음이온교환막과 폴리아닐린 전극으로 제조한 고분자 구동체에 관한 연구

Abstract

이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites)는 작고 가벼우며, 낮은 구동전압에서 큰 변위를 갖기 때문에 인공 근육 및 센서 등으로 주목 받고 있다. 그러나 고가의 금속을 복잡한 도금 과정으로 제조한 IPMC의 금속 전극은 굽힘 변형거동으로 인해 균열이 발생하여 전도도 감소 및 전해액의 휘발이 일어나 성능이 감소하며, 큰 강성을 갖는 금속 전극 층은 대변형 작동기의 변형량을 저해한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전도성 고분자인 폴리아닐린을 전극으로 대체하였다. 폴리아닐린은 전기화학적으로 산화·환원 반응에 의해 도핑된 음이온의 이동으로 인해 부피 변화를 갖는다. 따라서 폴리아닐린의 부피변화를 극대화하기 위해 음이온교환막을 이용하여 구동체를 제조하였다. 다양한 음이온교환막의 swelling ratio, 이온교환용량, 이온전도도와 기계적 물성, 구조적 특징 등을 파악하고, 이를 이용하여 제조한 구동체의 성능을 확인하였다. 또한 접착물질을 제조하여 폴리아닐린 전극과 음이온교환막의 계면을 잘 접착시킴으로써, 쉽고 간단한 방법으로 큰 구동 변위를 보이는 구동체를 제조하였다. 구동체의 수명 및 안정성을 높이기 위해 이온성 액체를 도입한 구동체를 제조하였다. 이온성 액체의 도입 온도와 종류에 따라 음이온교환막을 분석함으로써 구동성에 미치는 영향을 확인하였다.