• 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.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제14권4호
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• pp.307-314
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• 1993

Plasma protein adsorption is the first event in the blood-material interaction and influenc- es subsequent platelet adhesion towards thlㅈombus formation. Thiㅈomboembolic events are strongly influenced by surface characteristics of materials and fluid dynamics inside the blood pump. In vitro flow visualizaion and an amimal experiment with the moving actuator type TAH were Performed in order to investigate fluid dynamic effects on the protein adsorption. The diffel'encl level, j of shear rate inside the ventricle Lvere determined by consid- ering the direction of the major opening of four healt valves in the implanted TAH and the visualized flow patterns as well. Each ventricle of the explanted TAH was sectionalized into 12 segments according to the shear rate level. The adsorbed protein on each segment was quantified using the ELISA method after soaking in 2% (wye)SDS/PBS for two days. Adsorbed protein layer thicknesses Itvere measured by the Immunogotd method under TEM. The SEM observation show that right ventricle (RV) , immobilized with albumin, displayed different degrees of platelet adhesion on each segment, whereas the left ventricle (LV), grafted by PEO-sulronate, indicated nearly , iame platelet adhesion behavior, regardless of shear rates. The surface concentrations of adsorbed proteins in the low shear rate region are hlghel'than those in the high region, which was confirmed statistically. A modified adsorption model of plasma protein onto polyurethane surface was suggested by considering the effect of the fluid dynamic characteristics.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권2호
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• pp.167-177
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• 2021

Due to various benefits such as unlimited degrees of freedom, environment adaptability, and safety for humans, engineers have used soft materials with hyperelastic behavior in various industrial, medical, rescue, and other sectors. One of the applications of these materials in the fabrication of bending soft actuators (SA) is that they have eliminated many problems in the actuators such as production cost, mechanical complexity, and design algorithm. However, SA has complexities, such as predicting and monitoring behavior despite the many benefits. The first part of this paper deals with the prediction of SA behavior through mathematical models such as Ogden and Darijani, and its comparison with the results of experiments. At first, by examining different geometric models, the cubic structure was selected as the optimal structure in the investigated models. This geometrical structure at the same pressure showed the most significant bending in the simulation. The simulation results were then compared with experimental, and the final gripper model was designed and manufactured using a 3D printer with silicone rubber as for the polymer part. This geometrical structure is capable of bending up to a 90-degree angle at 70 kPa in less than 2 seconds. The second section is dedicated to monitoring the bending behavior created by the strain sensors with different sensitivity and stretchability. In the fabrication of the sensors, silicon is used as a soft material with hyperelastic behavior and carbon fiber as a conductive material in the soft material substrate. The SA designed in this paper is capable of deforming up to 1000 cycles without changing its characteristics and capable of moving objects weigh up to 1200 g. This SA has the capability of being used in soft robots and artificial hand making for high-speed objects harvesting.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권4호
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• pp.1253-1258
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• 2019

고분자를 기반으로 하는 고체 전해질은 수퍼커패시터, 배터리, 센서, 액추에이터 등 다양한 전기화학 소자에 응용이 가능한 소재로써, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도를 향상시키기 위해서 다양한 이온성 액체 기반의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체의 높은 전기적 특성 및 전기화학적, 열적 안정성과 고분자의 우수한 기계적인 강도를 활용한 젤 상태의 고체 전해질인 이온젤은 차세대 웨어러블 및 플렉시블 전자소자에 응용되어 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 이온성 액체와 고분자 기반의 고체 전해질을 제조하고 특성을 분석하여 탄소나노복합체 기반의 전극에 적용하여 다양한 전자소자에 응용이 가능한 이온전도도 및 안정성이 향상된 이온성 액체 기반의 고체 전해질을 개발하고자 한다. 제조된 고체전해질은 전기화학적 임피던스법을 이용하여 이온 전도도를 측정하여 보았으며 이온성 액체를 첨가하여 제조한 고체전해질의 이온 전도도가 1.26 × 10^-1 S/cm 로 확인되었다. 또한 제조된 고체 전해질을 이용하여 전고체형 수퍼커패시터를 제조하여 전기화학적 특성을 비교하여 보았으며, 수퍼커패시터의 전기화학적 특성 역시 이온성 액체를 첨가하여 제조된 고체 전해질을 사용하였을 때 향상된 전기화학적 특성을 나타내었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권5호
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• pp.643-650
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• 2020

가공이 용이한 방사능 차폐 소재, 특히 3D 프린팅이 가능한 소재는 원전용 로봇을 구현하거나 개인용 보호 장구 설계에 매우 중요하다. 본 연구에서는 FDM 방식의 3D 프린팅에 널리 사용되는 고분자 소재인 PLA와 ABS에 방사능 차폐 성능이 우수한 텅스텐 입자를 도입함으로써 3D프린팅이 가능한 방사능 차폐 소재를 구현하였다. 해당 소재는 거시적인 응집체 형성 없이 질량비 기준 텅스텐 함량을 50%까지 도입할 수 있으며, 3D 프린팅을 통해 임의의 형상을 갖는 구조체를 형성할 수 있다. 본 연구에서는 하나의 적용예로 방사능에 취약한 PCB를 보호할 수 있는 로봇 부속품을 텅스텐-고분자 복합체를 이용해 출력하고, 이들을 조립하여 실제 구동 가능한 로봇을 구현하였다.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.347-356
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• 2023

액정 엘라스토머 섬유는 1차원 형태로서 소프트 로봇, 생체모방 구동기 등의 다양한 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 액정 엘라스토머는 액체의 유동성과 고체의 질서도 그리고 고무의 탄성을 포함하며 이를 바탕으로 한 자극-응답성을 가지고 있다. 특히, 형상가변 측면에서 열, 빛, 전기장, 자기장 등의 다양한 자극에 대한 응답성을 프로그래밍하여 사용하면 높은 자유도와 더불어 물건 들어올리기, 꼬임, 회전 등 다양한 움직임을 구현할 수 있다. 따라서, 액정 엘라스토머 섬유는 인공근육, 소프트로봇, 웨어러블 기술, 센싱 기술 등 다양한 분야로의 응용가능성을 가지고 있다. 이런 액정 엘라스토머 섬유의 연구는 기존 단순 섬유를 넘어서는 다양한 기능성을 포함할 수 있는 스마트 소재로서 도래한 4차 산업에서 다양한 분야에 활용도가 높다고 평가된다. 본 총설에서는 액정 엘라스토머 섬유의 구조 및 기본 특성에 대해 소개하고, 배향 기반 제작법과 이를 이용한 인공근육, 스마트 패브릭, 소프트 로봇 등, 다양한 응용에 대해 최신 연구 동향을 소개한다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제58권5호
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• pp.931-947
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• 2016

The effects of nanotechnology and smartness on the buckling reduction of pipes are the main contributions of present work. For this ends, the pipe is simulated with classical piezoelectric polymeric cylindrical shell reinforced by armchair double walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs), The structure is subjected to combined electro-thermo-mechanical loads. The surrounding elastic foundation is modeled with a novel model namely as orthotropic nonhomogeneous Pasternak medium. Using representative volume element (RVE) based on micromechanical modeling, mechanical, electrical and thermal characteristics of the equivalent composite are determined. Employing nonlinear strains-displacements and stress-strain relations as well as the charge equation for coupling of electrical and mechanical fields, the governing equations are derived based on Hamilton's principal. Based on differential quadrature method (DQM), the buckling load of pipe is calculated. The influences of electrical and thermal loads, geometrical parameters of shell, elastic foundation, orientation angle and volume percent of DWBNNTs in polymer are investigated on the buckling of pipe. Results showed that the generated ${\Phi}$ improved sensor and actuator applications in several process industries, because it increases the stability of structure. Furthermore, using nanotechnology in reinforcing the pipe, the buckling load of structure increases.

• 한국분말재료학회지
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• 제9권4호
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• pp.267-272
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• 2002

The production of micro components is one of the leading technologies in the fields of information and communiation, medical and biotechnology, and micro sensor and micro actuator system. Microfabrication (micromachining) techniques such as X-ray lithography, electroforming, micromolding and excimer laser ablation are used for the production of micro components out of silicon, polymer and a limited number of pure metals or binary alloys. However, since the first development of microfabrication technologies there have been demands for the cost-effective replication in large scale series as well as the extended range of available material. One such promising process is micro powder injection molding (PIM), which inherits the advantages of the conventional PIM technology, such as low production cost, shape complexity, applicability to many materials, applicability to many materials, and good tolerance. This paper reports on a fundamental investigation of the application of W-Cu powder to micro metal injection molding (MIM), especially in view of achieving a good filling and a safe removal of a micro mold conducted in the experiment. It is absolutely legitimate and meaningful, at the present state of the technique, to continue developing the micro MIM towards production processes for micro components.

• 방사선산업학회지
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• 제2권1호
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• pp.1-7
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• 2008

Active polymer gels expand and contract in response to certain environmental stimuli, such as the application of an electric field or a change in the pH level of the surroundings. This ability to achieve large, reversible deformations with no external mechanical loading has generated much interest in the use of these gels as biomimetic actuators and artificial muscles. In this study, poly (vinyl alcohol)(PVA) grafted acrylic acid monomer (PVA-g-AAc) hydrogels were prepared by $^{60}Co$ ${\gamma}-ray$ irradiation and their properties such as degree of grafting and weight swelling in electrostimulation as an artificial muscle and actuator were investigated.

• 공업화학전망
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• 제23권2호
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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.