• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.233-235
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• 2019

에너지 하베스팅은 주변의 에너지를 수확하여 활용하는 기술로 이에 관련한 연구가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 마찰전기 나노발전기는 물리적인 움직임이나 마찰을 통해 발생되는 정전기를 이용하여 센서나 웨어러블 디바이스에 활용하는 에너지 하베스팅 기술 중 하나이다. 마찰전기 나노발전기는 ${\mu}W$(마이크로와트) 단위의 미소 전력을 생산함에도 불구하고, 다른 에너지 하베스팅 발전기들과 비교하여 큰 임피던스를 가지고 있어서 전력을 전달하기에 어려움이 있다. 또한 마찰전기 나노 발전기의 출력 전력은 Spike성 Pulse Train의 형태여서 다이오드 정류기가 필요하기 때문에, 정류기의 입력 임피던스와 마찰전기 나노 발전기의 출력 임피던스에 대한 분석을 이용한 임피던스 매칭 설계가 필요하다. 본 연구에서는 다이오드 정류기의 임피던스 모델을 유도하여 마찰전기 나노 발전기의 내부 임피던스와의 매칭을 통해 최대 전력을 전달하는 커패시터와 출력 부하 설계를 목표로 한다. 유도한 임피던스 모델에 대하여 실제 전력 실험을 통해 모델의 유효성과 정확성을 검증하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.134-134
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• 2018

반데그라프 발전기는 큰 전위차를 생성하고 입자를 가속시키기 위해 발명된 정전기 발생기이다. 현재 반데그라프 발전기는 사이클로톤의 개발 이후 입자 가속 목적으로 주로 사용되고 있지는 않지만 접촉 전하 생성, 전달, 및 축적을 가능하게 하는 전하 운반 시스템에 기반하여 간단한 구조로 직류를 발생시킬 수 있는 점은 주목할만하다. 특히, 최근 경량성, 고효율 발전 등의 장점으로 에너지 하베스팅 분야에서 많은 관심을 받고 있는 마찰전기 에너지 하베스팅 기술 분야에서는 최근, 높은 에너지 저장 효율을 위해 직류 발생이 가능한 마찰전기 에너지 발전 소자에 대한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 전하 운반 시스템을 기반으로 한 마찰 전기 직류 발전기에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았으며, 보고된 몇 연구에서는 저 전류, 고 임피던스 및 저효율과 같은 반데그라프 발전기의 구조적 및 물질적 한계를 극복하지 못했다. 또한 마찰에 의해 발생하는 마모에 의한 출력 감소 또한 해결되지 못한 문제이다. 따라서 뛰어난 마찰전기 특성과 함께 우수한 내마모성을 가지는 폴리머에 기반하여 기존의 한계를 극복 한 전하 운반 시스템 기반 마찰 전기 직류 발전기를 제안한다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.32-33
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• 2010

달의 기조력에 의한 조석현상으로 인하여 지구의 자전속도가 늦어지고, 결과적으로 층상구조를 이루고 있는 지구의 내부는 서로 다른 각속도로 자전한다는 차등자전 개념이 최근에 도입되었다. 지구내부의 각층에서 차등자전이 일어날 경우 각층의 경계면에서는 필연적으로 마찰열과 마찰 정전기가 발생하는 바, 특히 맨틀과 외핵의 경계부분에서 발생하는 마찰전기는 방전과정에서 대규모의 자기장, 즉 지구자기장을 발생시킬 것으로 예측된다. 본 연구에서는 마찰전기를 지속적으로 발생시키는 실험 장치를 개발하고, 고감도 자기센서로 자기장의 변화를 측정하였다. 실험 결과 유의미한 자기장의 변화를 측정하였고, 지구 자기장이 차등자전으로 인한 마찰전기에 의해 발생될 수 있음을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.198-203
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• 2013

에너지 수확은 우리주변에 존재하는 버려지는 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 기술이다. 마찰전기 소자는 접촉을 통한 정전기를 유도하는 원리로 동력학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 소자이다. 본 연구에서는 소프트 식각 기술을 활용하여 제작 단계를 최소화한 마찰전기 에너지 수확소자를 개발하고, 그 전기적 특성을 측정하였다. 마찰전기를 통한 발전은 마이크로패턴을 통해 마이크로 거칠기를 가진 알루미늄 층과 PDMS 층 사이에서 발생한다. 이때 PDMS 층의 마이크로 패턴은 마스크리스 식각을 통해 만들어진 알루미늄 층의 마이크로 패턴을 소프트 식각법으로 바로 본뜨는 방식으로 제작되었다. 본 소자는 2 V와 20 nA의 발전 성능을 나타낸다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제40권4호
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• pp.913-923
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• 2023

본 연구에서는 공기중에서도 안정적이며 상대적으로 전기음성도가 큰 테플론계열의 고분자와 그래핀플라워를 이용하여 마찰전기 나노발전기를 제작하였다. 상기 복합고분자는 회전도포방법을 이용하여 나노발전기의 전기적 음성층의 제작에 이용되었다. 전기적 양성층을 위하여 졸-겔 방법을 이용하여 산화아연막을 제작하였다. 제작된 마찰전기 나노발전기는 약 44 ㎼의 최대전력을 생산하였다. 결론적으로, 마찰전기 나노발전기의 모든 활성층은 회전도포방법을 이용하였으므로 대면적으로 확장가능하다.

• 전기기술인
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• 제249권5호
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• pp.32-35
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• 2003

전기의 존재는 이미 기원전 600년경 호박을 마찰시켰을 때 발생하는 마찰전기에서 인류가 최초로 인식되었으며 이러한 이유로 전기의 어원은 호박에서 비롯되었다. 이후 지구상에 존재하는 전기를 인류가 에너지원으로 활용하기 시작한 것은 1880년경 에디슨이 처음으로 전구를 발명하여 실용화한 이후였으며 이렇게 실용화된 전기의 활용은 초기에 매우 작은 규모의 직류로 공급과 소비가 이루어졌다.

• 에너지공학
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• 제29권1호
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• pp.75-84
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• 2020

본 연구에서는 간단하면서, 효과적이고, 지속가능성이 높은 3차원 프린터를 활용한 마찰 전기 발전기 제작 방식을 소개하고자 합니다. 본 연구는 매크로 사이즈의 표면 패턴을 생성하는 방식으로써, 새롭게 소개되는 마찰전기 발전기 제작 방식입니다. 모든 실험은 특별히 제작된 test-bed에서 수행되었으며, test-bed는 마찰을 일으키는 무게와 빈도수, 상대 습도 등을 조정할 수 있는 실험 환경입니다. 추가적으로, 본 연구를 통하여 본연구진은 어떠한 공정을 거치지 않은 마찰전기 발전기에 비해 공정을 거친 마찰전기 발전기가 1.6배가량 전압의 성능이 향상된 것을 확인하였습니다. 기존의 마이크로 그리고 나노 사이즈의 패턴들과 비교하여 3차원 프린터를 활용한 본 연구의 방식은 제작이 훨씬 빠르고, 용이하며, 대량 생산에 적합한 방법이 될 수 있습니다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제40권1호
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• pp.179-187
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• 2023

바이오물질을 포함하는 나노발전기는 무공해 에너지원이며 생분해성 전자폐기물이라는 점에서 친환경적인 전자소자이다. 특히 바이오 물질이 바이오폐기물로부터 추출될 수 있다면 바이오폐기물의 양도 줄어들 것이다. 본 연구에서는 포유동물의 피부에 존재하는 동물성 콜라겐을 이용하여 마찰전기 나노발전기를 제작하였고 그 특성평가를 진행하였다. 마찰전기 나노발전기의 전기적 양극층은 회전 도포방법을 이용하여 콜라겐 막을 형성하여 구성하였으며, 주사전자현미경으로 막이 다공성임을 확인하였다. 제작한 마찰전기 나노발전기는 주기적인 기계적 운동에 의해 3 Hz에서 7 V부터 5 Hz에서 15 V의 개방전압과 5 Hz에서 3.8 ㎂의 단락전류를 보였다. 결론적으로, 콜라겐 함유 마찰전기 나노발전기는 센서와 같은 저전력 구동 장치의 전원이 될 수 있으며 전자 폐기물 감소에도 유용할 것으로 기대된다.

• 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.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제32권3호
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• pp.8-17
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• 2019