Ionic polymer actuators driven by electrical stimuli have been widely investigated for use in practical applications such as bio-inspired robots, sensors, and biomedical devices. However, conventional ionic polymer-metal composite actuators have a serious drawback of poor durability under long-term actuation in open air, mainly because of the leakage of the inner electrolyte and hydrated cations through cracks in the metallic electrodes. By employing crack-free, cost-effective, hydrophobic laser-scribed reduced graphene oxide paper electrodes, we developed a dry-type ionic polymer artificial musclewith outstanding durability and without leakage of the liquid electrolyte or mobile cations. The one-sided laser-scribed reduced graphene oxide paper has good flexibility, suitable for bendable artificial muscles, and a high electrical conductivity of 315 Socm-1, similar to the electrical conductivity of metallic electrodes such as platinum and gold. The water contact angles of the pure and laser-scribed reduced graphene oxide paper surface are as high as 88-89°, resulting in a unique artificial muscle that floats on water. The vapor/liquid impermeability of the laser-scribed reduced graphene oxide paper contributes to the durable performance of ionic polymer-graphene composite actuator because it prevents leakage of the vaporized or liquid electrolyte and mobile cations during actuation. The ionic polymer actuators which incorporate highly hydrophobic, flexible, cost-effective and conductive laser-scribed reduced graphene oxide paper electrodes, exhibit the durable actuation performance that is a prerequisite for their practical application in activebiomedical devices, biomimetic robots, and artificial muscles.
매우 널리 알려진 이온성 고분자-금속 복합체 액츄에이터는 전극이 무전해 도금으로
제작되어 그 표면에 많은 균열들이 존재하며, 이를 통한 내부전해액의 유출로 인한
성능지속성의 감소가 발생한다. 본 논문은 레이저 처리된 그래핀 페이퍼를 전극으로
사용함으로써 이온성 액츄에이터의 성능지속성을 향상시키고 물에 뜨는 독특한 성질을 가지게 하는 연구로, 레이저 처리된 그래핀 페이퍼의 제조 및 그 특성과 이를 이용하여 제작된 이온성 고분자-그래핀 복합체 액츄에이터의 성능평가에 관한 연구를 포함하고 있다. 환원된 산화그래핀 페이퍼는 높은 전기전도성과 소수성의 특징을 가지고 있으며, 기체와 액체 투과율이 매우 낮아 내부 전해액의 유출이 일어나지 않는다. 또한 수 천 번의 굽힘 실험에도 그 전기전도성은 낮아지지 않았고, 전기화학 분석에서도 우수한 성능을 보였다. 이를 이용하여 제작된 액츄에이터는 기존의 액츄에이터보다 매우 우수한 성능지속성을 가지는 것을 확인하였고, 인가전압에 따른 조화 응답을 보임으로써 이 액츄에이터는 추후 생체모방형 로봇이나 의료기기 등에 사용될 수 있는 가능성을 보였다.
