• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.303-303
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• 2010

국제적으로 에너지 고갈에 대한 문제점과 환경적은 측면에서 대체 에너지 개발에 대한 관심이 뜨거워 지고 있는 지금 그중에서 에너지 하베스팅에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다 에너지 하베스팅 이란 "자연에서 버려지는 에너지를 수확하여 저장하는 기술" 이며 에너지 하베스팅 방법으로는 태양광을 이용한 태양광발전, 기계적인 운동과 전자기적 현상을 이용한 발전 등이 있다. 태양광발전 같은 경우에 흐린날 이나 실내에서는 사용 할 수 없는 반면 날씨와 관계없는 진동의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환 할 수 있는 압전 세라믹스를 이용한 에너지 하베스팅의 연구가 이루어 지고 있다. 에너지 하베스팅을 하기 위한 여러 가지 type의 소자가 있지만, 본 논문에서는 무연 압전 세라믹스를 이용한 cantilever type의 실험을 진행하였으며 에너지 하베스팅 시스템에서 핵심이 되는 것은 압전 세라믹스의 성능이므로 비교적 높은 $d_{33}$ 와 $g_{33}$를 가진 소자를 선정하였다. 압전 세라믹스를 이용한 에너지 하베스팅의 장점으로 소형 경량으로 이용할 수 있는 범의가 넓으며 진동 또는 충격을 효과적인 방법으로 에너지로 변환할수 있다. 실험 과정으로 KNNS에 CuO를 첨가하여 1차 밀링후 $Ag_2O$를 첨가하여 2차밀링 하여 $900^{\circ}C$ 하소 cantilever type으로 성형 후 $1080^{\circ}C$ 소성을 하여 세라믹스를 제작하여 그에대한 발전 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.301-301
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• 2010

현재 전 세계는 앞으로 사용 될 대체 에너지에 많은 관심 가지고 있다. 지금 사용하고 있는 에너지 연료는 한정되어 있기 때문에 대체에너지에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 그 중 압전체를 이용한 에너지 하베스팅은 많은 주목을 받고 있다. 주변 환경에서 필요한 에너지를 끌어 쓸 수 있는 대표적인 청정에너지 시스템 중 하나이기 때문이다. 최근 전원 공급원으로써 에너지 수확 시스템은 현 사회에 사용되고 있는 배터리로 전원을 사용하는 제품들을 소용량과 저전압 분야에서의 에너지 수확의 원리를 이용하여 전기전자제품의 사용시간 연장 및 응용분야 확대를 시도하는 연구가 활발히 수행되고 있다. 압전세라믹스를 이용한 에너지 하베스팅은 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서 압전 특성이 높아야 한다. 일반적으로 압전 세라믹스는 PbO 성분이 들어가므로 환경적 오염 뿐만 아니라 인체에도 영향이 좋지 않으므로 많은 나라에서 이러한 성분을 제한하고 점차적으로 줄어들고 있는 시점에서 PbO를 사용하지 않고 Lead-Free 세라믹를 사용한 연구가 진행되고 있다. 이 논문에서는 일반적인 소결 방법을 이용하여 (Na,K)NbO3 세라믹에 CeO2를 첨가한 압전 세라믹을 제작하였다. 제작된 압전 세라믹스로 에너지 하베스팅 소자를 제작하고, 이 소자로 수확된 에너지로 DC-DC Converter 응용 특성에 대하서 연구하였다. 압전 세라믹스의 좋은 압전 특성을 출력하기 위하여 캔틸레버의 고유 진동수가 진동원의 주파수와 일치하는 공진을 일으켜야 한다. 따라서 구동회로는 주파수원을 찾아 설계하였고, 압전 세라믹스의 진동은 가진기를 이용하여 구동실험을 하였다. 지금까지 나와있던 에너지 하베스팅 회로와 비교하여 그 특성을 분석하고, 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다.

• 전기의세계
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• v.63 no.8
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• pp.31-36
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• 2014

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.15 no.11
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• pp.2457-2464
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• 2011

In this paper, a vibration energy harvesting circuit using a piezoelectric device is designed. MPPT(Maximum Power Point Tracking) control function is implemented using the electric power-voltage characteristic of a piezoelectric device to deliver the maximum power to load. The designed MPPT control circuit traces the maximum power point by periodically sampling the open circuit voltage of a full-wave rectifier circuit connected to the piezoelectric device output and delivers the maximum available power to load. The proposed vibration energy harvesting circuit is designed with $0.18{\mu}m$ CMOS process. Simulation results show that the maximum power efficiency of the designed circuit is 91%, and the chip area except pads is $700{\mu}m{\times}730{\mu}m$.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.463-464
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• 2016

본 논문은 압전소자 발전기를 이용하여 하베스팅 에너지 발전량을 증대시키기 위한 에너지 하베스팅 방법을 제안하였다. 기존의 풀브리지 정류기만을 이용한 standard DC 방법에 압전소자와 병렬로 공진을 위한 인덕터와 MOSFET를 연결하여 parallel SSHI 회로를 구성하였으며, 또한 변위센서와 비교기를 통해 스위치 시점을 결정한다. 시뮬레이션 분석을 위해 압전발전기를 등가회로로 모델링하였으며, standard DC방법과 parallel SSHI 방법의 성능을 비교하여 parallel SSHI 방법이 standard DC 방법보다 약 13%의 전력이 증대된 것을 확인 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.550-553
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• 2009

도로 환경 모니터링을 위한 센서 노드의 전력원으로 유도풍을 이용한 압전에너지 하베스팅 기술은 기존 재생 에너지의 설치 및 작동 조건에 영향을 받지 않고, 도로상에 주오염원인 자동차에서 발생되는 폐에너지를 활용하는 친환경적 에너지 순환시스템을 구현하는 핵심 요소이다. 차량 유도풍에 의해 발생되는 풍압으로 도로 상의 구조물에 진동을 유발한다. 이 때 발생한 진동 에너지는 압전체를 통해 전기 에너지로 변환, 저장할 수 있다. 이렇게 저장된 에너지는 센서의 구동과 무선 데이터 송수신을 위한 센서 노드의 전력원으로 사용함으로써 별도의 전력원이 필요없게 된다. 본 연구에서는 60km/h로 주행하는 한 대의 차량에 의해 2.7m/s의 유도풍이 발생하여 0.6g로 도로 상의 구조물에 에너지를 전달하게 된다. 전달된 에너지가 압전체를 통해 15uJ 전기에너지로 저장된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.333-333
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• 2010

압전형 에너지 하베스팅 소자는 외부에서 버려지는 기계적 진동 혹은 타격과 관련된 에너지로부터 전기 에너지를 획득할 수 있다는 잇점이 있다. 그러나 현재 이 방식으로부터 획득될 수 있는 에너지는 매우 작다는 단점이 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 본 연구에서는 두 가지 형태의 압전 소재를 제작하였다. 에너지 하베스팅 소자용 고효율 압전 세라믹와 결정배향된 세라믹을 제작하고 이에 대한 성능을 조사하였다. 결정 배향된 세리믹에서는 1 N의 외부 충격조건에서 소재가 100 V, 1 mW의 전력을 발생하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.227-228
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• 2016

본 논문에서는 압전소자를 이용한 에너지 하베스터의 전기적 모델링을 제안하였고 이를 시뮬레이션 및 실험을 통해 비교 분석하였다. 에너지 하베스터는 압전소자를 이용한 발전기, 풀브리지 정류기, 평활용 콘덴서, 부하로 구성된다. 본 논문에서는 에너지 하베스팅 방법으로 Standard AC 방법과 이에 풀브리지 정류기를 추가한 Standard DC 방법을 사용하였고 전기적 모델링, 시뮬레이션, 실험의 분석을 위해 압전 발전기를 RLC 등가모델로 구성하였다. 에너지 하베스터 실험장치를 구성하였으며, 두 가지의 전력변환 기법 각각 $73.7{\mu}W$, $69.3{\mu}W$를 하베스팅 하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.307-307
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• 2010

최근 유한연료의 고갈로 인해 세계 유가가 불안정 됨으로서 대체 에너지에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 특히 압전 소자를 이용한 에너지 하베스팅은 압전 역효과를 이용한 것으로서 주변에서 무의미하게 버려지는 진동이나 바람, 열 에너지를 실 생활에 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환할 수 있는 유망한 기술 중 하나이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일본과 같은 선진국에서 이미 지하철 및 일반 다리와 같이 진동이 극히 많은 곳에서 응용되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 기술을 응용 하려면 전압출력 계수($g_{33}$)가 높아야 한다. 이것은 압전 d 상수와 유전상수에 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 현재가지 응용되는 압전 하베스팅 조성은 Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT)를 기초로한 세라믹이 응용되고 있다. Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) 세라믹은 Morpohotropic phase boundary(MPB)에서 전기기계 결합계수 (kp) 와 기계적 품질계수 (Qm) 이 각각 0.5와 500으로 우수한 특성을 나타낸다. 또한 큐리온도 (Tc) 도 $400^{\circ}C$로 온도 안정성 또한 높다. 하지만 $1000^{\circ}C$ 이상에서 소결하는 PbO는 소결 중 급격한 휘발로 환경적 오염 뿐 아니라 특성의 저하를 야기시킨다. 그래서 몇몇 나라에서는 그 사용을 제한하고 점차적으로 사용을 줄여 나가고 있는 동시에 PbO가 첨가되어 있지 않은 Lead-Free 세라믹의 연구가 많이 진행되고 있다. Lead-Free 세라믹 중 alkaline niobate를 기초로 한 페로브스카이트 구조의 ($Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ (NKN) 은 PbO를 기초로 한 세라믹을 대체할 유망한 후보자 중 하나이다. 하지만 NKN세라믹의 K 성분의 조해성 및 고온에서의 휘발로 인해 일반 적인 소결 방법으로는 고밀도의 세라믹을 얻기 매우 어렵다. 그래서 Hot pressing, Hot forging, RTGG(Reactive Template Grain Growth), SPS(Spark plasma Sintering)와 같은 특별한 소결 법을 이용하거나 $K_8CuNb_4O_{23}$(KCN) 이나 $K_{5.4}Cu_{1.3}Ta_{10}O_{29}$(KCT) 등을 첨가하여 그 소결성을 향상 시키는 방법도 있다. 또한 압전 d상수를 향상 시키기 위해 $Nb_2O_5$나, $La_2CO_3$, $CeO_2$, $Li_2CO_3$ 등을 치환함으로써 압전 d상수를 향상 시켜 전압출력 계수를 높이는 연구 또한 많은 보고가 되어 있다. 특히 $Li_2CO_3$의 첨가는 일반 적인 소결 방법으로도 밀도의 조밀함을 향상 시켜 그에 따른 높은 유전율과 전기기계 결합계수, 압전 d상수를 가져 많은 연구가 되어지고 있다. 그래서 본 연구에서는 일반적인 ($K_{0.5}N_{0.5})_{1-x}Li_x(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ + 0.2mol%$La_2O_3$ + 1.2mol%$K_8CuNb_4O_{23}$ 세라믹에 x(=Li) 치환에 따른 유전 및 압전특성을 조사하였다.

• Ceramist
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• v.18 no.4
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• pp.13-21
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• 2015