KR101587549B1 - 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터 - Google Patents

폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터 Download PDF

Info

Publication number
KR101587549B1
KR101587549B1 KR1020090011497A KR20090011497A KR101587549B1 KR 101587549 B1 KR101587549 B1 KR 101587549B1 KR 1020090011497 A KR1020090011497 A KR 1020090011497A KR 20090011497 A KR20090011497 A KR 20090011497A KR 101587549 B1 KR101587549 B1 KR 101587549B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer
pvdf
crosslinking agent
trfe
trifluoroethylene
Prior art date
Application number
KR1020090011497A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100092218A (ko
Inventor
최승태
이영관
구자춘
권종오
박수진
Original Assignee
삼성전자주식회사
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 성균관대학교산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020090011497A priority Critical patent/KR101587549B1/ko
Priority to US12/704,562 priority patent/US8552623B2/en
Publication of KR20100092218A publication Critical patent/KR20100092218A/ko
Priority to US14/017,591 priority patent/US9434801B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101587549B1 publication Critical patent/KR101587549B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18—Monomers containing fluorine
    • C08F214/22—Vinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/26—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using curing agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/304—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising vinyl halide (co)polymers, e.g. PVC, PVDC, PVF, PVDF
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B32B27/322—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins comprising halogenated polyolefins, e.g. PTFE
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18—Monomers containing fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18—Monomers containing fluorine
    • C08F214/24—Trifluorochloroethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18—Monomers containing fluorine
    • C08F214/26—Tetrafluoroethene
    • 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
    • H10N30/877—Conductive materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/10—Coating on the layer surface on synthetic resin layer or on natural or synthetic rubber layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/308—Heat stability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/3154—Of fluorinated addition polymer from unsaturated monomers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터가 개시된다. 개시된 폴리머는 가교제에 의해 가교된 폴리머로서 폴리머 액츄에이터로 사용 시 변형률이 뛰어나며 고온 환경에서 안정된 작동이 가능하다.

Description

폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터{Polymer and Polymer actuator comprising the same}
폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에이터에 관한 것으로, 모바일 기기 등에 널리 사용될 수 있으며, 폴리머 MEMS, 바이오 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
최근 폴리머 센서 및 폴리머를 이용한 액츄에이터는 다양한 분야에서의 응용 가능성이 부각되고 있다. 예를 들어, 모바일 기기용 고성능 카메라 모듈과 관련하여, 오토 포커스 및 줌 기능을 구현하기 위하여 대변위 구동 액츄에이터의 필요성이 증대되고 있다. 종래의 액츄에이터는 주로 세라믹 피에조 일렉트릭(ceramic piezoelectric) 방식으로 그 변형률(strain)이 최대 0.1% 였으나, 폴리머를 이용한 액츄에이터는 최대 약 5%의 변형률을 나타낼 수 있어 최근에는 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래의 폴리머 액츄에이터에 사용되는 강유전체 폴리머는 열가소성 수지로서 고온에서 취약한 특성을 나타냈다. 예를 들어 PVDF[poly(vinylidene fluoride)] 기반의 폴리머의 경우, 녹는점(melting temperature)이 섭씨 150~160도로서, 비교적 녹는점이 낮은 열가소성 수지이다. 따라서, 이를 포함하는 폴리머 액츄에이터의 경우, 예를 들어 섭씨 약 200 ℃ 이상의 솔더 리플로우 조건(solder reflow condition)을 견딜 수가 없어 솔더 리플로우 공정을 이용한 일괄 공정이 어려운 단점이 있다. 또한, 완화형 강유전성 폴리머 재료인 P(VDF-TrFE-CFE) [poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)] 및 P(VDF-TrFE-CTFE) [poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)]의 경우, 녹는점이 섭씨 120~130℃ 정도로 더욱 낮기 때문에 고온에서 더욱 취약한 특성을 나타낸다. 따라서, 고온 공정에서는 이들 재료를 이용한 폴리머 액츄에이터의 사용이 제한되는 문제가 있다.　
고온 공정이 가능하며, 변형률이 우수한 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에이터를 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 가교제에 의해 가교된 PVDF계 폴리머를 포함하는 폴리머에 있어서,　 상기 PVDF계 폴리머는, VDF(vinylidene-fluoride) 모노머를 포함하고, TrFE(trifluoroethylene) 또는 TFE(tetrafluoroethylene) 중 적어도 하나의 모노머를 포함하며, tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, perfluoro(methyl vinyl ether), bromotrifluoroethylene, chlorofluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, 또는 hexafluoropropylene 중 적어도 하나의 모노머를 포함하는 터폴리머인 폴리머를 제공한다.
상기 PVDF계 폴리머는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chloro trifluoro ethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chloro fluoro ethylene))일 수 있다.
상기 가교제는 EDA(ethylenediamine), IEDA(N-isopropylethylenediamine), PDA(1,3-Phenylenediamine), NDA(1,5-Naphthalenediamine) 또는 THDA(2,4,4-trimethyl-1,6-hexanediamine) 일 수 있다.
상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 10 wt.% 범위일 수 있다.
상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 5 wt.% 범위일 수 있다.
또한, 강유전 액츄에이터에 있어서,
제 1전극;
상기 제 1전극 상에 형성되며, 가교제에 의해 가교된 PVDF계 폴리머를 포함하는 폴리머층; 및
상기 폴리머층 상에 형성된 제 2전극;을 포함하는 강유전 액츄에이터를 제공한다.
상기 제 1전극 또는 제 2전극은 금속, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머로 형성된 것일 수 있다.
상기 전도성 폴리머는 PPy(polypyrrole), PEDOT(3,4-ethylen diOxy thiopene) 또는 PANI(polyaniline)일 수 있다.
PVDF계 폴리머를 가교제를 이용하여 열적 특성이 우수한 폴리머를 형성함으로써, 고온 공정에서 응용 가능성이 큰 폴리머 및 이를 이용한 폴리머 액츄에이터를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 폴리머(polymer) 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에이터에 대해 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 도면에 도시된 각각 층 또는 영역들의 두께 및 폭은 설명을 위하여 과장되게 도시한 것임을 명심하여야 한다.
도 1는 본 발명의 실시예에 의한 폴리머를 포함하는 폴리머 액츄에이터를 나 타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 제 1전극(10) 상에 폴리머층(12)이 형성되어 있으며, 폴리머층(12) 상에 제 2전극(14)이 형성되어 있다.
제 1전극(10) 및 제 2전극(14)은 통상의 반도체 소자에 전극 물질로 사용되는 금속 또는 전도성 금속 산화물이 포함되어 형성된 것일 수 있으며, PPy(polypyrrole), PEDOT(3,4-ethylen diOxy thiopene) 또는 PANI(polyaniline) 등의 전도성 폴리머로 형성된 것일 수 있다.
폴리머층(12)은 본 발명의 실시예에 의한 폴리머로 형성될 수 있으며, PVDF[poly(vinylidene fluoride)]계 폴리머 재료를 가교제(cross-linking agent)에 의해 가교시킨 폴리머 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
구체적으로 PVDF계 폴리머 재료는 첫째, VDF(vinylidene-fluoride) 모노머(monomer)를 포함하고, 둘째, TrFE(trifluoroethylene) 또는 TFE(tetrafluoroethylene) 중 적어도 하나의 모노머를 포함하며, 셋째, tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, perfluoro(methyl vinyl ether), bromotrifluoroethylene, chlorofluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, 또는 hexafluoropropylene 중 적어도 하나의 모노머를 포함하는 터폴리머(terpolymer) 일 수 있다. 예를 들어, PVDF계 터폴리머로　 P(VDF(vinylidene-fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chlorotrifluoroethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene-fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chlorofluoroethylene)) 등이 있다.
PVDF계 터폴리머 자체로 폴리머 액츄에이터의 폴리머층(12)으로 사용될 경 우, 열적 안정성이 낮으며, 각종 솔벤트(solvent)에 쉽게 용해될 수 있어 내화학성이 좋지 않다. 따라서, 열적 안정성 등을 향상시키기 위하여 가교제를 이용하여 PVDF계 터폴리머를 가교시킨 상태로 폴리머층(12)을 형성한다.
가교제는 EDA(ethylenediamine), IEDA(N-isopropylethylenediamine), PDA(1,3-Phenylenediamine), NDA(1,5-Naphthalenediamine) 또는 THDA(2,4,4-trimethyl-1,6-hexanediamine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 폴리머 액츄에이터의 구동 원리를 설명하면 다음과 같다. 폴리머층(12)은 그 내부에 강유전 도메인(ferroelectric domain)이 형성되어 있다. 만일 폴리머층(12) 양쪽의 제 1전극(10) 및 제 2전극(14)을 통하여 전압을 인가하면, 폴리머층(12) 내부의 강유전 도메인의 분극에 변화가 발생하며, 강유전 도메인의 형태적 변화가 유도된다. 이에 따라, 폴리머층(12) 전체의 형태적 변형이 발생하여, 폴리머 액츄에이터 전체적으로 한쪽 방향으로 변형이 유도된다. 이와 같은 폴리머 액츄에이터의 변형 방향은 인가 전압 방향에 따라 선택적으로 조절될 수 있다.　
이하, 도 2를 참조하여 폴리머의 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 강유전 폴리머의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 PVDF계 폴리머 재료를 용매에 투여하고 교반을 실시하여 폴리머 용액을 형성한다. PVDF계 폴리머 재료로는 예를 들어, P(VDF-TrFE- CTFE) 또는 P(VDF-TrFE-CFE) 등의 터폴리머를 사용할 수 있으며, 도 3a에서는 P(VDF-TrFE-CFE)의 화학 구조식을 나타내었다. 여기서, 용매로는 MIBK(methyl isobutyl ketone) 또는 MEK(methyl ethyl ketone) 등을 사용할 수 있으며, 예를 들어 5wt.%의 PVDF계 폴리머를 용매에 투입하고, 용액 상태로 상온 또는 열을 가하면서 수 내지 수십 시간 동안 교반(mixing)을 실시한다.
그리고, 폴리머 용액에 가교제를 첨가한다. 가교제로는 EDA(ethylenediamine), IEDA(N-isopropylethylenediamine), PDA(1,3-Phenylenediamine, NDA(1,5-Naphthalenediamine) 또는 THDA(2,4,4-trimethyl-1,6-hexanediamine) 등을 사용할 수 있으며, 가교제의 함량(C)은 0 < C(weight percent) ≤ 10 wt.%의 함량으로　 이하로 투입할 수 있으며, 열적 안정성 및 액츄에이터의 변형량의 최적 조건을 고려하면 0 < C ≤ 5 wt.%의 함량으로 투입할 수 있다. 예를 들어, 2wt.%의 TFDA를 투입하여 상온에서 2시간 동안 교반 공정을 실시한다. 도 3b는 가교제로 사용되는 THDA의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.
다음으로, 가교제가 첨가된 폴리머 용액으로 필름을 제작한다. 예를 들어, 솔루션 캐스팅(solution casting) 방법으로 필름 형태로 형성한 뒤, 상온에서 수시간 동안 용매를 증발시키고, 섭씨 약 100~200도의 온도 범위의 오븐(oven)에서 열적 가교를 행한다. 이로서 가교제에 의해 가교된 PVDF계 폴리머를 형성할 수 있다. 도 3c는 THDA에 의해 가교된 P(VDF-TrFE-CFE)의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.
필름을 제작한 뒤, PVDF계 폴리머의 가교 여부를 확인한다. PVDF계 폴리머의 가교 여부를 확인하기 위하여 DSC(differential scanning calorimeter) 분석, DMA(dynamic mechanical analysis) 분석 및 용해도 시험(solubility test)을 실시할 수 있다. 예를 들어, DSC 분석의 경우, 초기 상태의 PVDF 폴리머와 가교된 PVDF 폴리머의 DSC peak의 결정양(△H)을 비교하면, 가교된 상태에서의 결정양의 값이 상대적으로 작아지게 된다. 이는 가교제에 의해 PVDF 폴리머가 가교 상태가 되면, 사슬간에 서로 얽히기 때문이다. DMA 분석의 경우, 초기 상태의 PVDF계 폴리머와 가교된 상태의 PVDF계 폴리머의 유리 전이 온도(glass transition temperature : Tg)를 비교해보면, 가교된 상태의 경우 Tg가 상승한다. 그리고, 손실 탄성률(loss modulus) 및 저장 탄성률(storage modulus)을 비교하면, 가교된 상태의 PVDF 폴리머의 경우, 초기 상태의 PVDF에 비해 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 가교 전후의 PVDF계 폴리머(P(VDF-TrFE-CTFE))에 대한 DSC 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4a는 가교 전의 PVDF계 폴리머 필름에 대한 DSC 분석 그래프를 나타낸 도면이며, 도 4b는 가교 후의 PVDF 폴리머 필름에 대한 DSC 분석 그래프를 나타낸 도면이다. 여기서, 사용된 시편의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다. PVDF계 폴리머로는 P(VDF-TrFE-CTFE)를 사용하였으며, 용매로 MIBK를 사용하였다. 5wt.%의 P(VDF-TrFE-CTFE)를 MIBK에 투입하여 상온에서 48시간 동안 교반한 뒤, 가교제로 THDA 2.0wt.%를 PVDF계 용액에 첨가하여 상온에서 2시간 동안 교반을 실시하였다. 그리고, 가교제가 포함된 PVDF계 용액으로 필름을 제작하여 상온에서 6시간 동안 용매를 증발시킨 뒤, 섭씨 170도의 진공 오븐에서 약 30분 동안 열적 가교를 행하였다. 이러한 과정을 거쳐 형성한 PVDF계 폴리머에 대해 가교 여부를 확인을 하기 위해 DSC로 열량변화를 측정하였다. 질소 분위기 하에서 승온속 도는 10 ℃/min으로 고정시켰으며, 섭씨 25도 내지 150도의 온도 범위에서의 DSC를 측정하였다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 가교 전의 PVDF계 폴리머(P(VDF-TrFE-CTFE)) 필름의 결정양이 -53.33 mJ였으나, 2.0 wt.% THDA에 의해 가교된 PVDF계 폴리머 필름의 경우 결정양이 -4.399 mJ임을 확인할 수 있다. 이와 같이 DSC 측정 결과로부터 얻은 Tm 픽(peak)에서 픽이 형성하는 면적을 계산하여 결정양, 즉 열량(△H)을 분석하면, 가교된 PVDF계 폴리머 필름의 경우 결정양의 값이 작아지는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로 가교 공정이 잘 이루어졌음을 확인 할 수 있다. 가교 공정이 진행되면, 사슬 간에 서로 얽혀 결정이 생기면서, 반응열이 감소하게 되기 때문이다.　
그리고, PVDF계 폴리머의 가교 여부를 확인하기 위하여　 용해도 시험(solubility test)를 실시할 수 있다. 가교가 되면 화학 구조 내의 사슬과 사슬 사이가 얽히기 때문에 가교 공정시 사용한 용매에 사슬이 풀어지지 않게된다. 가교된 PVDF계 폴리머를 MIBK 또는 MEK와 같은 용매에 투입하는 경우, 잘 녹지 않는 것을 관찰할 수 있으며, 이에 따라, 가교 공정이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
추가적으로 가교된 PVDF계 폴리머의 양측면에 대해 전극 형성 공정을 실시하면 강유전 폴리머 액츄에이터를 형성할 수 있다. 전극 형성 공정은 통상적인 증착 공정을 통하여 금속 또는 전도성 금속 산화물 등을 가교된 PVDF계 폴리머 양면에 형성할 수 있다.
도 5a는 THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 가교제를 포함하지 않은(TMDA 0.0wt%) P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터에 비하여, 가교제 THDA를 2.0 wt.% 넣어 가교한 폴리머 액츄에이터의 성능은 약 30 % 가량 향상됨을 알 수 있다.
도 5b 및 도 5c는 THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 고온 내열 특성을 알아보기 위해, 제작된 폴리머 액츄에이터를 각각 섭씨 약 225도 및 250도의 오븐(oven)에서 약 1분간 온도 이력을 겪게한 후 성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5b를 참조하면, 섭씨 약 225도에서 1분간 온도 이력 후 성능의 변화는 크지 않으나, 가교제를 포함하지 않은 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 산포가 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이는 가교제를 포함하지 않은 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터가 열에 매우 취약하기 때문인 것을 알 수 있다.
도 5c를 참조하면, 섭씨 약 250도에서 1분간 온도 이력 후에는 가교제 포함 여부에 상관없이 전체적인 성능 저하는 발생하지만, THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 경우 성능 저하 및 산포가 훨씬 작음을 알 수 있다.
결과적으로 THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터가 가교되지 않은 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터에 비해 상온 및 고온 이력 후 구동 성능이 보다 우수함을 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.　 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기 재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1는 본 발명의 실시예에 의한 폴리머를 포함하는 폴리머 액츄에이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 폴리머의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3a는 PVDF계 폴리머인 P(VDF-TrFE-CFE)의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.
도 3b는 가교제로 사용되는 THDA의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.
도 3c는 THDA에 의해 가교된 P(VDF-TrFE-CFE)의 화학 구조식을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 가교 전후의 PVDF계 폴리머(P(VDF-TrFE-CTFE))에 대한 DSC 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5b 및 도 5c는 THDA로 가교된 P(VDF-TrFE-CFE) 폴리머 액츄에이터의 고온 내열 특성을 알아보기 위해, 제작된 폴리머 액츄에이터를 각각 섭씨 약 225도 및 250도의 오븐(oven)에서 약 1분간 온도 이력을 겪게한 후 성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
<　도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10... 제 1전극　　　　　　　　　　　　　　　　　　 12... 폴리머층
14... 제 2전극

Claims (13)

  1. 가교제에 의해 가교된 PVDF계 폴리머를 포함하는 폴리머에 있어서,　
    상기 PVDF계 폴리머는, VDF(vinylidene-fluoride) 모노머를 포함하고, TrFE(trifluoroethylene) 또는 TFE(tetrafluoroethylene) 중 적어도 하나의 모노머를 포함하며, tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, perfluoro(methyl vinyl ether), bromotrifluoroethylene, chlorofluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, 또는 hexafluoropropylene 중 적어도 하나의 모노머를 포함하는 터폴리머이며,
    상기 가교제는 EDA(ethylenediamine), IEDA(N-isopropylethylenediamine), PDA(1,3-Phenylenediamine), NDA(1,5-Naphthalenediamine) 또는 THDA(2,4,4-trimethyl-1,6-hexanediamine)인 폴리머.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chloro trifluoro ethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chloro fluoro ethylene))인 폴리머.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 10 wt.% 범위인 폴리머.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 5 wt.% 범위인 폴리머.
  6. 제 1전극;
    상기 제 1전극 상에 형성되며, 가교제에 의해 가교된 PVDF계 폴리머를 포함하는 폴리머층; 및
    상기 폴리머층 상에 형성된 제 2전극;을 포함하며,
    상기 PVDF계 폴리머는, VDF(vinylidene-fluoride) 모노머를 포함하고, TrFE(trifluoroethylene) 또는 TFE(tetrafluoroethylene) 중 적어도 하나의 모노머를 포함하며, tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, perfluoro(methyl vinyl ether), bromotrifluoroethylene, chlorofluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, 또는 hexafluoropropylene 중 적어도 하나의 모노머를 포함하는 터폴리머이며,
    상기 가교제는 EDA(ethylenediamine), IEDA(N-isopropylethylenediamine), PDA(1,3-Phenylenediamine), NDA(1,5-Naphthalenediamine) 또는 THDA(2,4,4-trimethyl-1,6-hexanediamine)인 폴리머 액츄에이터.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chloro trifluoro ethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chloro fluoro ethylene))인 폴리머 액츄에이터.
  9. 삭제
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머 내의 상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 10 wt.% 범위인 폴리머 액츄에이터.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머 내의 상기 가교제의 함량(C)은 0 < C ≤ 5 wt.% 범위인 폴리머 액츄에이터.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1전극 또는 제 2전극은 금속, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머로 형성된 폴리머 액츄에이터.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머는 PPy(polypyrrole), PEDOT(3,4-ethylen diOxy thiopene) 또는 PANI(polyaniline)인 폴리머 액츄에이터.
KR1020090011497A 2009-02-12 2009-02-12 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터 KR101587549B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090011497A KR101587549B1 (ko) 2009-02-12 2009-02-12 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터
US12/704,562 US8552623B2 (en) 2009-02-12 2010-02-12 Polymer and polymer actuator comprising the same
US14/017,591 US9434801B2 (en) 2009-02-12 2013-09-04 Polymer and polymer actuator comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090011497A KR101587549B1 (ko) 2009-02-12 2009-02-12 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100092218A KR20100092218A (ko) 2010-08-20
KR101587549B1 true KR101587549B1 (ko) 2016-01-21

Family

ID=42539841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090011497A KR101587549B1 (ko) 2009-02-12 2009-02-12 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터

Country Status (2)

Country Link
US (2) US8552623B2 (ko)
KR (1) KR101587549B1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101587549B1 (ko) * 2009-02-12 2016-01-21 삼성전자주식회사 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터
US9099661B2 (en) 2011-04-07 2015-08-04 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York OFET including PVDF-TRFE-CFE dielectric
KR20130101833A (ko) * 2012-03-06 2013-09-16 삼성전자주식회사 Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법
KR101983858B1 (ko) 2012-10-25 2019-05-30 삼성디스플레이 주식회사 층 사이의 간격을 조절할 수 있는 디스플레이 장치
EP2960280A1 (en) * 2014-06-26 2015-12-30 E.T.C. S.r.l. Photocrosslinkable compositions, patterned high k thin film dielectrics and related devices
EP3282494B1 (en) 2016-08-11 2020-07-22 Postech Academy-Industry Foundation Electroactive actuator, mechanical device including the same, and polymer electrolyte
US10658565B2 (en) * 2016-08-29 2020-05-19 The Boeing Company Actuator assemblies, mechanical assemblies including the actuator assemblies, and methods of fabricating the same
KR102596288B1 (ko) 2016-11-29 2023-10-30 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 그를 포함하는 표시 장치
EP3490039B1 (en) * 2017-03-22 2020-08-19 LG Chem, Ltd. Electrode for solid state battery and method for manufacturing the same
WO2018232394A1 (en) 2017-06-16 2018-12-20 Carrier Corporation Electrocaloric heat transfer system comprising copolymers
FR3068976B1 (fr) * 2017-07-17 2020-05-29 Arkema France Fabrication de films par reticulation de polymeres fluores electroactifs
US10719474B2 (en) * 2017-10-11 2020-07-21 Samsung Electronics Co., Ltd. System and method for providing in-storage acceleration (ISA) in data storage devices
GB201801230D0 (en) 2018-01-25 2018-03-14 Univ Leuven Kath Cross-linked nanofiltration membranes
CN112300314B (zh) * 2019-07-25 2021-12-24 中昊晨光化工研究院有限公司 一种四氟乙烯改性氟橡胶及其制备方法
IL296640A (en) * 2020-06-30 2022-11-01 Novocure Gmbh Flexible transducer arrays with a polymeric insulating layer for placement of tumor therapeutic fields

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080154004A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Ronald Earl Uschold Crosslinkable Vinyl Fluoride Copolymers
WO2009005555A2 (en) * 2007-04-11 2009-01-08 The Penn State Research Foundation Methods to improve the efficiency and reduce the energy losses in high energy density capacitor films and articles comprising the same

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4375505A (en) * 1981-10-22 1983-03-01 Eastman Kodak Company Fuser member
US4569978A (en) * 1984-07-25 1986-02-11 Pennwalt Corporation Emulsion polymerization of vinylidene fluoride polymers in the presence of trichlorofluoromethane as chain transfer agent
JP2773215B2 (ja) * 1989-04-07 1998-07-09 ダイキン工業株式会社 高分子誘電体材料
IT1265067B1 (it) * 1993-05-18 1996-10-30 Ausimont Spa Processo di (co)polimerizzazione in emulsione acquosa di monomeri olefinici fluorurati
US6067438A (en) * 1998-09-18 2000-05-23 Eastman Kodak Company Fuser member with fluoro-silicone IPN network as functional release agent donor roller
US6075966A (en) * 1998-09-18 2000-06-13 Eastman Kodak Company Release agent donor member with fluorosilicone interpenetrating network
US6680357B1 (en) * 1999-07-14 2004-01-20 Atofina Chemicals, Inc. Crosslinkable aqueous fluoropolymer based dispersions
US20030166773A1 (en) * 2002-03-01 2003-09-04 Industrial Technology Research Institute Fluoropolymer composite with high ionic conductivity
KR20060123376A (ko) * 2003-12-22 2006-12-01 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 강유전성 중합체 층의 패턴화 방법
US7220807B2 (en) * 2004-02-17 2007-05-22 Penn State Research Foundation Process of preparing functional fluoropolymers
US20060147730A1 (en) * 2004-09-24 2006-07-06 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Adhesion promoter for ferroelectric polymer films
JP2009522775A (ja) 2005-12-28 2009-06-11 ザ・ペン・ステート・リサーチ・ファンデーション 誘電体として特殊なポリビニリデンフルオライドコポリマーおよびターポリマーを備える高い放電速度と高効率を有する高電気エネルギー密度ポリマーコンデンサ
US20080058454A1 (en) * 2006-04-27 2008-03-06 Tze-Chiang Chung Chain-End Functionalized Fluoropolymers for the Preparation of Fluorpolymer/Clay Nanocomposites with Exfoliated Structure
US7842390B2 (en) * 2006-10-03 2010-11-30 The Penn State Research Foundation Chain end functionalized fluoropolymers having good electrical properties and good chemical reactivity
US7719167B2 (en) * 2007-05-14 2010-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Electroactive polymer actuator and manufacturing method thereof
US8480917B2 (en) * 2008-12-12 2013-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid electrolyte polymer, polymer actuator using cross-linked polyvinylidene fluoride-based polymer, and method of manufacturing the polymer actuator
KR101587549B1 (ko) * 2009-02-12 2016-01-21 삼성전자주식회사 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080154004A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Ronald Earl Uschold Crosslinkable Vinyl Fluoride Copolymers
WO2009005555A2 (en) * 2007-04-11 2009-01-08 The Penn State Research Foundation Methods to improve the efficiency and reduce the energy losses in high energy density capacitor films and articles comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
US8552623B2 (en) 2013-10-08
KR20100092218A (ko) 2010-08-20
US20100201227A1 (en) 2010-08-12
US9434801B2 (en) 2016-09-06
US20140001924A1 (en) 2014-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101587549B1 (ko) 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터
EP2202265B1 (en) Electrolyte polymer film, polymer actuator using cross-linked PVDF-based polymer, and method of manufacturing the polymer actuator
Wang et al. Design, synthesis and processing of PVDF‐based dielectric polymers
Lu et al. Structural Dependence of Phase Transition and Dielectric Relaxation in Ferroelectric Poly (vinylidene fluoride− chlorotrifluoroethylene− trifluoroethylene) s
KR101603772B1 (ko) 고체 전해질 폴리머, 가교된 ｐｖｄｆ계 폴리머를 이용한 폴리머 액츄에이터 및 이의 제조 방법
Capsal et al. Enhanced electrostriction based on plasticized relaxor ferroelectric P (VDF‐TrFE‐CFE/CTFE) blends
US20110082271A1 (en) Vinylidene fluoride and trifluoroethylene containing polymers
WO2011008940A1 (en) Polymer blends of electrostrictive terpolymer with other polymers
KR102460469B1 (ko) 전기활성 터폴리머를 기반으로 한 조성물
KR20080083325A (ko) 유전 물질로서 독특한 폴리(비닐리덴 플루오라이드)공중합체 및 3원 공중합체에 기초한, 빠른 방전 속도 및높은 효율을 갖는 고 전기 에너지 밀도 중합체 축전지
KR102073052B1 (ko) 필름
US20210126188A1 (en) Piezoelectric film, preparation method thereof and piezoelectric film sensor
KR20130089207A (ko) 전도성 고분자 블랜드 조성물 및 이의 제조 방법
JP6336571B2 (ja) 弱電場の作用下で分極可能な複合材料の製造方法
Garrett et al. Electrostrictive behavior of poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)
TWI637986B (zh) 可拉伸之電晶體元件
Li et al. Thermal characterization of a series of poly (vinylidenefluoride–chlorotrifluoroethylene–trifluoroethylene) terpolymer films
Xia et al. Manipulating dielectric properties by modifying molecular structure of polymers
CN111315817B (zh) 一种电活性含氟聚合物组合物、配制品、膜、电子装置及场效应有机晶体管
Liu et al. Influence of the crystallization on the molecular mobility and ionic DC conductivity behaviors of relaxor ferroelectric P (VDF‐TrFE‐CTFE) terpolymers
Raman Venkatesan et al. Tuning the Relaxor–Ferroelectric Properties of Poly (vinylidene fluoride–trifluoroethylene–chlorofluoroethylene) Terpolymer Films by Means of Thermally Induced Micro-and Nanostructures
Zhao et al. Dielectric and energy storage properties of the heterogeneous P (VDF-HFP)/PC composite films
Kim et al. Fabrication and characterization of ferroelectric multilayered films fabricated by using solvent blending
Wang et al. Multiple relaxation in uniaxially stretched P (VDF-TrFE) films after crosslinking
JP2010210400A (ja) 異常高温検出用素子、およびそれを備える異常高温検出用装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181220

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191217

Year of fee payment: 5