Recently, to improve convenience, flexible electronics are quickly being developed for a number of application areas. Flexible electronic devices comprise characters such as being bendable, stretchable, foldable, and wearable. Effectively manufacturing flexible electronic devices requires high efficiency, low costs, and simple processes for manufacturing technology. Through this study, we enabled the rapid production of multifunctional flexible bending sensors using a simple, low-cost Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer. Furthermore, we demonstrated the possibility of the rapid production of a range of functional flexible bending sensors using a simple, low-cost FDM 3D printer. Accurate and reproducible functional materials made by FDM 3D printers are an effective tool for the fabrication of flexible sensor electronic devices. The 3D-printed flexible bending sensor consisted of polyurethane and a conductive filament. Two patterns of electrodes (straight and Hilbert curve) for the 3D printing flexible sensor were fabricated and analyzed for the characteristics of bending displacement. The experimental results showed that the straight curve electrode sensor sensing ability was superior to the Hilbert curve electrode sensor, and the electrical conductivity of the Hilbert curve electrode sensor is better than the straight curve electrode sensor. The results of this study will be very useful for the fabrication of various 3D-printed flexible sensor devices with multiple degrees of freedom that are not limited by size and shape.
In continuous research of detecting highly toxic chemical warfare agents to ensure preparedness for the future battlefield, flexible and wearable sensor platforms with high sensitivity are still demanding. Herein we demonstrate a facile fabrication of polypyrrole-based chemiresistors on cellulose paper for the detection of nerve gas simulants. In order to optimize electrical properties of sensor platform, conducting polymer made of polypyrrole were first synthesized on flexible cellulose paper and interdigitated electrodes were formed thereon. Following confirmation of polypyrrole and/or oxime moiety through FT-IR analyses, electrical characteristics were measured in the various ratio of monomers between simple pyrrole and oxime-modified one. Typically for the optimized chemiresistor(2:8 molar ratio of simple pyrrole and oxime-modified one), eleven species of chemical warfare agents were examined and enhanced conductivity(104~105 order) was observed for three simulants(diethyl cyanophosphonate, diisopropyl fluorophosphonate and diethyl chlorophosphonate), which was mainly attributed to intermolecular hydrogen bonding, while no significant responses was recorded against sixteen common volatile organic chemicals.
점토경반층 토양에서 수량 변이의 특성을 파악하기 위하여 센서를 통하여 관측된 깊이별 토양경도 및 ECa와 작물의 수량과의 관련성을 분석한 결과, 깊이별 토양의 경도는 점토가 집적된 지표면으로부터 15-30 cm 지점의 점토경반층 (argillic horizon)에서 높게 나타내고 있으며 토양의 깊이가 깊은 지점에서 토양경도의 변이가 작게 나타났다. 1994년부터 2002년까지 콩과 옥수수 수량과 작물생육기의 강우량을 분석한 결과 7-8월의 강우량이 작물의 수량과 매우 밀접한 관계를 가지고 있으며 이 기간의 강우량이 150 mm 이하이면 작물이 수분 부족으로 수량이 낮아지는 것으로 나타났다. 지표로부터 15-45 cm 지점에서 토양의 경도와 ECa 가 작물의 수량과 매우 유의한 상관을 갖는 것으로 나타났으며 "drought boundary" 인 7-8월의 강우량이 150 mm를 기점으로 각기 반대의 상관을 보이는 것으로 나타났다. 측정된 토양의 깊이별 경도 값과 ECa 를 이용하여 수량 추정식을 계산 하였으며 추정식의 검증을 위하여 별도의 독립적인 자료를 이용하여 추정된 수량과 측정된 수량의 표준오차를 비교한 결과 측정된 수량에 대한 표준오차의 비율이 4-16% 로 나타났으며 7-8월의 강우량이 150 mm 이하로 건조한 경우에 표준오차가 같은 시기에 강우량이 150 mm 이상으로 습윤한 경우보다 현저하게 표준오차가 크게 나타났다. 결론적으로 신속하고 경제적으로 이용할 수 있는 센서 측정자료와 작물수량과의 관련성을 분석한 결과, 연구에 이용된 점토경반층 토양에서 센서를 이용하여 측정한 ECa 및 깊이별 토양경도와 작물 수량간에 통계적으로 유의한 상관이 있음을 알 수 있다.
We proposed a simple process of fabricating electroconductive textiles by coating conductive polymer PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)) on biocompatible PLA (Poly Lactic Acid) nanofiber web for application to smart healthcare. Electroconductive textiles were obtained by a drop-coating process using different amounts of PEDOT:PSS solutions., DMSO (dimethyl sulfoxide) was then used as an additive in the post-treatment process to improve conductivity. The surface morphology of the specimens was observed by FE-SEM. The chemical structures of the specimens were characterized using FTIR. The electrical properties (linear and sheet resistance) of the specimens were measured. The effect of the bending angles on the electrical properties was also investigated to confirm their applicability as wearable smart textiles. FE-SEM and FTIR analysis confirmed that the deposition of PEDOT:PSS on the PLA nanofiber web surface was successful. The conductivity of the PEDOT:PSS/PLA nanofiber web was enhanced up to 1.5 ml with an increasing amount of PEDOT:PSS solutions, but there was no significant difference at 2.0 ml. The optimum condition of PEDOT:PSS deposition was established to 1.5 ml. Even when the specimen coated with 1.5 ml was bent every 30°, the change in the electrical resistance values was still low within 3.7 Ω. It confirmed that stable electrical performance was maintained and proved the applicability as a flexible textile sensor.
The potential application of ultrafine cerium oxide (ceria, $CeO_2$) as an oxygen gas sensor has been investigated. Ceria was synthesized by a thermochemical process: first, a precursor powder was prepared by spray drying cerium-nitrate solution. Heat treatment in air was then performed to evaporate the volatile components in the precursor, thereby forming nanostructured $CeO_2$ having a size of approximately 20 nm and specific surface area of 100 $m^2/g$. After sintering with loosely compacted samples, hydrogen-reduction heat treatment was performed at 773K to increase the degree of non-stoichiometry, x, in $CeO_{2-x}$. In this manner, the electrical conductivity and oxygen-response ability could be enhanced by increasing the number of oxygen vacancies. After the hydrogen reduction at 773K, $CeO_{1.5}$ was obtained with nearly the same initial crystalline size and surface. The response time $t_{90}$ measured at room temperature was extremely short at 4 s as compared to 14 s for normally sintered $CeO_2$. We believe that this hydrogen-reduced ceria can perform capably as a high-performance oxygen sensor with good response abilities even at room temperature.
A copper tetracumylphenoxy phthalocyanine (CuPccp) thin film was formed on an organic insulator film by Langmuir-Blodgett (LB) deposition for gas sensor fabrication. To increase the reproducibility of film transfer, stearyl alcohol was used as a transfer promoter. The structural properties of the CuPccp layers were optically monitored through attenuated total reflection and polarization-modulated ellipsometry techniques. The average thickness of a single layer of the CuPccp LB film was measured to be 2.5 nm. Despite the role of the transfer promoter, the stability of the layer transfer was not sufficient to ensure homogeneity of the LB film. This was probably due to the presence of aggregates in the molecular structure of the CuPccp LB film. Nevertheless, copper phthalocyanine polymorphism can be greatly suppressed by the LB arrangement, which appears to contribute to the improvement of electrical conductivity. The p-type semiconductor characteristics were confirmed by Hall measurements from the CuPccp LB films.
This study presents early crack detection of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) under varying temperature and humidity conditions using an instantaneous electrical impedance acquisition system. SFRC has the self-sensing capability of electrical impedance without sensor installation thanks to the conductivity of embedded steel fibers, making it possible to effectively monitor cracks initiated in SFRC. However, the electrical impedance is often sensitively changed by environmental effects such as temperature and humidity variations. Thus, the extraction of only crack-induced feature from the measured impedance responses is a crucial issue for the purpose of structural health monitoring. In this study, the instantaneous electrical impedance acquisition system incorporated with SFRC is developed. Then, temperature, humidity and crack initiation effects on the impedance responses are experimentally investigated. Based on the impedance signal pattern observation, it is turned out that the temperature effect is more predominant than the crack initiation and humidity effects. Various crack steps are generated through bending tests, and the corresponding impedance damage indices are extracted by compensating the dominant temperature effect. The test results reveal that propagated cracks as well as early cracks are successfully detected under temperature and humidity variations.
In this study, $TiO_2$ thin films are fabricated by Sol-Gel method and dielectric, electric and humidity sensing properties have been investigated. The structure of Sol can be changed by controlling for hydrolysis reaction condition. The uniformity of the surface on $TiO_2$ thin films is confirmed by SEM. The permittivity of $TiO_2$ thin films increases according to heat treatment temperature, whereas the conductivity of $TiO_2$ thin films decreases according to heat treatment temperature, As the results of measuring humidity sensing properties of $TiO_2$ thin films fabricated as humidity sensor, it is confirmed to have good humidity sensing properties in high humidity and low frequency.
ZnO thick films by Sol-Gel processing were investigated electrics, optics and the sensing characteristics of CO gas. Using the znic acetate dihydrate and acetylaceton (AcAc) as a chelating agent, stable ZnO sol was synthesized. ZnO phase was crystallized through the heat-treatment at $70^{\circ}C$ for 4hrs and influenced the sensing characteristics of the electrics and CO gas by uniform particle distributions not related particle size. The samples on the alumina substrate by thick films were investigated the properties of electrics and the effect of sensing. The sensitivity was so excellent in the sample of the heat-treatment at $600^{\circ}C$ for 12hrs and good in the heat-treatment for 1hrs generally. Crystallization and volatilization of organic materials according to the change of heating treatment temperature of thick films were analyzed by TG-DTA, XRD and mirostructure of thick films were observed by SEM.
This paper describes on the fabrication and characteristics of hot-film type micro-flowsensors integrated with Pt-RTD's and micro-heaters on the Si substrate, in which MgO thin-films were used as medium layer in order to improve adhesion of Pt thin-films to $SiO_2$ layer, The MgO layer improved adhesion of Pt thin-films to $SiO_2$ layer without any chemical reactions to Pt thin-films under high annealing temperatures. In investigating output characteristics of the fabricated micro-flowsensors, the output voltages increased as gas flow rate and its conductivity increased due to increase of heat-loss from sensor to external. Output voltage was 82 mV at $N_2$ flow rate of 2000 seem/min, heating power of 1.2W.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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