KR101062287B1

KR101062287B1 - Surface pretreatment of polymer membrane for high speed polymer actuator

Info

Publication number: KR101062287B1
Application number: KR1020080129673A
Authority: KR
Inventors: 최낙진; 이형근; 정선경; 박강호; 김종대
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-09-06
Also published as: KR20100070924A

Abstract

본 발명은 고속 고분자 구동기 제작을 위한 고분자막의 표면 전처리 방법에 관한 것으로, 해당 고분자막에 대하여 최적의 섀도 마스크 패턴과 플라즈마 처리 시간을 결정하여 표면이 균일하게 되도록 표면 처리함으로써, 고분자막의 표면에 금속 전극을 흡착시킬 때 고분자막의 표면과 금속 전극의 흡착력이 향상되어 고분자막의 팽창과 수축이 쉽게 이루어지므로, 반응속도가 빠르며 고변위를 갖는 고분자 구동기를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for surface pretreatment of a polymer membrane for manufacturing a high speed polymer actuator. By determining an optimum shadow mask pattern and plasma treatment time for the polymer membrane, the surface is treated to make the surface uniform, thereby providing a metal electrode on the surface of the polymer membrane. When adsorbed, the adsorption force of the surface of the polymer membrane and the metal electrode is improved, so that the expansion and contraction of the polymer membrane is easily performed, and thus the reaction rate is high and the polymer actuator having a high displacement can be manufactured.

이온성 고분자 금속 복합물, 비등방 플라즈마 처리, 섀도 마스크, 고속 Ionic Polymer Metal Composites, Anisotropic Plasma Treatment, Shadow Masks, High Speed

Description

The method of pre-treatment of polymer film for manufacturing of polymer actuator with high speed}

본 발명은 고속 고분자 구동기 제작을 위한 고분자막의 표면 전처리 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 해당 고분자막에 대하여 최적의 섀도 마스크 패턴과 플라즈마 처리 시간을 결정하여 표면이 균일하게 되도록 표면 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface pretreatment method of a polymer film for manufacturing a high speed polymer actuator, and more particularly, to a method of surface treatment to determine the optimum shadow mask pattern and plasma treatment time for the polymer film to make the surface uniform.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-006-03, 과제명: 유비쿼터스 단말용 부품 모듈].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunications Research and Development [Task Management Number: 2006-S-006-03, Task name: Component module for ubiquitous terminal].

최근에 전기활성 고분자(electroactive polymer : EAP)의 하나인 이온성 고분자 금속 복합물(ionic polymer metal composite : IPMC)에 대한 연구가 많은 과학자들에 의해서 진행 중이다.Recently, many scientists are working on ionic polymer metal composite (IPMC), which is one of electroactive polymer (EAP).

IPMC는 플루오르로 치환된 이온성 고분자막과 전도성 금속의 복합물로서 나피온(nafion™)막의 양면에 금속 전극을 입힌 형태로 구성되어 있다. 금속 전극에 전계를 가하면 막 내부의 이온 이동에 따라 막이 부분적으로 팽창하고 구부러지게 되는데, 이러한 막의 특성에 기인하여 전기장 내에서 막의 변형이 일어나게 되며 그 변형 정도는 막의 양 표면에 위치한 전극에 인가하는 전압의 크기나 주파수에 따라 조절이 가능하다. IPMC is a composite of a fluorine-substituted ionic polymer membrane and a conductive metal, and is composed of metal electrodes coated on both sides of a Nafion ™ membrane. When an electric field is applied to a metal electrode, the membrane partially expands and bends due to ion movement inside the membrane. Due to the characteristics of the membrane, the membrane is deformed in an electric field, and the degree of deformation is a voltage applied to electrodes located on both surfaces of the membrane. It can be adjusted according to the size or frequency of.

이와 같은 IPMC 제조에 있어서, 나피온막의 표면 접착력을 향상시키기 위해 일반적으로 샌드 블라스팅(sand blasting), 샌드 페이퍼(sand paper), 융을 이용한 연마 등의 전처리를 수행하지만, 이러한 표면 처리 방법으로는 균일한 표면을 얻는 것이 어렵다는 문제점이 있다.In the preparation of such IPMC, pretreatment such as sand blasting, sand paper, and melting is generally performed to improve the surface adhesion of the Nafion film. There is a problem that it is difficult to obtain one surface.

이에 본 발명자들은 선행 발명으로서 섀도 마스크를 이용한 플라즈마 공정을 통해 나피온막의 표면이 균일하게 되도록 표면 처리하는 방법을 제시한 바 있다.Accordingly, the present inventors have proposed a method of surface treatment such that the surface of the Nafion film is uniform through a plasma process using a shadow mask as a prior invention.

하지만, 섀도 마스크의 패턴과 플라즈마 처리 시간에 따라 나피온막의 표면 상태가 크게 달라질 수 있으므로, 고속, 고변위를 갖는 고분자 구동기를 제작하기 위해서는 해당 조건에 적합한 섀도 마스크 패턴 및 플라즈마 처리 시간이 결정되어야 한다. However, since the surface state of the Nafion film may vary greatly depending on the pattern of the shadow mask and the plasma treatment time, the shadow mask pattern and the plasma treatment time suitable for the conditions should be determined in order to manufacture a high speed, high displacement polymer actuator. .

따라서, 본 발명의 목적은 섀도 마스크를 이용하여 고분자막을 플라즈마 처리하는 경우 해당 고분자막에 대하여 최적의 섀도 마스크 패턴과 플라즈마 처리 시간을 결정하여 해당 고분자막이 균일한 표면을 갖도록 표면 처리하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to determine the optimum shadow mask pattern and plasma treatment time for the polymer film when the polymer film is plasma-processed using the shadow mask to surface-treat the polymer film to have a uniform surface.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고속 고분자 구동기 제작을 위한 고분자막의 표면 전처리 방법은, (a) 섀도 마스크를 이용하여 고분자막을 플라즈마 처리하는 경우, 상기 고분자막의 두께와 상기 고분자막의 양면에 형성될 금속 전극의 두께에 따라 최적의 섀도 마스크 패턴과 최적의 플라즈마 처리 시간을 결정하는 단계; 및 (b) 상기 고분자막이 균일한 표면을 갖도록 상기 결정된 최적의 섀도 마스크 패턴을 이용하여 상기 결정된 최적의 플라즈마 처리 시간 동안 상기 고분자막을 표면 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the surface pretreatment method of the polymer membrane for manufacturing the high-speed polymer actuator according to the present invention may be formed on both sides of the polymer membrane and the thickness of the polymer membrane when (a) plasma treatment of the polymer membrane using a shadow mask. Determining an optimal shadow mask pattern and an optimal plasma treatment time according to the thickness of the metal electrode; And (b) surface treating the polymer film during the determined optimal plasma treatment time using the determined optimal shadow mask pattern such that the polymer film has a uniform surface.

상기 최적의 플라즈마 처리 시간을 결정하는 단계는, 설정 가능한 범위 내에서 플라즈마 처리 시간의 초기값을 설정하는 제1 단계; 상기 설정된 플라즈마 처리 시간에 따라 상기 고분자막의 식각률 및 구동 특성을 시뮬레이션하는 제2 단계; 및 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접한지 판단하는 제3 단계; 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접한 것으로 판단되면, 상 기 설정된 플라즈마 처리 시간을 최적의 플라즈마 처리 시간으로 결정하는 제4 단계; 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 설정된 플라즈마 처리 시간을 증가 또는 감소시킨 후 다시 시뮬레이션하는 제5 단계를 포함하며, 상기 제4 단계를 통해 결정된 최적의 플라즈마 처리 시간은 1분이다.The determining of the optimal plasma processing time may include: a first step of setting an initial value of the plasma processing time within a settable range; A second step of simulating an etching rate and driving characteristics of the polymer film according to the set plasma processing time; And a third step of determining whether the etch rate and the driving characteristic value obtained through the simulation are close to the actual etch rate and the actual driving characteristic value. If it is determined that the etching rate and the driving characteristic value obtained through the simulation are close to the actual etching rate and the actual driving characteristic value, determining the set plasma processing time as an optimal plasma processing time; If it is determined that the etch rate and driving characteristic values obtained through the simulation are not close to the actual etch rate and the actual driving characteristic values, a fifth step of increasing or decreasing the set plasma processing time and then re-simulating the fourth and fourth driving characteristics may be performed. The optimum plasma treatment time determined by the step is 1 minute.

상기 최적의 섀도 마스크 패턴을 결정하는 단계는, 설정 가능한 범위 내에서 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격의 초기값을 설정하는 제1 단계; 상기 설정된 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따라 고분자막의 구동 특성을 시뮬레이션하는 제2 단계; 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접한지를 판단하는 제3 단계; 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접한 것으로 판단되면, 해당 슬릿 두께와 슬릿 간격을 가진 섀도 마스크 패턴을 최적의 섀도 마스크 패턴으로 결정하는 제4 단계; 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 설정된 슬릿 두께와 슬릿 간격을 증가 또는 감소시킨 후 다시 시뮬레이션하는 제5 단계를 포함하며, 상기 제4 단계를 통해 결정된 최적의 섀도 마스크 패턴의 슬릿 두께는 200㎛ 이고, 슬릿 간격은 100㎛ 이다.The determining of the optimal shadow mask pattern may include: a first step of setting an initial value of a slit thickness and a slit interval of the shadow mask within a settable range; A second step of simulating driving characteristics of a polymer film according to the set slit thickness and slit spacing; Determining whether the driving characteristic value obtained through the simulation is close to the actual driving characteristic value; If it is determined that the driving characteristic value obtained through the simulation is close to the actual driving characteristic value, determining a shadow mask pattern having a corresponding slit thickness and a slit interval as an optimal shadow mask pattern; If it is determined that the driving characteristic value obtained through the simulation is not close to the actual driving characteristic value, a fifth step of simulating again after increasing or decreasing the set slit thickness and slit spacing, and through the fourth step The slit thickness of the determined optimal shadow mask pattern is 200 μm and the slit gap is 100 μm.

본 발명에 따르면, 섀도 마스크를 이용하여 고분자막을 플라즈마 처리하는 경우 해당 고분자막에 대하여 최적의 섀도 마스크 패턴과 플라즈마 처리 시간을 결 정하여 해당 고분자막이 매우 균일한 표면을 갖도록 표면 처리할 수 있다.According to the present invention, when plasma treatment of a polymer film using a shadow mask, an optimum shadow mask pattern and a plasma treatment time may be determined for the polymer film so that the polymer film may be surface treated to have a very uniform surface.

따라서, 고분자막의 표면에 금속 전극을 흡착시킬 때 고분자막의 표면과 금속 전극의 흡착력이 향상되어 고분자막의 팽창과 수축이 쉽게 이루어지므로, 반응속도가 빠르며 고변위를 갖는 고분자 구동기를 제조할 수 있다.Therefore, when the metal electrode is adsorbed on the surface of the polymer membrane, the adsorption force between the surface of the polymer membrane and the metal electrode is improved, and thus the expansion and contraction of the polymer membrane is easily performed.

이하, 본 발명에 따른 고속 고분자 구동기 제작을 위한 고분자막의 표면 전처리 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a surface pretreatment method of a polymer membrane for manufacturing a high speed polymer actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 고분자막의 표면 전처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a surface pretreatment method of a polymer film according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자막의 표면 전처리 방법은, 고분자막의 두께와 그 양면에 형성될 금속 전극의 두께에 따라 최적의 플라즈마 처리 시간과 섀도 마스크 패턴을 결정하는 단계(S100~S200)를 포함한다.Referring to Figure 1, the surface pretreatment method of the polymer film according to the present invention, determining the optimal plasma treatment time and the shadow mask pattern according to the thickness of the polymer film and the metal electrode to be formed on both sides (S100 ~ S200) It includes.

본 실시예에서 상기 고분자막으로는 나피온(Napion™)막을 사용하였으며, 상기 고분자막의 양면에 형성되는 금속 전극으로는 백금 또는 금을 사용하였다.In the present embodiment, a Nafion ™ film was used as the polymer film, and platinum or gold was used as metal electrodes formed on both surfaces of the polymer film.

즉, 본 발명은 섀도 마스크를 이용하여 고분자막을 플라즈마 처리하는 경우 해당 고분자막에 대하여 최적의 섀도 마스크 패턴과 플라즈마 처리 시간을 결정하여 해당 고분자막이 균일한 표면을 갖도록 하는 것에 가장 큰 특징이 있으며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.That is, the present invention has the greatest feature in that when the plasma treatment of the polymer film using the shadow mask, the optimum shadow mask pattern and the plasma treatment time are determined for the polymer film so that the polymer film has a uniform surface. In more detail,

(1) 플라즈마 처리 시간 결정 단계(S100)(1) Plasma Processing Time Determining Step (S100)

먼저, 고분자막의 두께와 그 양면에 형성될 금속 전극의 두께가 결정되면, 플라즈마 처리 시간의 초기값을 설정한다(S110).First, when the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode to be formed on both sides is determined, the initial value of the plasma treatment time is set (S110).

여기에서, 초기값은 설정 가능한 범위 내에서 최소값 또는 최대값으로 설정할 수 있다.Here, the initial value can be set to the minimum value or the maximum value within a settable range.

다음으로, 설정된 플라즈마 처리 시간에 따라 고분자막의 식각률 및 구동 특성을 시뮬레이션한다(S130).Next, the etching rate and driving characteristics of the polymer film are simulated according to the set plasma treatment time (S130).

그 다음, 해당 플라즈마 처리 시간에 따른 고분자막의 실제 식각률 및 구동 특성값을 입력받아, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접한지를 판단한다(S150).Next, the actual etch rate and driving characteristic values of the polymer film according to the plasma treatment time are input, and it is determined whether the etch rate and driving characteristic values obtained through the simulation are close to the actual etch rate and the actual driving characteristic values (S150).

여기에서, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값과 비교하여 소정 범위 내에 있으면 근접한 것으로 판단한다.Here, it is determined that the etch rate and the driving characteristic value obtained through the simulation are close when they are within a predetermined range compared with the actual etch rate and the actual driving characteristic value.

만약 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접하면, 설정된 플라즈마 처리 시간을 최적의 플라즈마 처리 시간으로 결정한다(S170).If the etching rate and the driving characteristic value obtained through the simulation are close to the actual etching rate and the actual driving characteristic value, the set plasma processing time is determined as the optimal plasma processing time (S170).

그리고, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 식각률 및 구동 특성값이 실제 식각률 및 실제 구동 특성값에 근접하지 않으면, 플라즈마 처리 시간을 증가 또는 감소시킨 후 다시 시뮬레이션한다(S190).If the etch rate and the driving characteristic value obtained through the simulation are not close to the actual etch rate and the actual driving characteristic value, the plasma processing time is increased or decreased and then simulated again (S190).

도 2a 및 도 2b는 플라즈마 처리 시간에 따른 고분자막의 식각률을 설명하기 위한 도면이다.2A and 2B are diagrams for explaining an etching rate of a polymer film according to plasma treatment time.

도 2a에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 시간이 증가함에 따라 고분자막이 더욱 깊게 식각되며, 식각률은 대략 0.33㎛/min 인 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 2A, as the plasma treatment time increases, the polymer film is more deeply etched, and the etching rate is about 0.33 μm / min.

하지만, 도 2b에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리 시간이 소정 시간(예를 들어 1분)을 경과하는 경우에는 오히려 고분자막의 표면이 불균일하게 되는 것을 알 수 있다.However, as shown in FIG. 2B, when the plasma treatment time passes a predetermined time (for example, 1 minute), the surface of the polymer film is rather uneven.

따라서, 본 발명에서는 고분자막의 두께 및 금속 전극의 두께에 따라 최적의 플라즈마 처리 시간을 결정한 후, 결정된 플라즈마 처리 시간에 따라 고분자막을 표면 처리하여 고분자막의 표면이 균일하게 되도록 한다.Therefore, in the present invention, after determining the optimum plasma treatment time according to the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode, the polymer film is surface treated according to the determined plasma treatment time to make the surface of the polymer film uniform.

도 3은 플라즈마 처리 시간에 따른 고분자막의 변위와 구동력을 나타낸 그래프로, 실험 조건으로는 3×8㎟의 폴리머 액추에이터, 3V의 직류 전압, 0.1Hz의 주파수를 사용하였으며, 용매로는 EMIM-TfO를 사용하고 표면 코팅층으로는 실리콘을 사용하였다.Figure 3 is a graph showing the displacement and driving force of the polymer film according to the plasma treatment time, the experimental conditions were used as a polymer actuator of 3 × 8 mm 2, DC voltage of 3V, frequency of 0.1Hz, EMIM-TfO as a solvent Silicon was used as the surface coating layer.

도 3에 도시된 바와 같이, 20초에서 60초 동안의 플라즈마 표면 처리를 거친 고분자막은 팽창과 수축이 쉽게 이루어져 고변위를 가지면서 구동력이 향상되는 반면, 플라즈마 처리 시간이 소정 시간(예를 들어 1분)을 경과하는 경우에는 오히려 고분자막의 변위와 구동력이 감소되는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the polymer film that has undergone plasma surface treatment for 20 to 60 seconds is easily expanded and contracted to have high displacement while improving driving force, while the plasma treatment time is a predetermined time (for example, 1). It can be seen that the displacement and driving force of the polymer membrane are reduced when the e) is passed.

도 4는 플라즈마 처리 시간에 따른 고분자막의 금속 전극 흡착 후의 주사현미경 사진이다. 4 is a scanning micrograph after the metal electrode adsorption of the polymer film according to the plasma treatment time.

도 4를 참조하면, 20초에서 60초 동안 고분자막을 플라즈마 표면 처리한 경우, 고분자막의 표면이 매우 균일하게 되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 금속 전 극 흡착 단계에서 금속이 고분자막의 내부로 잘 확산되고 금속 환원도 균일하게 잘 이루어져, 고분자막의 표면과 금속 전극의 흡착력이 향상되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, when the surface of the polymer membrane is plasma treated for 20 to 60 seconds, it can be seen that the surface of the polymer membrane becomes very uniform. Accordingly, the metal diffuses well into the inside of the polymer membrane in the metal electrode adsorption step. It can be seen that the metal reduction is uniformly well performed, and the adsorption force between the surface of the polymer film and the metal electrode is improved.

이 때, 플라즈마 식각 장치를 이용한 실제 식각 공정시 식각 가스와 전력이 안정적으로 공급되기 위해서는 소정의 대기 시간이 필요하므로, 이를 고려하여 플라즈마 처리 시간을 대략 1분 정도로 하는 것이 바람직하다.In this case, a predetermined waiting time is required in order to stably supply the etching gas and the power in the actual etching process using the plasma etching apparatus, so that the plasma treatment time is preferably about 1 minute in consideration of this.

(2) 섀도 마스크 패턴 결정 단계(S200)(2) shadow mask pattern determination step (S200)

먼저, 고분자막의 두께와 그 양면에 형성될 금속 전극의 두께가 결정되면, 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격의 초기값을 설정한다(S210). First, when the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode to be formed on both sides is determined, the initial value of the slit thickness and the slit interval of the shadow mask is set (S210).

여기에서, 슬릿 두께와 슬릿 간격의 초기값은 설정 가능한 범위 내에서 최소값 또는 최대값으로 설정할 수 있다.Here, the initial values of the slit thickness and the slit interval can be set to the minimum value or the maximum value within a settable range.

상기 섀도 마스크는 고분자막의 선택적인 식각을 위해 금속 박막을 소정 패턴으로 절단하여 제작된 것으로, 본 발명의 이해를 돕기 위해 섀도 마스크에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.The shadow mask is manufactured by cutting a metal thin film into a predetermined pattern for selective etching of the polymer film. The shadow mask will be briefly described as follows to help understanding of the present invention.

도 5는 본 발명에 이용되는 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 섀도 마스크에 의해 식각된 고분자막을 나타낸 도면이다.5 is a view showing the slit thickness and the slit interval of the shadow mask used in the present invention, Figure 6 is a view showing a polymer film etched by the shadow mask shown in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이 섀도 마스크에는 고분자막의 식각을 위한 슬릿이 소정 두께 및 소정 간격으로 패터닝되어 있으며, 이러한 섀도 마스크를 이용하여 고분자막을 플라즈마 처리하면 도 6에 도시된 바와 같이 고분자막이 우물(trench)형태로 식각된다. As shown in FIG. 5, slits for etching the polymer film are patterned at predetermined thicknesses and at predetermined intervals in the shadow mask. When the polymer film is plasma-processed using the shadow mask, the polymer film is well as shown in FIG. 6. Etched into

이 때, 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따라 고분자막의 구동 특성이 달라지므로, 본 발명에서는 후술하는 과정을 통해 고분자막의 두께와 그 양면에 형성될 금속 전극의 두께에 따라 최적의 섀도 마스크 패턴을 결정한다.In this case, since the driving characteristics of the polymer film vary according to the slit thickness and the slit spacing of the shadow mask, in the present invention, an optimal shadow mask pattern is determined according to the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode to be formed on both surfaces thereof. Decide

다시 도 1을 참조하면, 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격의 초기값이 설정되면, 설정된 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따라 고분자막의 구동 특성을 시뮬레이션한다(S230).Referring back to FIG. 1, when the initial values of the slit thickness and the slit interval of the shadow mask are set, the driving characteristics of the polymer film are simulated according to the set slit thickness and the slit interval (S230).

그 다음, 해당 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따른 고분자막의 실제 구동 특성값을 입력받아, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접한지를 판단한다(S250).Next, the actual driving characteristic value of the polymer film according to the slit thickness and the slit interval is input, and it is determined whether the driving characteristic value obtained through the simulation is close to the actual driving characteristic value (S250).

여기에서, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값과 비교하여 소정 범위 내에 있으면 근접한 것으로 판단한다.Here, it is determined that the driving characteristic value obtained through the simulation is close when it is within a predetermined range compared with the actual driving characteristic value.

만약 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접하면, 해당 슬릿 두께와 슬릿 간격을 가진 섀도 마스크 패턴을 최적의 섀도 마스크 패턴으로 결정한다(S270).If the driving characteristic value obtained through the simulation is close to the actual driving characteristic value, the shadow mask pattern having the slit thickness and the slit spacing is determined as the optimal shadow mask pattern (S270).

그리고, 상기 시뮬레이션을 통해 얻어진 구동 특성값이 실제 구동 특성값에 근접하지 않으면, 설정된 슬릿 두께와 슬릿 간격을 증가 또는 감소시킨 후 다시 시뮬레이션한다(S290).When the driving characteristic value obtained through the simulation is not close to the actual driving characteristic value, the set slit thickness and the slit interval are increased or decreased and then simulated again (S290).

도 7은 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격을 변화시켜가면서 고분자막을 플라즈마 처리한 경우 고분자막의 표면을 나타낸 도면이며, 도 8은 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따른 고분자막의 구동 특성을 나타낸 도면이다.7 is a view showing the surface of the polymer film when the polymer film is plasma treated while changing the slit thickness and slit spacing of the shadow mask, Figure 8 is a view showing the driving characteristics of the polymer film according to the slit thickness and slit interval of the shadow mask. .

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격을 각각 50㎛/100㎛, 50㎛/150㎛, 50㎛/200㎛, 100㎛/100㎛, 150㎛/100㎛, 200㎛/100㎛으로 변화시켜 가면서 고분자막을 플라즈마 처리한 경우, 슬릿 두께와 슬릿 간격이 각각 200㎛, 100㎛일 때 고분자막의 구동력이 가장 높은 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, the slit thickness and the slit spacing of the shadow mask are 50 μm / 100 μm, 50 μm / 150 μm, 50 μm / 200 μm, 100 μm / 100 μm, 150 μm / 100 μm, respectively. In the case of plasma treatment of the polymer film while changing to 200 μm / 100 μm, it can be seen that the driving force of the polymer film is the highest when the slit thickness and the slit interval are 200 μm and 100 μm, respectively.

상기와 같은 과정을 통해 결정된 플라즈마 처리 시간과 섀도 마스크 패턴을 이용하여 고분자막을 플라즈마 표면 처리한 결과가 도 9에 도시되어 있다.9 illustrates a plasma surface treatment result of the polymer film using the plasma treatment time and the shadow mask pattern determined through the above process.

도 9는 본 발명에 따른 표면 전처리 방법을 통해 얻어진 고분자막의 주사전자현미경 사진으로, 플라즈마 처리 시간은 1 분으로 하였고, 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격은 각각 200㎛, 100㎛로 하였다.9 is a scanning electron micrograph of the polymer film obtained by the surface pretreatment method according to the present invention. The plasma treatment time was 1 minute, and the slit thickness and the slit interval of the shadow mask were 200 μm and 100 μm, respectively.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표면 전처리 공정을 거친 고분자막의 표면 상태는 매우 균일한 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 고분자막의 표면에 금속 전극을 흡착시킬 때 고분자막의 표면과 금속 전극의 흡착력이 향상되어, 고분자막의 팽창과 수축이 쉽게 이루어지므로, 반응속도가 빠르며 고변위를 갖는 고분자 구동기를 제조할 수 있다.As shown in FIG. 9, it can be seen that the surface state of the polymer membrane subjected to the surface pretreatment process of the present invention is very uniform. Accordingly, when the metal electrode is adsorbed on the surface of the polymer membrane, the adsorption force between the surface of the polymer membrane and the metal electrode is increased. Improved, since the expansion and contraction of the polymer membrane is easily made, it is possible to manufacture a polymer actuator having a high reaction rate and high displacement.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.So far, the present invention has been described based on the preferred embodiments. However, embodiments of the present invention is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments, various other Of course, the shape can be modified.

도 3은 플라즈마 처리 시간에 따른 고분자막의 변위와 구동력을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the displacement and driving force of the polymer film according to the plasma treatment time.

도 5는 본 발명에 이용되는 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격을 나타낸 도면이다.5 is a view showing the slit thickness and the slit interval of the shadow mask used in the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 섀도 마스크에 의해 식각된 고분자막을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a polymer film etched by the shadow mask illustrated in FIG. 5.

도 7은 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격을 변화시켜가면서 고분자막을 플라즈마 처리한 경우 고분자막의 표면을 나타낸 도면이다.7 is a view showing the surface of the polymer film when the polymer film is plasma-treated while changing the slit thickness and slit spacing of the shadow mask.

도 8은 섀도 마스크의 슬릿 두께와 슬릿 간격에 따른 고분자막의 구동 특성을 나타낸 도면이다.8 is a view showing the driving characteristics of the polymer film according to the slit thickness and the slit interval of the shadow mask.

도 9는 본 발명에 따른 표면 전처리 방법을 통해 얻어진 고분자막의 주사전자현미경 사진이다.9 is a scanning electron micrograph of the polymer film obtained through the surface pretreatment method according to the present invention.

Claims

In the manufacturing method of the polymer actuator comprising a metal electrode on both sides of the polymer membrane,

Surface treatment of the polymer film through a plasma process using a shadow mask to obtain a uniform surface of the polymer film, the surface treatment step

A first step of setting an initial value of the plasma treatment time according to the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode to be formed on both surfaces thereof;

A second step of simulating an etching rate and driving characteristics of a polymer film according to the set plasma processing time;

A third step of determining whether the etching rate and the driving force obtained through the simulation match the actual etching rate and the actual driving force;

A fourth step of determining the plasma processing time if it matches, and changing the initial set value to repeat the second to third steps to determine the final plasma processing time if it does not match;

A fifth step of setting the initial values of the slit thickness and the slit interval of the shadow mask according to the thickness of the polymer film and the thickness of the metal electrode to be formed on both surfaces thereof after the plasma processing time is determined;

A sixth step of simulating driving characteristics of the polymer film according to the set slit thickness and slit spacing;

A seventh step of determining whether the driving force obtained through the simulation matches the actual driving force;

An eighth step of determining the slit thickness and the slit interval of the shadow mask if they match, and repeating steps 6 to 7 by changing the initial value if the slit thickness and the slit interval of the shadow mask do not match;

Surface treatment of the polymer film through the determined shadow mask pattern and the plasma treatment time.

delete

The method of claim 1, wherein the plasma treatment time determined through the fourth step is 20 seconds to 60 seconds.

delete

The method of claim 1, wherein the slit thickness of the shadow mask pattern determined through the eighth step is 200 μm, and the slit interval is 100 μm.

The method of claim 1,

The polymer membrane is a method of manufacturing a polymer actuator, characterized in that Nafion (Nafion ™).

The method of claim 1,

Metal electrode formed on both sides of the polymer film is a method of manufacturing a polymer actuator, characterized in that the platinum or gold.