As a self-powered wearable device, triboelectric nanogenerator (TENG) with liquid as a single electrode has attracted significant attention. However, the liquid-based single electrode TENG shows poor mechanical robustness. In this work, to change itself firmly only when a strong impact is applied while maintaining its flexibility and shape-adaptability, a conductive shear thickening fluid (STF) was introduced as a single electrode. The STF, composed of water, NaCl, and corn starch, was fabricated and its rheological behavior was characterized. The electrical output performances of a TENG using the STF (STF-TENG) were compared to two control TENGs. By measuring the contact force on each TENG, shear thickening effect was confirmed. Impact-absorbing, mechanical robustness, and durability of the STF-TENG were also evaluated. Additionally, and impact monitoring system using the STF-TENG was proposed. The system could warn of a dangerous impact in real time.
자가발전 웨어러블 디바이스로 액체 기반 단일전극 마찰대전 발전기 (TENG)가 주목받고 있다. 하지만 기존 액체 기반 단일전극 마찰대전 발전기의 경우, 외부의 강한 충격을 견디기에 기계적 특성이 취약하다. 따라서 본 연구에서는 웨어러블 디바이스가 평소에는 유연성을 유지하면서 외부에서 강한 충격이 들어올 때만 단단하게 변화할 수 있도록, 전도성을 띤 전단농화유체 (STF)를 단일전극 마찰대전 발전기에 도입하였다. 먼저 물, 염화나트륨, 옥수수 전분으로 이루어진 전단농화유체를 제작하고 유변학적 거동을 조사하였다. 전단농화현상 기반 마찰대전 발전기 (STF-TENG)의 전기적 출력 특성을 대조군과 비교하고, 접촉력 측정을 통해 전단농화현상을 확인하였다. 또한 충격 흡수 능력과 기계적 견고함, 내구성 등 기계적 특성을 분석하였다. 추가적으로 전단농화유체 기반 마찰대전 발전기를 활용한 충격 모니터링 시스템을 제안하고, 이 충격 모니터링 시스템이 위험을 실시간으로 경고할 수 있도록 구현하였다.
