KR20220023206A - Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same - Google Patents
Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220023206A KR20220023206A KR1020200104794A KR20200104794A KR20220023206A KR 20220023206 A KR20220023206 A KR 20220023206A KR 1020200104794 A KR1020200104794 A KR 1020200104794A KR 20200104794 A KR20200104794 A KR 20200104794A KR 20220023206 A KR20220023206 A KR 20220023206A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ion
- ionic
- polymer
- layer
- inorganic particles
- Prior art date
Links
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 103
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 57
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 45
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 37
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 30
- -1 hexafluoroantimonate Chemical compound 0.000 claims description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 12
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 8
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-O Pyrazolium Chemical compound C1=CN[NH+]=C1 WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O pyridinium Chemical compound C1=CC=[NH+]C=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O phosphonium Chemical compound [PH4+] XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O Piperidinium(1+) Chemical compound C1CC[NH2+]CC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229960001231 choline Drugs 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 4
- YNAVUWVOSKDBBP-UHFFFAOYSA-O morpholinium Chemical compound [H+].C1COCCN1 YNAVUWVOSKDBBP-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-O sulfonium Chemical compound [SH3+] RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O Pyrrolidinium ion Chemical compound C1CC[NH2+]C1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 150000004693 imidazolium salts Chemical group 0.000 claims description 2
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 42
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 40
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 19
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 14
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 14
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 13
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 9
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 6
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 6
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LRESCJAINPKJTO-UHFFFAOYSA-N bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide;1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1.FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F LRESCJAINPKJTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 4
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 3
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N isocyanate Chemical compound [N-]=C=O IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910013504 M-O-M Inorganic materials 0.000 description 2
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1 FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 2
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 description 2
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229920000468 styrene butadiene styrene block copolymer Polymers 0.000 description 2
- KZNICNPSHKQLFF-UHFFFAOYSA-N succinimide Chemical compound O=C1CCC(=O)N1 KZNICNPSHKQLFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-M triflate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 125000001889 triflyl group Chemical group FC(F)(F)S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DOYSIZKQWJYULQ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2,2-pentafluoro-n-(1,1,2,2,2-pentafluoroethylsulfonyl)ethanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)F DOYSIZKQWJYULQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCUGPPHNMASOTE-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trimethylimidazol-1-ium Chemical compound CC=1N(C)C=C[N+]=1C KCUGPPHNMASOTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LUVWFPSHRWDXOS-UHFFFAOYSA-N 1,2,4-trimethylpyrazol-2-ium Chemical compound CC1=CN(C)[N+](C)=C1 LUVWFPSHRWDXOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXLZUALXSYVAIV-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethyl-3-propylimidazol-1-ium Chemical compound CCCN1C=C[N+](C)=C1C MXLZUALXSYVAIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSTNJXMWIRGZOX-UHFFFAOYSA-N 1,3-diethoxyimidazol-1-ium Chemical compound CCON1C=C[N+](OCC)=C1 VSTNJXMWIRGZOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UZHFEDQOACUXGG-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethoxy-2-methylimidazol-1-ium Chemical compound CON1C=C[N+](OC)=C1C UZHFEDQOACUXGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UVIXOUUFYNRRQL-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethoxyimidazol-1-ium Chemical compound CON1C=C[N+](OC)=C1 UVIXOUUFYNRRQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethylimidazolium Chemical compound CN1C=C[N+](C)=C1 HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- COSSPXYCRNRXRX-UHFFFAOYSA-N 1-benzyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound C1=[N+](C)C=CN1CC1=CC=CC=C1 COSSPXYCRNRXRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UVCPHBWNKAXVPC-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-1-methylpiperidin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1(C)CCCCC1 UVCPHBWNKAXVPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-1-methylpyrrolidin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1(C)CCCC1 PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1C XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZVUOOXCKWZIDW-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)imidazol-1-ium Chemical compound CCCC[N+]=1C=CN(CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F)C=1 QZVUOOXCKWZIDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1 IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DADKKHHMGSWSPH-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylpyridin-1-ium Chemical group CCCC[N+]1=CC=CC(C)=C1 DADKKHHMGSWSPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NNLHWTTWXYBJBQ-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-4-methylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=C(C)C=C1 NNLHWTTWXYBJBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- REACWASHYHDPSQ-UHFFFAOYSA-N 1-butylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=CC=C1 REACWASHYHDPSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDVVBLGHGCHZBJ-UHFFFAOYSA-N 1-decyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 LDVVBLGHGCHZBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILQHIGIKULUQFQ-UHFFFAOYSA-N 1-dodecyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 ILQHIGIKULUQFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VPNMTSAIINVZTK-UHFFFAOYSA-N 1-ethenyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound C[N+]=1C=CN(C=C)C=1 VPNMTSAIINVZTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WACRAFUNNYGNEQ-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-1-methylpiperidin-1-ium Chemical compound CC[N+]1(C)CCCCC1 WACRAFUNNYGNEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIHOUJYFWMURBG-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-1-methylpyrrolidin-1-ium Chemical compound CC[N+]1(C)CCCC1 NIHOUJYFWMURBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IRGDPGYNHSIIJJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1C IRGDPGYNHSIIJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIDIRWZVUWCCCO-UHFFFAOYSA-N 1-ethylpyridin-1-ium Chemical compound CC[N+]1=CC=CC=C1 OIDIRWZVUWCCCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVEJOWGVUQQIIZ-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 RVEJOWGVUQQIIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYPGITDSPOPEKC-UHFFFAOYSA-N 1-hydroxy-3-oxidoimidazol-3-ium Chemical compound ON1C=C[N+]([O-])=C1 RYPGITDSPOPEKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WWVMHGUBIOZASN-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-prop-2-enylimidazol-1-ium Chemical group CN1C=C[N+](CC=C)=C1 WWVMHGUBIOZASN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVDDUSFOSWWJJH-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-propylimidazol-1-ium Chemical compound CCCN1C=C[N+](C)=C1 WVDDUSFOSWWJJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 1-methylimidazole Chemical compound CN1C=C[NH+]=C1 MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- UBVJCUOIVMEVCX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)ethyl hydrogen sulfate Chemical compound COCCOCCOS(O)(=O)=O UBVJCUOIVMEVCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZGZLRWJZGFRHHQ-UHFFFAOYSA-N 2-(3-methylimidazol-3-ium-1-yl)ethanol Chemical compound CN1C=C[N+](CCO)=C1 ZGZLRWJZGFRHHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BBSKEBLUGHJTIK-UHFFFAOYSA-N 2-[3-(cyanomethyl)imidazol-3-ium-1-yl]acetonitrile Chemical compound N#CCN1C=C[N+](CC#N)=C1 BBSKEBLUGHJTIK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBBLBTCBHPSIMJ-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1-propylpyridin-1-ium Chemical compound CCC[N+]1=CC=CC(C)=C1 OBBLBTCBHPSIMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SROUAIZIOIOQID-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methylimidazol-3-ium-1-yl)butanenitrile Chemical compound CN1C=C[N+](CCCC#N)=C1 SROUAIZIOIOQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PJGSRNRRFJTJNK-UHFFFAOYSA-N 4-[3-(3-cyanopropyl)imidazol-3-ium-1-yl]butanenitrile Chemical compound N#CCCCN1C=C[N+](CCCC#N)=C1 PJGSRNRRFJTJNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWORVTSPNLVHSH-UHFFFAOYSA-N 4-ethyl-4-methylmorpholin-4-ium Chemical compound CC[N+]1(C)CCOCC1 NWORVTSPNLVHSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAIDEDAQMFMQNC-UHFFFAOYSA-N 4-pyridin-1-ium-1-ylbutanenitrile Chemical compound N#CCCC[N+]1=CC=CC=C1 OAIDEDAQMFMQNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-M Aminoacetate Chemical compound NCC([O-])=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ORLLUDDAXVGHSQ-UHFFFAOYSA-N COC(N(C=C1)O)=[N+]1[O-] Chemical compound COC(N(C=C1)O)=[N+]1[O-] ORLLUDDAXVGHSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JYFHYPJRHGVZDY-UHFFFAOYSA-N Dibutyl phosphate Chemical compound CCCCOP(O)(=O)OCCCC JYFHYPJRHGVZDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100444028 Drosophila melanogaster Dso2 gene Proteins 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PLZVEHJLHYMBBY-UHFFFAOYSA-N Tetradecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCN PLZVEHJLHYMBBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M Trifluoroacetate Chemical compound [O-]C(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXVKHKJETWAWRR-UHFFFAOYSA-N a805143 Chemical compound C1CCNC1.C1CCNC1 GXVKHKJETWAWRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000074 biopharmaceutical Drugs 0.000 description 1
- SLSPYQCCSCAKIB-UHFFFAOYSA-N bis(1,1,2,2,2-pentafluoroethylsulfonyl)azanide Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)F SLSPYQCCSCAKIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SDTAXUVLXYGRNE-UHFFFAOYSA-O bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide;3-methyl-1h-imidazol-3-ium Chemical compound C[N+]=1C=CNC=1.FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F SDTAXUVLXYGRNE-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- IUNCEDRRUNZACO-UHFFFAOYSA-N butyl(trimethyl)azanium Chemical compound CCCC[N+](C)(C)C IUNCEDRRUNZACO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- ZOZZQPFBMNNPPO-UHFFFAOYSA-N ethyl-dimethyl-propylazanium Chemical compound CCC[N+](C)(C)CC ZOZZQPFBMNNPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- CXHHBNMLPJOKQD-UHFFFAOYSA-M methyl carbonate Chemical compound COC([O-])=O CXHHBNMLPJOKQD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M methyl sulfate(1-) Chemical compound COS([O-])(=O)=O JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- HUZVOFBJZJVUBY-UHFFFAOYSA-N methyl(trioctadecyl)azanium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCCCCCCCC HUZVOFBJZJVUBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZUZLIXGTXQBUDC-UHFFFAOYSA-N methyltrioctylammonium Chemical compound CCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZUZLIXGTXQBUDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- UZZYXUGECOQHPU-UHFFFAOYSA-M n-octyl sulfate Chemical compound CCCCCCCCOS([O-])(=O)=O UZZYXUGECOQHPU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229940067739 octyl sulfate Drugs 0.000 description 1
- YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N perfluorooctane-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000015541 sensory perception of touch Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 229960002317 succinimide Drugs 0.000 description 1
- UZZYXUGECOQHPU-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid monooctyl ester Natural products CCCCCCCCOS(O)(=O)=O UZZYXUGECOQHPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJQWBACJIAKDTJ-UHFFFAOYSA-N tetrabutylphosphanium Chemical compound CCCC[P+](CCCC)(CCCC)CCCC BJQWBACJIAKDTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UOBBAWATEUXIQF-UHFFFAOYSA-N tetradodecylazanium Chemical compound CCCCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCC UOBBAWATEUXIQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N tetraethylammonium Chemical compound CC[N+](CC)(CC)CC CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YFZDLRVCXDBOPH-UHFFFAOYSA-N tetraheptylazanium Chemical compound CCCCCCC[N+](CCCCCCC)(CCCCCCC)CCCCCCC YFZDLRVCXDBOPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BEUGLNAPLFMOJS-UHFFFAOYSA-N tetrahexadecylazanium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCCCCCC BEUGLNAPLFMOJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTIFFPXSSXFQCJ-UHFFFAOYSA-N tetrahexylazanium Chemical compound CCCCCC[N+](CCCCCC)(CCCCCC)CCCCCC DTIFFPXSSXFQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N tetramethylammonium Chemical compound C[N+](C)(C)C QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CHYBTAZWINMGHA-UHFFFAOYSA-N tetraoctylazanium Chemical compound CCCCCCCC[N+](CCCCCCCC)(CCCCCCCC)CCCCCCCC CHYBTAZWINMGHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GJSGYPDDPQRWPK-UHFFFAOYSA-N tetrapentylammonium Chemical compound CCCCC[N+](CCCCC)(CCCCC)CCCCC GJSGYPDDPQRWPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 1
- 229940068492 thiosalicylate Drugs 0.000 description 1
- NBOMNTLFRHMDEZ-UHFFFAOYSA-N thiosalicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1S NBOMNTLFRHMDEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- HJHUXWBTVVFLQI-UHFFFAOYSA-N tributyl(methyl)azanium Chemical compound CCCC[N+](C)(CCCC)CCCC HJHUXWBTVVFLQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XKFPGUWSSPXXMF-UHFFFAOYSA-N tributyl(methyl)phosphanium Chemical compound CCCC[P+](C)(CCCC)CCCC XKFPGUWSSPXXMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SEACXNRNJAXIBM-UHFFFAOYSA-N triethyl(methyl)azanium Chemical compound CC[N+](C)(CC)CC SEACXNRNJAXIBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TZWFFXFQARPFJN-UHFFFAOYSA-N triethyl(methyl)phosphanium Chemical compound CC[P+](C)(CC)CC TZWFFXFQARPFJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WCZKTXKOKMXREO-UHFFFAOYSA-N triethylsulfanium Chemical compound CC[S+](CC)CC WCZKTXKOKMXREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PYVOHVLEZJMINC-UHFFFAOYSA-N trihexyl(tetradecyl)phosphanium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC[P+](CCCCCC)(CCCCCC)CCCCCC PYVOHVLEZJMINC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FVJLCPJDDAGIJE-UHFFFAOYSA-N tris(2-hydroxyethyl)-methylazanium Chemical compound OCC[N+](C)(CCO)CCO FVJLCPJDDAGIJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B5/00—Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/006—Motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/03—Microengines and actuators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/03—Microengines and actuators
- B81B2201/034—Electrical rotating micromachines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/05—Type of movement
- B81B2203/056—Rotation in a plane parallel to the substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/05—Type of movement
- B81B2203/058—Rotation out of a plane parallel to the substrate
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 액츄에이터 에 관한 것으로 구체적으로는 이온성 고분자-무기입자 복합체를 통해 인가된 전기적 신호에 따라 이온의 전달 특성을 증가시킨 촉각 액츄에이터 에 관한 것이다. The present invention relates to an actuator, and more particularly, to a tactile actuator with increased ion transfer characteristics according to an electrical signal applied through an ionic polymer-inorganic particle complex.
최근 웨어러블 전자기기 및 로봇 기술의 발전과 더불어 IoT 기반의 증강현실/가상현실 분야와 소프트 로봇 공학 및 바이오 의약과 같은 신흥 분야에서 다양한 구동 특성을 통해 사용자에게 기계적 자극을 제공하고, 이를 소형화 장치에 적용하기 때문에 저전압 구동 전기 기계 변환기에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 유망한 후보로는 단지 몇 볼트의 낮은 작동 전압 하에서 큰 변위가 가능한 이온 성 폴리머 액츄에이터(Actuator)가 있다. 이온 성 폴리머 액츄에이터의 고유 한 두드러진 특징은 유연성, 제조 용이성, 저렴한 비용 및 경량성을 포함한다. 새로운 이온 성 폴리머의 발견을 통해 지난 10 년 동안 이온 성 폴리머 액츄에이터의 성능을 개선하기 위해 광범위한 노력을 기울이고 있으며, 다양한 전극 재료 특히, 이온성 액체가 넓은 범위의 전기 화학적 안정성 및 높은 이온 전도성의 이점을 제공 하기 때문에, 이온 성 액체의 액츄에이터 내로의 도입은 긴 사이클 수명으로 큰 굽힘 변형률을 달성 할 수 있는 큰 잠재력을 보여 주고 있다.With the recent development of wearable electronic devices and robot technology, in the IoT-based augmented reality/virtual reality field and emerging fields such as soft robotics and biopharmaceuticals, mechanical stimulation is provided to users through various driving characteristics and applied to miniaturized devices. Therefore, the demand for low voltage driven electromechanical converters is increasing. A promising candidate for this is an ionic polymer actuator capable of large displacement under a low operating voltage of only a few volts. The unique salient features of ionic polymer actuators include flexibility, ease of manufacture, low cost and light weight. Extensive efforts have been made to improve the performance of ionic polymer actuators over the past decade through the discovery of novel ionic polymers, and various electrode materials, especially ionic liquids, have demonstrated the advantages of a wide range of electrochemical stability and high ionic conductivity. Because it provides, the introduction of ionic liquids into actuators is showing great potential to achieve large bending strains with long cycle life.
촉각적 피드백의 구현을 위한 높은 구동력 특성을 갖는 인공 액츄에이터 관련 연구의 경우, 활성층 내의 높은 기계적 물성과 낮은 구동 전압을 확보하기 위해 이온성 소재와 금속 소재를 혼합하여 구성한다. 이온성 고분자-금속 복합체의 양면에 전극을 형성하여 전압 인가 시, 양쪽 전극 계면에 축적된 이온의 농도, 크기 차이를 통해 액츄에이터 특성을 보이며, 함유된 금속 소재를 통한 높은 기계적 물성으로 높은 구동력 특성이 구현된다. In the case of research related to artificial actuators with high driving force characteristics for realization of tactile feedback, an ionic material and a metallic material are mixed to ensure high mechanical properties and low driving voltage in the active layer. When voltage is applied by forming electrodes on both sides of the ionic polymer-metal complex, actuator characteristics are shown through the difference in concentration and size of ions accumulated at the interface of both electrodes, and high driving force characteristics due to high mechanical properties through the contained metal material. is implemented
높은 구동력 특성을 확보하기 위한 금속 소재의 높은 기계적 물성은 i) 액츄에이터의 높은 작동 변위를 확보하기 어렵고, 고분자 내에 함유된 이온성 소재의 고유한 이온 이동도의 감소로 인한 ii) 낮은 구동 주파수로 사용자에게 다양한 촉각 자극을 제공하기 어려움이 있고, 또한, iii) 전기적 신호에 의한 느린 작동 반응 속도로 인해 실제 촉각적 피드백을 제공하기 위한 충분한 구동력을 확보하기 어려운 기술적 한계점이 존재하여 이를 개선한 촉각 액츄에이터가 요구되는 시점이다. Due to the high mechanical properties of the metal material to ensure high driving force characteristics, i) it is difficult to secure a high operating displacement of the actuator, and due to the decrease in the intrinsic ion mobility of the ionic material contained in the polymer ii) the user with a low driving frequency It is difficult to provide various tactile stimuli to users, and iii) there is a technical limit in which it is difficult to secure sufficient driving force to provide actual tactile feedback due to the slow operation response speed by electrical signals. It is a required time.
본 발명의 실시예는 이온성 고분자 소재를 활성층으로 사용하여 저전압으로 구동이 가능한 저전력 이온성 액츄에이터 소자를 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide a low-power ionic actuator device that can be driven at a low voltage using an ionic polymer material as an active layer.
또한 본 발명의 실시예는 저전력 이온성 액츄에이터 소자의 표면에 이온이 결합된 무기입자를 기반으로 이온 전달 특성을 향상시키는 메커니즘을 이용하는 이온성 액츄에이터 소자를 제공하고자 한다.In addition, an embodiment of the present invention is to provide an ionic actuator device using a mechanism for improving ion transport characteristics based on inorganic particles bonded to ions on the surface of the low-power ionic actuator device.
또한 본 발명의 실시예는 상기와 같은 메커니즘을 이용하여 높은 구동 주파수와 높은 구동력 특성이 동시에 향상된 이온성 액츄에이터 소자를 가지는 촉각 액츄에이터를 제공하고자 한다. In addition, an embodiment of the present invention is to provide a tactile actuator having an ionic actuator element with improved high driving frequency and high driving force characteristics at the same time using the above mechanism.
본 발명에 따른 촉각 액츄에이터는 하부 전극과 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은, 표면 이온층을 가지는 무기입자 및 상기 무기입자가 분산되어 있는 이온성 고분자 복합체을 포함하고, 상기 표면 이온층은 제1 이온과 제2 이온을 구비하며, 상기 제1 이온은 상기 무기입자 표면상에 수소결합하고, 상기 제2이온은 상기 제1 이온 상에 정전기적 인력으로 결합되어 상기 표면 이온층을 형성하는 것을 특징으로 특징으로 한다. The tactile actuator according to the present invention includes a lower electrode and an upper electrode, and an active layer disposed between the lower electrode and the upper electrode, wherein the active layer includes inorganic particles having a surface ionic layer and an ionic polymer in which the inorganic particles are dispersed. comprising a complex, wherein the surface ion layer has first ions and second ions, the first ions are hydrogen-bonded on the surface of the inorganic particles, and the second ions are electrostatically coupled to the first ions It is characterized in that the surface ion layer is formed.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 이온성 고분자 복합체는 고분자와 이온성 물질로 이루어져 있으며, 상기 이온성 물질은 상기 탄성 고분자와 상기 이온성 물질 전체 100중량% 대비 20 내지 60 중량% 인 것을 특징으로 한다. The ionic polymer composite of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention is composed of a polymer and an ionic material, and the ionic material is 20 to 60% by weight based on 100% by weight of the total of the elastic polymer and the ionic material characterized.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 제2 이온은, 상기 하부 전극 및 상부 전극에 전기적 신호가 인가시 해리되어 인접된 다른 제1 이온과 결합되는 것을 특징으로 한다. The second ion of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention is characterized in that when an electrical signal is applied to the lower electrode and the upper electrode, the second ion is dissociated and combined with another adjacent first ion.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 무기입자는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 또는 티타니아인 것을 특징으로 한다. The inorganic particles of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention are characterized in that silica, alumina, zirconia, or titania.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 제1이온은 음이온이고, 상기 음이온은 카복실레이트 (carboxylate), 카보네이트 (carbonate). 포스페이트 (phosphate), 설포네이트(sulfonate), 설페이트 (sulfate), 시아네이트 (cyanate), 이미드 (imide), 비스(설포닐)이미드(bis(sulfonyl)imide), 다이시안아미드 (dicyanamide), 헥사플루오로안티모네이트 (hexafluoroantimonate), 하이드록사이드 (hydroxide), 나이트라이트 (nitrite), 및 테트라플루오로보레이트 (tetrafluoroborate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 음이온인 것을 특징으로 한다. The first ion of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention is an anion, and the anion is carboxylate or carbonate. phosphate, sulfonate, sulfate, cyanate, imide, bis(sulfonyl)imide, dicyanamide, It is characterized in that at least one anion selected from the group consisting of hexafluoroantimonate, hydroxide, nitrite, and tetrafluoroborate.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 음이온은 하기 화학식 1로 나타낸 비스(설포닐)이미드이다. The anion of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention is bis(sulfonyl)imide represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 불화알킬기이다. In Formula 1, R1 and R2 independently represent fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 제2이온은 양이온 이고, 상기 양이온은 암모늄(ammonium), 콜린(choline), 이미다졸륨(imidazolium), 포스포늄(phosphonium), 피리디늄(pyridinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피페리디늄(piperidinium), 몰폴리늄(morpholinium), 및 설포늄(sulfonium)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양이온인 것을 특징으로 한다. The second ion of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention is a cation, and the cation is ammonium, choline, imidazolium, phosphonium, pyridinium, It is characterized in that at least one cation selected from the group consisting of pyrazolium, pyrrolidinium, piperidinium, morpholinium, and sulfonium.
본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 상기 이온성 물질은 탄소수 1 내지 4의 과불화알킬기를 구비하는 비스(과불화알킬설포닐)이미드인 음이온과, 이미다졸륨인 양이온을 구비하는 것을 특징으로 한다. The ionic material of the tactile actuator according to an embodiment of the present invention comprises an anion that is a bis(perfluoroalkylsulfonyl)imide having a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and a cation that is imidazolium. do it with
본 발명에 따른 촉각 액츄에이터 제조방법은 고분자와 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계, 무기입자와 이온성 물질을 혼합하여 표면 이온층을 가지는 무기입자를 제조하는 단계, 상기 표면 이온층을 가지는 무기입자와 상기 고분자 용액을 혼합한 후 열경화시켜 활성층을 제조하는 단계 및 상기 활성층의 양면에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 표면 이온층은 제1 이온과 상기 제1 이온과 정전기적 인력으로 결합되어 있는 제2이온들로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. The method for manufacturing a tactile actuator according to the present invention comprises the steps of preparing a polymer solution by mixing a polymer and a solvent, preparing inorganic particles having a surface ionic layer by mixing inorganic particles and an ionic material, inorganic particles having the surface ionic layer and Comprising the steps of preparing an active layer by mixing and then thermosetting the polymer solution, and forming an upper electrode and a lower electrode on both surfaces of the active layer, the surface ion layer has a first ion and an electrostatic attraction between the first ion and the first ion It is characterized in that it consists of second ions bound to
본 발명에 실시예에 따른 촉각 액츄에이터 제조방법의 상기 이온성 물질은 상기 탄성 고분자와 상기 이온성 물질 전체 100중량% 대비 20 내지 60 중량% 인 것을 특징으로 한다. The ionic material of the tactile actuator manufacturing method according to the embodiment of the present invention is characterized in that 20 to 60% by weight based on 100% by weight of the total of the elastic polymer and the ionic material.
본 발명에 실시예에 따른 촉각 액츄에이터 제조방법의 상기 활성층의 양면에 전극을 형성하는 단계는 전사 또는 스프레이 코팅 방법으로 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다. The step of forming the electrodes on both sides of the active layer of the method for manufacturing a tactile actuator according to an embodiment of the present invention is characterized in that the electrode is formed by a transfer or spray coating method.
본 발명의 실시예는 이온성 고분자 소재를 활성층으로 사용하기 때문에 3V 미만의 저전압으로 구동이 가능한 저전력 이온성 액츄에이터 소자를 제공할 수 잇는 효과가 있다. Since the embodiment of the present invention uses an ionic polymer material as an active layer, it is possible to provide a low-power ionic actuator device that can be driven at a low voltage of less than 3V.
본 발명의 실시예는 저전력 이온성 액츄에이터 소자의 표면에 이온이 결합된 무기입자를 기반으로 이온 전달 특성을 향상시키는 메커니즘을 이용하여 높은 구동 주파수와 높은 구동력 특성이 동시에 향상된 이온성 액츄에이터 소자를 가지는 촉각 액츄에이터를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention provides a tactile sense having an ionic actuator element with improved high driving frequency and high driving force characteristics at the same time by using a mechanism for improving ion transport characteristics based on inorganic particles bonded to ions on the surface of the low-power ionic actuator element. An actuator may be provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 보다 상세한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 구동 메커니즘 모식도 이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터 제조방법의 모식도 이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따른 촉각 액츄에이터 활성층의 활성화 에너지를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 구동 변위와 구동력을 측정한 결과를 그래프로 도시한다. 1 is a cross-sectional view of a tactile actuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a more detailed cross-sectional view of a tactile actuator according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a driving mechanism of a tactile actuator according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a method for manufacturing a tactile actuator according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing activation energy of an active layer of a tactile actuator according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
6 is a graph showing the results of measuring the driving displacement and driving force of the tactile actuator according to the embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, or elements mentioned.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. are to be construed as advantageous in any aspect or design described as being preferred or advantageous over other aspects or designs. is not doing
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any of natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein and in the claims, the singular expression "a" or "an" generally means "one or more," unless stated otherwise or clear from the context that it relates to the singular form. should be interpreted as
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, the terms used in the description below should not be construed as limiting the technical idea, but as illustrative terms for describing the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the content throughout the specification, rather than the simple name of the term.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이온성 고분자-무기입자 복합체를 이용한 촉각 액츄에이터(100)에 대한 설명은 다음과 같으며, 상기 촉각 액츄에이터(100) 단면도는 도 1에 도시한다.Hereinafter, a description of the
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터(100)은 하부 전극(110)과 상부 전극(120) 및 하부 전극(110)과 상기 상부 전극(120) 사이에 배치되는 활성층(130)을 포함하고, 활성층(130)은 표면 이온층(170)을 가지는 무기입자(150) 및 무기입자(150)가 분산되어 있는 이온성 고분자 복합체(180)을 포함한다. 1, the
표면 이온층(170)은 제1 이온과 제2 이온을 구비하고, 상기 제1 이온은 상기 무기입자(150) 표면상에 수소결합하고, 상기 제2이온은 상기 제1 이온 상에 정전기적 인력으로 결합되어 상기 표면 이온층(170)을 형성하는 것을 특징으로 한다. The
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터(100)를 보다 자세하게 구분하여 놓은 단면도 이다. 2 is a cross-sectional view showing the
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터(100)는 하부 전극(110)과 상부 전극(120) 및 하부 전극(110)과 상기 상부 전극(120) 사이에 배치되는 활성층(130)을 보다 상세하게 구분해 놓았다. Referring to FIG. 2 , a
이때 하부 전극(110)과 상부 전극(110)은 서로에 관계 없이 금속층, 전도성 금속 산화물층, 전도성 탄소층, 금속 나노 와이어 네트워크층, 그래핀층, 그래파이트 층 또는 전도성 고분자층 일수 있으며, 전도성이 있는 물질이라면 그 제한이 없다. In this case, the
상기 상부 전극(21)의 상부에 상부 기판(미도시)이 배치되고, 상기 하부 전극(11)의 하부에 하부 기판(미도시)이 배치될 수 있다. 이들 기판들은 지지체로서의 역할을 할 수 있으며, 유리기판 또는 고분자 기판일 수 있다. 상기 기판이 고분자 기판 등의 유연기판이고 상기 전극들(110, 120)이 유연 전극인 경우, 상기 촉각 액츄에이터(100)은 물체의 표면 상에도 배치될 수 있다. An upper substrate (not shown) may be disposed on the upper electrode 21 , and a lower substrate (not shown) may be disposed under the lower electrode 11 . These substrates may serve as a support, and may be a glass substrate or a polymer substrate. When the substrate is a flexible substrate such as a polymer substrate and the
활성층(130)은 상기 이온성 고분자 복합체(180) 내에 분산되어 있는 표면 이온층(170) 가지는 무기입자를 포함한다. The
상기 이온성 고분자 복합체(180)는 양이온과 음이온을 구비하는 이온성 물질(160)을 포함하고, 고분자(140) 함유하고 있으며, 상기 고분자(140)는 탄성 고분자이다. 또한 상기 탄성 고분자는 활성층(130)에 점탄성을 부여할 수 있다. The
상기 고분자(140)는 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리이소부틸렌, 또는 폴리우레탄일 수 있고, 바람직하게는 상기 고분자(140)는 하드세그먼트(144)와 소프트세그먼트(142)의 블록 코폴리머인 열가소성 탄성 고분자일 수 있다. 이러한 열가소성 탄성 고분자(thermoplastic elastomer, TPE)는 하드세그먼트의 종류에 따라 구분 되는 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리우레탄계, 또는 폴리아미드계 TPE일 수 있다. 일 예로서, 폴리스티렌계 TPE 즉, 열가소성 폴리스티렌은 하드세그먼트가 폴리스티렌이고 소프트 세그먼트가 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리에틸렌/폴리부틸렌인 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-폴리이소프렌-스티렌(SIS), 또는 스티렌-폴리에틸렌/폴리부티렌-스티렌(SEBS)일 수 있다. 폴리에스터계는 하드세그먼트가 방향족 폴리에스터이고 소프트세그먼트가 지방족 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스터일 수 있다. 폴리우레탄계 TPE는 하드세그먼트가 방향족 폴리우레탄이고, 소프트세그먼트가 지방족 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스터일 수 있다. 폴리아미드계 TPE는 하드세그먼트가 방향족 폴리아미드이고, 소프트세그먼트가 지방족 폴리에테르 또는 지방족 폴리에스터일 수 있다. 상기 열가소성 탄성 고분자 중에서도 소프트 세그먼트에 수소 결합이 가능한 작용기를 구비하는 폴리에스터계, 폴리우레탄계, 또는 폴리아미드계 TPE를 사용할 수 있다. The
상기 무기입자(150)는 표면 상에 표면 작용기(SFG), 예를 들어 하이드록시기를 갖는 무기입자(150)일 수 있다. 이 경우, 상기 고분자(140)의 일부분은 상기 무기입자(150)의 표면 작용기(SFG)와 상호작용 일 예로서, 수소결합에 의해 결합될 수 있다.The
상기 고분자(140)가 하드세그먼트(144)와 소프트세그먼트(142)의 블록 코폴리머인 열가소성 탄성 고분자인 경우에, 상기 무기입자(150) 표면의 작용기(SFG)인 하이드록시기는 상기 소프트세그먼트(142)에 수소결합될 수 있다. 따라서, 상기 무기입자들(150)은 상기 고분자(140)에 부착될 수 있다. 또한, 상기 무기입자들(150)은 이온성 고분자 복합체(180) 내에 거의 균일하게 분산될 수 있다. When the
상기 무기입자(150)는 M-O-M 결합을 주골격으로 하는 망상 구조(network)를 가질 수 있고, 일 예로서, 실리카, 티타니아, 알루미나, 또는 지르코니아일 수 있다. 상기 무기입자(150)는 다공성을 가질 수도 있고, 이 경우 상기 다공성 무기입자의 기공 내의 표면 상에도 하이드록시기가 위치할 수 있다. 상기 무기입자(150)는 마이크로미터의 직경, 예를 들어 약 수 내지 수십 ㎛, 구체적으로 약 1 내지 20 ㎛, 더 구체적으로는 약 5 내지 10㎛의 직경을 가질 수 있다.The
이온성 물질(160)는 양이온(164)과 음이온(162)이 이온 결합에 의해 결합된 염으로, 약 100 이하 구체적으로 상온에서 액체 상태로 유동성을 갖는 물질을 의미할 수 있다. The
상기 표면 작용기(SFG)가 하이드록시기인 경우, 상기 상호작용은 수소결합일 수 있다. 구체적으로, 양이온(164)과 음이온(162) 중 어느 하나는 분자 내에 N, O, 또는 F를 구비하여, 상기 무기입자(150) 표면에 위치하는 작용기(SFG)인 하이드록시기에 수소결합하여 상기 무기입자(150)의 표면 상에 구속 또는 고정될 수 있다. 일 예로서, 양이온(164)과 음이온(162) 중 음이온(162)은 N, O, 또는 F를 분자 내에 구비하여 수소결합에 의해 상기 무기입자(150)의 표면 상에 구속되고, 양이온(164)은 이온결합에 의해 상기 음이온(162)에 이온결합에 의해 구속되어, 상기 무기입자(150)의 표면 상에 이온 이중층 즉 표면 이중층(170)을 형성할 수 있다.When the surface functional group (SFG) is a hydroxyl group, the interaction may be hydrogen bonding. Specifically, any one of the
상기 표면 이중층(170)은 상기 무기입자(150) 표면에 작용기(SFG)와 수소결합하는 제1 이온 및 상기 제1 이온과 정전기력 인력으로 결합하는 제2 이온을 구비한다. The surface
상기 제1 이온은 이온성 물질(160)의 음이온(162)에서 유래하며, 상기 제2 이온은 이온성 물질(160)의 양이온(164)에서 유래한다. The first ion is derived from the
한편, 상기 무기입자(150)의 표면 상에 고정화 또는 구속되지 않은 이온성 액체(37) 즉, 양이온(164)과 음이온(162)들 중 일부는 상기 고분자(140)의 인접하는 하드세그먼트(144)들 사이에 배치되거나 다른 일부는 상기 활성층(130) 내에서 유동성을 유지할 수 있다. On the other hand, some of the ionic liquid 37 that is not immobilized or constrained on the surface of the
상기 활성층(130) 내에서 유동성을 유지하는 양이온(164)과 음이온(162)의 양은 이온성 물질(160)의 첨가양을 조절하여 조절할 수 있으며, 상기 유동성을 유지하기 위해 이온성 물질(160)은 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 20 내지 60중량%를 포함한다. 상기 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 이온성 물질(160)이 20 중량% 미만일 경우, 상기 활성층(130) 내에서 유동성을 유지하는 양이온(164)과 음이온(162)이 거의 대부분 상기 무기입자(150)의 표면 상에 구속된 상태이거나, 하드세그먼트(144)들 사이에 배치되어 활성층(130) 내에서 유동성을 유지하는 이온의 양이 매우 소량 존재하게 된다. 이렇게 되면 활성층의 유동성을 갖는 이온의 수가 적어 상기 메커니즘의 효과적인 구현의 한계점이 있고, 활성층의 유연성이 너무 부족하여 촉각 액츄에이터로 작동이 어려우며, 반대로 상기 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 이온성 물질(160)이 60 중량%를 초과하는 경우, 상기 메커니즘을 구현하기 위한 구속되어 있는 이온의 전달 효과 보다 유동성을 갖는 이온에 의한 액츄에이터 작동으로 높은 촉각 액츄에이터로 작동이 어렵다.The amount of
음이온(162)은 분자 내에 N, O, 또는 F를 구비하는 음이온 일수 있으며, 상기 분자 내에 N, O, 또는 F를 구비하는 음이온은 카복실레이트 (carboxylate), 카보네이트 (carbonate). 포스페이트 (phosphate), 설포네이트 (sulfonate), 설페이트 (sulfate), 시아네이트 (cyanate), 이미드 (imide), 비스(설포닐)이미드 (bis(sulfonyl)imide), 다이시안아미드 (dicyanamide), 헥사플루오로안티모네이트 (hexafluoroantimonate), 하이드록사이드 (hydroxide), 나이트라이트 (nitrite), 및 테트라플루오로보레이트 (tetrafluoroborate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 음이온일 수 있다. 나아가, 상기 음이온은 분자 내에 불소를 포함하는 불소화된 음이온일 수 있다.The
상기 카복실레이트 음이온은 아세테이트 (acetate), 아미노아세테이트 (aminoacetate), 벤조에이트 (benzoate), 락테이트(lactate), 티오살리실레이트 (thiosalicylate), 또는 트라이플루오로아세테이트 (trifluoroacetate)일 수 있고 상기 카보네이트 음이온은 하이드로젠 카보네이트 (hydrogen carbonate) 또는 메틸 카보네이트 (methyl carbonate)일 수 있으며, 상기 포스페이트 음이온은 다이부틸 포스페이트(dibutyl phosphate) 또는 헥사 플루오로포스페이트 (hexafluorophosphate)일 수 있고, 상기 설포네이트 음이온은 헵타데카플루오로옥탄설포네이트 (heptadecafluorooctanesulfonate), 메탄설포네이트 (methanesulfonate), 노나플루오로부탄설포네이트 (nonafluorobutanesulfonate), 트라이플루오로메탄설포네이트 (trifluoromethanesulfonate), 또는 토실레이트 (tosylate)일 수 있으며, 상기 설페이트 음이온은 하이드로젠 설페이트 (hydrogen sulfate), 2-(2-메톡시에톡시)에틸 설페이트 (2-(2-methoxyethoxy)ethyl sulfate), 메닐 설페이트 (methyl sulfate), 또는 옥틸 설페이트(octyl sulfate)일 수 있고, 상기 시아네이트 음이온은 티오시아네이트 (thiocyanate) 일 수 있으며, 상기 이미드 음이온은 숙신이미드(succinimide)일 수 있다. 상기 비스(설포닐)이미드는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.The carboxylate anion may be acetate, aminoacetate, benzoate, lactate, thiosalicylate, or trifluoroacetate, and the carbonate anion Silver may be hydrogen carbonate or methyl carbonate, the phosphate anion may be dibutyl phosphate or hexafluorophosphate, and the sulfonate anion may be heptadecafluoro It may be rooctanesulfonate (heptadecafluorooctanesulfonate), methanesulfonate (methanesulfonate), nonafluorobutanesulfonate (nonafluorobutanesulfonate), trifluoromethanesulfonate (trifluoromethanesulfonate), or tosylate (tosylate), wherein the sulfate anion is a hydride hydrogen sulfate, 2-(2-methoxyethoxy)ethyl sulfate, methyl sulfate, or octyl sulfate, wherein The cyanate anion may be thiocyanate, and the imide anion may be succinimide. The bis(sulfonyl)imide may be represented by
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 불화알킬기일 수 있다. 상기 불화알킬기는 과불화알킬기일 수 있다.In
상기 비스(설포닐)이미드는 탄소수 1 내지 4의 과불화알킬기를 구비하는 비스(과불화알킬설포닐)이미드, 일 예 로서, 비스(플루오로메틸설포닐)이미드(bis(fluoromethylsulfonyl)imide, FSI), 비스(트라이플루오로메틸설포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, TFSI), 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드(bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide, BETI), 또는 (퍼플루오로부틸설포닐)(트라이플루오로메틸설포닐)이미드 ((nonafluorobutylsulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, IM14)일 수 있다.The bis(sulfonyl)imide is a bis(perfluoroalkylsulfonyl)imide having a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for example, bis(fluoromethylsulfonyl)imide , FSI), bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (TFSI), bis(perfluoroethylsulfonyl)imide (bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide, BETI), or (perfluoro robutylsulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)imide ((nonafluorobutylsulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, IM14).
상기 이온성 물질(160)의 양이온은 암모늄(ammonium), 콜린(choline), 이미다졸륨(imidazolium), 포스포늄(phosphonium), 피리디늄(pyridinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피페리디늄(piperidinium), 몰폴리늄 (morpholinium), 및 설포늄(sulfonium)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양이온일 수 있다. 상기 양이온이 파이 결합을 분자내에 구비하는 이미다졸륨, 피리디늄, 피라졸륨 등인 경우, 상기 양이온들 사이에 파이-파이 결합에 의한 구속력이 존재할 수 있다.The cation of the
상기 암모늄은 4차 암모늄으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기 중 서로에 관계없이 4개를 구비하는 암모늄, 일 예로서, 부틸트라이메틸암모늄, 트라이부틸메틸암모늄, 트라이에틸메틸암모늄, 에틸다이메틸프로필암모늄, 2-하이드록시에틸-트라이메틸암모늄, 트라이(2-하이드록시에틸)메틸암모늄, 메틸트라이옥타데실암모늄, 메틸트라이옥틸암모늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라부틸암모늄, 테트라펜틸암모늄, 테트라헥실암모늄, 테트라헵틸암모늄, 테트라옥틸암모늄, 테트라데실암모늄, 테트라도데실암모늄, 또는 테트라헥사데실암모늄일 수 있다.The ammonium is a quaternary ammonium having 4 of the alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms regardless of each other, for example, butyltrimethylammonium, tributylmethylammonium, triethylmethylammonium, ethyldimethylpropylammonium, 2-Hydroxyethyl-trimethylammonium, tri(2-hydroxyethyl)methylammonium, methyltrioctadecylammonium, methyltrioctylammonium, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrabutylammonium, tetrapentylammonium, tetrahexyl ammonium, tetraheptylammonium, tetraoctylammonium, tetradecylammonium, tetradodecylammonium, or tetrahexadecylammonium.
상기 이미다졸륨은 1-알릴-3-메틸이미다졸륨, 1-벤질-3-메틸이미다졸륨, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨, 1-부틸-2,3-다이메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트라이데카플루오로옥틸)이미다졸륨, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨, 1-데실-3-메틸이미다졸륨, 1,3-다이에톡시이미다졸륨, 1,3-다이메톡시이미다졸륨, 1,3-다이하이드록시이미다졸륨, 1,3-다이하이드록시-2-메톡시이미다졸륨, 1,3-다이메톡시-2-메틸이미다졸륨, 1,3-다이메틸이미다졸륨, 1,2-다이메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-도데실-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-2,3-다이메틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-옥틸이미The imidazolium is 1-allyl-3-methylimidazolium, 1-benzyl-3-methylimidazolium, 1,3-bis(cyanomethyl)imidazolium, 1,3-bis(cyanopropyl ) imidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3- (3,3,4,4,5,5,6 ,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)imidazolium, 1-(3-cyanopropyl)-3-methylimidazolium, 1-decyl-3-methylimidazolium , 1,3-diethoxyimidazolium, 1,3-dimethoxyimidazolium, 1,3-dihydroxyimidazolium, 1,3-dihydroxy-2-methoxyimidazolium, 1,3-dimethoxy-2-methylimidazolium, 1,3-dimethylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium, 1-dodecyl-3-methylimidazolium , 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-(2-hydroxyethyl)-3-methyl Imidazolium, 1-methylimidazolium, 1-methyl-3-octylimimi
다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-메틸-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트라이데카플루오로옥틸)이미다졸륨, 1-메틸-3-비닐이미다졸륨, 또는 1,2,3-트라이메틸이미다졸륨일 수 있다.Dazolium, 1-methyl-3-propylimidazolium, 1-methyl-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro rooctyl)imidazolium, 1-methyl-3-vinylimidazolium, or 1,2,3-trimethylimidazolium.
상기 포스포늄은 테트라부틸포스포늄, 트라이부틸메틸포스포늄, 트라이에틸메틸포스포늄, 또는 트라이헥실테트라데실포스포늄일 수 있다. 상기 피리디늄은 1-부틸-3-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸피리디늄, 1-(3-시아노프로필)피리디늄, 1-에틸피리디늄, 또는 3-메틸-1-프로필피리디늄일 수 있다. 상기 피롤리디늄은 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 1-에틸-1-메틸피롤리디늄일 수 있다. 상기 피라졸륨은 1,2,4-트라이메틸피라졸륨일 수 있다. 상기 설포늄은 트라이에틸설포늄일 수 있다. 상기 피페리디늄은 1-부틸-1-메틸피페리디늄 또는 1-에틸-1-메틸피페리디늄일 수 있다. 상기 몰폴리늄은 4-에틸-4-메틸몰폴리늄일 수 있다. 구체적으로 상기 이온성 물질(160)는 이온성 액체(Ionic liquid (IL))인 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)일 수 있다.The phosphonium may be tetrabutylphosphonium, tributylmethylphosphonium, triethylmethylphosphonium, or trihexyltetradecylphosphonium. The pyridinium is 1-butyl-3-methylpyridinium, 1-butyl-4-methylpyridinium, 1-butylpyridinium, 1-(3-cyanopropyl)pyridinium, 1-ethylpyridinium, or 3 -methyl-1-propylpyridinium. The pyrrolidinium may be 1-butyl-1-methylpyrrolidinium or 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium. The pyrazolium may be 1,2,4-trimethylpyrazolium. The sulfonium may be triethylsulfonium. The piperidinium may be 1-butyl-1-methylpiperidinium or 1-ethyl-1-methylpiperidinium. The morpholinium may be 4-ethyl-4-methylmorpholinium. Specifically, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 동작 매커니즘 모식도이다. 3 is a schematic diagram of an operation mechanism of a tactile actuator according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하고, 상기 도 2를 다시 참조하면, 촉각 액츄에이터의 전극들(110, 120)에 전압이 인가될 수 있으며, 이 전압이 인가되는 동안 상기 촉각 액츄에이터가 동작할 수 있다. Referring to FIG. 3 and referring again to FIG. 2 , a voltage may be applied to the
상기 전극들(110, 120)에 전압을 인가시, 활성층(130) 내의 존재하는 음이온(162)과 양이온(164) 중에서 무기입자(150)의 표면 상에 구속되지 않고, 고분자(140)의 서로 인접하는 하드세그먼트(144)들 사이에 배치되지 않은 유동성을 갖는 음이온(162)과 양이온(164)은 상기 전극들(110, 120)의 표면 상으로 끌려가 정전기적 이중층을 형성하여 이온의 축적으로 구동 특성을 나타내다. When a voltage is applied to the
무기입자(150)의 표면 이온층은 제1 이온과 제2 이온을 구비하고 있으며, 상기 표면 이온층에 제1 이온과 정전기적 인력으로 결합되어 있는 제2 이온상기 제2 이온은, 상기 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)에 전기적 신호가 인가시 해리되어 이동하면서 인접된 다른 제1 이온과 결합될 수 있다.The surface ion layer of the
이때 무기입자(150) 표면에 결합되어 있는 제 1 이온은 이온 전달 지점으로 이용되어 전기적 신호에 의해 해리된 또 다른 제 2 이온이 무기입자(150)의 표면에 결합된 또 다른 제 1 이온과 재결합하고, 기존에 결합되어 있던 다른 제 2 이온과 교체됨을 통해, 이동하는 제2 이온의 이온 전달 특성을 향상시킨다. At this time, the first ion bonded to the surface of the
본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 제조방법을 아래와 같이 설명한다. A method of manufacturing a tactile actuator according to another embodiment of the present invention will be described below.
상기 촉각 액츄에이터 제조방법은 고분자와 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계, 무기입자와 이온성 물질을 혼합하여 표면 이온층을 가지는 무기입자를 제조하는 단계, 상기 표면 이온층을 가지는 무기입자와 상기 고분자 용액을 혼합한 후 열경화시켜 활성층을 제조하는 단계 및 상기 활성층의 양면에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 표면 이온층은 제1 이온과 제2 이온을 구비하며, 상기 제1 이온은 상기 무기입자 표면상에 수소결합하고, 상기 제2 이온은 상기 제1 이온 상에 정전기적 인력으로 결합되어 상기 표면 이온층을 형성하는 것을 특징으로 한다. The tactile actuator manufacturing method includes the steps of preparing a polymer solution by mixing a polymer and a solvent, preparing inorganic particles having a surface ion layer by mixing inorganic particles and an ionic material, inorganic particles having the surface ion layer and the polymer solution Comprising the steps of preparing an active layer by thermal curing after mixing and forming an upper electrode and a lower electrode on both surfaces of the active layer, wherein the surface ion layer has a first ion and a second ion, and the first ion is hydrogen-bonded on the surface of the inorganic particle, and the second ion is coupled to the first ion by electrostatic attraction to form the surface ion layer.
상기 고분자는 도 2을 참조하여 설명한 고분자 물질과 같고, 상기 용매는 증류수, 정수 등을 포함하는 물일 수 이다. The polymer is the same as the polymer material described with reference to FIG. 2, and the solvent may be distilled water or water including purified water.
상기 무기입자는 금속 산화물 전구체에서 유래 하며, 상기 금속 산화물 전구체는 하이드록시기(hydroxyl group), 탄소수 1, 2 또는 3의 알콕시기(alkoxy group), 할로기(halo group), 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 해당하는 작용기들을 구비하는 실리콘, 티타늄, 알루미늄, 또는 지르코늄일 수 있다.The inorganic particles are derived from a metal oxide precursor, and the metal oxide precursor includes a hydroxyl group, an alkoxy group having 1, 2 or 3 carbon atoms, a halo group, or two or more of them. It may be silicon, titanium, aluminum, or zirconium with functional groups corresponding to the combination.
일 예로서, 상기 금속 산화물 전구체는 실리콘 알콕사이드, 티타늄(IV) 알콕사이드, 알루미늄 알콕사이드, 또는 지르코늄(IV) 알콕사이드일 수 있다. 구체적으로는 상기 금속 산화물 전구체는 TEOS (Tetraethylorthosilicate)일 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물 전구체는 수용액의 형태로 제공될 수 있고, 거의 중성의 pH를 가질 수 있다. 상기 이온성 물질은 도 2을 참조하여 설명한 바와 같이 양이온과 음이온을 구비하며 100도 이하에서 액체의 형태를 가질 수 있다.As an example, the metal oxide precursor may be a silicon alkoxide, a titanium(IV) alkoxide, an aluminum alkoxide, or a zirconium(IV) alkoxide. Specifically, the metal oxide precursor may be Tetraethylorthosilicate (TEOS). In addition, the metal oxide precursor may be provided in the form of an aqueous solution, and may have an almost neutral pH. The ionic material has a cation and an anion as described with reference to FIG. 2 and may have a liquid form at 100 degrees or less.
상기 표면 이온층을 가지는 무기입자를 제조하는 단계에서 무기입자와 이온성 물질을 혼합한 혼합액 내에서는 졸-겔 반응이 발생하여 표면 이온층을 가지는 무기입자들이 생성될 수 있다. 이를 위해 상기 혼합액 내에 촉매을 추가 하수 있고, 상기 촉매는 산촉매이며, 구체적으로, 염산 혹은 염산 수용액을 추가할 수 있다. 이때 상기 이온성 물질은 양이온과 음이온을 포함한다.In the step of preparing the inorganic particles having the surface ionic layer, a sol-gel reaction may occur in the mixed solution of the inorganic particles and the ionic material to generate inorganic particles having the surface ionic layer. For this purpose, a catalyst may be added to the mixed solution, and the catalyst is an acid catalyst, and specifically, hydrochloric acid or an aqueous hydrochloric acid solution may be added. In this case, the ionic material includes a cation and an anion.
상기 무기입자들은 M-O-M 결합으로 이루어진 망목구조를 갖는 마이크로 입자들일 수 있다. 상기 졸-겔 반응에서는 무기입자의 가수분해(hydrolysis) 및 그 이후 가수분해된 무기입자들 사이의 축합반응이 발생하게 되는데, 가수분해속도를 축합반응속도에 비해 더 크게 하여 형성하는 경우, 생성된 표면 이온층을 가지는 무기입자의 다공도는 감소될 수 있다.The inorganic particles may be micro particles having a network structure formed of M-O-M bonds. In the sol-gel reaction, hydrolysis of inorganic particles and a condensation reaction between the hydrolyzed inorganic particles occur thereafter. The porosity of the inorganic particles having the surface ion layer can be reduced.
본 실시예에서는 가수분해속도를 축합반응속도에 비해 더 크게 하기 위해 상기 촉매를 산촉매 나아가 강산성을 나타낼 수 있는 염산수용액을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 축합반응속도를 가수분해속도에 비해 크게 하여 무기입자의 다공도를 증가시킬 수도 있다.In this embodiment, in order to increase the hydrolysis rate compared to the condensation reaction rate, an acid catalyst and an aqueous hydrochloric acid solution capable of exhibiting strong acidity was used as the catalyst, but is not limited thereto. In some cases, the porosity of the inorganic particles may be increased by increasing the rate of the condensation reaction compared to the rate of hydrolysis.
상기 표면 이온층은 상기 무기입자 표면에 결합된 제1 이온과 제2 이온은 포함하며, 상기 제1 이온은 상기 이온성 물질의 음이온에서 유래하고, 상기 제2 이온은 상기 이온성 물질의 양이온에서 유래한다. The surface ion layer includes a first ion and a second ion bonded to the surface of the inorganic particle, the first ion is derived from an anion of the ionic material, and the second ion is derived from a cation of the ionic material do.
또한, 졸-겔 반응을 진행하기 전에 금속 산화물 전구체와 이온성 물질을 혼합함에 따라, 이온성 물질에 구비된 양이온과 음이온은 상기 무기입자의 표면 상에 구속된 비교적 고밀도의 이온성 이중층을 형성할 수 있다. 상기 이온성 이중층은 앞서 설명한 바와 같이, 이온성 물질 중 수소결합이 가능한 작용기를 갖는 이온 일 예로서, 음이온이 상기 무기입자들의 표면 상의 하이드록시기와 수소결합을 이루어 상기 무기입자의 표면 상에 구속될 수 있고 또한 상기 음이온의 상대이온인 양이온은 이온결합에 의해 상기 음이온에 구속됨에 따라 형성될 수 있다. In addition, as the metal oxide precursor and the ionic material are mixed before proceeding with the sol-gel reaction, the cations and anions provided in the ionic material form a relatively high-density ionic double layer constrained on the surface of the inorganic particles. can As described above, the ionic double layer is an example of an ion having a functional group capable of hydrogen bonding among ionic materials. Also, a cation that is a counter ion of the anion may be formed by being bound to the anion by an ionic bond.
상기 이온성 물질은 계면활성제의 역할 그리고 가소제의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 이온성 물질은 친수성 무기입자 표면 상에 이온성 이중층을 형성하여 친수성 무기입자의 표면을 소수성으로 개질할 수 있고, 이에 따라 소수성 탄성 고분자 겔과 혼합하여 형성된 활성층 내에서 상기 무기입자의 균질한 분산을 유도할 수 있다.The ionic material may serve as a surfactant and as a plasticizer. Specifically, the ionic material can form an ionic double layer on the surface of the hydrophilic inorganic particle to modify the surface of the hydrophilic inorganic particle to be hydrophobic, and thus the inorganic particle in the active layer formed by mixing with the hydrophobic elastic polymer gel. A homogeneous dispersion can be induced.
상기 이온성 물질(160)은 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 20 내지 60중량%를 포함한다.The
상기 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 이온성 물질(160)이 20 중량% 미만일 경우, 활성층(130) 내에서 유동성을 유지하는 양이온(164)과 음이온(162)이 거의 대부분 상기 무기입자(150)의 표면 상에 구속된 상태이거나, 하드세그먼트(144)들 사이에 배치되어 활성층(130) 내에서 유동성을 유지하는 이온의 양이 매우 소량 존재하게 된다. 이렇게되면 활성층의 유동성을 갖는 이온의 수가 적어 상기 메커니즘의 효과적인 구현의 한계점이 있고, 활성층의 유연성이 너무 부족하여 촉각 액츄에이터로 작동이 어려우며, 반대로 상기 고분자(140)와 이온성 물질(160)의 전체 100중량% 대비 이온성 물질(160)이 60 중량%를 초과하는 경우, 상기 메커니즘을 구현하기 위한 구속되어 있는 이온의 전달 효과 보다 유동성을 갖는 이온에 의한 액츄에이터 작동으로 높은 촉각 액츄에이터로 작동이 어렵다.When the
상기 표면 이온층을 가지는 무기입자와 상기 고분자 용액을 혼합한 후 열경화시켜 활성층을 제조하는 단계는 상기 표면 이온층을 가지는 무기입자와 상기 고분자 용액을 혼한하여 성형하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제조된 활성층은 필름 형태일 수 있다. The step of preparing the active layer by mixing the inorganic particles having the surface ionic layer with the polymer solution and then thermosetting the polymer solution may further include mixing the inorganic particles having the surface ionic layer with the polymer solution and molding the mixture, The active layer may be in the form of a film.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example (example) is presented to help the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
실시예 1. (Example 1. ( 60 wt% Si-i-TPU 소재)60 wt% Si-i-TPU material)
열가소성 탄성 고분자(Thermoplastic elastomer, Thermoplastic polyurethane (TPU))와 용매 (N,N-Dimethylformamide(DMF))를 1:5 중량비로 혼합하고 80 ℃에서 5 시간 교반하여 고분자 용액을 제조한다. A polymer solution is prepared by mixing a thermoplastic elastomer (thermoplastic polyurethane (TPU)) and a solvent (N,N-Dimethylformamide (DMF)) in a 1:5 weight ratio and stirring at 80 °C for 5 hours.
졸-겔 반응을 통해 실리카 입자를 형성시킬 수 있는 전구체 (Tetraethyl orthosilicate (TEOS)) 0.5 mL 를 0.25 mL 의 물에 혼합하고 40 에서 10 분 간 교반하여 전구체 수용액을 제조함.0.5 mL of a precursor (Tetraethyl orthosilicate (TEOS)) capable of forming silica particles through a sol-gel reaction was mixed with 0.25 mL of water and 40 Aqueous solution of precursor was prepared by stirring for 10 minutes.
상기 열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체의 전체 100 중량%을 기준으로 60 중량%의 이온성 액체 (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-))를 상기 전구체 수용액에 혼합한다. 상기 열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체의 혼합을 중량 단위를 포함하여 부연 설명하면, 100g의 열가소성 탄소 고분자에 150g의 이온성 액체를 함유하는 것으로, 150g의 이온성 액체가 함유된 이온성 고분자(열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체)용액( ( = 60 중량%)인 것이다. 60% by weight of the ionic liquid (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM] + [TFSI] -)) is mixed with the aqueous precursor solution. If the mixing of the thermoplastic elastic polymer and the ionic liquid is described further including the weight unit, 100 g of the thermoplastic carbon polymer contains 150 g of the ionic liquid, and the ionic polymer (thermoplastic elastic polymer containing 150 g of the ionic liquid) Polymers and ionic liquids) solutions ( ( = 60% by weight).
상기 이온성 액체를 상기 전구체 수용액에 혼한할 때, 동일 온도 조건 (40 에서 교반을 진행하며, 0.05 mL 의 염산수용액 (0.06M HCl)을 적하하여 동일 조건에서 2 시간 동안 교반을 진행하여 표면 이온층이 도입된 무기입자 분산용액을 제조한다. When the ionic liquid is mixed with the aqueous precursor solution, the same temperature condition (40 While stirring, 0.05 mL of an aqueous hydrochloric acid solution (0.06M HCl) is added dropwise and stirred under the same conditions for 2 hours to prepare a dispersion solution of inorganic particles having a surface ion layer introduced therein.
상기 제조된 무기입자 분산용액은 상기 열가소성 탄성 고분자와 상기 제조된 무기입자 분산용액의 전체 100 중량% 대비 19 중량%를 상기 고분자 용액에 적하하여 80 ℃에서 20 시간 추가 교반하여 이온성 고분자-무기입자 복합 소재 용액을 제조한다. 상기 적하는 한 방울씩 천천히 떨어뜨리는 과정을 의미한다. The prepared inorganic particle dispersion solution was added dropwise to the polymer solution in an amount of 19 wt% based on 100 wt% of the thermoplastic elastic polymer and the prepared inorganic particle dispersion solution, followed by stirring at 80 ° C. for additional 20 hours to obtain ionic polymer-inorganic particles. A composite material solution is prepared. The dripping refers to the process of slowly dropping one drop at a time.
상기 제조된 복합 소재 용액을 40 ℃의 테프론 용기 (Teflon dish)에 붓고 시간당 10 ℃의 승온 과정을 통해 최종적으로 80 ℃에서 72 시간 동안 열처리를 진행하여 이온성 고분자-복합 소재 필름을 제조하여 준비한다. The prepared composite material solution is poured into a Teflon dish at 40 ° C., and finally heat-treated at 80 ° C. for 72 hours through a temperature increase process of 10 ° C per hour to prepare an ionic polymer-composite material film. .
전도성 고분자 (Conducting polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS))와 용매(증류수)를 1 : 3 중량비로 혼합하고, 소니케이터로 15 분 간 분산시켜 전도성 고분자 용액을 제조한다. A conductive polymer solution is prepared by mixing a conductive polymer (conducting polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)) and a solvent (distilled water) in a 1:3 weight ratio, and then dispersing with a sonicator for 15 minutes. do.
상기 제조된 전도성 고분자 용액에 극성 용매 (Dimethyl sulfoxide (DMSO))와 이온성 액체 (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-))를 각각 0.05 중량부 와 0.015 중량부를 포함하도록 상기 용매에 상기 전도성 고분자 용액, 상기 이온성 액체 순으로 순차적으로 혼합하고 상온에서 3 시간 동안 교반하여 이온성-전도성 고분자 용액을 제조하였다. 즉 상기 전도성 고분자 용액의 제조비율은 전도성 고분자 (PEDOT:PSS) : 용매(증류수) : 극성 용매(DMSO) : 이온성액체 = 1 : 3 : 0.05 : 0.015 의 중량 비율로 혼합하여 제조한다. A polar solvent (Dimethyl sulfoxide (DMSO)) and an ionic liquid (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)) The conductive polymer solution and the ionic liquid were sequentially mixed in the solvent to contain 0.05 parts by weight and 0.015 parts by weight, respectively, and stirred at room temperature for 3 hours to prepare an ionic-conductive polymer solution. That is, the preparation ratio of the conductive polymer solution is prepared by mixing conductive polymer (PEDOT:PSS): solvent (distilled water): polar solvent (DMSO): ionic liquid = 1: 3: 0.05: 0.015 by weight.
상기 제조된 이온성-전도성 고분자 용액을 소니케이터를 통해 15 분 간 분산하고, 상기 이온성-전도성 고분자 용액을 상기 제조된 이온성 고분자-복합 소재 필름의 양면에 균일하게 100 ℃에서 스프레이 코팅 방식으로 상부 및 하부 전극을 형성하고 120 ℃에서 30 분 간 열처리를 진행하여 촉각 액츄에이터를 제조한다. The prepared ionic-conductive polymer solution is dispersed through a sonicator for 15 minutes, and the ionic-conductive polymer solution is uniformly spray coated on both sides of the prepared ionic polymer-composite film at 100 ° C. A tactile actuator is manufactured by forming the upper and lower electrodes with this method and performing heat treatment at 120 °C for 30 minutes.
이때 상기 이온성 액체의 경우, 끓는 점이 190.5 ℃ 이며 증기 압력 (Vapor pressure)이 상온 (25℃)에서 10-8 Pa으로 매우 낮은 증기압을 가지고 있기 때문에, 상기 열처리 과정에서 상기 이온성 액체의 증발에 의한 손실은 발생하지 않으므로 최종물질에 이온성 액체는 손실되는 부분 없이 상기 촉각 액츄에이터에 존재한다. At this time, in the case of the ionic liquid, since the boiling point is 190.5 ° C and the vapor pressure has a very low vapor pressure of 10-8 Pa at room temperature (25 ° C), the evaporation of the ionic liquid during the heat treatment process Since no loss occurs, the ionic liquid in the final material is present in the tactile actuator without loss.
실시예 2. Example 2. (( 20 wt% Si-i-TPU 소재)20 wt% Si-i-TPU material)
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되 상기 무기입자 분산용액을 제조하는 단계에서 상기 고분자 용액의 상기 열가소성 탄성 고분자의 중량을 기준으로 20중량%의 이온성 액체(Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)) 사용하여 수행한다. In the same manner as in Example 1, but in the step of preparing the inorganic particle dispersion solution, 20% by weight of the ionic liquid (IL), 1-Ethyl-, based on the weight of the thermoplastic elastic polymer in the polymer solution This is performed using 3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)).
실시예 3. Example 3. (( 60 wt% i-TPU 소재)60 wt% i-TPU material)
열가소성 탄성 고분자(Thermoplastic elastomer, Thermoplastic polyurethane (TPU))와 용매 (N,N-Dimethylformamide(DMF))를 1:4 중량비로 혼합하고 80 에서 5 시간 교반하여 고분자 용액을 제조한다. Mix the thermoplastic elastomer (thermoplastic polyurethane (TPU)) and the solvent (N,N-Dimethylformamide (DMF)) in a 1:4 weight ratio and 80 A polymer solution is prepared by stirring for 5 hours.
상기 열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체의 전체 100 중량%을 기준으로 60 중량%의 이온성 액체 (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-))를 혼합하고 20 시간 추가 교반하여 이온성 고분자 용액을 제조한다. 60% by weight of the ionic liquid (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM] + [TFSI] -)) is mixed and stirred for an additional 20 hours to prepare an ionic polymer solution.
상기 열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체의 혼합을 중량 단위를 포함하여 부연 설명하면, 100g의 열가소성 탄소 고분자에 150g의 이온성 액체를 함유하는 것으로, 150g의 이온성 액체가 함유된 이온성 고분자(열가소성 탄성 고분자와 이온성 액체)용액( ( = 60 중량%)인 것이다. If the mixing of the thermoplastic elastic polymer and the ionic liquid is described further including the weight unit, 100 g of the thermoplastic carbon polymer contains 150 g of the ionic liquid, and the ionic polymer (thermoplastic elastic polymer containing 150 g of the ionic liquid) Polymers and ionic liquids) solutions ( ( = 60% by weight).
제조된 복합 소재 용액을 60 의 테프론 용기 (Teflon dish)에 붓고 시간당 10 의 승온 과정을 통해 최종적으로 120 에서 48 시간 동안 열처리를 진행하여 이온성 고분자 소재 필름을 제조하여 준비한다. The prepared composite material solution was Pour into a Teflon dish of 10 per hour Finally through the process of raising the temperature of 120 Heat treatment for 48 hours to prepare an ionic polymer material film.
전도성 고분자 (Conducting polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS))와 용매(증류수)를 1 : 3 중량비로 혼합하고, 소니케이터로 15 분 간 분산시켜 전도성 고분자 용액을 제조한다. A conductive polymer solution was prepared by mixing a conductive polymer (conducting polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)) and a solvent (distilled water) in a 1:3 weight ratio, and then dispersing with a sonicator for 15 minutes. do.
상기 제조된 전도성 고분자 용액에 극성 용매 (Dimethyl sulfoxide (DMSO))와 이온성 액체 (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-))를 각각 0.05 중량부 와 0.015 중량부를 포함하도록 상기 용매에 상기 전도성 고분자 용액, 상기 이온성 액체 순으로 순차적으로 혼합하고 상온에서 3 시간 동안 교반하여 이온성-전도성 고분자 용액을 제조하였다. 즉 상기 전도성 고분자 용액의 제조비율은 전도성 고분자 (PEDOT:PSS) : 용매(증류수) : 극성 용매(DMSO) : 이온성액체 = 1 : 3 : 0.05 : 0.015 의 중량 비율로 혼합하여 제조한다. A polar solvent (Dimethyl sulfoxide (DMSO)) and an ionic liquid (Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)) The conductive polymer solution and the ionic liquid were sequentially mixed in the solvent to contain 0.05 parts by weight and 0.015 parts by weight, respectively, and stirred at room temperature for 3 hours to prepare an ionic-conductive polymer solution. That is, the preparation ratio of the conductive polymer solution is prepared by mixing conductive polymer (PEDOT:PSS): solvent (distilled water): polar solvent (DMSO): ionic liquid = 1: 3: 0.05: 0.015 by weight.
상기 제조된 이온성-전도성 고분자 용액을 소니케이터를 통해 15 분 간 분산하고, 상기 이온성-전도성 고분자 용액을 상기 제조된 이온성 고분자-복합 소재 필름의 양면에 균일하게 100 에서 스프레이 코팅 방식으로 상부 및 하부 전극을 형성하고 120 에서 30 분 간 열처리를 진행하여 촉각 액츄에이터를 제조한다. The prepared ionic-conductive polymer solution was dispersed through a sonicator for 15 minutes, and the ionic-conductive polymer solution was uniformly 100 on both sides of the prepared ionic polymer-composite film. Forming the upper and lower electrodes by spray coating in 120 A tactile actuator is manufactured by heat treatment for 30 minutes in
실시예 4. Example 4. (( 20 wt% i-TPU 소재)20 wt% i-TPU material)
상기 비교예 1과 동일하게 수행하되, 상기 이온성 고분자 용액을 제조하는 단계에서 상기 고분자 용액의 상기 열가소성 탄성 고분자의 중량을 기준으로 20wt% 중량비의 이온성 액체(Ionic liquid (IL), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)) 사용하여 수행한다. Performed in the same manner as in Comparative Example 1, but in the step of preparing the ionic polymer solution, an ionic liquid (IL), 1-Ethyl in a weight ratio of 20 wt% based on the weight of the thermoplastic elastic polymer in the polymer solution This is performed using -3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM]+[TFSI]-)).
특성평가 1.
상기 실시예 1, 내지 4에 따라 제조된 이온성 고분자-무기입자 복합체 활성층(Active layer)의 활성화 에너지(Activation energy)를 임피던스 분광법 Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)으로 진행하여 측정하였으며, 측정된 임피던스를 샘플의 크기 및 두께로 계산하여 얻은 이온 전도도를 온도에 따라 분석하였다.The activation energy of the ionic polymer-inorganic particle composite active layer prepared according to Examples 1 and 4 was measured by impedance spectroscopy, Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS), and the measured impedance was measured as a sample The ionic conductivity obtained by calculating the size and thickness of was analyzed according to temperature.
분석 결과는 하기 표 1 및 도 5에 도시한다. The analysis results are shown in Table 1 and FIG. 5 below.
상기 도 5를 참조하면, 실시예 1 및 2와 같은 무기 입자가 도입된 이온성 고분자-무기입자에서 더 낮은 활성화 에너지를 통해 향상된 이온 전달 특성의 결과를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the result of improved ion transport properties through lower activation energy in the ionic polymer-inorganic particles introduced with inorganic particles as in Examples 1 and 2 can be confirmed.
(20 wt% i-TPU)Example 4
(20 wt% i-TPU)
(20 wt% Si-i-TPU)Example 2
(20 wt% Si-i-TPU)
(60 wt% i-TPU)Example 3
(60 wt% i-TPU)
특성평가 2. Characteristic evaluation 2.
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 촉각 액츄에이터의 구동 변위와 구동력을 확인하여 액츄에이터로서의 성능을 측정한다. 액츄에이터 성능 측정의 경우, 레이저 빛의 반사를 통한 액츄에이터 소자의 움직임 (Displacement, 변위)을 측정하였으며, 미세 압력 측정기를 통해 액츄에이터 소자를 움직이지 않도록 고정하고(Blocking Force 이기 때문에 물체가 움직이지 못할 때 발생하는 힘), 이 때 발생하는 힘 (Blocking Force, 구동력)을 측정하였다. The driving displacement and driving force of the tactile actuators manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 were checked to measure their performance as an actuator. In the case of actuator performance measurement, the movement (displacement) of the actuator element was measured through the reflection of laser light. force), and the force generated at this time (blocking force, driving force) was measured.
측정 결과는 하기 표 2 및 도 6에 도시한다. The measurement results are shown in Table 2 and FIG. 6 below.
하기의 표 2 및 상기 도 6을 참조하면 실시예 1의 이온성 고분자-무기입자 복합체를 기반으로 한 촉각 액츄에이터는 높은 구동 주파수(Frequency) 및 구동력 (Blocking Force) 향상을 확인할 수 있으며, 최대 100 Hz까지 0.05 ~ 0.96 mN 까지의 다양한 구동력 특성의 확보가 가능하다. 그러나 사용자가 감지할 수 있는 구동력이 0.4 mN 이상이라는 점을 감안한다면, 실시예 3이 0.1 내지 0.5의 주파수에서만 0.4 mN 이상의 구동력 특성을 가지는 반면에 실시예 1의 경우 0.1 ~ 5 Hz까지의 다양한 구동 주파수 범위에서 0.4 mN 이상의 구동력 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. Referring to Table 2 below and FIG. 6 , the tactile actuator based on the ionic polymer-inorganic particle composite of Example 1 has high driving frequency and blocking force, and it can be seen that up to 100 Hz It is possible to secure various driving force characteristics from 0.05 to 0.96 mN. However, considering that the driving force that can be sensed by the user is 0.4 mN or more, Example 3 has a driving force characteristic of 0.4 mN or more only at frequencies of 0.1 to 0.5, whereas in the case of Example 1, various driving forces up to 0.1 to 5 Hz It can be seen that it has a driving force characteristic of 0.4 mN or more in the frequency range.
(Hz)frequency
(Hz)
(60 중량% i-TPU)Example 3
(60 wt% i-TPU)
(60 중량% Si-i-TPU)Example 1
(60 wt% Si-i-TPU)
(mm)drive variation
(mm)
(mN)driving force
(mN)
(mm)drive variation
(mm)
(mN)driving force
(mN)
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are provided by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
100: 촉각 액츄에이터
110: 하부 전극
120: 상부 전극
130: 활성층
140: 고분자
142: 소프트세그먼트
144: 하드세그먼트
150: 무기입자
160: 이온성 액체
162: 음이온
164: 양이온
170: 표면 이중층
180: 이온성 고분자 복합체100: tactile actuator
110: lower electrode
120: upper electrode
130: active layer
140: polymer
142: soft segment
144: hard segment
150: inorganic particles
160: ionic liquid
162: anion
164: cation
170: surface double layer
180: ionic polymer composite
Claims (11)
상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치되는 활성층; 을 포함하고,
상기 활성층은,
표면 이온층을 가지는 무기입자; 및
상기 무기입자가 분산되어 있는 이온성 고분자 복합체을 포함하고,
상기 표면 이온층은 제1 이온과 제2 이온을 구비하며,
상기 제1 이온은 상기 무기입자 표면상에 수소결합하고, 상기 제2이온은 상기 제1 이온 상에 정전기적 인력으로 결합되어 상기 표면 이온층을 형성하는 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터.
a lower electrode and an upper electrode; and
an active layer disposed between the lower electrode and the upper electrode; including,
The active layer is
inorganic particles having an ionic layer on the surface; and
Including an ionic polymer composite in which the inorganic particles are dispersed,
The surface ion layer has a first ion and a second ion,
The first ion is hydrogen-bonded on the surface of the inorganic particle, and the second ion is electrostatically coupled to the first ion to form the surface ion layer.
상기 이온성 고분자 복합체는 탄성 고분자와 이온성 액체로 이루어져 있으며, 상기 이온성 액체는 상기 탄성 고분자와 상기 이온성 액체 전체 100중량% 대비 20 내지 60 중량% 인 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터.
According to claim 1,
The ionic polymer composite is composed of an elastic polymer and an ionic liquid, and the ionic liquid is 20 to 60 wt% based on 100 wt% of the total amount of the elastic polymer and the ionic liquid.
상기 제2 이온은, 상기 하부 전극 및 상부 전극에 전기적 신호가 인가시 해리되어 인접된 다른 제1 이온과 결합되는 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터.
According to claim 1,
The second ion is dissociated when an electrical signal is applied to the lower electrode and the upper electrode, and is combined with another adjacent first ion.
상기 무기입자는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 또는 티타니아인 촉각 액츄에이터.
According to claim 1,
The inorganic particles are silica, alumina, zirconia, or titania.
상기 제1이온은 음이온이고,
상기 음이온은 카복실레이트 (carboxylate), 카보네이트 (carbonate). 포스페이트 (phosphate), 설포네이트(sulfonate), 설페이트 (sulfate), 시아네이트 (cyanate), 이미드 (imide), 비스(설포닐)이미드(bis(sulfonyl)imide), 다이시안아미드 (dicyanamide), 헥사플루오로안티모네이트 (hexafluoroantimonate), 하이드록사이드 (hydroxide), 나이트라이트 (nitrite), 및 테트라플루오로보레이트 (tetrafluoroborate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 음이온인 촉각 액츄에이터.
According to claim 1,
The first ion is an anion,
The anion is carboxylate, carbonate. phosphate, sulfonate, sulfate, cyanate, imide, bis(sulfonyl)imide, dicyanamide, A tactile actuator that is at least one anion selected from the group consisting of hexafluoroantimonate, hydroxide, nitrite, and tetrafluoroborate.
상기 음이온은 하기 화학식 1로 나타낸 비스(설포닐)이미드인 촉각 액츄에이터.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1과 R2는 서로에 관계없이 불소 또는 탄소수 1 내지 4의 불화알킬기이다.
6. The method of claim 5,
The anion is bis(sulfonyl)imide represented by the following formula (1).
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 independently represent fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
상기 제2이온은 양이온 이고,
상기 양이온은 암모늄(ammonium), 콜린(choline), 이미다졸륨(imidazolium), 포스포늄(phosphonium), 피리디늄(pyridinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피페리디늄(piperidinium), 몰폴리늄(morpholinium), 및 설포늄(sulfonium)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양이온인 촉각 액츄에이터.
According to claim 1,
The second ion is a cation,
The cation is ammonium, choline, imidazolium, phosphonium, pyridinium, pyrazolium, pyrrolidinium, piperidinium ), a tactile actuator that is at least one cation selected from the group consisting of morpholinium, and sulfonium.
상기 이온성 액체는 탄소수 1 내지 4의 과불화알킬기를 구비하는 비스(과불화알킬설포닐)이미드인 음이온과, 이미다졸륨인 양이온을 구비하는 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터.
3. The method of claim 2,
The ionic liquid is a tactile actuator, characterized in that it comprises an anion that is bis(perfluoroalkylsulfonyl)imide having a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and a cation that is imidazolium.
무기입자와 이온성 액체를 혼합하여 표면 이온층을 가지는 무기입자를 제조하는 단계;
상기 표면 이온층을 가지는 무기입자와 상기 고분자 용액을 혼합한 후 열경화시켜 활성층을 제조하는 단계; 및
상기 활성층의 양면에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 표면 이온층은 제1 이온과 제2 이온을 구비하며,
상기 제1 이온은 상기 무기입자 표면상에 수소결합하고, 상기 제2 이온은 상기 제1 이온 상에 정전기적 인력으로 결합되어 상기 표면 이온층을 형성하는 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터 제조방법.
preparing a polymer solution by mixing a polymer and a solvent;
preparing inorganic particles having a surface ionic layer by mixing inorganic particles and an ionic liquid;
preparing an active layer by mixing the inorganic particles having the surface ion layer with the polymer solution and then thermally curing the mixture; and
Comprising the step of forming an upper electrode and a lower electrode on both sides of the active layer,
The surface ion layer has a first ion and a second ion,
The first ion is hydrogen-bonded on the surface of the inorganic particle, and the second ion is coupled to the first ion by electrostatic attraction to form the surface ion layer.
상기 이온성 액체는 상기 탄성 고분자와 상기 이온성 액체 전체 100중량% 대비 20 내지 60 중량% 인 것을 특징으로 촉각 액츄에이터 제조방법.
10. The method of claim 9,
The ionic liquid is a tactile actuator manufacturing method, characterized in that 20 to 60% by weight based on 100% by weight of the total amount of the elastic polymer and the ionic liquid.
상기 활성층의 양면에 전극을 형성하는 단계는 전사 또는 스프레이 코팅 방법으로 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 촉각 액츄에이터 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of forming the electrodes on both sides of the active layer is a method of manufacturing a tactile actuator, characterized in that the electrode is formed by a transfer or spray coating method.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200104794A KR20220023206A (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
PCT/KR2021/011153 WO2022039568A1 (en) | 2020-08-20 | 2021-08-20 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and manufacturing method thereof |
KR1020220091687A KR20220110458A (en) | 2020-08-20 | 2022-07-25 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200104794A KR20220023206A (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220091687A Division KR20220110458A (en) | 2020-08-20 | 2022-07-25 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220023206A true KR20220023206A (en) | 2022-03-02 |
Family
ID=80322880
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200104794A KR20220023206A (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
KR1020220091687A KR20220110458A (en) | 2020-08-20 | 2022-07-25 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220091687A KR20220110458A (en) | 2020-08-20 | 2022-07-25 | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (2) | KR20220023206A (en) |
WO (1) | WO2022039568A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101213246B1 (en) | 2009-11-26 | 2012-12-18 | 울산대학교 산학협력단 | Drive device and driving method for motor using ipmc actuator |
KR20150034537A (en) | 2013-09-26 | 2015-04-03 | 인제대학교 산학협력단 | Electroactive polymer matrix and electroactive polymer matrix system including the same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9627713B2 (en) * | 2013-03-29 | 2017-04-18 | NOHMs Technologies, Inc. | Composite electrolyte including polymeric ionic liquid matrix and embedded nanoparticles, and method of making the same |
KR101876438B1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-07-10 | 숭실대학교산학협력단 | Capacitor type tactile sensor based on viscoporoelastic elastomer |
KR102214474B1 (en) * | 2018-07-30 | 2021-02-09 | 경희대학교 산학협력단 | Generatorusingionicelastomer |
KR102476615B1 (en) * | 2018-10-22 | 2022-12-09 | 한양대학교 산학협력단 | Capacitor-type pressure sensor and method for fabricating the same |
-
2020
- 2020-08-20 KR KR1020200104794A patent/KR20220023206A/en not_active IP Right Cessation
-
2021
- 2021-08-20 WO PCT/KR2021/011153 patent/WO2022039568A1/en active Application Filing
-
2022
- 2022-07-25 KR KR1020220091687A patent/KR20220110458A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101213246B1 (en) | 2009-11-26 | 2012-12-18 | 울산대학교 산학협력단 | Drive device and driving method for motor using ipmc actuator |
KR20150034537A (en) | 2013-09-26 | 2015-04-03 | 인제대학교 산학협력단 | Electroactive polymer matrix and electroactive polymer matrix system including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220110458A (en) | 2022-08-08 |
WO2022039568A1 (en) | 2022-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102476615B1 (en) | Capacitor-type pressure sensor and method for fabricating the same | |
JP4256470B1 (en) | Conductive polymer actuator, manufacturing method thereof, and driving method thereof | |
Bronstein et al. | Nanostructured inorganic− organic composites as a basis for solid polymer electrolytes with enhanced properties | |
JP5829329B2 (en) | Reactive ionic liquid and ion-immobilized metal oxide particles, ion-immobilized elastomer and transducer using the same | |
JP4873453B2 (en) | Conductive thin film, actuator element and manufacturing method thereof | |
US7638930B1 (en) | Electrically conductive polymer actuator and method for manufacturing the same | |
Di Noto et al. | Structure-relaxation interplay of a new nanostructured membrane based on tetraethylammonium trifluoromethanesulfonate ionic liquid and neutralized nafion 117 for high-temperature fuel cells | |
US7733000B2 (en) | Electrically conductive polymer actuator, and method for manufacturing the same | |
US20050103706A1 (en) | Ionic solvents used in ionic polymer transducers, sensors and actuators | |
Imaizumi et al. | Printable polymer actuators from ionic liquid, soluble polyimide, and ubiquitous carbon materials | |
Bian et al. | Enhanced actuation response of Nafion-based ionic polymer metal composites by doping BaTiO3 nanoparticles | |
JP2013034368A (en) | Carbon nanofiber actuator | |
KR20210048112A (en) | Organo ion-conductive polymer gel elastomer and manufacturing method for the same | |
Zhao et al. | Investigation into response characteristics of the chitosan gel artificial muscle | |
JP2021073329A (en) | Polymer electrolyte and electrochemical devices comprising the same | |
JP5041855B2 (en) | Actuator body and throttle mechanism | |
JP2010161870A (en) | Conductive polymer actuator and method of producing the same | |
KR20220023206A (en) | Tactile actuator based on ionic polymer-inorganic particle complex and method for manufacturing same | |
KR102556651B1 (en) | Pressure sensor and method for manufacturing the same | |
EP3282494B1 (en) | Electroactive actuator, mechanical device including the same, and polymer electrolyte | |
KR101066232B1 (en) | Composite polymer electrolyte membrane and method for preparing the polymer actuator | |
Gendron et al. | The electrolyte layer composition: A key element for improving the performance of carbon nanotube actuator | |
WO2017033836A1 (en) | Nanocarbon polymer actuator | |
JP7307931B2 (en) | Conductive thin film, laminate, actuator element and manufacturing method thereof | |
JP7079463B2 (en) | Transparent laminate and transparent gel actuator element and its manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X601 | Decision of rejection after re-examination |