마이크로파에 의한 원격 구동 스마트 액추에이터 기술은 원격 시스템의 복잡성과 중량을 단순화하고 감소시킨다는 점에서 매력적이다. 정류 안테나(렉테나, rectenna) 배열은 마이크로파 전력을 수신하여 액추에이터용 DC 전력으로 변환하며, 렉테나 배열로부터 수집된 전력은 각 액추에이터에 정확히 할당되고 분배되어야 한다. 본 연구에서는 액추에이터 배열을 효과적으로 제어하기 위한 새로운 전력 분배(PD) 로직 회로를 연구하였다. PD 로직 회로를 설계하고 시험하여 이를 검증하였다. 예비 설계는 16개의 듀얼 게이트 MOSFET 배열과 컴퓨터 제어 16채널 DAC 보드를 사용하는 4×4 압전 액추에이터 배열에 대해 시험되었다. 또한 배열의 부분 전력 고장에 대한 보완 방안으로서 전력 보상도 통합하였다. 새로운 로직 소자를 포함한 이 PD 방식은 각 배열 요소를 연결하는 데 필요한 수천 개의 제어 케이블을 단순화한다. 설계된 PD 회로의 성능과 한계에 대해 논의한다.

지구에서 가장 풍부한 지속가능한 물질인 셀룰로오스는 우수한 기계적 및 물리적 특성, 높은 광학 투명성, 생체적합성, 그리고 압전성을 지닌다. 따라서 향후 재료로서의 가능성이 많으며, 많은 연구자들이 그 응용에 관심을 가지고 있다. 본 논문에서는 셀룰로오스 나노섬유(CNF)와 CNF/폴리비닐알코올(PVA) 필름을 제조하고, 이들의 진동 에너지 수확을 연구하였다. CNF는 화학적 및 물리적 방법으로 분리하였으며, CNF 현탁액을 평탄한 기판 위에 캐스팅하여 필름을 제작하였다. 캐스팅한 CNF 습윤 필름을 5 테슬라 초전도 자석에 7일 동안 보관한 결과, 자기장에 수직한 방향으로 CNF 배열이 형성되었다. CNF 필름의 기계적 특성을 더 향상시키기 위해 기계적 연신을 적용하였다. CNF 현탁액을 PVA와 혼합하여 필름의 인성을 확보하였다. 캐스팅한 CNF/PVA 습윤 필름을 기계적으로 연신한 후 건조하였으며, 이는 CNF 배열을 개선하였다. 제조된 CNF 및 CNF/PVA 필름은 주사전자현미경 및 X선 회절을 사용하여 배열을 검증하였다. 연신을 통해 정렬된 CNF/PVA 필름은 정렬 방향을 따라 가장 큰 기계적 특성을 나타냈다. 50% 연신된 CNF/PVA 필름의 최대 탄성률과 인장강도는 각각 14.9 GPa과 170.6 MPa였다. 마지막으로, 순수 CNF와 50% 연신된 CNF/PVA 필름의 압전 거동을 이용하여 진동 에너지 수확 실험을 수행하였다. 수확기 구조는 필름에 큰 면내 변형을 유도하는 데 유리한 심벌(cymbal) 구조를 채택하여 혁신적으로 설계하였다. 설계된 심벌 구조는 ANSYS로 분석하였고, 그 고유진동수는 실험적으로 검증하였다. CNF/PVA 필름은 순수 CNF 필름보다 진동 에너지 수확 성능이 더 우수하였다. CNF/PVA 필름은 생체적합성 및 유연한 진동 에너지 수확에 적용 가능하다.

본 논문은 T8 LED 튜브를 위한 AC 구동부와 DC 구동부를 분리한 새로운 고성능 발광다이오드(LED) 컨버터를 제안한다. 제안된 LED 컨버터는 G13 베이스 및 G13 베이스 더미에서 LED 튜브의 끝단에 장착된다. AC 및 DC 구동부의 분리는 옵틱 커버와 광원 사이의 광학적 거리를 확보함으로써 LED 튜브의 광 균일도를 향상시킨다. AC 구동부는 G13 베이스에 삽입되도록 설계되었고, LED 모듈을 통해 DC 구동부와 연결되었다. 제안된 LED 컨버터는 단일 스테이지 버크-부스트(topology) 기반이며, 1200 mm T8 LED 튜브에서 19 W 동작을 위해 설계되었다. 제안된 LED 컨버터는 다른 LED 컨버터에 비해 매우 소형이며 부품 수가 적지만, 여전히 높은 성능을 가진다. 제안된 LED 컨버터의 측정 결과, LED 출력 전류의 선형 조정(line regulation)은 100–240 VAC에서 3.4% 미만이었으며, 높은 회로 효율(>89%), 높은 역률(>0.93), 낮은 총 고조파 왜곡(<;9%)을 달성하였다. 또한, 컨버터의 모든 전류 고조파는 고성능 LED 조명 적용을 위한 IEC 61000-3-2 Class C 기준의 요구사항을 만족한다.

기존의 2-스위치 벅-부스트(TSBB) 컨버터는 벅, 부스트, 벅-부스트 모드에서 동작할 수 있다. 본 논문은 동일한 동작 모드를 갖는 2-스위치 벅-부스트 컨버터를 위한 새로운 토폴로지를 제안한다. 그러나 제안하는 TSBB 컨버터는 기존 TSBB 컨버터에 비해 도통 경로(conductions)와 스위칭 구성요소가 더 적어, 그 결과 전력 손실이 감소한다.

투-스위치 벅-부스트(Two-switch buck-boost, TSBB)는 벅, 부스트, 벅-부스트 모드들 중에서 동작 모드를 전환할 수 있는 비절연형 dc-대-dc 컨버터이다. 모드 전환은 게이트 신호를 제어함으로써 가능하다. 본 논문에서는 TSBB 컨버터의 새로운 수정 토폴로지를 제안한다. 제안하는 컨버터는 기존의 TSBB 컨버터와 동일한 수의 구성요소를 가지더라도, 기존 TSBB보다 도통 구성요소와 스위칭 반도체가 더 적다. 그 결과 전력 손실이 감소한다. 또한 제안하는 컨버터에서 금속-산화물-반도체 전계효과트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)의 소스 단자는 접지(ground)에 직접 연결된다. 이러한 구성은 게이트 드라이버 집적회로(IC)를 선택하는 데 이점을 제공하며, IC가 반드시 하이사이드 게이트 신호를 제공할 필요는 없다. 제안하는 컨버터의 개선 효과를 평가하기 위해 인쇄회로기판(printed circuit board)을 설계하였다.

본 논문은 새로운 버크-부스트 컨버터를 제안한다. 단일 스위치 버크-부스트 컨버터와 달리, 제안된 컨버터는 반도체에 대한 저전압 스트레스를 갖는다. 또한 기존의 2-스위치 버크-부스트(TSBB) 및 제안된 컨버터 모두는 동일한 수의 수동 및 능동 부품을 가지면서, 제안된 컨버터는 도통 구성요소의 수가 더 적어 그에 따른 도통 손실을 감소시킬 수 있다. 따라서 제안된 컨버터는 TSBB 컨버터에 비해 더 높은 효율을 얻었다. 제안된 컨버터의 유효성을 검증하기 위해 48-V 출력 전압과 150-W 출력 전력을 갖는 프로토타입을 제작하였다.

본 논문은 전력 소비를 줄이기 위해 장거리 갭 패널에 적용되는 CLHS(Capacitor Less Half Sustain) 구동 방법을 제안한다. 동영상에서의 전력 소비를 줄이기 위해서는 저방전 부하(<25%)에서 광효율을 향상시켜야 한다. 저방전 부하가 감소할수록 무효전력 소비의 비중은 증가하는 경향이 있다. 따라서 저방전 부하에서 광효율을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 장거리 갭 패널은 휘도 및 광효율을 향상시키는 것으로 잘 알려져 있으나, 높은 구동 전압으로 인해 패널을 구동하는 데는 매우 어려움이 있다. 장거리 갭 패널이 최소 구동 전압을 증가시키는 주요 요인은 긴 방전 갭뿐만 아니라 자체 소거 방전(self-erasing discharge)에도 기인함이 확인되었다. 자체 소거 방전은 유지(sustain) 기간 동안 주소(address) 전극과 유지 전극 사이에서 발생한다. CLHS 구동 방법은 유지 회로에서 에너지 회수 커패시터를 제거하였기 때문에 유지 기간의 무효전력 소비를 감소시킬 수 있다. 또한 CLHS 구동 방법은 자체 소거 방전을 억제함으로써 장거리 갭 패널의 최소 구동 전압을 감소시킬 수 있다. CLHS 구동 방법을 ITO 갭이 100 μm인 패널에 적용했을 때, VS 및 VA의 최소 전압은 일반 구동 방법에 비해 각각 약 9 V 및 12 V 감소하였다. 또한 광효율과 휘도는 저방전 부하 4%에서 일반 조건 대비 각각 약 33.3%와 24.3% 증가하였다.

대기압 플라즈마를 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판 위의 은 나노와이어(AgNW) 소재 패터닝과 같은 유연 기판 상의 금속 박막 식각 공정에 적용하기 위해서는, 라디칼보다 전하 입자, 이온의 역할을 증대시키는 것이 매우 중요하다. 이러한 관점에서 첫째, 대기 중의 전기음성 가스인 O ₂ 및 N ₂를 제외한 Ar 가스만이 금속 박막 공정 ¹을 위한 강한 플라즈마를 생성하는 데 참여하도록 해야 한다. 둘째, 방전 시 이온 에너지를 최대화하기 위해 높은 전기장 강도를 얻기 위해서는, 매우 작은 간극을 갖는 평판 전극에 급격한 상승 기울기를 갖는 고전압을 적용해야 한다. 본 연구에서는 DC 펄스 전원 공급장치를 사용하여 마이크로방전 채널에서 순수 Ar 플라즈마를 생성하였고, 대기압 조건에서 PET 기판 위의 AgNW 소재 식각에 성공하였다. 길이 20 mm, 폭 20 μm인 Ag 식각 영역에 필요한 마이크로방전 공간을 형성하기 위해 다음의 공정을 수행하였다. i) 포토리소그래피를 이용해 특정 엠보싱 가공(각인) 패턴을 갖는 실리콘 기판 위의 SU8 몰드를 제작하고, ii) 이 SU8 몰드에 폴리디메틸실록산(PDMS)을 붓고 전극을 PDMS 내부에 삽입함으로써 PDMS 프레임을 제작하며, iii) 마지막으로 PDMS 프레임과 대향 전극 역할의 PET 기판 사이의 가역적 본딩(reversible bonding)에 의해 마이크로-방전 공간을 형성하였다. 본 실험에서는 PET 기판 상의 AgNW에 대한 적절한 식각 조건을 확인하기 위해, 듀티 비율, 전압 레벨, 주파수가 서로 다른 직사각형 전압 파형을 사용하였다. 광발광 측정과 SEM 이미지는 열 손상을 최소화한 상태에서, 순수하고 강한 Ar 플라즈마가 PET 기판 상의 AgNW를 효과적으로 식각하는 데 기여했음을 확인한다.

다수의 연구에서 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)을 이용해 그래핀을 성장시켜 왔다. 그러나 CVD는 생산비 측면에서 비효율적이며, 촉매 금속을 사용하는 전사(transfer) 공정이 필요하므로 대량 생산에도 비효율적이다. 본 연구에서는 촉매 금속 없이 단결정 사파이어 기판(sapphire) 위에 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition, PLD)을 이용하여 그래핀 박막을 성장시켜 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 또한 PLD를 통한 그래핀 성장에는 기판 온도와의 밀접한 관련성이 있음을 확인하였다.

마이크로파에 의한 원격 구동 스마트 액추에이터 기술은 원격 시스템의 복잡성과 중량을 단순화하고 감소시킨다는 점에서 매력적이다. 정류 안테나(렉테나, rectenna) 배열은 마이크로파 전력을 수신하여 액추에이터용 DC 전력으로 변환하며, 렉테나 배열로부터 수집된 전력은 각 액추에이터에 정확히 할당되고 분배되어야 한다. 본 연구에서는 액추에이터 배열을 효과적으로 제어하기 위한 새로운 전력 분배(PD) 로직 회로를 연구하였다. PD 로직 회로를 설계하고 시험하여 이를 검증하였다. 예비 설계는 16개의 듀얼 게이트 MOSFET 배열과 컴퓨터 제어 16채널 DAC 보드를 사용하는 4×4 압전 액추에이터 배열에 대해 시험되었다. 또한 배열의 부분 전력 고장에 대한 보완 방안으로서 전력 보상도 통합하였다. 새로운 로직 소자를 포함한 이 PD 방식은 각 배열 요소를 연결하는 데 필요한 수천 개의 제어 케이블을 단순화한다. 설계된 PD 회로의 성능과 한계에 대해 논의한다.