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Research on the measurement of hygroscopic properties and prediction of deformation for flexible polymer substrates = 플렉서블 폴리머 기판의 흡습물성 측정 및 변형 예측에 관한 연구
서명 / 저자 Research on the measurement of hygroscopic properties and prediction of deformation for flexible polymer substrates = 플렉서블 폴리머 기판의 흡습물성 측정 및 변형 예측에 관한 연구 / Jae-Bum Pyo.
저자명 Pyo, Jae-Bum ; 표재범
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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초록정보

The prediction of hygroscopic deformation for flexible polymer substrates is crucial in various fields from smart structures to flexible electronics. In this study, the prediction method of hygroscopic deformation is presented by employing the transient finite element method (FEM) model. In order to consider the strain gradients inside the substrate precisely, the time-dependent characteristic of moisture distribution is quantitatively investigated by coupling the moisture absorption process with mechanical deformation analysis. The essential hygroscopic properties including the saturated moisture content, moisture diffusivity, and coefficient of moisture expansion are precisely measured. Through the application of these hygroscopic properties to the FEM model, the moisture distribution and hygroscopic deformation are quantitatively simulated with time. For the verification of this FEM model, the simulation results of bilayer structure are compared with the experimental results, which are measured by the three-dimensional deformation measurement system. The presented model demonstrates that the global and local hygroscopic deformation are accurately predicted by this approach, showing above 90% averaged accuracy at each time step. Based on the presented prediction model, the hygroscopic deformation for the multilayered and patterned structure is also accurately predicted. Finally, parameter study using FEM approach is performed for the exposed area to the moisture in order to analyze the effect of patterns on the hygroscopic deformation behavior. This study indicates that the magnitude and local deformation profile can be efficiently controlled through the presented FEM approach and the measurement technique for the hygroscopic properties.

스마트 구조물부터 플렉서블 전자기기에 이르기까지 광범위한 분야에서 폴리머 기판의 흡습에 의한 변형 예측이 매우 중요하다. 본 연구에서는 흡습에 의한 변형을 정확하게 예측하기 위한 과도 유한요소해석 모델과 흡습물성의 측정기법에 대한 연구를 수행하였다. 기판 내부에서의 변형률 구배를 고려하고자 습기-구조 연성해석을 적용하여 습기 분포의 시간 의존적 특성을 정량적으로 연구하였다. 해석 기법의 구현을 위하여 기판의 포화 흡습량, 확산계수, 습기 팽창 계수 등의 흡습 물성을 정확하게 측정하였고, 이러한 흡습물성을 해석 모델에 반영하여 시간에 대한 변형을 예측하였다. 본 연구를 통하여 수립된 유한요소해석 모델을 검증하고자 이층 구조 시편의 휨을 3 차원 변형 측정기를 이용하여 정량적으로 측정하였고 이를 예측 모델과 비교하였다. 본 접근법을 통하여 흡습에 의한 변형을 국부적, 전체적으로 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였고 각 시간에 대해 90% 이상의 정확도를 보였다. 나아가, 다층 및 패턴 기판의 흡습 변형에 대해 분석하였고 이를 기반으로 습기에 노출된 면적이 기판 변형 거동에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여 흡습 물성의 정확한 측정과 시간에 대한 습기 분포를 정확하게 고려하고 이를 예측 모델에 반영하는 것의 중요성을 확인하였으며, 제안된 모델을 이용하여 변형의 크기 및 분포를 정량적으로 조절하는 것이 가능함을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 16043
형태사항 vi, 49 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 표재범
지도교수의 영문표기 : Taek-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 김택수
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 43-47
주제 moisture absorption
hygroscopic deformation
saturated moisture content
moisture diffusivity
coefficient of moisture content
hygro-mechanical analysis
흡습
습기 변형
포화 흡습량
습기 확산 계수
습기 팽창 계수
습기-구조 연성해석
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