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Polymer(Korea), Vol.36, No.2, 169-176, March, 2012
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인쇄공정으로 제조된 저항형 습도센서의 감습특성에 대한 전극패턴의 영향 연구
The Effect of Electrode Pattern on the Humidity-sensing Properties of the Resistive Humidity Sensor Based on All-printing Process
안희용, 공명선†
  • 단국대학교 나노바이오의과학과
Hee-Yong Ahn, and Myoung-Seon Gong†
  • Deparment of Nanobiomedical Science and WCU Research Center of Nanobiomedical Science, Dankook University, Chungnam 330-714, Korea
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초록
저항형 습도센서의 개발을 위하여 스크린 인쇄방법으로 glass epoxy(GE) 기재 위에 핑거의 수와 그 사이의 간격이 다른 여러 가지 바이트형의 금 전극을 제조하였다. 전극의 기본적인 구조는 핑거 수가 3, 4 및 5를 가지며 간격은 각각 310과 460 μm이다. 전극은 처음에 은 나노 페이스트로 전극 패턴을 인쇄하고 연속적으로 Cu, Ni 및 Au를 무전해 도금을 진행하여 제조하였다. 감습성 고분자 전해질은 [2-(methacryloyloxy)ethyl] dimethyl benzyl ammonium chloride(MDBAC)과 methyl methacrylate(MMA)의 공중합체를 사용하였으며 스크린 인쇄 방법으로 Au 전극/GE 기재 위에 인쇄하였다. 이렇게 제조된 습도 센서의 20-95%RH 영역의 상대습도 대 로그 임피던스 그래프에서 좋은 직선성을 보여주었으며 히스테리시스는 1.5%RH 이하 및 75초의 응답 및 회복 속도를 보여주었다. 전극의 구조는 고분자 저항형 습도센서의 감습특성에 큰 영향을 미치며 전해질 고분자와 전극 사이의 활성화 에너지, 온도의존성, 감도, 직선성 및 히스테리시스와 같은 감습특성 등의 차이를 비교하였고 특히 이온의 이동에 관여하는 활성화 에너지 및 온도 의존성에 큰 영향을 미쳤다.
Based on our experience in developing resistive humidity sensor, interdigital gold electrodes with different fingers and gaps have been fabricated on a glass epoxy (GE) substrate using screen printing techniques. The basic structure of the electrode consisted of a 3-, 4- and 5-fingers with gaps of 310 and 460 μm. Gold electrode/GE was prepared by first printing silver nanopaste, followed by consecutive electroless plating of Cu, Ni and then Au. Copolymer of [2-(methacryloyloxy)ethyl] dimethyl benzyl ammonium chloride (MDBAC) and methyl methacrylate (MMA) was used as a humidity-sensing polyelectrolyte, which was fabricated by a screen printing method on the Au electrode/GE substrate. The flexible humidity sensor showed acceptable linearity between logarithmic impedance and relative humidity in the range of 20-95%RH, low hysteresis of 1.5%RH, good response and recovery time of 75 sec at 1 V, 1 kHz, and 25 ℃. Electrode construction had a significant influence on the humidity-sensing characteristics of polymeric humidity sensors. The activation energy between electrode and ion conducting polyelectrolyte plays an important role in explaining the differences of humidity sensing characteristics such as temperature dependence, sensitivity, linearity and hysteresis.
Keywords:humidity sensor;electrode finger;screen printing;glass epoxy substrate;electrode pattern.
  1. Hijikigawa M, Miyosh S, Sugihara T, Jinda A, Sens.Actuators., 4, 307 (1983)
  2. Sakai Y, Sadaoka Y, Matsuguchi M, Sens. Actuat. B., 35, 85 (1996)
  3. Li Y, Yang MJ, She Y, Sens. Actuat. B., 107, 252 (2005)
  4. Yao Z, Yang MJ, Sens. Actuat. B., 117, 93 (2006)
  5. Sun AH, Li Y, Huang L, Cui P, J. Mater. Sci., 44(15), 4112 (2009)
  6. Lee DG, Lim TH, Jeon YM, Gong MS, Polym.(Korea), 31(3), 194 (2007)
  7. Lee DG, Lim TH, Jeon YM, Gong MS, Polym.(Korea), 31(4), 302 (2007)
  8. Gong MS, Kim JW, Kim JG, Sens. Actuat. B., 147, 539 (2010)
  9. Gong MS, Sens. Actuat. B., 148, 559 (2010)
  10. Han DS, Gong MS, Sens. Actuat. B., 147, 330 (2010)
  11. http://www.shinyei.com.
  12. Cho NB, Lim TH, Jeon YM, Gong MS, Sens.Actuat. B,, 130, 594 (2008)
  13. Cho NB, Lim TH, Jeon YM, Gong MS, Macromol. Res., 16(2), 149 (2008)
  14. Lee CW, Rhee HW, Gong MS, Synth. Met., 106, 177 (1999)
  15. Su PG, Wang CS, Sens. Actuat. B., 123, 1071 (2009)
  16. Su PG, Tseng JY, Huang Y, Pan HH, Li PC, Sens. Actuat. B., 137, 496 (2009)
  17. Ahn HY, Kim JG, Gong MS, Macromol. Res., 20(2), 174 (2012)
  18. Su PG, Uen CL, Sens. Actuat. B,, 107, 317 (2005)
  19. Lee IH, Park CK, Gong MS, Polym.(Korea), 33(4), 326 (2009)
  20. Jeon YM, Gong MS, Macromol. Res., 17(4), 227 (2009)
  21. Li Y, Chen Y, Zhang C, Xue T, Yang MJ, Sens. Actuat. B., 125, 131 (2007)
  22. Kinjo N, Ohara S, Sugawara T, Tsuchitani S, Polym. J., 15, 621 (1983)
  23. Gong MS, Joo SW, Choi BK, J. Mater. Chem.,, 12, 902 (2002)
  24. Roveti D, Soleyn K, Measurement Control., 193, 105 (1999)
  25. Han DS, Gong MS, Sens. Actuat. B., 145, 254 (2010)
  26. Sakai Y, Sadaoka Y, Matsuguchi M, Kanakura Y, Tamura M, J. Electrochem. Soc., 138, 2474 (1991)
  27. Han DS, Gong MS, Macromol. Res., 18(3), 260 (2010)
  28. Lee C, Rhee HW, Gong MS, Sens. Actuat. B., 73, 124 (2001)
  29. Rhee HW, Lee MH, Gong MS, Sens. Actuat. B., 73, 185 (2001)
  30. Li Y, Yang MJ, She Y, Sens. Actuat. B., 107, 252 (2005)
  31. Yao Z, Yang MJ, Sens. Actuat. B., 117, 93 (2006)
  32. Nilsson D, Kugler T, Svensson PQ, Berggren M, Sens. Actuat. B., 86, 193 (2002)
  33. Su PG, Wang CP, Sens. Actuat. B., 129, 538 (2008)
  34. Shriver DS, Bruce PG, “Polymer electrolytes I. General Principles”, in Solid State Electrochemistry, Bruce PG, Editor, Cambridge University Press, Cambridge, 95 (1995)
  35. Bruce PG, Gray FM, “Polymer electrolytes. II General principles”, in Solid State Electrochemistry, Bruce PG, Editor,Cambridge University Press, Cambridge, 119 (1995)
  36. Ueda M, Nakamura K, Tanaka K, Kita H, Okamoto K, Sens. Actuat. B., 127, 463 (2007)