Electro-Active paper(EAPap) is a new smart material that has a potential to be used in biomimetic actuator and sensor. It is made by cellulose that is abundant material in nature. EAPap is fascinating with its biodegradability, lightweight, large displacement, high mechanical strength and low actuation voltage. Actuating mechanism of EAPap is known to be the combined effects of ion migration and piezoelectricity. However, the electromechanical actuation mechanisms are not yet to be established. This paper presents the modeling of the actuation behavior of water infused cellulose samples and their composite dielectric constants calculated by Maxwell-Wagner theory. Electro-mechanical forces were calculated using Maxwell stress tensor method. Bending deflection was evaluated from simple beam model and compared with experimental observation, and which result in good correlation with each other.
Bi-layer and tri-layer structures of electro-active paper(EAPap) using conductive polyaniline(PANI) coating were investigated to improve bending displacement of cellulose EAPap. Two different counter ions, perchlorate($CIO_4^-$) and tetrafluoroborate($BF_4^-$), are used as dopant ions in the PANI processing. The actuation performances of hi-layer and tri-layer structure are evaluated in terms of tip displacement, blocked force, strain energy density and power output density. The actuation performance of the tri-layer actuator was better than the hi-layer structure, and the maximum displacement and blocked force of tri-layer $CIO_4^-$ doped-PANI-EAPap were 13.2 mm and 0.15 mN, respectively. Also the power output of the actuator is similar to the required power of biological muscle application.
셀룰로오스 EAPap 작동기는 생체 모방형 작동기의 하나로 생체적합하고 가볍고 비교적 낮은 전압에서도 큰 변위를 발생시킨다는 장점을 가지고 있다. 셀룰로오스를 재생하면서 셀룰로오스 파이버를 배열함으로써 압전 종이를 만들었다. 한편 셀룰로오스에 탄소나노튜브, 산화금속 나노분말, 전도성 고분자, 이온성 유체등을 물리적, 화학적으로 결합시켜 다양한 하이브리드 나노복합재를 만들었다. 본 논문에서는 셀룰로오스 EAPap 의 제조공정 및 이를 응용한 바이오센서, 화학센서, 유연트랜지스터, 그리고 작동기의 응용 디바이스에 대해 소개한다. 또한 셀룰로오스 EAPap 을 무선으로 구동하는 기술에 대해 소개한다. 이는 생체모방로봇, 정찰 등에 활용될 수 있다.
Electro-Active Paper (EAPap) is attractive for EAP actuator due to its merit in terms of light weight, dry condition, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. The EAPap is based on cellulose paper, and is shown to involve primarily transport of ions in response to an external electric field. This actuating mechanism is similar to conductive polymer based actuators. For performance improvement of EAPap, hybrid actuators are tried. The actuators based on cellulose paper attached conducting polypyrrole, polyaniline and single wall carbon nanotube/polyaniline(emeraldine base) have been achieved by Electro chemical deposition and mechanical deposition of the polymers onto cellulose paper.
This paper reports fabrication and characterization of cellulose Electro-Active Paper (EAPap) with increased thickness. Usual thickness of cellulose EAPap was $15{\mu}m$. This thickness needs to be increased to enhance the mechanical force output of EAPap. To fabricate thick cellulose EAPap, the fabrication process parameters including casting and drying processes should be investigated. In this paper, the casting thickness is increased from $800{\mu}m$ to $1500{\mu}m$, and heating times on a hot plate before and after curing process are introduced at 40 and $60^{\circ}C$ for 30 and 60 minutes, respectively. Thickness measurement, Thermal Gravitational Analysis (TGA), UV-transmittance, Young's modulus, and piezoelectric charge constant are measured. Heated EAPaps with increased thickness have similar TGA result, higher transmittance, higher Young's modulus and lower piezoelectric charge constant.
Cellulose Electro-Active Paper (EAPap) has been known as a new smart material that is attractive for a bio-mimetic actuator due to its merits in terms of lightweight, dry condition, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. Cellulose EAPap is made by regenerating cellulose and aligning its micro-fibrils. This paper introduces several EAPap materials, which are based on natural cellulose and its hybrid nanocomposites mixed/blended with inorganic functional materials. By chemically bonding and mixing with carbon nanotubes and inorganic nanoparticles, the cellulose EAPap can be a hybrid nanocomposite that has versatile properties and can meet material requirements for many applications. Recent research trend of the cellulose EAPap is introduced in terms of material preparations as well as application devices including actuators, temperature and humidity sensors, biosensors, chemical sensors, and so on. This paper also explains wirelessly driving technology for the cellulose EAPap, which is attractive for bio-mimetic robotics, surveillance and micro-aerial vehicles.
연구목적: 본 연구에서는 발화열원을 작동기기, 담뱃불·라이터불, 불꽃·불티 등 발화열원에 따른 화재 발생의 특징을 알아보고자 하였다. 연구방법: 일원배치 분산분석과 교차분석을 이용하여 발화열원에 따른 발화환경, 화재피해 현황 및 규모, 발화원인과의 차이 검증을 통해 화재발생 특성을 분석하였다. 연구결과: 작동기기에 의해 발생한 화재는 다른 발화열원에 비해 평일에 발생 빈도가 높고, 이재세대수와 이재민 발생이 가장 많아 소방력 동원과 재산피해가 가장 큰 것으로 나타났다. 최초착화물은 전기·전자기기에 의해 발생되었으며, 합성수지에 의해 연소가 확대되는 특징을 보였다. 담뱃불·라이터불에 의해 발생하는 화재는 토·일요일에 화재가 가장 많이 발생되었으며, 소방력 동원보다는 경찰력 동원이 많은 특징을 보였다. 특히, 최초착화물과 연소확대물은 종이·목재·건초에 의해 발생하는 것으로 나타났다. 불꽃·불티에 의해 발생하는 화재는 토·일요일에 화재가 가장 많이 발생되었으며, 최초착화물과 연소확대물은 종이·목재·건초에 의해 발생하는 것으로 나타났다. 특히, 소방서와의 거리가 가장 먼 곳에서 발생하고 있는 특징을 보였다. 모든 발화열원에서의 공통적인 특징은 오후시간대에 화재가 가장 많았으며, 화재유형은 건축구조물화재가 지배적이었고 발화지점만 연소되는 경우가 가장 많은 것으로 나타났다. 결론: 대형 화재가 발생하게 될 확률은 높아지고 있기 때문에 화재 예방 및 피해를 최소화 하기 위해서는 화재 발생 경향을 분석하고 화재발생 요인에 따른 적절한 대비를 해야 한다. 향후 공공데이터를 이용한 화재발생 특성 분석을 위해서는 재난 데이터의 표준화와, 데이터 개방 및 활성화가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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