압전성능 향상을 위한 PVDF-TrFE 나노웹 제조 및 전극 형성에 관한 연구 = A Study on Fabrication of PVDF-TrFE Nanoweb and Electrode formation for the Enhancement of Piezoelectric Performance

국문 초록 (Abstract)

대표적인 압전 하베스터 중 하나인 PVDF 압전 하베스터와 비교하여 압전성능을 향상하기 위해 PVDF의 공중합체인 PVDF-TrFE를 전기방사하여 나노웹을 제조하였다. 공중합체 PVDF-TrFE에서 두 단량체 PVDF와 TrFE 간의 조성비 변화에 대한 용액의 특성을 관찰하고, 용액의 전기전도도, 표면장력 및 점도의 변화가 전기방사의 동적 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 그리고 방사거동의 변화가 나노웹 형성에 미치는 영향을 분석하였다. 공단량체 TrFE 조성 변화에 따른 압전 성능의 영향을 조사하기 위해, 방사한 나노웹에 알루미늄과 구리 전극을 부착하여 압전 하베스터를 제조했고, 반복적으로 부하를 가하며 기계적 외력이 작용하였을 때의 압전 테스트를 진행하였다. FT-IR 및 XRD로 분석한 PVDF-TrFE의 조성비에 따른 결정구조의 변화는 결정구조가 압전성능에 미치는 영향을 확인하였다.
또, 본 연구에서는 PVDF웹에 Graphene oxide(GO)를 스프레이법으로 코팅한 후, 레이저를 통해 GO를 환원시킴으로써 만들어진 reduced GO를 유연전극으로 사용한 유연 압전 하베스터를 제조했다. 유연 하베스터의 구조 형성은 FT-IR을 통해 확인하였으며, 제조한 유연 하베스터로 압전 테스트를 진행하여 알루미늄과 구리 전극을 사용한 하베스터와 압전성능을 비교하였다. 이 연구를 통해 PVDF웹에서 나노웹 및 전극의 변화를 통해 PVDF에 구조적 변화를 가져옴으로써 압전 하베스터로서의 성능 향상 가능성을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 용액 특성에 따른 전기방사 동적거동 및 구조 분석 5
• 2.1 실험 6
• 2.1.1 전기방사 용액 제조 6
• 2.1.2 나노웹 제조 8
• 2.1.3 전기방사 거동분석 10
• 2.1.4 PVDF-TrFE 나노웹 구조 분석 12
• 2.2 결과 및 고찰 13
• 2.2.1 전기방사 용액 특성 13
• 2.2.2 전기방사 거동분석 15
• 2.2.3 PVDF-TrFE 나노웹 모폴로지 및 구조 분석 19
• 2.2.4 나노웹 결정성 분석 23
• 3. PVDF-TrFE 나노웹의 TrFE 조성에 따른 에너지 하베스팅 연구 25
• 3.1 실험 26
• 3.1.1 PVDF-TrFE 나노웹 제조 26
• 3.1.2 유연전극 및 압전 하베스터 제조 27
• 3.1.3 압전성능 평가 28
• 3.1.4 외부저항에 따른 파워성능 평가 30
• 3.2 결과 및 고찰 32
• 3.2.1 TrFE 조성비에 따른 압전성능 분석 32
• 3.2.2 외부저항에 따른 파워성능 분석 36
• 4. 환원된 그래핀 옥사이드 전극 사용에 따른 에너지 하베스팅 연구 38
• 4.1 실험 39
• 4.1.1 전기방사 용액 제조 39
• 4.1.2 나노웹 및 유연전극 제조 41
• 4.1.3 나노웹 결정성 분석 43
• 4.1.4 압전성능 평가 44
• 4.2 결과 및 고찰 45
• 4.2.1 PVDF-rGO 유연전극 제조 45
• 4.2.2 PVDF-rGO 웹의 구조 분석 47
• 4.2.3 전극에 따른 압전특성 분석 49
• 5. 결론 51
• 참고 문헌 54
• Abstract 60