• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제10권11호
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• pp.1012-1016
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• 2004

In the present paper, equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. Physical properties of an IPMC, such as Young's modulus and electro-mechanical coupling coefficient. are determined from the rule of mixture, bimorph beam equations, and measured force-displacement data of a cantilevered IPMC actuator. By using a beam equation with estimated physical properties, actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator was calculated and a good agreement between the computed tip displacements and the measured data was observed. Finite element analysis(FEA) combined with the estimated physical properties was used to reproduce the force-displacement relationship of an IPMC actuator. Results from the FEA agreed well with the measure data. The proposed models might be used for modeling of IPMC actuators with complicated shapes and boundary conditions.

• 센서학회지
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• 제18권5호
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• pp.353-358
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• 2009

Ionic polymer metal composite(IPMC) has been used as a promising material for various actuator applications. The IPMC actuator is difficult to be fabricated with complicated 3-dimensional shape. We propose a simple heat treatment process that can fabricate IPMC actuator with various shapes. Experimental results show the pre-shaped IPMC actuator by heat treatment does not show any degradation of its actuation abilities such as bending displacement, generation force and reliability in bending motion.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.360-366
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• 2013

For conventional electrical actuators, the materials are mainly made up of metals, which mean they are prone to corrosion and electrical sparking. Replacing these systems with polymer metal composite based materials can be solved both problems. Considering their excellent electromechanical property, low device fabrication cost, light weight, and good electrical conductivity, the actuator based on ionic polymer metal composite (IPMC) was fabricated using Nafion film, NaOH 0.1 molar solution, and Au electrode. IPMCs exhibit good electrostatic property which means they can in principle be used in making actuators based on electromechanical motions. The resistance measurements of Nafion film after soaking in NaOH and deionized water were demonstrated and compared each other. The result of sample soaked in NaOH showed better electrical conductivity than in deionized water. The fabricated IPMC actuator exhibits a large deformation of bending displacement of approximately 9 mm with applied low AC voltage 6.89 V at 2.84 Hz. The result of computer simulation was also very similar and shown as a bending displacement of 8.6085 mm.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.50-54
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• 2007

본 연구에서는 IPMC의 기본적인 기계적 특성을 알아보았다. 기전폴리머의 한 종류인 IPMC는 굽힘형 작동, 가벼움, 저전력 소모, 유연성 등의 많은 장점을 가진 재료이다. 따라서 IPMC는 생체모방형 작동기와 센서로서 많은 가능성을 가지고 있다. 이런 가능성을 바탕으로 IPMC를 실제로 응용하기 위하여 IPMC의 변형, 구동력, 주파수 응답 등 기본적인 기계적 특성을 연구하였다. 우선 이온교환폴리머의 한 종류인 네피온 용액을 사용하여 여러 가지 두께의 네피온 막을 만들고, 무전해 도금을 통해 IPMC를 제작하였다. 이렇게 제작된 IPMC의 규격, 인가 전압에 따른 변형, 구동력, 주파수 응답 특성에 관한 실험을 수행하고, 실험 결과를 통해 IPMC 성능의 실험식과 등가 강성 모델을 수립하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제26권5호
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• pp.257-264
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• 2005

This paper proposes an ionic polymer metal composite (IPMC) based artificial muscle to be applicable to the Myoelectric hand prosthesis. The IPMC consists of a thin polymer membrane with metal electrodes plated chemically on both faces, and it is widely applying to the artificial muscle because it is driven by relatively low input voltage. The control commands for the IPMC-based artificial muscle is given by electromyographic (EMG) signals obtained from human forearm. By an intended contraction of the human flexor carpi ulnaris and extensor carpi ulnaris muscles, we investigated the actuation behavior of the IPMC-based artificial muscle. To obtain higher actuation force of the IPMC, the single layered as thick as $800[{\mu}m]$ or multi-layered IPMC of which each layer can be as thick as $178[{\mu}m]$ are prepared. As a result, the bending force was up to the maximum 12[gf] from 1[gf] by actuating the single layered IPMC with $178[{\mu}m]$, but the bending displacement was reduced to 6[mm] from 30[mm]. The experimental results using an implemented IPMC control system show a possibility and a usability of the bio-mimetic artificial muscle.

• 폴리머
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• 제29권4호
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• pp.380-384
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• 2005

Sodium montmoillonite 혹은 sodium montmorillonite가 삽입된 macromer의 존재 하에서 fluoroalkyl methacrylate와 아크릴산을 라디칼 공중합하여 불소화 아크릴계 이온성 고분자/sodium montmorillonite 복합재료를 제조하고, 이들의 X-선 회절 특성, 인장물성, 수분흡수율 등 물리적 성질을 조사하였다. 또, 이들을 이용하여 이온성 고분자-백금 복합재료(IPMC)를 제조하여 수 볼트의 외부 전위에 의한 전류 흐름 및 변위 거동을 측정한 결과, sodium montmorillonite가 이온의 이동을 방해하여 전류 및 변위량의 감소를 초래함을 관찰하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.533-539
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• 2013

최근 의료 및 생체공학 분야의 액추에이터(actuator)와 센서 및 연료전지로 활용할 수 있는 새로운 재료인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 IPMC의 특징은 센서(sensor)와 액추에이터(actuator)의 성질을 동시에 가지는 있는 특이한 성질을 가진 복합재료로서 IPMC에 전압을 가하면 움직임이 생기며, IPMC에 움직임이 발생하면 IPMC 내부에 전압이 충전되는 성질이 있어 모션 센서나 힘 센서로도 활용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 IPMC에 대한 몇 가지 특성을 파악하고 IT 기술인 스마트폰의 연계하여 원격지에서 IPMC의 동작을 제어할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 또한, 스마트폰을 기반으로 하여 영상정보를 전송하여 모니터링 하도록 하였다. IPMC의 동작제어는 스마트폰의 블루투스를 이용하여 동작명령을 전송하도록 시스템을 구현하였다. 본 논문의 실험 및 구현으로부터 IPMC 물성에 대한 정확한 분석은 부족하지만 향후 IPMC의 활용에 있어서 IT 기술과의 융합을 통하여 센서, 액추에이터, 연료전지 등과 같은 분야에 적극 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권4호
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• pp.302-307
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• 2007

본 연구에서는 이온성 폴리머-금속 복합재료 (IPMC) 작동기를 사용한 플랩 밸브 마이크로 펌프의 설계, 제작 및 실험적 특성 규명을 수행하였다. 나피온/실리케이트 층과 나피온/실리카 나노복합재료를 기반으로 한 다층형 IPMC를 마이크로 펌프의 작동층으로 사용하였다. 마이크로 펌프의 핵심 요소인 IPMC 다이아프램의 주위를 유연한 폴리디메틸실옥산(PDMS)을 사용하여 지지하도록 함으로써 상당히 큰 작동 변위를 내도록 설계하였다. 이렇게 개발된 마이크로 펌프의 크기는 $20{\times}20{\times}5$ ${mm}^3$ 이고, 최대 유량은 760 l/min, 최대 배압은 1.5 kPa이었다. 본 연구에서 개발한 마이크로 펌프는 간단하고 효율적인 설계를 수행하여 제작이 용이할 뿐 아니라, 동작 전압이 1-3V라는 장점이 있다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
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• pp.294-298
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• 2008

The ionic polymer-metal composite actuators with selectively grown multiple electrodes were developed to mimic the swimming locomotion of a fish. The developed method is based on combining electroplating with the electroless chemical reduction using the patterned mask. The advantages of this fabrication method are that the initial compositing between the polymer and platinum particles can be assured by the chemical reduction method, and the thickness of each electrode can be controlled easily and rapidly by electroplating. By using the fabricated actuator with a multiple degree of freedom, the oscillatory wave of the flexible membrane actuator was generated and a twisting motion was also realized to verify the possibility of mimicking the fish-like locomotion. The frequency response function was analyzed to investigate the natural frequency and the damping factor by a mechanical shaker and direct electrical excitation through the swept-sine method. Present results show that this novel method can be a promising technique to easily pattern each of multiple electrodes and to implement the biomimetic motion of the polymer actuators with good mechanical bending performance.

• 폴리머
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• 제30권6호
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• pp.471-477
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• 2006

이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer metal composite, IPMC)는 낮은 구동 전압에서도 비교적 빠른 응답 속도를 갖는 전기활성고분자(electro active polymer, EAP) 재료이다. IPMC는 인간의 근육과 유사한 인성 및 변형 특성을 나타내므로 최근 인공근육용 구동체 개발을 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 또한 우주항공, 센서 및 펌프 등의 다양한 분야에서 적용가능성이 조사되고 있다. 본 연구에서는 액상 내피온을 이용하여 용액 캐스팅 방법으로 다양한 두께의 내피온 막을 제조하는 방법을 도입하였다. IPMC 제조방법은 Oguro가 제안한 방법을 기초로 하여 도금온도를 변화시켜 무전해 도금법을 이용하여 내피온 내부로의 1차 전극을 형성시켰으며, 형성된 1차 전극의 안정성과 표면전기저항을 낮추기 위하여 이온빔보조증착법(ion beam assisted deposition, IBAD)을 도입하여 금과 이리듐을 1차 전극표면 위에 증착하여 2차 전극을 형성시켰다. 1, 2차 무전해 도금한 IPMC와 2차 IBAD 코팅한 IPMC 전극의 표면과 단면 형상을 SEM으로 관찰하였으며, 전압을 인가할 때 IPMC 내부의 수분증발 및 이온전도도의 변화를 조사하였다. 또한 다양한 두께의 IPMC를 제조하여 두께변화에 따른 변위와 구동력을 측정하였다.