The ionic polymer-metal composite actuators with selectively grown multiple electrodes were developed to mimic the swimming locomotion of a fish. The developed method is based on combining electroplating with the electroless chemical reduction using the patterned mask. The advantages of this fabrication method are that the initial compositing between the polymer and platinum particles can be assured by the chemical reduction method, and the thickness of each electrode can be controlled easily and rapidly by electroplating. By using the fabricated actuator with a multiple degree of freedom, the oscillatory wave of the flexible membrane actuator was generated and a twisting motion was also realized to verify the possibility of mimicking the fish-like locomotion. The frequency response function was analyzed to investigate the natural frequency and the damping factor by a mechanical shaker and direct electrical excitation through the swept-sine method. Present results show that this novel method can be a promising technique to easily pattern each of multiple electrodes and to implement the biomimetic motion of the polymer actuators with good mechanical bending performance.
본 연구에서는 압전 세라믹인 PZT를 이용하여 두께 진동모드의 다중모드 필터를 설계, 제작하였다. 다중모드 세라믹필터의 등가회로를 설계하였고, 이를 이용하여 설계변수 인 물성변수와 형상변수에 따른 필터전달특성의 경향을 분석하였다. 이를 바탕으로 10.7MHz의 중심주파수를 가지는 세라믹필터를 제작하였고, 설계변수 중에서 압전세라믹 기 판과 전극형상의 변화에 따른 필터의 전달특성의 변화를 실험적으로 검증하였다. 본 연구를 통한 경향분석결과는 다양한 진동모드와 다양한 주파수대를 가지는 다중모드 필터를 설계하 는데 있어서 유용한 도구로 사용될 수 있을 것이다.
The ionic-polymer-metal-composite actuators have the best merit for bio-mimetic locomotion because of their large bending performance. Especially, they have the advantage for mimicking a fish-like motion because IPMCs are useful to be actuated in water. So we have developed IPMC actuators with multiple electrodes for realization of biomimetic motion. This actuator is fabricated by combining electroless plating and electroplating techniques capable of patterning precisely and controlling a thickness of Pt electrode layer. The FRF analysis was conducted by a mechanical shaker and direct electrical excitation which is based on sweep sine wave function. From this result, the proper young‘s modulus of Platinum was investigated and applied on expecting the vibration characteristics of patterned IPMC actuator. The calculated maximum displacement of the patterned IPMC was 2.32mm under an applied 4mN/mm. The natural frequency was increased however displacement was decreased in according to increase a thickness of Pt.
질소 기체의 온도변화에 따른 질소 레이저의 동작 특성을 조사하고 실험에 의해 얻은 E/P값을 이론치와 비교 연구하였다. 이를 위하여 레이저 관의 길이가 200mm이고, 다중 평행판 축전기형 전송 회로 및 질소 기체의 온도 조정 장치로 구성된 질소 레이저를 제작하였다. 반복률 20Hz에서 스파크 갭의 전극 거리 4mm일 때 최대출력을 얻었으며 최적동작 조건은 질소 기체 온도 $30^{\circ}C$, 기체 압력 70torr이었다. 이때의 E/P는 411V/cm.torr이었다. 한편 질소 기체의 온도가 증가함에 따라 최적 동작 조건은 높은 압력 쪽으로 이동하는 경향을 보였고 이때 E/P값은 감소하는 것으로 나타나 이론과 어느 정도 일치함을 알 수 있었다.
다중벽 탄소 나노튜브(multi-walled carbon nanotubes, MWNTs)를 포함하고 있는 poly(methyl methacrylate)(PMMA) 나노섬유를 전기 방사법에 의해 제작하였다. 주사 전자 현미경을 통하여 용매의 종류(dimethyl formamide, chloroform and toluene)와 탄소 나노튜브의 함량(0.5 and $3.0\;wt\%$)에 의해 나노섬유 표면의 형상과 탄소 나노튜브와 나노섬유의 구조가 영향을 받았다. 집적판의 전극 모양을 조절함으로써 나노섬유의 정렬이 가능하였다. 고분자 사슬의 회전 반경과 탄소 나노튜브의 크기의 비교를 통하여 PMMA 나노섬유와 탄소 나노튜브의 관계를 정리하였다. 탄소 나노튜브 투입량이 증가함에 따라 고분자 비드가 증가하였다.
본 연구에서는 W-IPA(peroxo-polytungstic acid)를 출발 물질로 하는 졸 용액을 ITO(indium tin oxide)가 입혀진 유리판 위에 침적 도포(dip-coating) 방법으로 침적시키고, 이것을 겔화시킨 후에 열처리하여 전기 발색 소자 (electrochromic device, ECD)의 텅스텐 산화물 박막 전극을 만들어 이의 전기화학적인 특성을 고찰하였다. 가장 좋은 전기 화학적 특성을 나타내는 조건은 $2g/10mL(W-IPA/H_2O)$졸 용액에 15회 침적 도포하여 $230{\sim}240^{\circ}C$의 온도로 최종 열처리 한 텅스텐 산화물 박막 전극이었으며, 침적 횟수의 증가에 따라 산화 텅스텐 박막의 두께는 비례하여 증가하였고, 5회 침적 도포 이후에는 1회 침적 도포시 약 $60{\AA}$ 두께로 막이 생성됨을 알 수 있었다. 졸-겔법으로 제조된 텅스텐 산화물 박막 전극은 X-선 회절 분석에 의하여 비정질 구조, 주사 전자 현미경에 의하여 박막 표면은 균일한 것으로 조사되었다. 다중 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선에 의하면 순환 횟수가 수백회 이상임에도 불구하고 소 발색은 뚜렷하게 나타났으나, 더욱 많은 순환 횟수에서는 전해질인 황산 수용액 중에서 텅스텐 산화물 박막의 박리 현상이 일어나 소 발색의 전류 밀도는 차츰 감소하였다. 전위 주사 속도를 변화시키면서 순환 전류-전위 주사법에 의하여 작성된 전류-전위 곡선으로부터 구한 전기화학적 특성 값을 이용하여 반응에 참여하는 수소 이온의 확산 계수를 구할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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