○ 본 과제에서는 고엔트로피 환경에서 에너지 출력의 저하를 최소화하고 신뢰성을 향상한 무탄소 자기-기계-전기변환 기반 통합 에너지 시스템을 개발하고자 함. 특히, 실사용 환경에서 겪을 수 있는 온/습도 변화에 대해 각 구성요소의(압전소재, 마찰전기 소재, 캔틸레버 기판 소재/구조, 배터리) 취약점을 파악하고 이를 보완하고자 함. 또한 불규칙적 자기장 약화에...

본 과제는 미세한 무늬를 가진 ‘미세 패턴몰드’를 만들어 탄성소재 표면을 정교하게 조절함으로써, 보기 좋은 촉감의 ‘고감성 탄성소재 시트’를 제조하는 기술 개발 연구임. 연구 목표는 미세 패터닝 공정기술 기반 ‘미세 금속몰드 설계 및 제조 기술’을 개발하고, 제조된 몰드를 성형에 적용해 ‘심미감부여 고감성 탄성소재 시트 제조기술’로 완성하는 데 있음. 연구 내용은 저비용 multi-step 밀링패터닝으로 미세 금속몰드를 만들고, 전해 연마기술로 몰드 패턴 퀄리티를 향상하며, capillary effect 탄성소재 성형기술로 패턴 시트 구현하는 단계로 구성됨. 기대 효과는 마이크로 단위 정밀 몰드 경쟁력 확보, 미세패턴 몰드 기반 고감성 탄성부품 시장 선점, 다양한 탄성제품 분야 일자리 창출로 이어짐.

○ 본 과제에서는 상용 전력선에서 발생하는 10Oe 이내의 표유 미세자기장을 전기에너지로 변환하는 자기-기계-융합전기변환 에너지 발전소자를 개발하고 기존 에너지 최대발전량의 16배에 달하는 100mW(RMS)의 세계 최고출력을 확보하고자 함. ○ 또한, 자기-기계-융합전기변환 에너지 발전소자의 장기구동 시 고장/파괴 요인을 파악하고 개선함으로써, 진동 횟수...

○ 과제의 목표를 달성하기 위해 본 제안과제에서는 캔틸레버 구조의 제2 굽힘공진모드 이용, 경화제/연화제를 첨가하는 defect engineering을 이용한 압전 단결정의 물성 개선, 고출력 세라믹 압전소재 탐색, 폴리머의 표면 나노 스트럭쳐링 및 유전특성 향상을 통한 표면 마찰대전 전하량 증가, 자기장 집중구조 적용 전자기유도 코일 설계, 자기-기계-융합전기변환 발전소자 제작 및 다기능 IoT 환경 감지 센서 구동, 에너지 발전 시스템의 신뢰성 향상 등에 관한 연구를 수행할 예정임. ○ 제안하는 연구기간은 총 3년으로, 연구내용은 아래와 같은 세부 항목으로 진행할 예정. (1) 캔틸레버 구조체의 제2 굽힘공진모드를 이용한 자기-기계-융합전기변환 - 기존의 제1 굽힘공진모드가 아닌 제2 굽힘공진모드 이용 - 제1/제2 굽힘공진모드에서 자기-기계-융합전기변환 발전원리의 이론적 탐구 (2) 경화제-연화제 combinatory 첨가를 통한 압전 단결정의 vacancy engineering 효과 탐색 - O-Pb vacancy 조절을 통한 우수한 압전상수 및 기계적 품질계수 동시 달성 - 경화제-연화제 첨가 농도의 변화에 따른 압전 단결정의 에너지 발전특성 변화 확인 (3) 고효율의 압전 세라믹 물질 탐색 - 고효율의 압전 세라믹 물질 발굴 및 첨가제를 이용한 에너지 발전성능 향상 (4) 나노 임프린팅 및 나노 transfer 프린팅 공정을 활용한 폴리머 표면의 나노 스트럭쳐링 - 폴리머 필름의 나노 임프린팅 및 나노 transfer 프린팅을 이용한 나노구조형성 공정개발 - 폴리머의 표면적 증가로 인한 표면의 마찰대전 전하량 증가 유도 (5) 용액공정 기반 강유전 폴리머 복합체를 활용한 high-K 마찰대전체 개발 - 강유전성이 부여된 δ′상 Nylon 등의 폴리머 필름 제작을 위한 용액기반 공정연구 - 강유전 세라믹 분말 첨가를 통한 유전율 향상 및 분극방향을 조절하여 표면의 마찰대전 전하량 증가 (6) 고투자율의 자기장 집속체 설계를 통한 전자기유도 코일의 에너지 발전 향상 - 유한요소 해석을 이용한 전자기유도 솔레노이드 코일의 형상 설계 - 유한요소 해석을 이용한 고투자율 소재 기반 자기장 집속 구조체 설계 (7) 자기-기계-융합전기변환 발전소자의 유한요소 해석 - 자기-기계-융합전기변환 에너지 발전소자의 최적 구조설계 - 자기-기계-융합전기변환 발전소자의 전기에너지 출력예측 (8) 전력변환 회로 구성 및 자가전원형 다기능 IoT 시스템 구현 - 자기-기계-융합전기변환 발전 에너지의 고효율 교류-직류 변환 및 정격에너지 출력 - 발생 전기에너지를 이용해 280mAh 이상의 용량을 가진 리튬 이온배터리 완충 - 변환된 전기에너지를 활용한 자가전원형 다기능 IoT 시스템 구현 (9) 자기-기계-융합전기변환 발전 시스템의 구동 신뢰성 평가 - 자기-기계-융합전기변환 발전 시스템의 신뢰성 평가 및 고장 원인 파악 ○ 본 과제의 정량적인 최종목표는 아래와 같음 - 발전소자에 인가하는 교류 자기장의 크기: 10Oe 이하 - 캔틸레버의 표면적 크기: 20cm^2 이하 - 자기-기계-융합전기변환 에너지 발전소자의 연속 실효값 출력전력의 총합: 100mW(RMS) 이상 - 자기-기계-융합전기변환 에너지 발전소자의 10^8회 진동 구동 이후 출력전압감소: 10% 이하