With the ever-growing desire for sustainable energy sources, the technology of piezoelectricity has gained increased attention, offering a simple and economical solution for harvesting reasonable amounts of wasted ubiquitous vibration-based mechanical energy into useful electrical energy. Over the past decade, acquisition of nano-scale energy has become a topical subject which has paved its way for the development of piezoelectric nanogenerators (PENGs). These PENGs find their usage in powering micro- to nano-watt scale flexible electronics and can provide wireless data transmission facilities. In addition, the PENGs can also be employed as self-powered biomechanical sensors, which when attached to human body can convert wasted energy from menial regular functions such as walking, muscle stretching, eye blinking, heart beating, and blood flow into electrical energy. The biomechanical sensors are thus able to provide autonomous physiological positioning, remote patient health monitoring and other useful diagnostic information. In this study, nanocomposite-based PENGs were fabricated by dispersing various piezoelectric nanoparticles (BaTiO3, ZnO and PZT) along with graphene nanopowder into a silicone rubber matrix. Based on the acquired results, it was noticed that PZT-based composites showed superior performance in comparison to other ceramics, and graphene had aided in significantly enhancing the performance of the NGs. Moreover, in order to demonstrate the practical application of the developed PENGs, a fully functioning sports shoe-insole nanogenerator was made, where a high voltage of +30.4 V was acquired only during simple walking. The current research had also aimed at proposing a facile and inexpensive method for developing efficient, skin friendly, robust, and highly stretchable bio-motion piezoelectric strain sensors. The developed sensors were studied under various human motions where they responded fairly to almost every movement.
지속 가능한 에너지 원에 대한 끊임없는 요구가 증가함에 따라 piezoelectricity(압전성 기술)이 주목 받고 있으며, 이 기술은 유비쿼터스 진동 기반 기계 에너지로 유용한 전기 에너지를 수확 할 수 있는 간단하면서 경제적 인 해결책을 제시한다. 지난 10 년 동안은 나노 규모의 에너지를 얻는 것이 PENG (piezoelectric nanogenerator) 개발의 토대가 되었다. 이는 마이크로와 나노 와트 규모의 유연한 전자 장치에 전력을 공급하는 용도로 사용되며 무선 데이터 전송 기능을 제공 할 수 있다. 또한 PENG는 자체 구동 식 생체 역학 센서로도 사용할 수 있기에 인체에 부착될 때는 걷기나 근육 스트레칭, 눈 깜빡임, 심장 박동, 혈류 등의 일상적인 기능에서 낭비되는 에너지를 전기 에너지로 변환 할 수 있다. 따라서 생체 역학 센서는 자율 생체 위치, 원격 환자 건강 모니터링 및 기타 유용한 진단 정보를 제공 할 수 있습니다. 본 연구에서는 그라 핀 나노 분말과 함께 다양한 압전 나노 입자 (BaTiO3, ZnO, PZT)를 실리콘 고무 매트릭스에 분산시켜 나노 복합체 기반 PENG를 제조 하였다. 얻어진 결과를 토대로 볼 때, PZT 기반 복합 재료는 다른 세라믹과 비교하여 우수한 성능을 보였으며, 그라 핀은 NG의 성능을 크게 향상시키는 데 도움이 되었다. 또한, 개발 된 PENG의 실용적인 적용을 입증하기 위해, 단순한 보행 중에 만 +30.4V의 고전압이 얻어지는 완전 기능성 운동화 - 깔창 나노 발전기가 제작 되었다. 본 연구는 또한 효율적이고, 피부 친화적이고, 견고하며, 신축성이 있는 바이오 모션 압전 변형 센서를 개발하기위한 쉽고 저렴한 방법을 제안하는 것을 목표로 삼았다. 개발 된 센서는 거의 모든 움직임에 대해 공정하게 반응하는 다양한 인간 움직임에 따라 연구되었다.
