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KR100963571B1 - A novel electroactive polymer actuator based on sulfonated poly(styrene-ran-ethylene) copolymers and method for fabricating the same - Google Patents

A novel electroactive polymer actuator based on sulfonated poly(styrene-ran-ethylene) copolymers and method for fabricating the same Download PDF

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KR100963571B1
KR100963571B1 KR1020090074404A KR20090074404A KR100963571B1 KR 100963571 B1 KR100963571 B1 KR 100963571B1 KR 1020090074404 A KR1020090074404 A KR 1020090074404A KR 20090074404 A KR20090074404 A KR 20090074404A KR 100963571 B1 KR100963571 B1 KR 100963571B1
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KR
South Korea
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spse
polymer actuator
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styrene
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Inventor
오일권
왕선륜
성태홍
Original Assignee
전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기에 비해 고유 진동수가 크고, 구동력이 비교적 안정적으로 증가하는 특성을 가지며 상대적으로 저가이면서 대변형이 가능한 SPSE(Sulfonated Poly(Styrene-ran-Ethylene))를 기반으로 한 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and a method of manufacturing the same, and more particularly, has a characteristic that the natural frequency is large and the driving force is increased relatively stably compared to a conventional polymer actuator based on Nafion. The present invention relates to a polymer actuator based on sulfonated poly (Styrene-ran-Ethylene) (SPSE) which is inexpensive and highly deformable, and a method of manufacturing the same.

Description

ＳＰＳＥ 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법{A novel electroactive polymer actuator based on sulfonated poly(styrene-ran-ethylene) copolymers and method for fabricating the same}A novel electroactive polymer actuator based on sulfonated poly (styrene-ran-ethylene) copolymers and method for fabricating the same}

본 발명은 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기에 비해 고유 진동수가 크고, 구동력이 비교적 안정적으로 증가하는 특성을 가지며 상대적으로 저가이면서 대변형이 가능한 SPSE(Sulfonated Poly(Styrene-ran-Ethylene))를 기반으로 한 고분자 작동기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and a method of manufacturing the same, and more particularly, has a characteristic that the natural frequency is large and the driving force is increased relatively stably compared to a conventional polymer actuator based on Nafion. The present invention relates to a polymer actuator based on sulfonated poly (Styrene-ran-Ethylene) (SPSE) which is inexpensive and highly deformable, and a method of manufacturing the same.

최근 전기 활성 고분자(Electroactive Polymer)의 하나인 이온성 고분자 금속 복합물(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 연구가 많은 과학자 및 기술자에 의해 진행 중에 있다.Recently, research on ionic polymer metal composite, which is one of electroactive polymers, is being conducted by many scientists and technicians.

상기 이온성 고분자 금속 복합물을 포함하는 전기 활성 고분자는 압전세라믹재료 또는 형상기억합금에 비해 가볍고, 가공이 용이할 뿐만 아니라 생체모방형, 생체 적합성 및 낮은 전력 소모 등의 장점을 지녀 전기 활성 재료로 다양하게 응용 될 수 있는 장점이 있다.The electroactive polymer including the ionic polymer metal composite is lighter than piezoceramic materials or shape memory alloys and is easy to process, and has various advantages such as biomimetics, biocompatibility, and low power consumption. There is an advantage that can be applied.

상기 이온성 고분자 금속 복합물을 막으로 구비하고 그 양쪽 면에 금속 전극을 구비함으로써 고분자 작동기를 형성할 수 있다.The polymer actuator can be formed by providing the ionic polymer metal composite as a membrane and metal electrodes on both sides thereof.

상기 고분자 작동기는 상기 이온성 고분자 금속 복합물의 양쪽 면에 구비된 금속 전극 사이에 전압을 인가하면 양극 쪽으로 구부러지는데, 수 V의 비교적 낮은 외부 전압에서도 빨리 감응하고 변형량도 커서, 저전력, 저전압에서의 큰 변위 및 높은 주파수에서의 빠른 응답 특성이라는 장점을 가지고 있다.The polymer actuator bends toward the anode when a voltage is applied between the metal electrodes provided on both sides of the ionic polymer metal composite. The polymer actuator reacts quickly at a relatively low external voltage of several V and also has a large amount of deformation. It has the advantage of fast response at displacement and high frequency.

또한, 상기 고분자 작동기는 고분자 자체가 갖는 생체 적합성을 가지고 있고, 수분을 함유하여 부드러운 조직을 갖는 특성으로 인해 생체 내에서 구동이 가능한 액추에이터 물질로서의 장점을 갖는다.In addition, the polymer actuator has the biocompatibility of the polymer itself, and has the advantage as an actuator material that can be driven in vivo due to the water-containing properties of the soft tissue.

현재 나피온(nafionTM)막의 양면에 금속 전극을 입힌 형태의 고분자 작동기가 연구 및 개발 중에 있는 것으로 알려져 있다.Currently, polymer actuators in which metal electrodes are coated on both sides of a Nafion TM membrane are known to be being researched and developed.

그러나 상기 나피온을 고분자로 하는 고분자 작동기는 재료 자체가 고가일 뿐만 아니라 대변형에는 많은 제한점을 가지고 있는 문제점이 있다.However, the polymer actuator using Nafion as a polymer has a problem that the material itself is expensive and has many limitations in large deformation.

본 발명의 목적은 고분자 작동기에 적용되는 새로운 고분자막을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a new polymer membrane which is applied to a polymer actuator.

또한, 본 발명의 다른 목적은 SPSE 결합체 기반의 고분자막을 포함하는 고분자 작동기를 제공하여 저가이면서 대변형이 가능한 고분자 작동기를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a polymer actuator including a polymer membrane based on the SPSE binder to provide a polymer actuator that is inexpensive and largely deformable.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an SPSE binder based electroactive polymer actuator.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 SPSE(Sulfonated Poly(Styrene-ran-Ethylene))으로 이루어진 SPSE 고분자막; 및 상기 SPSE 고분자막의 양측 표면상에 각각 구비된 전극;을 포함하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a SPSE polymer film made of SPSE (Sulfonated Poly (Styrene-ran-Ethylene)); And electrodes provided on both surfaces of the SPSE polymer film, respectively.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스틸렌(styrene)이 70 내지 80% 무게 비율로 프로판올(1-propanol)에 녹아있는 SPSE 용액을 준비하는 단계; 상기 SPSE 용액을 캐스팅하여 SPSE 고분자막을 형성하는 단계; 상기 SPSE 고분자막을 40 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안 유지하여 풀림 처리하는 단계; 상기 SPSE 고분자막을 샌드블라스팅(sandblasting) 처리하는 단계; 및 무전해 도금 법을 이용하여 상기 SPSE 고분자막의 양측 표면상에 전극들을 도금하는 단계;를 포함하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing a styrene (SP) solution dissolved in propanol (1-propanol) in a weight ratio of 70 to 80%; Casting the SPSE solution to form an SPSE polymer film; Annealing the SPSE polymer membrane by maintaining it in a temperature atmosphere of 40 to 60 ° C. for 20 to 30 hours; Sandblasting the SPSE polymer membrane; And plating electrodes on both surfaces of the SPSE polymer film using an electroless plating method.

바람직한 실시 예에 있어서, 상기 SPSE 고분자막은 나노 물질을 더 포함하고 있이다.In a preferred embodiment, the SPSE polymer film further comprises a nanomaterial.

바람직한 실시 예에 있어서, 상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜, 그라핀 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상이다.In a preferred embodiment, the nanomaterial is at least one of carbon nanotubes, florans, graphene and carbon powder.

바람직한 실시 예에 있어서, 상기 SPSE 용액 또는 SPSE 고분자막에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하는 단계를 더 포함한다.In a preferred embodiment, further comprising the step of impregnating the nanomaterials by the impregnation method to the SPSE solution or SPSE polymer membrane.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 종래의 나피온에 비해 상대적으로 저렴한 재료인 SPSE 결합체를 기반으로 하는 고분자 작동기를 얻을 수 있다.First, the SPSE binder-based electroactive polymer actuator of the present invention and a method of manufacturing the same can obtain a polymer actuator based on the SPSE binder, which is a relatively inexpensive material compared to the conventional Nafion.

또한, 본 발명의 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기에 비해 고유 진동수가 큰 고분자 작동기를 얻을 수 있다.In addition, the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator of the present invention and its manufacturing method can obtain a polymer actuator having a high natural frequency compared to a conventional polymer actuator based on Nafion.

또한, 본 발명의 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기에 비해 비교적 작은 구동력을 보이지만 나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기에 비해 비교적 안정적 으로 증가하는 특성을 가진 고분자 작동기를 얻을 수 있다.In addition, the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and its manufacturing method of the present invention show a relatively small driving force compared to the conventional polymer actuator based on Nafion, but relatively stable increase compared to the conventional polymer actuator based on Nafion. A polymer actuator having the property of

또한, 본 발명의 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 이의 제조 방법은 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 얻을 수 있다.In addition, the SPSE binder-based electroactive polymer actuator of the present invention and a method of manufacturing the same can be obtained a method that can easily manufacture the SPSE binder-based electroactive polymer actuator.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기를 도시한 단면도이고, 도 2는 SPSE 고분자의 화학구조를 도시한 도이다.1 is a cross-sectional view showing an SPSE binder-based electroactive polymer actuator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the chemical structure of the SPSE polymer.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)는 SPSE 고분자막(110) 및 상기 SPSE 고분자막(110)의 양측 표면상에 각각 구비된 전극(120)들, 즉 양극 및 음극을 포함하고 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention is provided on both surfaces of the SPSE polymer membrane 110 and the SPSE polymer membrane 110, respectively. It comprises electrodes 120, i.e. an anode and a cathode.

상기 SPSE 고분자막(110)은 SPSE(Sulfonated Poly(Styrene-ran-Ethylene)) 고분자를 포함하고 있다.The SPSE polymer film 110 includes a SPSE (Sulfonated Poly (Styrene-ran-Ethylene)) polymer.

상기 SPSE 고분자막(110)은 도 2에 도시한 바와 같은 화학구조를 이루고 있는데, poly(styrene-ran-ethylene)에 술푼산기(SO3H)가 결합된 구조이다.The SPSE polymer membrane 110 has a chemical structure as shown in FIG. 2, in which a sulfonic acid group (SO 3 H) is bonded to poly (styrene-ran-ethylene).

한편, 상기 SPSE 고분자막(110) 내부에는 분산된 형태의 나노 물질(미도시)을 포함하고 있을 수 있다.On the other hand, the SPSE polymer film 110 may include a nanomaterial (not shown) in a dispersed form.

상기 나노 물질은 상기 SPSE 고분자막(110)의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 상기 나노 물질이 상기 SPSE 고분자막(110)에 분산되어 있는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 강성이 증가하고, 전기 전도성 및 응답 특성이 향상된다.The nanomaterial serves to improve physical or electrical properties of the SPSE polymer film 110. That is, when the nanomaterial is dispersed in the SPSE polymer film 110, the stiffness of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention is increased, and electrical conductivity and response characteristics are improved. .

이때, 상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the nanomaterial may be at least one of carbon nanotubes, fullerene, graphene, and carbon powder.

본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 제조 방법은 우선 스틸렌(styrene)이 70 내지 80% 무게 비율, 정확하게는 76% 무게 비율로 프로판올(1-propanol)에 녹아있는 SPSE 용액을 준비한다.According to one embodiment of the present invention, a method of manufacturing an SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator (100) is based on first styrene (styrene) dissolved in propanol (1-propanol) in a weight ratio of 70 to 80%, precisely 76% by weight. Prepare the SPSE solution.

이어서, 상기 SPSE 용액을 캐스팅하여 SPSE 고분자막을 형성한다.Subsequently, the SPSE solution is cast to form an SPSE polymer film.

이때, 상기 SPSE 용액을 캐스팅하는 방법은 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예로, 상기 SPSE 용액을 몰드 또는 유리판 위에 부어 캐스 팅하는 방법을 이용할 수 있다.At this time, the method of casting the SPSE solution may be a variety of methods, in one embodiment of the present invention, it is possible to use the method of pouring the SPSE solution on a mold or glass plate.

이어서, 상기 SPSE 고분자막을 상기 몰드 또는 유리판으로부터 분리한 후, 상기 SPSE 고분자막을 40 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안, 바람직하게는 50℃의 온도 분위기에서 24시간 동안 유지하여 기계적 물성을 향상시키는 풀림 처리한다.Subsequently, the SPSE polymer membrane is separated from the mold or glass plate, and then the SPSE polymer membrane is maintained at a temperature atmosphere of 40 to 60 ° C. for 20 to 30 hours, preferably at a temperature atmosphere of 50 ° C. for 24 hours to maintain mechanical properties. Improves annealing.

이어서, 풀림 처리된 상기 SPSE 고분자막을 샌드블라스팅(sandblasting) 처리한다.Subsequently, the annealed SPSE polymer film is sandblasted.

이어서, 상기 SPSE 고분자막을 무전해 도금법을 이용하여 상기 SPSE 고분작막의 양측 표면 상에 양극 및 음극의 전극들을 도금하여 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)를 제조한다.Subsequently, the SPSE polymer membrane is electroplated using the electroless plating method to plate the electrodes of the positive electrode and the negative electrode on both surfaces of the SPSE high particle film to manufacture the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100.

이때, 상기 SPSE 용액을 준비하는 공정에서 상기 SPSE 용액에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하여 상기 SPSE 용액에 나노 물질이 포함되도록 할 수 있다.In this case, the nanomaterial may be included in the SPSE solution by impregnating the nanomaterials using the SPSE solution in the process of preparing the SPSE solution.

또한, 상기 SPSE 용액을 몰드 또는 유리판에 캐스팅하여 SPSE 고분자막을 형성한 후, 상기 SPSE 고분자막의 양측 표면 상에 전극들을 도금하기 전의 어느 공정 또는 별도의 공정으로 함침법을 이용하여 상기 SPSE 고분자막에 나노 물질을 함침하는 공정을 진행할 수 있다.In addition, after the SPSE solution is cast on a mold or a glass plate to form an SPSE polymer film, a nanomaterial is applied to the SPSE polymer film by an impregnation method by any process or a separate process before plating the electrodes on both surfaces of the SPSE polymer film. The process of impregnation can proceed.

이때, 상기 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜, 그라핀 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the nanomaterial may be any one or more of carbon nanotubes, florene, graphene, and carbon powder.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기의 DC 전압의 크기 변화에 따른 변위 응답특성을 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the displacement response characteristics according to the change in the magnitude of the DC voltage of the SPSE binder-based electro-active polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 양극 및 음극에 DC 전압을 1.0V에서 2.5V까지 0.5V 씩 변화시켜 획득한 변위 응답 특성을 그래프화하여 보면, 도 3에 도시한 바와 같이 DC 전압이 높아짐에 따라 응답 특성이 좋아지는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 3, displacement response characteristics obtained by varying the DC voltage at 0.5V from 1.0V to 2.5V in the positive electrode and the negative electrode of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention In graphing, it can be seen that as the DC voltage is increased, the response characteristic is improved as shown in FIG.

나피온을 기반으로 하는 종래의 고분자 작동기는 DC 전압 구동 하에서는 스트라이트닝 백(straightening back) 문제가 발생하게 되나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)는 도 3에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 이와 같은 문제가 발생하지 않고 DC 전압 구동 하에서 전압이 증가함에 따라 응답 특성이 좋아지는 것을 볼 수 있다.Conventional polymer actuators based on Nafion have a problem of a straightening back under DC voltage driving, but the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 3. As shown in the graph, it can be seen that the response characteristics are improved as the voltage increases under DC voltage driving without such a problem.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기의 AC 전압에 따른 응답 특성을 보여주는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the response characteristics according to the AC voltage of the SPSE binder-based electro-active polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 양극 및 음극에 전압 크기가 2V이고, 주파수가 0.5Hz인 AC 전압을 인가하였을 때, 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 응답 특성을 그래프화한 그래프를 분석하여 보면, 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 변위 값이 비교적 좋은 형태의 정형파를 나타내는 것을 알 수 있는데, 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 AC 응답 특성이 비교적 좋은 것으로 해석될 수 있다.Referring to FIG. 4, when an AC voltage having a voltage magnitude of 2 V and a frequency of 0.5 Hz is applied to an anode and a cathode of an SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention, Analyzing the graph graphing the response characteristics of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100, it can be seen that the displacement value of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 represents a relatively good shape wave. It can be interpreted that the AC response characteristics of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 are relatively good.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 나피온 기반의 고분자 작동기의 주파수 응답 특성을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the frequency response characteristics of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and Nafion-based polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실 시예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 고유 진동수는 약 10Hz인 것으로 분석되고, 나피온 기반의 고분자 작동기의 고유 진동수는 약 5Hz인 것으로 분석되어 있다.Referring to FIG. 5, the natural frequency of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator 100 according to one embodiment of the present invention is analyzed to be about 10 Hz, and the natural frequency of the Nafion-based polymer actuator is about 5 Hz. It is analyzed.

상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)는 상기 나피온 기반의 고분자 작동기에 비해 고유 진동수가 더 큰 것으로 분석되며, 이는 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)가 종래의 나피온 기반의 고분자 작동기에 비해 강성이 좀더 높기 때문인 것으로 보인다.The SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 is analyzed to have a higher natural frequency than the Nafion-based polymer actuator, which means that the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 is a conventional Nafion-based polymer. It seems to be due to the higher rigidity than the actuator.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 나피온 기반의 고분자 작동기의 블록킹 포스를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing the blocking force of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and Nafion-based polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하여 설명하면, 도 6의 그래프는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)와 종래의 나피온 기반의 고분자 작동기의 블록킹 포스(blocking force)를 그래프화한 것으로, 이를 통해 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)의 구동력은 종래의 나피온 기반의 고분자 작동기의 구동력에 비해 전반적으로 작은 것으로 분석되지만, 상기 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)는 종래의 나피온 기반의 고분자 작동기에 비해 힘의 크기가 비교적 안정하게 증가하는 것으로 분석되었다.Referring to FIG. 6, the graph of FIG. 6 graphs a blocking force of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator 100 and the conventional Nafion-based polymer actuator according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, the driving force of the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 is analyzed to be generally smaller than that of the conventional Nafion-based polymer actuator, but the SPSE binder-based electroactive polymer actuator 100 is Compared to the conventional Nafion-based polymer actuators, the magnitude of the force was relatively increased.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기(100)는 SPSE 고분자막(110)(상기 SPSE 고분자막(110)은 탄소나노튜브, 플로랜, 그라핀 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상의 나노 물질이 분산되어 있을 수 있음) 및 상기 SPSE 고분자막(110)의 양측 표면상에 각각 구비된 전극(120)들을 구비 하고 있는 구조를 이루고 있으며, 종래의 나피온 기반의 고분자 작동기에 비해 DC 전압 변화에 따른 응답 특성 및 강성이 더 우수할 뿐만 아니라 비교적 우수한 AC 응답 특성을 갖고 있으며, 구동력은 비교적 낮으나 힘의 크기가 비교적 안정적으로 증가하는 특성을 보이고 있다.Therefore, the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator 100 according to an embodiment of the present invention is the SPSE polymer membrane 110 (the SPSE polymer membrane 110 is carbon nanotube, Floran, graphene and any one or more of nanoparticles of carbon powder) Material may be dispersed) and electrodes 120 provided on both surfaces of the SPSE polymer film 110, respectively, and have a DC voltage change compared to a conventional Nafion-based polymer actuator. In addition, the response characteristics and stiffness according to the present invention are not only excellent, but also have a relatively good AC response characteristics.

이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the preferred embodiments have been illustrated and described, but are not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. And modifications will be possible.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기를 도시한 단면도이고, 도 2는 SPSE 고분자의 화학구조를 도시한 도이다.1 is a cross-sectional view showing an SPSE binder-based electroactive polymer actuator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the chemical structure of the SPSE polymer.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기의 DC 전압의 크기 변화에 따른 변위 응답특성을 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the displacement response characteristics according to the change in the magnitude of the DC voltage of the SPSE binder-based electro-active polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기의 AC 전압에 따른 응답 특성을 보여주는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the response characteristics according to the AC voltage of the SPSE binder-based electro-active polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 나피온 기반의 고분자 작동기의 주파수 응답 특성을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the frequency response characteristics of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and Nafion-based polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 및 나피온 기반의 고분자 작동기의 블록킹 포스를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing the blocking force of the SPSE conjugate-based electroactive polymer actuator and Nafion-based polymer actuator according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기100: SPSE conjugate based electroactive polymer actuator

110 : SPSE 고분자막 120 : 전극110: SPSE polymer film 120: electrode

Claims (6)

SPSE(Sulfonated Poly(Styrene-ran-Ethylene))으로 이루어진 SPSE 고분자막; 및SPSE polymer membrane made of sulfonated poly (Styrene-ran-Ethylene) (SPSE); And 상기 SPSE 고분자막의 양측 표면상에 각각 구비된 전극;을 포함하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기.SPSE binder-based electro-active polymer actuator comprising a; electrode provided on each of both surfaces of the SPSE polymer film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 SPSE 고분자막은 나노 물질을 더 포함하며, 이때 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기.The SPSE polymer membrane further comprises a nanomaterial, wherein the nanomaterial is any one or more of carbon nanotubes, fullerenes, graphenes, and carbon powders. 삭제delete 스틸렌(styrene)이 70 내지 80% 무게 비율로 프로판올(1-propanol)에 녹아있 는 SPSE 용액을 준비하는 단계;Preparing a SPSE solution in which styrene is dissolved in propanol (1-propanol) at a weight ratio of 70 to 80%; 상기 SPSE 용액을 캐스팅하여 SPSE 고분자막을 형성하는 단계;Casting the SPSE solution to form an SPSE polymer film; 상기 SPSE 고분자막을 40 내지 60℃의 온도 분위기에서 20 내지 30시간 동안 유지하여 풀림 처리하는 단계;Annealing the SPSE polymer membrane by maintaining it in a temperature atmosphere of 40 to 60 ° C. for 20 to 30 hours; 상기 SPSE 고분자막을 샌드블라스팅(sandblasting) 처리하는 단계; 및Sandblasting the SPSE polymer membrane; And 무전해 도금법을 이용하여 상기 SPSE 고분자막의 양측 표면상에 전극들을 도금하는 단계;를 포함하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 제조 방법.And electroplating the electrodes on both surfaces of the SPSE polymer film using an electroless plating method. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 SPSE 용액 또는 SPSE 고분자막에 함침법을 이용하여 나노 물질을 함침하는 단계를 더 포함하며, 이때 나노 물질은 탄소나노튜브, 플로랜(fullerene), 그라핀(graphene) 및 탄소 분말 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 SPSE 결합체 기반 전기 활성 고분자 작동기 제조 방법.Impregnating the nanomaterials by the impregnation method in the SPSE solution or SPSE polymer film, wherein the nanomaterials are any one or more of carbon nanotubes, fullerenes, graphenes and carbon powders SPSE binder-based electroactive polymer actuator manufacturing method. 삭제delete
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