KR101817225B1 - 광반응 복합재 작동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기는, 고분자 스캐폴드 필름; 상기 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 코팅된 아조벤젠 액정 고분자; 및 상기 아조벤젠 액정 고분자 표면에 부착되는 보호필름을 포함한다.

Description

광반응 복합재 작동기{Photo-responsive composite actuator}
본 발명은 복합재 작동기에 관한 것으로, 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 제어할 수 있는 광반응 복합재 작동기에 관한 것이다.
근래에, 외부로부터의 자극에 의하여 기계적 응답을 보이는 지능형 복합재 작동기들을 구조물의 능동 또는 수동 제어에 활용하기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있다.
지능형 복합재 작동기는 일반적으로 형상기억합금, 압전소재 및 전기 활성 고분자와 같은 지능형 재료를 이용하며, 이러한 지능형 재료를 구조에 직접 부착하거나 다른 재료에 삽입하여 구동기 형태로 사용할 수 있다.
한국 공개특허 제10-2013-0011880호는 지능형 복합재 작동기의 일 예를 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 복합재 작동기는, 전류 신호와 같은 외부의 신호에 의해 형상이 변형될 수 있는 지능형 재료와, 지능형 재료를 지지하면서 외부 형태를 규정하고 특정방향으로 변형을 억제할 수 있는 방향성 재료를 포함하며, 지능형 재료의 배치 형태와 방향성 재료의 변형 억제 방향성의 조합에 의해 변형을 구현한다.
또한, 한국 공개특허 제10-2016-0017278호는 지능형 복합재의 다른 예를 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 복합재 작동기는 지능형 재료 대신에 와이어를 이용하여 변형을 구현한다. 외부의 힘에 의해 와이어가 당겨짐에 따라 복합재 작동기가 굽힘 또는 비틀림 변형을 일으킨다.
이와 같이 공지의 복합재 작동기들은 변형을 일으키기 위하여, 열을 공급하거나, 전기에너지를 공급하여 재료 내부에 열에너지를 발생시키거나, 직접적인 기계적 인장을 제공하는 것을 필요로 하고 있다.
한편, 최근에는 아조벤젠 액정 고분자를 이용하여 지능형 복합재 작동기를 설계하려는 다양한 연구들이 진행되고 있다.
아조벤젠은 2개의 벤젠고리가 질소-질소 이중결합에 의해 연결된 구조로 광에 의해 2가지 다른 기하학적 형태로 상호 전환되는 독특한 성질을 가지고 있다. 아조벤젠의 질소-질소 이중결합을 기준으로 양쪽에 연결된 벤젠 고리는 자유롭게 회전하는 단일 결합에 의해 연결되어 있다. 질소-질소 이중결합 양 끝단의 벤젠 고리가 같은 방향에 위치하면 시스 형태라고 하고, 서로 다른 방향에 위치하면 트랜스 형태라고 한다. 아조벤젠은 자외선을 받으며 트랜스 형태에서 시스 형태로 변화되며, 가시광선을 받으며 시스 형태에서 트랜스 형태로 분자 구조가 변화되는 광 이성질화 반응을 한다.
아조벤젠 액정 고분자는 아조벤젠 또는 아조벤젠 유도체(이하 “아조벤젠”이라 함)를 포함하는 아조벤젠 기반의 액정 고분자로서, 아조벤젠의 광에 의한 이성질화 반응에 의한 광반응 거동 특성을 갖는다. 아조벤젠이 트랜스 형태를 갖고 있는 액정 고분자가 자외선을 받으면 아조벤젠이 이성질화 반응을 일으켜 이웃한 액정 고분자의 네마틱-등방성 상전이 특성을 유도하고, 이에 따라 고분자 소재가 광을 받는 방향으로 굽혀지는 굽힘 변형이 발생한다. 또한, 이러한 아조벤젠 액정 고분자의 광 반응성 변형은 가역 반응으로 가시광선을 받으면 원래의 형태로 복귀하는 것으로 알려져 있다.
최근에 이러한 아조벤젠 액정 고분자의 광반응 변형 특성을 이용하여 광반응 액추에이터 등의 작동기를 제작하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 데, 아조벤젠 액정 고분자의 이러한 광 변형 특성을 이용하기 위해서는 배향을 통해 광 변형 방향성을 결정하는 것이 필요하다.
따라서 근래에는 아조벤젠 액정 고분자의 배향을 간단히 이룰 수 있는 다양한 방법들이 연구되고 있다.
본 발명은 아조벤젠 액정 고분자의 시스-트랜스 변환을 이용하여 굽힘 변형이 제어 가능한 광반응 복합재 작동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 아조벤젠 액정 고분자를 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 코팅하여 배향 공정 없이 제조되는 광반응 복합재 작동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기는, 고분자 스캐폴드 필름; 상기 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자; 및 상기 아조벤젠 액정 고분자 표면에 부착되는 보호필름을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 고분자 스캐폴드 필름은 다공성 구조로 형성되며, 바람직하게는, 상기 다공성 구조는 상기 고분자 스캐폴드 필름을 형성하는 고분자 섬유들이 공극을 가지면서 서로 엮어 형성된다. 더 바람직하게는, 상기 고분자 스캐폴드 필름은 그물망 구조를 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 아조벤젠 액정 고분자는 상기 고분자 스캐폴드 필름의 양 면에 코팅된다.
본 발명에 따르면, 상기 고분자 스캐폴드 필름은 오목부 패턴을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 보호필름은 자외선 투과하는 광 투과부와, 상기 광 투과부와 대비하여 자외선 투과가 억제되는 광 차단부로 이루어진 패턴을 갖는다.
본 발명은 광에 의해 변형을 일으키는 아조벤젠 액정 고분자 소재를 응용한 광반응 복합재 작동기로서, 아조벤젠 배향 공정을 수행함이 없이 광반응 거동을 할 수 있는 광반응 복합재 작동기를 제공할 수 있다. 따라서 제조 방법 및 그 구조가 단순하다.
본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기는 아조벤젠 분자의 배향없이 자외선 조사 방향에 따라 굽힘 거동이 발생하는 복합재 작동기로서, 사용자가 지정한 광 조사 위치와 세기, 시간에 따라 능동적인 제어가 가능한 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 복합재 작동기의 시편 표면을 편광현미경을 관찰한 결과를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기를 광반응 구동시켜 실험 상자를 통과한 모습을 보인 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 복합재 작동기가 도 2 에 도시된 실험 상자를 통과하는 실험 과정을 순차적으로 보여주는 사진들이다.
도 5 는 도 2 에 도시된 실험 과정을 도해적으로 도시한 도면들이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기의 측단면도이다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합재 작동기의 표면을 상부에서 바라본 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 복합재 작동기(100)는 고분자 스캐폴드(scaffold) 필름(110)과, 고분자 스캐폴드 필름(110)의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(120)과, 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(120)의 표면에 부착된 보호 필름(130)을 포함한다.
아조벤젠 액정 고분자(120)는 아조벤젠 기반의 액정 고분자로서 아조벤젠 및 아조벤젠 유도체를 포함하는 공지의 다양한 아조벤젠 기반의 액정 고분자들이 사용될 수 있다.
아조벤젠 액정 고분자는(120)는 고분자 스캐폴드 필름(110)에 코팅된다. 용해된 액상의 아조벤젠 액정 고분자를 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 바르거나, 고분자 스캐폴드 필름(110)을 용융된 액상의 아조벤젠 액정 고분자에 함침시켜 아조벤젠 액정 고분자가 고분자 스캐폴드 필름(110) 표면을 통해 침지되는 방식으로 코팅된다.
도 1 에 도시된 실시예에 의하면 아조벤젠 액정 고분자는 고분자 스캐폴드 필름의 양면으로 코팅되지만, 다른 실시예에서 요구되는 굽힘 거동 특성에 맞게 일측 표면에만 코팅될 수 있다.
고분자 스캐폴드 필름(110)은 필름 형태로 제조된 고분자 스캐폴드이다. 고분자 스캐폴드 필름(110)은 Poly(lactic acid) (PLA), Poly(d,l-lactic-co-glycolid acid) (PLGA), Poly(dimethylsiloxane) (PDMS), Polycaprolactone (PCL) 등을 포함하여 다양한 소재가 사용될 수 있다.
고분자 스캐폴드는 예를 들면, 전기방사(electrospinning) 공정에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 급의 직경을 갖는 고분자 섬유를 집진판에 방출하여 제조된, 리본 또는 그물망 형태 구조를 갖도록 제작된 2차원 직조물이다. 그러나, 본 발명에 따른 고분자 스캐폴드 필름은 구체적인 가공방법이나 미세 구조에 의해 제한되지 않는다. 고분자 스캐폴드는 예컨대 마이크로미터 급의 다공 패턴을 갖는 고분자 기지재를 구성하기 위한 마이크로몰딩(micromolding) 공정 및 스핀코팅(spincoating) 공정, 실린지에 젤 상태의 고분자를 넣어 그 끝단의 마이크로니들로 2차원 패턴을 그리는 microsyringe deposition method 공정을 통해 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 고분자 스캐폴드 필름은 가로와 세로 길이에 비해 두께가 매우 얇은, 바람직하게는 두께 대비 장축 세장비가 1:10000 이상인 2차원 필름 형태의 것이 사용될 수 있다. 이러한 고분자 스캐폴드 필름은 조직공학 및 의공학에서 주로 활용되는 3차원 다공성 지지체로서의 고분자 스캐폴드와 구별된다.
본 발명에 따르면 고분자 스캐폴드 필름(110)은 바람직하게는, 고분자 스캐폴드 필름을 형성하는 고분자 섬유가 엮여서 섬유와 섬유 간 공극을 가진 다공성 미세구조 패턴을 형성한 것이 사용되며, 미세구조 패턴이 그물망 구조를 갖는 것이 더 바람직하다.
아조벤젠 액정 고분자(120) 고분자 스캐폴드 필름 내의 패턴 내로 침투하면서 침지되어 코팅된다.
보호 필름(130)은 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(120)의 표면에 부착된다. 보호 필름(130)은 복합재 작동기가 높은 장력에서도 파단이 일어나지 않도록 지지하며, 복합재 작동기의 굽힘 변형을 저해하지 않는 유연한 소재가 사용된다.
이와 같이 제조된 복합재 작동기(100)에서 굽힘이 필요한 곳에 자외선 레이저나 자외선 LED를 이용하여 자외선을 조사하면, 자외선을 받는 표면이 국부적으로 수축하여 복합재 작동기 전체에 굽힘 변형이 일어나게 된다. 굽힘 변형의 방향은 광의 조사 방향에 따라 복합재 작동기(100)의 상면 또는 하면이 될 수 있지만, 본 발명에 따르면 복합재 작동기(100)의 이러한 변형 특성이 고분자 스캐폴드 필름에 코팅된 아조벤젠 액정 고분자에서 아조벤젠 분자의 배향 방향과 무관한다. 즉, 본 발명에 따르면, 아조벤젠 액정 고분자(120)는 고분자 스캐폴드 필름(110)에 코팅되는 것 외에 별도의 배향을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 연구자들의 연구에 의하며 액상의 아조벤젠 액정 고분자를 고분자 스캐폴드 필름(110)의 표면에 발라 건조하거나 고분자 스캐폴드 필름(110)을 액상의 아조벤젠 액정 고분자에 함침시켜 건조하는 것과 같이 아조벤젠 액정 고분자를 고분자 스캐폴드 필름 표면에 침지되어 코팅하는 경우, 아조벤젠 액정 고분자(120)를 특정 방향으로 배향함이 없이도 자외선 조사 방향으로 굽힘 거동하는 규칙적 변형 특성을 갖도록 할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 사용자가 지정한 광 조사 위치와, 세기, 시간에 따라 능동적인 제어가 가능하다. 또한 굽힘 거동된 복합재 작동기에 가시광선을 조사하면 원래 상태로 복귀한다.
본 발명에 의하면, 보다 단순화된 공정으로 보다 단순화된 구조의 광반응 복합재 작동기(100)를 제작할 수 있게 된다. 본 발명에 따르면 아조벤젠 액정 고분자(120)가 고분자 스캐폴드 필름(110)의 표면에 소량 코팅된 조건에서 광변형 거동 특성이 유효하게 이루어질 수 있다.
도 1 에 도시된 실시예에 의하면 보호 필름(130)은 전체적으로 투명 필름이 사용된다. 그러나 후술하는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 보호 필름(130)은 복합재 작동기(100)의 굽힘 거동의 제어하기 위해 광 투과부(132)와 광 차단부(134)로 이루어진 패턴을 갖도록 제조될 수 있다. 즉, 굽힘 변형 발생이 필요한 부분에는 광 투과부(132)를 형성시키고, 굽힘 변형이 불필요하거나 상대적으로 적은 굽힘 변형이 필요한 부분에는 광 차단부(134)를 형성하여 다른 형태의 변형 거동이 일어나도록 패턴이 설계될 수 있다.
도 1 에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기(100)의 제조방법을 설명하면 아래와 같다.
파우더 형태의 아조벤젠 액정 고분자(120)를 가열 용융하고 경화제를 혼합한 후, 고분자 스캐폴드 필름(110)의 양면에 액상의 아조벤젠 액정 고분자(120)를 바르는 형식으로 도포하였다. 이후 고온 상태에서 액상의 아조벤젠 액정 고분자(120)를 건조하여 아조벤젠 액정 고분자(120) 코팅층을 형성한 후 보호 필름(130)을 부착하였다. 아조벤젠 액상 고분자(120)는 대략 80℃ 온도로 가열 용융되었으며, 대략 110℃ 고온에서 열개시제에 의한 고분자 중합반응 및 중합이 이루어진 뒤 상온에서 건조되었다.
도 2 는 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)의 시편 표면을 편광현미경을 관찰한 결과를 도시한 도면이다. 아조벤젠 액정 고분자는 Beam Co. 에서 시판하는 6-[4-(4-ethoxyphenylazo)phenoxy]hexyl acrylate와 4,4’-di(6-(acryloxy)hexyloxy) azobenzene을 1:1의 몰비율로 혼합하여 열 개시제를 통해 중합한 것이다. 고분자 스캐폴드 필름으로는 두께 약 170 um(마이크로미터)를 갖는 전기방사공정에 의해 제작된 Poly(lactic acid) (PCL)을 사용하였으며, 양 면의 보호필름으로는 두께 20 마이크로미터의 PET 필름을 사용하였다.
도 2를 참조하면, 완성된 제작물은 편광 광학현미경으로 관찰하였을 때 그 시편이 45° 회전함에 따라 스캐폴드 필름의 내부의 공간을 메운 아조벤젠 액정 고분자의 음양이 번갈아 나타나는 것이 관찰되며, 이는 스캐폴드의 다공 패턴을 따라 아조벤젠 액정 고분자가 네마틱 배향을 형성하였음을 말해준다. 더 구체적으로는, 그물망 형태의 스캐폴드에 형성된 아조벤젠의 네마틱 배향이 광학현미경의 편광판과 나란할 때 (도 2의 #1 참고) 가장 밝은 색을 띠고, 시편을 시계방향으로 회전하여 편광판이 이루는 각도가 45°가 되면 (도 2의 #2 참고) 동일 위치에서 가장 밝은 색을 띠던 영역이 가장 어두운 색으로 변화하는 동시에, 주위의 어두웠던 영역이 상대적으로 밝은 색으로 전환되는 것을 확인할 수 있다. 동일한 음양 패턴의 변화가 시편을 180°회전한 조건에서 촬영했을 때에도 역시 나타낸다.(도 2의 #3과 #4는 #1 조건으로부터 시편을 각각 180°, 225°회전하여 촬영한 것을 나타낸다). 이러한 실험을 통해 본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기는 별도의 배향작업 공정이 없었음에도 스캐폴드 내에서 네마틱 액정 배향이 이루어졌음이 확인된다.
따라서 본 발명에 따른 복합재 작동기는 아조벤젠 액정 고분자에서 아조벤젠을 특정한 방향으로 배향하지 않더라도 자외선을 받으면 자외선을 받는 방향으로 굽힘 변형을 발생시키는 광반응 거동을 나타낼 수 있다.
도 3 내지 도 4 는 발명에 따른 복합재 작동기(100)의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)는 자외선 광원에 의해 굽힘 거동이 제어될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)에서 굽힘 변형을 원하는 위치에서 원하는 변형량을 발생하도록 자외선 광원을 통해 자외선을 조사하는 경우 원하는 위치에 원하는 변형량으로 굽힘 거동이 발생한다.
도 3 은 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)가 일측 입구(210)에서 타측 출구(220) 사이의 일직선 경로가 차단되도록 내부에 지그재그 형태로 배치된 벽 형태의 제1 및 제2 장애물(230, 240)을 갖는 실험 상자(200)를 통과한 모습을 도시한 도면이고, 도 4 은 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)가 도 3 에 도시된 실험 상자를 통과하는 과정을 순차적으로 보여주는 사진들이다. 그리고 도 5 는 도 4 에 보여지는 step 1 내지 step 8의 과정을 설명하기 위하여 도해적으로 도시된 도면들이다.
도 3 내지 도 5 참조하면, 먼저 복합재 작동기(100)가 실험 상자(200)의 일측 입구(210)를 통해 삽입된다(도 5의 (a)). 복합재 작동기(100)가 제1 장애물(230)을 지난 상태에서 좌측 방향에서 제1 장애물(230)의 뒤쪽(출구 방향)에서 자외선 광원을 이용하여 자외선을 복합재 작동기(100)의 좌측 표면에 조사하면서 복합재 작동기를 진입시키는 경우 복합재 작동기(100)는 제1 장애물(230)을 우회하도록 좌측 방향으로 굽힘 변형이 이루어지면서 제2 장애물(240)과 실험 상자 내측 사이의 공간을 향해 지속적으로 삽입될 수 있다(도 5의 (b)).
또한 제2 장애물(240)을 지난 상태에서 제2 장애물(240)의 뒤쪽에서 자외선 광원을 이용하여 자외선을 복합재 작동기(100)의 우측 표면에 조사하면 복합재 작동기(100)는 제2 장애물(240)을 우회하도록 우측 방향으로 굽힘 변형이 이루어지면서 지속적으로 삽입될 수 있다(도 5의 (c)).
이후 복합재 작동기(100)의 선단이 실험 상자(200)의 타측 출구(220)에 인접하도록 진입하면, 자외선 광원을 이용하여 자외선을 출구(220) 측에서 복합재 작동기(100)의 좌측 표면에 조사한다(도 5의 (d)). 이에 따라 복합재 작동기(100)는 좌측 방향으로 굽힘 변형되면서 출구(220)를 통해 배출될 수 있다(도 5의 (e)).
복합재 작동기(100)는 보호 필름(230)에 의하여 실험 상자(200) 내의 장애물(230, 240)을 회피 및 탈출하여 입구(210)와 출구(220)를 물리적으로 꿰어낸 후에 복합재 작동기(100)에 장력이 가해지는 환경에서도 파손되지 않는 내구성을 갖는다.
이러한 과정을 통해 복합재 작동기(100)는 일측 입구(210)와 타측 출구(220) 사이에서 제1 및 제2 장애물(230, 230)를 지그재그 형태를 변형하면서 우회하여 통과할 수 있다.
이러한 실험은 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)에서 원하는 위치에 원하는 변형량이 발생하도록 자외선을 조사하여 굽힘 거동 방향 및 굽힘 변형량을 제어할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
한편, 도 4 에 도시된 실험에서 자외선 광원으로는 LED 자외선 광이 사용되었다. LED 자외선 광원 실험 상자의 외부에서 실험 상자의 투명 측벽 및 타측의 개방된 출구를 통해 복합재 작동기(100)에 조사되었다.
도 4 에 도시된 실험은 밀폐 공간 내에서 외부와 단절된 상태로 설치된 복합재 작동기(100)를 원거리에서 광으로 구동 제어할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명에 따른 광반응 복합재 작동기(100)는 외부와 단절된 공간이거나 사람이 접근할 수 없는 공간에 설치되어 있더라도 자외선 광이 제공될 수 있는 환경이라면 원하는 형태로 변형이 유도될 수 있다.
도 6 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 복합재 작동기(100)의 측단면도이다.
본 발명의 다른 실시에에 따르면, 고분자 스캐폴드 필름(110)은 도 1 에 도시된 복합재 작동기의 고분자 스캐폴드 필름과 대비하여, 일측 표면에 길이 방향에 교차하는 횡 방향으로 연장된 홈 형태의 오목부(112)를 구비한다.
그리고 아조벤젠 액정 고분자(120)가 고분자 스캐폴드 필름(110)의 양측 표면에 코팅되어 있으며, 보호 필름(130)이 복합재 작동기의 양측 외측 표면을 이루도록 부착된다.
도 6 에 도시된 실시예에 의할 경우, 복합재 작동기(100)의 일측 표면에서 자외선을 조사하는 경우 고분자 스캐폴드 필름(110)의 오목부(112)가 일종의 힌지부와 같은 기능을 하여 상대적으로 많은 굽힘 거동이 일어나도록 제어할 수 있다. 즉, 자외선 조사량을 조절하는 방식 외에도 고분자 스캐폴드 필름(110)에 일정한 굽힘 거동을 위한 일정한 오목부 패턴을 형성함으로써 부분적으로 굽힘 변형량이 상이한 복합재 작동기를 제작할 수 있다. 도 6 에 도시된 실시예는 고분자 스캐폴드 필름(110)이 오목부(112) 패턴을 갖는 것만을 도시하고 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 형태의 필름 형상 및 패턴 형상이 적용될 수 있다.
또한, 도 6 을 참조하면, 보호필름(130)은 굽힘 거동이 필요한 오목부(112) 부근에서는 조사되는 자외선이 투과되도록 투명한 광 투과부(132)를 형성하며, 굽힘 거동이 불필요한 부분에서는 자외선을 차단할 수 있는 광 차단부(134)를 형성하는 패턴을 가지도록 설계된다. 이에 따라 보호 필름의 광 차단부(134)에 대응되는 부분에는 굽힘 거동 발생을 억제한다.
도 3 내지 도 5 에 도시된 실험예에서 자외선은 굽힘 거동이 필요한 위치에 조사되었다. 그러나 도 6 에 도시된 실시예와 같이 보호 필름(130)이 광 투과부(132)와 광 차단부(134)를 구비하며, 복합재 작동기(100)가 고정 위치에서 설치되어 굽힘 거동을 수행하여야 하는 경우에 특정 위치로의 자외선 조사 방식이 아닌 복합재 작동기(100) 전체 부분을 향하여 자외선을 조사하는 방식으로도 굽힘 변형을 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합재 작동기를 도시한 도면으로, 도 7 을 참조하면, 보호 필름(130)에는 광 투과부(132)가 복합재 작동기의 길이 방향과 교차하는 방향으로 사선 형태로 일정한 간격으로 형성되며, 광 투과부(132)의 사이에 광 차단부(134)가 형성된다. 따라서 자외선이 조사되는 경우 광 투과부(132)를 따라 자외선이 투과하여 아조벤젠 액정 고분자에서 트랜스 형태에서 시스 형태에서 이성질화 반응이 일어나 굽힘 거동이 발생하므로, 복합재 작동기(100)는 비틀림 거동을 할 수 있다. 여기서 광 차단부(134)는 자외선을 완전 차단하는 것이 아니라 광 투과부(132)와 대비하여 상대적으로 자외선 투과량을 작게 하는 형태일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 복합재 작동기(100)는 자외선 조사에 의하여 굽힘 거동을 발생시키며, 고분자 스캐폴드 필름을 이루는 고분자 스캐폴드 필름에 형성된 패턴과 보호 필름의 광 투과 패턴 설계에 따라 굽힘 거동 뿐만 아니라 다양한 형태로 변형 거동을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 복합재 작동기는 밀리미터 내지 센티미터 스케일에서 다루어지는 유연로봇 구조체의 작동부 설계에 응용될 수 있으며, 필름의 형상과 주변 장비를 다양화하여 유체위 흐름을 조절하는 기계요소로의 응용 또한 가능할 것이다. 이외에도 원격에서 광에 의한 구동 제어가 필요한 부분에서 다양한 응용이 가능하다.

Claims (7)

  1. 자외선 조사 방향으로 굽힘 거동하는 광반응 복합재 작동기로서,
    고분자 스캐폴드 필름;
    상기 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자;
    상기 아조벤젠 액정 고분자 표면에 부착되는 보호필름을 포함하되,
    상기 고분자 스캐폴드 필름은 상기 고분자 스캐폴드 필름을 형성하는 고분자 섬유들이 공극을 가지면서 서로 엮어 형성된 다공성 구조를 가지되,
    상기 아조벤젠 액정 고분자를 일정한 방향으로 배향함이 없이 액상 상태에서 상기 고분자 스캐폴드 필름에 침지코팅한 것을 특징으로 하는 광반응 복합재 작동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 스캐폴드 필름은 그물망 구조를 갖는 것을 특징으로 하는광반응 복합재 작동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아조벤젠 액정 고분자는 상기 고분자 스캐폴드 필름의 양 면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광반응 복합재 작동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 스캐폴드 필름은 오목부 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 광반응 복합재 작동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호필름은 자외선 투과하는 광 투과부와, 상기 광 투과부와 대비하여 자외선 투과가 억제되는 광 차단부로 이루어진 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 광반응 복합재 작동기.
  6. 자외선 조사 방향으로 굽힘 거동하는 광반응 복합재의 제조방법으로서,
    고분자 스캐폴드 필름을 형성하는 고분자 섬유들이 공극을 가지면서 서로 엮어 형성된 다공성 구조를 갖는 고분자 스캐폴드 필름을 제공하는 단계; 및
    가열 용융한 아조벤젠 액정 고분자를 경화제 혼합하여 상기 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 바르거나 상기 고분자 스캐폴드 필름을 함침시켜 침지 코팅하되, 상기 아조벤젠 액정 고분자를 일정한 방향으로 배향함이 없이 상이 고분자 스캐폴드 필름에 표면에 침지 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반응 복합재 작동기의 제조방법.

  7. 삭제
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