3차원 다공성 PANI/rGO 나노복합체 기반 인장 감지 센서 연구 = A Study on Tensile Strain Sensor based on 3D Porous PANI/rGO Nanocomposite

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 3차원 다공성 폴리아닐린（PANI）/환원된 그래핀 옥사이드（rGO） 복합체 폼을 기반으로 한 고감도 및 고유연성을 지닌 압저항형 인장 감지 센서를 개발하였다. PANI는 우수한 전도성과 가역적 산화·환원 특성을 지닌 전도성 고분자로 외부 자극에 대한 전기적 응답성이 높고, rGO는 넓은 비표면적과 높은 기계적 강도, 우수한 전기 전도도를 바탕으로 효과적인 전하 전달 경로 형성이 가능하다. 두 물질을 복합화하면 π–π 상호작용을 통해 계면 결합력이 강화되고, 전도 네트워크의 안정성과 구조적 일체감이 증대되어 센서의 감도와 내구성을 동시에 향상시킬 수 있다. 센서는 니켈 폼을 희생 템플릿 기판으로 활용하여, 전기화학 중합법을 통해 PANI를 균일하게 증착한 후, 딥코팅으로 rGO를 추가 증착하여 3차원 PANI/rGO 복합체 폼을 형성하였다. 이후 폴리디메틸실록산을 다공성 네트워크에 주입시킨 후 니켈 기판을 완전히 에칭하여 상호 연결된 3차원 다공성 나노복합체를 구현하였다. 제작된 센서는 0%에서 최대 80% 인장 변형에서도 안정적인 신축성을 보였고, 전기적 특성과 시간응답 특성 부분에서의 높은 안정성 및 신뢰성을 확인할 수 있었다. 전도성 나노소재와 유연한 고분자 매트릭스의 조합은 미세한 기계적 자극에도 정밀한 전기적 응답을 유도하며, 이를 통해 본 센서는 웨어러블 전자소자, 생체 신호 모니터링, 인간-기계 인터페이스, 연성 로보틱스 등 다양한 응용 분야에 적용 가능한 차세대 고성능 스트레인 센서로서의 가능성을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a highly sensitive and flexible piezoresistive tensile strain sensor based on a three-dimensional porous polyaniline（PANI）/reduced graphene oxide （rGO） nanocomposite foam was developed. PANI, a conductive polymer with reversible oxidation and reduction properties, exhibits excellent electrical responsiveness to external stimuli. Meanwhile, rGO provides a large specific surface area, high mechanical strength, and outstanding electrical conductivity,
enabling the formation of efficient charge transport pathways. When these two materials are combined, π–π interactions enhance interfacial adhesion, while the stability of the conductive network and structural integrity are improved, thereby increasing both the sensitivity and durability of the sensor. The sensor was fabricated using a nickel foam as a sacrificial template substrate. PANI was uniformly deposited via electrochemical polymerization, followed by dip-coating of rGO to form a three-dimensional PANI/rGO nanocomposite foam. Subsequently, polydimethylsiloxane was infused into the porous network, and the nickel substrate was completely etched away to yield an interconnected three-dimensional porous nanocomposite. The fabricated sensor exhibited stable stretchability
under tensile strains ranging from 0% to 80%, demonstrating excellent electrical and temporal response stability and reliability. The combination of conductive nanomaterials with a flexible polymer matrix enables precise electrical responses to subtle mechanical stimuli. Consequently, this sensor shows great potential as a
next-generation high-performance strain sensor applicable to wearable electronics, biosignal monitoring, human–machine interfaces, and soft robotics.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 PANI/rGO 나노복합체 기반 인장 감지 센서 3
• 제1절 PANI/rGO 나노복합체의 특성 3
• 제2절 인장 감지 원리 8
• 제3장 PANI/rGO 나노복합체 기반 인장 감지 센서 제작 11
• 제1절 PANI/rGO 나노복합체의 형성 11
• 제2절 PANI/rGO 나노복합체의 표면 분석 14
• 제3절 인장 감지 센서 제작 과정 16
• 제4장 인장 감지 센서 성능 측정 결과 및 분석 18
• 제5장 결 론 22
• 참 고 문 헌 24
• ABSTRACT 27