지난 수년간, 터치 스크린은 휴대 전자 소자에 필수적인 기능이 되었다. 앞으로 차세대 터치 감지 소자는 빠르게 진보될 것이며 초감각 인공 피부에 쓰일 것으로 예상되며, 진보된 인체-기계 상호작용 시스템에 대한 새로운 모델은 습기 검지기를 기반으로 할 것으로 보인다. 실제 터치 반응은 위치 인터페이스가 더 이상 필요가 없다. 대신, 모든 습한 표면 근처에서 존재하는 물 분자들의 분포가 반응을 촉진하기 충분할 것이다.

수분 민감도는 수분 자극으로 시작된 전기 반응에 영향을 끼치는 노출된 금속 원자들의 전기양성도와 결정 계면의 구조 간격에 흔히 영향을 받으며, 이후, 이 초박막 나노시트는 특별한 표면적을 가진 2D 평면 구조가 끝이 노출된 원자들과 물 분자들을 흡수하기 위한 액티브 간격들의 수를 크게 강화시키는 초민감 습기 반응 소자에 대한 이상적인 플랫폼을 제공할 것이라고 중국 과학 기술 대학 교수인 Yi Xie 교수가 설명했다.

습도 반응에 대한 중요 요소로, 중심 금속 이온의 전기양성도가 2D 플랫폼 내에서 수분 반응 물질의 합리적인 선택을 위한 고려 대상이 될 것이라고 Xie 교수가 덧붙였다. "Giant Moisture Responsiveness of VS2 Ultrathin Nanosheets for Novel Touchless Positioning Interface"라는 제목으로 최근 Advanced Materials지에 게재된 논문에서, Xie 교수와 연구원들은 습도 분포의 공간적 맵핑(mapping)에 기초한 플랙서블 터치리스 위치 인터페이스를 개발했다.

감지 픽셀들의 높은 민감성과 유연성을 위해, 연구팀은 바나듐 이황화물 (VS2)의 초박막 나노시트 (nanosheet)를 개발했다. 연구원들은 준 2D 전자 구조를 가진 VS2 나노시트가 높은 습도 반응에 대한 매우 유망한 물질이라고 지적했다. 이전 연구에서, Xie 교수와 연구팀은 그라핀과 다른 금속 거동을 가진 완벽히 새로운 이차원 물질을 보여주는 다섯 이하의 S-V-S 단일 층을 이용하여 쌓는 초박막 VS2 나노시트로 벌크 VS2 플레이크들을 박리하는 기술을 이미 개발했다.

현재, 이 새로운 연구에서, 연구팀은 습도 분포의 공간적 맵핑을 통한 3D 위치 인터페이스인 새로운 개념 증명의 완벽한 플랙서블한 소자를 개발함으로써 VS2 박막의 고성능 수분 감지의 장점을 이용했다. 원하는 방향으로 이동할 수 있는 박막 개발은 나노시트의 미세 평면 전기 특성의 이용하기 위한 필수적인 요구사항이고 실질적인 관점에서 실제적인 도전과제이다.

흥미롭게도, 기화되거나 흡입이 여과될 때, VS2 나노시트 용액은 VS2 초박막 나노시트의 매우 지향된 (oriented) 박막을 얻을 수 있는 c-방향 조립 구조로 다시 변형된다.

연구원들의 실험에서, 이 지향된 박막의 전기 전도도는 0%에서 100% 상대 습도까지 거의 백배의 저항 변화를 가질 정도로 주변 습도에 매우 민감했다. 또한, 펄스 자극 실험은 첨단 전자 응용들에 대한 중요한 성능 매개 변수인 센서의 빠른 반응성과 짧은 회복 특성을 보였다. 이 터치리스 위치 인터페이스의 흥미로운 특색은 손가락 끝과 같은 인가 습도 포인터의 2D 위치를 국소화할 뿐만 아니라 3차원 상대 높이 정보를 감지할 수 있다는 것이다.

이 소자가 저가이며 높은 신뢰성으로 제조될 수 있다면, 이 소자들은 차세대 인간-기계 상호작용 인터페이스를 쉽게 만들 수 있을 것이다.

그림 설명: (a) 손가락 끝의 표면 아래 RH 분포의 개략도. (b) 개발된 습도 센서에 의해 측정된 손가락 끝의 표면 아래에서 높이 대 분해된 저항 다이어그램. (c) 6 x 6 매트릭스 위로 3 개의 손가락 끝의 관련 위치들의 디지털 사진. (d) 전자 분석기에 의해 센서 매트릭스로부터 측정된 상부 2D 신호 세기 분포. (e) 성공적인 3D 위치 기능이 보이는 적용된 3개 손가락 끝의 관련 위치들의 측면 3D 맵핑.