KR102003157B1 - 압전효과로 성능이 향상된 ipzc구동기 - Google Patents

Abstract

본발명은 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기에 관한 것으로, 이오닉 폴리머(10)를 준비하는 단계; 이오닉 폴리머(10) 상하면에 ZnO시드층(20)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; ZnO시드층(20) 상하면에 n-ZnO시드층(30)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; n-ZnO시드층(30) 상하면에 p-ZnO시드층(40)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; p-ZnO시드층(40) 상하면에 thermal evaporation에 의해 전극(50)을 증착성장시키는 단계; 를 포함하는 것으로,
본발명의 구동기는 유연성이 있고 무게가 가벼우며 변위가 크며, 낮은전압에서 구동되는 저전압 구동효과를 가지게 되는 현저한 효과가 있다.

Description

압전효과로 성능이 향상된 IPZC구동기 { An ionic polymer ZnO composite actuator with improved performance by piezoelectric effect }

본발명은 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이오닉 폴리머 상하면에 ZnO시드층을 딥코팅에 의해 성장시키고, ZnO시드층 상하면에 n-ZnO시드층을 딥코팅에 의해 성장시키고, n-ZnO시드층 상하면에 p-ZnO시드층을 딥코팅에 의해 성장시키고, p-ZnO시드층 상하면에 thermal evaporation에 의해 전극을 증착성장시켜서 유연성이 있고 무게가 가벼우며 변위가 크며, 낮은전압에서 구동되는 저전압 구동효과를 가지게 되는 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기에 관한 것이다.

일반적으로 압전효과에 대해서는 등록특허공보 등록번호 10-1616569호에는 하방으로 작용하는 외력에 의해 하강하는 강하하우징과; 상기 강하하우징의 하강에 따라 회전력을 발생시키는 회전동력전달부와; 상기 회전동력전달부의 회전력을 인가받아 회전하는 영구자석부와; 상기 영구자석부의 회전 외주면 상으로 이격되어 배치되어 유도전류가 생성되는 고정코일부; 및 상기 영구자석부의 타격체 회전에 의해 진동외력을 받아 압전전류가 생성되는 압전판부;를 포함하여 구성되되, 상기 영구자석부는 회전동력전달부로부터 회전력을 전달받는 기어부와, 상기 기어부가 고정설치되어 회전가능하도록 수직되게 설치되는 영구자석축과, 상기 영구자석축의 일측 외주면상으로 고정설치되는 영구자석 및 상기 영구자석의 외주면상에 방사상으로 복수개가 이격설치되는 타격체를 포함하여 이루어지며, 상기 고정코일부는 상기 회전하는 영구자석의 외주면 외측으로 일정간격 이격설치되는 링 형상의 환형링부와, 상기 환형링부에 일정간격 이격되어 권취된 복수개의 권취코일부를 포함하여 이루어지고, 상기 압전판부는 회전하는 상기 타격체의 회전 경로 상에 간섭받아 타격되도록 복수개가 이격설치되는 판상의 압전판과, 상기 압전판의 일측에 설치되어 압전판의 진동에 따라 압전전류를 생성하는 압전소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전효과와 전자기유도효과를 동시에 가지는 자가발전장치가 공개되어 있다.

또한, 공개특허공보 공개번호 10-2005-0037536호에는 보조층을 사용하여 압전 박막 공진기를 제작하는데 있어서, 실리콘기판 뒷면을 에칭하는 단계, 실리콘기판 표면에 보조충을 증착하는 단계, 하부전극을 구성하는 단계, 암전 박막을 증착하는 단계, 상부전극을 구성하는 단계, 에어홀을 형성하는 단계, 보조층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 박막 공진기 제작방법이 공개되어 있다.

또한, 공개특허공보 공개번호 10-2012-0090594호에는 피전극층을 갖는 기판을 마련하는 단계; 전극 패턴이 관통되어 형성된 섀도우 마스크를 마련하는 단계; 상기 섀도우 마스크를 상기 피전극층의 표면에 점착하고 상기 피전극층에 친수성 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 피전극층의 친수성 패턴에 전도성 고분자 수용액을 도포하는 단계; 상기 섀도우 마스크를 제거하는 단계; 및 상기 도포된 전도성 고분자 수용액을 건조하여 고분자 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 고분자 전극의 제조방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 유연성이 적고 무게가 무거우며 변위가 충분히 커지 않으며, 낮은 전압에서 구동되기 어려운 문제점이 여전히 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본발명의 구동기는 유연성이 있고 무게가 가벼우며 변위가 크며, 낮은전압에서 구동되는 저전압 구동효과를 가지게 되는 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기를 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기에 관한 것으로, 이오닉 폴리머(10)를 준비하는 단계; 이오닉 폴리머(10) 상하면에 ZnO시드층(20)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; ZnO시드층(20) 상하면에 n-ZnO시드층(30)을 Hydrothermal method에 의해 성장시키는 단계; n-ZnO시드층(30) 상하면에 p-ZnO시드층(40)을 Hydrothermal method에 의해 성장시키는 단계; p-ZnO시드층(40) 상하면에 thermal evaporation에 의해 전극(50)을 증착성장시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명의 구동기는 유연성이 있고 무게가 가벼우며 변위가 크며, 낮은전압에서 구동되는 저전압 구동효과를 가지게 되는 현저한 효과가 있다.

도1 은 본발명 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기의 압전효과 설명도
도 2는 본발명 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기 제조순서도

본발명은 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기에 관한 것으로, 이오닉 폴리머(10)를 준비하는 단계; 이오닉 폴리머(10) 상하면에 ZnO시드층(20)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; ZnO시드층(20) 상하면에 n-ZnO시드층(30)을 수열합성(Hydrothermal method)에 의해 성장시키는 단계; n-ZnO시드층(30) 상하면에 p-ZnO시드층(40)을 Hydrothermal method에 의해 성장시키는 단계; p-ZnO시드층(40) 상하면에 thermal evaporation에 의해 전극(50)을 증착성장시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극의 양극은 Na+또는 Li+이며, 음극은 polar solvent (H2O) 과 SO3이다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도1 은 본발명 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기의 압전효과 설명도, 도 2는 본발명 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기 제조순서도다.

상기 이오닉 폴리머 상하면에 ZnO시드층을 딥코팅에 의해 성장시킨다.

ZnO시드층 상하면에 n-ZnO시드층을 Hydrothermal method에 의해 성장시킨다.

ZnO시드층 상하면에 p-ZnO시드층을 Hydrothermal method에 의해 성장시킨다.

p-ZnO시드층 상하면에 열증착(thermal evaporation)에 의해 백금전극을 증착시킨다.

구부려 지고 압전효과에 의해 전기가 늘어난다.

+극은 Na+또는 Li+ 음극 polar solvent 폴라 솔븐트(물), 과 SO3 이오닉 폴리머 양면에 증착되는 각층의 두께는 각각 n-ZnO층 200nm, p-ZnO층 200nm ,전극 300nm이다.

본발명의 작동 원리는,

1. 전극에 각 전압을 인가하면 이온성 고분자(Ionic polymer;네피온) 내부의 금속 양이온이 음으로 대전된 인듐 전극으로 끌려가고, 이로인해서 발생하는 이온 농도 불균형이 삼투압을 일으켜 물분자들 또한 음으로 대전된 인듐 전극으로 끌려간다.

2. 삼투압에 의해 음으로 대전된 전극 쪽이 팽창하게 되고 반대로 반대편 쪽은 수축하게 되어 굽힘 현상이 일어난다. 이러한 굽힘 현상은 결국 인가해준 전압에 의해서 발생된다.

3. 이온성 고분자가 휘어질 수록 그 위에 증착된 pn 접합의 ZnO 또한 휘에지게되고, 이때 굽힘현상에 의해 ZnO 압전효과가 발생하게 된다.

4. 이온성 고분자의 팽창한 부분 위쪽의 ZnO는 압축 응력을 받아 음의 압전 전압이 발생하고, 반대로 이온성 고분자가 수축된 쪽의 ZnO 는 인장력을 받게되어 양의 압전접압이 발생하게된다. 따라서 이는 1. 에서 음으로 대전된 방향으로 이동한 금속 양이온들이 더 이끌리고 밀착하게 되어 이로 인해 발생하는 삼투압도 커져 더 팽창하게 끔 만든다 (더 휘어 진다).

5. 휘어짐이 커지게되면 ZnO에서 발생하는 압전 전압도 커져서 결국 이온성 고분자가 최대로 휘어질 수 있을 만큼 휘어지게 된다.

즉, 이 구동기는 초기 낮은 접압을 인가해 주기만 하면 그 후에 ZnO의 점점 증가하는 압전 전압으로 작동하게 된다.

따라서 본발명의 구동기는 유연성이 있고 무게가 가벼우며 변위가 크며, 낮은전압에서 구동되는 저전압 구동효과를 가지게 되는 현저한 효과가 있다.

10 : 이오닉 폴리머 20 : ZnO시드층
30 : n-ZnO시드층 40 : p-ZnO시드층
50 : 전극

Claims (2)

1. 이오닉 폴리머(10)를 준비하는 단계; 이오닉 폴리머(10) 상하면에 ZnO시드층(20)을 딥코팅에 의해 성장시키는 단계; ZnO시드층(20) 상하면에 n-ZnO시드층(30)을 수열합성(Hydrothermal method)에 의해 성장시키는 단계; n-ZnO시드층(30) 상하면에 p-ZnO시드층(40)을 수열합성(Hydrothermal method)에 의해 성장시키는 단계; p-ZnO시드층(40) 상하면에 열증착(thermal evaporation)에 의해 전극(50)을 증착성장시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기
2. 제1항에 있어서, 상기 전극의 양극은 Na+또는 Li+이며, 음극은 polar solvent (H2O) 과 SO3인 것을 특징으로 하는 압전효과로 성능이 향상된 IPZC 구동기

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