초록 ▼

전도성 고분자와 박막공정을 이용한 고분자 마이크로 액츄에이터의 개발과 이를 이용한 마이크로 유체시스템의 개발
본 연구에서는 electronic electroactive polymer(EAP) 액츄에이터의 body 물질로 polyurethane (PU)를 이용하였고, 그것의 화학적, 기계적, 전기적 특성을 연구하였다.
나아가 이러한 특성들을 향상시키기 위해 점탄성과 최대 변위, 그리고 PU의 hard content에 따른 동적 점탄성을 연구하였다. 그리고, PU의 기계적, 전기적 특성을 더욱 증대시키기 위해 montmori

전도성 고분자와 박막공정을 이용한 고분자 마이크로 액츄에이터의 개발과 이를 이용한 마이크로 유체시스템의 개발
본 연구에서는 electronic electroactive polymer(EAP) 액츄에이터의 body 물질로 polyurethane (PU)를 이용하였고, 그것의 화학적, 기계적, 전기적 특성을 연구하였다.
나아가 이러한 특성들을 향상시키기 위해 점탄성과 최대 변위, 그리고 PU의 hard content에 따른 동적 점탄성을 연구하였다. 그리고, PU의 기계적, 전기적 특성을 더욱 증대시키기 위해 montmorilonitril (MMT)를 첨가하였다. 본 연구에서 전극으로 사용한 물질은 carbon black이 분산된 수성 PU인데, 이것을 body 양쪽에 spin coater를 이용하여 coating 시켰다. 이 전극은 우수한 전도도와 유연함을 동시에 가져, 액츄에 이터의 변위를 높이는데 크게 기여하였다. 또한 제어 알고리즘 설계 및 시스템 제작과 함께 CFD를 이용한 외곽부 설계 및 시뮬레이션까지 수행하였다. 1차 시제품 제작에 필요한 액츄에이터의 역학적 해석과 접촉식 하중 측정법인 로드 셀을 사용한 실제 액츄에이터의 구동력 측정을 통하여 마이크로 액츄에이터의 설계를 위한 기반을 마련 하였다. 액츄에이터 물질에 관한 연구는 electronic EAP와 ionic EAP를 제작하여 역학적, 기계적, 전기적 특성에 관한 연구를 병행해서 진행하였다. EAP를 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 응용하여 마이크로 펌프를 제작하고, MEMS 공정을 통한 실제 적용 가능한 분야 연구 및 액츄에이터의 재현성을 평가 하였다. 그리고 여러 분야에 걸쳐 상용화가 가능한 smart material의 개발을 위해 electronic type의 액츄에이터에 적합한 고분자 유연전극을 제작하여 물성과 전극으로서의 특성을 평가 하였다. 또한 저전압 하에서 구동하는 CP 액츄에이터의 전해질로 poly(dimetylsiloxane)(PDMS) based PU solid polymer electrolyte(SPE)를 사용함으로써 생체적합성을 높였으며, CP 액츄에이터의 전극으로 사용되는 polypyrrole(PPy) 을 전기화학적으로 중합하여 CP 액츄에이터의 구동력을 향상 시킨 결과를 나타내었다.
본 연구를 수행하는 기간 동안, SCI급 저널인 Electrochimica Acta-3편, Journal Applied Polymer Science-1편, Composite Interfaces-1편, Macromolecular Research-1편, Molecular crystals and Liquid Crystals-1편, 등 7편의 논문이 게재 되었으며, Key Engineering Materials-3편, Electrochimica Acta-1편, Macromolecular Symposia-1편, 등 5편이 인쇄 중으로 총 12편의 SCI급 논문이 게재되는 성과를 이루 었다. 그리고, 학술대회에 참가한 발표자수는 총 77명, 참여자는 총 236명으로 학술대회 참가로 발표된 논문의 수는 국내학회 61건이며, 국제학회 37건이다. 마지막으로 본과제를 수행하는 기간 동안 12명의 석사를 배출하였으며, 현재는 삼성 SDI, 삼성 전자, LG 화학 등에서 연구원으로 활발히 활동하고 있다.

Abstract ▼

Development of the actuator and micro fluid system based on conducting polymer and the thin film process
In this work, electronic electronic electroactive polymer(EAP) actuator was made use of polyurethane(PU) as body and we studied on mechanical, chemical and electrical properties of actuator. F

Development of the actuator and micro fluid system based on conducting polymer and the thin film process
In this work, electronic electronic electroactive polymer(EAP) actuator was made use of polyurethane(PU) as body and we studied on mechanical, chemical and electrical properties of actuator. Furthermore we made an effort to prepare body material to improve these properties. We analyzed viscoelasticity, maximum displacement and kinetic viscoelasticity with hard content. Then we added the montmorilonitrile (MMT) to the PU to improve on mechanical and electrical properties. In this work, we choosed conductive carbon black particles which were dispersed in synthesized water borne polyurethane matrix and stacked on both side of PU/MMT nanocomposites film using spin coater. These electrodes take advantage of excellent conductivity and flexibility to improve the displacement.
We designed control algorism and prepared system. And also we designed the outer block using the CFD and did simulation works. We performed dynamic analysis of actuator to prepare prototype. And we achieved a foundation for design of micro actuator from measurement of actuation force. We also studied on mechanical, chemical, and electrical properties of electronic EAP and ionic EAP.
We are manufacture a micro pump applied the MEMS(Micro Electro Mechanical System) technique. Also we are researched focusing on the actual application and the reproducibility evaluation of actuators. And we produce a suitable polymer flexible electrode for the electronic actuator. The physical properties and characteristics as an electrode of actuator were evaluated. Also we enhance the biocompatibility by using poly(dimetylsiloxane)PDMS based PU solid polymer electrolyte(SPE) with the electrolyte of CP actuator. When we synthesize the polypyrrole(PPy) by using the electrochemical method, therefore the displacement of the CP actuator were improved.
While performing this work, seven thesises at SCI class journals such as Electrochimica Acta-three thesises , Journal Applied Polymer Science-one thesise, Composite Interfaces-one thesise, Macromolecular Research-one thesise, Molecular Crystals and Liquid Crystals-one thesise, etc. were accepted. And five thesises at SCI class journals such as Key Engineering Materials-three thesises, Electrochimica Acta-one thesise, Macromolecular Symposia-one thesise, etc. are in the press. Consequently, we achieved the result that total twelve thesises at SCI class journals were accepted. The number of presenters at symposiums totals 77, and participants totals 236. The number of theses published while participating in symposiums is 61 at internal symposiums and 37 at international symposiums.
Finally, while performing this work, twelve masters were produced. At present, they are actively working as researcher at Samsung SDI, Samsung Electronics, and LG Chem. Ltd.

목차 Contents

• <연구계획 요약문>...3
• Ⅰ. 국문요약문...3
• <연구결과 요약문>...4
• Ⅰ. 국문요약문...4
• Ⅱ. 영문요약문...5
• <연구내용 및 결과>...6
• Ⅰ. 서론...6
• Ⅱ. 1차년도 연구...14
• Ⅲ. 2차년도 연구...22
• Ⅳ. 3차년도 연구...37
• Ⅴ. 결론...52
• Ⅵ. 인용문헌...54
• Ⅶ. 연구성과...56