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실험 계획법을 이용한 PVDF-TrFE 나노 섬유 기반 Triboelectric Nanogenerator(TENG) 성능 향상 연구

Title
실험 계획법을 이용한 PVDF-TrFE 나노 섬유 기반 Triboelectric Nanogenerator(TENG) 성능 향상 연구
Other Titles
Performance Improvement of Triboelectric Nanogenerator(TENG) based on PVDFTrFE Nanofibers using Design of Experiments
Author
이삼곤
Advisor(s)
오제훈
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
최근 인위적인 에너지원을 사용하지 않으면서 친환경적이고 지속적으로 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확(Energy harvesting) 분야에 대한 관심이 높아지고 있다. 에너지 수확 분야에서 에너지를 수확하는 장치로 많이 사용하는 방식 중 한 가지가 나노발전기(Nanogenerator)라고 불리는 장치이다. 나노발전기의 많은 방식 중에 전극과 전극 사이에 극성이 큰 두 재료가 접촉 후 다시 분리 되었을 때 발생하는 마찰전기 효과에 의해 전기를 생산하는 마찰전기 나노 발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 기존의 방식에 비해 높은 출력, 간단한 구조, 비교적 쉬운 제작 방법 등의 장점을 지니고 있어 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. TENG는 접촉하는 두 가지 재료의 종류, 물성 및 구조최적화 등을 통해 성능 개선에 무한한 가능성을 가지고 있다. 따라서 성능 개선을 위해서는 적절한 재료를 선택해야 하고 단위 부피당 표면적을 증가 시켜야 한다. 전기 방사(Electrospinning)는 수 많은 폴리머를 나노 섬유로 제작이 가능하며 이렇게 제작된 나노 섬유는 매우 큰 단위 부피당 표면적을 나타낸다. 또한 전기 방사된 PVDF-TrFE 나노 섬유는 TENG에서 매우 우수한 전기적 성능을 보여주었다. 하지만 현재까지는 전기방사를 활용한 TENG 제작에 관한 연구는 공정 변수에 대한 체계적인 기준 없이 진행되어왔다. 따라서 본 연구는 실험계획법을 이용하여 전기방사 기반의 TENG 제작 시 공정 변수가 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 이를 이용해 앞으로 TENG의 성능을 향상 시킬 수 있는 연구가 효율적으로 이루어지기 위한 방향을 제시했다. 실험계획법은 3수준 3인자(Needle size, spinning time, (+) dielectric 재료) 직교 배열법을 사용하여 실험을 진행했으며, minitab을 이용하여 주효과와 교호작용 및 분산분석(ANOVA)를 실시해 최적조건을 도출했다. 이를 통해 공정 변수변화만으로 2배 이상의 출력 개선이 가능함을 확인했다. 따라서 본 연구에서 실시된 실험계획법을 이용한 TENG 제작 공정 변수 이외에 더 다양하고 넓은 범위의 변수를 사용한다면 더욱 더 개선된 성능을 가진 TENG를 제작할 수 있을 것으로 기대된다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/69246http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000432665
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MECHANICAL DESIGN ENGINEERING(기계설계공학과) > Theses (Master)
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