■ 1차년도 연구 목표: 다공성 압전필름 제조기술 개발 ① 1D 나노튜브 어레이 구조의 다공성 압전필름 개발 - Ti 기판 위에 직접 형성된 1차원 구조의 압전 나노튜브는 높은 직립안정성을 확보하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. ② 3D 역오팔 구조의 다공성 압전필름 개발 - 3차원으로 잘 이루어진 다공성 구조의 압전 세라믹 필름으로 스트레인 변화를 쉽게 유도하고자 하며, 방향성 제한이 없는 일정한 출력전압 특성을 확보하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. ③ 랜덤 다공성 구조의 유연한 압전필름 개발 - 유연한 PET 기판 위에 압전 세라믹 필름을 직접 형성함으로써 스트레인 변화를 쉽게 유도하고자 하며, 방향성 제한이 없는 일정한 출력전압 특성을 확보 하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. 하지만, 저온 열처리 공정을 통해 예상되는 낮은 결정성 개선을 위한 후처리 공정 진행이 필요함. ■ 2차년도 연구 목표: 셀프바이어스 자기전기 출력전압 특성 유도 ① 높은 전기적 안정성을 가지는 자왜/압전 코어쉘 나노입자 합성 - 50μm 이하의 두께를 갖는 다공성 압전 필름에 자왜물질이 직접 충진될 경우 높은 누설전류가 예상되며 폴링공정 진행이 어려울 것으로 판단됨. 따라서 코어쉘 구조를 가지는 자왜/압전 나노입자를 합성함으로써 재료 내 누설전류를 낮추어 주고자 함. 해당 코어쉘 나노입자와 압전 필름이 복합화된 자기전기 필름의 높은 전기적 퍼컬레이션을 통해 폴링공정을 극대화함으로써 신뢰성있는 자기전기 출력전압을 확보하고자 함. ② 높은 재료결합계수를 가지는 고밀도 자기전기 필름 제조 - 다공성 구조의 압전 필름에 코어쉘 나노입자가 높은 밀도로 충전시켜 높은 재료 결합계수를 확보하고자 함. 또한 후속 열처리 공정을 통해 자기전기 필름의 내부밀도와 재료의 결정성을 동시에 향상시켜 신뢰성 있는 자기전기 출력전압 특성을 확보하고자 함. ③ 자가전원 목적의 셀프바이어스 자기전기 출력전압 유도 - 구조 두께 비, 접합 물질의 종류 및 양, 전기 배치, 스트레인 모드 등과 같은 변수 조절을 통해 셀프바이어스 자기스트레인 특성을 유도하고자 함. 낮은 직류자기장 또는 직류자기장이 없는 상태에서도 신뢰성있는 자기전기 출력전압 특성을 확보하고자 함. ■ 3차년도 연구 목표: 비접촉 헬스모니터링 감지 시스템 구축 ① 유연한 PET 기판 위 자기전기 필름 트랜스퍼 기술 개발 및 비접촉 감지신뢰성 분석 - 유연한 기판 위에 자기전기 세라믹 필름을 트랜스퍼함으로써, 일정한 교류 자기장에 의해 변화될 수 있는 필름의 스트레인 값을 극대화시켜 50 pT 이하의 비접촉 감지신뢰성을 확보하고자 함. ② 비접촉 헬스모니터링 감지 및 알람 시스템 구축 - 직물형 또는 악세사리 형으로 자기전기 센서를 부착 후 비접촉 헬스모니터링을 통해 인체 내부 기관의 움직임을 감지하고자 함. ③ 접촉/비접촉 복합감지 기능을 이용한 헬스모니터링 인지신뢰성 향상 - 필름임에도 불구하고 매우 균일한 3차원 공극을 형성시킴으로써 인장/압축/전단 응력에 따른 접촉감지 신뢰성을 10 kPa-1 이하로 확보하고자 함.

■ 1차년도 연구 목표: 다공성 압전필름 제조기술 개발 ① 1D 나노튜브 어레이 구조의 다공성 압전필름 개발 - Ti 기판 위에 직접 형성된 1차원 구조의 압전 나노튜브는 높은 직립안정성을 확보하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. ② 3D 역오팔 구조의 다공성 압전필름 개발 - 3차원으로 잘 이루어진 다공성 구조의 압전 세라믹 필름으로 스트레인 변화를 쉽게 유도하고자 하며, 방향성 제한이 없는 일정한 출력전압 특성을 확보하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. ③ 랜덤 다공성 구조의 유연한 압전필름 개발 - 유연한 PET 기판 위에 압전 세라믹 필름을 직접 형성함으로써 스트레인 변화를 쉽게 유도하고자 하며, 방향성 제한이 없는 일정한 출력전압 특성을 확보 하고자 함. 자왜재료와 복합화 될 수 있는 물리적인 공간을 제공하고자 함. 하지만, 저온 열처리 공정을 통해 예상되는 낮은 결정성 개선을 위한 후처리 공정 진행이 필요함. ■ 2차년도 연구 목표: 셀프바이어스 자기전기 출력전압 특성 유도 ① 높은 전기적 안정성을 가지는 자왜/압전 코어쉘 나노입자 합성 - 50μm 이하의 두께를 갖는 다공성 압전 필름에 자왜물질이 직접 충진될 경우 높은 누설전류가 예상되며 폴링공정 진행이 어려울 것으로 판단됨. 따라서 코어쉘 구조를 가지는 자왜/압전 나노입자를 합성함으로써 재료 내 누설전류를 낮추어 주고자 함. 해당 코어쉘 나노입자와 압전 필름이 복합화된 자기전기 필름의 높은 전기적 퍼컬레이션을 통해 폴링공정을 극대화함으로써 신뢰성있는 자기전기 출력전압을 확보하고자 함. ② 높은 재료결합계수를 가지는 고밀도 자기전기 필름 제조 - 다공성 구조의 압전 필름에 코어쉘 나노입자가 높은 밀도로 충전시켜 높은 재료 결합계수를 확보하고자 함. 또한 후속 열처리 공정을 통해 자기전기 필름의 내부밀도와 재료의 결정성을 동시에 향상시켜 신뢰성 있는 자기전기 출력전압 특성을 확보하고자 함. ③ 자가전원 목적의 셀프바이어스 자기전기 출력전압 유도 - 구조 두께 비, 접합 물질의 종류 및 양, 전기 배치, 스트레인 모드 등과 같은 변수 조절을 통해 셀프바이어스 자기스트레인 특성을 유도하고자 함. 낮은 직류자기장 또는 직류자기장이 없는 상태에서도 신뢰성있는 자기전기 출력전압 특성을 확보하고자 함. ■ 3차년도 연구 목표: 비접촉 헬스모니터링 감지 시스템 구축 ① 유연한 PET 기판 위 자기전기 필름 트랜스퍼 기술 개발 및 비접촉 감지신뢰성 분석 - 유연한 기판 위에 자기전기 세라믹 필름을 트랜스퍼함으로써, 일정한 교류 자기장에 의해 변화될 수 있는 필름의 스트레인 값을 극대화시켜 50 pT 이하의 비접촉 감지신뢰성을 확보하고자 함. ② 비접촉 헬스모니터링 감지 및 알람 시스템 구축 - 직물형 또는 악세사리 형으로 자기전기 센서를 부착 후 비접촉 헬스모니터링을 통해 인체 내부 기관의 움직임을 감지하고자 함. ③ 접촉/비접촉 복합감지 기능을 이용한 헬스모니터링 인지신뢰성 향상 - 필름임에도 불구하고 매우 균일한 3차원 공극을 형성시킴으로써 인장/압축/전단 응력에 따른 접촉감지 신뢰성을 10 kPa-1 이하로 확보하고자 함.

본 과제를 성공적으로 수행하기 위해서, 하기 3가지 기술개발 전략을 연차별로 수행한다. 본 과제의 연차별 세부 연구내용은 하기와 같으며, 재료합성, 특성분석, 모델링, 디바이스 개발 내용을 포함한다. ▶1차년도 연구내용: 자기복합체 합성 및 자기특성 제어 ①　코어/쉘 2종 자기복합체 합성 ②　2종 자기복합체 자기 이력 특성 개발 ③　2종 자기복합체 셀프바이어스 자기 특성 유도 ④　자기복합체의 형상-결정성-자기 특성 모델링 ⑤ 연구목표:　보자력 10 Oe 이하, 자기포화, 50 emu/g 이상 자기-스트레인 20 ppm 이상 ▶2차년도: 유무기 복합체 합성 및 자기-전기 특성 향상 ①　PVDF 고분자 기반의 자기-전기 복합체 합성 ②　PVDF 고분자 복합체의 베타상 결정성 유도를 통한 압전 특성 향상 ③　3-0, 2-2, 1-3 구조의 자기-전기 복합체 개발 ④　자기-전기 복합체의 구조에 따른 자기-전기 특성 모델링 ⑤ 연구목표:　압전 상수 20 pC/N 이상, 셀프바이어스 자기-전기 계수 비공명상태에서 500 mV/cm·Oe 이상, 셀프바이어스 자기-전기 계수 공명상태에서 5 V/cm·Oe 이상 ▶3차년도:　에너지 하베스팅 디바이스 개발 및 자기-전기 이력곡선 유도 ①　에너지 하베스팅 자기-전기 디바이스 개발 ②　에너지 하베스팅 디바이스의 공명 및 비공명 특성 분석 ③　자기-압전-구부러짐 특성 모델링을 통한 셀프바이어스 효과 유도 ④　자기-전기 이력 곡선 개발 및 역 자기-전기 특성 개발 ⑤ 연구목표:　자기 민감도 0.1 μT 이하, 에너지 하베스팅 전압 HAC=1Oe,1kHz비공명상태에서 1.5 V 이상, 에너지 하베스팅 수명 105cycle후 특성 값 95 % 이상 유지

본 과제를 성공적으로 수행하기 위해서, 하기 3가지 기술개발 전략을 연차별로 수행한다. 본 과제의 연차별 세부 연구내용은 하기와 같으며, 재료합성, 특성분석, 모델링, 디바이스 개발 내용을 포함한다. ▶1차년도 연구내용: 자기복합체 합성 및 자기특성 제어 ①　코어/쉘 2종 자기복합체 합성 ②　2종 자기복합체 자기 이력 특성 개발 ③　2종 자기복합체 셀프바이어스 자기 특성 유도 ④　자기복합체의 형상-결정성-자기 특성 모델링 ⑤ 연구목표:　보자력 10 Oe 이하, 자기포화, 50 emu/g 이상 자기-스트레인 20 ppm 이상 ▶2차년도: 유무기 복합체 합성 및 자기-전기 특성 향상 ①　PVDF 고분자 기반의 자기-전기 복합체 합성 ②　PVDF 고분자 복합체의 베타상 결정성 유도를 통한 압전 특성 향상 ③　3-0, 2-2, 1-3 구조의 자기-전기 복합체 개발 ④　자기-전기 복합체의 구조에 따른 자기-전기 특성 모델링 ⑤ 연구목표:　압전 상수 20 pC/N 이상, 셀프바이어스 자기-전기 계수 비공명상태에서 500 mV/cm·Oe 이상, 셀프바이어스 자기-전기 계수 공명상태에서 5 V/cm·Oe 이상 ▶3차년도:　에너지 하베스팅 디바이스 개발 및 자기-전기 이력곡선 유도 ①　에너지 하베스팅 자기-전기 디바이스 개발 ②　에너지 하베스팅 디바이스의 공명 및 비공명 특성 분석 ③　자기-압전-구부러짐 특성 모델링을 통한 셀프바이어스 효과 유도 ④　자기-전기 이력 곡선 개발 및 역 자기-전기 특성 개발 ⑤ 연구목표:　자기 민감도 0.1 μT 이하, 에너지 하베스팅 전압 HAC=1Oe,1kHz비공명상태에서 1.5 V 이상, 에너지 하베스팅 수명 105cycle후 특성 값 95 % 이상 유지