• 대한기계학회논문집A
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• 제36권12호
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• pp.1497-1502
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• 2012

복잡한 구조와 다채로운 기능을 수행하는 사람 손의 기능을 모사하는 로봇 손을 제작함에 있어서 유연성 있는 구동기와 센서의 개발이 필수적으로 요구되고 있다. 본 논문에서는 전기활성 고분자를 기반으로 하여 로봇 손에 사용될 수 있는 구동기와 슬립센서의 설계, 제작 및 성능검증에 대한 내용을 소개한다. 전기활성 고분자는 필름형태로 제작되며 양단에 전압을 가하여 수축과 팽창에 따른 움직임이 발생하게 한다. 이와 반대로 전기활성 고분자에 외부의 압력으로 인해 두께나 면적의 변화가 발생하게 되면 정전용량의 변화가 발생하게 된다. 이러한 에너지의 변화소자를 이용하여 구동기와 센서로 이용하였다. 본 논문에서는 전기활성 고분자를 이용한 구동기와 센서를 제시하고 성능평가를 통해 새로운 로봇 손용 에너지 변환 소자로서의 가능성을 연구하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.286.2-286.2
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• 2013

기존의 이온성 고분자-금속 복합체(IPMC)는 백금(Pt)전극을 이온성 전기활성 고분자(Ionic electroactive polymer)인 나피온에 무전해 도금으로 만들어졌다. 본 연구는 백금전극을 그래핀으로 대체하여 투명 이온성 고분자-그래핀 복합체(IPGC)를 제작하였다. 그래핀은 근적외선 화학기상증착법(NIR-CVD)으로 전이금속 (Cu, Ni) 위에 탄화수소 가스(CH4)를 이용하여 성장하였다. 전이 금속위에 성장된 그래핀을 나피온 양쪽면에 van der Waals 결합력을 이용하는 습식 전이공정으로 전극을 형성하였다. IPGC는 면 저항(4-point probe), 투과도(UV/Vis spectrometer) 및 라만 분광법(Micro Raman spectroscopy)의 측정으로 그래핀 전극의 특성평가를 하였고, 전계방사 주사전자현미경(Field Emisson Scanning Electron Microscope; FE-SEM)을 사용하여 IPGC의 구조적 특성을 확인하였다. 제작된 IPGC의 성능은 백금전극을 이용한 IPMC의 변위(displacement), 힘(force), 작동 주파수(Operating frequency) 분석을 통해 비교 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권2호
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• pp.81-85
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• 2017

섬유강화 고분자 복합재료는 섬유 형태의 강화제와 고분자 형태의 기지재료가 결합된 형태로 이는 무게 대비 고강도 및 고강성의 구조물 제작에 용이하다. 본 연구에서는 형상기억합금 와이어가 삽입된 섬유 강화 지능형 연성 복합재 구동기를 제작, 이의 재료 구성에 따른 거동 특성을 평가 하고자 한다. 구동기는 형상기억합금이 포함된 구동층과 일반 구조층으로 구성되어 한 층씩 적층되는 방식으로 제작되며 재료 구성에 따른 거동 특성을 살펴보기 위하여 일반 구조층으로 사용된 유리섬유 직물의 적층 수, 기지재료의 종류를 달리한 뒤 구동 특성을 살펴보았다. 또한, 구동 시에 요구되는 인가 전류의 양을 달리하여 최대 구동각과 최대 구동각에 도달하는 구동 시간을 측정하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.334-337
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• 2003

In this paper. we introduce a novel actuation method based on dielectric elastomer. Along with basic principles of actuation using dielectric elastomer a new design of actuator is discussed. The proposed design has advantageous features in reduction in size, speed of response, ease and ruggedness of operation. Using the actuator. a three-degree-of-freedom actuator module is developed, which can provide up-down. and two rotational degree-of-freedom motion. In the application of the proposed actuation method, a micro-robot mimicking the motion of an inchworm is developed.

• 폴리머
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• 제36권4호
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• pp.434-439
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• 2012

이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composite, IPMC) 구동기의 구동성능 향상을 위해 전기방사를 통해 제조된 나피온/전도성 나노입자 웹을 나피온 필름의 양면에 접합시켜 전해질막을 개질하였다. 전도성 나노입자는 다층탄소나노튜브(multiwalled carbon nanotube, MWNT)와 은 나노입자가 사용되었으며, 이를 각각 나피온 용액에 분산시켜 전기방사하였다. 개질된 IPMC는 향상된 구동변위, 응답속도 및 구동력을 나타내었으며 은 나노입자에 비해 MWNT가 더욱 뛰어난 구동변위와 구동력을 유도하였고, 전도성 나노입자가 포함되지 않은 전기방사 웹을 적용한 경우에도 성능향상이 관찰되었다. 제조된 IPMC의 우수한 구동성능은 전기방사 웹의 다공성에 의한 전해액 이동의 용이성, 고분산된 전도성 나노입자에 의해 유도된 높은 전기용량 및 낮은 전극 저항 때문인 것으로 분석되었다.

• 폴리머
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• 제25권6호
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• pp.826-832
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• 2001

본 연구에서는 폴리피를 (PPy)/gold/mylar 형태의 두 겹의 전기활성 구동기를 제작하였으며, 도판트의 종류에 따른 굽힘 구동 특성에 관한 연구를 수행하였다. 전도성 고분자는 전기적으로 산화/환원이 될 때에는 도판트의 이동에 의하여 부피 변화를 수반하게 된다. 도판트의 크기에 따라, 서로 다른 구동 특성을 나타내었는데, toluene sulfonate와 같은 작은 크기의 도판트는 산화/환원에 따라 PPy 필름의 내외로 자체 이동이 가능하며, 산화시에 PPy의 팽창이 관찰되었다. 그러나, dodecylbenzenesulfonate와 같은 커다란 도판트가 함유된 PPy는 산화/환원시에는 이들의 이온들은 움직임이 없는 것으로 나타났으며 환원시에 작은 양이온($Na^+$)이 필름내부로 유입되며 부피가 증가하는 현상이 관찰되었다.

• Composites Research
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• 제26권5호
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• pp.289-294
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• 2013

고분자 기지에 희석제의 첨가로 CNT 및 CB 입자의 분산성 향상 및 연질의 전극을 만들고자하였다. 희석제, CNT 및 CB 함유량에 따른 연질 전극재료의 전기적 및 기계적 특성을 평가하였다. 전극재료로서 최적의 혼합조건은 기지 (KE-12)를 기본으로 희석제 80, CNT 3.5 그리고 CB 18 (phr)이었다. 이때의 비저항 값은 73 (${\Omega}{\cdot}cm$)이었고, 인장강도와 인장탄성율 그리고 신장율은 각각 0.45 MPa, 0.21 MPa, 184%였다. 또한 최적화된 전극과 탄성체를 이용하여 간단한 구조의 구동기를 제작하여 그 특성을 평가하였다. 작동 전압 25 kV에서 탄성체 KE-12는 2.24 mm의 변위가 발생되었고, 희석제가 50 (phr) 혼합된 KE-12는 4.05mm의 변위가 발생되었다. 희석제 50 (phr) 혼합된 KE-12는 3M의 4910과 같은 탄성계수를 나타내지만, 더 높은 변위를 보였다. 동일한 재료 (KE-12)의 전극과 탄성체로 제작된 구동기는 피로수명 및 응용에 많은 장점이 있을 것으로 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.168.1-168.1
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• 2013

고분자유기물로 사용되는 발광층에 탄소나노튜브를 합성하여 AC로 구동되는 고분자유기물소자를 제작하였다. 고분자유기물소자는 총 4개의 층(ITO/CRS/탄소나노튜브를 함유한 MEH-PPV/Al)으로 구성하였다. ITO가 코팅된 유리기판 위에 발광층을 보호하는 역할을 하는 절연층[cyanoethyl pullulan(CRS)], 유기발광물질인 poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene](MEH-PPV)에 탄소나노튜브의 함량을 조절하여 발광층으로 사용하였으며, 절연층과 발광층은 스핀코우터를 이용하여 증착하다. 마지막으로 thermal evaporator을 이용하여 Al을 증착하였다. 고분자유기물소자는 발광층에 함유된 탄소나노튜브에 함량에 따른 전압, 전류 그리고 밝기 특성을 분석하였다. 탄소나노튜브가 0.015wt% 함유된 고분자유기물소자에서 최대 밝기 특성과 낮은 소비전력을 얻을 수 있었다. 고분자유기물에 탄소나노튜브를 합성된 효과를 알아보기 위하여 임피던스분석을 통하여 고분자유기물소자의 저항, 캐패시턴스, 기생저항을 알아보았다. 고분자유기물소자의 캐패시턴스의 변화는 탄소나노튜브와 고분자 유기물(polymer-CNT matrix) 에서 생성되는 블록들이 매우 얇은 유전층을 구성할 것으로 예상되며 이는 micro-capacitance로 고분자유기물소자의 구동에 영향을 미치는 것으로 예상된다. AC구동 고분자유기물소자에 탄소나노튜브를 함유하여 높은 효율을 얻을 수 있는 장점으로 차세대 디스플레이나 조명으로 탄소나노튜브의 쓰임새를 기대해 본다.

• 폴리머
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• 제25권5호
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• pp.736-743
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• 2001

N,N-Methylenebisacrylamide (MBAA)로 가교 결합된 electro-active 고분자(EAP) (poly(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid), PAMPS) 겔을 수용액 상에서 potassium persulfate를 개시제로 하여 라디칼 중합시켜 제조하였다. PAMPS 겔의 구동성을 부여하기 위하여 계면활성제로 팽윤하며 치환하였다. 계면활성제가 치환된 PAMPS 겔은 용액내의 인가된 전압하에서, 그 전기장 변화에 의해 큰 변위를 나타내는 구동특성을 보였다. PAMPS 겔은 빠른 응답속도와 가역적인 bending을 나타내었다. 겔의 구동원리는 양극과 PAMPS 겔 음이온간의 정전기 인력, 겔의 swelling-deswelling 효과 그리고 계면활성제의 소수성 반응의 협동적 과정으로 나타난다. PAMPS 겔의 응답속도는 인가된 전압 및 가교도가 증가할수록 증가하였으며, 구동이 반복적으로 진행됨에 따라 응답속도는 증가하였다. 겔의 두께가 증가하면 응답속도는 감소하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1521-1526
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• 2008

IPMC(Ionic Polymer-Metal Comosite) exhibits large deformation, having great attention in many application fields. It generates bending moment by ion exchange polymer film. It can be quickly bended by the applied voltage across the plated electrode of the polymer film. In the present paper, we derive the theoretical modeling and dynamic analysis of bending motions of IPMC actuators using the Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical model of a cantilever IPMC actuator estimates the moment produced by the applied voltage. The dynamic characteristics, including natural frequencies and frequency response, are calculated by the theoretical model, and they are compared with the experimental results and finite element analysis. It is shown that the mathematical modeling allows precise estimation to the voltage-driven motion of the cantilever IPMC in air.