KR100981739B1 - 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법 - Google Patents

기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF(poly(viyliden fluoride))가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
방향족 술폰산형 고분자, PVDF, 기전 고분자 작동기

Description

기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법{An electro-active polymer actuator and method for fabricating the same}
본 발명은 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF(poly(viyliden fluoride))가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
외부의 전기적인 자극에 의하여 부피 변화나 길이 변화 등의 형상이 변화되는 기전 고분자(Electroactive Polymer)는 압전세라믹재료 또는 형상기억합금에 비해 가볍고, 가공이 용이할 뿐만 아니라 생체모방형, 생체 적합성 및 낮은 전력 소모 등의 장점을 지녀 전기 활성 재료로 다양하게 응용될 수 있는 장점이 있다.
최근 기전 고분자 중 하나인 이온성 고분자 금속 복합물을 전기 활성 재료로 적용한 기전 고분자 작동기에 대한 연구가 진행 중에 있다.
상기 기전 고분자 작동기는 상기 이온성 고분자 금속 복합물과 상기 이온성 고분자 금속 복합물의 양쪽 면에 금속 전극을 구비한 구조로 이루어져 있으며, 상기 금속 전극들 사이에 전압을 인가하면 양극 쪽으로 구부러지는데, 수 V의 비교적 낮은 외부 전압에서도 빨리 감응하고 변형량도 커서, 저전력, 저전압에서의 큰 변위 및 높은 주파수에서의 빠른 응답 특성이라는 장점을 가지고 있다.
또한, 상기 기전 고분자 작동기는 고분자 자체가 생체 적합성을 가지고 있고, 수분을 함유하여 부드러운 조직을 갖는 특성으로 인해 생체 내에서 구동이 가능한 액추에이터 물질로서의 장점을 갖는다.
현재 나피온(nafionTM)막의 양면에 금속 전극을 입힌 형태의 고분자 작동기가 연구 및 개발 중에 있는 것으로 알려져 있다.
그러나 상기 나피온을 기반으로 하는 고분자 작동기는 재료 자체가 고가일 뿐만 아니라 플루오르화 고분자로 환경 친화적이지 못하고, 작동기로써 DC 전압 하에 straightening back 등의 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 기반으로 하는 기전 고분자 작동기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 고분자 작동기에 비해 저가이면서도 성능면에 있어 동등하거나 더 나은 기전 고분자 작동기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 고분자 작동기에 비해 대변형이 가능한 기전 고분자 작동기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적들을 충족하는 기전 고분자 작동기를 제조 하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF(poly(viyliden fluoride))가 블렌딩된 전기 활성 고분자막; 및 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면상에 각각 구비된 전극;을 포함하는 기전 고분자 작동기를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원료 고분자, PVDF(poly(viyliden fluoride)), 진한 황산 및 용매인 DMAc(dimethyl acetamide)을 준비하는 단계; 상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득하는 단계; 상기 침전물이 중성이 될 때까지 세척하고 실온에서 건조하여 방향족 술폰화형 고분자를 획 득하는 단계; 상기 획득된 방향족 술폰화형 고분자 및 상기 PVDF를 상기 DMAc에 용해시켜 블렌딩하되, 상기 방향족 술폰화형 고분자에 대한 상기 PVDF의 질량비가 10wt%이하가 되도록 블렌딩하여 고분자 용액을 획득하는 단계; 상기 고분자 용액을 캐스팅한 후 이를 건조하여 전기 활성 고분자막을 획득하는 단계; 및 무전해 도금법을 이용하여 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하는 단계;를 포함하는 기전 고분자 작동기 제조 방법을 제공한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 방향족 술폰산형 고분자는 SPEEK(sulfonated poly(ether ether ketone)), SPEEKKs(sulfonated poly(ether ether ketone ketone)s), SPES(sulfonated poly(ether sulfone)), SPBI(sulfonated polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF의 블렌딩은 상기 방향족 술폰산형 고분자에 대해 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이하로 블렌딩된 것이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 전기 활성 고분자막은 나노 물질을 더 포함하고 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜, 그라핀 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 원료 고분자는 PEEK(poly(ether ether ketone)), PEEKKs(poly(ether ether ketone ketone)s), PES(poly(ether sulfone)), PBI(polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 진한 황산은 95% 내지 98%의 진한 황산이며, 상기 DMAc는 10 내지 15%의 DMAc이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득하는 단계는 상기 원료 고분자를 80℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 20시간 내지 30시간 동안 진공 건조하여 수분을 제거하고, 60℃ 내지 70℃로 가열된 상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 넣어 수시간 동안 교반하여 용해한 후, 얼음물에 부어 침전물이 생성되도록 하고, 상기 생성된 침전물을 획득하는 단계이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 고분자 용액을 캐스팅한 후 이를 건조하여 전기 활성 고분자막을 획득하는 단계 이후, 상기 무전해 도금법을 이용하여 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하는 단계 이전에, 상기 획득된 전기 활성 고분자막을 40℃ 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안 유지하여 풀림 처리하는 단계; 및 상기 전기 활성 고분자막을 샌드블라스팅(sandblasting) 처리하는 단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 고분자 용액 또는 전기 활성 고분자에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 술폰산형 고분자 와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 기반으로 하는 기전 고분자 작동기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 종래의 고분자 작동기에 비해 저가이면서도 성능면에 있어 등등하거나 더 나은 기전 고분자 작동기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 종래의 고분자 작동기에 비해 대변형이 가능한 기전 고분자 작동기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 과도한 수분 흡수를 막고 전기 기계적 성능이 보다 향상된 기전 고분자 작동기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기전 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 상기와 같은 효과를 가진 기전 고분자 작동기를 제조하는 방법을 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구 체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기(100)는 전기 활성 고분자막(110) 및 양극과 음극을 포함하는 전극(120)들을 포함한다.
상기 전극(120)들은 상기 전기 활성 고분자막(110)의 양측 표면상에 각각 구비된다.
이때, 상기 전기 활성 고분자막(110)은 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF(poly(viyliden fluoride))가 블렌딩된 형태로 구비된다.
즉, 상기 블렌딩된 형태라 함은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 방향족 술폰산형 고분자(112)와 상기 PVDF(114)가 이온 그물망 구조로 균일하게 혼합되어 있는 형태를 의미한다. 상기 방향족 술폰산형 고분자(112)로서 SPEEK를 사용할 수 있으며, 이는 PEEK를 황산을 이용하여 술폰화시킴으로써 얻어낼 수 있다.
상기 PVDF로서 다양한 종류의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 압전특성을 부여할 수 있는 공중합체(copolymer)인 P(VDF-TrFE): poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)나, 결정성을 부여할 수 있는 공중합체인 P(VDF-CTFE): poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) 및 상온에서의 유전상수가 50(at 1kHz) 정도로 매우 높고 단량체의 조성에 따라 결정화도와 큐리(Curie) 전이 온도를 자유로이 조절할 수 있는 PVDF-CTFE-TrFE) 등을 사용할 수 있다.
상기 방향족 술폰산형 고분자는 PEEK(poly(ether ether ketone)), PEEKKs(poly(ether ether ketone ketone)s), PES(poly(ether sulfone)), PBI(polybenzimidazole) 및 PI(polyimides)이 술폰화(sulfonated)된 SPEEK(sulfonated poly(ether ether ketone)), SPEEKKs(sulfonated poly(ether ether ketone ketone)s), SPES(sulfonated poly(ether sulfone)), SPBI(sulfonated polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상이 될 수 있다.
한편, 상기 전기 활성 고분자막(110)은 상기에서 상술한 바와 같이 상기 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF가 블렌딩된 형태로 구비되는데, 이때, 상기 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF는 상기 방향족 술폰산형 고분자에 대해 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이하의 질량비로 블렌딩되어 있다.
이는 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이상으로 블렌딩되는 경우, 상기 전기 활성 고분자막(110)의 적합성(compatibility)이 우수하지 못하며, 상분리(phase separation)가 과도하게 생겨서 상기 전기 활성 고분자막(110)의 기계적 강성 및 화학적 특성이 낮아지는 문제가 발생한다.
따라서, 상기 전기 활성 고분자막(110)은 상기 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF은 상기 방향족 술폰산형 고분자에 대해 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이하로 블렌딩된 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 전기 활성 고분자막(110)은 나노 물질을 포함할 수 있다.
상기 나노 물질은 상기 전기 활성 고분자막(110)에 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전기 활성 고분자막(110)에 상기 나노 물질을 균일하게 분산시키는 것은 여러 방법이 있을 수 있으나 함침법으로 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다.
상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기(100)를 제조하는 방법을 설명하면, 우선 원료 고분자, PVDF(poly(viyliden fluoride)), 진한 황산 및 용매인 DMAc(dimethyl acetamide)을 준비한다.
상기 원료 고분자는 PEEK(poly(ether ether ketone)), PEEKKs(poly(ether ether ketone ketone)s), PES(poly(ether sulfone)), PBI(polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 진한 황산은 95% 내지 98%의 진한 황산이며, 상기 DMAc는 10 내지 15%의 DMAc이다.
상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득한다.
상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득하는 공정으로 여러 방법이 있을 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예에서는 우선 상기 원료 고분자를 80℃ 내지 100℃의 온도 범위(바람직하게는 90℃)에서 20시간 내지 30시간(바람직하게는 24시간) 동안 진공 건조하여 수분을 제거한다. 그리고 60℃ 내지 70℃(바람직하게는 65℃)로 가열된 진한 황산에 상기 수분이 제거된 원료 고분자를 넣어 수시간 동안 교반하여 용해한다. 이어서 상기 원료 고분자가 용해된 진한 황산 용액을 얼음물에 붓는다. 이때, 상기 얼음물에서는 상기 원료 고분자가 용해된 진한 황산 용액으로부터 침전물이 생성된다. 마지막으로 상기 생성된 침전물을 상기 얼음물로부터 분리하여 획득한다.
이어서, 상기 획득된 침전물이 중성이 될 때까지 세척하고 실온에서 건조하여 방향족 술폰화형 고분자를 획득한다.
이어서, 상기 공정들에 의해 획득된 방향족 술폰화형 고분자 및 상기 PVDF를 준비된 DMAc에 용해시켜 블렌딩하여 고분자 용액을 획득한다.
이때, 상기 방향족 술폰화형 고분자와 PVDF를 상기 DMAc에 블렌딩할 때, 상기 방향족 술폰화형 고분자에 대한 상기 PVDF의 질량비가 10wt%이하가 되도록 블렌딩한다.
상기 방향족 술폰화형 고분자에 대한 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이하로 한정되도록 블렌딩하는 것은 상기에서 상술한 바와 같이 이후 제조된 전기 활성 고분자막의 적합성을 우수하게 하고, 상분리를 최소화하고, 기계적 강성 및 화학적 특성을 높이기 위해서이다.
이때, 상기 방향족 술폰화형 고분자는 상기 원료 고분자가 PEEK(poly(ether ether ketone)), PEEKKs(poly(ether ether ketone ketone)s), PES(poly(ether sulfone)), PBI(polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상임으로 SPEEK(sulfonated poly(ether ether ketone)), SPEEKKs(sulfonated poly(ether ether ketone ketone)s), SPES(sulfonated poly(ether sulfone)), SPBI(sulfonated polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이어서, 상기 고분자 용액을 캐스팅(casting)한 후 이를 건조하여 전기 활성 고분자막을 획득한다.
상기 고분자 용액을 캐스팅하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예로, 상기 고분자 용액을 몰드 또는 유리판 위에 부어 캐스팅하는 방법을 이용할 수 있다.
마지막으로 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 양극 및 음극을 포함하는 전극들을 도금하여 전기 활성 고분자막 및 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 구비된 전극들을 포함하는 기전 고분자 작동기를 완성한다.
상기 전극들의 도금은 무전해 도금법을 이용할 수 있다.
상기 기전 고분자 작동기를 제조하는 과정 중 상기 전기 활성 고분자막의 특성을 더 높이기 위해 풀림 처리 공정 및 샌드블라스팅(sandblasting) 처리 공정을 더 진행할 수도 있다.
즉, 상기 고분자 용액을 캐스팅한 후 상기 전기 활성 고분자막을 획득하고, 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하기 이전에 상기 획득된 전기 활성 고분자막을 풀림 처리하는 공정을 진행하고, 상기 전기 활성 고분자막을 샌드블라스팅 처리하는 공정을 진행할 수도 있다.
이때, 상기 풀림 처리하는 공정은 상기 전기 활성 고분자막을 40℃ 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안, 바람직하게는 50℃의 온도 분위기에서 24시간 동안 유지하는 공정으로 상기 전기 활성 고분자막의 기계적 물성을 향상시키기 위해 진행할 수 있다.
또한 상기 기전 고분자 작동기를 제조하는 과정 중 상기 전기 활성 고분자막에 나노 물질이 분산되도록 하는 공정을 더 진행할 수 있다.
상기 전기 활성 고분자막을 제조하는 과정 중, 즉 상기 원료 고분자 또는 PVDF를 준비하는 과정에서 상기 원료 고분자 또는 PVDF에 상기 나노 물질을 미리 분산시키 놓거나, 고분자 용액 또는 전기 활성 고분자를 제조 과정 또는 제조 과정 후에 상기 나노 물질을 분산시키는 공정을 진행할 수 있다.
이때, 상기 나노 물질을 분산시키는 방법은 여러 가지 방법이 있을 수 있으나 상기 원료 고분자, PVDF, 고분자 용액 또는 전기 활성 고분자에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하는 방법으로 분산시킬 수 있다.
상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜, 그라핀 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다. 이때, 도 3에 도시된 그래프는 SPEEK만으로 이루어진 전기 활성 고분자막 또는 SPEEK와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기들의 DC 전압 하의 변위 값을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기는 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기보다 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK) 와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기의 변위 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
즉, 상기 기전 고분자 작동기의 전극에 각각 2.5V 또는 3V의 DC 전압을 인가하였을 때, 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기(도 3의 그래프에서 SPEEK@2.5V 및 SPEEK@3V로 표시된 데이터 참조)보다 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기(도 3의 그래프에서 SPEEK/PVDF@2.5V 및 SPEEK/PVDF@3V로 표시된 데이터 참조)의 변위 값이 각각 더 큰 것을 알 수 있다.
상기와 같은 결과를 통해 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막 보다 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기가 DC 전압 하에서 변위 특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다. 이때, 도 4에 도시된 그래프는 SPEEK만으로 이루어진 전기 활성 고분자막 또는 SPEEK와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기들의 AC 전압 하에서 작동 주파수(Hz)에 따른 변위 값을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기는 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막 을 포함하는 기전 고분자 작동기보다 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기의 변위 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
즉, 상기 기전 고분자 작동기의 전극에 AC 전압하에서 작동 주파수(Hz)를 변화시켰을 때, 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기(도 4의 그래프에서 SPEEK로 표시된 데이터 참조)보다 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기(도 4의 그래프에서 SPEEK/PVDF로 표시된 데이터 참조)의 변위 값이 전체적으로 더 큰 것을 알 수 있다.
상기와 같은 결과를 통해 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)만으로 이루어진 전기 활성 고분자막 보다 상기 방향족 술폰화형 고분자(예컨대, SPEEK)와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기가 AC 전압 하에서 작동 주파수에 따른 변위 특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다. 이때, 도 5에 도시된 그래프는 SPEEK와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막을 포함하는 기전 고분자 작동기의 정형파 전압하에서의 변위 값을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기는 정형파 전압하에서 상기 정형파 전압의 크기가 커질수록 변위 값 역시 커질 뿐만 아니라 비교적 안정적으로 증가하는 것을 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 전극에 정형파 전압을 인가하되, 상기 정형파 전압을 1.5V에서 3V까지 0.5V씩 전압을 증가시키면서 인가하면, 도 5에 도시된 그래프에서 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다.
이러한 도 5에 도시된 상기 기전 고분자 작동기의 변위 값 파형은 비교적 안정적인 정형파를 이루고 있는 것을 알 수 있음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기는 특성이 우수한 고분자 작동기임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기는 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF가 블렌딩된 전기 활성 고분자막 및 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 구비된 전극들을 포함하고 있으며, 상기 방향족 술폰산형 고분자 단독으로 전기 활성 고분자막을 이루고 있는 것에 비해 보다 우수한 특성을 구비하고 있는 것으로 보인다.
이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 전기 활성 고분자막이 블렌딩된 형태인 이온 그물망 구조를 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기전 고분자 작동기의 변위 특성을 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기전 고분자 작동기 110 : 전기 활성 고분자막
112 : 방향족 술폰산형 고분자 114 : PVDF
120 : 전극

Claims (12)

  1. 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF(poly(viyliden fluoride))가 블렌딩된 전기 활성 고분자막; 및
    상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면상에 각각 구비된 전극;을 포함하는 기전 고분자 작동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방향족 술폰산형 고분자는 SPEEK(sulfonated poly(ether ether ketone)), SPEEKKs(sulfonated poly(ether ether ketone ketone)s), SPES(sulfonated poly(ether sulfone)), SPBI(sulfonated polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방향족 술폰산형 고분자와 PVDF의 블렌딩은 상기 방향족 술폰산형 고분자에 대해 상기 PVDF의 질량비가 10wt% 이하로 블렌딩된 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 활성 고분자막은 나노 물질을 더 포함하며, 이때 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기.
  5. 삭제
  6. 원료 고분자, PVDF(poly(viyliden fluoride)), 진한 황산 및 용매인 DMAc(dimethyl acetamide)을 준비하는 단계;
    상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득하는 단계;
    상기 침전물이 중성이 될 때까지 세척하고 실온에서 건조하여 방향족 술폰화형 고분자를 획득하는 단계;
    상기 획득된 방향족 술폰화형 고분자 및 상기 PVDF를 상기 DMAc에 용해시켜 블렌딩하되, 상기 방향족 술폰화형 고분자에 대한 상기 PVDF의 질량비가 10wt%이하가 되도록 블렌딩하여 고분자 용액을 획득하는 단계;
    상기 고분자 용액을 캐스팅한 후 이를 건조하여 전기 활성 고분자막을 획득하는 단계; 및
    무전해 도금법을 이용하여 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하는 단계;를 포함하며, 이때 원료 고분자는 PEEK(poly(ether ether ketone)), PEEKKs(poly(ether ether ketone ketone)s), PES(poly(ether sulfone)), PBI(polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상이고, 상기 방향족 술폰산형 고분자는 SPEEK(sulfonated poly(ether ether ketone)), SPEEKKs(sulfonated poly(ether ether ketone ketone)s), SPES(sulfonated poly(ether sulfone)), SPBI(sulfonated polybenzimidazole) 및 SPI(sulfonated polyimides) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 진한 황산은 95% 내지 98%의 진한 황산이며, 상기 DMAc는 10 내지 15%의 DMAc인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 용해하여 침전물을 획득하는 단계는 상기 원료 고분자를 80℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 20시간 내지 30시간 동안 진공 건조하여 수분을 제거하고, 60℃ 내지 70℃로 가열된 상기 진한 황산에 상기 원료 고분자를 넣어 수시간 동안 교반하여 용해한 후, 얼음물에 부어 침전물이 생성되도록 하고, 상기 생성된 침전물을 획득하는 단계인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 고분자 용액을 캐스팅한 후 이를 건조하여 전기 활성 고분자막을 획득하는 단계 이후, 상기 무전해 도금법을 이용하여 상기 전기 활성 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하는 단계 이전에,
    상기 획득된 전기 활성 고분자막을 40℃ 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안 유지하여 풀림 처리하는 단계; 및
    상기 전기 활성 고분자막을 샌드블라스팅(sandblasting) 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 고분자 용액 또는 전기 활성 고분자에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하는 단계를 더 포함하며, 이때 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기전 고분자 작동기 제조 방법.
  12. 삭제
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