복수의 양이온을 동시에 측정하는 IoT 기반 실시간 센서 플랫폼 장치, 센서 소자 및 센서 소자의 제작 방법
IOT-BASED REAL-TIME SENSOR PLATFORM DEVICE AND SENSOR ELEMENT FOR SIMUTANEOUSLY MEASURING A PLURALITY OF POSITIVE IONS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SENSOR ELEMENT
특허 요약
복수의 양이온을 동시에 측정하는 IoT 기반 실시간 센서 플랫폼 장치, 센서 소자 및 센서 소자의 제작 방법을 개시한다. 일실시예에 따른 센서 플랫폼 장치는 측정부 및 센서 모듈이 형성되는 기판, 탄소나노튜브-고분자 복합물질을 포함하는 센서 소자가 탈부착 가능하도록 결착되며, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질과 상기 기판을 전기적으로 결착하기 위한 기판 전극을 포함하는 상기 측정부 및 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기신호 변화에 대한 데이터를 상기 기판 전극을 통해 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 데이터를 무선통신을 통해 외부 기기로 전송하는 상기 센서 모듈을 포함할 수 있다.
청구항
번호청구항
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측정부 및 센서 모듈이 형성되는 기판;탄소나노튜브-고분자 복합물질을 포함하는 센서 소자가 탈부착 가능하도록 결착되며, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질과 상기 기판을 전기적으로 결착하기 위한 기판 전극을 포함하는 상기 측정부; 및상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기신호 변화에 대한 데이터를 상기 기판 전극을 통해 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 데이터를 무선통신을 통해 외부 기기로 전송하는 상기 센서 모듈을 포함하고,상기 센서 소자는,상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기적인 특성 평가를 위한 전도성의 센서 전극이 패터닝되고, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질이 코팅된 센서 기판; 및상기 센서 기판의 상단에 형성되어 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질로 양이온이 포함된 용액을 주입하기 위한 용액 주입구를 포함하고,상기 양이온은 As3+, Al3+, Fe3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Hg2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Na+, K+, Ca2+ 및 Mg2+ 중 적어도 하나를 포함하고,상기 무선통신은 블루투스 또는 NFC(Near Field Communication)를 포함하는 근거리 무선 통신을 포함하고,상기 외부 기기는 상기 전송된 데이터를 실시간 그래프 형태로 화면에 표시하도록 구현되고,상기 용액 주입구는 PDMS(poly-di-methyl-siloxane)를 포함하는 탄성중합체(elastomer)로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

2

삭제

3

제1항에 있어서,상기 센서 모듈은 상기 센서 소자의 용액 주입구를 통해 주입된 용액의 양이온에 의한 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기신호 변화에 대한 데이터를 상기 센서 소자의 센서 전극과 전기적으로 연결된 상기 기판 전극을 통해 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서,상기 센서 소자는 각각 하나의 용액 주입구를 포함하는 복수의 단일 센서 소자를 포함하고,상기 복수의 단일 센서 소자 각각은 개별적으로 상기 측정부에 탈부착되는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서,상기 센서 소자는 상기 용액 주입구가 복수 개 형성된 센서 어레이를 포함하고,상기 복수의 용액 주입구 각각에 서로 다른 종류의 양이온을 포함하는 용액이 주입되는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

6

제1항에 있어서,상기 용액 주입구는 상기 탄성중합체에 의해 상기 센서 기판의 상단에 형성되고, 직경이 0.1 mm 내지 1 cm의 범위에 포함되는 원통형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

7

삭제

8

제1항에 있어서,상기 측정부 및 상기 센서 모듈로 전력을 공급하는 충전식 배터리; 및상기 충전식 배터리로 외부로부터 제공되는 전력을 공급하기 위한 충전 단자를 더 포함하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서,상기 센서 기판은 유리, PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PC(Polycarbonates), PES(Polyethersulfone), PI(polyimide), COC(Cyclic olefin copolymer), PDMS(poly-di-methyl-siloxane), 실리콘 및 실리콘 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질에서 고분자는 폴리(4-비닐피리딘)(poly(4-vinylpyridine))을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질에서 탄소나노튜브 표면을 둘러싸고 있는 고분자의 분자량(Mw)은 1,000 g/mol - 1,000,000 g/mol의 범위에 포함되고,고분자 대비 탄소나노튜브의 함량이 0.01 wt% 내지 500 wt%의 범위에 포함되고,상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 두께는 1 nm - 1 mm의 범위에 포함되는 것 을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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제1항에 있어서, 상기 센서 플랫폼 장치의 면적이 100 mm2 내지 10000 mm2의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 센서 플랫폼 장치.

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센서 소자에 있어서,센서 기판;상기 센서 기판에 코팅된 탄소나노튜브-고분자 복합물질;상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기적인 특성 평가를 위해 상기 센서 기판에 패터닝된 전도성의 센서 전극; 및상기 센서 기판의 상단에 형성되어 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질로 양이온이 포함된 용액을 주입하기 위한 용액 주입구를 포함하고,상기 양이온은 As3+, Al3+, Fe3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Hg2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Na+, K+, Ca2+ 및 Mg2+ 중 적어도 하나를 포함하고,상기 용액 주입구는 PDMS(poly-di-methyl-siloxane)를 포함하는 탄성중합체(elastomer)로 형성되고,상기 센서 소자는, 상기 용액 주입구를 통해 주입되는 용액의 양이온에 의한 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기신호 변화에 대한 데이터를 측정하도록 구현되는 센서 플랫폼 장치에 탈부착 가능하도록 그리고 전기적으로 결착되고,상기 센서 플랫폼 장치는 상기 측정된 데이터를 블루투스 또는 NFC(Near Field Communication)를 포함하는 근거리 무선 통신을 통해 외부 기기로 전송하도록 구현되고,상기 외부 기기는 상기 전송된 데이터를 실시간 그래프 형태로 화면에 표시하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 센서 소자.

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제13항에 있어서, 상기 용액 주입구는 서로 다른 양이온이 포함된 용액의 주입이 가능하도록 형성된 복수 개의 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 소자.

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(a) 탄소나노튜브와 고분자를 용매에 균일하게 분산시켜 탄소나노튜브 표면에 고분자가 결착된 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 분산액을 제작하는 단계; (b) 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 분산액을 센서 전극이 패터닝된 센서 기판에 코팅하는 단계; 및(c) 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질이 코팅된 센서 기판 상단에 용액 주입구를 형성하여 센서 소자를 제작하는 단계를 포함하고,상기 센서 소자는 상기 용액 주입구를 통해 주입되는 용액의 양이온에 의한 상기 탄소나노튜브-고분자 복합물질의 전기신호 변화에 대한 데이터를 측정하도록 구현되는 센서 플랫폼 장치에 탈부착 가능하도록 그리고 전기적으로 결착되고,상기 양이온은 As3+, Al3+, Fe3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Hg2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Na+, K+, Ca2+ 및 Mg2+ 중 적어도 하나를 포함하고,상기 용액 주입구는 PDMS(poly-di-methyl-siloxane)를 포함하는 탄성중합체(elastomer)로 형성되고,상기 센서 플랫폼 장치는 상기 측정된 데이터를 블루투스 또는 NFC(Near Field Communication)를 포함하는 근거리 무선 통신을 통해 외부 기기로 전송하도록 구현되고,상기 외부 기기는 상기 전송된 데이터를 실시간 그래프 형태로 화면에 표시하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 센서 소자의 제작 방법.