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[국내논문] 복합재료구조물 거동 관찰을 위한 P(VDF-TrFE) 스마트센서의 기초연구
Basic Study on P(VDF-TrFE) Smart Sensor for Monitoring Composite Structure Behaviors 원문보기

Composites research = 복합재료, v.28 no.3, 2015년, pp.75 - 80  

배지훈 (School of Mechanical Engineering, Chung-Ang University) ,  장승환 (School of Mechanical Engineering, Chung-Ang University)

초록
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Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene; P(VDF-TrFE))는 여러 분야에서 다양한 형태로 활용되고 있는 유망한 전기활성고분자이다. 이 재료는 전기-기계적 특성을 가지고 있기 때문에 다양한 형태의 센서와 구동기로 활용되고 있으며, 복합재료 구조의 거동을 관찰하는 센서로도 활용이 가능하다. 본 논문에서는 세 가지 방법; (1) 전기적 폴링, (2) 어닐링-냉각, (3) 압축을 사용하여 P(VDF-TrFE) 공중합체 필름의 ${\beta}$결정구조 향상시켜 센서로서의 특성을 강화하기 위한 연구를 수행하였다. P(VDF-TrFE) 필름에 대한 각 방법의 효과를 조사하기 위해 X-선 회절을 통한 미세구조분석을 수행하였다. 실험 결과, 전기적 폴링, 어닐링-냉각, 그리고 압축 방법 모두 P(VDF-TrFE) 필름의 ${\beta}$ 상 결정구조 향상에 효과적이었으며 대조군 (45.29%)대비 최대 62.80%까지 ${\beta}$ 상 결정도가 향상됐다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene; P(VDF-TrFE)) is one of the most promising electroactive polymers with numerous application potentials in many fields of industry. Because of its good electro-mechanical properties P(VDF-TrFE) has been used for a number of sensors and actuators and also can...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 P(VDF-TrFE)는 β 상 유도를 위한 별도의 과정이 필수는 아니지만 더 큰 압전성능을 위해 β 상 결정구조를 향상시킬 필요가 있다. 본 논문에서는 세 가지 방법; (1) 전기적 폴링, (2) 어닐링-냉각, (3) 압축을 사용하여 P(VDF-TrFE)공중합체 필름의 β 상 결정구조를 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 또한 P(VDF-TrFE) 필름에 대한 각 방법의 효과를 조사하기위해 X-선회절 (X-ray diffraction, XRD)을 통한 미세구조분석을 수행하였다.

가설 설정

  • 또한 P(VDF-TrFE) 필름에 대한 각 방법의 효과를 조사하기위해 X-선회절 (X-ray diffraction, XRD)을 통한 미세구조분석을 수행하였다. PVDF 기반의 필름은 복합재료 구조물의 층과 층 사이에 삽입 혹은 표면에 부착될수 있다. 따라서 P(VDF-TrFE) 스마트 센서를 이용한다면 취성, 비교적 작은 측정면적(μm2)과 측정범위(με) 등 기존 변형률센서의 단점과 한계를 보완하여 더욱 진보된 구조물의 실시간 건전성 모니터링을 수행할 수 있다고 기대된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Poly는 어떻게 활용되고 있는가? Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene; P(VDF-TrFE))는 여러 분야에서 다양한 형태로 활용되고 있는 유망한 전기활성고분자이다. 이 재료는 전기-기계적 특성을 가지고 있기 때문에 다양한 형태의 센서와 구동기로 활용되고 있으며, 복합재료 구조의 거동을 관찰하는 센서로도 활용이 가능하다. 본 논문에서는 세 가지 방법; (1) 전기적 폴링, (2) 어닐링-냉각, (3) 압축을 사용하여 P(VDF-TrFE) 공중합체 필름의 ${\beta}$ 상 결정구조 향상시켜 센서로서의 특성을 강화하기 위한 연구를 수행하였다.
Poly의 장점은 무엇인가? 전기활성고분자(Electroactive polymers; EAPs)는 전기적자극에 반응하여 대변형(~수백 %)을 발생시키는 스마트 재료이다. 전기활성고분자의 한 종류이자 강유전성 중합체계열의 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene; P(VDF-TrFE)는 상대적으로 빠른 전기-기계적 반응속도, 높은 기계-화학적 안정성, 유연함, 그리고 낮은 임피던스 등 여러 장점 덕분에 압력센서[1], 이미지 분석기[2], 음향 작동기[3] 등 다양한 형태로 활용되고 있다. 더불어 탄소섬유/에폭시 복합재료 등 이방성 재료의 변형률 측정을 위한 센서연구가 수행되고 있다[4].
전기활성고분자란 무엇인가? 전기활성고분자(Electroactive polymers; EAPs)는 전기적자극에 반응하여 대변형(~수백 %)을 발생시키는 스마트 재료이다. 전기활성고분자의 한 종류이자 강유전성 중합체계열의 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene; P(VDF-TrFE)는 상대적으로 빠른 전기-기계적 반응속도, 높은 기계-화학적 안정성, 유연함, 그리고 낮은 임피던스 등 여러 장점 덕분에 압력센서[1], 이미지 분석기[2], 음향 작동기[3] 등 다양한 형태로 활용되고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Sharma, T., Aroom, K., Naik, S., Gill, B., and Zhang, J., "Flexible Thin-Film PVDF-TrFE Based Pressure Sensor for Smart Catheter Applications", Annals of Biomedical Engineering, Vol. 41, No. 4, 2013, pp. 744-751. 

  2. Brodal, E., Melandso, F., and Jacobsen, S., "Performance of an Ultrasonic Imaging System Based on a 45-MHz Linear PVDF Transducer Array: A Numerical Study", Advances in Acoustics and Vibration, Vol. 2011, 2011, pp. 1-15. 

  3. Gu, G.Y., Wang, Z.J., Kwon, D.J., and Park, J.M., "Interfacial Durability and Acoustic Properties of Transparent xGnP/ PVDF/xGnP Graphite Composites Film for Acoustic Actuator", Journal of the Korean Society for Composite Materials, Vol. 25, No. 3, 2012, pp. 70-75. 

  4. Guzman, E., Cugnoni, J., Gmur, T., Bonhote, P., and Schorderet, A., "Survivability of Integrated PVDF Film Sensors to Accelerated Ageing Conditions in Aeronautical, Aerospace Structures", Smart Materials and Structures, Vol. 22, No. 6, 2013. 

  5. Nilsson E., Lund A., Jonasson C., Johansson C., and Hag-stom B., "Poling and Characterization of Piezoelectric Polymer Fibers for Use in Textile Sensors", Sensors and Actuators A, Vol. 201, 2013, pp. 477-486. 

  6. Gregorio, R. and Cestari, M., "Effect of Crystallization Temperature on the Crystalline Phase Content and Morphology of Poly(vinylidene Fluoride)", Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, Vol. 32, No. 5, 1994, pp. 859-870. 

  7. Matsushige, K. and Takemura, T., "Melting and Crystallization of Poly(vinylidene Fluoride) under High Pressure", Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition, Vol. 16, No. 5, 1978, pp. 921-934. 

  8. Hindeleh, A.M. and Johnson, D.J., "Crystallinity and Crystallite Size Measurement in Polyamide and Polyester Fibres", Polymer, Vol. 19, No. 1, 1978, pp. 27-32. 

  9. Hartono, A., Satira, S., Djamal, M., Ramli, R., Bahar, H., and Sanjaya, E., "Effect of Mechanical Treatment Temperature on Electrical Properties and Crystallite Size of PVDF Film", Advances in Materials Physics and Chemistry, Vol. 3, No. 1, 2013, pp. 71-76. 

  10. Zhang, Q.M., Bharti, V., Cheng, Z.Y., and Zhao, X.Z., "Relaxor Ferroelectric Polymers", Ferroelectrics, Vol. 339, 2006, pp. 37-45. 

  11. Rollik, D., Bauerv, S., and Gerhard, R., "Separate Contributions to the Pyroelectricity in Poly(vinylidene fluoride) from the Amorphous and Crystalline Phases, as Well as from Their Interface", Journal of Applied Physics, Vol. 85, 1999, pp. 3282-3288. 

  12. Su, H., Starchan, A., and Goddard, W.A., "Density Functional Theory and Molecular Dynamics Studies of the Energetics and Kinetics of Electroactive Polymers: PVDF and P(VDF-TrFE)", Physical Review B, Vol. 70, 2004. 

  13. Bohlen, M. and Bolton, K., "Effect of Single Wall Carbon Nanotubes on the Conformation of Poly(vinylidene fluoride)", Quantum Matter, Vol. 3, No. 4, 2014, pp. 339-343. 

  14. Bohleen, M. and Bolton, K., "Conformational studies of Poly (vinylidene fluoride), Poly(trifluoroethylene) and Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) using Density Functional Theory", Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 16, 2014, pp. 12929-12939. 

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