하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀, YSZ 기반 정전용량형 웨어러블 온도 센서 개발

 

- 화합물 및 합금 기반 재료 과학 분야 최상위 학술지Journal of Alloys and Compounds 논문 게재 (IF: 5.8, JCR ranking 상위8.3%) -

 

(좌) 석사 과정 김채은, (우) 하태준 교수

  모교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 최적화된 all-solution process를 적용하여 yttria-stabilized zirconia(YSZ) 기반 정전용량형 웨어러블 온도 센서를 개발하였고, 체온을 이용하여 실시간 터치를 감지할 수 있는 인터렉티브 센서를 구현하는데 성공하였다. 이번 연구 결과는Elsevier에서 발행하는 화합물 및 합금 기반 재료과학 분야에서 최상위 학술지인Journal of Alloys and Compounds (IF: 5.8, JCR ranking 상위8.3%)에 ‘Capacitive-type wearable temperature sensors based on yttria-stabilized zirconia films fabricated via microwave-assisted all-solution-process and their application for detection of touch stimuli’ 제목으로 게재되었다.(참조: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.178334) 실시간으로 체온을 모니터링할 수 있는 온도 센서는 헬스케어 모니터링 시스템 분야에서 높은 과학적 관심을 끌고 있다. 특히, 유전율이 높은 금속 산화물 박막으로 구성된 정전용량형 온도 센서는 간단한 장치의 구성, 높은 열역학적 안정성, 뛰어난 기계적 강성으로 인해 웨어러블 전자 소자에 적용하는 것이 매우 유리하다. 그러나, 정전용량형 웨어러블 온도 센서의 감지 성능이 절연층의 결정화도에 따른 준자유 캐리어(Quasi-free carrier, QFC)의 영향을 크게 받기 때문에, 절연층으로는 높은 유전상수 값과 우수한 절연 특성을 가지는 금속 산화물을 개발하는 것이 중요하다. 최근, 이와 관련하여 많은 연구가 진행되고 있지만, 금속 산화물 박막의 결정성을 제어하는 과정에서 일반적으로 고온의 열처리 과정이 요구되기 때문에 유연한 기판에서의 적용 및 응용 기술이 제한적 일 수밖에 없다. 이에 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 저온 어닐링 공정을 기반으로 최적화된 all-solution process를 이용하여 금속 산화물 YSZ를 기반으로 하는 고성능 정전용량형 웨어러블 온도 센서를 개발하였다. 제작된 정전용량형 온도 센서는 높은 surface potential 기반의 결정화도를 가졌으며, 체온과 인접한 35-50oC범위에서 38.76 pF/°C의 높은 감도를 나타내었다. 또한, 30일간의 우수한 동작 안정성, 높은 응답/회복 속도, 낮은 동작 히스테리시스 그리고 5mm 곡률 반경으로의 반복적인 굽힘 동작에 대해서도 뛰어난 기계적 안정성을 보였다. 최종적으로, 체온 범위의 온도 감지가 가능한YSZ 기반의 웨어러블 온도 센서의 특성을 이용하여 체온에 따라 터치를 감지함으로써 헬스케어 모니터링 시스템으로의 응용 가능성을 선보였다.

YSZ 절연층 기반 정전용량형 온도 센서의 온도 감지 성능 및 유연 온도 센서 어레이와 최적화된 all-solution-process YSZ 박막의 결정성 분석 및5mm bending에서의 동작 안정성

  이번 연구는 하태준 교수 연구팀 단독 연구로 수행되었으며 교내 대학혁신 미래도전 사업으로 하태준 교수가 연구소장으로 있는 인터렉티브 디스플레이 중점연구센터에서 얻은 성과이다. 또한, 산업통상자원부가 주관하는 탄소중립 산업핵심기술개발사업 지원으로 수행되었다. 하태준 교수는 첨단 재료를 기반으로 차세대 전자 소자뿐만 아니라 센서 및 에너지 소자에 대한 폭넓은 연구를 진행하고 있으며, 이와 관련된 80여편의 SCI 저널 게재 및 20여 건의 국제/국내 특허 실적을 가지고 있다. 또한 제1저자인 김채은 학생은 석사과정 1학기 만에 최상위 국제 학술지에 논문을 게재하는 성과를 냈다.   출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)