• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.12
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• pp.1497-1502
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• 2012

To manufacture a robot hand that essentially mimics the functions of a human hand, it is necessary to develop flexible actuators and sensors. In this study, we propose the design, manufacture, and performance verification of flexible actuators and sensors based on Electro Active Polymer (EAP). EAP is fabricated as a type of film, and it moves with changes in the voltage because of contraction and expansion in the polymer film. Furthermore, if a force is applied to an EAP film, its thickness and effective area change, and therefore, the capacitance also changes. By using this mechanism, we produce capacitive actuators and sensors. In this study, we propose an EAP-based capacitive sensor and evaluate its use as a robot hand sensor.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.15 no.12
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• pp.3-10
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• 2002

유기 전계발광 소자는 발광성 유기화합물을 양극과 음극사이에 형성한 후 전기적으로 여기시켜 그 발광을 이용하는 디스플레이로 1960년도에 처음 전기 적 발광현상이 안트라센 물질에서 처음 보고되었다[1]. 그 후 1987년에 코닥(Kodak)사의 Tang에 의해 적층형 유기 전계발광 소자가 처음 연구되어 소개된 후 실용화를 목표로 활발히 연구되기 시작하였으며[2], 1990년도 들어서는 유기물 재료 중에 전도성 고분자형 재료의 전기적 발광현상이 영국의 케임브리지 대학에서 보고되어 고분자형 유기 전계발광 소자연구가 진행되기 시작하였다[3]. 유기 전계발광 디스플레이는 평판 디스플레이의 한 종류로서 저전압 구동, 박형, 자체발광에 인한 고인식성 및 넓은 시야각, 빠른 응답속도 등의 많은 장점을 갖고 있어 현재 널리 사용되는 액정 디스플레이의 결점을 해결해줄 수 있는 차세대 디스플레이로 최근 들어 매우 높은 관심을 받고 있으며 연구개발 또한 가장n 활발한 분야로 알려져 있다 현재는 저분자형 유기물을 사용하는 저분자 유기 전계발광 소자와 전도성 고분자를 사용하는 고분자 유기 전계발광 소자가 전자발광 디스플레이 연구의 두 분야로 경쟁하면서 연구가 진행되고 있다. 이에 1990년도 후반부터 디스플레이로의 연구가 일본에서부터 활발히 진행되면서 수동형 (Passive Matrix) 구동의 유기 EID가 일본의 Pioneer,한국의 삼성 SDI등에 의해서 상업화되었다. 현재는 카오디오나 핸드폰 등에 이미 채용이 되고 있으며 일반인들이 쉽게 볼 수 있는 디스플레이로 바뀌어가고 있다. 또한 향후 중대형 디스플레이로 상업화하기 위하여 일본의 Sony, Sanyo, Toshiba, 한국의 삼성 SDI 등에서 능동구동 유기 EL (Active Matrix OLED (AM OLED))를 경쟁적으로 개발하고 있다. (그림 1 참조)유기 ELD는 이와 같이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 향후 몇 년 내에 우리 주변의 일상적 인 디스플레이로 등장할 것으로 판단된다. 본 보고서에서는 현재 실용화가 급속히 진전되고 있는 유기 전계발광 디스플레이의 소자구조, 발광기구. 소자특성, 각종 재료, 풀컬러화 기술, 구동방법등에 대한 기술개요와 국내외 기술동향에 대하여 소개하고자 한다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2007.05a
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• pp.1254-1258
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• 2007

Electro-active polymer (EAP), one of the smart materials, is a new alternative offering ultra-precise movements and bio-compatibility. We present the results of the design, fabrication, and performance evaluation of a fabricated diaphragm-type polymer actuator using segmented polyurethane(SPU). This paper illustrates the relationship between the elastic modulus and maximum deflection as a key property of the Maxwell stress effect and also presents the relationship between the dielectric constant and maximum deflection as a key property of the electrostriction effect, especially in polymer actuators using SPU. A diaphragm-type actuator was used to induce an equation of the vertically distributed load by using a fully clamped circular plate as the boundary condition. To verify the equation, the results were compared to the data measured from load cell. In the near future, a low-cost check valves and bio-robot can be applied by its actuators.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.9 no.4
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• pp.579-584
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• 1998

Polymer dispersed liquid crystal(PDLC) composite films were made by polymerization induced phase separation method using UV-curing to investigate the effect of fabrication conditions, such as photoinitiator concentration, film thickness, polymerization temperature, and electric field during polymerization, etc., on the electro-optic properties. As the amount of photoinitiator increased, the driving voltage of PDLC device increased due to the increase of small-size liquid crystal phases. This was considered as the results from the increased interfacial area between liquid crystal (LC) and polymer matrix, since LC molecules at the interfacial regions were relatively difficult to response for the applied electric field. When the higher molecular weight oligomer (PTDA-1000) was used as matrix, the initial transmittance was observed to be relatively higher than that for the lower molecular weight oligomer (PTDA-250). Saturation transmittance for PTDA-1000 was observed at relatively lower voltage than that for PTDA-250, of which transmittance was not saturated even at 60 V. As polymerization temperature increased, the initial transmittance of resulting PDLC film increased due to the larger LC droplets formation and the more matched refractive index between LC and matrix than those cases for the lower polymerization temperature. Though driving voltage decreased for the thinner film, it was considered that optimum thickness of the film should be maintained to get some practical contrast, which is the ratio of off- and on-state transmittance. Furthermore, electro-optic properties such as initial transmittance, driving voltage, and response time were observed to be considerably affected by application of external field during polymerization.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 1999.10a
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• pp.1-2
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• 1999

시간과 공간의 구애를 받지 않는 양질의 음성, 화상, 문자정보의 교환을 위한 노력으로 디지털 휴대폰과 휴대용 컴퓨터가 등장하면서 음성과 문자정보의 교환분야에 커다란 진보를 이룩하였다. 그러나 현재는 휴대폰이 음성정보에 문자정보교환이 추가된 상황이기 때문에, 아직도 관련 정보교환기술 및 기기개발이 진행되고 있다. 앞으로 휴대폰과 휴대용 컴퓨터의 기능을 통합하고 화상정보까지 결합된 휴대용 정보기기를 위해서는 전자회로의 집적화 및 통신속도 증대가 필수적이다. 또한 이들 휴대용 정보기기를 구동시키기 위한 전력도 증가될 것으로 예측되기 때문에, 현재 전원으로 사용되는 2차전지보다 에너지 밀도가 더욱 증패된 전지가 요구될 것으로 예상된다. 그리고 내연기관의 배기에 의해 발생되는 환정오염문제를 해결하기 위한 방법중의 일환으로 전기자동차 개발이 진행되고 있으며, 이들 전기자동차에 2차전지를 장착하기 위해서 경제성이 있고, 고속충전이 가능하고, 안전성이 높은 고에너지 밀도의 2차 전지 개발이 요구되고 있다. 현재 2차전지는 음극재료나 양극재료에 따라 낚축전지, 니켈/카드륨(Ni/Cd) 전지, 니켈/수소(Ni/MH) 전지, 라륨 2 차전지등이 있으며, 전극재료의 고유특성에 의해 전위와 애너지 밀도가 결정된다. 특히 리튬 2차전지는 리튬의 낮은 산화환원전위와 분자량으로 인해 에너지 밀도가 높기 때문에 앞에서 언급한 휴대용 전자기기의 구동전원으로 많이 사용되고 있다. 리튬 2차전지는 음극 재료가 금속리튬인 경우는 리튬금속으로, 탄소재료인 경우는 리튬이온이라 하며, 한편으로 전해질이 고체 고분자이거나 혹은 역체 유기용매와 리튬염을 고분자와 혼성시킨 겔(gel)인 경우는 고분자로, 전해짙이 리튬염이 전리되어 있는 유동성 액체일 경우는 고분자를 생략하여 구분하고 있다. 즉 리튬금속 2 차전지(LB), 리튬이온 2 차전지(LIB), 리튬금속 고분자 2차전지(LPB), 리튬 이온 고분자 2차전지(LIPB)로 크게 구분된다. 금속리듐을 음극으로 사용하고 전해질로는 리튬염이 전리되어 있는 액체유기용매 를 사용한 리튬금속 2차전지는, 금속리튬전극이 충방전 과정을 반복하면서, 전리된 리튬이 균일하게 산화환원되지 못하고 표변에서 양극방향으로 성장하는 수지상 (dendrite) 현상으로 인해 안전성 확보에 문게가 있었다. 리튬과 알루미늄 합금형태로 음극에 사용한 동전형 전지는 상용화 되었지만, 이러한 단점을 개선하기 위해 리튬이온이 금속으로 석활되는 환원반응전위보다 높은 전위에서 전극재료가 충전되면서 리튬이온이 저장되고, 방전되면서 배출되는 탄소를 음극재료로, 그리고 리튬이온이 충방 전시 가역적으로 삼입 탈리되는 층상의 리튬금속산화물을 양극으로 구성하고, 엑체 전해질과 다공성 고분자 분리막을 사용한 것이 LIB이다. LIB에서 리튬이온의 이동이 가능한 액체전해질의 가능을 고분자 전해질이 대신함으로서 보다 높은 안정성을 확보 한 전지가 LIPB 이다. 또한 고분자 전해질을 사용한 경우 금속리튬상에서의 수지상 성장이 저하되는 현상이 관찰됨으로서, 이론용량이 3,860mAh/g 에 달하는 리튬금속 혹은 합금을 고분자 전지에서 음극으로 사용하고자 하는 2 차전지가 LPB 이다. 리튬 2차전지는 비록 1989년 액체전해질을 사용한 금속리튬 2차전지의 실패전력을 안고있지만 궁극적으로는 이론적으로 최대의 에너지밀도를 가지고 있는 LPB를 지 향할 것으로 예상되지만 가까운 장래에 실현되기는 어려울 것이다. 따라서 향후의 라튬 2차전지의 전개방향은 현재의 LIB를 고분자 전해질을 채용하는 LIPB로 진행시커면서 저가의 전극재료개발을 지속적으로 추진할 것으로 예상된다. 현재 리튬 2차전지는 소형전지에 국한되고 있지만 전기자동차나 전력저장용으로 이를 대형화시커기 위해서는 열적특성이 우수하고 저가인 전극재료개발이 선행되야하기 때문에, 저가의 탄소재료와 코발트산화물을 대신할 수 있는 철, 망칸 또는 니켈산 화물의 개발이 필요하다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.10a
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• pp.285-290
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• 2004

Electro-active polymer, one of smart materials, is a new alternative technology, which can get an ultra precision movements and bio-compatibilty. This paper presents the relationship between elastic modulus and maximum deflection as a key property of maxwell stress effects and also presents the relationship between dielectric constant and maximum deflection as a key property of electro-striction effects in disc-type actuators using segmented PU. To induce equation about distributed load of a disc, we use boundary condition of fully clamped circular plate and to obtain design parameters of a micro-fluidics system, CFD simulation is performed.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2006.11a
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• pp.119-123
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• 2006

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. Generally, the IPMC actuator has been fabricated in electroless plating technique, while it needs very long fabrication time and shows poor repeatability in the actuation performance owing to the variables in chemical fabrication process. Therefore, the novel fabrication methods were investigated by combining electroless plating and electroplating techniques capable of patterning precisely. On the whole, two different methods were compared and analyzed with similar thickness level of Platinum electrodes. Present results show that mixing chemical reduction and electroplating can be a promising candidate for electrode patterning.

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.23 no.2
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• pp.40-50
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• 2020

소프트 로봇의 수요와 관심이 증가함에 따라 생체 모방형 액추에이터 연구가 큰 관심을 받고 있다. 액추에이터란 외부 에너지를 기계적인 동작으로 변환하는 장치이며, 재료 자체가 유연하여 부드러운 움직임을 재현할 수 있는 소프트 액추에이터의 연구가 활발히 진행되고 있다. 고분자 연성 재료 중에 하나인 하이드로겔은 90% 이상이 물로 구성되어 있기 때문에 생체 친화적이면서 동시에 환경 친화적인 재료이며 이를 기반으로 한 액추에이터 연구가 새로이 각광받고 있다. 최근에는 하이드로겔 액추에이터의 성능 향상을 위해 나노재료를 하이드로겔에 첨가하는 연구가 진행되고 있으며, 나노재료가 갖는 고유의 특성을 활용함으로써 하이드로겔 액추에이터의 자극 감응성 향상, 변형 방향의 제어, 높은 변형 효율 그리고 기계적 물성 증가가 보고되고 있다. 이는 헬스케어를 위한 웨어러블 장치, 재활을 목적으로 한 인공 근육 등에 적용이 가능하다. 본 기고문에서는 자극 감응성 고분자와 나노재료를 이용한 하이드로겔 액추에이터 연구에 대해 자극(전기장, 빛, 열, 자기장)의 종류에 따라 분류하여 소개하고, 합성 전략 및 구동 원리에 대해 간략하게 설명하고자 한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.30 no.2
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• pp.205-211
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• 2019

Over the past several decades, the polymer dispersed liquid crystal (PDLC) has received particular attention as a material for developing smart window due to their electro-optical switchable properties. In this study, PDLC cells were fabricated using acrylate monomers, namely 2-hydroxyethyl acrylate (2-HEA) and ethylene glycol phenyl ether acrylate (EGPA), and the effect of the monomer composition on their electro-optical properties was investigated. The monomer mixture with a low viscosity (~10 cps) was easily filled between indium tin oxide (ITO) glasses by capillary action at room temperature. PDLC cells prepared using the mixture ratio of 1 : 9 (2-HEA : EGPA) did not show a complete opaque state at a 0 V condition but exhibited unstable electro-optical properties under an electric field. As the LC composition increased in the reaction mixture for PDLC cell preparation, the $V_{th}$ (threshold voltage) and $V_{sat}$ (saturation voltage) values as well as contrast ratio (CR) increased. $V_{th}$ and $V_{sat}$ values also increased with the cell gap thickness. PDLC cells with a $20{\mu}m$ cell gap thickness exhibited higher CR than those with 10 and $40{\mu}m$ cell gap thicknesses. Particularly, PDLC cells prepared using the mixture ratio of 7 : 3 (2-HEA : EGPA) showed excellent electro-optical properties such as a low driving voltage and high contrast ratio.

• Membrane Journal
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• v.29 no.3
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• pp.173-182
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• 2019

Much research has been made for finding new and eco-friendly alternative sources of energy to solve the problems related with the pollution caused by emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide as the use of fossil fuels increases worldwide. Among them, fuel cells draws particular interests as an eco-friendly energy generator because only water is obtained as a by-product. Anion exchange membrane-based alkaline fuel cell (AEMFC) that uses anion exchange membrane as an electrolyte is of increased interest recently because of its advantages in using low-cost metal catalyst unlike the PEMFC (potton exchange membrane fuel cell) due to the high-catalyst activity in alkaline conditions. The main properties required as an anion exchange membrane are high hydroxide conductivity and chemical stability at high pH. Recently we reported a chemically crosslinked poly(2-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) by reacting PPO with N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine as novel anion exchange membranes. In the current work, we further developed the same crosslinked polymer but having enhanced physicochemical properties, including higher conductivity, increased mechanical and dimensional stabilities by using the PPO with a higher molecular weight and also by increasing the crosslinking density. The obtained polymer membrane also showed a good cell performance.