전기활성 탄성체 전기회로의 응용 :

임정걸

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임정걸 (영남대학교, 嶺南大學校)

지도교수: 李東柱

발행연도: 2014

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이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

전기활성 유전탄성체에 작용하는 전압과 팽창력 관계 연구

임정걸 , 류상렬 , 이동주 대한기계학회 춘추학술대회 2014.04 학술대회자료

전기활성 탄성체 전기회로의 응용

임정걸 機械工學科 2014.01 학위논문

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본 연구의 목적은 EAE(electro active elastomer)를 사용하여 전기회로에 응용 가능한 스위치를 설계하고자 한다. 최근에 EAE는 인공근욕, 로봇, 의료, 정밀기계 등에서 많이 응용하고 있다. 본 연구에서는 EAE가 절연체이고, EAE 구동기의 반응속도는 빠르고 전압의 따라 변위가 다른 성능을 가지고 있기 때문에 EAE로 만든 경우 스위치가 보통 스위치보다 많은 조건 및 환경에서 작동이 될 것이다. 전압이 조정하여 회로를 제어할 수 있다.
본 논문에서 4장으로 구성되어 있다. 제 1장은 EAE 소개와 연구목적, 제 2장은 실험관련, 제 3장은 실험결과 및 토의, 그리고 제 4장은 결론을 나타냈다. EAE 구동기는 탄성체와 전극으로 구성하였고, EAE 스위치는 구동기와 아크릴을 이용하여 제작하였다. 최적화된 전극재료는 실리콘(KE-12) 100phr, 희석제 80phr, 카본나노튜브 3.5phr, 카본블랙 18phr이다. 이때 전극의 비저항은 73Ω·cm이고 기계적 특성인 인장강도는 0.45MPa, 인장탄성률은 0.21MPa, 그리고 신장률은 184%이다. 최적화된 탄성체재료는 실리콘 (KE-12) 100phr, 희석제 30phr, 두께 0.5mm의 탄성체이다. 15kV에서 최대 변위 값이 1.66mm이다. 기계적 특성인 인장강도는 0.67MPa이고 인장탄성률은 0.11MPa이다. 최적화된 구동기 형태는 Layer 3층의 적층형구동기이다. 이 형태 스위치는 만들기 쉽고 15kV에서 변위가 2.34mm이다.
스위치는 최적화된 EAE 구동기와 아크릴판을 이용하여 제작하였으며, 실제 작동과정 중에 0, 10, 15(kV)의 3가지 전압에 따른 변위를 이용하여 두 회로를 제어할 수 있었다. 따라서 전기활성 탄성체 구동기를 전기 시스템 제어에 응용 가능할 것으로 사료된다.

The object of this study is to design a switch with EAE (Electric-active Elastomers). EAE are mainly applied to the robot, medical and artificial muscle etc. Because EAE are an insulator, EAE actuator has a fast reaction speed and can produce different deflections depending on the applied voltage, the EAE electrical switch can be used at many conditions and environments. This switch can control a circuit system by changing the applying voltage.
The thesis contains 4 chapters. Chapter 1 is an introduction of EAE, EAE actuator and its object. Chapter 2 is experimental processes. Chapter 3 is the results and discussion of experimental and actual processes of the switch that controls two circuits. Finally, chapter 4 is conclusions.
The EAE switch is made by EAE actuator, and EAE actuator is made of the electrode and the elastomer. It is found that optimal constituents of the electrode are made by silicon rubber (KE-12) 100phr, thinner 80phr, carbon nanotube 3.5phr and carbon black 18phr. The specific resistance of the electrode is 73Ω·cm, the tensile strength is 0.45MPa, the tensile modulus is 0.21MPa, the elongation is 184%. It is also found that optimal constituents of elastomer are silicon rubber (KE-12) 100phr, thinner 30% and thickness 0.5mm. In this case, the optimal elastomer gives a displacement of 1.66mm at 15kV, the tensile strength of 0.67MPa and the tensile modulus of 0.11Mpa. And the actuator with 3 layers laminate gives the highest deflection as the actuator. This type of actuator is easy to product and have the largest displacement 2.34mm at 15kV.
The switch is made with 3 layers laminate actuator and acrylic body. The acrylic is used to made an outer shell to hold the actuator and obtain an uniform movement. In actual processes, the EAE switch can control two circuits at 0, 10, and 15(kV). It can be concluded that the EAE is able to use at the electric system as switch.

1. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 3
2. 실험 4
2.1 전극 개발 및 평가 4
2.2 탄성체 개발 및 평가 9
2.3 구동기 제작 및 평가 15
3. 실험결과 17
3.1 전극의 전기적 및 기계적 특성 17
3.2 탄성체의 특성 24
3.2.1 탄성체의 전기적 및 기계적 특성 24
3.2.2 탄성체의 두께 및 희석제 함유량이 변위에 미치는 영향 28
3.2.3 티탄산바륨 함유량의 영향 32
3.3 구동기의 형태 및 평가 37
3.3.1 탄성체 층수 및 희석제 함유량의 영향 39
3.4 스위치 회로 제작 및 평가 45
4. 결론 51
영문요약 52
국문요약 54
참고문헌 56

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