KR100786653B1 - Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film - Google Patents
Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film Download PDFInfo
- Publication number
- KR100786653B1 KR100786653B1 KR1020050129593A KR20050129593A KR100786653B1 KR 100786653 B1 KR100786653 B1 KR 100786653B1 KR 1020050129593 A KR1020050129593 A KR 1020050129593A KR 20050129593 A KR20050129593 A KR 20050129593A KR 100786653 B1 KR100786653 B1 KR 100786653B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- electrode
- actuators
- coating
- spin coater
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
HDD, AFM, DNA Chip, 인공근육 등의 IT, 의공학 분야의 마이크로 액추에이터는 압전, 열전, 전기왜곡성, 정전기, 전자기, 열팽창, 전해 특성등을 통해 구동되는데, 그 중에서도 압전소자를 이용한 액추에이터와 정전기, 자기를 이용한 액추에이터 들은 동력밀도와 변형률간의 큰 차이로 인하여 적용 범위가 제한되지만 전기왜곡성을 이용한 액추에이터는 정전기력이나 자기력을 이용하는 액추에이터 보다 높은 동력밀도를 나타내면서도 변형률은 비슷하기 때문에 그 응용분야가 확대 될 것으로 보인다. 후자의 특성을 갖는 고분자 재료인 압전성 폴리머는 전기기계장치 혹은 액추에이터로서 응용 연구되고 있으며 로봇, 의학, 매니퓨레이터 등에 적용하기 위한 전기 반응형 고분자에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 발명은 고분자의 전기왜곡성을 이용하여 선형 구동기로 사용할 수 있는 전기 반응형 고분자 액추에이터의 다층 박막 제조 장치에 관한 것이다. 이 분야의 종래의 방식은 수작업에 의한 불량률 및 복잡한 부가 제조 공정으로 인해 생산성과 재현성이 낮아 액추에이터로 사용되는데 어려움이 있었다. 또, 각 단위 공정이 유독한 환경조건임을 감안하여 본 특허에서는 코팅, 건조, 전극 도포 등의 일련의 반복 과정을 한 장치에서 제조 할 수 있도록 발명 하였다. 박막을 제조하기위한 코팅 공정을 단순화하고, 생산성을 올릴 수 있도록 액상 실리콘을 공기와의 접촉이 방지된 카트리지 용기에 투입한 후 회전 속도를 조절하여 박막 두께를 결정할 수 있는 스핀코터에 테프론 재질의 원형판을 고정한 후 그 위에 정량펌프를 이용 두께별 용량에 맞게 실리콘을 정량 공급 한다. 그리고, 스핀코터의 구동 회전속도를 제어하면 균일한 두께의 박막이 코팅이 되고 실리콘의 경화를 위하여 전기 히터를 사용하여 실리콘을 경화시킨 뒤 정밀 초음파 스프레이를 이용하여 유연 전극제인 탄소분말등의 전극용 미립자를 일정두께로 도포하여 전극 패턴을 형성하는 공정을 행한다. 이 과정은 한 주기를 반복하여 다층의 고분자 액추에이터를 임의로 제조 할 수 있어 생산성을 높이고 불량률을 낮추며, 생산 환경의 개선을 동시에 이룰 수 있다. Micro actuators in the fields of IT and medical engineering such as HDD, AFM, DNA chip, artificial muscle, etc. are driven by piezoelectric, thermoelectric, electric distortion, electrostatic, electromagnetic, thermal expansion, electrolytic characteristics, among which actuator and electrostatic Magnetic actuators are limited in application due to the large difference in power density and strain.However, the electrostrained actuators have higher power density and similar strain than those using electrostatic or magnetic force. Seems to be. Piezoelectric polymers, which are polymer materials with the latter characteristics, have been researched and applied as electromechanical devices or actuators, and research on electroreactive polymers for robots, medicine, and manipulators is being actively conducted. The present invention relates to a multi-layer thin film manufacturing apparatus of an electroreactive polymer actuator that can be used as a linear driver by using the electric distortion of the polymer. Conventional methods in this field have difficulty in being used as actuators due to low productivity and reproducibility due to manual defect rate and complicated additional manufacturing processes. In addition, considering that each unit process is a toxic environmental condition, the present invention has been invented so that a series of repetitive processes such as coating, drying, and electrode coating can be manufactured in one apparatus. Circular plate made of Teflon material on spin coater to determine the thickness of the thin film by adjusting the rotation speed after simplifying the coating process to manufacture the thin film and increasing liquid productivity into the cartridge container to prevent contact with air to increase productivity. After fixing, supply a fixed amount of silicon to the capacity according to the capacity by thickness on the pump. And, by controlling the rotation speed of the spin coater, a thin film of uniform thickness is coated and the silicon is cured by using an electric heater to cure the silicon. The process of forming an electrode pattern by apply | coating microparticles | fine-particles to a fixed thickness is performed. This process can be used to manufacture a multi-layered polymer actuator arbitrarily by repeating one cycle, thereby increasing productivity, reducing defect rate, and improving production environment.
인공근육, 고분자, 전기활성, 박막, 다층, 전극, 초음파 Artificial muscle, polymer, electroactive, thin film, multilayer, electrode, ultrasonic
Description
도 1은 본 발명의 다층 고분자박막을 제조하기위한 장치의 구성을 개략적으로 나타내기 위한 구성도.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of an apparatus for producing a multilayer polymer thin film of the present invention.
도 2는 본 발명의 다층 고분자박막 제조 방법의 공정 순서를 설명하기위한 순서도.Figure 2 is a flow chart for explaining the process sequence of the method for producing a multilayer polymer thin film of the present invention.
도 3는 다층 고분자박막 액추에이터의 적층 구조를 나타내는 고분자층과 전극으로 구성된 단면도.3 is a cross-sectional view of a polymer layer and an electrode showing a laminated structure of a multilayer polymer thin film actuator.
도 4은 다층의 고분자 액추에이터로 사용될 수 있는 대상의 다양한 형태별로 제조하기 위한 패턴들의 예시도.Figure 4 is an illustration of patterns for manufacturing according to various forms of the object that can be used as a multi-layered polymer actuator.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 터릿형 회전판 11 : 시린지10 turret-shaped
12 : 가열판 13 : 초음파 스프레이12: heating plate 13: ultrasonic spray
20 : 스핀코터 21 : 테프론 원형판20: spin coater 21: teflon round plate
30 : 이송테이블 40 : 고분자층30: transfer table 40: polymer layer
50 : 전극층50: electrode layer
본 발명은 고분자 액추에이터의 제조 장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 전기 반응형 고분자의 팽창력과 수축력을 이용한 액추에이터의 제조 장치로 다층의 고분자 박막 액추에이터를 균일하게 제조하기 위한 장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a polymer actuator, and to an apparatus and a manufacturing method for uniformly manufacturing a multilayer polymer thin film actuator as a manufacturing apparatus of an actuator using the expansion force and the contraction force of an electrically reactive polymer.
다양한 분야에서 활용되는 액추에이터는 압전, 열전, 전기왜곡성, 정전기, 전자기, 열팽창, 전해 특성등을 통해 구동되는데, 지금까지의 액추에이터는 다수의 액추에이터를 집적하거나 낮은 동작 주파수에서 높은 동력밀도를 구현하기위해 적용 범위가 제한되지만 전기왜곡성을 이용한 액추에이터는 정전기력이나 자기력을 이용하는 액추에이터 보다 높은 동력밀도를 나타내면서 변형률은 비슷하기 때문에 전기활성 고분자 액추에이터 기술에 관한 관심이 증대되고 있다.Actuators used in various fields are driven by piezoelectricity, thermoelectricity, electro-distortion, electrostatic, electromagnetic, thermal expansion, and electrolytic properties. Until now, actuators have been used to integrate multiple actuators or to realize high power density at low operating frequencies. The application of electro-distortion actuators is limited, but interest in electroactive polymer actuator technology is increasing because the strains exhibit higher power densities and similar strains than those using electrostatic or magnetic forces.
이러한 고분자 액추에이터의 재료로는 전기장에 의해 전왜 변형이 유발되는 전왜 폴리머, 전기장이 가해질 때 고분자 내부에 이온 편류가 발생하여 변형이 발생하는 폴리머 젤, 이온 박막 및 도전성 폴리머 등이 있다.Materials for such polymer actuators include electrodistorted polymers in which electrostriction is induced by electric fields, and polymer gels, ion thin films, and conductive polymers in which deformation occurs by ion drift inside the polymer when an electric field is applied.
유전탄성체를 이용한 고분자 액추에이터의 구성은 도 3에 도시된 바와 같이 유전 탄성체 필름(40)의 상단 및 하단에 서로 다른 전압이 인가되는 전극층(50)으로 구성되어 양 전극(50)에 전압을 인가하여 전위차를 유발하면 전왜 변형이 유발되어 유전탄성체 필름이 팽창하게 된다.As shown in FIG. 3, the polymer actuator using the dielectric elastomer is composed of
이러한 고분자 액추에이터는 유전탄성체 및 전극을 순차적으로 적층하여 다층의 고분자 액추에이터를 제조할 수 있으며 단층 구조에 비하여 보다 큰 변위 및 팽창력을 얻을 수 있다.Such a polymer actuator may be manufactured by stacking a dielectric elastomer and an electrode sequentially to manufacture a multilayer polymer actuator, and may obtain a larger displacement and expansion force than a single layer structure.
한편, 다층의 고분자 액추에이터를 제조하기 위한 이 분야의 종래 적층 방법으로는 압착성형, 스핀코팅, 스크린인쇄, 기상증착 등의 방법이 실용화 되어 적용되고 있다. 하지만 단위 공정의 수작업에 의한 불량률 및 복잡한 부가 제조 공정으로 인해 생산성과 재현성이 낮아 균일한 제품의 액추에이터의 제조가 어려워 사용되는데 문제점이 있었다. 또, 각 단위 공정이 유독한 환경조건임을 감안하여 본 특허에서는 코팅, 건조, 전극 도포 등의 일련의 반복 과정을 한 장치에서 제조 할 수 있도록 발명 하였다. Meanwhile, as a conventional lamination method in this field for manufacturing a multilayer polymer actuator, methods such as compression molding, spin coating, screen printing, vapor deposition, etc. have been put to practical use. However, there is a problem in that it is difficult to manufacture an actuator of a uniform product due to low productivity and reproducibility due to a defective rate by a manual process and a complicated additional manufacturing process. In addition, considering that each unit process is a toxic environmental condition, the present invention has been invented so that a series of repetitive processes such as coating, drying, and electrode coating can be manufactured in one apparatus.
기존의 수작업을 통하여 다층의 고분자 박막을 제조 시에 발생되는 단위 공정 및 유해한 제조환경의 문제점을 자동화 장비를 통하여 각각의 단위 공정을 통합된 장치에서 제조하여 생산성 및 재현성을 실현하여 균일한 제품의 액추에이터를 제조하는 방법을 제공하고 및 장비를 제작하는데 목적이 있다.The problems of the unit process and harmful manufacturing environment which are generated during the manufacture of multilayer polymer thin film through the existing manual work are produced by the integrated device through the automated equipment to realize productivity and reproducibility The purpose is to provide a method for manufacturing and manufacturing the equipment.
상기한 본 발명은 3단계의 과정을 한 주기로 설정 주기만큼 반복 하여 다층의 고분자 박막을 제조하게 된다. 즉, 제1 단계로 액상의 고분자를 이용하여 원형의 테프론 코팅 판(21)에 스핀코터(20)의 회전을 이용 박막을 코팅한 후, 제2 단계로 액상의 고분자로 코팅된 박막을 전기히터(12)로 경화 시키는 건조과정을 거치고, 제3 단계로 초음파 스프레이(13)를 사용 유연 전극제를 적층 시키는 과정으로 적용하고자 하는 구동기의 형상에 맞게 도포하면 한 주기가 끝나고 이 과정을 반복하여 다층의 박막을 제조하게 된다.The present invention as described above repeats the three-step process by a set cycle in one cycle to produce a multilayer polymer thin film. That is, after coating the thin film by using the rotation of the
본 발명의 제조장치 구성은 도 1의 회전이 가능하도록 된 터릿형 회전장치(10)에 시린지(11), 전기히터(12), 초음파 스프레이(13)가 하나의 장치로 구성되고 이송테이블(30)에 스핀코터(20)를 부착한 구조이다.In the manufacturing apparatus of the present invention, the
제1 단계의 코팅과정은 실리콘 코팅 박막이 제조된 후 잘 분리될 수 있고 일정온도에서 변형이 없도록 하기 위하여, 테프론 재질의 표면조도가 우수한 원형의 코팅 판(21)을 사용한다. 원형의 코팅판(21)을 회전속도를 이용하여 박막의 두께를 결정할 수 있는 스핀코터(20)에 부착하며, 회전 시 원형의 코팅판을 흡착시켜 고정하고 작업완료 후 분리할 수 있도록 진공척으로 고정한다. 유전탄성체 재료에 유기 용매를 첨가하고 혼합 한 액상의 실리콘을 공기와의 접촉에 의한 고형화를 막고 적정 점도를 유지할 수 있도록 카트리지 형태의 시린지(11) 용기에 저장한다. 저장된 실리콘을 정량펌프를 이용하여 설정 두께별 용량에 맞게 상기 코팅판 위에 정량 공급을 한 후 스핀코터(20)의 구동 회전속도를 단계별로 제어하면 균일한 두께의 박막이 코팅된다.The coating process of the first step uses a
제2 단계는 액상의 실리콘 코팅 막에 혼합된 유기용매를 제거하기 위한 건조 과정으로, 전기히터(12)를 이용하여 일정 온도에서 일정 시간을 유지하면 액상의 실리콘이 경화하게 된다.The second step is a drying process for removing the organic solvent mixed in the liquid silicon coating film, and the liquid silicon is cured when the predetermined temperature is maintained at a predetermined temperature by using the
제3 단계 전극도포과정은 원형 코팅 판(21)을 1단계에서와 동일 위치에 고정시킨 후 경화된 실리콘 박막 위에 초음파 스프레이(13)를 이용하여 전극을 형성하는 단계이다. 실리콘의 신축성에 대응하여 전도성을 유지할 수 있는 유연 전극제로 사용되는 탄소분말 등의 전극용 미립자를 적용하고자 하는 구동기의 형상에 맞게 이송테이블을 이동하면서 초음파 스프레이를 통해 분무하여 도 4와 같은 전극 패턴을 형성하며, 일정 두께로 도포하여 전극층을 형성하게 된다.In the third step electrode coating process, the
이와 같은 한 주기의 과정을 반복하여 다층의 균일한 전기반응형 다층 고분자 박막을 제조하게 된다.By repeating this one cycle process, a multi-layer uniform electric reaction-type multilayer polymer thin film is produced.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 단계별 제조 공정 시 수작업에 의한 작업 공정에서 발생되는 문제점을 일체형 구조의 자동화 장치로 구성하여 균일한 제품을 제조할 수 있어 구동기로 사용시 재현성을 가질 수 있다. 더욱이, 전체 공정을 일체형으로 구성하여 차단된 공간에서 제조할 수 있는 구조로 유해 환경을 개선할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, a problem generated in the work process by hand during the conventional step-by-step manufacturing process may be configured by an automated device having an integrated structure to manufacture a uniform product, and thus may have reproducibility when used as a driver. Moreover, there is an advantage that can improve the harmful environment with a structure that can be manufactured in a closed space by configuring the whole process integrally.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050129593A KR100786653B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050129593A KR100786653B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070067992A KR20070067992A (en) | 2007-06-29 |
KR100786653B1 true KR100786653B1 (en) | 2007-12-21 |
Family
ID=38366499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050129593A KR100786653B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100786653B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100924772B1 (en) * | 2007-11-07 | 2009-11-05 | 한국전자통신연구원 | The method for manufacturing high speed polymer actuators |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001026110A (en) | 1999-07-07 | 2001-01-30 | Samsung Electro Mech Co Ltd | Piezoelectric/electrostrictive microactuator utilizing mixture of ceramic powder and polyvinylidene fluoride, and manufacture thereof |
KR20010012038A (en) * | 1999-07-07 | 2001-02-15 | 이형도 | Manufacturing method of multilayered piezoelectric/electrostrictive ceramic actuator by sintering process at low temperature and the actuator manufactured by the method |
-
2005
- 2005-12-26 KR KR1020050129593A patent/KR100786653B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001026110A (en) | 1999-07-07 | 2001-01-30 | Samsung Electro Mech Co Ltd | Piezoelectric/electrostrictive microactuator utilizing mixture of ceramic powder and polyvinylidene fluoride, and manufacture thereof |
KR20010012038A (en) * | 1999-07-07 | 2001-02-15 | 이형도 | Manufacturing method of multilayered piezoelectric/electrostrictive ceramic actuator by sintering process at low temperature and the actuator manufactured by the method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070067992A (en) | 2007-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rosset et al. | Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators | |
Davidson et al. | Monolithic shape-programmable dielectric liquid crystal elastomer actuators | |
CN108063183B (en) | A method of closing porous piezoelectric electret energy accumulator is prepared based on nano impression | |
Araromi et al. | High-resolution, large-area fabrication of compliant electrodes via laser ablation for robust, stretchable dielectric elastomer actuators and sensors | |
Li et al. | Low-voltage planar PVC gel actuator with high performances | |
US20150171305A1 (en) | Gel actuator and method for producing same | |
JP5941229B2 (en) | Energy conversion device using change of contact surface with liquid | |
EP2909868A1 (en) | Method of metallizing dielectric film | |
JP2016509826A (en) | Method for manufacturing a multilayer electromechanical transducer | |
JP2020513725A (en) | Actuator device and method | |
US8891222B2 (en) | Capacitive transducer and a method for manufacturing a transducer | |
KR100786653B1 (en) | Manufacturing Facility and Method for Multilayer EAP Film | |
Wen et al. | Inverse flexoelectret effect: bending dielectrics by a uniform electric field | |
US20190312528A1 (en) | Repulsive-attractive-force electrostatic actuator | |
Guler et al. | Multi-functional 0–3 composite polyimide films for microsystem applications | |
KR20160034746A (en) | Fabrication method of polymer films | |
KR101759861B1 (en) | Manufacturing method for piezo-electric element | |
US11986993B2 (en) | Methods for forming three-dimensional polymeric articles | |
Xiang et al. | Spray-Printing and Spin Methods to Fabricate Multilayered Dielectric Elastomer Actuators Embedded with Liquid Metal Electrodes | |
Jiang et al. | Recent progress in the development of dielectric elastomer materials and their multilayer actuators | |
KR100617616B1 (en) | Method for manufacturing a multi-layer polymer actuator equipped with nano-scale thin-film dielectric elastomers | |
KR20120118269A (en) | Energy harvesting system using elastic body covered ferroelectricity fabricated dip coating method | |
CN104350559B (en) | Multilayer component and method for producing the multilayer component | |
Fan et al. | Effect of Additive Manufacturing on β‐Phase Poly (Vinylidene Fluoride)‐Based Capacitive Temperature Sensors | |
Kadooka | Modeling, processing, and characterization of dielectric elastomer actuators and sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121011 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140610 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150713 Year of fee payment: 8 |
|
R401 | Registration of restoration |