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[국내논문] 전기활성 고분자 전극 및 구동기에 관한 실험적 연구
An Experimental Study for Electro-active Polymer Electrode and Actuator 원문보기

Composites research = 복합재료, v.26 no.5, 2013년, pp.289 - 294  

이준만 (대구경북과학기술원 로봇공학전공) ,  류상렬 (영남대학교 기계공학부) ,  이동주 (영남대학교 기계공학부) ,  임정걸 (영남대학교 기계공학부)

초록
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고분자 기지에 희석제의 첨가로 CNTCB 입자의 분산성 향상 및 연질의 전극을 만들고자하였다. 희석제, CNT 및 CB 함유량에 따른 연질 전극재료의 전기적 및 기계적 특성을 평가하였다. 전극재료로서 최적의 혼합조건은 기지 (KE-12)를 기본으로 희석제 80, CNT 3.5 그리고 CB 18 (phr)이었다. 이때의 비저항 값은 73 (${\Omega}{\cdot}cm$)이었고, 인장강도와 인장탄성율 그리고 신장율은 각각 0.45 MPa, 0.21 MPa, 184%였다. 또한 최적화된 전극과 탄성체를 이용하여 간단한 구조의 구동기를 제작하여 그 특성을 평가하였다. 작동 전압 25 kV에서 탄성체 KE-12는 2.24 mm의 변위가 발생되었고, 희석제가 50 (phr) 혼합된 KE-12는 4.05mm의 변위가 발생되었다. 희석제 50 (phr) 혼합된 KE-12는 3M의 4910과 같은 탄성계수를 나타내지만, 더 높은 변위를 보였다. 동일한 재료 (KE-12)의 전극과 탄성체로 제작된 구동기는 피로수명 및 응용에 많은 장점이 있을 것으로 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A thinner is used to improve the multi-walled carbon nano-tube (CNT) and carbon black (CB) dispersion in a polymer matrix and to make a soft electrode. The electrical and mechanical properties of the soft electrodes are investigated as functions of CNT, CB and thinner content. The optimal mixing con...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 고분자 기지에 희석제의 첨가로 CNT 및 CB 입자의 분산성 향상 및 연질의 전극을 만들고자 하며,CNT 및 CB 함유량에 따른 고무복합 전극재료의 전기적 및 기계적 특성을 평가한다. 또한 최적화된 전극과 탄성체를 이용하여 간단한 구조의 구동기를 제작하여 특성을 평가하고자 한다.
  • 본 연구에서는 고분자 기지에 희석제의 첨가로 CNT 및 CB 입자의 분산성 향상 및 연질의 전극을 만들고자 하며,CNT 및 CB 함유량에 따른 고무복합 전극재료의 전기적 및 기계적 특성을 평가한다. 또한 최적화된 전극과 탄성체를 이용하여 간단한 구조의 구동기를 제작하여 특성을 평가하고자 한다.
  • 본 연구에서는 고분자 기지에 희석제의 첨가로 CNT 및 CB 입자의 분산성 향상 및 연질의 전극을 만들고자 하였으며, CNT 및 CB 함유량에 따른 고무복합 전극재료의 전기적 및 기계적 특성을 평가하였다. 전극재료로서 최적의 혼합조건은 기지(KE-12)를 기본으로 희석제 80, CNT 3.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EAP는 어떤 장점이 있는가? EAP는 외부 전압에 따라 큰 변위를 발생하는 소재이다. EAP가 갖는 장점은 기존 구동기로는 따라할 수 없는 실제 근육과 같은 방법으로 작동을 하기 때문에 의학, 의료공학 등에서 로봇, 초소형 비행체, 인공근육 등으로 연구되고 있다[2,3]. 구동기(Actuator)의 구조는 중간에 탄성체(Elastomer)가 위치하고 탄성체 상하에 부착된 2매의 전극(Electrode)으로 구성된다.
EAP는 무엇인가? 국내의 경우 2000년 이후부터 활발한 연구가 되고 있으나 아직 많은 관심과 연구 및 개발을 위한 지원이 필요한 실정이다. EAP는 외부 전압에 따라 큰 변위를 발생하는 소재이다. EAP가 갖는 장점은 기존 구동기로는 따라할 수 없는 실제 근육과 같은 방법으로 작동을 하기 때문에 의학, 의료공학 등에서 로봇, 초소형 비행체, 인공근육 등으로 연구되고 있다[2,3].
EAP 구동기의 동작원리는 무엇인가? 구동기(Actuator)의 구조는 중간에 탄성체(Elastomer)가 위치하고 탄성체 상하에 부착된 2매의 전극(Electrode)으로 구성된다. 동작원리는 2매의 전극에 전압을 가함으로써 압전 효과(Piezoelectric effect), 맥스웰 스트레스 효과(Maxwell stress effect) 등에서 복합적으로 발생하는 힘과 각 전극 내에서 발생하는 상호반발력의 상승작용으로 전극에 대하여 수평방향으로 변형한다. 구체적으로는 낮은 탄성계수와 높은 유전상수의 탄성체가 높은 전기장에 직면하면 큰 변형을 보인다[1,4].
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참고문헌 (13)

  1. Yoseph, B., EAP Actuators as Artificial Muscles, SPIE PRESS, 2004. 

  2. Kim, J.H., Yun, S.R., Bae, S.H., and Ounaies, Z., "Conductive Polymer Coated Electro-active Paper(EAPap)," Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 15, No. 9, 2005, pp. 1077-1083. 

  3. Chung, S.Y., "Electroactive Smart Polymer(Artificial Muscle)," Polymer Science and Technology, Vol. 19, No. 5, 2008, pp. 420-424. 

  4. Pelrine, R., Kornbluh, R., Pei, Q., and Joseph, J., "High-speed Electrically Actuated Elastomers with Strain Greater Than 100%," Science, Vol. 287(5454), 2000, pp. 836-839. 

  5. Lee, G.W., and Han, J.T., "Dispersion of Carbon Nanotubes (CNTs) and CNT-based Transparent Conductive Films," KIC News, Vol. 10, No. 4, 2007, pp. 8-19. 

  6. Yun, S.J., and Im, H.G., "Dispersity and Electro-Conductivity of PU Grafted MWCNT/PU Composite via Simple Blending Method," Applied Chemistry for Engineers, Vol. 21, No. 5, 2010, pp. 500-504. 

  7. Kim, M.S., Goak, J.C., and Han, J.H., "Effect of Acid Treatment on Transparent Conductive Films of Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared Using Various Surfactants in Aqueous Solutions," Proceeding of the KIEEME, Annual Autumn Conference, 2008, pp. 396. 

  8. Lee, K.H., and Kim, J.H., "Study on the Properties of Polystyrene and Styrenic Copolymer Containing Carbon Nanotubes and Nanoclay", Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 20, No. 5, 2009, pp. 493-499. 

  9. Sui, G., Zhong, W.H., Yang, X.P., and Yu, Y.H., "Curing Kinetics and Mechanical Behavior of Natural Rubber Reinforced with Pretreated Carbon Nanotubes," Materials Science and Engineering A, Vol. 485, 2008, pp. 524-531. 

  10. Sung, J.H., Lee, D.J., Ryu, S.R., and Cho, Y.S., "Mechanical Properties of Elastomeric Composites with Atmospheric-Pressure Flame Plasma Treated Multi-Walled Carbon Nanotubes and Carbon Black," Journal of the Korea Society of Mechanical Engineer(A), Vol. 34, No. 9, 2010, pp. 1209-1215. 

  11. Sung, J.H., Lee, J.M., Ryu, S.R., and Lee, D.J., "Effects of Nanomaterials and Thinner Content on the Electrical and Mechanical Properties of Silicone Rubber Composite," Proceeding of KSCM, Annual Autumn Conference, 2011, pp. 139-140. 

  12. Yang, J.S., Lee, K.Y., and Park, D.H., "Electrical and Mechanical Properties of Semiconducting Shield for Power Cable by Carbon Nanotube Content," KIEE, Vol. 55, No. 8, 2006, pp. 381-386. 

  13. Park, J.M., Kim, D.S., Kim, S.J., Kim, P.G., Yoon, D.J., and Lawrence D.K., "Local Electronic Transport through a Junction of SWNT Bundles," Composites: Part B, Vol. 38, 2007, pp. 847. 

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