WO2012002588A1 - 전기활성고분자 구동기와 이의 제조 방법 - Google Patents

전기활성고분자 구동기와 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2012002588A1
WO2012002588A1 PCT/KR2010/004201 KR2010004201W WO2012002588A1 WO 2012002588 A1 WO2012002588 A1 WO 2012002588A1 KR 2010004201 W KR2010004201 W KR 2010004201W WO 2012002588 A1 WO2012002588 A1 WO 2012002588A1
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WO
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polymer material
ion exchange
exchange polymer
electroactive
present
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Application number
PCT/KR2010/004201
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English (en)
French (fr)
Inventor
안성훈
이길용
김형중
최정오
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution

Definitions

  • the present invention relates to an electroactive polymer actuator and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flexible electroactive polymer intelligent structure capable of three-dimensional continuous deformation and a manufacturing method thereof.
  • Ionic Polymer-Metal Composites are one of the most popular electroactive polymer actuators with low electric drive potential, large deformation and light weight. Such ionic polymer metal composites are very attractive as actuators or sensors in many fields of biomedical and robotics engineering.
  • the conventional electroactive polymer actuator has a pair of surface electrodes in the form of a flat plate or a one-dimensional beam, bar shape. Accordingly, the existing electroactive polymer driver can be driven only by the X-axis and the Y-axis, and the demand for the electro-active polymer driver capable of driving in various directions is increasing.
  • the conventional electroactive polymer actuator takes a lot of time in the manufacturing process, there is also a need for a process that can reduce it.
  • Another object of the present invention is to provide an electroactive polymer actuator and a method for manufacturing the same, which can reduce the production time.
  • the present invention provides an electroactive polymer actuator comprising an ion exchange polymer material and at least two pairs of surface electrodes formed spaced apart from each other on the surface of the ion exchange polymer material.
  • the ion exchange polymer material may have a polygonal pillar shape.
  • the surface electrode is formed on the surface except the edge region of the ion exchange polymer material.
  • the ion exchange polymer material may have a cylindrical or elliptic cylinder shape.
  • the surface electrode may have a helix shape or a plurality of block shapes spaced apart from each other.
  • the present invention can connect a plurality of electroactive polymer drivers in series or in parallel.
  • the ion exchange polymer material includes an Ionic Polymer-Metal Composite (IPMC).
  • IPMC Ionic Polymer-Metal Composite
  • the ionic polymer metal composite includes a platinum coating, hydrated cations, cations, water and a polymer network provided in the platinum coating.
  • the present invention provides a method for producing an electroactive polymer actuator comprising the step of preparing an ion exchange polymer material, and forming at least two pairs of surface electrodes on the ion exchange polymer material.
  • Producing an ion exchange polymer material includes laminating a Nafion film, thermocompressing the laminated Nafion film, and cutting the thermocompression Nafion film.
  • thermocompression bonding of the laminated Nafion film may include heating the stacked Nafion film for 30 minutes without pressure at 180 degrees Celsius, and heating the stacked Nafion film at 180 degrees and 50 MPa for 20 minutes. Squeezing.
  • the laminated Nafion film may be thermocompressed for 20 minutes at a pressure of 50Mpa at 180 degrees, and then the laminated Nafion film may be cooled at room temperature for 20 minutes.
  • Producing the ion exchange polymer material may include preparing an ion exchange polymer material in a solution state and casting / curing the ion exchange polymer material in a solution state in a mold.
  • Forming at least two pairs of surface electrodes on the ion exchange polymer material may include sanding the ion exchange polymer material, plating the surface of the sanded ion exchange polymer material, and plating the plated ion exchange polymer material. Cutting the plating layer of the may include forming two or more pairs of surface electrodes.
  • Sanding the ion exchange polymer material may include sand blasting or sand papering the ion exchange polymer material.
  • the cutting of the plated layer may be performed by using a mechanical three-axis or six-axis cutting device, or by using a laser or focused ion beam (Focused Ion Beam, FIB) or a mask and chemical etching method can be used.
  • a mechanical three-axis or six-axis cutting device or by using a laser or focused ion beam (Focused Ion Beam, FIB) or a mask and chemical etching method can be used.
  • FIB focused ion beam
  • an electroactive polymer actuator capable of forming a surface electrode on the surface of an ion exchange polymer material in a continuous and flexible morphing in real time in the X-axis, Y-axis and Z-axis.
  • two pairs of surface electrodes partitioned into a plurality of zones may be formed on the surface of the ion exchange polymer material, or a plurality of electroactive polymer actuators may be connected in series or in parallel to one electroactive polymer actuator.
  • the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis can realize the operation of a plurality of electroactive polymer drivers capable of continuous and flexible morphing in real time.
  • the present invention forms a surface electrode formed in the form of helix on the surface of the ion exchange polymer material, it is possible to provide an electroactive polymer actuator capable of continuous and flexible morphing in real time in the X-axis, Y-axis and Z-axis.
  • the present invention can provide a method for producing an electroactive polymer actuator that can produce an ion-exchange polymer material in a desired shape, and the surface electrode pattern can be formed in an automated process, thereby reducing the production time and production cost. Can be.
  • the present invention can be produced through automated processes and equipment of ultra-precision processing equipment such as FIB from general machining, it is possible to manufacture the electroactive polymer actuator on a variety of scales, including ultra-small.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the principle of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are views for explaining the basic concept of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an experimental setup of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the step response of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a closed loop block diagram of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph of tip force measurement data of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are open loop response graphs of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph comparing experimental data simulation results of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a graph of motion tracking results shaking in the X and Y directions of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph of tracking motion of a circular motion of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 to 16 are perspective views in series of an electroactive polymer actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • 17 is an exemplary view of a structure manufactured by the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • 19 is a perspective view for explaining the movement of the electroactive polymer actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • 20 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • 21 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a perspective view illustrating a surface electrode to which electricity is applied in an electroactive polymer driver according to a fifth embodiment of the present invention.
  • 24 to 25 are flowcharts illustrating a method of manufacturing an electroactive polymer actuator according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electroactive polymer driver according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view for explaining the principle of the electroactive polymer driver according to a first embodiment of the present invention.
  • an electroactive polymer actuator includes two or more pairs of surface electrodes 200 formed on the surface of the ion exchange polymer material 100 and the ion exchange polymer material 100. And an electrode pattern for supplying power to the surface electrode 200.
  • the ion exchange polymer material 100 is a material in which warpage is generated by electricity, and is made of an ion polymer-metal composite (IPMC). Also, as shown in FIG. 2, the ionic polymer metal composite includes a platinum coating, a cation provided in the platinum coating, a water, a polymer network, and a hydration cation, which is a polar solvent. hydrated cation).
  • IPMC ion polymer-metal composite
  • the present embodiment exemplifies a square pillar-shaped ionic polymer metal composite, whereby the ionic polymer metal composite has a first side (S1) and the second side (S2) facing it, and the first side (S1) and The third side surface S3 located between the second side surfaces S2, the fourth side surface S4 facing the third side surface S3, and the first to fourth side surfaces S1, S2, S3, and S4. It includes a bottom surface (BS) provided on the bottom portion of the upper surface (TS) facing the lower surface (BS).
  • BS bottom surface
  • the surface electrode 200 is for applying electricity to the ion exchange polymer material from an external power source, and includes first to fourth surface electrodes 210a, 210b, 220a, and 220b. Since the present exemplary embodiment illustrates the square column-shaped ion exchange polymer material 100, the first to fourth surface electrodes 210a, 210b, 220a, and 220b are provided on the side surface of the ion exchange polymer material 100. . That is, the first surface electrode 210a is formed on the first side surface S1 of the ion exchange polymer material 100, and the second surface electrode 210b is formed on the second side surface S2.
  • the third surface electrode 210c is formed on the third side surface S3 of the ion exchange polymer material 100
  • the fourth surface electrode 210d is formed on the fourth side surface S4.
  • the first to fourth surface electrodes 210a, 210b, 220a, and 220b are insulated from each other.
  • the first surface electrode 210a and the third surface electrode are positioned to face each other, and serve as an oxidation electrode and a reduction electrode, respectively.
  • the second surface electrode 210b and the fourth surface electrode are also provided to face each other, and serve as the oxidation electrode and the reduction electrode, respectively.
  • an electrode pattern for applying power to the first to fourth surface electrodes 210a, 210b, 220a, and 220b is formed below.
  • the electroactive polymer actuator according to the present embodiment having such a structure includes a cation, a water, a polymer network and a cation provided in a platinum coating as described above. It includes a hydrated cation, which is a polar solvent, and does not deform when electricity is not applied to the surface electrode 200, as shown in FIG.
  • a hydrated cation which is a polar solvent, and does not deform when electricity is not applied to the surface electrode 200, as shown in FIG.
  • the hydration cation moves to the reduction electrode and is rearranged, whereby the electroactive polymer driver is bent in the opposite direction to which the hydration cation is moved.
  • the present invention utilizes this principle, it is possible to continuously and flexibly deform in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions in real time by forming a surface electrode in a desired shape on the surface of the ion exchange polymer material 100.
  • FIG. 3 and 4 are views for explaining the basic concept of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 (a) is a five electroactive polymer driver is formed
  • Figure 3 (b) is a side view of the electroactive polymer driver.
  • Figure 4 (a) shows the original position and the modified position by applying electricity based on the plan view of the electroactive polymer driver
  • Figure 4 (b) is the electricity is applied based on the plan view of the electroactive polymer driver Indicates.
  • Each of the directional deflections ⁇ x ( L ) and ⁇ y ( L ) is expressed by Young's modulus E, the second moment of inertia I and the bending moments M x and M y by Equation 2 below.
  • the bending moments M x and M y are represented by the voltage applied to the driver surface electrode. Assuming that the bending moment is proportional to the applied voltage, the position of the driver tip may be related to the applied voltage as shown in Equation 4 below.
  • V x and V y of a direct current 2.6 V were applied to the X and Y directions.
  • the experimental results can be summarized as in Equations 6 and 7 below.
  • Equation 8 the least squares regression analysis instruction LSQ CURVE FIT was used, and the coefficient for X t is shown in Equation 8 below, and the coefficient for Y t is shown in Equation 9 below.
  • Equation 10 The Laplace transform of the input and output yields for X t is represented by Equation 10 below, and the Laplace transform of the input and output yields for Y t is shown in Equation 11 below.
  • Equations 12 and 13 the open-loop transfer functions are shown in Equations 12 and 13 below.
  • a digital PI controller was designed and simulated to control the tip position of the actuator. After the simulation, the actual system was implemented and the performance of the closed loop was analyzed.
  • the digital PI regulator was designed in the form of Equation 14 and implemented with a 100 Hz sampling frequency to achieve the control target.
  • Equation 14 Z- 1 is an operator of the Z transform, and K cx and T ix and K cy and T iy are controller parameters related to the proportional integral gain.
  • T s is a sampling period.
  • a power supply an amplifier connected with a power supply, a DAQ board connected with an amplifier, a PC connected with a DAQ board, and a PC to test the operation of the electroactive polymer driver according to the present embodiment.
  • a CCD camera connected to the camera.
  • the electroactive polymer driver according to the present embodiment is connected to the amplifier, the CCD camera connected to the PC captures the planar movement of the electroactive polymer driver and transmits to the PC.
  • an input voltage of DC 5V was applied to the step input.
  • step responses in the X and Y directions of the electroactive polymer actuator are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
  • the force of the driver tip generated in the X direction of the electroactive polymer actuator according to the present embodiment increases over time to a maximum of 34.84 [mN], and the force of the driver tip generated in the Y direction is also increased. Over time, it increases to a maximum of 41.34 [mN]. This is shown in Table 1 below.
  • the X- and Y-direction motions of the closed loop swing motion are also substantially the same as the input value and the tip position of the actual electrically active polymer actuator.
  • the electroactive polymer drivers according to the present embodiment can be connected in series or in parallel. This will be described with reference to the drawings.
  • the series connection is a form in which the upper or lower surfaces of the plurality of electroactive polymer drivers are connected to each other
  • the parallel connection is a form in which the side surfaces of the plurality of electroactive polymer drivers are connected to each other.
  • FIG. 14 to 16 are perspective views connected in series of the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 17 is an illustration of a structure manufactured by the electroactive polymer actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • two electroactive polymer drivers may be connected in series.
  • FIGS. 15 and 16 bending in various directions is possible.
  • the present embodiment may be manufactured in a box frame shape by connecting a plurality of electroactive polymer drivers in series, as shown in FIG.
  • the structure shown in Figs. 15 to 17 can also be applied to the electroactive polymer driver according to the second to fifth embodiments of the present invention to be described below.
  • the present embodiment can provide an electroactive polymer actuator capable of continuously and flexibly morphing in real time on the X-axis, Y-axis, and Z-axis by forming two pairs of surface electrodes on the surface of the ion exchange polymer material.
  • FIG. 18 is a perspective view of an electroactive polymer driver according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 19 is a perspective view for explaining the movement of the electroactive polymer driver according to a second embodiment of the present invention.
  • the electroactive polymer actuator according to the second embodiment of the present invention has two or more pairs of surface electrodes 200 formed on the surface of the ion exchange polymer material 100 and the ion exchange polymer material 100. And an electrode pattern for applying power to the surface electrode 200.
  • the description of the ion exchange polymer material 100 is omitted because it overlaps with the description of the electroactive polymer driver according to the first embodiment of the present invention described above.
  • the surface electrode 200 is for applying electricity to the ion exchange polymer material with an external power source, and includes the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240. Since the present embodiment also exemplifies an ion-exchange polymer material having a square pillar shape like the electroactive polymer driver according to the first embodiment of the present invention described above, the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240 are The first to fourth side surfaces S1, S2, S3, and S4 of the ion exchange polymer material 100 are respectively formed.
  • the present embodiment divides each of the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240 so that one electroactive polymer driver is three electroactive polymer drivers according to the first embodiment of the present invention. To represent the same movement as combining.
  • the first surface electrode 210 may include the first-first surface electrode 210a, the first-first surface electrode 210b electrically insulated from the first-first surface electrode 210a, and the first-first surface electrode 210a. And a first to third surface electrode 210c electrically insulated from the surface electrode 210a and the first and second surface electrodes 210b.
  • the second surface electrode 220 includes a second-first surface electrode 220a, a second-second surface electrode 220b, and a second-second surface electrode 220c electrically insulated from each other, and a third
  • the surface electrode 230 includes a 3-1 surface electrode 230a, a 3-2 surface electrode 230b, and a 3-3 surface electrode 230c electrically insulated from each other.
  • the fourth surface 240 electrode also includes a 4-1 surface electrode 240a, a 4-2 surface electrode 240b, and a 4-3 surface electrode 240c electrically insulated from each other.
  • the electroactive polymer driver according to the present embodiment is a first surface electrode pair, in which the first-first surface electrode 210a and the second-first surface electrode 220a are a pair of surface electrodes, and the third-first surface.
  • the electrode 230a and the 4-1st surface electrode 240a become a second surface electrode pair which is a pair of surface electrodes.
  • the 1-2 surface electrode 210b and the 2-2 surface electrode 220b become the third surface electrode pair which is a pair of surface electrodes
  • the electrode 240b becomes a fourth surface electrode pair that is a pair of surface electrodes.
  • first-third surface electrode 210c and the second-third surface electrode 220c become a fifth surface electrode pair that is a pair of surface electrodes
  • the third-3rd surface electrode 230c and the fourth-3rd surface becomes a sixth surface electrode pair that is a pair of surface electrodes.
  • the present embodiment forms two pairs of surface electrodes partitioned into a plurality of zones on the surface of the ion exchange polymer material and is continuously and flexible in real time in the X-axis, Y-axis, and Z-axis with one electroactive polymer actuator. It is possible to provide an electroactive polymer driver capable of realizing the operation of a plurality of morphable electroactive polymer drivers.
  • 20 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a third embodiment of the present invention.
  • the electroactive polymer actuator according to the third embodiment of the present invention includes two or more pairs of surface electrodes formed in the form of helix on the surface of the ion exchange polymer material 100 and the ion exchange polymer material 100. 200 and an electrode pattern for applying electricity to the surface electrode 200.
  • the present embodiment here illustrates a cylindrical shape as the ion exchange polymer material 100.
  • the surface electrode 200 is for applying electricity to the ion exchange polymer material 100 with an external power source, and the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240 have a helix shape on the surface of the ion exchange polymer material. Is formed.
  • the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240 are electrically insulated from each other.
  • the present embodiment also divides each of the first to fourth surface electrodes 210, 220, 230, and 240 into a plurality of electroactive polymers, such as the electroactive polymer driver according to the second embodiment of the present invention.
  • the driver can be operated like many electroactive polymer drivers.
  • the present embodiment can provide an electroactive polymer actuator capable of continuous and flexible morphing in real time in the X-axis, Y-axis, and Z-axis by forming a surface electrode formed in a helix shape on the surface of the ion exchange polymer material. .
  • the present embodiment forms two pairs of helix-type surface electrodes divided into a plurality of zones on the surface of the ion exchange polymer material and is continuously connected to the X-axis, Y-axis, and Z-axis with one electroactive polymer actuator. It is possible to provide an electroactive polymer driver capable of implementing the operation of a plurality of electroactive polymer drivers capable of flexible morphing.
  • an electroactive polymer actuator according to a fourth embodiment of the present invention having an ion exchange polymer material having a hexagonal column shape will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the description overlapping with the description of the electroactive polymer driver according to the first to third embodiments of the present invention will be omitted or briefly described.
  • 21 is a perspective view of an electroactive polymer actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the electroactive polymer actuator according to the fourth embodiment of the present invention has three hexagonal pillar-shaped ion exchange polymer materials 100 and three surfaces formed on the surface of the ion exchange polymer materials 100.
  • the pair of surface electrodes 200 and electrode patterns for applying power to the surface electrodes 200 are included.
  • the ion exchange polymer material 100 is made of the above-described material, but the shape thereof is a hexagonal column.
  • the surface electrode 200 is formed on the side surface of the ion exchange polymer material 100 having a hexagonal pillar shape, and is formed on the side surface except the edge portion. Accordingly, three pairs of surface electrodes 200 are formed on the side surface of the ion exchange polymer material 100 having six side surfaces, thereby enabling more precise movement.
  • an electroactive polymer actuator according to a fifth embodiment of the present invention in which a plurality of surface electrodes having a block shape in a cylindrical ion exchange polymer material is described with reference to the drawings.
  • the description overlapping with the description of the electroactive polymer driver according to the first to fourth embodiments of the present invention will be omitted or briefly described.
  • the electroactive polymer actuator according to the fifth embodiment of the present invention has a cylindrical shape of an ion exchange polymer material 100 and a plurality of blocks formed on the surface of the ion exchange polymer material 100.
  • the surface electrode 200 and an electrode pattern for applying power to the surface electrode 200 are included.
  • the ion exchange polymer material 100 is made of the above-described material, the shape of which is cylindrical.
  • the surface electrode 200 is formed on the side surface of the cylindrical ion-exchange polymer material 100, and a plurality of block-shaped surface electrodes 200 are formed.
  • the ion exchange polymer material 100 is not limited to a cylindrical shape, it may be an elliptic cylinder shape.
  • the electroactive polymer driver according to the present exemplary embodiment having such a structure may finely control the movement of the electroactive polymer driver by applying electric power to only some of the surface electrodes having a plurality of block shapes.
  • the hatched surface electrodes represent surface electrodes activated by applying power, and the surface electrodes not hatched are surfaces inactivated because no power is applied. Means an electrode.
  • 24 and 25 are flowcharts illustrating a method of manufacturing an electroactive polymer actuator according to the present invention.
  • FIGS. 24 and 25 a step of preparing an ion exchange polymer material (a to g of FIGS. 24 and 25) and forming a surface electrode is provided. (H to j in FIG. 25).
  • the step of preparing the ion exchange polymer material includes the steps of preparing a mold, laminating a Nafion film (b), supplying a Nafion film to the mold (x), and applying heat and pressure. (d), removing the mold (e), and cutting in the form of a beam (f to g).
  • Step (a) of manufacturing a mold manufactures a mold in the form of an electroactive polymer driver to be manufactured. This can be realized by manufacturing a mold having a groove in the shape of a square recess.
  • Stacking the Nafion film cuts the Nafion film to the rectangular recess shape of the mold, and stacks a plurality of cut Nafion films.
  • step (c) of supplying the Nafion film to the mold the Nafion film cut and stacked in the step of stacking the Nafion film is supplied to the prepared mold.
  • the laminated Nafion film must be supplied to the square recess groove of the mold.
  • step (d) of applying heat and pressure the Nafion film is pressed by applying heat and pressure to the mold. This is done by heating for 30 minutes without pressure at a temperature of 180 degrees Celsius and then applying a pressure of 50 MPa for 20 minutes at a temperature of 180 degrees Celsius. Thereafter, the mold is cooled for 20 minutes at room temperature.
  • Step (e) of removing the mold separates the compressed Nafion film from the mold.
  • Cutting (f to g) in the form of a beam cuts the compressed Nafion film into a plurality of beams to complete the ion exchange polymer material 100a in the form of a beam.
  • the step of cutting in the form of a beam may be differently cut according to the shape of the target ion exchange polymer material 100.
  • the ion exchange polymer material 100 has a square pillar shape
  • the ion exchange polymer material 100 is cut into a beam-shaped ion exchange polymer material 100 a as described above, and when the ion exchange polymer material 100 has a hexagonal pillar shape or a cylindrical shape, the ion exchange polymer material 100 is cut to correspond to this.
  • the present embodiment but the ion-exchange polymer material 100 was manufactured by thermocompression bonding the Nafion film, the present invention is not limited thereto. That is, the ion exchange polymer material 100 according to the present invention may be manufactured by casting the solution of the ion exchange polymer material in a mold state and then curing it.
  • the prepared ion-exchange polymer material is sanded and then plated to form a base of the surface electrode on the surface of the ion-exchange polymer material, and cut to form a plurality of surface electrodes.
  • Forming such an electrode includes sanding, plating (h), and cutting (i).
  • the sanding step is sand blasting or sand papering the ion exchange polymer material.
  • the plating step (h) first heats the ion-exchange polymer material in deionized water (DI water) for 1 hour and then in 5% sulfur solution for 1 hour. Subsequently, the solution is immersed in a tetra-amine platinum chloride hydrate ((Pt (NH 3 ) 3 ] Cl 2 ) solution at 60 degrees Celsius for at least 6 hours. Dip the polymer material and add a 5% NaBH 4 solution every 30 minutes for at least 2 hours, during which the temperature is raised to 60 degrees Celsius, then immersed in deionized water for 1 hour and heated at room temperature. To dry.
  • DI water deionized water
  • the sanding and plating steps are then repeated several times until the electrical resistance is reduced.
  • edges of the ion exchange polymer material are cut (i) to form a plurality of surface electrodes, eg, first to fourth surface electrodes, electrically separated from each other (j). This can be done by removing unwanted or insulated portions of the surface electrodes formed using mechanical three or six axis cutting equipment.
  • cutting may be performed using a laser or a focused ion beam (FIB).
  • the mask may be performed by placing a mask fabricated in a desired pattern on a surface electrode in advance and then removing an unwanted portion or a portion requiring insulation by a chemical method.
  • the surface electrode includes more surface electrodes than the first to fourth surface electrodes
  • other regions as well as edges of the surface of the ion-exchange polymer material may be cut or other regions except the edge region may be cut. have.
  • the plurality of surface electrodes are electrically insulated from each other, rather than cutting edges of the ion exchange polymer material. Must be cut between the surface electrodes.
  • the present invention can produce the ion-exchange polymer material into a desired shape, and the formation of the surface electrode pattern can proceed on an automated process, thereby reducing the production time and production cost.
  • the present invention can be produced through automated processes and equipment of ultra-precision processing equipment such as FIB from general machining, it is possible to provide a method of manufacturing an electroactive polymer actuator that can be produced on a variety of scales, including microminiature.

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Abstract

본 발명은 전기활성고분자 구동기와 이의 제조 방법에 대한 것으로서, 특히 3차원 연속적 변형이 가능한 유연체 전기활성고분자 지능 구조와 이의 제작 방법에 대한 것이다. 본 발명은 이온교환 고분자 재료의 표면에 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하여 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 이온교환 고분자 재료의 표면에 다수의 구역으로 구획된 두 쌍의 표면 전극을 형성하거나, 다수의 전기활성고분자 구동기를 직렬 또는 병렬로 연결하여 하나의 전기활성고분자 구동기로 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 다수의 전기활성고분자 구동기의 동작을 구현할 수 있는 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 이온교환 고분자 재료를 원하는 형상으로 제작하고, 표면 전극 패턴의 형성이 자동화된 공정상에서 진행될 수 있으므로 제작 시간 및 생산 비용을 감소시킬 수 있는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 일반적인 기계 가공에서부터 FIB등과 같은 초정밀 가공 장비의 자동화된 공정과 장비를 통해 제작이 가능하므로, 초소형을 포함하는 다양한 스케일로 제작할 수 있는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

전기활성고분자 구동기와 이의 제조 방법
본 발명은 전기활성고분자 구동기와 이의 제조 방법에 대한 것으로서, 특히 3차원 연속적 변형이 가능한 유연체 전기활성고분자 지능 구조와 이의 제작 방법에 대한 것이다.
최근 몇 년 동안, 전기활성고분자(Electro-Active Polymer, EAP)는 경량성과 신축성 때문에 많은 공학 분야에서 연구되었다. 이온 폴리머 금속 복합물(Ionic Polymer-Metal Composite, IPMC)은 낮은 전기 구동 포텐셜과, 큰 변형과 경량으로 가장 인기 있는 전기활성고분자 구동기 중 하나이다. 이러한 이온 폴리머 금속 복합물은 생체의학과 로보틱스 공학의 많은 분야에서 구동기 또는 센서로서 아주 매력적이다.
하지만, 기존의 전기활성고분자 구동기는 평판 또는 1차원 빔 형태로서, 바 형상인 한 쌍의 표면 전극을 구비하였다. 이에 따라, 기존의 전기활성고분자 구동기는 X축과 Y축으로만 구동이 가능하여, 보다 다양한 방향으로 구동이 가능한 전기활성고분자 구동기의 요구가 커지고 있다.
또한, 기존의 전기활성고분자 구동기는 제작 과정에 있어서 많은 시간이 소요되어 이를 감소시킬 수 있는 공정의 필요성 역시 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 보다 다양한 방향으로 구동이 가능한 전기활성고분자 구동기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제조 시간을 감소시킬 수 있는 전기활성고분자 구동기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 이온교환 고분자 재료와, 상기 이온교환 고분자 재료의 표면에 서로 이격되어 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기를 제공한다.
상기 이온교환 고분자 재료는 다각기둥 형상일 수 있다. 이 경우, 상기 표면 전극은 상기 이온교환 고분자 재료의 모서리 영역을 제외한 표면에 형성된다.
또는 상기 이온교환 고분자 재료는 원기둥 또는 타원기둥 형상일 수 있다. 이 경우, 상기 표면 전극은 헬릭스 형상이거나, 서로 이격된 다수의 블록 형상일 수 있다.
한편 본 발명은 다수의 전기활성고분자 구동기를 직렬 또는 병렬 연결할 수 있다.
본 발명의 구동기에서 상기 이온교환 고분자 재료는 이온 폴리머 금속 복합물(Ionic Polymer-Metal Composite, IPMC)을 포함한다. 이온 폴리머 금속 복합물은 백금 코팅(platinum coating)과, 백금 코팅 내에 마련된 수화 양이온(hydrated cation)과 양이온(cation)과 물(water)과 폴리머 네트웍(polymer network)을 포함한다.
또한 본 발명은, 이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계와, 상기 이온교환 고분자 재료에 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기 제조 방법을 제공한다.
이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계는, 나피온 필름을 적층하는 단계와, 상기 적층된 나피온 필름을 열압착하는 단계와, 상기 열압착된 나피온 필름을 절단하는 단계를 포함한다.
상기 적층된 나피온 필름을 열압착하는 단계는, 상기 적층된 나피온 필름을 섭씨 180도로 압력 없이 30분 동안 가열하는 단계와, 상기 적층된 나피온 필름을 180도로 50Mpa의 압력으로 20분 동안 열압착하는 단계를 포함한다.
또 상기 적층된 나피온 필름을 180도로 50Mpa의 압력으로 20분 동안 열압착하는 단계, 이후 상기 적층된 나피온 필름을 상온에서 20분 동안 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계는, 용액 상태의 이온교환 고분자 재료를 준비하는 단계와, 상기 용액 상태의 이온교환 고분자 재료를 금형 내에서 캐스팅/경화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이온교환 고분자 재료에 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계는, 상기 이온교환 고분자 재료를 샌딩하는 단계와, 상기 샌딩된 이온교환 고분자 재료의 표면을 도금하는 단계와, 상기 도금된 이온교환 고분자 재료의 도금층을 커팅하여 두쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이온교환 고분자 재료를 샌딩하는 단계는, 상기 이온교환 고분자 재료를 샌드 블래스팅(sand blasting) 또는 샌드 페이퍼링(sand papering)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도금된 이온교환 고분자 재료의 도금층을 커팅하여 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계에서, 상기 도금층의 커팅은 기계적인 3축 또는 6축 커팅 장비를 이용하거나, 레이저 또는 집속이온빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하거나, 마스크 및 화학적 식각 방법을 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온교환 고분자 재료의 표면에 표면 전극을 형성하여 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 이온교환 고분자 재료의 표면에 다수의 구역으로 구획된 두 쌍의 표면 전극을 형성할 수도 있고, 또는 다수의 전기활성고분자 구동기를 직렬 또는 병렬로 연결하여 하나의 전기활성고분자 구동기로 하여, X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 다수의 전기활성고분자 구동기의 동작을 구현할 수도 있다.
또한, 본 발명은 이온교환 고분자 재료의 표면에 헬릭스 형태로 형성된 표면 전극을 형성하여, X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이온교환 고분자 재료를 원하는 형상으로 제작하고, 표면 전극 패턴의 형성이 자동화된 공정상에서 진행될 수 있으므로, 제작 시간 및 생산 비용을 감소시킬 수 있는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 일반적인 기계 가공에서부터 FIB 등과 같은 초정밀 가공 장비의 자동화된 공정과 장비를 통해 제작이 가능하므로, 전기활성고분자 구동기를 초소형을 포함하여 다양한 스케일로 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 기본적 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 실험 셋업의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 단계 응답을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 폐루프 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 팁 힘 측정 데이터 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 개루프 응답 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 실험 데이터 시뮬레이션 결과를 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 X방향과 Y방향으로 흔들리는 모션 추적 결과 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 원형으로 흔들리는 모션을 추적한 결과 그래프이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 직렬 연결된 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기로 제작된 구조물의 예시도이다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 움직임을 설명하기 위한 사시도이다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
도 21은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
도 22는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
도 23은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에서 전기가 인가되는 표면 전극을 표시한 사시도이다.
도 24 내지 도 25는 본 발명에 따른 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 사상은 특정 실시예가 아니라, 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 한다. 도면 상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 이온교환 고분자 재료(100)와, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극(200)과, 표면 전극(200)에 전력을 공급하는 전극 패턴을 포함한다.
이온교환 고분자 재료(100)는 전기에 의해 휨이 발생되는 재료로서, 이온 폴리머 금속 복합물(Ionic Polymer-Metal Composite, IPMC)로서 이루어진다. 또한, 이온 폴리머 금속 복합물은 도 2에 도시된 바와 같이, 백금 코팅(platinum coating)과, 백금 코팅 내에 마련된 양이온(cation)과 물(water)과 폴리머 네트웍(polymer network)과 극성 용매인 수화 양이온(hydrated cation)을 포함한다.
한편, 본 실시예에서는 사각 기둥형상의 이온 폴리머 금속 복합물을 예시하며, 이에 따라 이온 폴리머 금속 복합물은 제 1 측면(S1) 및 이에 마주하는 제 2 측면(S2)과, 제 1 측면(S1)과 제 2 측면(S2) 사이에 위치하는 제 3 측면(S3)과, 제 3 측면(S3)과 마주하는 제 4 측면(S4)과, 제 1 내지 제 4 측면(S1, S2, S3, S4)의 바닥부에 구비된 하면(BS)과, 하면(BS)과 마주하는 상면(TS)을 포함한다.
표면 전극(200)은 외부 전원에서 이온교환 고분자 재료에 전기를 인가하기 위한 것으로서, 제 1 표면 전극 내지 제 4 표면 전극(210a, 210b, 220a, 220b)을 포함한다. 본 실시예는 사각 기둥 형상의 이온교환 고분자 재료(100)를 예시하였으므로, 제 1 표면 전극 내지 제 4 표면 전극(210a, 210b, 220a, 220b)은 이온교환 고분자 재료(100)의 측면에 구비된다. 즉 제 1 표면 전극(210a)은 이온교환 고분자 재료(100)의 제 1 측면(S1)에 형성되며, 제 2 표면 전극(210b)은 제 2 측면(S2)에 형성된다. 또한, 제 3 표면 전극(210c)은 이온교환 고분자 재료(100)의 제 3 측면(S3)에 형성되며, 제 4 표면 전극(210d)은 제 4 측면(S4)에 형성된다. 이때, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210a, 210b, 220a, 220b)은 서로 절연되어 형성된다. 또한, 제 1 표면 전극(210a)과 제 3 표면 전극은 마주보도록 위치하며, 각각 산화 전극과 환원 전극의 역할을 한다. 물론, 제 2 표면 전극(210b)과 제 4 표면 전극 역시 서로 대향되도록 구비되며, 각각 산화 전극과 환원 전극의 역할을 한다. 또한, 도 1의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210a, 210b, 220a, 220b)에 전원을 인가하기 위한 전극 패턴이 하부에 형성된다.
이러한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 2를 참조하면, 전술된 바와 같이, 백금 코팅(platinum coating) 내에 마련된 양이온(cation)과 물(water)과 폴리머 네트웍(polymer network)과 극성 용매인 수화 양이온(hydrated cation)을 포함하며, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 표면 전극(200)에 전기가 인가되지 않았을 경우 변형되지 않는다. 하지만, 도 2(b)를 참조하면, 표면 전극에 전기가 인가될 경우 수화 양이온이 환원 전극 쪽으로 이동하여 재정렬되며, 이에 따라 전기활성고분자 구동기는 수화 양이온이 이동한 반대 방향으로 휘어지게 된다. 본 발명은 이러한 원리를 이용하되, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 원하는 형상으로 표면 전극을 형성하여 실시간으로 X축, Y축, Z축 방향으로 연속적이며 유연하게 변형할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 동작에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 기본적 개념을 설명하기 위한 도면이다. 이때, 도 3(a)는 5개의 전기활성고분자 구동기가 형성된 것이며, 도 3(b)는 전기활성고분자 구동기의 측면도이다. 또한, 도 4(a)는 전기활성고분자 구동기의 평면도를 기준으로 원래 위치와 전기가 인가되어 변형된 위치를 나타낸 것이며, 도 4(b)는 전기활성고분자 구동기의 평면도를 기준으로 전기가 인가되는 것을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면 우선 구동기의 표면 전극에 외부 전압이 인가될 때 구동기 팁은 두 개의 독립적 벤딩 모멘트 와 까지 이동한다고 가정할 수 있다. z와 함께 각각 벤딩 모멘트에 의한 x와 y의 방향적 편향 와 은 아래의 수학식1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000001
각각의 방향적 편향 δ x(L)과 δ y(L)은 아래의 수학식2에 의해, Young의 모듈러스 E, 관성 I의 두 번째 모멘트와 벤딩 모멘트 M x와 M y로 표현된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000002
구동기 팁 편향이 작다고 가정할 때, 구동기 팁은 구동기의 움직임 동안 동일면에 있다고 가정할 수 있다. 그리고 구동기 팁의 위치는 x-y 좌표 시스템으로 표현될 수 있다. 또한, 이에 따라 수학식3이 도출된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000003
벤딩 모멘트 M x와 M y는 구동기 표면 전극에 인가된 전압으로 표현된다. 벤딩 모멘트가 응용된 전압에 비례한다고 가정하면, 아래의 수학식 4와 같이 구동기 팁의 위치를 인가된 전압과 관련시킬 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000004
구동기의 벤딩은 양전압이 인가된 방향으로 발생하므로, 모멘트 M x는 음수이다. 실제로 IPMC에는 알려지지 않은 속성과 불확실성이 많다. K x, K y, E 및 I의 값은 정확하게 알기 어렵다. 따라서, 본 발명은 구동기 팁의 위치 X와 T를 아래의 수학식5로 가정했다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000005
X와 Y 방향에 대해서 직류 2.6V의 V x와, V y를 인가했다. 또한, 이에 대한 실험결과에 대해서 아래의 수학식6 및 수학식7과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000006
[수학식 7]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000007
매트랩(Matlab)에서 최소 제곱 회귀 분석 명령어 LSQ 커프 피트(CURVE FIT)가 사용되었으며, X t에 대한 계수는 아래의 수학식8과 같으며, Y t에 대한 계수는 아래의 수학식9와 같다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000008
[수학식 9]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000009
X t에 대한 입력과 출력 수득률의 라플라스 변환은 아래의 수학식10과 같고, Y t에 대한 입력과 출력 수득률의 라플라스 변환은 아래의 수학식11과 같다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000010
[수학식 11]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000011
따라서, 개로 전달 함수(open-loop transfer functions)는 아래의 수학식12 및 수학식13과 같다.
[수학식 12]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000012
[수학식 13]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000013
여기서, 구동기의 팁 위치를 제어하기 위해 디지털 PI 조절기를 설계하여 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션 후 실제 시스템을 구현하였으며, 폐회로 성능을 분석하였다. 디지털 PI 조절기는 수학식14와 같은 형태로 설계되었으며, 제어 목표를 달성하기 위해 100Hz 샘플링 주파수로 시행되었다.
[수학식 14]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000014
수학식14에서, Z -1은 Z변환의 오퍼레이터이고, K cx와 T ix와 K cy 및 T iy는 비례적분 이득과 관련된 제어기 매개 변수이다. 또한, T s는 샘플링 주기이다.
이하, 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 실험결과에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 동작을 실험하기 위해 파워 서플라이와, 파워 서플라이와 접속된 증폭기와, 증폭기와 접속된 DAQ 보드와, DAQ 보드와 접속된 PC와, PC와 접속된 CCD 카메라를 구비하였다. 또한, 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 증폭기와 접속되며, PC와 접속된 CCD 카메라는 전기활성고분자 구동기의 평면적인 움직임을 촬영하여 PC로 전송한다. 여기서, 직류 5V의 입력 전압이 스텝 입력으로 인가되었다.
이에 따른 전기활성고분자 구동기의 X방향과 Y방향에 대한 각각의 스텝 응답은 도 6(a)와 도 6(b)와 같다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 X방향으로 발생된 구동기 팁의 힘은 시간이 지날수록 증가하여 최대 34.84[mN]이 되며, Y방향으로 발생된 구동기 팁의 힘 역시 시간이 지날수록 증가하여 최대 41.34[mN]이 된다. 이는 아래의 표 1과 같다.
[표 1]
Figure PCTKR2010004201-appb-I000015
도 8과 도 9를 참조하면, 개방 루프와 폐루프 모두 100초 동안 사인 곡선적인 기준 입력이 설정되었다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 개방 루프의 경우, X방향과 Y방향 모두 입력값과 실제 전기활성고분자 구동기 팁의 위치가 차이가 큰 것을 알 수 있다. 하지만, 도 9를 참조하면, 페루프의 경우, X방향과 Y방향 모두 입력값과 실제 전기활성고분자 구동기 팁의 위치가 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 시뮬레이션과 실제 전기활성고분자 구동기 팁의 위치를 비교한 도 10에도 도시된 바와 같이, 폐루프의 경우, X방향에 대한 시뮬레이션 결과와 실제 전기활성고분자 구동기 팁의 위치와, Y방향에 대한 시뮬레이션 결과와 실제 전기활성고분자 구동기 팁의 위치가 거의 동일함을 알 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 폐루프의 스윙 모션에 대한 X방향과 Y방향의 움직임 역시 입력값과 실제 전기활성고분자 구동기의 팁 위치가 거의 동일하다.
한편, 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 다수가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 이때, 직렬연결은 다수개의 전기활성고분자 구동기의 상면 또는 하면이 서로 접속되는 형태이며, 병렬연결은 다수개의 전기활성고분자 구동기의 측면이 서로 접속되는 형태이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 직렬 연결된 사시도이고, 도 17은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기로 제작된 구조물의 예시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 두 개의 전기활성고분자 구동기가 직렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 다양한 방향으로 절곡이 가능하다. 또한, 본 실시예는 도 17에 도시된 바와 같이, 다수개의 전기활성고분자 구동기를 직렬로 연결하여 박스 프레임 형상으로 제작할 수도 있다. 물론, 도 15 내지 도 17에 도시된 구조는 이하에서 설명될 본 발명의 제 2 내지 제 5 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예는 이온교환 고분자 재료의 표면에 두 쌍의 표면 전극을 형성하여 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다.
다음은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대한 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이고, 도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 움직임을 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 18에 도시된 바와 같이, 이온교환 고분자 재료(100)와, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극(200)과, 표면 전극(200)에 전원을 인가하는 전극 패턴을 포함한다. 여기서, 이온교환 고분자 재료(100)의 설명은 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 설명과 중복되므로 생략한다.
표면 전극(200)은 외부 전원으로 이온교환 고분자 재료에 전기를 인가하기 위한 것으로서, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240)을 포함한다. 본 실시예 역시 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기와 같이 사각 기둥 형상의 이온교환 고분자 재료를 예시하였으므로, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240)은 이온교환 고분자 재료(100)의 제 1 내지 제 4 측면(S1, S2, S3, S4)에 각각 형성된다. 여기서, 본 실시예는 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240) 각각을 분할하여 하나의 전기활성고분자 구동기가 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기 3개를 결합한 것과 동일한 움직임을 나타내도록 한다.
본 실시예는 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240) 각각이 3등분되는 것을 예시한다. 즉, 제 1 표면 전극(210)은 제 1-1 표면 전극(210a)과, 제 1-1 표면 전극(210a)과 전기적으로 절연된 제 1-2 표면 전극(210b)과, 제 1-1 표면 전극(210a) 및 제 1-2 표면 전극(210b)과 전기적으로 절연된 제 1-3 표면 전극(210c)을 포함한다. 또한, 제 2 표면 전극(220)은 전기적으로 서로 절연된 제 2-1 표면 전극(220a), 제 2-2 표면 전극(220b), 제 2-3 표면 전극(220c)을 포함하며, 제 3 표면 전극(230)은 서로 전기적으로 절연된 제 3-1 표면 전극(230a), 제 3-2 표면 전극(230b), 제 3-3 표면 전극(230c)을 포함한다. 또한, 제 4 표면(240) 전극 역시 전기적으로 서로 절연된 제 4-1 표면 전극(240a), 제 4-2 표면 전극(240b), 제 4-3 표면 전극(240c)을 포함한다.
즉, 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 제 1-1 표면 전극(210a)과 제 2-1 표면 전극(220a)이 한 쌍의 표면 전극인 제 1 표면 전극쌍이 되고, 제 3-1 표면 전극(230a)과 제 4-1 표면 전극(240a)이 한 쌍의 표면 전극인 제 2 표면 전극쌍이 된다. 또한, 제 1-2 표면 전극(210b)과 제 2-2 표면 전극(220b)이 한 쌍의 표면 전극인 제 3 표면 전극쌍이 되고, 제 3-2 표면 전극(230b)과 제 4-2 표면 전극(240b)이 한쌍의 표면 전극인 제 4 표면 전극쌍이 된다. 또한, 제 1-3 표면 전극(210c)과 제 2-3 표면 전극(220c)이 한 쌍의 표면 전극인 제 5 표면 전극쌍이 되고, 제 3-3 표면 전극(230c)과 제 4-3 표면 전극(240c)이 한 쌍의 표면 전극인 제 6 표면 전극쌍이 된다.
이와 같은 구조에 의해 도 19(a)에 도시된 바와 같이, 표면 전극에 전기가 인가되지 않았을 경우에는 휘어짐이 없지만, 도 19(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 표면 전극쌍과, 제 3 및 제 4 표면 전극쌍, 및 제 5 및 제 6 표면 전극쌍 중 적어도 어느 하나에 전기가 인가될 경우, 해당 표면 전극쌍 단위로 휘어지게 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예는 이온교환 고분자 재료의 표면에 다수의 구역으로 구획된 두 쌍의 표면 전극을 형성하여 하나의 전기활성고분자 구동기로 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 다수의 전기활성고분자 구동기의 동작을 구현할 수 있는 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다.
다음은 표면 전극이 헬릭스(helix, 나선) 구조로 형성된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대한 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 20에 도시된 바와 같이, 이온교환 고분자 재료(100)와, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 헬릭스 형태로 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극(200)과, 표면 전극(200)에 전기를 인가하는 전극 패턴을 포함한다. 여기서 본 실시예는 이온교환 고분자 재료(100)로 원기둥 형상을 예시한다.
표면 전극(200)은 외부 전원으로 이온교환 고분자 재료(100)에 전기를 인가하기 위한 것으로서, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240)이 이온교환 고분자 재료의 표면에 헬릭스 형태로 형성된다. 물론, 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240)은 서로 전기적으로 절연된다.
한편, 본 실시예 역시 전술된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기와 같이 제 1 내지 제 4 표면 전극(210, 220, 230, 240) 각각을 다수로 분할하여 하나의 전기활성고분자 구동기가 다수의 전기활성고분자 구동기처럼 작동하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예는 이온교환 고분자 재료의 표면에 헬릭스 형태로 형성된 표면 전극을 형성하여 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다. 또한, 본 실시예는 이온교환 고분자 재료의 표면에 다수의 구역으로 구획된 두 쌍의 헬릭스 형태의 표면 전극을 형성하여 하나의 전기활성고분자 구동기로 X축과 Y축 및 Z축으로 실시간으로 연속적이며 유연한 모핑이 가능한 다수의 전기활성고분자 구동기의 동작을 구현할 수 있는 전기활성고분자 구동기를 제공할 수 있다.
다음은 이온교환 고분자 재료가 육각기둥 형상인 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 21은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 사시도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 21에 도시된 바와 같이, 육각기둥 형상인 이온교환 고분자 재료(100)와, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 형성된 세 쌍의 표면 전극(200)과, 표면 전극(200)에 전원을 인가하는 전극 패턴을 포함한다.
본 실시예에서 이온교환 고분자 재료(100)는 전술한 재료로 제작되나, 그 형상이 육각기둥이다. 또한, 표면 전극(200)은 육각기둥 형상인 이온교환 고분자 재료(100)의 측면에 형성되는데, 모서리 부분을 제외한 측면에 형성된다. 이에 따라, 6개의 측면을 갖는 이온교환 고분자 재료(100)의 측면에는 세 쌍의 표면 전극(200)이 형성되어 더욱 세밀한 움직임이 가능하다.
다음은 원기둥 형상의 이온교환 고분자 재료에 블록 형상인 다수의 표면 전극이 형성된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기의 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 22에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상인 이온교환 고분자 재료(100)와, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 블록 형상으로 형성된 다수의 표면 전극(200)과, 표면 전극(200)에 전원을 인가하는 전극 패턴을 포함한다.
본 실시예에서 이온교환 고분자 재료(100)는 전술된 재료로 제작되되, 그 형상이 원기둥 형상이다. 또한, 표면 전극(200)은 원기둥 형상인 이온교환 고분자 재료(100)의 측면에 형성되며, 다수의 블록 형상인 표면 전극(200)이 형성된다. 이때, 상기 다수의 블록 형상인 표면 전극(200)의 면적을 조절하여, 이온교환 고분자 재료(100)의 표면에 형성되는 개수를 조절할 수 있다. 이에 따라, 다수의 쌍을 갖는 표면 전극(200)이 이온교환 고분자 재료(100)에 형성되어 보다 세밀한 움직임이 가능해진다. 물론, 이온교환 고분자 재료(100)는 원기둥 형상에 한정되는 것은 아니며, 타원기둥 형상일 수도 있다.
이러한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 전기활성고분자 구동기는 도 23에 도시된 바와 같이, 다수의 블록형상인 표면 전극 중 일부 표면 전극에만 전력을 인가하여 전기활성고분자 구동기의 움직임을 세밀하게 조절할 수 있다. 여기서, 도 23에 도시된 블록 형상인 다수의 표면 전극(200) 중 해칭 표시된 표면 전극은 전력이 인가되어 활성화된 표면 전극을 의미하며, 해칭 표시되지 않은 표면 전극은 전력이 인가되지 않아 비활성화된 표면 전극을 의미한다.
다음은 본 발명에 따른 전기활성고분자 구동기의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
도 24 및 도 25는 본 발명에 따른 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 따른 전기활성고분자 구동기의 제조 방법은 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계(도 24 및 도 25의 a 내지 g)와, 표면 전극을 형성하는 단계(도 25의 h 내지 j)를 포함한다.
이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계는 몰드를 제작하는 단계(a)와, 나피온 필름을 적층하는 단계(b)와, 몰드에 나피온 필름을 공급하는 단계(x)와, 열과 압력을 가하는 단계(d)와, 몰드를 제거하는 단계(e)와, 빔 형태로 절삭하는 단계(f 내지 g)를 포함한다.
몰드를 제작하는 단계(a)는 제작하고자 하는 전기활성고분자 구동기의 형태로 몰드(mold)를 제작한다. 이는 사각 리세스 형상의 홈을 갖는 몰드를 제작하여 실현될 수 있다.
나피온 필름을 적층하는 단계(b)는 나피온 필름(Nafion film)을 몰드의 사각 리세스 형상에 맞춰 자르고, 잘려진 다수의 나피온 필름을 적층한다.
몰드에 나피온 필름을 공급하는 단계(c)는 나피온 필름을 적층하는 단계에서 절삭되어 적층된 나피온 필름을 준비된 몰드에 공급한다. 물론, 적층된 나피온 필름은 몰드의 사각 리레스 홈에 공급되어야 한다.
열과 압력을 가하는 단계(d)에서는 몰드에 열과 압력을 가하여 나피온 필름을 압착한다. 이는 섭씨 180도의 온도로 압력 없이 30분동안 가열한 후, 섭씨 180도의 온도로 20분 동안 50MPa의 압력을 가하여 수행한다. 이후, 상온에서 20분 동안 몰드를 냉각한다.
몰드를 제거하는 단계(e)는 몰드에서 압착된 나피온 필름을 분리한다.
빔 형태로 절삭하는 단계(f 내지 g)는 압착된 나피온 필름을 다수의 빔 형태로 절삭하여 빔 형태의 이온교환 고분자 재료(100a)를 완성한다. 물론, 빔 형태로 절삭하는 단계는 목표된 이온교환 고분자 재료(100)의 형상에 따라 다르게 절삭할 수 있다. 예를 들어, 이온교환 고분자 재료(100)가 사각기둥 형상일 경우, 전술된 바와 같이 빔 형상인 이온교환 고분자 재료(100a)으로 절삭하며, 육각기둥 형상 또는 원기둥 형상일 경우 이에 대응되도록 절삭한다.
한편, 본 실시예는 나피온 필름을 열압착하여 이온교환 고분자 재료(100)를 제작하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 이온교환 고분자 재료(100)는 용액 상태의 이온교환 고분자 재료를 금형 내에서 캐스팅한 후 경화시켜 제작할 수도 있다.
전극을 형성하는 단계(h 내지 j)는 제작된 이온교환 고분자 재료를 샌딩한 후, 도금하여 이온교환 고분자 재료의 표면에 표면 전극의 기초를 형성하며, 이를 커팅하여 다수의 표면 전극을 형성한다. 이러한 전극을 형성하는 단계는 샌딩하는 단계와, 도금하는 단계(h)와, 커팅하는 단계(i)를 포함한다.
샌딩하는 단계는 이온교환 고분자 재료를 샌드 블래스팅(sand blasting) 또는 샌드 페이퍼링(sand papering)한다.
도금하는 단계(h)는 우선, 탈이온수(D.I 워터)에 1시간 동안 이온교환 고분자 재료를 가열한 후, 5% 유황 용액에서 1시간 동안 가열한다. 이후, 테트라-아민 플라티늄 클로라이드 하이드레이트(tetra-amine platinum chloride hydrate, ([Pt(NH3)3]Cl2) 용액에 섭씨 60도 및 6시간 이상 담근다. 다음으로, 섭씨 40도의 탈이온수에 이온교환 고분자 재료를 담그고, 2시간 이상 동안 매 30분마다 5% NaBH4용액을 추가한다. 이때, 이 과정에서 온도를 섭씨 60도까지 승온시킨다. 이후, 탈이온수에 1시간동안 담궈서 가열하고, 상온에서 건조시킨다.
이후, 샌딩하는 단계와 도금하는 단계를 전기 저항이 감소될 때까지 몇 번 반복한다.
마지막으로, 이온교환 고분자 재료의 모서리를 커팅(i)하여 서로 전기적으로 분리된 다수의 표면 전극, 예를 들어, 제 1 내지 제 4 표면 전극을 형성한다(j). 이는 기계적인 3축 또는 6축 커팅 장비를 이용하여 형성된 표면 전극 중 원치 않는 부분 또는 절연이 필요한 부분을 제거하여 수행될 수 있다. 물론, 레이저를 이용하거나, 집속이온빔(FIB)을 이용하여 커팅을 수행할 수도 있다. 더욱이, 미리 원하는 패턴으로 제작된 마스크를 표면 전극 상에 위치시킨 후 화학적 방법으로 원하지 않는 부분 또는 절연이 필요한 부분을 제거하여 수행될 수도 있다.
한편, 표면 전극이 제 1 내지 제 4 표면 전극이 아닌 보다 많은 다수의 표면 전극을 포함할 경우, 이온교환 고분자 재료 표면의 모서리뿐만 아니라 다른 영역을 커팅하거나, 모서리 영역을 제외한 다른 영역을 커팅할 수도 있다. 예를 들어, 원기둥 형상인 이온교환 고분자 재료의 표면에 블록 형상인 다수의 표면 전극을 형성할 경우, 이온교환 고분자 재료의 모서리를 커팅하는 것이 아닌, 상기 다수의 표면 전극이 서로 전기적으로 절연되도록 다수의 표면 전극 사이를 커팅해야 한다. 물론, 원기둥 형상의 이온교환 고분자 재료의 표면에 헬릭스 형상의 표면 전극이 다수 형성될 경우 역시, 이온교환 고분자 재료의 모서리가 아닌, 헬릭스 형상의 다수의 표면 전극 사이를 커팅해야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 이온교환 고분자 재료를 원하는 형상으로 제작하고, 표면 전극 패턴의 형성이 자동화된 공정 상에서 진행될 수 있으므로, 제작 시간 및 생산 비용을 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명은 일반적인 기계 가공에서부터 FIB등과 같은 초정밀 가공 장비의 자동화된 공정과 장비를 통해 제작이 가능하므로, 초소형을 포함하는 다양한 스케일로 제작할 수 있는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 이온교환 고분자 재료와,
    상기 이온교환 고분자 재료의 표면에 서로 이격되어 형성된 두 쌍 이상의 표면 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온교환 고분자 재료는 다각기둥 형상인 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 표면 전극은 상기 이온교환 고분자 재료의 모서리 영역을 제외한 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온교환 고분자 재료는 원기둥 또는 타원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 표면 전극은 헬릭스 형상인 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 표면 전극은 블록 형상인 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기활성고분자 구동기는 다수가 직렬 또는 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온교환 고분자 재료가 이온 폴리머 금속 복합물(Ionic Polymer-Metal Composite, IPMC)인 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이온 폴리머 금속 복합물은 백금 코팅과, 상기 백금 코팅 내에 마련된 수화 양이온과, 양이온과, 물과 폴리머 네트웍을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기.
  10. 이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계와,
    상기 이온교환 고분자 재료에 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계는,
    나피온 필름을 적층하는 단계와,
    상기 적층된 나피온 필름을 열압착하는 단계와,
    상기 열압착된 나피온 필름을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적층된 나피온 필름을 열압착하는 단계는,
    상기 적층된 나피온 필름을 가열하는 단계와,
    상기 가열된 나피온 필름을 압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적층된 나피온 필름을 열압착하는 단계 이후,
    상기 적층된 나피온 필름을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    이온교환 고분자 재료를 제작하는 단계는,
    용액 상태의 이온교환 고분자 재료를 준비하는 단계와,
    상기 용액 상태의 이온교환 고분자 재료를 금형 내에서 캐스팅/경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 이온교환 고분자 재료에 두 쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계는,
    상기 이온교환 고분자 재료를 샌딩하는 단계와,
    상기 샌딩된 이온교환 고분자 재료의 표면을 도금하는 단계와,
    상기 도금된 이온교환 고분자 재료의 도금층을 커팅하여 두쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 이온교환 고분자 재료를 샌딩하는 단계는,
    상기 이온교환 고분자 재료를 샌드 블래스팅 또는 샌드 페이퍼링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 도금된 이온교환 고분자 재료의 도금층을 커팅하여 두쌍 이상의 표면 전극을 형성하는 단계에서,
    상기 도금층의 커팅은 기계적인 3축 또는 6축 커팅 장비, 레이저, 집속이온빔, 마스크 및 화학적 식각 방법 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 전기활성고분자 구동기의 제조 방법.
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