carbon line width was reduced to 35~40 μm. The initial sheet resistance of the carbon sensor was 100~300 Ω/ □. The resistance decreased by 30% under stretched with a curvature radius of 21 R. The calculated gauge factor was 56.6. This work offers a simple, highly flexible, and low-cost process to fabricate piezoresistive sensors.
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