Nd:YAG Laser 직접 각인을 이용한 Carbon 스트레인 센서

Carbon strain sensor using Nd: YAG laser Direct Writing

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 $10.6{\mu}m$ 수식 이미지의 파장을 가지는 $CO_2$ 수식 이미지 laser를 이용하여 carbonization을 하여 센서를 제작하였다. 본 논문에서는 polyimide film에 $1.064{\mu}m$ 수식 이미지의 파장을 가지는Nd:YAG laser를 이용하여 carbonization(탄화공정)을 진행하였다. 또한 Nd:YAG laser를 사용하여 polyimide film위에 직접 탄화시키며 carbon을 생성하는 최적의 전력밀도($W/cm^2$ 수식 이미지)과 속도(scan rate) 조건 조합을 찾아 해상도를 높였다. $CO_2$ 수식 이미지 laser를 사용하였던 기존의 선행연구에서는 carbon생성의 최소 선폭이 $140{\sim}220{\mu}m$ 수식 이미지의 길이를 가졌지만, 본 연구에서는 카본의 생성되는 선폭이 $35{\sim}40{\mu}m$ 수식 이미지으로 축소시켰다. 이번 연구에서 제작된 센서의 초기 면저항은 $100{\sim}300{\Omega}/{\square}$ 수식 이미지 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 저렴한 공정을 제공한다.

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 $CO_2$ 수식 이미지 laser with wavelength of $10.6{\mu}m$ 수식 이미지. In this paper, carbonization (carbonization process) was performed on polyimide films using an Nd:YAG laser with a wavelength of $1.064{\mu}m$ 수식 이미지. In order to increase the resolution, we optimized the laser conditions of the power density ($W/cm^2$ 수식 이미지) and the beam scan rate. In previous studies using $CO_2$ 수식 이미지 laser, the minimum line width was $140{\sim}220{\mu}m$ 수식 이미지 but in this study, carbon line width was reduced to $35{\sim}40{\mu}m$ 수식 이미지. The initial sheet resistance of the carbon sensor was $100{\sim}300{\Omega}/{\square}$ 수식 이미지. 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.