• Composites Research
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• 제32권6호
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• pp.301-306
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• 2019

정전 소자는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꿀 수 있는 소자로, 제작 공정이 간단하고 높은 전기적 출력을 발생시키는 장점이 부각되어 주목받고 있는 소자이다. 정전 소자가 소개된 이례 높은 출력으로 휴대형 전자기기를 충전할 수 있는 시스템이 소개되었으나, 최근 연구에서는 기체 항복과 전계 방출 현상으로 인한 출력의 한계가 보고되고 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위하여 본 연구에서는 금속-금속 표면 간 접촉을 활용하여 정전 소자에 이온 강화 전계 방출 현상과 전자 사태를 유도해 전자가 직접적으로 전극 사이를 흐를 수 있는 정전 소자 설계를 소개한다. 본 정전 소자의 출력은 평균 피크 개로 전압 340 V, 평균 피크 폐회로 전류 10 mA 정도로 측정되었고, 표면 전하 생성층의 표면 전하의 양에 따라 출력이 변화하였다. 본 연구에서 개발된 정전 소자는 실효 출력이 약 0.9 mW로, 기존 정전 소자에 비해 2.4배 높은 일률을 보였다. 본 정전 소자는 높은 출력을 통해 배터리, 커패시터 등을 사용하는 휴대형 전자기기 및 센서들을 독립적으로 충전시켜 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 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.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.365-370
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• 2018

One of the critical parameters to improve the output power for triboelectric nanogenerators (TENGs) is the surface charge density. In this work, we modify the tribo-material of TENG by introducing the $TiO_x$ embedded Polydimethylsiloxane (PDMS) in anatase and rutile phase. The effect of dielectric constant and electronic structure of the $TiO_x$ on the capacitance of TENG and the output power as well are discussed. The surface charge density is increased as the control of the dielectric constant in difference weight percent of $TiO_x$ and PDMS. As the results of that, the 5% $TiO_x$ rutile phase and 7% $TiO_x$ anatase phase embedded PDMS exhibit the highest TENG output. The peak value of voltage/current obtained from $TiO_x$ rutile and anatase phase are ${\sim}180V/8.2{\mu}A$ and $211.6V/8.7{\mu}A$, respectively, at the external force of 5 N and working frequency of 5 Hz, which gives over 12-fold and 15-fold power enhancement compared with the TENG based on the pristine PDMS film. This study provides a better understanding for TENG performance enhancement from the materials view.

• 센서학회지
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• 제31권5호
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• pp.301-306
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• 2022

With the recent widespread implementation of Internet of Things (IoT) technology driven by Industry 4.0, self-powered sensors for wearable and implantable systems are increasingly gaining attention. Piezoelectric nanogenerators (PENGs) and triboelectric nanogenerators (TENGs), which convert biomechanical energy into electrical energy, can be considered as efficient self-powered sensor platforms. These are energy harvesters that are used as low-power energy sources. However, they can also be used as sensors when an output signal is used to sense any mechanical stimuli. For sensors, collecting high-quality data is important. However, the accuracy of sensing for practical applications is equally important. This paper provides a brief review of the performance advanced by the materials and structures of the latest PENG/TENG-based wearable sensors and intelligent applications applied using artificial intelligence (AI)

• 멤브레인
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• 제33권2호
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• pp.53-60
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• 2023

기계적 에너지는 생물학 및 환경 시스템에서 트라이보 전기 나노제너레이터(TENG)로 얻을 수 있다. 웨어러블 전자제품에서 TENG는 진동 센서에 적용된 인간의 움직임에서 생체역학적 에너지를 수확할 수 있다는 점에서 많은 의미를 지닌다. 웨어러블 TENG은 습기에 취약하며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 이러한 용도에 사용되는 우수한 소수성 물질이다. 높은 전기 음성 불소 원자의 존재는 매우 낮은 표면 에너지로 이어진다. 동시에 미세다공막 표면에 전자를 효율적으로 포획함으로써 소자의 성능이 증가한다. PTFE에 비해 상대적으로 적은 플루오라이드 원자의 존재로 인해 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)에서도 유사한 거동을 보인다.

• 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.

• 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.

• 청정기술
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• 제19권3호
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• pp.249-256
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• 2013

본 연구에서는 프린터 토너의 대전량 제어제로 사용되는 아연 착화합물 제조시 금속염과 다가알코올을 첨가함에 따라 변화되는 입자 형태, 평균 입도 및 마찰대전량에 대해 고찰하였다. 아연 착화합물을 제조하기 위해 염화아연과 3,5-di-tert-butyl salicylic acid를 사용하였다. 다가알코올을 첨가함에 따른 입자 형태 변화를 확인하기 위해 아연 착화합물 제조시 폴리에틸렌 글리콜(PEG-300), 글리세린 및 에틸렌글리콜을 첨가하였고, 금속염인 염화알루미늄을 첨가함으로써 변화되는 입자크기를 확인하였다. 또한 금속염과 다가알코올을 동시에 첨가하여 입도 변화를 확인한 결과, 각각 단독으로 첨가 했을 때보다 아연착화합물의 평균 입도가 더 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 알루미늄 착화합물의 함유량이 30 wt%이고 염화아연에 대한 PEG-300의 몰비를 3으로 하였을 때 아연 착화합물의 평균 입도가 $2.33{\mu}m$로 순수한 아연 착화합물의 평균 입도인 $5.28{\mu}m$의 44.1%로 가장 많이 감소한 것을 알 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.473-480
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• 2018

2012년에 에너지 하베스팅을 위한 새로운 에너지 획득 방안인 TENG가 제시되었다. 동작에 따라 마찰 혹은 진동으로 전력을 생산하는 TENG는 새로운 에너지 하베스팅의 발전방안으로 소자 측면에서 많은 연구가 되고 있다. 하지만, TENG는 높은 전압(Voltage)과 낮은 전류(Current)의 문제를 지닌다. 이에 따라서 에너지의 저장과 변환을 위한 반도체 소자 혹은 회로적인 다양한 접근방안이 요구된다. 특히 5Hz 이하의 비규칙적인 발전에서의 변환 저장 기술은 이론적 연구보다 많은 경험이 요구된다. 본 연구는 발전 플랫폼을 저장 기술과 함께 대형동물의 움직임에 따른 발전소자의 실시간 발전 정보를 능동적 BLE 제어를 이용하여 송수신하고 이를 검증하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.619-626
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• 2019

나노 공정기술을 이용한 반도체 및 회로기술의 발전은 의료용 삽입형 기기(MID)의 소형화, 감도, 수명, 신뢰성을 더욱 향상했지만, 최근 MID의 지속적인 동작을 위한 전원의 지속적인 제공 여부가 중요한 도전과제 중 하나이다. 이러한 이유로 신체 내에서 다양한 생체 역학 에너지를 활용하는 자체 전원 이식형 의료기기가 최근에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 TENG를 이용한 자가발전을 통해 재충전이 가능한 심장박동기를 개발하였다. 그리고 우리는 대형동물의 동작에 따라 삽입된 심장박동기에 내장된 TENG의 발전을 검증하였다. 동물의 움직임으로부터 수집되는 전력은 2.47V로 심장박동기에 센싱을 위해 필요한 전압(1.35V)보다 높은 전원을 획득할 수 있었다.