More than 80 % of global energy consumption depends on fossil fuels, and this trend will not change for decades. Energy consumption is also increasing due to the rapid advances in portable electronic devices and wireless sensors. Therefore, environmentally friendly energy harvesting technology that converts various energy sources such as solar energy, wind power, ocean waves, and ambient mechanical vibrations into electric energy have actively studied. Among them, triboelectric nanogenerator regard as one of the most promising technique for self-powering of small electronics. In this paper, the study of electrostatic charge and its application of fluorinated polymers, which have the greatest influence on the performance of triboelectric nanogenerators, have been studied.
In the first part, energy generator inspired by lotus-leaf is introduced. Electrical energy is generated due to the formed electric double layer (EDL) at the interface between fluoropolymer and water drop. In addition, the theoretically efficient superhydrophobic structure was calculated and observed through electrical generation.
In the second part, the novel fluoropolymer is introduced as a candidate for the triboelectric series. The new PFDMA shows strategy of fabricating roughened surface under mild condition and first analysis on effective work function and electrical output of PFDMA. Also, superhydrophobic surface of PFDMA shows energy harvesting from water drops.
In the third part, the intrinsic characteristic of PFDMA with improved performance by annealing effect is focused. The improvement of electrical characteristics was observed due to the increased crystallinity and the better orientation of the fluoroalkyl group depending on the annealing temperature. Based on the analysis, experimental guideline of novel tribo materials of TENG is suggested.
최근 휴대용 전자 장치 및 무선 센서의 급속한 발전으로 인해 에너지 사용량이 많아 지고 있다. 따라서 태양, 풍력, 파도, 기계적 진동 등 다양한 에너지원으로부터 전기 에너지로 변환하는 에너지 수확 기술이 활발히 연구되고 있다. 그 중 마찰전기 나노발전기는 소형 전자 장치의 자체 전원 공급을 위한 가장 유망한 기술로 각광을 받고 있다. 본 논문에서는 마찰 전기 나노발전기의 성능에 크게 영향을 주는 불소계고분자의 정전하 및 그의 응용성에 관한 연구를 수행하였다. 첫 번째는 연잎의 표면을 모사한 구조를 제작하고 물방울과 불소고분자와의 표면에서 발생하는 전기 이중층을 이용하여 전기를 발생시켰다. 또한 이론적 계산으로 효율적인 초소수성의 구조를 구현하고 전기 발생 장치로서의 가능성을 보였다. 두 번째는 새로운 불소고분자를 합성하고 마찰전기 물질로서의 가능성을 보였다. 표면 구조를 쉽게 제작할 수 있고 초소수성의 성질을 이용하여 물방울로부터 에너지를 수확할 수 있다는 것을 보였다. 마지막으로 열처리에 의한 물질 고유의 특성 변화가 마찰전기 성능에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구를 진행하였다. 열처리에 의해 물질의 결정성 및 배열이 변화하는걸 확인 하였고 이는 마찰전기 성능에 영향을 미치는 것을 이론적 및 실험적으로 확인 하였다.
