• 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.

• 한국분말재료학회지
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• 제30권6호
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• pp.528-535
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• 2023

Since their initial development in 2012, triboelectric nanogenerators (TENGs) have gained popularity worldwide as a desired option for harnessing energy. The urgent demand for TENGs is attributed to their novel structural design, low cost, and use of large-scale materials. The output performance of a TENG depends on the surface charge density of the friction layers. Several recycled and biowaste materials have been explored as friction layers to enhance the output performance of TENGs. Natural and oceanic biomaterials have also been investigated as alternatives for improving the performance of TENG devices. Moreover, structural innovations have been made in TENGs to develop highly efficient devices. This review summarizes the recent developments in recycling and biowaste materials for TENG devices. The potential of natural and oceanic biowaste materials is also discussed. Finally, future outlooks for the structural developments in TENG devices are presented.

• Tribology and Lubricants
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• 제37권4호
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• pp.125-128
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• 2021

A means of enhancing the performance of triboelectric nanogenerators (TENGs) is increasing the differences in work functions between contacting materials. Hexagonal boron nitride (h-BN) exhibits excellent mechanical properties and high chemical stability as well as a high work function. As a result, engineers in the field of energy harvesting have envisioned using h-BN in the electrification layer in TENGs. For the industrial application of h-BN in TENGs, large-scale production is necessary, and h-BN is generally exfoliated and dispersed in various solvents. In this study, we evaluate the performance of a TENG with h-BN nanoflakes in the polyimide (PI) layer. To synthesize a PI composite containing h-BN nanoflakes, h-BN powders are exfoliated and dispersed in poly(amic acid) (PAA), which is the precursor of PI. Then, h-BN dispersion is spin-coated onto the PI film and cured for 2 h under 300℃. This composite material can then be used for the electrification layer in TENGs. Below the electrification layer, an aluminum foil is placed and used as an electrode. When the contact and separation processes with polyethylene terephthalate are repeated, the fabricated TENG shows a maximum power density of 190.8 W/m². This study shows that h-BN is a promising material for enhancing the performance of the electrification layer in TENGs.

• 진공이야기
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• 제1권4호
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• pp.14-20
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• 2014

Since recent electronics technologies have been developed and they tend to spend huge amount of electrical power, self-powered electronics have been paid attention worldwide. To realize self-powered electronics, energy harvesting technology, which generally converts ambient energy into electrical energy, has to be introduced. Among numerous energy sources, mechanical, thermal, and electrostatic event would be of broad interest in field of energy harvesting. Here, this article introduces the promising alternative energy concepts of nanogenerator including piezoelectric, triboelectric, and hybrid types. With these nanogenerators, we are able to apply onto not only self-powered system, but expect these open green energy market.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.619-626
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• 2019

나노 공정기술을 이용한 반도체 및 회로기술의 발전은 의료용 삽입형 기기(MID)의 소형화, 감도, 수명, 신뢰성을 더욱 향상했지만, 최근 MID의 지속적인 동작을 위한 전원의 지속적인 제공 여부가 중요한 도전과제 중 하나이다. 이러한 이유로 신체 내에서 다양한 생체 역학 에너지를 활용하는 자체 전원 이식형 의료기기가 최근에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 TENG를 이용한 자가발전을 통해 재충전이 가능한 심장박동기를 개발하였다. 그리고 우리는 대형동물의 동작에 따라 삽입된 심장박동기에 내장된 TENG의 발전을 검증하였다. 동물의 움직임으로부터 수집되는 전력은 2.47V로 심장박동기에 센싱을 위해 필요한 전압(1.35V)보다 높은 전원을 획득할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.93-99
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• 2022

초소형, 웨어러블 기기 기술의 빠른 발전에 따라, 전자기기 구동을 위한 시공간적인 제한이 없는 지속적인 전기 공급을 필요로 한다. 이에 따라, 두 가지 다른 재료의 접촉과 분리로 만들어지는 정전기를 활용하는 마찰대전 나노발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 간단한 원리 덕분에, 복잡한 과정 및 설계 없이도 자연에서 버려지는 다양한 형태의 에너지들을 효과적으로 수확하는 수단으로 활용되고 있다. 하지만, TENG의 실생활의 적용을 위해서는 전기적 출력의 증가가 필요하다. 또한, 전기적 출력의 증가뿐만 아니라 전기적 출력의 안정적인 발생은 TENG의 상용화를 위해서 해결해야 될 과제이다. 본 연구에서는 TENG의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라, 향상된 출력을 안정적으로 나타낼 수 있는 방법을 제안하였다. 출력의 향상 및 안정성을 위해서 TENG 구성 요소 중 하나인 접촉층을 일렉트렛으로 사용하였다. 활용된 일렉트렛은 Fluorinated ethylene propylene (FEP) 필름에 코로나 차징과 열처리 과정을 순차적으로 진행함으로써 제작되었다. 코로나 차징으로 인해 인위적으로 주입된 전하가 열처리 과정에 의해서 깊은 트랩으로 들어가게 되어 전하의 이탈 현상이 최소화된 일렉트렛을 제작하고 이를 TENG 제작에 활용하였다. 제작된 일렉트렛의 출력 성능은 수직 접촉 분리 모드 TENG의 전압 출력을 측정함으로써 검증되었고, 코로나 차징 과정을 거친 일렉트렛은 어떠한 처리도 되지 않은 FEP 필름에 대비 12배 높은 출력 전압을 나타냈다. 일렉트렛의 시간 및 습도 안정성은 일반 외부 환경 및 극한의 습도 환경에 일렉트렛을 노출시킨 후, TENG의 출력 전압을 측정함으로써 확인되었다. 또한, 박수를 모티브로 한 Clap-TENG에 일렉트렛을 적용하여 LED를 작동시킴으로써 실생활에 적용할 수 있음을 보여주었다.

• 멤브레인
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• 제33권2호
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• pp.53-60
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• 2023

기계적 에너지는 생물학 및 환경 시스템에서 트라이보 전기 나노제너레이터(TENG)로 얻을 수 있다. 웨어러블 전자제품에서 TENG는 진동 센서에 적용된 인간의 움직임에서 생체역학적 에너지를 수확할 수 있다는 점에서 많은 의미를 지닌다. 웨어러블 TENG은 습기에 취약하며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 이러한 용도에 사용되는 우수한 소수성 물질이다. 높은 전기 음성 불소 원자의 존재는 매우 낮은 표면 에너지로 이어진다. 동시에 미세다공막 표면에 전자를 효율적으로 포획함으로써 소자의 성능이 증가한다. PTFE에 비해 상대적으로 적은 플루오라이드 원자의 존재로 인해 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)에서도 유사한 거동을 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.397-397
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• 2016

Triboelectric nanogenerators (TENG) can produce power from ambient mechanical sources and have strong points of high output performance, light weight, low cost, and easy manufacturing process. It is expected that TENG can be utilized in the fields of wireless electronics and self-powered devices in the world which pays attention to healthcare and the IoT. In this work, we focus on scavenging ambient rotational energy by using a durably designed TENG. In previous studies regarding harvesting rotation mode energy, the devices were based on sliding mechanism and durability was not considered as a major issue. However friction by rotation causes reliability problems due to wear and tear. Therefore, in this study, we convert rotary motion to linear motion utilizing a cam by which we can then utilize contact-mode TENG and improve device reliability. In order to increase output performance, bumper springs were used below the TENG and the optimum value for the bumper spring constant was analyzed theoretically. Furthermore, the inserting a soft substrate was proposed and its effect on high output was determined to be due to an increase in the contact area. By increasing the number of cam noses, the output frequency was shown to increase linearly. For the purpose of maximum power transfer, the input impedance of the device was determined. Finally, to demonstrate the use of the C-TENG as a direct power source, it was installed on a commercial bicycle wheel and connected to 180 LEDs. In conclusion we present a rotational motion TENG energy scavenger system designed for enhanced durability and optimized output by appropriate choice of spring constants and substrate.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권7호
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• pp.550-554
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• 2013

Carbon nanotubes (CNT) / polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric composite films for nanogenerator devices were fabricated by spray coating method. When the CNT/PVDF mixture solution passes through the spray nozzle with small diameter by the compressed nitrogen gas, electric charges are generated in the liquid by a triboelectric effect. Then randomly distributed ${\beta}$ phase PVDF film could be re-oriented by the electric field resulting from the accumulated electrical charges, and might be resulted in extremely one-directionally aligned ${\beta}$ phase PVDF film without additional electric field for poling. X-ray diffraction patterns were used to investigate crystal structure of the CNT/PVDF composite films. It was confirmed that they revealed extremely large portion of the ${\beta}$ phase PVDF crystalline in the film. Therefore we could obtain the poled CNT/PVDF piezoelectric composite films by the spray coating method without additional poling process.

• 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.