초록 ▼

2. 국내외 기술개발 현황
최근 EAP에 대한 관심은 큰 변형을 낼 수 있는 EAP 재료들이 개발됨에 따라 더욱 높아지고 있다. 낮은 구동 전압에서도 비교적 빠른 응답 속도를 갖는 전기활성고분자(electro active polymer, EAP)는 인간의 근육과 유사한 인성 및 변형 특성을 나타내므로 최근 인공 근육용 구동체 개발을 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 또한 우주항공, 센서 및 펌프 등의 다양한 분야에서 적용가능성이 조사되고 있다. 응용 예로서 최근에 dust wiper, 소형 로봇팔, gripper 등이 있으

2. 국내외 기술개발 현황
최근 EAP에 대한 관심은 큰 변형을 낼 수 있는 EAP 재료들이 개발됨에 따라 더욱 높아지고 있다. 낮은 구동 전압에서도 비교적 빠른 응답 속도를 갖는 전기활성고분자(electro active polymer, EAP)는 인간의 근육과 유사한 인성 및 변형 특성을 나타내므로 최근 인공 근육용 구동체 개발을 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 또한 우주항공, 센서 및 펌프 등의 다양한 분야에서 적용가능성이 조사되고 있다. 응용 예로서 최근에 dust wiper, 소형 로봇팔, gripper 등이 있으며, EAP 작동기와 Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)기술을 복합하여 기거나 헤엄치거나 날아다닐 수 있는 초소형 곤충과 같은 운동체를 만드는 연구는 미래의 유망한
기술로서 많은 관심을 불러일으키고 있다. 이와 같이 자극에 응답할 수 있는 고분자들은 센서, 구동기, 또는 인공 근육 등으로 응용이 가능하기 때문에 최근 의료용, 우주항공용, MEMS 및 지능형 마이크로 로봇 등의 다양한 분야의 응용에 대한 연구가 진행되고 있는 실정이다.
3. 연구수행 내용 및 결과
가. 1차년도(2009)
NBR를 고분자 매트릭스로 하고 ionic liquid를 액체 전해액으로 하여 새로운 형태의 고체 고분자 전해질의 개발
● Acrylonitrile (AN)함량이 서로 다른 다양한 형태의 NBR film 제조
● 개발한 NBR film의 기계적, 열적 특성 분석
● 개발한 NBR film과 ionic liquid로 구성한 SPE 제조 및 그 전기적 특성 분석
1) NBR을 이용한 SPE용 고분자 매트릭스 제조
NBR/ionic liquid 고체 고분자 전해질을 살펴보면 AN함량이 많은 NBR 3의 경우 BMITFSI의 흡수율(67%)이 높았으며, 상온에서 이온 전도도(2.6 × 10-4 S/cm)와 기계적 물성이 높았다. 이온 전도도는 온도가 높아짐에도 떨어지지 않고 상승하여 NBR3/BMITFSI의 경우 80 ℃에서 7.1 × 10^-4 S/cm의 값을 가짐을 알 수 있었다.
DMA분석 결과에서 BMITFSI의 존재 유무에 따라 NBR 1은 7.59 ℃, NBR 2는 16 ℃, NBR 3은 29.4 ℃만큼 Tg 값이 감소하였다. AN 함량이 많을수록 NBR의 BMITFSI의 함유량이 높아지고 BMITFSI의 함유량이 높아지면 이온전도도가 향상되었다. 또한 NBR과 흡수된 이온성 액체가 가소제 역할을 하여 이온성 액체의 함유량이 많을수록 Tg 값이 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다.
2)개발한 NBR과 PVdF 매트릭스에 전도성 고분자 제조
전도성 고분자 polypyrrole(PPy), polyaniline(PANi), 3,4-(ethylenedioxythiophen)(PEDOT)를 개발한 NBR 또는 P(VDF-TrFE-CTFE) terpolymer 필름 표면에 균일하게 분산되어 전도성 고분자 층을 형성하였다. 여기에 이온성 액체를 전해액으로 사용하여 고상 EAP, one-piece actuator를 제조하였다.
나. 2차년도(2010)
개발한 NBR과 PVdF 고분자 매트릭스에 전도성 고분자를 코팅하고 ionic liquid를 액체 전해액으로 하여 고상의 고분자 액추에이터 개발
● PVdF 계 고분자 매트릭스 제조 및 PVdF 매트릭스의 가소화
● PVdF/ionic liquid SPE 제조 및 기계적, 열적 특성 분석
● 전도성 고분자/NBR 또는 PVdF 매트릭스/ionic liquid로 구성한 액추에이터 제작 및 구동특성 파악
1) P(VdF-TrFE-CTFE)terpolymer/ionic liquid SPE 제조
P(VdF-TrFE-CTFE)terpolymer와 이온성 액체를 이용하여 고체 고분자 전해질을 만들고 이 전해질을 바탕으로 전도성 고분자 구동기를 제조하였다. terpolymer는 현탁 중합에 의해 제조하였고, 2,4,4-trimethyl-1,6-hexane diamine (THDA)를 사용하여 가교시켜 두께가 50μm의 필름 형태로 제조하였다. 가교는 필름의 열적, 물리적 성질을 높이기 위해 실행하였고, DSC와 DMA를 통하여 열용량과 Tg값으로 가교가 잘 되었음을 확인하였다.
Terpolymer 필름에 이온성 액체를 전해액으로 사용하여 고체 고분자 전해질을 만들어 이 전해질의 전기, 화학적 특성을 관찰하였다. Terpolymer를 BMITFSI에 함침하는 시간이 길어질수록 흡수량은 증가하는 것으로 나타났고, 8시간 동안 함침시켰을 때 상온에서 가장 높은 1.6 × 10-4 S/cm의 이온전도도 값을 나타내었다.
2) PEDOT/NBR/BMITFSI 구동기
NBR를 이용해 만든 actuator의 단면을 SEM과 EDX를 이용해 분석하여 양쪽에 PEDOT층이 잘 형성된 것을 확인하였으며 CV를 통해 PEDOT이 산화 환원 반응을 일으키는 것을 확인하였다. PEDOT의 산화 환원 반응에 의해 이동하는 음이온의 양의 차이에 의해 BMITFSI의 흡수율이 가장 좋은 PEDOT/NBR3/BMITFSI의 변위가 13mm로 가장 크게 나타남을 알 수 있었다.
3) PPy/terpolymer/BMITFSI 구동기
제조한 terpolymer-SPE의 표면에 전도성 고분자인 PPy을 형성하여 one-piece 구동기로 제작하여 그 특성을 관찰하였다. 구동기의 단면을 SEM과 EDX로 이용해 분석하여 이 구동기의 양쪽에 PPy층이 잘 형성된 것을 확인하였으며 CV를 통해 PPy이 산화 환원 반응을 일으키는 것을 관찰하였다. BMITFSI를 액체 전해액으로 사용한 PPy/terpolymer의 변위가 최대 10 mm로 고체 구동기로서의 잠재럭 응용성을 보여 주었다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 9