고분자 ( 복합재료 ) 를 이용한 센서 및 액추에이터

고분자 ( 복합재료 ) 를 이용한

센서 및 액추에이터

고분자 ( 복합재료 ) 를 이용한

센서 및 액추에이터

발표자 : 김동욱지도교수 : 박종만 교수님

09. 04.05 ( 일 )

CONTENTS

액추에이터의 이론 및 원리11

센서 , 액추에이터의 종류22

이온전도 액추에이터33

전도성 고분자 액추에이터44

CNT 복합체 센서 및 구동기55

요약 및 고찰66



기계를 작동시키는 장치

보통 유체에너지나 구동기 , 신소재 ( 복합재료 ) 를 이용한 인공근육이나

초 소형 액추에이터의 개발 등이 활발하게 이루어 지고 있다 .

액추에이터의 이론 및 원리11

센서 , 액추에이터의 종류22

이온전도 액추에이터

전도성 고분자 액추에이터

CNT 복합체 센서및 구동기

- 작동원리

이온교환수지는 일반 고분자 겔과 같이 수분 함유율 증가에 따라 팽창 외부 힘으로부터 변형되면 수지 내부의 신축차이에 의한 밀도 차 발생 이 액추에이터는 변위센서 또는 힘센서로 사용

이온전도 액추에이터33

특징

움직임을 전기적으로 제어할 수 있음 근육과 같은 수준의 유연성 구조체가 수지 이므로 가벼움 구동할 때 소리를 발생하지 않음 낮은 전력에서 동작가능 장시간 구동가능 센서와 액추에이터로서 기능을 병행하는 등 여러 센서기능 보유

응용분야응용분야

응용 예 설명

면 액추에이터

시트형상 소자의 앞뒤에 엑시머 레이저로 전기절연 홈을 형성시켜 , 앞뒤 전극을 각각 4 분할

각기 다른 신호로 움직이면 피부처럼 부드럽고 복잡한 동작 가능 .

응용 예 설명

안 ( 眼 ) 모델

1 매의 시트소자를 ‘ +’ 자 형상으로 잘라내고 그 중심부의 전극을 4 분할한 것으로 중심부 경사를 마음대로 제어할 수 있는 자유도가 높은 소자 만듬 .

응용 예 설명

그리퍼 디바이스

시트형상 소자 (0.2mm) 를 방사형상으로 잘라내어

상하면 중심부로부터 시트선을 떼어낸 것으로 모든 다리의 한쪽 면은 동일한 전극이 됨 .

응용 예 설명

로봇 팔

두꺼움의 차이에 따른 발생력의 차이로 로봇팔의 힘을 제어하는 기술로써 두께 1mm 의 소자로 5g,3mm 로 70g 을 들어올릴 수 있다 .

발생력은 팔의 두꺼움과 함꼐 증가하고 ,

변위속도가 감소하는 경향 .

작동원리 저압인가와 극성교체에 의해 고분자체의 구조변화로 발생하는 신축현상을 응용

화학적으로는 산화 , 환원반응을 이용하는 방법임


특징 발생력이 큼 구조체가 수지이므로 가벼움 구동구조가 단순하고 작음 일정량의 이온이동이기 때문에 소비전력이 적음 형상 성형이 용이함 분자단위의 움직임으로 소리가 작음 저전압 구동 신축률이 15%~20% 인 동물의 근육에 가까움

응용분야응용분야

응용 예 설명

필름상 액추에이터

폴리피롤 막으로 제작한 액추에이터는 50 매의 적층구조 ( 적층두께 )1mm 에서 90N 의 힘을 방생하였다 .

응용 예 설명

플런저

실린더형 플런저와 다이프그램형 박막 플런저가 개발되고 있다 .

응용 예 설명

손가락 구조체에의 응용

손가락 근육과 같이 소자를 배치하여 실제 손가락처럼 전후 , 좌우 방향으로 관절을 구부릴 수 있다 .

응용 예 설명

인공근육 섬유

전도성 고분자를 인공근육으로응용하기위한 개발매우 작은 부하로 신축하는 금속코일 위에 전도성고분자 피막을 형성하여 코일소자를 다발형태로만듦 . 복수의 소자를 복합화하여 발생력이 큰 액추에이터 구조체를 실현 .

작동원리

열적 , 광학적 노출로 인한 저항변화는 폴리머매트릭스를 팽창시키고 복합체를 기계적 센서로 사용한다 .


CNT 란 ?

탄소 6 개로 이루어진 육각형들이 서로연결되어 관모양을 이루고 있는 신소재로탄소 섬유는 1% 만 변형시켜도 끊어지는반면 탄소나노튜브는 15% 가 변형되어도견딜 수 있다 .

특징

전기적 및 열적 전도율 인성 , 충격 저항 및 진동감소와같은기계적 특성WMCNT 강화 복합제의 변형 센서로 활용

응용분야

NEMS 및 나노규모 스위치를 넘는 나노튜브의 새로운 EM(Electro-Mechanical) 구동

거동

세 개의 전극셀을 사용하는 전해용액의 CNT 버키 페이퍼 액추에이터 무작위 시트의 전기화학적 특성화

요약 및 고찰66

고분자 액추에이터의 기본특성과 개발 및 소개

센싱과 조작을 할 수 있는 지능형 시스템 개발

CNT 센서 및 액추에이터의 거동

CNT 의 고유한 전기적 특성과 기계적 변형특성

→ 다중기능 재료계통의 개발 가능성

한국과학기술연구원 (http://www.reseat.re.kr)

네이버 카페 (http://cafe.naver.com/goodcoating)

Reference

The End감사합니다 .

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