• 공업화학
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• 제17권6호
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• pp.586-590
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• 2006

전기활성 고분자로서 이온성고분자-금속복합체(Ionic Polymer metal Composites, IPMC)는 화학적 환원방법으로 비교적 쉽게 제조하여 낮은 구동전압에서도 큰 변위를 낼 수 있는 유연성을 지니는 스마트 소재(soft smart material) 중의 하나이다. 제조 시의 화학적 환원방법은 용액 내에서 반응시킴으로써 결과적으로 형성되는 다공성 고분자 막의 표면의 거칠기 때문에 구동체로서의 IPMC의 동작특성에 결함을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 IPMC의 표면의 거칠기에 대한 구동 특성을 비교하고 표면 조도를 향상시키는 방안으로 표면 이온빔 보조 증착법으로 표면을 개질하였다. 이러한 표면 개질 효과로 인해 IPMC 전극의 표면 저항을 낮추고 반응 속도를 증가시킬 수 있었고, 표면 조도, 모폴로지, 구동력 등을 측정하여 향상된 구동 현상을 나타내는 제조방법에 대한 연구를 하였다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.401-407
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• 2016

이온성 고분자 복합물인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)는 얇고 유연한 고분자 필름의 양면에 백금소재의 전극층이 도금된 형태로 구성되어 있다. IPMC는 외부 물리적 자극에 대응하여 전기적 에너지를 발생시키는 특성을 가지고 있기 때문에 주변환경에서 발생하는 진동으로부터 에너지를 획득하는데 응용될 수 있어 신재생에너지 획득 소자로 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 실용적인 에너지 획득을 위해서는 큰 면적의 IPMC 집적 기술이 필요하다. 본 논문에서는 IPMC의 면적 증가에 따른 출력 전압의 특성 변화에 대한 연구를 수행하기 위하여 다른 면적의 IPMC 샘플들이 사용되었다. 또한 IPMC에서 발생하는 전압과 오프셋 현상을 시뮬레이션 할 수 있는 회로 모델을 사용하여 출력 전압의 추정에 사용하였다. 본 논문에서 제안된 회로 모델이 면적 변화에 따른 출력 전압을 비교적 잘 추정함이 검증되었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.19-20
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• 2014

연료전지 스택을 구성하는 핵심 부품 중 하나인 분리판(Bipolar plate)은 반응 연료인 수소와 산소를 분리하여 셀(cell)의 전면적에 균일하게 분배, 공급, 배기 및 전기화학반응에 의해 생성된 전류를 수집하며, 높은 가스밀폐성, 전기전도성 및 내식성이 요구된다. 분리판 소재로는 흑연, 고분자-탄소 복합체 및 금속 등이 사용되고 있으며, 이중 연료전지 스택의 부피, 무게 및 제조비용 감소를 위하여 금속분리판이 주목받고 있다. 그러나 금속분리판의 경우 연료전지 작동환경에서 부식반응에 의한 이온 용출로 인해 전극촉매나 고분자전해질막의 오염을 유발할 수 있다는 단점이 있어 최근 금속계 분리판의 코팅을 통하여 분리판의 내식특성 및 전기적 특성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.

• KSBB Journal
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• 제8권3호
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• pp.200-208
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• 1993

음이온성 고분자 전해질의 하나인 알긴산을 이용 하여 알긴산막의 분리성능을 개선함과 동시에 막의 얀정성을 높이고, 막과 분리 대상물과의 화학적 친 화성을 제어하기 위하여 막의 가능기에 다양한 금속 이온으로 가교시킨 금속복합체 막을 제조하고, 그막 들이 투과증발 특성에 미치는 영향을 조사하여 다음 과 같은 결론을 얻였다. 1) 금속복합체 막들 중 IA족 금속이온으로 치환 한 경우에 저농도 에탄올 수용액에서 크게 팽윤되거 나 쉽게 부스러지는 경향이 있어 투과증발막으로 샤 용할 수 없었다. 2) 알긴산막에 비해 2가 금속으로 가교한 금속복 합체 막의 경우 막의 안정성 및 분라성능이 크게 향 상되는 것을 알 수 있었다. 3) 2가 금속 복합체 막들의 경우 분리계수는 Na a alg 막에 비해 약간 증가하는 경향을 나타낸 반면, 투과속도는 비슷한 경향을 나타내였다. 4) Ca-alg 금속복합체 막의 경우에 다른 금속복 합체 막들에 비하여 분리계수가 크게 증가하여 가장 우수한 성능을 나타내였다. 5) Ca-alg막의 경우 90wt.% 에탄올 수용액에서 분리계수는 6,420이었으며 투과속도는 $0.269kg/m^2.hr$로써 우수한 생능을 나타내었다.

• Composites Research
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• 제28권6호
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• pp.383-388
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• 2015

이온성 고분자 복합물인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)는 부드러운 고분자 필름의 양면에 백금으로 구성된 전극층이 부착된 형태로 구성되어 있으며, 외부 물리적 자극에 대응하여 전기적 에너지를 발생시키는 특성을 가지고 있다. 본 논문에서는 IPMC의 굽힘에 대응하여 생성되는 전압을 예측할 수 있는 회로 모델을 제안하였다. 모델의 내부는 IPMC의 물리적인 특성을 묘사하는 전기 소자들로 구성되어 있으며, 실제 측정된 출력 전압과 시뮬레이션 출력 전압 사이의 RMS(Root Mean Square) 오차가 최소화 되도록 파라미터들의 값이 선정되었다. 이어서, 회로 모델의 관측기를 극점 배치 기법을 사용하여 설계하였으며 관측기로부터의 출력 전압 시뮬레이션의 결과 실제 전압 신호와의 오차가 줄어듦을 확인하였다. 또한, 상태 관측기 설계 기법이 측정된 출력 전압으로부터 입력 굽힘 각도를 추정하는 역 모델의 설계에도 적용되었으며 설계된 역 모델이 입력 각도를 큰 오차 없이 추정함을 검증하였다.

• 폴리머
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• 제33권4호
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• pp.377-383
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• 2009

전기활성 고분자 중의 하나인 이온성 폴리머-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC) 작동기는 전압 인가 시 고분자전해질 내부에 존재하는 양이온과 물이 음극 방향으로 이동하면서 변위를 발생시킨다. 이러한 IPMC의 전해질은 높은 보습력, 프로톤 전도도 및 기계적 강도를 지녀야 하며, 이를 위해 본 연구에서는 IPMC의 고분자전해질인 나피온 층에 $\alpha$-, $\gamma$-알루미나를 $4{\sim}8$ wt%의 함량으로 도입하여 나피온-알루미나 복합막을 제조하고 그 특성을 확인하였다. 알루미나의 함량이 증가함에 따라, 나피온 복합막의 프로톤 전도도는 조금씩 감소하는 경향을 보였으며, $\alpha$-알루미나에 비해 $\gamma$-알루미나를 첨가하였을 때 전도도 감소가 더욱 컸다. 나피온-알루미나 복합막의 기계적 모듈러스는 37.16 MPa인 순수 나피온 막에 비해 모든 함량에서 $7{\sim}13\;MPa$ 높았다. 또한 준비된 나피온-알루미나 복합막을 이용하여 IPMC를 제작하였고 직류 3 V의 인가전압 하에서 작동성능을 평가하였다. 나피온-알루미나-IPMC, 특히 8 wt%의 $\alpha$-알루미나가 첨가된 IPMC는 기존 나피온-IPMC에 비해 작동변위는 2.7배 향상되었고 작동력 또한 크게 향상되었다. $\alpha$-알루미나의 첨가에 따른 작동성능의 향상은 $\gamma$-알루미나가 첨가된 복합막에 비해 상대적으로 높은 $\alpha$-알루미나 복합막의 양성자 전도도 그리고 잘 분산된 알루미나 입자 표면에 존재하는 다량의 수분에 의한 이온/물 이동의 용이성, 또한 순수 나피온 막에 비해 전해질 막과 백금전극 사이의 낮은 전기적 저항 때문인 것으로 결론지었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제31권7호
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• pp.643-649
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• 2014

In order to demonstrate the possibility of applying an ionic polymer metal composite (IPMC) to a finger exoskeleton, pinching motion analysis was performed for a thumb-index finger dummy actuated by IPMC actuators. The IPMC actuators of 5mm in width and 40mm in length with 2.4mm thickness generated 1.52N of blocking force for the applying voltage of 4.0V. Three actuators were installed on the three rotary joint of an index finger, and one actuator was installed on one proximal joint. Positions of each joint and finger tip were recorded on the video camera, and motion was analyzed. Power supply to the index finger actuators preceded power supply to the thumb actuator, and key pinching motion was accomplished in 180s. Tip pinching was accomplished in 135s as power supply to the thumb preceded power supply to the index finger.

• 한국정밀공학회지
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• 제32권10호
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• pp.865-871
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• 2015

This study was conducted in order to develop a finger exoskeleton system using ionic polymer metal composites (IPMCs) as the actuator and sensor in a hybrid structure. To use the IPMC as an actuator producing large force, a first order transfer function was obtained using results from a block force for DC excitation that applied to two IPMCs of 20mm-width, 50mm-length, and 2.4mm thickness together. After which the validation of 200gf control with anti-windup PI controller was confirmed. A 5mm-width, 50mm-length, 0.6mm-thickness of IPMC was also modeled as a sensor for tip displacement. As a result, the IPMC sensor could been utilized as a trigger role for the actuator. Finally, an IPMC sensor and actuator were installed on the joint of a single DOF exoskeleton in the hybrid structure, and test for the control of 40gf of block force and predefined sequence of motion was performed.

• 한국정밀공학회지
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• 제32권10호
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• pp.873-878
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• 2015

A finger exoskeleton actuated by ionic polymer metal composite (IPMC) actuators has been developed. In order to evaluate performance of cylindrical grasping of finger exoskeletons, they were equipped with a hand dummy, which is composed of four fingers. The finger dummy has three joints that can be actuated by bending the IPMC actuators. A four finger grasping motion was analyzed using cameras, and cylindrical grasping motion was accomplished within two minutes after applying a 4 volt direct voltage to the IPMC actuators. A pull out test was also performed to evaluate the cylindrical grasping force of the finger exoskeletons actuated by the IPMC actuators. Each finger generated about 2 N of holding force when grasping the cylinder which had a diameter of 50 mm.

• 한국기계가공학회지
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• 제10권1호
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• pp.47-53
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• 2011

From recent research, it has revealed that Electroacitve polymer(EAP) has a physical limitation. Carbon nanotube(CNT) is known as the promising material which has excellent electro-mechanical characteristics and is mostly defect-free. It is expected that a successful synthesis of CNT and Nafion known as a primary material for IPMC would make a great improvement on its electro-mechanic feature. In this paper, we suggest the method of synthesis of CNT with Nafion which improves electro-mechanical characteristic. Using mechanical dispersion with Nafion and Isopropyl Alcohol(IPA), we disperse Single-walled carbon nanotubes(SWCNT). For a uniformly layer of CNT, we used a spray gun on a hot plate by a simplified method. In the result, we fabricated a disperse SWCNT/Nafion composite uniformly.