투명 초발수 나노 실리카 코팅 기반 액체-고체 마찰전기 나노발전기 소자의 응용에 관한 연구

Abstract

We have constantly paid attention to environmental and renewable energy around the world and focused on the triboelectric nanogenerator which converts abandoned mechanical energy into useful electricity energy. The triboelectric nanogenerator is an energy harvesting device that converts mechanical energy which is made from friction into electricity. However, a liquid-solid triboelectric nanogenerator based on friction made from rain, wave, and fluid should have a superhydrophobic to gain a separation process smoothly and it has low output performance due to the small contact area. In this study, we fabricated a transparent superhydrophobic nanostructured silica coating surface which has a high transmittance of about 80% and a contact angle of 170 degrees using the Chemical Vapor Deposition (CVD) method with candle soot and TEOS. We introduce a simple and convenient Corona Charging process and apply a negative surface charge on the electret to improve the electrical output performance. It seems to contribute to energy harvesting and has promising potential.|전 세계적으로 환경 및 재생 가능한 에너지에 많은 관심을 가지고 있으며 이러한 관심 속에서 버려지는 역학적 에너지원을 유용한 전기 에너지로 변환하는 마찰전기 나노발전기 (Triboelectric Nanogenerator, TENG)에 집중적인 연구가 장려되고 있다. 마찰전기 나노발전기는 이종의 물체와의 마찰에 의해 생성되는 외부 역학적 에너지 를 전기 에너지로 변환하는 에너지 수집 장치이다. 그러나 수많은 에너지원 중 실 생활과 자연에서 쉽게 접할 수 있는 비와 파도, 흐르는 유체에 의해 생성된 마찰을 바탕으로 한 액체-고체 기반 마찰전기 나노발전기는 액체-고체의 원활한 분리 과정 을 구현하기 위한 초발수 표면의 필요성을 가지며 적은 접촉 면적으로 인해 낮은 전기 출력 성능을 가진다. 본 연구에서는 촛불 그을음의 코팅 및 TEOS의 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 법으로 생성된 실리카 나노입자를 기반으로 한 유전층의 두께를 조절함으로써 80% 이상의 높은 투과율을 가지며 170 ° 이상의 접촉각을 가지는 투 명 초발수성 표면을 제작한다. 또한 인공적으로 음전하가 주입된 실리카 기반 투명 초발수 표면을 제시하여 액체-고체 기반 마찰전기 나노발전기의 낮은 전기 출력 성 능을 개선한다. 전기 출력 성능을 향상시키기 위해 마이크로/나노 계층구조, 표면 개질 등의 복잡한 공정 대신 쉽고 간편한 코로나 방전 공정을 도입하여 약 15V의 전기 출력 성능을 나타내어 액체-고체 기반 마찰전기 나노발전기의 낮은 전기 출력 성능을 보완하고 한계를 극복한다. 출력 성능이 향상된 액체-고체 기반 마찰전기 나 노발전기는 에너지 하베스팅 기술에 크게 기여하며 유망한 잠재력을 보여줄 것으로 기대된다.