초록 ▼

EAP (electroactive polymer)는 전기적 자극 하에서 큰 변형률을 얻을 수 있어, 다양한 감지기 및 구동기로서 많은 관심을 불러일으키고 있다. 그런데, Electronic EAP는 응답속도는 빠르나 구동전압이 높은 단점이 있어, 휴대용 전자기기에 사용하기 위해서는 구동전압을 낮추어야 하며, 이를 위해서는 Electronic EAP의 두께를 얇게 만들어야 함과 동시에, 원하는 수준의 동력을 내기 위해 적층형 EAP 구동기를 개발하여야 한다. 더욱이, 투명도가 확보된 대변위 EAP 구동기는 mobile display

EAP (electroactive polymer)는 전기적 자극 하에서 큰 변형률을 얻을 수 있어, 다양한 감지기 및 구동기로서 많은 관심을 불러일으키고 있다. 그런데, Electronic EAP는 응답속도는 빠르나 구동전압이 높은 단점이 있어, 휴대용 전자기기에 사용하기 위해서는 구동전압을 낮추어야 하며, 이를 위해서는 Electronic EAP의 두께를 얇게 만들어야 함과 동시에, 원하는 수준의 동력을 내기 위해 적층형 EAP 구동기를 개발하여야 한다. 더욱이, 투명도가 확보된 대변위 EAP 구동기는 mobile display 및 flexible display 분야에서 매우 유망한 기술이다. 본 연구에서는 PVDF [poly(vinylidene fluoride)] 기반의 완화형 강유전(relaxor ferroelectric) EAP와 유기전극을 사용하여, 투명하고 구동 전압이 낮은 적층형 EAP 구동기를 설계 및 제작하고, 이에 필요한 세부 요소기술을 아래와 같이 개발하였다.
(1) PVDF 기반의 고분자 박막 제조 및 적층 기술: PVDF 기반의 고분자를 1~2 ㎛ 두께를 갖는 박막의 형태로 제조할 수 있는 AMFF (adhesion-mediated film fabrication) 방법을 개발하였다. 본 방법에서는 1~2 ㎛ 두께의 PVDF 기반의 고분자를 support film을 사용하여 전사하는 것이 핵심기술이며, 이렇게 제조된 박막을 다양한 기판위에 전사하여 적층하는 기술도 개발하였다.
(2) PVDF 기반의 EAP 표면처리 기술 및 투명 유기전극의 정형화 기술: 소수성인 PVDF 기반의 EAP의 습윤 (wettablility) 특성을 향상시키기 위해 O₂ plasma treatment 공정조건을 최적화 하였다. 또한, shadow mask와 초음파 spray coating 방법을 이용하여 투명도가 높은 유기전극을 약 100~300 nm 두께 수준의 원하는 형상으로 균일하게 정형화하기 위한 방법을 정립하였다.
(3) 다층전극의 전기적 연결 기술: 구동 영역은 유기 전극을 사용하고, 적층형 구동기의 층간 전기적 연결을 위해 비구동 영역은 유기 및 금속 전극을 동시에 사용하였다. 그래서, 비구동 영역에는 CO₂ 레이저 가공 방법으로 비아 (via) 형성 후 금속 증착을 통해 층간 전기적 연결을 수행할 수 있는 기술을 개발하였다.
(4) 투명한 적층형 EAP 감지기 및 구동기 설계 및 제조 기술: 전기적, 기계적, 광학적 특성 및 제조 공정 등을 고려하여 구동전압이 낮고 투명한 EAP 구동기를 설계하였다. 또한, 개발된 단위 제조공정을 이용하여 적층형 EAP 구동기를 제조하고 이를 투명하고 유연한 Haptic-Feedback Film Vibrator로 활용하였다.
(5) 투명한 EAP 구동기의 성능평가 기술: Laser Dopler Velocimeter (LDV) 및 Laser Displacement Sensor를 이용하여 구동전압 인가 시, EAP 구동기의 시간-변위 관계, 전압-변위 관계, 이력 곡선(hysteresis loop), 등의 성능을 평가하였다.
위에서 기술한 바와 같이 본 연구에서는 PVDF 기반의 EAP와 유기전극을 사용하여 투명하고 구동 전압이 낮은 적층형 구동기를 개발하고, 이와 관련된 요소기술을 확보하였다. 특히, ACFF 방법으로 1~2 ㎛ 두께의 EAP 박막을 제작할 수 있게 되어, 다양한 Electronic EAP 감지기 및 구동기의 제조에 적용할 수 있다. 이러한 소자들은 낮은 구동전압과 낮은 소비전력을 요구하는 휴대용 전자기기에 상용화가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 투명한 대변위 EAP 구동기는 mobile display 및 flexible display 분야에서 매우 유망한 기술이라 할 수 있다. 본 과제를 통해 얻어진 연구결과는 학부생 및 대학원생들의 교육에 적극활용될 계획이며, EAP 재료의 특성과 활용에 대한 폭넓은 정보를 제공할 것이다. 또한, EAP를 활용한 새로운 연구 및 교육의 확대에도 활용될 계획이다.