KR20130101833A - Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법 - Google Patents

Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130101833A
KR20130101833A KR1020120022881A KR20120022881A KR20130101833A KR 20130101833 A KR20130101833 A KR 20130101833A KR 1020120022881 A KR1020120022881 A KR 1020120022881A KR 20120022881 A KR20120022881 A KR 20120022881A KR 20130101833 A KR20130101833 A KR 20130101833A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pvdf
based polymer
polymer film
substrate
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020120022881A
Other languages
English (en)
Inventor
권종오
최승태
Original Assignee
삼성전자주식회사
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 울산대학교 산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020120022881A priority Critical patent/KR20130101833A/ko
Priority to US13/689,201 priority patent/US20130264912A1/en
Publication of KR20130101833A publication Critical patent/KR20130101833A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D127/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D127/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D127/12—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C09D127/16—Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/16—Homopolymers or copolymers or vinylidene fluoride
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098—Forming organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

개시된 PVDF계 폴리머 필름 제조방법은 PVDF계 폴리머가 용매에 용해되어 이루어진 PVDF계 폴리머 용액을 제1기판 상에 도포하는 단계; 상기 용매를 증발시켜 PVDF계 폴리머 필름을 형성하는 단계; 상기 PVDF계 폴리머 필름에 지지막을 접합하는 단계; 상기 PVDF계 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계; 상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계;를 포함한다.

Description

ＰＶＤＦ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법{Manufacturing method of PVDF-based polymer and manufacturing method of multilayered polymer actuator using the same}
본 개시는 PVDF계 폴리머 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법에 관한 것이다.
최근 폴리머 액츄에이터는 다양한 분야에서의 응용 가능성이 부각되면서, 그 활용 범위를 넓혀가고 있다. 예를 들어, 모바일 기기용 고성능 카메라 모듈과 관련하여, 오토 포커스 및 줌 기능을 구현하기 위하여 폴리머 액츄에이터를 활용할 수 있을 것으로 예상된다.
EAP(electroactive polymer)는 전기적 자극 하에서 기존의 강유전 세라믹 (ferroelectric ceramic)에서 얻을 수 있는 변형률 (최대 0.2 %) 보다 수십 배나 큰 변형률 (수 % ~ 수십 %)을 얻을 수 있는 유망한 재료이다. 또한, EAP는 많은 고분자 재료와 마찬가지로 여러 가지 형태로 쉽게 제조가 가능하여, 다양한 감지기 (sensor) 및 구동기 (actuator)로서 많은 관심을 불러일으키고 있다. 특히, EAP의 가볍고 유연한 특성은 향후 유연한 전자기기(flexible electronics)에서 감지기 및 구동기로서의 사용 가능성을 높여준다. 또한, 높은 파괴 인성 (fracture toughness), 대 변형률, 높은 진동 감쇠(vibration damping) 등의 특성을 갖는 생체 근육 (biological muscle)을 모사할 수 있어 인공 근육 (artificial muscle)이라고도 불리며, 생체모사 로봇 (biomimetic robot) 분야에서 다양하게 연구가 진행되고 있다.
EAP는 구동 방식에 따라 크게 electronic EAP와 ionic EAP로 구분된다. Electronic EAP는 전기장(electric field) 하에서 전자가 받는 힘을 이용하는 방식으로 구동속도가 빠른 반면 구동전압이 높은 단점이 있다. Ionic EAP는 이온의 이동에 의해 변형이 발생하는 방식으로 구동속도는 느린 반면 구동전압이 낮다. 대표적인 electronic EAP 액츄에이터로는 dielectric elastomer actuator 및 PVDF-based ferroelectric polymer actuator를 들 수 있다.
Electronic EAP의 대표적인 예로서 완화형 강유전 고분자 (relaxor ferroelectric polymer)인 P(VDF-TrFE-CFE) [poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene)] 및 P(VDF-TrFE-CTFE) [poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)]를 들 수 있다. P(VDF-TrFE-CFE)는 3개의 단분자 VDF, TrFE, 및 CFE의 조합으로 구성되어 있다. 여기서 3번째 단분자인 CFE는 강유전 고분자인 P(VDF-TrFE)의 배열에 결함을 도입하게 되고, 이러한 결함은 일관성 있는 분극영역 (all-trans chains)을 나노 극성영역 (all-trans chains interrupted by trans and gauche bonds)으로 분할하게 된다. 이러한 나노 극성영역은 전기장 하에서 상변이 (phase transition)을 일으켜 큰 변형률을 유발하게 된다. 그러나, 현재 제작 가능한 PVDF (poly vinylidene fluoride) 기반의 EAP 막의 두께는 약 20 ㎛ 수준이며, 여기에 예를 들어 1 %의 변형률을 만들기 위해서는 600 V ~ 800 V 수준의 구동전압이 필요하다. 이러한 구동전압을 휴대용 전자기기에 사용 가능한 수준으로 낮추기 위해서는 EAP의 두께를 약 1 μm 내외로 얇게 만들어야 함과 동시에, 원하는 수준의 파워를 내기 위해서는 EAP를 여러 층 적층하여야 한다.
본 개시는 폴리머 액츄에이터의 구동 전압을 낮출 수 있도록, PVDF계 폴리머를 얇게 제조할 수 있는 방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터의 제조방법을 제시하고자 한다.
일 유형에 따르는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법은 PVDF계 폴리머가 용매에 용해되어 이루어진 PVDF계 폴리머 용액을 제1기판 상에 도포하는 단계; 상기 용매를 증발시켜 PVDF계 폴리머 필름을 형성하는 단계; 상기 PVDF계 폴리머 필름에 지지막을 접합하는 단계; 상기 PVDF계 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계; 상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계;를 포함한다.
상기 PVDF계 폴리머는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chloro trifluoro ethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chloro fluoro ethylene))일 수 있다.
상기 용매는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone), 또는 DMF (dimethylformamide)일 수 있다.
상기 PVDF계 폴리머 용액을 기판 상에 도포하는 단계에서 어플리케이터(applicator) 또는 바코터(bar coater)를 사용할 수 있다.
상기 제1기판은 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 유리 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 용매를 증발시켜 PVDF계 폴리머 필름을 형성하는 단계에서, 상기 PVDF계 폴리머 용액 위로 기체의 유동을 만들어 상기 용매의 균일한 휘발을 유도할 수 있다.
상기 기체는 불활성 기체일 수 있다.
상기 지지막은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
상기 지지막은 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 PVDF계 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계에서, 상기 기판과 상기 PVDF계 폴리머 필름에 습윤 환경을 제공할 수 있다.
상기 습윤 환경은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계 후에, 풀림(annealing) 공정을 더 수행할 수 있다.
상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계 후에 폴링(electrical poling) 공정을 더 수행할 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법은 지지막에 접합된 PVDF계 폴리머 필름으로 이루어진 다수의 전사막을 준비하는 단계; 제1전극층을 형성하고, 상기 다수의 전사막 중 어느 하나로부터 PVDF계 폴리머 필름을 상기 제1전극층 위에 전사하는 단계; 상기 전사된 PVDF계 폴리머 필름 상에 제2전극층을 형성하는 단계; 상기 다수의 전사막 중 어느 하나로부터 상기 PVDF계 폴리머 필름을 상기 제2전극층 위에 전사하는 단계;를 포함한다.
상기 전사막을 준비하는 단계는 상술한 일 유형의 PVDF계 폴리머 필름 제조방법에 따라 수행될 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터는 다수의 전극층과 다수의 PVDF계 폴리머 필름을 포함하며, 상기 다수의 전극층과 상기 다수의 PVDF계 폴리머 필름이 교번 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 적층형 폴리머 액츄에이터는 서로 마주하는 양 측벽에 각각 마련된 제1전극부와 제2전극부를 더 포함하며, 상기 다수의 전극층은 적층된 순서대로 교대로, 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부에 각각 연결될 수 있다.
상기 다수의 PVDF계 폴리머 필름은 상술한 일 유형의 PVDF계 폴리머 필름 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
상술한 제조 방법에 따르면 PVDF계 폴리머 필름을 두께 1um 내외로 얇게 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 PVDF계 폴리머 필름을 전사하는 방식으로 적층형 폴리머 액츄에이터를 제작하는 경우, 크랙, 구김등의 전극층 손상을 줄일 수 있다.
또한, 이와 같이 제조된 적층형 폴리머 액츄에이터는 얇은 두께의 PVDF계 폴리머 필름이 다층 적층된 구조를 가지므로, 소자의 성능은 유지하면서도 구동 전압을 낮출 수 있어, 휴대용 전자기기에 다양하게 사용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 PVDF계 폴리머 필름 제조방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2g는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법을 보다 상세히 보이는 도면들이다.
도 3은 실시예에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터의 개략적인 구조를 보인다.
도 4는 적층형 폴리머 액츄에이터의 제작시 PVDF계 폴리머 용액의 용매가 전극층에 스며드는 경우, 전극층에 손상이 발생하는 것을 보인 현미경 사진이다.
도 5a 내지 도 5g는 실시예에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 6은 실시예의 제조방법에 따라 제조된 적층형 폴리머 액츄에이터의 단면 구조의 SEM(scanning electron microscope) 사진을 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 PVDF계 폴리머 필름 제조방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
실시예에 따른 PVDF계 폴리머 필름 제조방법은 PVDF계 폴리머 용액을 준비하여 이를 기판 상에 도포하고 그 용매를 증발시킨 후, 기판과의 접착력을 약화시켜 분리하는 방법을 사용한다.
용액 제조 단계(S1)에서는 용매에 PVDF계 폴리머를 용해시킨 PVDF계 폴리머 용액을 제조한다.
다음, 제조된 용액을 기판 상에 도포하고(S2), 용매를 증발시켜(S3), PVDF계 폴리머 필름을 형성한다.
다음, 지지막을 PVDF계 폴리머 필름상에 본딩하고(S4), 기판 과의 접착력을 조절하여(S5), PVDF계 폴리머 필름으로부터 기판을 분리한다(S6). 추가적으로, 풀림(annealing) 공정을 수행할 수 있다. 또는, 추가적으로 폴링(electrical poling) 공정을 수행할 수 있다.
다음, 제조된 PVDF계 폴리머 필름을 필요한 곳에 전사하는 방식으로 PVDF계 폴리머 필름을 적층할 수 있다(S8).
도 2a 내지 도 2g는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법을 보다 상세히 보이는 도면들이다. 보다 상세한 과정을 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2a와 같이, 제1기판(110) 상에 PVDF계 폴리머 용액(123)을 도포한다.
PVDF계 폴리머 용액(123)은 PVDF계 폴리머가 용매에 용해되어 이루어진 것으로, PVDF-계 폴리머로는 강유전성 폴리머(ferroelectric polymer)인 PVDF, P(VDF-TrFE), 또는 완화형 강유전성 폴리머(relaxor ferroelectric polymer)인 P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)등을 포함할 수 있으며, 용매로는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone), DMF (dimethylformamide) 등을 포함할 수 있다.
제1기판(110)은 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 유리 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
도 2b를 참조하면, PVDF계 폴리머 용액(123)을 기판(110) 상에 균일한 두께(tw)로 도포하기 위해 어플리케이터(AP)를 사용할 수 있다. 또한, 바코터(bar-cater)를 사용하는 것도 가능하다.
다음, 도 2c를 참조하면, 용매를 증발시켜 두께 td의 PVDF계 폴리머 필름(120)이 형성된다. 이 때, PVDF계 폴리머 용액(123) 위로 기체의 유동을 만들어 용매의 휘발을 유도할 수 있으며, 예를 들어, N2, O2, Ar과 같은 불활성 기체의 일정한 유동을 만들어 용매를 균일하게 휘발시킬 수 있다.
다음, 도 2d와 같이, 건조된 PVDF계 폴리머 필름(120) 위에 지지막(130)을 접합한다. 지지막(130)은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 계열인 PDMS (polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다. 또는, 지지막(130)은 PET (polyethylene terephthalate)와 같은 재질의 폴리머 막 위에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer)가 코팅된 형태이거나, PET (polyethylene terephthalate)와 같은 재질의 폴리머 막 위에 PDMS (polydimethylsiloxane)가 코팅된 형태일 수 있다. 지지막(130)은 라미네이션 (lamination) 방법을 이용하여 PVDF계 폴리머 필름(120) 위에 접합될 수 있다.
다음, 도 2e를 참조하면, 제1기판(110)과 PVDF계 폴리머 필름(120) 사이의 접착력을 조절한다. 제1기판(110)과 PVDF계 폴리머 필름(120) 사이의 계면 접합력을 약화시키기 위해 습윤 환경(ME)을 조성할 수 있다. 예를 들어, 도시된 적층구조물을 증류수(distilled water)에 침수시킴으로써 제1기판(110)과 PVDF계 폴리머 필름(120) 사이의 계면을 따라 물분자가 확산되도록 할 수 있다. 습윤 환경(ME)은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용하여 조성할 수 있다.
다음, 도 2f를 참조하면, 지지막(130)과 PVDF계 폴리머 필름(120)이 제1기판(110)으로부터 용이하게 분리될 수 있으며, 이에 따라, 도 2g와 같이, 지지막(130) 위에 PVDF계 폴리머 필름(120)이 접합된 전사막(TF)이 제조된다.
또한, PVDF계 폴리머 필름(120)의 결정도 (crystallinity)를 향상시키기 위해 위의 풀림 (annealing) 공정을 추가할 수 있다. 이러한 풀림 공정의 시간과 온도를 최적화함으로써 PVDF계 폴리머 필름(120)의 구동성능을 향상시킬 수 있다.
또한, PVDF계 폴리머 필름(120)에 대해 폴링(electrical poling) 공정을 추가할 수 있다. 폴링 공정은 압전 물질(piezoelectric materials)의 양단에 고전압을 가하여 전기적으로 분극되어 있는 쌍극자(dipole)들의 집합(domain)을 일정한 방향으로 정렬하는 공정이다. 이러한 폴링 공정에 따라, PVDF계 폴리머 필름(120)의 압전성(piezoelectric characteristic)이 향상될 수 있다.
상술한 제조 방법에 따르면, 수 um 정도로 얇은 두께의 PVDF계 폴리머 필름(120)이 지지막(130) 위에 형성된 전사막(TF)이 제조될 수 있으며, 이러한 전사막(TF)을 이용하여 PVDF계 폴리머 필름(120)을 필요한 위치에 용이하게 전사(transfer)할 수 있다. PVDF계 폴리머 필름(120)은 electronic EAP(electroactive polymer)로서, ionic EAP에 비해 구동전압이 높은 단점이 있으나, 상술한 방법에 따라 얇은 두께로 제조되는 경우, 구동전압이 현격히 낮아져, 다양한 전자기기에 적용할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터(200)의 개략적인 구조를 보인다. 도면을 참조하면, 적층형 폴리머 액츄에이터(200)는 다수의 전극층(E)과 다수의 PVDF계 폴리머 필름(120)을 포함하며, 다수의 전극층(E)과 다수의 PVDF계 폴리머 필름(120)이 교번 적층된 구조를 갖는다.
적층형 폴리머 액츄에이터(200)는 구동 전압(V)을 낮추기 위해 수 um 정도로 얇은 막 형태의 PVDF계 폴리머 필름(120)을 채용하고 있으며, 또한, 이를 다수층으로 적층하여 필요한 파워를 낼 수 있도록 하고 있다.
PVDF계 폴리머 필름(120)은 도 2a 내지 도 2g에서 설명한 방법에 따라 제조될 수 있다. 각각의 PVDF계 폴리머 필름(120)의 상, 하에 마련된 전극층(E)은 서로 다른 전위가 인가되어 PVDF계 폴리머 필름(120)의 변형을 유발하는 전기장을 형성하게 된다. 이를 위하여, 다수의 전극층(E) 각각은 적층된 순서대로 교대로, 우측 측벽에 마련된 제1전극부(251), 좌측 측벽에 마련된 제2전극부(252)에 연결될 수 있다.
제1전극부(251)와 제2전극부(252) 사이에 전압이 인가되면, 각각의 PVDF계 폴리머 필름(120)에 변형이 일어나며, 이러한 다층의 PVDF계 폴리머 필름(120)에서 일어나는 변형력의 합이 다른 전자기기를 구동하는 구동력을 형성하게 된다.
도 3과 같은 구조의 적층형 폴리머 액츄에이터를 제조함에 있어 도 2a 내지 도 2g의 단계에서 설명한 제조방법에 따라 제조된 전사막(TF)이 사용될 수 있다. 일반적인 적층 방법의 경우, 하부층으로 용액의 용매가 스며들어 손상을 야기할 수 있다.
도 4는 적층형 폴리머 액츄에이터의 제작시 PVDF계 폴리머 용액의 용매가 전극층에 스며드는 경우, 전극층에 손상이 발생하는 것을 보인 현미경 사진이다.
PVDF 기반의 완화형 강유전 고분자를 MIBK (methyl isobutyl ketone) 또는 MEK (methyl ethyl ketone)와 같은 용매에 녹여 PVDF계 폴리머 용액을 원하는 형상으로 만들고, 용매를 휘발시켜 고체로 만드는 과정을 용액주물법 (solution casting method)이라고 한다. 이 과정에서, 스핀 코팅(spin coating) 방법이나, 어플리케이터(applicator)와 같은 도포용 도구로 용액을 도포하게 되며, 이러한 방법을 적층형 구조에 적용하고자 할 때, 상부 층의 제작 시에 하부 층으로 용매가 침투하여 하부 구조를 손상시키게 된다. 도 4의 현미경 사진은 20nm 두께의 알루미늄 전극층 위로 1um 두께의 P(VDF-TrFE-CTFE)을 형성한 경우, 전극층에 크랙(crack)과 구김(wrinkle)이 발생한 것을 보이고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터의 제조 방법에서는 도 2a 내지 도 2g의 단계에서 제조한 전사막(TF)을 이용하여, 하부 층의 손상이 발생하지 않는 형태로 다층 구조의 적층형 폴리머 액츄에이터를 제조할 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 실시예에 따른 적층형 폴리머 액츄에이터의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 5a는 제2기판(115) 상에 PVDF계 폴리머 필름(120)을 전사하는 것을 보인다. 즉, 도 2g와 같이 제조된 전사막(TF)을 제2기판(115) 상에 접합하고 지지막(130)을 PVDF계 폴리머 필름(120)으로부터 분리한다.
다음, 도 5b와 같이 PVDF계 폴리머 필름(120)위에 전극층(E)을 형성한다.
다음, 도 5c와 같이, 도 2g와 같이 제조된 전사막(120)을 전극층(E) 상에 접합하고 지지막(130)을 PVDF계 폴리머 필름(120)으로부터 분리한 후, 도 5d와 같이 PVDF계 폴리머 필름(120) 위에 전극층(E)을 더 형성한다.
도 5e 및 도 5f는 필요한 적층수를 고려하여 전술한 단계가 반복되는 것을 보이며, 이에 따라 도 5g와 같이 적층형 폴리머 액츄에이터(300)가 제조된다.
여기서, 제2기판(115)은 적층형 폴리머 액츄에이터(300)가 적용될 전자기기의 일부일 수 있으며, 또는 적층형 폴리머 액츄에이터(300)가 제2기판(115)으로부터 분리되어 전자기기 상의 필요한 위치에 배치될 수 있다.
도 6은 상술한 제조방법에 따라 제조된 적층형 폴리머 액츄에이터의 단면 구조의 SEM(scanning electron microscope) 사진을 보인다. 도면을 참조하면, 약 1.5 ㎛ 내외의 두께의 P(VDF-TrFE-CTFE) 필름(CS)과 알루미늄(Aluminum) 전극이 번갈아 적층되어 있는 구조를 확인할 수 있다.
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110...제1기판 115...제2기판
120...PVDF계 폴리머 필름 123... PVDF계 폴리머 용액
130...지지막 251...제1전극부
252...제2전극부 200, 300...적층형 폴리머 액츄에이터

Claims (19)

  1. PVDF계 폴리머가 용매에 용해되어 이루어진 PVDF계 폴리머 용액을 제1기판 상에 도포하는 단계;
    상기 용매를 증발시켜 PVDF계 폴리머 필름을 형성하는 단계;
    상기 PVDF계 폴리머 필름에 지지막을 접합하는 단계;
    상기 PVDF계 폴리머 필름과 상기 제1기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계;
    상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CTFE(chloro trifluoro ethylene)) 또는 P(VDF(vinylidene fluoride)-TrFE(trifluoroethylene)-CFE(chloro fluoro ethylene))인 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone), 또는 DMF (dimethylformamide)인 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머 용액을 기판 상에 도포하는 단계에서
    어플리케이터(applicator) 또는 바코터(bar coater)를 사용하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판은 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어진 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1기판은 유리 또는 폴리머로 이루어진 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매를 증발시켜 PVDF계 폴리머 필름을 형성하는 단계에서,
    상기 PVDF계 폴리머 용액 위로 기체의 유동을 만들어 상기 용매의 균일한 휘발을 유도하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기체는 불활성 기체인 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지막은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지막은 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 코팅하여 형성되는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계에서, 상기 기판과 상기 PVDF계 폴리머 필름에 습윤 환경을 제공하는 것을 포함하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 습윤 환경은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용하여 형성되는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계 후에
    풀림(annealing) 공정을 더 수행하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판을 상기 PVDF계 폴리머 필름으로부터 분리하는 단계 후에
    폴링(electrical poling) 공정을 더 수행하는 PVDF계 폴리머 필름 제조방법.
  15. 지지막에 접합된 PVDF계 폴리머 필름으로 이루어진 다수의 전사막을 준비하는 단계;
    제1전극층을 형성하고, 상기 다수의 전사막 중 어느 하나로부터 PVDF계 폴리머 필름을 상기 제1전극층 위에 전사하는 단계;
    상기 전사된 PVDF계 폴리머 필름 상에 제2전극층을 형성하는 단계;
    상기 다수의 전사막 중 다른 하나로부터 PVDF계 폴리머 필름을 상기 제2전극층 위에 전사하는 단계;를 포함하는 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전사막을 준비하는 단계는 제1항의 방법에 따라 수행되는 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법.
  17. 다수의 전극층과 다수의 PVDF계 폴리머 필름을 포함하며,
    상기 다수의 전극층과 상기 다수의 PVDF계 폴리머 필름이 교번 적층된 적층형 폴리머 액츄에이터.
  18. 제17항에 있어서,
    서로 마주하는 양 측벽에 각각 마련된 제1전극부와 제2전극부를 더 포함하며,
    상기 다수의 전극층은 적층된 순서대로 교대로, 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부에 각각 연결된 적층형 폴리머 액츄에이터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 다수의 PVDF계 폴리머 필름은 제1항의 방법으로 제조된 적층형 폴리머 액츄에이터.
KR1020120022881A 2012-03-06 2012-03-06 Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법 Ceased KR20130101833A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120022881A KR20130101833A (ko) 2012-03-06 2012-03-06 Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법
US13/689,201 US20130264912A1 (en) 2012-03-06 2012-11-29 Method of manufacturing pvdf-based polymer and method of manufacturing multilayered polymer actuator using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120022881A KR20130101833A (ko) 2012-03-06 2012-03-06 Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130101833A true KR20130101833A (ko) 2013-09-16

Family

ID=49291742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120022881A Ceased KR20130101833A (ko) 2012-03-06 2012-03-06 Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130264912A1 (ko)
KR (1) KR20130101833A (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016047819A1 (ko) * 2014-09-22 2016-03-31 울산대학교 산학협력단 고분자 막의 제조방법
KR101626717B1 (ko) * 2015-03-30 2016-06-13 서울시립대학교 산학협력단 아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 메모리 장치 및 그 제조방법
KR20160111599A (ko) * 2015-03-16 2016-09-27 삼성디스플레이 주식회사 전기활성 폴리머 액츄에이터의 제조 방법
KR20160116603A (ko) * 2015-03-30 2016-10-10 서울시립대학교 산학협력단 아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 압전소자 및 그 제조방법
US9748469B2 (en) * 2014-12-31 2017-08-29 Lg Display Co., Ltd. Multilayer actuator and display device comprising the same
KR20180065434A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20180065800A (ko) * 2016-12-08 2018-06-18 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자, 이를 포함하는 표시 장치 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103647018B (zh) * 2013-11-28 2016-08-17 南京航空航天大学 一种层叠式pvdf作动器及主被动混合隔振器
US10161737B2 (en) * 2014-05-19 2018-12-25 The Regents Of The University Of California Flexible sensor apparatus
WO2015179322A2 (en) 2014-05-19 2015-11-26 The Regents Of The University Of California Fetal health monitor
KR102381743B1 (ko) * 2014-12-31 2022-04-01 엘지디스플레이 주식회사 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
US10780688B2 (en) 2016-02-17 2020-09-22 The Regents Of The University Of California Highly wrinkled metal thin films using lift-off layers
US11839453B2 (en) 2016-03-31 2023-12-12 The Regents Of The University Of California Soft capacitive pressure sensors
US10898084B2 (en) 2016-03-31 2021-01-26 The Regents Of The University Of California Vital signs monitor
CN106763456A (zh) * 2016-11-17 2017-05-31 哈尔滨工程大学 一种基于压电声子晶体的主被动可控隔振装置
KR102596288B1 (ko) 2016-11-29 2023-10-30 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 그를 포함하는 표시 장치
US10584189B2 (en) 2017-02-16 2020-03-10 The Regents Of The University Of Michigan Ferroelectric polymers from dehydrofluorinated PVDF
FR3083004B1 (fr) * 2018-06-22 2021-01-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif transducteur piezoelectrique et procede de realisation d'un tel dispositif
CN108948390A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 电子科技大学 一种pvdf基聚合物薄膜的一步流延制备方法
FR3158013A1 (fr) * 2023-12-31 2025-07-04 Arkema France Procede de transfert de circuit electronique comprenant un transducteur encapsule, dispositif de transfert et procede de fabrication du dispositif,et composite obtenu apres transfert
CN119451534B (zh) * 2024-11-01 2025-09-16 南开大学 一种用于人体热管理的单电池驱动多层聚合物电卡器件及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871411A (en) * 1987-05-21 1989-10-03 Canon Kabushiki Kaisha Method of preparing volume type hologram film
NO312180B1 (no) * 2000-02-29 2002-04-08 Thin Film Electronics Asa Fremgangsmåte til behandling av ultratynne filmer av karbonholdige materialer
GB0321383D0 (en) * 2003-09-12 2003-10-15 Plastic Logic Ltd Polymer circuits
WO2007048145A2 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Entrotech, Inc. Protective sheets, articles, and methods
US7719167B2 (en) * 2007-05-14 2010-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Electroactive polymer actuator and manufacturing method thereof
KR101587549B1 (ko) * 2009-02-12 2016-01-21 삼성전자주식회사 폴리머 및 이를 포함하는 폴리머 액츄에터
KR101908113B1 (ko) * 2009-11-16 2018-10-15 삼성전자 주식회사 전기활성 폴리머 엑츄에이터 및 그 제조방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016047819A1 (ko) * 2014-09-22 2016-03-31 울산대학교 산학협력단 고분자 막의 제조방법
US9748469B2 (en) * 2014-12-31 2017-08-29 Lg Display Co., Ltd. Multilayer actuator and display device comprising the same
KR20160111599A (ko) * 2015-03-16 2016-09-27 삼성디스플레이 주식회사 전기활성 폴리머 액츄에이터의 제조 방법
KR101626717B1 (ko) * 2015-03-30 2016-06-13 서울시립대학교 산학협력단 아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 메모리 장치 및 그 제조방법
KR20160116603A (ko) * 2015-03-30 2016-10-10 서울시립대학교 산학협력단 아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 압전소자 및 그 제조방법
KR20180065434A (ko) * 2016-12-07 2018-06-18 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20180065800A (ko) * 2016-12-08 2018-06-18 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자, 이를 포함하는 표시 장치 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20130264912A1 (en) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130101833A (ko) Ｐｖｄｆ계 폴리머 필름 제조방법 및 이를 이용한 적층형 폴리머 액츄에이터 제조방법
EP2463926B1 (en) Electroactive polymer actuator and method of manufacturing the same
US8959761B2 (en) Method of manufacturing polymer electrode and polymer actuator employing the polymer electrode
KR101408740B1 (ko) 전기 활성 엑츄에이터 및 그 제조 방법
US20140134418A1 (en) Forming a piezoelectric membrane
US20150325228A1 (en) Ultrasonic transducer using ferroelectric polymer
CN111081863A (zh) 一种柔性复合薄膜纳米发电机及其制备方法
US20220242736A1 (en) Wrinkled graphene substrate and method for manufacturing the same
KR20160034746A (ko) 고분자 막의 제조방법
WO2012032446A1 (en) Substrate sheet
KR102399830B1 (ko) 전기활성 폴리머 액츄에이터의 제조 방법
KR20160054832A (ko) 유연소재가 적용된 압전 박막소자의 제작 방법 및 이를 이용한 압전 박막소자
KR101854513B1 (ko) 롤투롤 공법을 이용한 적층형 전기활성 고분자 구동기의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 구동기
US10305023B2 (en) Method for manufacturing an electroactive actuator
KR102593058B1 (ko) 레이저 비아와 나노와이어 잉크를 이용한 적층형 고분자구동기 및 그 고분자구동기의 전기적 연결방법
KR101212958B1 (ko) 탄성체로 이루어진 압전소자를 이용한 에너지 수확 시스템 및 그 제조방법
US9673372B2 (en) Actuator device and manufacturing method for actuator device
US12310241B2 (en) Flexible patterned piezoceramic composite and manufacturing method thereof
JP5790310B2 (ja) アクチュエータ素子の製造方法
JP7238546B2 (ja) 圧電体積層シートおよび圧電体積層シートの製造方法、圧電センサーおよび圧電センサーの製造方法
KR101113614B1 (ko) 압전체 후막의 제조 방법
Sasagawa et al. Design Optimization and Fabrication of Simple Printable Piezoelectric Energy Harvest Device
FR3143257A1 (fr) Dispositif piezoelectrique imprime empile
JP2011054615A (ja) アクチュエータ
JP2005286233A (ja) 薄膜コンデンサ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18 Changes to party contact information recorded

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-3-3-R10-R18-OTH-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000