KR101761055B1 - Manufacturing method of electro active polymer soft actuator by h-BN - Google Patents
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- F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
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Abstract
본발명은 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 관한 것으로,
액상 nafion 용액을 틀에 붓는 단계;
액상 nafion의 용제가 증발하도록 상온에서 건조시키는 단계;
틀에서 분리하는 단계;
열처리하여 기계적 강도를 증가시키는 단계;
용액 내에서 끓여서 이온성 고분자 층(3)을 형성하는 단계;
이온성 고분자 층(3) 아래, 위로 각각 h-BN층(2)을 전이시키는 단계;
를 포함하는 것으로,
본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 의하여 제조된 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기는 조밀한 판상구조를 가지고 유전 상수가 작은 h-BN을 이온성 고분자 층을 덮는 층으로 사용함으로써 이온성 고분자 내부 수분이 금속전극의 크랙을 통해 빠져나가는 자연 증발 감소 효과를 가지며, 유전체의 삽입으로 유발될 수 있는 전계감소 효과가 미미하여 기존의 금속 전극을 사용한 IPMC와 유사한 구동 변위, 구동력을 가지면서 장시간 운전에 대한 안정성이 향상된 구동기 제작이 가능하다.
또한, 좋은 절연특성을 가지는 h-BN을 사용함으로써 향후 적층형 IPMC 개발에 유리하다는 현저한 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an electroactive polymer flexible actuator using h-BN,
Pouring the liquid nafion solution into a mold;
Drying at room temperature so that the solvent of the liquid naphion evaporates;
Separating from the frame;
Heat treating to increase the mechanical strength;
Boiling in a solution to form an ionic polymer layer (3);
Transferring the h-BN layer (2) under and over the ionic polymer layer (3), respectively;
And,
The electroactive polymer flexible actuator using the h-BN produced by the method for producing an electroactive polymer flexible actuator using the h-BN of the present invention is characterized in that h-BN having a dense plate- Layer, it has a natural evaporation reducing effect that the water inside the ionic polymer passes through the crack of the metal electrode, and the effect of reducing the electric field caused by inserting the dielectric is insignificant. Therefore, the displacement displacement similar to that of the IPMC using the conventional metal electrode, It is possible to manufacture a driver having driving force and improved stability against long-time operation.
In addition, the use of h-BN having good insulating properties has a remarkable effect that it is advantageous for future development of a layered IPMC.
Description
본 발명은 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온성 고분자 층 아래, 위로 각각 h-BN층을 전이(transfer)시키는 것을 특징으로 하는 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electroactive polymer flexible actuator using h-BN, and more particularly, to a method for manufacturing an electroactive polymer flexible actuator using h-BN, which comprises transferring an h- To a method of manufacturing an electroactive polymer flexible actuator.
일반적으로 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0001166호의 전기활성고분자 구동기에 의하면, 최근 몇 년 동안, 전기활성고분자(Electro-Active Polymer, EAP)는 경량성과 신축성 때문에 많은 공학 분야에서 연구되었다. 이온 폴리머 금속 복합물(Ionic Polymer-Metal Composite, IPMC)은 낮은 전기 구동 포텐셜과, 큰 변형과 경량으로 가장 인기 있는 전기활성고분자 구동기 중 하나이다. 이러한 이온 폴리머 금속 복합물은 생체의학과 로보틱스 공학의 많은 분야에서 구동기 또는 센서로서 아주 매력적이다.In recent years, electro-active polymers (EAP) have been studied in many engineering fields due to their light weight and elasticity, according to electroactive polymer actuators disclosed in commonly-assigned Published Unexamined Patent Application No. 10-2012-0001166. Ionic Polymer-Metal Composite (IPMC) is one of the most popular electroactive polymer actuators with low electrical drive potential, large strain and light weight. Such ion polymer metal composites are very attractive as actuators or sensors in many fields of biomedical and robotics engineering.
종래기술로서 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0001166호의 전기활성고분자 구동기에 의하면, 이온교환 고분자 재료와, 상기 이온교환 고분자 재료의 표면에 서로 이격되어 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기라고 기재되어 있다.According to the prior art, the electroactive polymer actuator of Patent Publication No. 10-2012-0001166 includes an ion-exchange polymer material and two or more pairs of surface electrodes formed on the surface of the ion-exchange polymer material so as to be spaced apart from each other Is referred to as an " electroactive polymer actuator "
다른 종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-1384772호의 전기 활성 고분자 작동기의 제조 방법에 의하면, As another prior art, according to the method of manufacturing an electroactive polymer actuator of Patent Registration No. 10-1384772,
a) 방향족 디아민계 모노머와 방향족 무수물계 모노머를 반응시켜 카르복실기를 포함하는 고분자 전구체를 합성하는 단계;a) synthesizing a polymer precursor containing a carboxyl group by reacting an aromatic diamine-based monomer with an aromatic anhydride-based monomer;
b) 상기 고분자 전구체와 금속염 화합물을 반응시켜 양이온 교환을 수행하는 단계; 및b) performing a cation exchange by reacting the polymer precursor with a metal salt compound; And
c) 상기 양이온 교환을 통해 얻어진, 금속 이온이 포함된 고분자 전구체를 150 ℃ 이상에서 열처리하여 고분자 전구체의 이미드화 반응과 동시에 상기 금속 이온을 환원시키는 단계; 를 포함하고,c) heat treating the polymer precursor containing the metal ion obtained through the cation exchange at 150 ° C or higher to reduce the metal ion simultaneously with the imidization reaction of the polymer precursor; Lt; / RTI >
상기 a) 단계의 방향족 디아민계 모노머로는 설폰화된 방향족 디아민계 모노머와 비설폰화된 방향족 디아민계 모노머를 함께 사용하며, 상기 설폰화된 방향족 디아민계 모노머는 2,2-벤즈인딘디설포닉 에시드(2,2-benzidinedisulfonic acid, BDSA), 4,4'-디아미노 바이페닐-2,2'-디설포닉 에시드(BDSA), 2,4-디아미노벤젠설포닉 에시드(2,5-DASA), 3,5-디아미노 벤젠설포닉 에시드(3,5-DASA), 4,4'-설포닉 디아민(4,4'-DDS), 3,3'-설포닉 디아민(3,3'-DDS), 9,9-비스(4-아미노페닐)플로오린-2,7-디설포닉 에시드(BAPFDS), 및 2,4-디아미노벤젠 설포닉 에시드(2,4-DABSA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 비설폰화된 방향족 디아민계 모노머는 3,5-디아미노벤조익 에시드(3,5-DABA), 4,4'-옥시디페닐렌 디아민(4,4'-oxydianiline, 4,4'-ODA), 3,4'-옥시디페닐렌 디아민(3,4-ODA), 1,4-페닐렌 디아민(PDA), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(TPE-Q), 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(TPE-R), 4,4'-비스(4-아미노페녹시)-바이페닐, 탄소수4 내지 10의 디아미노 알칸(H2N∼(CH)ℓ∼NH2, 여기서, ℓ= 4 내지 10)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, As the aromatic diamine-based monomer in the step a), a sulfonated aromatic diamine-based monomer and a non-sulfonated aromatic diamine-based monomer are used together, and the sulfonated aromatic diamine-based monomer is 2,2-benzindinedisulfone acid (BDSA), 2,4-diaminobenzenesulfonic acid (2,5-DASA), 2,2-benzodinedisulfonic acid (BDSA), 4,4'-diaminobiphenyl- , 3,5-diaminobenzenesulfonic acid (3,5-DASA), 4,4'-sulfonic diamine (4,4'-DDS), 3,3'-sulfonic diamine DDS), 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorine-2,7-disulphonic acid (BAPFDS), and 2,4-diaminobenzenesulphonic acid Wherein the unsulfonated aromatic diamine-based monomer is at least one selected from the group consisting of 3,5-diaminobenzoic acid (3,5-DABA), 4,4'-oxydianiline, 4,4'-ODA), 3,4'-oxydiphenylenediamine (3,4-ODA), 1,4-phenylenediamine (PDA) (4-aminophenoxy) benzene (TPE-Q), 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (TPE-R), 4,4'- , A diaminoalkane having 4 to 10 carbon atoms (H2N to (CH) 1 to NH2, wherein? = 4 to 10)
상기 a) 단계의 방향족 무수물계 모노머는 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 이무수물(6FDA), 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 이무수물(2.2-bis(3.4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride, 6FDA), 피로펠리트산 이무수물(PMDA), 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA), 4,4'-옥시디프탈산 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물(3,3',4,4'- Benzophenonetetracarboxylic dianhydride, BTDA), 3,3',4,4'-디페닐설폰테트라카르복실산 이무수물, 및 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTDA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며,The aromatic anhydride monomer in step a) may be at least one selected from the group consisting of 4,4 '- (hexafluoroisopropylidene) diphthalic dianhydride (6FDA), 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (BPDA), 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (BPDA), 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, BTDA), 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic acid dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTDA), and 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride Or more,
상기 b) 단계의 금속염 화합물은 실버 나이트레이트(silver nitrate, AgNO3), 실버 플루오라이드(silver fluoride, AgF), 디암미노 실버 하이드록사이드(diammino silver hydroxide, (NH2)2AgOH), 포타슘테트라플레티네이트(K2PtCl4), 테트라아민플래티늄(Ⅱ) 나이트레이트(Pt(NH3)4(NO3)2), 염화금산 (HAuCl4), 염화금 (AuCl3), 아황산금나트륨(Na3Au(SO3)2), 염화팔라듐 (PdCl2), 테트라암민팔라듐 디클로라이드(Pd(NH3)4Cl2), 디암민디클로로팔라듐(Pd(NH3)2Cl2), 및 염화팔라듐산(H2PdCl6)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며,The metal salt compound of step b) may be selected from the group consisting of silver nitrate (AgNO3), silver fluoride (AgF), diammino silver hydroxide (NH2) 2AgOH, potassium tetrapretinate (K2PtCl4), tetraamine platinum (II) nitrate (Pt (NH3) 4 (NO3) 2), HAuCl4, AuCl3, sodium sulfite Na3Au (SO3) 2, palladium chloride ), Tetraammine palladium dichloride (Pd (NH3) 4Cl2), diaminodichloropalladium (Pd (NH3) 2Cl2), and palladium chloride (H2PdCl6)
상기 a) 단계에서 방향족 디아민계 모노머와 방향족 무수물계 모노머는 25 내지 100 ℃의 조건 하에서 반응시키는 전기 활성 고분자 작동기의 제조 방법이라고 공개되어 있다.In the step a), the aromatic diamine-based monomer and the aromatic anhydride-based monomer are reacted at a temperature of 25 to 100 ° C to produce an electroactive polymer actuator.
기존 IPMCs는 단점이 많으며, 예를 들어, IPMCs의 이온성 고분자 층에서 자연증발과 인가된 전압에의 한 전기분해로 인해 이온성 고분자 층의 수분이 금속전극의 크랙을 통해 빠져나가고 결과적으로 IPMCs의 구동 특성이 감소하며 straightening-back 현상 등이 유발될 수 있다.Existing IPMCs have many disadvantages. For example, natural evaporation and electrolysis by applied voltage in the ionic polymer layer of IPMCs causes the moisture of the ionic polymer layer to escape through the cracks of the metal electrode, Driving characteristics may be reduced and a straightening-back phenomenon may be induced.
또한, 기존 IPMCs의 경우 구동력을 향상시키기 위해 구조적으로는 이온성 고분자 층의 두께를 두껍게 설계할 필요성이 있으나, 이온성 고분자 층의 두께 증가는 이온성 고분자 내부에서 동일 전압대비 낮은 전계형성과 소자의 무게증가로 인해 구동 변위가 대폭 감소될 가능성이 있다.In the case of conventional IPMCs, the thickness of the ionic polymer layer needs to be structurally increased in order to improve the driving power. However, the increase in the thickness of the ionic polymer layer may cause a decrease in the electric field within the ionic polymer, There is a possibility that the driving displacement is greatly reduced due to the increase in weight.
또한, 기존 IPMCs의 경우 구동력을 향상시키기 위해 구조적으로는 적층형 IPMCs 개발을 할 필요성이 있으나, 적층형 IPMCs에 필요한 절연체 층으로 사용할 적절한 절연물질의 선정이 어렵다는 단점이 있다.In addition, in the case of existing IPMCs, it is necessary to develop multilayer IPMCs structurally in order to improve the driving power. However, it is difficult to select an appropriate insulating material to be used as an insulation layer for the multilayer IPMCs.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 조밀한 판상구조를 가지고 유전 상수가 작은 h-BN을 이온성 고분자 층을 덮는 층으로 사용함으로써 이온성 고분자 내부 수분이 금속전극의 크랙을 통해 빠져나가는 자연 증발 감소 효과를 가지며, 유전체의 삽입으로 유발될 수 있는 전계감소 효과가 미미하여 기존의 금속 전극을 사용한 IPMC와 유사한 구동 변위, 구동력을 가지면서 장시간 운전에 대한 안정성이 향상된 구동기 제작이 가능하고, 좋은 절연특성을 가지는 h-BN을 사용함으로써 향후 적층형 IPMC 개발에 유리한 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an ionic polymer layer having a dense plate-like structure and a low dielectric constant as a layer covering the ionic polymer layer, And it is possible to fabricate a driver with improved driving stability and stable displacement for driving with similar driving displacement and driving force as IPMC using conventional metal electrode because the effect of electric field reduction caused by inserting dielectric is very small And using h-BN having good insulating properties, h-BN which is advantageous for the future development of a layered IPMC.
본발명은 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 관한 것으로,The present invention relates to a method for manufacturing an electroactive polymer flexible actuator using h-BN,
액상 nafion 용액을 틀에 붓는 단계;Pouring the liquid nafion solution into a mold;
액상 nafion의 용제가 증발하도록 상온에서 건조시키는 단계;Drying at room temperature so that the solvent of the liquid naphion evaporates;
틀에서 분리하는 단계;Separating from the frame;
열처리하여 기계적 강도를 증가시키는 단계;Heat treating to increase the mechanical strength;
용액내에서 끓여서 이온성 고분자 층(3)을 형성하는 단계;Boiling in a solution to form an ionic polymer layer (3);
상기 이온성 고분자 층 아래, 위로 각각 h-BN층(2)을 전이시키는 단계;Transferring the h-BN layer (2) below and above the ionic polymer layer, respectively;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
따라서 본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 의하여 제조된 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기는 조밀한 판상구조를 가지고 유전 상수가 작은 h-BN을 이온성 고분자 층을 덮는 층으로 사용함으로써 이온성 고분자 내부 수분이 금속전극의 크랙을 통해 빠져나가는 자연 증발 감소 효과를 가지며, 유전체의 삽입으로 유발될 수 있는 전계감소 효과가 미미하여 기존의 금속 전극을 사용한 IPMC와 유사한 구동 변위, 구동력을 가지면서 장시간 운전에 대한 안정성이 향상된 구동기 제작이 가능하다.Therefore, the electroactive polymer flexible actuator using the h-BN produced by the method of manufacturing the electroactive polymer flexible actuator using the h-BN according to the present invention is characterized in that the ionic polymer layer having a dense plate- It has a natural evaporation reducing effect that water inside the ionic polymer escapes through a crack of the metal electrode and the effect of reducing the electric field that can be induced by inserting the dielectric is insignificant so that the displacement displacement similar to the IPMC using the conventional metal electrode , It is possible to manufacture a driver having driving force and improved stability against long-time operation.
또한, 좋은 절연특성을 가지는 h-BN을 사용함으로써 향후 적층형 IPMC 개발에 유리하다는 현저한 효과가 있다.In addition, the use of h-BN having good insulating properties has a remarkable effect that it is advantageous for future development of a layered IPMC.
도 1은 본발명 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 설명도.
도 2는 본발명 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기에서 상하부에 전극이 설치되는 설명도.
도 3은 본발명에 사용되는 h-BN/Cu foil 도면.
도 4는 본발명 공정도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view of an electroactive polymer flexible actuator using h-BN of the present invention. FIG.
FIG. 2 is an explanatory view showing that electrodes are installed on upper and lower parts of an electroactive polymer flexible actuator using h-BN according to the present invention. FIG.
3 is a h-BN / Cu foil drawing used in the present invention.
4 is a process chart of the present invention.
본발명은 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 관한 것으로,The present invention relates to a method for manufacturing an electroactive polymer flexible actuator using h-BN,
액상 nafion 용액을 틀에 붓는 단계;Pouring the liquid nafion solution into a mold;
액상 nafion의 용제가 증발하도록 상온에서 건조시키는 단계;Drying at room temperature so that the solvent of the liquid naphion evaporates;
틀에서 분리하는 단계;Separating from the frame;
열처리하여 기계적 강도를 증가시키는 단계;Heat treating to increase the mechanical strength;
용액내에서 끓여서 이온성 고분자 층(3)을 형성하는 단계;Boiling in a solution to form an ionic polymer layer (3);
상기 이온성 고분자 층 아래, 위로 각각 h-BN층(2)을 전이시키는 단계;Transferring the h-BN layer (2) below and above the ionic polymer layer, respectively;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
또한, 용액내에서 끓일 때, 용액은 과산화 수소 및 D.I. water인 것을 특징으로 한다.Also, when boiling in solution, the solution contains hydrogen peroxide and D.I. water.
또한, h-BN/Cu foil을 준비하는 단계;Preparing h-BN / Cu foil;
h-BN위에 PMMA 스핀코팅하는 단계;PMMA spin-coating on h-BN;
Cu foil을 용액내에 띄워서 back-side etching 하여 Cu foil 아랫면의 불순물을 제거하는 단계;Back-side etching of the Cu foil in the solution to remove impurities on the lower surface of the Cu foil;
Cu foil을 APS(Ammoinum persulfate solution)에 띄워서 Cu foil을 etching하는 단계;Etching Cu foil by placing Cu foil on an APS (Ammonium persulfate solution);
APS 위에 남아있는 PMMA/h-BN 을 OH film을 이용하여 건져내어 상기 이온성 고분자 층 위, 아랫면으로 각각 h-BN층(2)을 전이시키는 단계;The PMMA / h-BN remaining on the APS is removed using an OH film to transfer the h-
아세톤에 담궈서 PMMA을 제거하는 단계;Immersing it in acetone to remove PMMA;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
또한, 상기 용액은 질산 수용액, D.I. water로, 상기 질산 수용액, D.I. water에 순차적으로 각각 띄워서 Cu foil의 아랫면에 있는 불순물을 제거하는 것을 특징으로 한다.Further, the solution may be a nitric acid aqueous solution, D.I. water, the nitric acid aqueous solution, D.I. water to remove impurities on the lower surface of the Cu foil.
또한, 상기 APS 위에 남아있는 PMMA/h-BN 을 OH film을 이용하여 건져내어 이온성 고분자 층(3) 위 아랫면으로 전이시키는 과정에서 D.I. water를 이용하여 린스하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, PMMA / h-BN remaining on the APS is recovered using an OH film and transferred to the lower surface of the ionic polymer layer (3). and rinsing with water.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은본발명 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 설명도, 도 2는 본발명 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기에서 상하부에 전극이 설치되는 설명도, 도 3은 본발명에 사용되는 h-BN/Cu foil 도면, 도 4는 본발명 공정도이다.FIG. 1 is an explanatory view of an electroactive polymer flexible actuator using h-BN according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view in which electrodes are installed at upper and lower parts in an electroactive polymer flexible actuator using h-BN of the present invention, and FIG. h-BN / Cu foil, and Fig. 4 is a process chart of the present invention.
본 발명은 육방정계 질화 붕소(h-BN)를 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기(IPMCs)의 기계적 특성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the mechanical properties of electroactive polymer flexible actuators (IPMCs) using hexagonal boron nitride (h-BN).
본발명은 기존 IPMCs에 도. 1, 2와 같이 h-BN을 이온성 고분자 층 아래, 위로 전이시켜 기계적 특성이 향상된 IPMCs를 만든다.The present invention also relates to existing IPMCs. 1 and 2, h-BN is transferred below and above the ionic polymer layer to produce IPMCs with improved mechanical properties.
도 1은 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기의 구성도면이다.1 is a block diagram of an electroactive polymer flexible actuator using h-BN.
도 2는 전극 표면의 크랙을 통해 빠져나갈 수 있는 수분을 조밀한 판상구조의 h-BN이 막은 것이다.Fig. 2 shows a h-BN having a dense plate-like structure that is able to escape through cracks on the electrode surface.
본발명의 이온성 고분자는 가장 상용화가 잘 되어있는 ‘DuPont 사’의 액상 nafion을 주로 사용한다.The ionic polymer of the present invention mainly uses the liquid naphion of DuPont which is most commercially available.
본발명의 h-BN층 형성방법은 두 가지 방법이 있으며 첫 번째 방법은 다음과 같다. There are two methods for forming the h-BN layer of the present invention, and the first method is as follows.
액상 nafion 용액을 원하는 두께의 8~9배 정도의 양으로 틀에 붓는다.Pour the liquid nafion solution into the mold in an amount of 8 to 9 times the desired thickness.
적정량의 액상 nafion의 용제가 증발하도록 상온에서 건조시킨 후 틀에서 분리한다.Dry at room temperature so that a suitable amount of liquid nafion solvent evaporates, and then remove from the mold.
100~160℃로 50~70분 동안 열처리하여 기계적 강도를 증가시킨다.Heat treatment is performed at 100 to 160 ° C for 50 to 70 minutes to increase the mechanical strength.
열처리 온도가 100℃ 미만 또는 열처리 시간이 50분 미만이면, 고분자화가 잘 일어나지 않는다.If the heat treatment temperature is less than 100 占 폚 or the heat treatment time is less than 50 minutes, polymerization is not likely to occur.
열처리 온도가 160℃ 초과 또는 열처리 시간이 70분을 초과하면, 제조된 제품의 품질이 불량하다.If the heat treatment temperature exceeds 160 DEG C or the heat treatment time exceeds 70 minutes, the quality of the manufactured product is poor.
75~100℃ 과산화수소에서 50~70분, 60~100℃ D.I. water에서 50~70분 동안 끓이면 이온성 고분자 층(3)이 형성된다.75 to 100 DEG C Hydrogen peroxide for 50 to 70 minutes, 60 to 100 DEG C D.I. When boiled in water for 50 to 70 minutes, an ionic polymer layer (3) is formed.
과산화수소수의 온도가 75℃ 미만 또는 끓이는 시간이 50분 미만이면, 이온성 고분자 층이 잘 형성되지 않는다.If the temperature of the hydrogen peroxide solution is less than 75 占 폚 or the boiling time is less than 50 minutes, the ionic polymer layer is not formed well.
과산화수소수의 온도가 100℃ 초과 또는 끓이는 시간이 70분 초과하면, 제조된 제품의 품질이 불량하다.If the temperature of the hydrogen peroxide solution exceeds 100 DEG C or the boiling time exceeds 70 minutes, the quality of the manufactured product is poor.
D.I. water 온도가 60℃ 미만 또는 끓이는 시간이 50분 미만이면, 이온성 고분자 층이 잘 형성되지 않는다.D.I. If the water temperature is less than 60 占 폚 or the boiling time is less than 50 minutes, the ionic polymer layer is not formed well.
D.I. water 온도가 100℃ 초과 또는 끓이는 시간이 70분 초과하면, 제조된 제품의 품질이 불량하다.D.I. If the water temperature exceeds 100 ° C or the boiling time exceeds 70 minutes, the quality of the manufactured product is poor.
그리고 상기 이온성 고분자 층(3) 아래, 위로 각각 h-BN층(2)을 전이시키면 본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기가 제조된다.Then, the h-
실시례로서, 액상 nafion 용액을 원하는 두께의 8.5배 정도의 양으로 틀에 붓는다.As an example, the liquid nafion solution is poured into the mold in an amount of about 8.5 times the desired thickness.
적정량의 액상 nafion의 용제가 증발하도록 상온에서 건조시킨 후 틀에서 분리한다.Dry at room temperature so that a suitable amount of liquid nafion solvent evaporates, and then remove from the mold.
140℃로 1시간 동안 열처리하여 기계적 강도를 증가시킨다.Heat treatment at 140 ° C for 1 hour increases the mechanical strength.
80℃ 과산화수소에서 1시간, 80℃ D.I. water에서 1시간 동안 끓이면 이온성 고분자 층(3)이 형성되고, 상기 이온성 고분자 층(3) 아래, 위로 각각 h-BN층(2)을 전이시키면 본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기가 제조된다.80 ° C hydrogen peroxide for 1 hour, 80 ° C DI. water is boiled for 1 hour to form an
본발명의 다른 실시례인 두 번째 제조 방법은 다음과 같다.A second manufacturing method according to another embodiment of the present invention is as follows.
h-BN/Cu foil 형태로 시중제품을 구매하여 준비한다.Purchase a commercial product in the form of h-BN / Cu foil.
h-BN위에 PMMA 스핀코팅을 진행한다.PMMA spin coating is performed on h-BN.
Cu foil을 질산 수용액, D.I. water에 순차적으로 각각 띄워서 back-side etching 진행(Cu foil 아랫면 불순물 제거)한다.Cu foil was dissolved in a nitric acid aqueous solution, D.I. water, and back-side etching proceeds (removing Cu foil impurities).
Cu foil을 APS(Ammoinum persulfate solution)에 띄워서 Cu foil etching한다.Cu foil is exposed to APS (Ammonium persulfate solution) and Cu foil is etched.
APS 위에 남아있는 PMMA/h-BN 을 OH film을 이용하여 건져낸다.The PMMA / h-BN remaining on the APS is recovered using OH film.
그 후에 D.I. water를 이용하여 린스를 진행하고, 상기 이온성 고분자 층 위, 아랫면으로 h-BN층(2)을 각각 전이(transfer) 시킨다.After that, D.I. water, and the h-
아세톤에 담궈서 PMMA을 제거하면 본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기가 제조된다.When PMMA is removed by immersing in acetone, an electroactive polymer flexible actuator using h-BN of the present invention is produced.
따라서 본발명의 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법에 의하여 제조된 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기는 조밀한 판상구조를 가지고 유전 상수가 작은 h-BN을 이온성 고분자 층을 덮는 층으로 사용함으로써 이온성 고분자 내부 수분이 금속전극의 크랙을 통해 빠져나가는 자연 증발 감소 효과를 가지며, 유전체의 삽입으로 유발될 수 있는 전계감소 효과가 미미하여 기존의 금속 전극을 사용한 IPMC와 유사한 구동 변위, 구동력을 가지면서 장시간 운전에 대한 안정성이 향상된 구동기 제작이 가능하다.Therefore, the electroactive polymer flexible actuator using the h-BN produced by the method of manufacturing the electroactive polymer flexible actuator using the h-BN according to the present invention is characterized in that the ionic polymer layer having a dense plate- It has a natural evaporation reducing effect that water inside the ionic polymer escapes through a crack of the metal electrode and the effect of reducing the electric field that can be induced by inserting the dielectric is insignificant so that the displacement displacement similar to the IPMC using the conventional metal electrode , It is possible to manufacture a driver having driving force and improved stability against long-time operation.
또한, 좋은 절연특성을 가지는 h-BN을 사용함으로써 향후 적층형 IPMC 개발에 유리하다는 현저한 효과가 있다.In addition, the use of h-BN having good insulating properties has a remarkable effect that it is advantageous for future development of a layered IPMC.
1 : 전극 2 : h-BN
3 : 이온성 고분자 층1: electrode 2: h-BN
3: ionic polymer layer
Claims (5)
h-BN위에 PMMA 스핀코팅하는 단계;
Cu foil을 용액내에 띄워서 back-side etching 하여 Cu foil 아랫면의 불순물을 제거하는 단계;
Cu foil을 APS(Ammoinum persulfate solution)에 띄워서 Cu foil을 etching하는 단계;
APS 위에 남아있는 PMMA/h-BN 을 OH film을 이용하여 건져내어 이온성 고분자 층 위, 아랫면으로 각각 h-BN층(2)을 전이시키는 단계;
아세톤에 담궈서 PMMA을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 h-BN을 이용한 전기활성 고분자 유연 구동기 제조방법.
preparing h-BN / Cu foil;
PMMA spin-coating on h-BN;
Back-side etching of the Cu foil in the solution to remove impurities on the lower surface of the Cu foil;
Etching Cu foil by placing Cu foil on an APS (Ammonium persulfate solution);
The PMMA / h-BN remaining on the APS is removed using an OH film to transfer the h-BN layer 2 to the upper surface and the lower surface of the ionic polymer layer, respectively;
Immersing it in acetone to remove PMMA;
Wherein the h-BN-based electroactive polymeric flexible actuator is manufactured by a method comprising the steps of:
The method of claim 3, wherein the solution is sequentially floated in a nitric acid aqueous solution, DI water, the nitric acid aqueous solution and DI water sequentially to remove impurities on the lower surface of the Cu foil. Drive method.
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| KR1020160024830A KR101761055B1 (en) | 2016-03-02 | 2016-03-02 | Manufacturing method of electro active polymer soft actuator by h-BN |
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