We studied about relationship between the triboelectrification and the mechanochemical process – which is the chemical reaction between the cleaved covalent bonds on the surface and the gaseous species from ambient. Gamma irradiation was used to introduce high concentration of mechanochemical products. As a result of gamma ray irradiation on various polymer samples, polytetrafluoroethylene (PTFE), which is the most commonly used tribo-negative material, showed the greatest enhancement in triboelectric charge. Various material analysis tools such as AFM, XRD, DSC, XPS, EPR, and ATR FT-IR were used to monitor chemical, structural, and morphological change at irradiated PTFE. We performed control experiments and molecular simulations to explain the mechanism of enhanced triboelectricity. On the other hand, using the inherent transmissive nature of gamma-ray, we experimentally demonstrated that gamma-irradiation can be used to enhance output of almost all kind of triboelectric nanogenerators (TENGs). We look forward that this work will shed light to unknown mechanism of triboelectricity and power enhancement study of TENGs.
고분자 물질의 표면에 기계적 마찰을 주었을 때 생성된 끊어진 공유결합이 공기중의 기체 또는 흡착된 수분과 반응하는 메카노-케미컬 반응과 마찰 대전 과정 사이의 관계를 연구하였다. 메카노-케미컬 반응과 같은 화학적 반응을 증폭시키기 위하여 감마선 조사를 이용하였다. 다양한 고분자 샘플에 감마선을 조사한 결과, 마찰 대전 발전기의 제작에서 가장 흔하게 쓰이는 물질인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 가장 큰 변화를 보였으며, 이에 대한 메커니즘을 AFM, XRD, DSC, XPS, EPR, ATR FT-IR 등 다양한 소재분석 방법들을 이용하여 연구하였고, 변화한 정전기적 특성을 시뮬레이션 및 통제 실험들을 통하여 가능한 메커니즘들을 제시하였다. 또한, 고에너지 빔의 투과성을 이용하여 거의 모든 형태의 마찰 대전 발전기의 출력 향상에 적용할 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 이 연구를 통해 마찰 대전 발전기의 출력 향상 방법에 대한 연구뿐 아니라, 아직 밝혀지지 않은 마찰 대전의 메커니즘 분석에 도움이 될 것이라 생각한다.
