[고분자] IPMC(전도성고분자막)

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2009.04.11 / 2019.12.24
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하고 싶은 말: 고분자수업때 조사했던 IPMC(전도성고분자)에 관한 레포트입니다.

목차: 1.IPMC란?
(1)정의
(2)구성
(3)원리
(4)장단점
2.응용연료전지
(1)원리
(2)이혼교환수지
(3)metal composite
3.그외 응용분야
(1)인공근육
(2)물 속 잠 수로봇
(3)마이크로펌프
(4)IPMC Membrane Sensor
(5)MEMS Based Tactile Displays and Their Applications

본문내용: IPMC (ionic exchange polymer metal composite)은 전기활성고분자 (electroactive polymer: EAP)의 일종인 이온성 고분자-금속 복합물이다. IPEC는 대표적인 화학적 환원 방법 중 하나로 비교적 쉽게 제조하여 낮은 구동전압에서도 큰 변위를 낼 수 있는 유연성을 지니는 스마트 소재 (soft smart material) 중의 하나이다.
전기활성 고분자란, 전기신호에 따라 고분자 자체가 움직일 수 있는 고분자를 가리킨다. 물질에 따라 전기신호 뿐 아니라 화학물질이나 이온 등 다양한 조건에 반응해 길이가 변하기도 한다. 유전체 고분자나 전도성 고분자 같은 물질이 이런 특징을 가지는 것으로 알려져 있다. 전기활성 고분자는 기존재료에 비해 큰 변형 능력을 가지고 있고 70~80%대의 에너지 효율성을 보여준다. 특히 고유의 성질이 인간의 근육과 비슷한 터프니스(Toughness), 변형, 힘을 가지고 있어 의료용 로봇, 인공근육, 우주항공분야, 센서, 연료전지, 펌프 등 다양한 분야에 적용 시킬 수 있다.
고분자 작동기 또는 센서로 사용될 수 있는 IPMC는 “soft actuators-sensors" 또는 ”artificial muscle"로 불리어진다. 전형적인 IPMC는 두께가 200㎛ 정도의 ionic polymer와 ionic polymer 양면에 두께 5~10㎛의 금속 전극 층으로 구성되어 있다. 그리고 고분자 전해질의 내부에는 내부에 존재하는 음이온기와 전하 균형을 이루면서 H+, Li+, Na+ 등의 counter ion이 존재하게 된다. 물과 같은 용매에 팽윤되어 있는 IPMC에 낮은 전압(1~3V)을 인가하면 전기장의 영향으로 인해 고정된 음이온과 이동성이 있는 counter 이온들이 움직임을 시작하게 된다. 이 때 counter 이온들은 수화된 상태로 음극을 향해 이동하게 된다. 때문에 음극 쪽은 물분자의 포화로 인해 팽윤을 일으키고 반대로 양극에서는 수축반응을 일으키게 된다. 따라서 이러한 음극과 양극의 부피 차이에 의해 고분자 전해질은 굽함 운동을 일으키게 된다. 이러한 일련의 반응은 고분자 전해질, counter 양이온, 고분자 전해질에 채워지는 내부의 용매, 전해질 표면에 존재하는 금속 전극의 종류 또는 상태 등의 다양한 인자에 영향을 받게 된다. 이와 반대로 이런 IPMC가 외부로부터 갑작스런 외압을 받아 변형되었을 때 IPMC는 수 mV 수준의 전압을 발생시키기도 한다. 이처럼 IPMC는 soft actuator 또는 sensor로 사용되어질 수 있다.

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