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KR100695727B1 - 압전 복합체 센서 - Google Patents

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KR100695727B1
KR100695727B1 KR1020050049729A KR20050049729A KR100695727B1 KR 100695727 B1 KR100695727 B1 KR 100695727B1 KR 1020050049729 A KR1020050049729 A KR 1020050049729A KR 20050049729 A KR20050049729 A KR 20050049729A KR 100695727 B1 KR100695727 B1 KR 100695727B1
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Abstract

본 발명은 압전체 분말과 고분자를 혼합한 압전 복합체로 이루어진 압전 재료층 및 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 혼합한 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 이루어져 상기 압전 재료층의 양면에 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서를 제공한다. 본 발명에 의한 압전 복합체 센서는 우수한 압전성, 유전성 및 기계적 강도를 갖고 신뢰성을 향상시키며, 공정상 유연성을 향상시킬 수 있고, 공정을 단순화하며 공정 비용을 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
압전 소자, 압력 센서, 충격량 센서, 압전 복합체, 전도성 복합체, 전도성 고분자, 압출, 사출 성형

Description

압전 복합체 센서 {Piezo-electric composit sensor}
도 1은 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 다른 일실시예를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 또 다른 일실시예를 도시한 단면도.
본 발명은 압전 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전 복합체를 사용한 압전 센서에 관한 것이다.
유전성, 압전성 등의 기능을 갖는 기능성 세라믹은 각종 전기 전자 부품 등으로서 광범위한 분야에 사용되고 있다. 예컨대, 각종 작동기(actuator), 센서(sensor), 공진기(resonator) 등의 압전 소자에 사용되고 있다. 이러한 유전성과 압전성을 지니는 기능성 세라믹으로는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 티탄산바륨(BaTiO3) 등을 들 수 있으며, 특히 우수한 압전성을 갖는 세라믹으로는 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산지르콘산연(PZT) 등을 들 수 있다.
압전성은 압전 소자에 일정한 방향에서 압력을 가하면 소자 양면에 외력에 비례하는 유전 분극이 발생하여 전기가 생성되는 특성을 말하는데, 이는 피에조 일렉트릭(Piezoelectric)라고도 한다. 반대로 압전 소자에 전기적인 방법으로 유전 분극을 일으키게 하면 힘이 발생하여 변형이 생긴다. 이러한 특성을 이용하여 다양한 분야에 응용할 수 있다. 예를 들어 역학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 특성을 이용하여 가스렌지의 점화 장치나 가속도 센서, 마이크로 폰 등의 음파 탐지기 등을 제조할 수 있고, 전기적 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 특성을 이용하여 쿼츠 시계의 발진 장치, 초음파 세척기 및 가습기 등을 제조할 수 있다.
상기와 같은 압전성을 갖는 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전 소자로서 이용되었으며, 티탄산바륨과 같은 압전 세라믹스도 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로, 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로 상호 변환이 가능하며 변환 효율이 매우 높은 재료이다. 특히, 이성분계로 PZT라고 불리는 압전 세라믹이 발견되어 가속도계 등의 센서용으로 널리 사용되고 있다. 이 PZT 세라믹은 우수한 기계적, 전기적 특성을 가지며, 티탄산납(PbTiO3)과 지르코산납(PbZrO3)을 일정한 비율로 섞은 것으로, 사용 용도에 따라 불순물을 첨가하여 여러 가지 재료 물성을 압전 세라믹으로 사용할 수 있다.
이러한 세라믹은 원하는 형상으로 성형하기 위해 소성 공정이 필요하고, 소성 공정 후에는 기계 가공을 하는 것이 일반적이다. 세라믹은 가소성(plasticity) 이 거의 없기 때문에 복잡한 형상의 성형품을 얻는 것이 곤란하다. 즉, 성형의 자유도가 부족하다는 단점이 있다. 그에 따라, 성형 공정이 번잡하고 생산성이 떨어지며 성형 비용이 비싼 단점을 동시에 가지고 있다. 특히, 세라믹은 기게적 강도가 약하여 외부 충격에 쉽게 파손되는 문제점도 안고 있다. 따라서, 압전 특성에 영향을 주지 않으면서 세라믹에 유연성과 내충격성을 부여하는 기술이 필요하다.
한편, 플라스틱과 같은 고분자 재료는 성형성이 우수하여 어떠한 복잡한 형상이라도 아주 정밀하고 저렴하게 제조할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나 플라스틱은 강도가 약하고, 전기 전도도와 열 전도도가 낮은 단점을 갖고 있다. 최근에는 많은 연구의 결과로 전자파 차폐용 박막, 이차 전지, 센서 등에 다양하게 응용할 수 있는 전도성 고분자가 발표되고 있다. 예를 들어, 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluororide; 이하 'PVDF'), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene) 등은 센서, 기억 소자, 전극 재료 등에 실용화되고 있는 전도성 고분자이다.
특히, PVDF는 이차 전지의 전극 성형 등에 널리 적용되고 있는 대표적인 전도성 고분자로서 압전 및 유전 특성을 갖는 고분자이다.
압전 복합체는 세라믹과 고분자를 혼합한 것으로, 압전 특성이 우수한 세라믹의 장점과 성형성이 우수한 고분자의 장점을 활용할 수 있다. 이러한 압전 복합체의 양면에 전극을 형성하여야 압전 센서의 역할을 한다.
종래에는 상기 압전 복합체의 양면에 전극 형성시, 금속을 박막으로 형성하거나 금속 잉크를 도포하는 방식으로 형성한다. 이는 압전 복합체를 성형하는 공정 과 상이한 별도의 개별 공정이기 때문에, 공정이 복잡해지고 그에 따른 공정 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 전극은 얇은 금속으로 형성됨으로써, 충격에 약하고 기계적으로 취약하여 잘 깨지는 문제점이 있다.
또한, 압전 복합체는 소자 구현에 필수적인 전극 재료와의 결합 또는 접착이 용이하지 않아 소자 구현이 불가능하거나 제작된 소자의 수명이 단축될 수 있다. 여기서 전극의 접착력이 중요시되는 이유는 압전성을 이용한 소자의 경우, 반복적인 기계적인 응력은 물론 전기적 신호에 따라 변형을 일으키므로 반복적인 사용에 의하여 전극이 압전체 고분자로부터 박리되어 적절한 전기 신호 전달이 이루어질 수 없기 때문이다.
즉, 압전 복합체 재료 상에 금속 전극을 사용하는 경우 금속 박막이 매우 얇고 접착이 용이하지 않기 때문에 사용 중에 박리되거나 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있다.
또한, 종래에 금속으로 형성한 전극으로부터 리드를 제작할 때 납땜이나 기계적인 클립을 사용하여 외부 회로와 연결해야 하는 번거로움이 있고, 금속으로 얇게 전극을 형성하기 때문에 전극의 두께 조절 범위가 제한되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 압전성, 유전성 및 기계적 강도를 갖고, 충격에 강하며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압전 복합체 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 공정을 단순화할 수 있어 공정 비용을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 압전 복합체 센서를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 한 쌍의 전극 및 상기 전극들 사이에 마련된 압전 복합체로 이루어진 압전 재료층을 포함하고, 상기 압전 복합체는 압전체 분말과 고분자를 혼합하고, 상기 전극의 적어도 하나는 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 혼합한 전도성 복합체 또는 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서를 제공한다.
본 발명의 압전 복합체 센서는 상기 한 쌍의 전극이 상기 압전 재료층의 양대향면에 형성되어 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 압전 복합체 센서는 상기 한 쌍의 전극이 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지고, 소정 길이를 갖는 전선으로 마련되는 내부 전극과, 상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 이루어진 외부 전극을 포함하고, 상기 압전 재료층이 상기 내부 전극의 둘레를 둘러싸고, 상기 압전 재료층의 외부를 상기 외부 전극이 둘러싸는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다. 이 때 상기 외부 전극의 내부에 길이 방향으로 형성되도록 금속 세선을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 압전 복합체 센서는 상기 한 쌍의 전극이 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 구형의 내부 전극과 상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 이루어진 외부 전극을 포함하고, 상기 압전 재료층이 상기 내부 전극을 둘러싸고, 상기 외부 전극은 상기 압전 재료층의 소정 영역을 제외하여 둘러싸는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다. 여기서 일단이 상기 내부 전극과 연결되고 상기 압전 재료층을 관통하여 타단이 상기 압전 재료층의 소정 영역에 노출된 연장선을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극에 포함되는 상기 전도성 충진 입자는 카본 또는 금속 분말을 포함할 수 있다. 또한 상기 전극에 포함되는 상기 고분자 기지는 실리콘 고무(silicon rubber), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 폴리프로필렌 (Polypropylene), Poly(ethylene-co-acrylic acid), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluorethylene)로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 고분자 기지 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 압전체 분말은 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3-PbTiO3 고용체(PZT), PbZrO3-PbTiO3-Pb(Mg1/3 Nb2/3) 고용체(PZT-PMN), TiO2, TiO3, SiO2, ZnO, SnO2Zr로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 세라믹 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 압전 복합체 센서는 상기 압전 재료층, 전극, 내부 전극 및 외부 전극은 압출 및 사출 성형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
압전 세라믹은 압전 특성을 갖는 재료를 사용함으로써, 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 또 기계적 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 특성을 이용하여 산업 전반에 걸쳐 매우 광범위하게 활용되고 있다.
본 발명에 따른 압전 센서는 2개의 전극 사이에 압전 재료층이 형성됨으로써 구성된다.
본 발명은 상기 압전 재료층으로서, 압전 특성이 우수한 압전체 분말과 성형 성이 우수한 고분자를 혼합하여 얻어진 압전 복합체를 사용한다. 압전 복합체는 고분자로 이루어지는 매트릭스에 압전체 분말을 분산시켜 제조한 것으로, 고분자에 압전체 분말을 분산시켜 압출 및 사출 성형하여 제조하기 때문에 그 성형이 용이하여 저렴하게 제조할 수 있다.
즉, 세라믹을 압전 재료로 사용하는 경우에 반드시 요구되는 소성 및 소성 후의 기계 가공이 필요 없기 때문에 기계 가공에서는 제조할 수 없는 다양한 형상의 물품을 용이하게 성형할 수 있고 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 세라믹은 기계적으로 취약하여 충격에 약하고 잘 깨지는 문제가 있으나, 본 발명은 상기 압전 복합체를 압전 재료층으로 사용하여 높은 충격에도 기계적으로 안정하고, 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 압전 복합체는 압전체 분말과 고분자의 조성비를 적절하게 조정함으로써 전기적 성능과 가공성을 조절할 수 있다. 압전 복합체에 압전체 분말의 함유량이 많을수록 전기적 성능 면에서는 바람직하나, 너무 많으면 성형시 유동성을 잃어버리기 때문에 성형이 어려워진다. 반면, 고분자의 함량을 증가시키면 가공성은 향상되지만 압전체 분말의 함량이 감소하는 데 따른 압전성의 손실이 수반되며, 고분자의 함량을 감소시키면 압전성은 향상되지만 가공성이 감소하게 된다. 따라서 이와 같은 조건들을 고려하여, 원하는 압전 및 물리적 특성에 따라 바람직한 조성비의 압전체 분말과 고분자를 혼합하여야 한다.
상기 압전체 분말과 고분자의 혼합에 있어서, 균일한 혼합이 중요하다. 혼합이 균일하여야 공극이 최소화되고, 압전 재료층의 기계적 특성이 향상된다. 따라서 압전체 분말과 고분자의 균일한 혼합에 의한 공극을 최소화하기 위해서는 보다 미세한 압전체 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 입자 크기가 큰 경우에는 효과적인 혼합이 어려워 기계적 강도 및 분산성 등이 저하되는 문제점이 발생하기 때문이다.그러나 입자가 너무 작아지면 압전 특성의 저하가 예상되므로 적당한 범위의 입자 조절 기술이 필요하다.
상기 압전체 분말은 티타늄(Ti), 납(Pb), 바륨(Ba), 규소(Si), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr) 등의 금속 산화물을 하나 이상 포함하는 세라믹 분말이다. 바람직하게는 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3-PbTiO3 고용체(PZT), PbZrO3-PbTiO3-Pb(Mg1/3 Nb2/3) 고용체(PZT-PMN), TiO2, TiO3, SiO2, ZnO, SnO2Zr 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 목적하는 압전 소자의 특성에 따라 사용할 수 있다.
상기 고분자로는 폴리우레탄(polyurethane), 실리콘 고무(silicon rubber), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber), 에코겔(eccogel), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 등의 다양한 종류가 이용된다. 특히, PVDF는 대표적인 전도성 고분자로서 압전 및 유전 특성을 갖기 때문에 더욱 바람직하다. 또한, 이에 한정되지 않으며, PVDF 유도체, HFP 등의 첨가물을 넣은 고분자 혼합물(blend), VDF/TrFE (Vinylidenefluoride/ Trifluoroethylene) 등의 압전성 고분자를 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 전극으로는 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 혼합한 전도성 복합체 또는 전도성 고분자를 사용하여 형성한다.
상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자의 전도성 충진 입자는 전기 전도도가 높은 카본 및 금속 분말이 사용된다. 상기 고분자 기지로는 주로 결정성이 높고 선형 사슬 구조를 가지는 실리콘 고무(silicon rubber), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 폴리프로필렌 (Polypropylene), Poly(ethylene-co-acrylic acid), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluorethylene) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
압전 재료층인 압전 복합체의 양면에 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 전극을 형성함으로써, 상기 압전 재료층과 동일한 압출 및 사출 성형 장비를 사용하여 제조할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 공정 비용을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 다양한 형상의 물품을 용이하게 성형할 수 있다.
또한 종래에는 금속으로 형성된 전극으로부터 리드를 제작할 때 납땜이나 기계적인 클립을 사용하여 외부 회로와 연결해야 하는 번거로움이 있었으나, 본 발명의 압전 복합체 센서는 사출 및 압출 공정에서 전선의 직접적인 연결이 가능하여 공정을 더욱 단순화할 수 있다. 더욱이 본 발명은 전극인 전도성 복합체 또는 전도성 고분자의 두께 조절이 가능하여, 금속 박막으로 인해 외부 치수를 압전 재료로만 조절해야 했던 종래에 비해 전극의 두께 조절 범위가 증가되므로 사용 및 공정상의 유연성을 향상시킬 수 있다.
종래 금속 전극을 사용하는 경우에 금속 박막은 압전 복합체와의 접착이 불안정하고, 금속 박막이 매우 얇아 사용 중에 박리되는 경우가 있다. 그러나 전극이 압전 복합체로부터 박리되면 적절한 전기 신호 전달이 이루어지지 않으므로 소자 구현이 불가능하거나 소자의 수명이 단축될 수 있다. 따라서, 압전 재료층과 전극 과의 접착은 매우 중요하다.
본 발명의 압전 복합체 센서는 압전 재료층과 전극 모두에 고분자 성분이 함유되기 때문에 고분자 간의 매우 강한 결합력으로 인해 압전 재료층과 전극 사이의 결합력을 극대화할 수 있다. 고분자를 기반으로 한 압전 복합체와 전극의 안정한 결합을 확보함으로써, 소자의 효율을 증대시키고 센서의 수명을 향상시킬 수 있다. 이는 압전 재료층과 전극에 동일한 고분자를 사용함으로써 더욱 효과를 높일 수 있다.
또한, 고분자 기지를 기반으로 하였기 때문에 열충격 및 기계적 충격에 강하고, 기계적으로 안정하다. 종래 세라믹을 기반으로 한 압전 센서는 다양한 형상의 성형이 어렵고, 기계적으로 취약하여 잘 깨지는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 압전 복합체 센서는 고분자 기반의 재질로 이루어지기 때문에 성형이 용이하며, 매우 높은 충격에서도 기계적으로 안정한 특징을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 구체적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 압전 센서는 압전 재료층(10)과, 그 양면에 형성된 전극(20)을 포함하여 구성된다.
도 1에 도시한 바와 같은 형상의 압전 복합체 센서는 기존의 세라믹 재료나 전극이 파괴되기 쉬운 응용 제품에 적용함으로써, 신뢰성과 내구성을 향상시키며 수명을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 자동차 타이어의 압력 변화를 감지하여 위험 상황을 미리 알려주는 역할을 하는 자동차의 타이어 압력 제어 시스템(TPMS)에 사용하여, 본 실시예의 우수한 특성을 효과적으로 적용할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 압전 복합체 센서의 제조 방법은 대략적으로 다음과 같다.
먼저, 압전 복합체와 전도성 복합체 또는 전도성 고분자를 각각 제조하는 혼합 공정을 진행한다.
압전 복합체의 혼합물로서, 압전체 분말과 고분자를 혼합 장치에 투입하여 압전체 분말을 고분자에 분산되게 하는 혼련 작업을 진행한다. 이 때 압전 재료에 있어서, 압전성의 향상을 위해 압전체 분말을 많은 양을 함유하는 것이 이상적이나, 그 양이 지나치면 가공성에 제한을 받기 때문에 함량을 적절하게 조절하여야 한다. 이 때 압전체 분말과 고분자의 혼합이 균일하여야 공극이 최소화되고, 압전체의 기계적 특성이 향상되므로, 균일한 혼합이 중요하다.
또한 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로서, 혼합 장치를 이용하여 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 열간 혼합한다. 전극을 형성하는 전도성 복합체 또는 전도성 고분자에 있어서, 전도도의 향상을 위해 전도성 충진 입자를 많이 포함하는 것이 이상적이나, 기계적 물성을 위해 적절한 양을 조절하여야 한다.
성형 장치를 이용하여 상기 혼합된 압전 복합체를 압출 및 사출 성형한다.
성형된 압전 복합체의 양면에 상기 혼합된 전도성 복합체 또는 전도성 고분자를 위치시켜 성형하여, 압전 복합체 센서의 전극을 형성한다.
도 2는 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 다른 일실시예를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 압전 센서는 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 제조되는 전선으로 이루어진 내부 전극(30)과, 그 둘레를 둘러싼 압전 재료층(10)과, 그 외부를 둘러싼 외부 전극(40)을 포함하여 구성된다. 상기 외부 전극(40)은 상기 설명한 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 형성함으로써, 압전 복합체와 동일한 압출 및 사출 성형 장비를 사용할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 고분자 기반으로 형성되기 때문에 가공이 용이하며, 매우 높은 충격에서도 기계적으로 안정한 특징을 얻을 수 있다.
이와 같이 전선 형태로 가공된 압전 센서는 도로의 큰 폭을 가로질러 설치되어야 하는 도로 상의 교통량 센서나 과속 감지 센서 등에 바람직하게 사용될 수 있다. 본 실시예는 전도성 복합체 또는 전도성 고분자를 외부 전극으로 형성함으로써 열충격이나 기계적인 충격에 강하기 때문에, 도로 상에 장착되어 지나가는 차량의 하중을 감지하여 교통량을 측정하는 교통량 센서로 사용하는 경우에, 차량의 하중으로 인한 충격에 잘 견딜 수 있고 기계적으로 안정하여 신뢰성을 높이고 수명을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 센서는 센서의 길이가 길어짐에 따라 고분자 때문에 저항치가 다소 증가하는 단점이 있으나, 이는 도시된 바와 같이 외부 전극(40)의 내부에 길이 방향으로 형성되도록 금속 세선(45)을 장입함으로써, 저항을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 압전 복합체 센서의 또 다른 일실시 예를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 압전 센서는 구형으로 형성되어, 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 내부 전극(50)과, 그 둘레를 구형으로 둘러싼 압전 재료층(10)과, 그 외부를 둘러싼 외부 전극(60)을 포함하여 구성된다. 이 때, 외부 전극(60)은 압전 재료층(10)의 외부의 소정 영역을 제외하여 형성되고, 내부 전극(50)이 연결되고 상기 압전 재료층(10)을 관통하는 연장선(55)이 외부 전극(60)이 형성되지 않은 영역을 통해 외부로 노출된다. 이러한 형상의 압전 센서는 골프공 시뮬레이터나 정보 기기의 위치 정보를 제공하는 센서 등으로 활용이 가능하고, 다양한 형상에 따라 원하는 용도에 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 압전 복합체 상에 전극을 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 형성함으로써, 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 다양한 형상의 센서 제작이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 압전 복합체 센서는 우수한 압전성, 유전성 및 기계적 강도를 갖고, 신뢰성을 높이며 공정상 유연성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의한 압전 복합체 센서는 가공이 용이하여 다양한 형태의 센서를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 공정을 단순화하며 공정 비용을 줄일 수 있고, 생산성을 향 상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지고, 소정 길이를 갖는 전선형태의 내부 전극과;
    상기 내부 전극의 둘레를 둘러싸고, 압전 복합체로 이루어진 압전 재료층; 및
    상기 압전 재료층의 외부를 둘러싸고, 상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 이루어진 외부 전극을 포함하고,
    상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자는 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 혼합하여 이루어지고, 상기 압전 재료층은 압전체 분말과 고분자를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압전 재료층과 상기 외부 전극의 내부에 길이 방향으로 형성되도록 금속 세선을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  5. 금속, 전도성 복합체, 전도성 고분자 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 구형의 내부 전극과;
    상기 내부 전극을 둘러싸고, 압전 복합체로 이루어진 압전 재료층; 및
    상기 압전 재료층을 둘러싸되, 상기 압전 재료층의 소정 영역을 제외하여 둘러싸고, 상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자로 이루어진 외부 전극을 포함하고,
    상기 전도성 복합체 또는 전도성 고분자는 전도성 충진 입자와 고분자 기지를 혼합하여 이루어지고, 상기 압전 재료층은 압전체 분말과 고분자를 혼합하여 이루어지며,
    일단이 상기 내부 전극과 연결되고 상기 압전 재료층을 관통하여 타단이 상기 압전 재료층의 소정 영역에 노출된 연장선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 충진 입자는 카본 또는 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  7. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 기지는 실리콘 고무(silicon rubber), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 폴리프로필렌 (Polypropylene), Poly(ethylene-co-acrylic acid), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluorethylene)로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 고분자 기지 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  8. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체 분말은 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3-PbTiO3 고용체(PZT), PbZrO3-PbTiO3-Pb(Mg1/3 Nb2/3) 고용체(PZT-PMN), TiO2, TiO3, SiO2, ZnO, SnO2Zr로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 세라믹 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
  9. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 재료층, 전극, 내부 전극 및 외부 전극은 압출 및 사출 성형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 복합체 센서.
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