Journal of Adhesion and Interface (접착 및 계면)

The Society of Adhesion and Interface, Korea (한국접착및계면학회)
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Improvement of Response Time of Stimulus-responsive Hydrogel Actuator Using Photothermal Effect of PDPP3T Conjugated Polymer

PDPP3T 공액고분자의 광열효과를 이용한 자극감응성 하이드로젤 액추에이터의 반응속도 향상

  • In Hyeok Choi (Department of Polymer Science and Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Dongmin Lee (Department of Polymer Science and Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Wonho Lee (Department of Polymer Science and Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Seog-Jin Jeon (Department of Polymer Science and Engineering, Kumoh National Institute of Technology)
  • 최인혁 (금오공과대학교 고분자공학과) ;
  • 이동민 (금오공과대학교 고분자공학과) ;
  • 이원호 (금오공과대학교 고분자공학과) ;
  • 전석진 (금오공과대학교 고분자공학과)
  • Received : 2024.05.03
  • Accepted : 2024.05.14
  • Published : 2024.06.30
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Abstract

Soft actuators can be applied to various fields such as the medical industry and manufacturing industry due to the flexibility and smooth movement resulted from their constituent materials. Stimuli-responsive hydrogels are a class of materials that can show large volume changes due to various surrounding stimuli and thus is suitable as a soft actuator material. However, because the change in volume of the stimuli-responsive hydrogel depends on the rate of temperature change and the rate at which the solvent diffuses into the polymer network, in most typical operating conditions, the response time of the actuator is slow due to inefficient heat transfer and diffusion process. In this study, a conjugated polymer was introduced into polydiethylacrylamide, a thermoresponsive hydrogel, to implement a soft actuator driven by light, and the improvement in response time by the photothermal effect of the conjugated polymer was investigated. It was confirmed that the response time was improved by 41% by the introduction of the conjugated polymer, due to the improvement in heat transfer efficiency. Finally, a soft gripper using the hydrogel with improved response time was fabricated and the response time of the gripper was investigated.

소프트 액추에이터는 구성 재료 자체가 가지는 유연성과 부드러운 움직임으로 인해 의료 산업과 제조업 등 다양한 분야에서의 응용이 기대되고 있다. 자극감응성 하이드로젤은 유연하며 다양한 주위 자극에 의해 큰 부피 변화를 보일 수 있는 물질로서 소프트 액추에이터 재료로서 적합하다. 하지만, 자극감응성 하이드로젤의 부피 변화는 온도 변화의 속도 및 용매의 확산 속도에 기인하여 대부분의 작동 조건에서 느린 속도로 진행되며 이는 액추에이터의 반응속도를 제한한다. 본 연구에서는 온도감응성 하이드로젤인 polydiethylacrylamide에 광열효과를 가지는 공액고분자를 도입하여 빛에 의해 구동되는 소프트 액추에이터를 구현하였고, 공액고분자의 광열효과에 의한 반응속도의 개선효과를 조사하였다. 공액고분자의 도입에 의해 반응시간이 41% 개선됨을 확인하였고 이는 열전달 효율의 개선에 의한 것으로 짐작할 수 있다. 최종적으로 이러한 개선된 반응속도의 하이드로젤이 적용된 소프트 그리퍼를 제작하였고 반응속도를 조사하였다.

Keywords

Acknowledgement

이 연구는 2022년 국립금오공과대학교 학술연구비로 지원되었음.

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