나노기술 및 정책 정보

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플렉시블 전자 장치는 일반적으로 유기 폴리머 기판을 기반으로 하는데, 중국 후난(湖南) 대학교 Jianhui Wu 교수 연구팀은 산화아연 나노와이어(NWs)와 그래핀 양자점(GQDs) 복합 센서 층을 이용하여 유연하고 투명하며 초(超)민감도를 가진 초박(超薄)형 유리 기반의 ZnO/유리 표면 음파(SAW) 습도 센서를 개발하였음.

문헌에서 보도된 플렉시블 폴리머에 기반한 SAW 디바이스에 비해 연구팀이 개발한 초박(超薄)형 유리 기반의 ZnO/유리 표면 음파(SAW) 습도 센서는 더욱 큰 유효 기계 전기 커플링 계수와 신호 진폭을 표시함. ZnO NW의 큰 비표면적, GQD의 광범위한 친수(親水)성 작용기, GQD와 ZnO NW 사이의 p–n 이종접합 형성으로 인해 연구팀이 개발한 ZnO/유리 플렉시블 SAW 센서는 40.16에 달하는 습도에 대한 초고(超高) 민감도의 kHz/％RH 및 우수한 안정성과 반복성을 보여줌.

이런 유연하고 투명한 SAW 센서의 굽힘 각도가 30°로 구부러진 표면에서 습도 센서에 대한 인체 호흡 검출을 통해 이런 습도 센서는 웨어러블 전자 분야에 응용할 수 있다는 점이 입증되었으며, 이런 습도 센서는 완전히 무기소재를 사용한 초박(超薄)형 유리 기반 장치에 속함.

연구팀이 개발한 습도 센서는 ZnO NW 및 GQD의 복합 센서층을 포함하는 매우 유연하고 아주 민감한 ZnO/유리 SAW 습도 센서임. 플렉시블 SAW 디바이스는 3.5%에 달하는 큰 유효 기계 전기 커플링 계수와 45 dB에 달하는 큰 신호 진폭을 달성하여 전(前) 단계에 보도된 동일 배치의 ZnO/폴리머 SAW 플렉시블 센서보다 각각 400 및 180%나 더 높은 것으로 나타났음.

ZnO NW는 비표면적이 크고, GQD의 대량 친수성(親水性) 작용기 및 GQD와 ZnO NW 사이에 형성된 p–n 이종접합이 형성되므로 복합 감지층은 플렉시블 SAW 디바이스의 감도를 뚜렷이 향상시키는데, 이는 물 분자에 대한 흡착을 크게 증강시키기 때문임.

연구팀이 개발한 습도 센서의 초고(超高) 습도 민도는 40에 달하고, 우수한 안정성과 반복성은 16 kHz/％RH 수준에 이름. 연구팀은 관련 분석을 통해 플렉시블 SAW 센서가 30° 각도로 휘어진 표면과 연결되어도 센서의 기능성이 크게 저하되지 않고 잘 작동함을 입증하였음.

연구팀은 웨어러블 기술이 습도 센서와 인체 호흡 검출에 응용될 수 있다는 점을 입증하였으며, 휴먼 컴퓨터 인터렉션(human-computer interaction), 공간 위치 확정, 보건 분야에서 습도 센서의 잠재적인 응용 가능성을 제시하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS Appl. Mater. Interfaces’ ("Ultrathin Glass-Based Flexible, Transparent, and Ultrasensitive Surface Acoustic Wave Humidity Sensor with ZnO Nanowires and Graphene Quantum Dots") 지에 게재됨.