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문제 정의
- 본 연구에서는 박테리아 셀룰로오스를 동결건조 시켜서 스폰지같이 다공성을 증가시킨 박막을 제작하였다. 이온성 액체인 BMIMCl 용액에 일정 시간 담궈 놓아 양이온 및 음이온을 박테리아 셀룰로오스의 다공성 구조에 흡수시켜 이온교환 능력을 향상시킴으로 작동성능을 개선하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 박테리아 셀룰로오스를 동결건조 시켜서 스폰지같이 다공성을 증가시킨 박막을 제작하였다. 이온성 액체인 BMIMCl 용액에 일정 시간 담궈 놓아 양이온 및 음이온을 박테리아 셀룰로오스의 다공성 구조에 흡수시켜 이온교환 능력을 향상시킴으로 작동성능을 개선하였다. 또한 금속 전극을 사용하지 않고 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 이용하여 고분자 기질에 고분자 전극을 구성함으로써 적합성을 향상시킨 박테리아 셀룰로오스 작동기를 개발 하였다.
- 이온성 액체인 BMIMCl 용액에 일정 시간 담궈 놓아 양이온 및 음이온을 박테리아 셀룰로오스의 다공성 구조에 흡수시켜 이온교환 능력을 향상시킴으로 작동성능을 개선하였다. 또한 금속 전극을 사용하지 않고 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 이용하여 고분자 기질에 고분자 전극을 구성함으로써 적합성을 향상시킨 박테리아 셀룰로오스 작동기를 개발 하였다. 그리고 나서 개발된 작동기에 PDMS 를 이용하여 지느러미부분을 제작하여 생체모방 로봇에 사용 할 수 있는 박테리아 셀룰로오스기반 작동기를 개발, 성능평가를 수행하였다.
- 또한 금속 전극을 사용하지 않고 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 이용하여 고분자 기질에 고분자 전극을 구성함으로써 적합성을 향상시킨 박테리아 셀룰로오스 작동기를 개발 하였다. 그리고 나서 개발된 작동기에 PDMS 를 이용하여 지느러미부분을 제작하여 생체모방 로봇에 사용 할 수 있는 박테리아 셀룰로오스기반 작동기를 개발, 성능평가를 수행하였다.
- 하이드로 젤 타입의 박테리아 셀룰로오스 박막을 -50 도에서 하루 동안 동결 건조를 수행 하여 스폰지 형태의 다공성이 증가된 박막을 제작 하였다. 동결 건조 된 박테리아 셀룰로오스 박막이 전압이 인가되면 내부에서 이온 이동이 가능하도록 하기 위해서 이온성 액체에 하루 동안 담궈서 충분히 흡수시킨 다음 진공오븐에서 65℃에서 하루 동안 충분히 건조하였다.
- 15 이렇게 농도를 증가시킨 PEDOT:PSS 용액에 이온성 액체를 처리한 박테리아 셀룰로오스 박막을 1 시간 동안 담궈서 전극을 입힌 후에 진공오븐에서 65℃에서 5시간 동안 건조하였다. 건조된 작동기를 PDMS 를 이용해서 생체모방 지느러미 모양을 갖도록 작동기를 설계하였다. 개발된 박테리아 셀 룰로오스 기반 생체모방 작동기의 모습은 Fig.
- 생체모방 작동기의 표면과 단면을 SEM 을 이용하여 확인 하였고 화학적 특성을 파악하기 위해서 FT-IR, XRD 분석을 수행하였다. 또한 개발된 생체모방 작동기의 작동성능은 DC 입력에 대한 응답과 AC 입력에 대한 응답을 레이저 변위 센서와 PXI 데이터 획득 시스템을 이용하여 측정하였다.
- 생체모방 작동기의 표면과 단면을 SEM 을 이용하여 확인 하였고 화학적 특성을 파악하기 위해서 FT-IR, XRD 분석을 수행하였다. 또한 개발된 생체모방 작동기의 작동성능은 DC 입력에 대한 응답과 AC 입력에 대한 응답을 레이저 변위 센서와 PXI 데이터 획득 시스템을 이용하여 측정하였다.
- 개발된 생체모방 작동기는 샌드위치 구조를 갖고 있고 전극 역할을 수행하는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 가 박테리아 셀룰로오스의 양면을 둘러싸고 있다. Fig.
- 개발된 박테리아 셀룰로오스 작동기를 기반으로 하여 Fig. 6 과 같이 물고기의 꼬리지느러미와 같은 구조로 생체모방 작동기를 제작하였다. PDMS를 이용하여 박테리아 셀룰로오스 작동기의 움직임에 따라 수동적으로 움직이도록 구성하였다.
- 6 과 같이 물고기의 꼬리지느러미와 같은 구조로 생체모방 작동기를 제작하였다. PDMS를 이용하여 박테리아 셀룰로오스 작동기의 움직임에 따라 수동적으로 움직이도록 구성하였다.
- 개발한 생체모방 작동기의 응답을 확인하기 위해서 스텝응답과 조화 응답을 확인 하였다. DC 입력에 따른 생체모방 작동기의 팁 변위는 Fig.
- AC 입력에 따른 변화를 확인 하기 위해서 입력전압을 1~3V 까지 변화 시키면서 관찰하였으며 주파수는 0.1Hz 로 설정 하였다. 개발된 생체모방 작 동기의 팁 변위가 Fig.
- 본 연구에서는 동결건조 된 박테리아 셀룰로오스를 기질로 사용하고 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 전극으로 이용하여 샌드위치구조의 나노 복합체 형태를 갖는 대 변형이 가능한 박테리아 셀룰로오스기반 생체모방 작동기를 개발하였다. 생체모방 작동기는 담궜다가 건조하는 아주 간단한 방법으로 개발하였고 화학적 성분 변화 분석을 통해 이온성 액체가 박테리아 셀룰로오스의 결정화도를 낮추고 이온 전이효과를 높여 작동 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
대상 데이터
- 동결 건조 된 박테리아 셀룰로오스 박막이 전압이 인가되면 내부에서 이온 이동이 가능하도록 하기 위해서 이온성 액체에 하루 동안 담궈서 충분히 흡수시킨 다음 진공오븐에서 65℃에서 하루 동안 충분히 건조하였다. 이온성 액체는 BMIMCl를 사용하였다. 또한 전극으로 사용된 전도성 고분자 용액은 PEDOT:PSS 로 물에 분산된 용액으로 농도를 높이기 위해서 PEDOT:PSS 용액의 용매를 증발시키는 방법으로 약 2.
성능/효과
- 5 문헌연구를 통해서 셀룰로오스 용매인 BMIMCl 을 이용하여 박테리아 셀룰로오스의 결정화도를 낮춰서 보다 유연한 동작이 가능하도록 하고 값이 비싸고 금속인 금 전극 대신에 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 전극으로 사용하여 대변형을 갖는 박테리아 셀룰로오스 작동기를 제작할 수 있음을 발견하였다.
- 동결건조 시킨 박테리아 셀룰로오스는 나노 섬유가 얽혀있는 형태로 되어있는데 스폰지 형태를 나타내며 이를 FESEM 분석을 통해서 확인해보면 Fig. 2 와 같이 다공성을 갖고 아주 촘촘한 나노 섬유들로 구성되어있음을 확인할 수 있다.
- 개발된 생체모방 작동기는 Fig. 9 에 나타난 것과 같이 AC, DC 입력 전압에 따라서 작동기의 변위가 거의 선형적으로 증가함을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 동결건조 된 박테리아 셀룰로오스를 기질로 사용하고 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 를 전극으로 이용하여 샌드위치구조의 나노 복합체 형태를 갖는 대 변형이 가능한 박테리아 셀룰로오스기반 생체모방 작동기를 개발하였다. 생체모방 작동기는 담궜다가 건조하는 아주 간단한 방법으로 개발하였고 화학적 성분 변화 분석을 통해 이온성 액체가 박테리아 셀룰로오스의 결정화도를 낮추고 이온 전이효과를 높여 작동 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 생체모방 작동기를 제작하여 스텝응답과 조화응답을 측정한 결과 저전압, 저주파 대역에서 동작하는 생체모방 로봇에 작동기로 적용 가능함을 확인하였다.
- 생체모방 작동기는 담궜다가 건조하는 아주 간단한 방법으로 개발하였고 화학적 성분 변화 분석을 통해 이온성 액체가 박테리아 셀룰로오스의 결정화도를 낮추고 이온 전이효과를 높여 작동 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 생체모방 작동기를 제작하여 스텝응답과 조화응답을 측정한 결과 저전압, 저주파 대역에서 동작하는 생체모방 로봇에 작동기로 적용 가능함을 확인하였다.
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