초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 상용화 가능성을 목표로 자가발전 기반 고전압 저장 소자를 개발하였다. 기존의 연구내용과는 획기적으로 상이한 공정의 필요성을 인지하고 신공정을 고안하였다. 선행 연구 결과에 기반하여 알루미늄 foil의 나노 에치 피트 내에 압전 나노 튜브를 진공함침(vacuum infiltration) 공정에 의해 형성하고 압전체의 구조 및 조성에 따른 발전 특성 분석을 통해 압전 거동과 발전 효율의 상관관계를 규명함으로서 제품 신뢰성에 영향을 주는 주요 인자들을 찾아내었다. 이후 고전압을 저장할 수 있는 Al 박막

□ 연구개요
본 연구에서는 상용화 가능성을 목표로 자가발전 기반 고전압 저장 소자를 개발하였다. 기존의 연구내용과는 획기적으로 상이한 공정의 필요성을 인지하고 신공정을 고안하였다. 선행 연구 결과에 기반하여 알루미늄 foil의 나노 에치 피트 내에 압전 나노 튜브를 진공함침(vacuum infiltration) 공정에 의해 형성하고 압전체의 구조 및 조성에 따른 발전 특성 분석을 통해 압전 거동과 발전 효율의 상관관계를 규명함으로서 제품 신뢰성에 영향을 주는 주요 인자들을 찾아내었다. 이후 고전압을 저장할 수 있는 Al 박막 커패시터의 제작 및 발전기에 접합하여 일체형 소자를 완성하고 특성을 분석하는 과정을 반복하여 성능은 획기적으로 높이고 상용화가 가능한 공정을 제시하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 압전 나노 구조체 형성에 의한 발전 소자 제조 기술 확립
Al foil의 에칭 조건 (에칭액 조성, 온도, 전류밀도 등)이 에치 피트 형상에 미치는 영향을 규명하고, 진공함침법에 의해 압전재료를 3차원 구조의 나노 튜브 형상 제조조건을 확립하였다. 공정 조건 (졸의 점도, 진공도, 인상속도, 열처리 등)이 터널 형상 및 결정성에 미치는 영향을 찾아내었으며 양호란 발전 특성을 보였다.
- 고전압 저장 매체·소자 개발 및 특성 평가
발전 소자와 동일 소재인 Al 전극을 이용하여 양극산화에 의해 Al₂O₃ 박막 유전체 형성하고 저융점의 알루미늄에 손상을 주지 않는 범위의 열처리 조건을 확립하여 커패시터를 제작한다. 양극산화공정을 이용하여 300V이상의 내전압 및 높은용량을 보이는 저장소자를 개발하였다.
- 고전압 발전·저장 소자 일체화 제조 기술 확립 및 특성 평가
발전소자의 하부전극과 저장 소자의 상부전극은 스퍼터된 Au와 Ag 페이스트를 이용하여 접합하고 기계적 변형에 따른 일체형 소자의 내구성을 확인하였다. 견고성 확보를 위해 소자 외부는 폴리머 필름의 압착방식에 의해 밀봉하여 유연성(flexibility)을 갖도록 하였다. 압전형 제너레이터는 응력 인가 및 제거에 따라 발생되는 전압을 커패시터에 저장하도록 제작하였으며 양호한 특성을 보였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구의 결과물은 기존에 연구되었던 형태와는 획기적으로 다른 방식을 채용하고 있다. Al 전해커패시터 소재 및 공정 일부를 차용한 일체형 발전·소자의 개발은 기존 연구내용에 비해 저비용으로 고효율, 고전압 기능을 발현할 수 있어 상용화 가능성이 매우 높다고 할 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 일체형 발전·저장 소자는 기존의 에너지발생과 저장이 분리된 장치를 일체화 하여 부피와 무게를 최소화 할 수 있으며, 기계적인 외력에 의하여 자가 축전이 가능하고 유연성을 갖는 특징을 가지고 있어, 모바일 기기뿐만 아니라 차세대 웨어러블 전자장치의 전력원으로써 활용이 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구 배경 및 필요성 ... 4
• 2) 최종 목표 및 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 1차년도 : 압전 나노 구조체 형성을 통한 발전 소자 제작 기술 확립 ... 5
• 2) 2차년도 : 고전압 저장 매체·소자 개발 및 특성 평가 ... 9
• 3) 3차년도: 일체형 고전압 발전·저장 소자 제작 기술 확립 및 구동 원리 규명 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 끝페이지 ... 21