• 한국소음진동공학회논문집
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• 제18권12호
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• pp.1310-1316
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• 2008

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.

• Elastomers and Composites
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• 제56권2호
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• pp.57-64
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• 2021

This paper reviews recent developments and applications of dielectric elastomers (DEs) and suggests various techniques to improve DE properties. DEs as smart materials are a variety of electro-active polymers (EAPs) that convert electrical energy into mechanical energy and cause a large deformation when a voltage is applied. The dielectric constant, modulus, and dielectric loss of DEs determine the efficiency of deformation. Among these, the dielectric constant significantly affects their performance. Therefore, various recent approaches to improve the dielectric constant are reviewed, including the enhancement of polarization, introduction of microporous structures in the matrix, and introduction of ferroelectric fillers. Furthermore, the basic principles of DEs are examined, as well as their various applications such as actuators, generators, sensors, and artificial muscles.

• 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.

• 폴리머
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• 제30권6호
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• pp.471-477
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• 2006

이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer metal composite, IPMC)는 낮은 구동 전압에서도 비교적 빠른 응답 속도를 갖는 전기활성고분자(electro active polymer, EAP) 재료이다. IPMC는 인간의 근육과 유사한 인성 및 변형 특성을 나타내므로 최근 인공근육용 구동체 개발을 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 또한 우주항공, 센서 및 펌프 등의 다양한 분야에서 적용가능성이 조사되고 있다. 본 연구에서는 액상 내피온을 이용하여 용액 캐스팅 방법으로 다양한 두께의 내피온 막을 제조하는 방법을 도입하였다. IPMC 제조방법은 Oguro가 제안한 방법을 기초로 하여 도금온도를 변화시켜 무전해 도금법을 이용하여 내피온 내부로의 1차 전극을 형성시켰으며, 형성된 1차 전극의 안정성과 표면전기저항을 낮추기 위하여 이온빔보조증착법(ion beam assisted deposition, IBAD)을 도입하여 금과 이리듐을 1차 전극표면 위에 증착하여 2차 전극을 형성시켰다. 1, 2차 무전해 도금한 IPMC와 2차 IBAD 코팅한 IPMC 전극의 표면과 단면 형상을 SEM으로 관찰하였으며, 전압을 인가할 때 IPMC 내부의 수분증발 및 이온전도도의 변화를 조사하였다. 또한 다양한 두께의 IPMC를 제조하여 두께변화에 따른 변위와 구동력을 측정하였다.

• 기계저널
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• 제44권6호
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• pp.48-52
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• 2004

과거 10여 년 간 Electro-Active Polymer(EAP) 분야는 큰 변형을 낼 수 있는 지능재료들이 출현함에 따라 인공근육을 만들 수 있는 가능성으로 인해 많은 관심이 모아지고 있다. EAP는 외부의 자극에 따라 큰 변위를 생성할 뿐만 아니라 근육과 같이 탄력성이 있는, 다른 재료기술들이 낼 수 없는 특성과 성능을 가지고 있다. EAP가 갖는 생체근육과 같은 작동을 할 수 있는 가능성은 곧 공상과학의 꿈을 이루고자하는 희망을 갖게 하며 인류의 문명발전에 크게 기여할 것이다. EAP는 차세대 마이크로 로봇, 오락산업 또는 초소형 비행체의 구동과 같은 인공근육 작동기의 응용분야를 창출하고 있다. EAP 작동기의 응용성은 폭넓으며 새로운 기술혁신의 기대를 불러 일으키고 있다. (중략)

• Macromolecular Research
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• 제15권1호
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• pp.59-64
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• 2007

Star-shaped, nonlinear optical (NLO) material was synthesized and its optical, thermal, and electro-optic properties were investigated. Three NLO-active dipolar chromophores containing a phenylene ring substituted with a bulky alkyl chain as a conjugation bridge were chemically bonded to the core of 1,1,1-tris(4-hydroxyphenyl)ethane to form a dendritic architecture. The chemical structure and purity of the chromophore were verified by NMR spectroscopy. The chromophore exhibited a broad absorption band centered at around 608 nm tailing up to 760 nm in toluene solution and also showed a discernible solvatochromic shift in more polar solvent. The chloroform solution of the dendrimer produced an absorption band with a red-shifted maximum as large as 28 nm when compared to that of the toluene solution. It was thermally stable up to $275^{\circ}C$ in a nitrogen atmosphere and had a glass transition temperature of $76^{\circ}C$. In a preliminary result, the polymer film containing the dendritic compound exhibited a shift of 19 pm/V taken at $1.55{\mu}$.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.423.1-423.1
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• 2016

Polyvinylidene fluoride (PVDF) has drawn much attention due to its many advantages. PVDF shows high mechanical strength and flexibility, thermal stability, and good piezoelectricity enabling its application to various fields such as sensors, actuators, and energy transducers. Further studies have been conducted on PVDF in the form of thin films. The thin films exhibit different ionic conductivity according to the number of pores within the film, letting these films to be applied as electrolytes or separators of batteries. Porous PVDF membranes are also easily processed, usually made by using electrospinning. However, a large portion of researches were conducted using PVDF membranes produced by far field electrospinning, which is not a well-controlled experimental method. In this paper, we use near field electrospinning (NFES) process for more controlled, small-scaled, mesh type PVDF structures of nano to micro fibers fabricated by controlling process parameters and investigate the properties of such membranous structures. These membranes vary according to geometrical shape, pore density, and fiber thickness. We then measured the mechanical strength and piezoelectric characteristic of the structures. With various geometries in the fiber structures and various scales in the fibers, these types of structures can potentially lead to broader applications for stretchable electronics and dielectric electro active polymers.

• Macromolecular Research
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• 제14권6호
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• pp.624-629
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• 2006

The cellulose-based, Electroactive Paper (EAPap) has recently been reported as a smart material with the advantages of lightweight, dry condition, biodegradability, sustainability, large displacement output and low actuation voltage. However, it requires high humidity.. This paper introduces an EAPap made with a cellulose solution and lithium chloride (LiCl), which can be actuated in room humidity condition. The fabrication process, performance test and effect of LiCl content of the EAPap actuator are illustrated. The bending displacement of the EAPap actuators was evaluated with actuation voltage, frequency, humidity and LiCl content changes. At a LiCl/ cellulose content of 3:10, the displacement output was maximized at a room humidity condition. Even though the displacement output was less than that of a high humidity EAPap actuator, the mechanical power output was not reduced due to the increased resonance frequency, which is promising for developing EAPap actuators that are less sensitive to humidity.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1558-1562
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• 2008

Ionic polymer metal composite (IPMC), one of Electro- Active Polymer (EAP) actuators, has great attention due to the low-voltage driven, large deformation and its potential for artificial muscles. In this paper, we firstly review fish swimming modes using various propulsion mechanisms. Based on study on the swimming mechanisms, we develop an underwater robot actuator which mimics fanning motion of webfoot form. It consists of four actuators fabricated by using IPMC and PDMS which mimics Bio-inspired motion Experiments using a prototype show that the webfooted IPMC actuator generates large deformation and propulsion.