이온성 폴리머-금속 복합체의 공중과 수중에서의 적용

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학과, 2023. 2. 안성훈.IPMC (Ionic Polymer-Metal Composite) is a synthetic polymer that is light-weight, and can be driven with low voltage. However, it has high hysteresis and weak driving force. This research sought to operate the system in which the conventional motor-driven system is not appropriate using IPMC. Problems were defined in aerial and aquatic environments, and methods for IPMC utilization were studied according to each application. For aerial application, glider with control surfaces actuated by IPMC was designed and fabricated. Light-weight and low voltage drivable characteristics of IPMC could be efficiently utilized for the application. Hinge-type IPMC was selected to actuate control surfaces, and the control surfaces effectively change the trajectory of the glider. For aquatic application, diaphragm pump whose diaphragm is actuated by IPMC was designed and fabricated. Biocompatibility and surface actuation characteristics of IPMC were applied in the system. Shape of IPMC constituting the diaphragm was selected to maximize the force, and sealing method to reduce hysteresis was developed. Appropriate actuation and packaging method were developed to efficiently apply IPMC to each application.본 연구는 폴리머 복합체의 일종인 IPMC (Ionic Polymer-Metal Composite, 이온성 폴리머 금속 복합체) 를 이용하여 기존의 모터 구동 시스템이 적용되기 힘든 시스템을 구동시키고자 하였다. 공중 환경에서는 글라이더의 제어 표면을 IPMC로 구동하였다. IPMC의 가벼운 특성과 저전압 구동이 가능한 특성은 본 적용에 사용되기 적합하였다. 이를 위하여 hinge-type의 IPMC를 선택하여 제어 표면을 구동시켰고, 제어 표면은 글라이더의 낙하 궤적을 효과적으로 변화시켰다. 수상 환경에서는 다이어프램 펌프를 IPMC로 구동하였다. IPMC의 생체적합성과 표면 구동 특성이 본 적용에 사용되기 적합하였다. 효과적인 적용을 위해 다이어프램을 구성하는 IPMC 형상을 힘을 극대화하는 방향으로 설계하였고, 구동의 히스테리시스를 감소시킬 수 있는 실링 방법을 개발하였다. 각 적용에서 IPMC를 효율적으로 적용하기 위해 적절한 구동 방법과 패키징 방법이 개발되었다.Chapter 1. Introduction 1 Chapter 2. Fabricaion and Evaluation of IPMC 4 Chapter 3. Aerial Application: Glider Control Surface Actuation 8 Chapter 4. Aquatic Application: Diaphragm Pump 22 Chapter 5. Conclusions 30 Bibliography 32 Abstract in Korean 34석

An Ionic-Polymer-Metallic Composite Actuator for Reconfigurable Antennas in Mobile Devices

In this paper, a new application of an electro-active-polymer for a radio frequency (RF) switch is presented. We used an ionic polymer metallic composite (IPMC) switch to change the operating frequency of an inverted-F antenna. This switch is light in weight, small in volume, and low in cost. In addition, the IPMC is suitable for mobile devices because of its driving voltage of 3 volts and thickness of 200 μm. The IPMC acts as a normally-on switch to control the operating frequency of a reconfigurable antenna in mobile phones. We experimentally demonstrated by network analysis that the IPMC switch could shift its operating frequency from 1.1 to 2.1 GHz, with return losses of than −10 dB at both frequencies. To minimize electrolysis and maximize the operation time in air, propylene carbonate electrolyte with lithium perchlorate (LiClO4) was applied inside the IPMC. The results showed that when the IPMC was actuated over three months at 3.5 V, the tip displacement fell by less than 10%. Therefore, an IPMC actuator is a promising choice for application to a reconfigurable antenna

Перелаштовувані резонансні елементи на основі копланарних ліній передачі

Дисертаційна робота присвячена дослідженню методу мікромеханічного перелаштування частотних характеристик резонансних елементів на основі копланарних та щілинних ліній, що базується на зміні розподілу електромагнітного поля в лінії внаслідок вертикального переміщення складових частин лінії. Необхідні переміщення складають десятки мікрометрів та дозволяють досягти до 60% і більше діапазону перелаштування ефективної діелектричної проникності. Запропоновано методи розрахунку ефективної діелектричної проникності, втрат електромагнітної енергії та характеристичного опору копланарних та щілинних ліній, які не мають обмеження щодо геометричної форми та електрофізичних параметрів ліній. Встановлено закономірності впливу геометричних та електрофізичних параметрів ліній на зміну діапазону перелаштування та чутливості зміни ефективної діелектричної проникності копланарних та щілинних лінії до переміщень, які дозволяють оптимізувати проектування пристроїв на їх основі. Показано, що запропонований метод перелаштування не вносить додаткових втрат. Представлено структури шлейфових резонаторів на основі щілинних та копланарних ліній, які включено в копланарну лінію передачі, з можливістю мікромеханічного перелаштування зі зміною резонансної частоти до 80%. На основі теорії кіл з розподіленими параметрами запропоновано схемні моделі резонаторів, які дозволяють значно прискорити розрахунки їх частотних характеристик