액체 금속(EGaIn)을 기반으로 하는 소프트 센서의 제작 방식에 따른 구조적 특징 비교

Abstract

이 논문에서는 고신축성 특성과 높은 민감도를 가져 활용도가 높은 액체 금속(Eutectic Gallium Indium alloy, EGaIn) 기반의 소프트 센서를 제작하는데 있어, 통상적으로 사용되는 서로 다른 3가지 제조 공법으로 만든 소프트 센서의 구조적 특성을 비교 분석하였다. 액체 금속을 미세한 패턴 구조로 만들기 위해 실험에서 활용한 3가지 제조 공법은, (1) 주사기로 액체 금속을 주입하는 방법, (2) 주사기의 주입과 다이어프램 펌프의 흡입을 조절하여 액체 금속을 주입하는 방법, (3) 진공 챔버로 챔버 내의 압력을 조절하여 진공 흡입하는 방법이 있다. 주사기를 이용한 주입 방법은 특별한 장비 없이 간단하게 센서 제작이 가능하다는 장점이 있으나, 수작업으로 제작하는 방법의 한계로 인해 주입 압력 조절의 어려움에 따른 미세 유체 채널의 박리 및 파손이 높은 확률로 발생했다. 다이어프램 펌프를 이용한 경우에는 흡입 압력의 조절을 통해 관내 압력을 일정 범위가 넘지 않도록 유지했으며, 그 결과 미세 유체 채널의 박리에 의한 액체금속 누출 현상의 발생 빈도가 감소했다. 마지막으로 진공 챔버를 이용하는 경우에는 진공상태에서 대기압으로 내부 기압이 복원하며 발생되는 압력 차이로 인해 미세 유체 채널 주입부 밖에 위치한 액체 금속이 진공상태의 채널로 유입된다. 이것은 진공 상태를 유지 및 해제하는 과정만으로 액체 금속의 원치 않는 누출이나 채널의 박리와 같은 구조적인 손상이 없이 복잡하고 조밀한 미세 유체 채널의 충진 가능성을 확인했다. 제작된 소프트 센서는 인장 및 하중 인가를 통해 센서의 구조적 변형 특성에 따른 성능을 확인했다.