• 전기화학회지
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• 제21권4호
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• pp.68-79
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• 2018

최근 늘어나는 배터리 수요를 대처하기 위하여 배터리를 대체하거나 배터리의 구동시간을 늘리기 위한 방법으로 제시되고 있는 에너지 발전소자와 에너지 저장소자의 융합연구는 에너지 관련 기술분야에서 가장 관심받고 있는 분야중 하나이다. 본 리뷰논문에서는 물리에너지 발전소자의 최근 연구동향과 함께 에너지 발전소자와 저장소자의 융합연구 동향을 소개하고자 한다. 먼저, 물리에너지를 전기에너지로 변환하는 압전 특성과 마찰대전 특성을 이용한 에너지 발전소자 관련 연구동향을 소개한다. 또한 압전/마찰대전 에너지 발전소자와 에너지 저장소자의 융합 연구동향을 소개한다. 특히 자가충전 에너지소자의 물리에너지를 전기화학적 에너지로 변환하는 새로운 접근방법을 소개하고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1233-1234
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• 2015

본 연구에서는 유전 물질인 Polydimethylsiloxane(PDMS)의 두께에 따른 마찰전기 에너지 수확소자의 출력 전압을 실험적으로 확인하였다. 동작 범위 5 mm, 주파수 5 Hz를 기준으로 접촉-분리 방식으로 소자를 측정하였으며 PDMS 두께가 $440{\mu}m$일 때 peak-to-peak 전압이 131.5 V가 측정되었다. 이는 측정 두께 중 가장 얇은 두께인 $115{\mu}m$의 출력 값인 8.47 V와 비교하여 약 15배 증가한 수치이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.86-92
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• 2022

최근 COVID-19 팬데믹 등 다양한 이유로 인해 바이오 헬스케어 시장이 전세계적으로 활성화되고 있다. 그 중, 생체정보 측정 및 분석 기술은 앞으로의 기술적 혁신성과 사회경제적 파급효과를 불러일으킬 것으로 예측된다. 기존의 시스템은 생체 신호를 받아 신호 처리를 하는 과정에서 신호 송×수신부, 운영체제, 센서, 그리고 인터페이스를 구동하기 위한 대용량 배터리를 필수적으로 요구한다. 하지만, 배터리 용량의 한계가 인해 시×공간적인 기기 사용의 제한을 야기하며, 이는 사용자의 헬스케어 모니터링에 필요한 데이터의 단절에 대한 원인으로 작용할 수 있으므로 헬스케어 디바이스의 큰 걸림돌 중의 하나이다. 본 연구에서는 생체정보 측정 장치에 접촉대전 효과(Triboelectric effects)와 전자기유도 효과(Electro-magnetic effects)를 융합하여, 외부 전원을 요구하지 않는 독립 구동이 가능한 시스템을 구성하여 시×공간적으로 사용 제한이 없는 소형 생체정보 측정 모듈을 설계 및 검증했다. 특히, 다양한 헬스케어 모니터링 중 족압 계측을 통해 사용자의 보행 습관 등을 파악할 수 있는 무선 족압 계측 모니터링 시스템을 검증했다. 보행 시 발생하는 접촉×분리 움직임에서 접촉대전 효과를 이용한 효과적인 압력 센서와 압력에 따른 전기적 출력신호를 통해 족압 센서를 만들고, 축전기를 이용한 신호처리 회로를 통해 이의 동적 거동을 계측할 수 있다. 또한, 출력된 전기신호의 무선 송×수신용 전원으로 사용하기 위해 전자기 유도 효과를 이용하여 보행 시 생기는 생체역학적 에너지를 전기에너지로 수확했다. 따라서, 이번 연구는 사용자가 제한적인 배터리 용량 때문에 생기는 충전에 대한 불편함을 줄일 수 있고, 뿐만 아니라 데이터 단절에 대한 문제점을 극복할 수 있는 방법으로서 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.

• 센서학회지
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• 제31권3호
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• pp.139-144
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• 2022

Advanced tactile sensors are receiving significant attention in various industries such as extended reality, electronic skin, organic user interfaces, and robotics. The capabilities of advanced tactile sensors require a variety of functions, including position sensing, pressure sensing, and material recognition. Moreover, they should comsume less power and be bio-friendly with human contact. Recently, a tactile sensor based on the triboelectrification effect was developed. Triboelectric tactile sensors have the advantages of wide material availability, simple structure, and low manufacturing cost. Because they generate electricity by contact, they have low power consumption compared to conventional tactile sensors such as capacitive and piezoresistive. Furthermore, they have the ability to recognize the contact material as well as execute position and pressure sensing functions using the triboelectrification effect. The aim of this study is to introduce the progress of research on triboelectrification-based tactile sensors with various functions such as position sensing, pressure sensing and contact material recognition.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권7호
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• pp.550-554
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• 2013

Carbon nanotubes (CNT) / polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric composite films for nanogenerator devices were fabricated by spray coating method. When the CNT/PVDF mixture solution passes through the spray nozzle with small diameter by the compressed nitrogen gas, electric charges are generated in the liquid by a triboelectric effect. Then randomly distributed ${\beta}$ phase PVDF film could be re-oriented by the electric field resulting from the accumulated electrical charges, and might be resulted in extremely one-directionally aligned ${\beta}$ phase PVDF film without additional electric field for poling. X-ray diffraction patterns were used to investigate crystal structure of the CNT/PVDF composite films. It was confirmed that they revealed extremely large portion of the ${\beta}$ phase PVDF crystalline in the film. Therefore we could obtain the poled CNT/PVDF piezoelectric composite films by the spray coating method without additional poling process.

• 한국분말재료학회지
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• 제27권3호
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• pp.247-255
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• 2020

Recently, interest in technology for eco-friendly energy harvesting has been increasing. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is one of the most fascinating materials that has been used in energy harvesting technology as well as micro-filters by utilizing an electrostatic effect. To enhance the performance of the electrostatic effect-based nanogenerator, most studies have focused on enlarging the contact surface area of the pair of materials with different triboelectric series. For this reason, one-dimensional nanofibers have been widely used recently. In order to realize practical energy-harvesting applications, PVDF nanofibers are modified by enlarging their contact surface area, modulating the microstructure of the surface, and maximizing the fraction of the ν-phase by incorporating additives or forming composites with inorganic nanoparticles. Among them, nanocomposite structures incorporating various nanoparticles have been widely investigated to increase the β-phase through strong hydrogen bonding or ion-dipole interactions with -CF₂/CH₂- of PVDF as well as to enhance the mechanical strength. In this study, we report the recent advances in the nanocomposite structure of PVDF nanofibers and inorganic nanopowders.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.256-256
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• 2013

Carbon nanotubes (CNT) / polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric composite films for nanogenerator devices were fabricated by spray coating method. When the CNT/PVDF mixture solution passes through the spray nozzle with small diameter by the compressed nitrogen gas, electric charges are generated in the liquid by a triboelectric effect. Then randomly distributed ${\beta}$ phase PVDF film could be re-oriented by the electric field resulting from the accumulated electrical charges, and might be resulted in extremely one-directionally aligned ${\beta}$ phase PVDF film without additional electric field for poling. X-ray diffraction patterns were used to investigate crystal structure of the CNT/PVDF composite films. It was confirmed that they revealed extremely large portion of the ${\beta}$ phase PVDF crystalline in the film. Therefore we could obtain the poled CNT/PVDF piezoelectric composite films by the spray coating method without additional poling process. Charge accumulation and resulting electric field generation mechanism by spray coating method were shown in Fig. 1. The capacitance of the CNT/PVDF films increased by adding CNTs into the PVDF matrix, and finally saturated. However, the I-V curves didn't show any saturation effect in the CNT concentration range of 0~4 wt%. Therefore we can control the performance of the devices fabricated from the CNT/PVDF composite film by adjusting the current level resulted from the CNT concentration with the uniform capacitance value.

• 센서학회지
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• 제23권1호
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• pp.7-14
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• 2014

Noncontact electrocardiogram (ECG) measurement using capacitive-coupled technique is a very reliable long-term noninvasive health-care remote monitoring system. It can be used continuously without interrupting the daily activities of the user and is one of the most promising developments in health-care technology. However, ECG signal is a very small electric signal. A robust system is needed to separate the clean ECG signal from noise in the measurement environment. Noise may come from many sources around the system, for example, bad contact between the sensor and body, common-mode electrical noise, movement artifacts, and triboelectric effect. Thus, in this paper, the extended Kalman filter (EKF) is applied to denoise a real-time ECG signal in capacitive-coupled sensors. The ECG signal becomes highly stable and noise-free by combining the common analog signal processing and the digital EKF in the processing step. Furthermore, to achieve ubiquitous monitoring, android-based application is developed to process the heart rate in a realtime ECG measurement.

• 한국포장학회지
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• 제29권3호
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• pp.223-228
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• 2023

Sustainable energy supplies without the recharging and replacement of the charge storage device have become increasingly important. Among various energy harvesters, the triboelectric nanogenerator (TENG) has attracted considerable attention due to its high instantaneous output power, broad selection of available materials, eco-friendly and inexpensive fabrication process, and various working modes customized for target applications. In this study, the amount of voltage and current generated was measured by applying the PSD profile random vibration test of the electronic vibration tester and ISTA 3A according to the time of Anodized Aluminum Oxide (AAO) pore widening of the manufactured TENG device Teflon and AAO. The discharge and charging tests of the integrated module during the random simulated transport environment and the recognition distance of RFID were measured while agricultural products (onion) were loaded into the returnable folding plastic box. As a result, it was found that AAO alumina etching processing time to maximize TENG performance was optimal at 31 min in terms of voltage and current generation, and the integrated module applied with the TENG module showed a charging effect even during the continuous use of RFID, so the voltage was kept constant without discharge. In addition, the RFID recognition distance of the integrated module was measured as a maximum of 1.4 m. Therefore, it was found that the surface condition of AAO, a TENG element, has a great influence on the power generation of the integrated module, and due to the characteristics of TENG, the power generation increases as the surface dries, so it is judged that the power generation can be increased if the surface drying treatment (ozone treatment, etc.) of AAO is applied in the future.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.243-248
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• 2022

휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.