초록 ▼

□ 연구개요
❍ 자연에서 버려지는 에너지(진동, 바람 등)를 유용하게 쓸 수 있는 전기 에너지로 변환하여 활용하는 에너지 하베스팅은 소형 전자기기의 전원공급 문제를 실용적으로 해결할 수 있는 방법 중의 하나로 제시됨. 소형 에너지 확보 방법에는 태양 발전(태양광 이용), 압전 발전(기계적 진동 에너지 이용), 마찰전기 발전(정전기현상 이용), 일렉트렛 발전(기계적인 운동과 정전용량 이용), 열전 발전(폐열 이용) 등이 있음. 그 중 마찰전기 발전을 이용한 에너지 하베스팅은 다른 발전 방법에 비해 에너지 밀도가 높고, 주위 환경

□ 연구개요
❍ 자연에서 버려지는 에너지(진동, 바람 등)를 유용하게 쓸 수 있는 전기 에너지로 변환하여 활용하는 에너지 하베스팅은 소형 전자기기의 전원공급 문제를 실용적으로 해결할 수 있는 방법 중의 하나로 제시됨. 소형 에너지 확보 방법에는 태양 발전(태양광 이용), 압전 발전(기계적 진동 에너지 이용), 마찰전기 발전(정전기현상 이용), 일렉트렛 발전(기계적인 운동과 정전용량 이용), 열전 발전(폐열 이용) 등이 있음. 그 중 마찰전기 발전을 이용한 에너지 하베스팅은 다른 발전 방법에 비해 에너지 밀도가 높고, 주위 환경에 관계없이 항상 존재하는 기계적 진동 에너지를 이용하기 때문에 지속적인 에너지 발전이 가능함. 이를 통해 소규모, 반영구적 전력원으로써 적용 가능한 초소형, 초경량 에너지 발전 소자의 개발이 매우 중요함
❍ 지금까지 연구되고 있는 마찰전기 에너지 하베스팅 소자는 대부분 실험을 선행한 후 시뮬레이션을 수행함으로써 메커니즘을 연구하였으나, 사전 예측모델을 제시하여 소자 평가 및 실험을 설계하는 경우는 극히 드문 상황임. 이는 현재의 모델링 방법이 소자설계 수준의 요구를 충족시키기에는 부족한 상황이며 정확한 예측모델기반 소자 구현 및 평가를 통한 연구 방법은 아직 현실적으로 어려움이 있음. 따라서 앞으로의 산업에서 이용가능할 정도로 빠르고 정확한 소자구현을 위한 예측모델 연구가 필수적임

□ 연구 목표대비 연구결과
❍ 향상된 마찰전기 특성을 가지는 소자를 계산과학(modeling/simulation)기반으로 다기능성 및 고효율의 에너지 하베스터를 구현함. Analytical, DFT (Density Functional Theory), 제일원리 (Ab initio), 유한요소법(finite element method) 같은 다양한 computational tool을 사용 압전이나 마찰전기소재의 전기적 특성 및 다양한 주변현상과의 coupling 및 synergy현상을 모델링을 통해 사전 평가함
❍ TENG 소자 발전전력 향상을 위해 tribo charge density를 구성하는 최적의 correlation parameter를 예측모델을 통해 찾음
❍ 마찰전기에 사용하는 물질을 단일구조뿐만 아니라 서로 다른 물질의 이종접합 및 적층구조형태를 사용하여 복합구조의 전기적 특성을 모델링하여 기존에 구현하기 어려운 새로운 개념의 복합 에너지 소자를 구현함
❍ 계산과학 기반을 통해 평가 및 제작된 에너지 발전소자는 저진동, 낮은 운동에너지에서도 고출력, 고효율을 가질 것으로 예상되기에 센서에 사용될 소형 동력원에서부터 wearable 디바이스처럼 초소형, 초경량 에너지 발생소자 기술 개발에 기여할 것으로 판단됨

□ 연구개발결과의 중요성
❍ 계산과학 기반의 에너지 하베스팅 시스템과 관련된 연구역량 확대 및 high throughput 물질 screening을 통한 실험 전 단계 예측모델 개발로 소자 개발, 평가시간 단축 등 실용적 가치를 도출함. 또한 에너지 하베스팅 물질 스크리닝 관련 소자, 소재 연구인력 양성을 통한 학문적 기여가 뛰어남.
❍ tribocharge, transferred charge의 최적의 correlation paramater를 찾아 TENG 소자 발전전력 향상 연구에 있어서 본 과제를 통해 진행되는 소자 디자인 및 물리적 해석은 관련 물리, 화학, 전자공학, 재료공학 등의 다양한 융복합 연구를 통해 시너지 효과를 만들어낼 수 있는 학문적 성과를 이룸.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 연구수행내용 ... 6
• 나. 연구 목표달성도 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 11
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 19