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전도성 형상기억폴리우레탄 작동기의 개발 및 응용
Development and Application of Conducting Shape Memory Polyurethane Actuators 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.34 no.1, 2006년, pp.56 - 64  

백일현 (건국대학교) ,  구남서 (건국대학교) ,  정용채 (건국대학교) ,  조재환 (건국대학교)

초록
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본 논문에서는 전도성 형상기억폴리우레탄 (CSMPU)의 개발과 응용 방법이 연구되었다. 일반적인 형상기억폴리우레탄이 외부 열원에 의해 작동되어 온 반면에, 2004년에 소개된 전도성 형상기억폴리우레탄은 전력에 의해 작동되었다. 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기는 일반적인 형상기억폴리우레탄에 카본 나노 튜브를 첨가함으로써 제작되었다. 2004년 연구에서 제작된 전도성 형상기억폴리우레탄이 지닌 핵심 문제점은 카본 나노 튜브의 낮은 분산도였다. 이 논문에서는 분산 문제 해결을 시도하였으며, 일련의 정교한 작업을 통해 향상된 전기적 특성을 지닌 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기를 개발하였다. 그리고 개발된 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기의 작동 성능을 측정 및 평가하였으며, 초소형비행체 조종면의 제어 실험을 통하여 응용 가능성을 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the development and application of a conducting shape memory polyurethane (CSMPU) actuator. While conventional shape memory polyurethanes were activated by external heat source, conducting shape memory polyurethanes introduced in 2004 are activated by electric power. Conducting s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • MWCNT의 경우 완벽한 구조로 이루어져 있어 복합체 제조 시 폴리머 수지 사이의 결합력이 약하고, MWCNT간의 응집력이 강하여 분산이 어려운 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 MWCNT와 폴리머수지 사이의 계면접착력을 향상시키기 위하여 그림 2에 보이듯이 원형 MWCNT의 표면을 산처리 함으로써 표면 기능화를 하였고 또한 초음파 처리도 함으로써 분산도 향상을 시도하였다[10-14].
  • 전기적 특성을 검출하기 위해 시편의 온도증가에 따른 저항 변화 측정 외 두 가지 실험을 수행하였고, 작동 성능 측정을 위하여 작 동력과 작동 변위와의 상관관계 측정 실험, 초기신장 횟수에 따른 초기요구신장력 변화 측정 실험 그리고 시간에 따른 응답성 실험을 수행하였다. 마지막으로, 초소형 비행체의 조종면 제어 실험을 통하여 전도성 형상기억폴리우레탄의 응용 가능성을 검토하였다.
  • 조종 면의 표면에 접촉한 열전대를 통해 온도를 측정하면서 흐르는 전류량을 조절한다. 본 실험은 기구 해석이나 실제 비행은 시도하지 않았으며, 초소형 비행체 전용의 작고 가벼운 작동기로써의 응용 가능성을 알아보기 위한 모의실험이었다[16].
  • 본 연구에서는 전도성 형상기억폴리우레탄 내부의 카본 나노 튜브가 높은 분산도를 지닐 수 있도록 하는 방법을 연구하였다. 그리고 분산도가 향상된 전도성 형상기억폴리우레탄 시편을 제작하고 기본 물성 측정하였다.
  • 앞서 설명한 제작 과정 속에서 최적화된 전도성 형상기억폴리우레탄의 합성 조건을 통하여 제작한 시편의 전기적 특성을 알아보기 위하여 아래와 같은 세 가지 실험을 수행하였다.
  • 이번 논문에서는 MWCNT 분산도가 증가된 새로운 전도성 형상기억폴리우레탄을 연구하였고 전기적 특성을 검출하기 위한 실험과 작동 성능을 측정하기 위한 실험들을 수행하였다. 전이온도 이하 범위에서의 온도변화에 따른 저항 변화는 거의 없었으며, 시편이 100% 신장됨에 따라 저항값도 약 100% 증가하였다(비저항 약 300% 증가).
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참고문헌 (16)

  1. R.F. Gordon, 'The Properties and Applications of Shape Memory Polyurethanes', Mat. Tech., Vol. 8, 1993, pp. 254-258 

  2. R.P. Kusy and J.Q. Whitley, 'Thermal characterization of shape memory polymer blends for bio-medical implantation', Biomedical Engineering and Dental Research Center, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, 1993 

  3. 김재환, 'Electroactive Polymers(EAP)의 연구동향 및 응용분야', 한국항공우주학회지, 제29권 제1호,2001,pp. 142-150 

  4. N.S. Goo, I.H. Paik, K.J. Yoon, Y.C. Jung, and J.W. Cho, 'Actuation of MAV Control Surface using Conducting Shape Memory Polymer Actuator', Proceedings of 11th SPIE International Symposium on Smart Structures and Materials, San Diego, CA, USA, March 2004 

  5. I.H. Paik, N.S. Goo, K.J. Yoon, Y.C. Jung, and J.W. Cho, 'Electric Resistance Property of a Conducting Shape Memory Polyurethane Actuator', Key Engineering Materials, Vol. 297-300, 2005, pp. 1539-1544 

  6. 백일현, 구남서, 윤광준, 정용채, 조재환, '능동작동기로써의 전도성 형상기억폴리머에 관 한 기초 연구' 한국항공우주학회 춘계학술발표회 논문집, 2004,pp. 438-442 

  7. 백일현, 구남서, 윤광준, 조재환, '전도성 형상기억폴리머 작동기의 개발', 제어.자동화.시스템공학 논문지, 제10권 제11호,2004,pp. 976-980 

  8. I.H. Paik, N.S. Goo, K.J. Yoon, Y.C Jung, and J.W. Cho, 'Actuation Performance of Conducting Shape Memory Polyurethane Actuators', Proceedings of 12th SPIE International Symposium on Smart Structures and Materials, San Diego, CA, USA, March 2005, p. 174 

  9. Y. Shirai and S. Hayashi, 'Development of polymeric shape memory material', Mitsubishi Technical Bulletin No. 184, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokyo, Japan, 1988 

  10. T. Saito, K Matsushige, K. Tanaka, 'Chemical treatment and modification of multi-walled carbon nanotubes', Physica b, Vol. 323, 2002, p. 280 

  11. A Fasi, I. Palinko, J.W Seo, Z. Konya, K. Hemadi, I. Kiricsi, 'Sonication assisted gold deposition on multiwall carbon nanotubes', Chemical Physics Letters, Vol. 372, 2003, p. 848 

  12. Y Zhang, Z. Shi, Z. Gu, S. Ijima, 'Structure mudification of single-wall carbon nanotubes', Carbon, Vol. 38, 2000, p. 2055 

  13. Urszula Dettlaff-Weglikowska, Jean-Michel Benoit, Po-Wen Chiu, Ralf Graupner, Sergey Lebedkin, Siegmar Roth, 'Chemical functionalization of single walled carbon nanotubes', Current Applied Physics, Vol. 2, 2002, p. 497 

  14. Takashi Kyotani, Susumu Nakazki, Wei-Hua Xu, Alcira Tomita, 'Chemical modification of the inner walls of carbon nanotubes by HNO3 oxidation', Carbon, Vol. 39, 2001, p. 771 

  15. 정대근, 황희철, 김종현, 박훈철, 윤광준, '고정익 초소형비행체 'BATWING' 시스템 개발' 한국항공우주학회지, 제32권 제2호, 2004,pp. 82-87 

  16. R.M. Barrett, R.S. Gross, 'Recent advances in adaptive aerostructures: Designing for flight control', 4th ESSM and 2nd MIMR Conference, Aerospace Engineering Department, Auburn University, 1998, pp. 17-19 

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