초록 ▼

연구개요
최근 일상 환경에서 빛, 열, 자기, 기계적 에너지 등과 같은 형태로 버려지는 에너지원으로부터 유용한 전기 에너지를 생산하는 에너지 수확기술이 주목받고 있으나, 고비용, 낮은 출력, 내구성 등의 문제로 상용화에 어려움이 존재한다. 본 연구에서는 내구성과 대전 특성이 우수한 기능성 나노소재를 이용하여 강건한 나노발전기 개발 연구를 수행하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 반복 하중 하에서 대전체의 마모를 감소시키면서 지속적으로 높은 출력을 갖는 강건한 마찰대전 발전소자를 개발하는 것을 목

연구개요
최근 일상 환경에서 빛, 열, 자기, 기계적 에너지 등과 같은 형태로 버려지는 에너지원으로부터 유용한 전기 에너지를 생산하는 에너지 수확기술이 주목받고 있으나, 고비용, 낮은 출력, 내구성 등의 문제로 상용화에 어려움이 존재한다. 본 연구에서는 내구성과 대전 특성이 우수한 기능성 나노소재를 이용하여 강건한 나노발전기 개발 연구를 수행하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 반복 하중 하에서 대전체의 마모를 감소시키면서 지속적으로 높은 출력을 갖는 강건한 마찰대전 발전소자를 개발하는 것을 목표로 하며, 이러한 목표를 달성하기 위하여 (1)산화알루미늄 구조를 활용한 대전체 개발, (2)다공성 나노복합재료를 활용한 음전하 대전체 개발, (3)팽윤된 탄성재료를 이용한 대전체의 접촉 체계구현, 그리고 (4) 액체의 충격과 낮은 표면장력을 갖는 액체에 대해 강건한 마찰대전 특성을 갖는 표면 제작에 관한 연구를 진행하였다. 수행된 각 연구의 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 알루미늄산나트륨을 이용한 수열합성법을 통해 알루미늄 표면에 원추형상의 β-Al(OH)3 마이크로구조를 형성하였다. 이와 같이 제작된 마이크로구조는 대전체의 접촉면적을 증가시켜 전력 생산량을 향상시키는 역할을 하며, 수열합성 법을 이용한 제작 공정은 저렴한 비용과 간단한 공정을 통해 대면적의 표면 제작에 용이한 장점이 있다. 제작된 마이크로구조 표면에 소수성 단분자 코팅 층을 형성하여 음전하로 쉽게 대전되는 대전체를 개발하고, 에너지 수확 성능을 평가하였다. 또한, 마이크로구조를 이용한 물수확 장치를 제작하여 개발된 표면의 새로운 응용 방안에 대한 연구를 수행하였다. 둘째, 화학적 처리방법을 이용하여 다공성의 알루미늄 몰드를 제작하고 폴리머로 몰드를 복제하여 음전하 대전체를 제작하고, 물과 금속을 제작된 폴리머 필름의 상대 대전체로 하여 에너지 수확성능을 측정하였다. 알루미늄 몰드는 대면적 표면 제작이 간단하고 몰드를 반복하여 재사용할 수 있기 때문에 매우 경제적이며, 복제된 폴리머 필름은 마찰과 마모에 대한 기계적 특성이 우수하여 이를 활용한 강건한 마찰대전 나노발전소재 제작이 가능하였다. 셋째, 탄성 흡습체를 이용하여 새로운 형태의 마찰대전 나노발전 체계를 구성하였다. 기존의 수직 접촉분리 방식의 경우 접촉면의 마모가 크며, 액체를 대전체로 하는 경우 발전 효율이 낮은 문제가 있었다. 본 연구팀에서는 하중이 가해질 때 탄성 흡습체의 액체 방출과 재흡수 과정에서의 에너지 수확 성능을 측정하였다. 넷째, 액체-고체 마찰대전에서 접촉 후 표면에 남아 있는 액체는 전기 발전량을 감소시키는 원인으로 출력의 지속성에 영향을 미치게 된다. 본 연구팀에서는 액체의 충격 거동과 표면장력이 마찰대전 나노발전기의 성능에 미치는 영향을 조사하고, 강건한 출력 발생을 위한 표면 제작에 관한 연구를 수행하였다.

연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 개발된 기능성 나노소재를 이용하여 지속적으로 높은 출력을 갖는 강건한 마찰대전 나노발전기를 개발하고, 이를 통해 나노발전기의 산업화 가능성을 높이로 실생활에 적용가능한 제품 제작이 가능하다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2.1 산화알루미늄 구조를 활용한 강건한 마찰대전표면 개발 ... 4
• 2.2 다공성 나노복합재료를 활용한 유연하고 강건한 마찰대전 발전소재 개발 ... 6
• 2.3 팽윤된 탄성 재료를 활용한 마찰대전 나노발전기 개발 및 응용 ... 7
• 2.4 다양한 액체에 대해 강건한 출력을 발생시키는 마찰대전 나노발전기 개발 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 대표적 연구실적 ... 11
• 끝페이지 ... 17