KR20150001783U - 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템은 전기 활성 고분자를 격벽으로 구성된 셀 어레이 내에 포함시키고, 매트릭스를 구성하는 각각의 셀 어레이 내의 전기 활성 고분자의 구동을 개별적으로 조절 가능하여, 전자 점자 또는 전자키보드 등의 동적 매트릭스 표시 장치로의 응용이 가능하다.

Description

전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템{ELECTROACTIVE POLYMER MATRIX AND ELECTROACTIVE POLYMER MATRIX SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전기 활성 고분자를 이용한 동적 3차원 매트릭스 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템에 관한 것이다.

모바일(mobile), 고객 어플리케이션(consumer applications) 및 소형 로봇 등의 소형 휴대 장치에 적용되는 구동기(actuator)는 사용된 재료의 특성에 따라 분류할 수 있으며, 대표적인 소형 구동기(actuator)의 재료는 SMA(Shape Memory Alloy, 형상기억합금), EAC(Electro-Active Ceramics, 전기 활성 세라믹), 및 EAP(Electro-Active Polymer, 전기 활성 폴리머)가 있다.

전기 활성 고분자(EAP)는 빠른 응답속도, 큰 작동변위, 구동 시 낮은 전력 소모량 등의 장점 뿐만 아니라 고분자 소재가 가지는 우수한 가공성으로 인한 경량화, 박막화, 소형화 등의 장점이 있어 많은 관심을 받고 있다. 전기 활성 고분자(EAP)는 수십 년 동안 전기적 자극에 의해 변형을 일으키는 정도의 재료로 알려져 왔으며, 초기의 고분자 재료들은 상대적으로 작은 변위를 발생하였으나, 1990년대에 이르러 새로운 EAP 재료가 개발되었으며 큰 전기에 대해 상대적으로 큰 변위와 힘을 발생하는 특성을 보여주었다.

전기 활성 고분자는 햅틱폰, 햅틱마우스, 카메라 모듈, 평판 스피커, 촉각센서 등으로 응용 가능하며 금속이나 세라믹 등의 재료와는 달리 인체 근육과 비슷한 탄성과 강도를 가지고 있어 인공 근육이나 생체 모방 작동기로써의 응용 가능성 또한 지니고 있다.

전기 활성 고분자는 작동방식에 따라 외부전압 인가시, 이온의 이동과 확산에 의해 고분자가 수축-팽창 변형을 일으키는 이온성 전기 활성고분자(ionic EAP)와 전자 분극(polarization) 현상에 의하여 변형이 일어나는 전자성 전기 활성고분자(electronic EAP)로 구분된다. 상기 이온성 전기 활성 고분자로는 전기유변유체(electrorheological fluids, ERP), 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT), 전도성 고분자(conducting polymers, CP), 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC), 고분자겔(ionic polymer gels, IPG) 등이 있으며 큰 작동력, 빠른 응답속도, 낮은 인가전압 등의 다양한 장점을 가지고 있다.

도 1은 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC)의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 스트립 타입의 IPMC의 전체적인 외형은 중앙에 이온전달특성이 우수한 고분자 전해질 막이 위치하고 막의 상하 양면에 전자전달 특성이 우수한 금속전극이 입혀진 구조로 이루어져 있으며, 상기 금속 전극에 전계를 가하면 이온성 고분자 막 내부의 양이온 이동에 따라 양이온이 이동하는 쪽의 부피가 팽창하여 양이온 이동 방향의 반대쪽으로 구부러지게 되고, 이러한 막의 특성에 기인하여 전기장 내에서 막의 변형이 일어나게 된다.

한국 등록 제 10-1262323 호

본 발명은 전기 활성 고분자를 이용한 새로운 개념의 동적 3차원 매트릭스 표시 장치를 위한 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여

제1 전극;

상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이;

상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 포함된 전기 활성 고분자; 및

상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극;을 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스를 제공한다.

본 발명은 또한, 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스;

상기 전기 활성 고분자 매트릭스의 구동 신호를 제공하는 구동부; 및

상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템을 제공한다.

도 2 및 도 3 에 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스(100) 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템의 구조를 모식적으로 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스(100)는 제1 전극(1); 상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이(3); 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 포함된 전기 활성 고분자(4); 및 상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극(5);을 포함하고, 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템은 전원부(200), 구동부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

도 2에서와 같이 전원이 인가되지 않은 상태에서는 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이에 포함된 전기 활성 고분자가 이동되지 않다가, 도 3에서와 같이 전원이 인가되면, 구동부 및 제어부에 의해 각각의 셀 어레이에 포함된 전기 활성 고분자의 구동이 제어된다. 즉, 전원이 인가된 A 부분의 경우 전기 활성 고분자가 이동하면서 매트릭스 표면에 요철을 형성하고, 전원이 인가되지 않은 B 부분의 경우 전기 활성 고분자가 구동이 되지 않으므로 매트릭스 표면에 평탄하게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 매트릭스 시스템은 격벽으로 구분된 전기 활성 고분자 매트릭스에서 각각의 매트릭스의 구동을 조절하여 표면 상태를 조절할 수 있게 된다. 또한, 매트릭스 각각의 셀의 표면 상태를 연속적으로 조절하는 것이 가능하다.

도 4에 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스의 제조 과정 중 격벽 형성 과정을 나타내었다. 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스는 매트릭스를 적용하는 용도에 따라 상기 격벽의 형태를 조절하여 전자점자, 전자키보드 등으로 응용될수 있다.

본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 상기 제1 전극 및 제 2 전극은 그래핀 전극층으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 상기 그래핀 전극층은 단일층 또는 다층인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 상기 그래핀 전극층의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 상기 그래핀 전극층의 층수 및 적층 방법을 달리함으로써 투과도 및 전기 전도도를 제어하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 상기 전기 활성 고분자는 IPMC(Ionic polymer-metal composite)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 상기 IPMC는 Nafion, Flemion, Aciplex 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스에 있어서, 기본을 이루는 고분자 매트릭스는 Aciplex, Nafion, Flemion 등의 상품명으로 판매되고 있는 말단기가 carboxylic acid 또는 sulfonic acid로 구성된 테프론계 불소화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템은 전기 활성 고분자를 격벽으로 구성된 셀 어레이 내에 포함시키고, 매트릭스를 구성하는 각각의 셀 어레이 내의 전기 활성 고분자의 구동을 개별적으로 조절 가능하여, 전자 점자 또는 전자키보드 등의 동적 매트릭스 표시 장치로의 응용이 가능하다.

도 1은 이온성 고분자-금속 복합재료의 동작 원리를 도시한 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스 및 이를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템의 모식도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스의 제조 과정을 나타낸다.

Claims (7)

1. 제1 전극;
   상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이;
   상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 포함된 전기 활성 고분자; 및
   상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극;을 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 전극 및 제 2 전극은 그래핀 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 활성 고분자 매트릭스.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기 활성 고분자는 IPMC(Ionic polymer-metal composite)인 것을 특징으로 하는 전기 활성 고분자 매트릭스.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 IPMC는 Nafion, Flemion, Aciplex 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 활성 고분자 매트릭스.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 그래핀 전극층은 단일층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 전기 활성 고분자 매트릭스.
   
6. 제 1 항에 의한 전기 활성 고분자 매트릭스;
   상기 전기 활성 고분자 매트릭스의 구동 신호를 제공하는 구동부; 및
   상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템은 전자점자 또는 전자키보드 인 것인 전기 활성 고분자 매트릭스 시스템.
   

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