KR20190107916A - Fabric-based wearable piezoelectric energy harvester and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fabric-based wearable piezoelectric energy harvester and a manufacturing method thereof. According to one embodiment of the present invention, the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester comprises: first and second electrodes positioned to face each other and including conductive fabric; and a polymer layer positioned between the first and second electrodes. The conductive fabric includes a fabric and a conductive material made of metal, conductive polymers, or a combination of the metal and conductive polymers. According to one embodiment of the present invention, the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester may be easily deformed by external stimulation (mechanical energy) due to excellent flexibility so that the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester may be applied as a wearable energy harvester efficiently using human body movement.

Description

천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 및 이의 제조방법 {FABRIC-BASED WEARABLE PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Cloth-based wearable piezoelectric energy harvester and manufacturing method thereof {FABRIC-BASED WEARABLE PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

2개의 전도성 천 사이에 고분자층이 개재된 이종구조를 가지는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.A cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a heterostructure having a polymer layer interposed between two conductive fabrics and a method of manufacturing the same.

최근 들어 스마트폰, 태블릿 PC, PDA (Personal Digital Assistants)와 같은 다양한 웨어러블(wearable) 기기의 사용이 증가함에 따라, 이러한 웨어러블 기기의 휴대성을 손상시키지 않으면서 웨어러블 기기에 간편하게 에너지를 공급할 수 있는 기술이 요구된다.With the recent increase in the use of various wearable devices such as smartphones, tablet PCs, and personal digital assistants (PDAs), technology that can easily supply energy to wearable devices without compromising the portability of these wearable devices Is required.

웨어러블 기기들은 착용하는 동안 인간의 움직임에 계속하여 노출되어 있다. 따라서 인간의 움직임으로부터 에너지를 수확하기 위한 다양한 방식들이 웨어러블 기기의 전력원으로 부각되고 있다. 그 중에서 직접적으로 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 압전 재료 기반의 에너지 하베스터(energy harvester) 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 압전 재료란 기계적 변형(strain)을 가하면 압전 재료 내의 분극이 변화하거나 전위차를 가하면 기계적 변형이 일어나는 정압전/역압전 효과를 지닌 물질을 의미한다.Wearable devices continue to be exposed to human movement while wearing them. Therefore, various methods for harvesting energy from human movements are emerging as power sources of wearable devices. Among them, research on energy harvester technology based on piezoelectric materials that can directly convert mechanical energy into electrical energy is being actively conducted. Piezoelectric material refers to a material having a positive piezoelectric / reverse piezoelectric effect in which mechanical strain causes a change in polarization in the piezoelectric material or a mechanical strain occurs when a potential difference is applied.

한편 웨어러블 기기에 채용되는 압전 에너지 하베스터는 필름(film), 파이버(fiber), 직물(fabric) 등의 형태일 수 있는데, 특히 직물(천) 형태는 2차원 구조로서 의복 등에 활용되어 인간의 기계적 에너지를 효율적으로 이용할 수 있어 연구가 활발히 진행되고 있다.Meanwhile, piezoelectric energy harvesters employed in wearable devices may be in the form of film, fiber, fabric, and the like. In particular, the fabric (fabric) shape is a two-dimensional structure that is utilized in clothing and the like, and thus, human mechanical energy. Because of its efficient use, research is being actively conducted.

그러나, 기존의 2차원 형태의 압전 에너지 하베스터는 적층된 2차원 층들 간에 발생하는 쇼트를 억제하고자 절연층을 구비함에 따라 의복에 적용하기에는 두께가 다소 두껍다는 한계가 있었다. 특히, 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 나노웹(nanoweb) 형태의 압전 직물의 경우에는 두께가 두꺼우면서도 기계적 강도 또한 확보하지 못하는 한계가 있었다.However, the conventional two-dimensional piezoelectric energy harvester has a limitation that the thickness of the piezoelectric energy harvester is slightly thicker to be applied to the garment as it has an insulating layer to suppress the short circuit between the stacked two-dimensional layer. In particular, the piezoelectric fabric of the nanoweb (nanoweb) form of the nanofibers (nanofiber) had a limitation that the thickness is not yet secured mechanical strength.

일 구현예는 두께가 얇아 우수한 휴대성을 가지고, 유연성 및 기계적 강도를 동시에 확보하여 웨어러블 소자에 적용하기 용이한 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터에 관한 것이다.One embodiment relates to a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester that is thin and has excellent portability, has both flexibility and mechanical strength and is easy to apply to a wearable device.

다른 일 구현예는 상기 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 제조방법에 관한 것이다. Another embodiment relates to a method of manufacturing the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester.

일 구현예에 따르면, 서로 대향하여 위치하고 전도성 천을 포함하는 제1 전극 및 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 고분자층을 포함하고, 상기 전도성 천은 천, 그리고 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 제공한다.According to one embodiment, the first electrode and the second electrode positioned opposite to each other including a conductive fabric, and a polymer layer located between the first electrode and the second electrode, the conductive fabric is a cloth, and a metal, conductive A cloth based wearable piezoelectric energy harvester comprising a conductive material that is a polymer, or a combination thereof.

상기 고분자층은 상기 제1 전극 층의 일면 및 상기 제2 전극 층의 일면과 접촉하여 위치할 수 있다.The polymer layer may be in contact with one surface of the first electrode layer and one surface of the second electrode layer.

상기 전도성 천은 상기 천에 존재하는 빈 공간 사이로 상기 전도성 재료가 빠져 나온 형상을 가질 수 있다.The conductive cloth may have a shape in which the conductive material is drawn out between empty spaces present in the cloth.

상기 고분자층은 오목한 패턴을 가지고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 볼록한 패턴을 가질 수 있다.The polymer layer may have a concave pattern, and the first electrode and the second electrode may each have a convex pattern.

상기 고분자층은 polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)], 또는 이들의 조합인 압전 고분자를 포함할 수 있다. The polymer layer may include a piezoelectric polymer which is polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P (VDF-TrFE)], or a combination thereof.

상기 고분자층은 유연한 고분자인 silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), 또는 이들의 조합인 유연한 고분자를 포함할 수 있다.The polymer layer is a flexible polymer, such as silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate ( PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), or a combination thereof.

상기 고분자층은 압전 세라믹인 zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO3), lithium niobate (LiNbO3), potassium niobate (KNbO3), barium titanate (BaTiO3), bismuth ferrite (BiFeO3), carbon 나노튜브(nanotube), carbon 나노파이버(nanofiber), silver 나노와이어(nanowire) 및 silver 나노입자(nanoparticle) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.The polymer layer is a piezoelectric ceramic zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), bismuth ferrite (BiFeO 3 ), carbon nanotubes (nanotube), carbon nanofibers (nanofiber), silver nanowires (nanowire) and silver nanoparticles (nanoparticle) may further include one or two or more selected from.

상기 천은 면(cotton), 실크(silk), 울(wool), 나일론(nylon), polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI) 및 polyamide (PA) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The fabric is cotton, silk, wool, nylon, polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE) It may be one or two or more selected from polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI) and polyamide (PA).

상기 전도성 고분자는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(p-phenylene sulfide) (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY) 및 polyacetylene (PAC), poly(3-hexylthiophene) (P3HT), poly(p-phenylene vinylene) (PPV) 및 polythiphene 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The conductive polymer is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (p-phenylene sulfide) (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY) and polyacetylene (PAC), poly (3-hexylthiophene) (P3HT ), poly (p-phenylene vinylene) (PPV), and polythiphene.

상기 금속은 aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe) 및 cobalt (Co) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The metal is aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe) and cobalt ( Co) may be one or two or more selected from.

상기 제1 전극이 상기 고분자층과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제1 보호층을 포함하고, 상기 제2 전극이 상기 고분자층과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제2 보호층을 포함할 수 있다.The first electrode may include a first passivation layer on an opposite side of the surface facing the polymer layer, and the second electrode may include a second passivation layer on the opposite side of the surface facing the polymer layer. have.

고분자 조성물을 사용하여 고분자층을 제작하는 단계, Preparing a polymer layer using the polymer composition,

천 위에 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료가 적용된 전도성 천을 준비하는 단계,Preparing a conductive cloth to which a conductive material, which is a metal, a conductive polymer, or a combination thereof, is applied on the cloth,

다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 천 위에 상기 고분자층을 적층시키고 상기 고분자층 위에 또 다른 전도성 천을 적층시켜 이종구조의 적층체를 제작하는 단계, 상기 이종구조의 적층체를 80 ℃ 내지 120 ℃ 의 온도 및 15 MPa 내지 30 MPa 압력의 조건에서 압착시키는 단계, 상기 이종구조의 적층체를 120 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 열처리하는 단계, 그리고 상기 이종구조의 적층체를 폴링(poling)하는 단계를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the polymer layer is laminated on the conductive fabric and another conductive fabric is laminated on the polymer layer to produce a laminate of heterostructures, wherein the laminate of heterostructures has a temperature of 80 ° C to 120 ° C. And pressing at a pressure of 15 MPa to 30 MPa, heat treating the laminate of the heterostructure at a temperature of 120 ° C. to 160 ° C., and polling the laminate of the heterostructure. Provided is a fabric-based wearable piezoelectric energy harvester manufacturing method.

상기 고분자층은 테이프 캐스팅(tape casting) 기법을 이용하여 제작될 수 있다.The polymer layer may be manufactured using a tape casting technique.

상기 전도성 재료는 스프레이 코팅(spray coating), 침지법(dipping method), 전해도금(electroplating), 무전해도금(electroless-plating), 진공열증착(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 물리적 증착법(physical vapor deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition)을 이용하여 상기 천 위에 적용될 수 있다.The conductive material may be spray coating, dipping method, electroplating, electroless-plating, thermal evaporation, sputtering, physical vapor deposition. It can be applied on the fabric using vapor deposition, chemical vapor deposition or atomic layer deposition.

상기 이종구조의 적층체를 압착하기 이전에 상기 이종구조의 적층체의 상부 및 하부에 각각 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming protective layers on upper and lower portions of the laminate of the heterostructure before pressing the laminate of the heterostructure.

또 다른 구현예에 따르면, 상술한 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 장치를 제공한다.According to another embodiment, a wearable device including the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester described above is provided.

일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터는 유연성이 우수한 천 소재를 이용하여 제작된 전극 층, 그리고 유연성이 우수한 고분자 소재를 이용하여 제작된 고분자층을 포함하는 이종구조(heterostructure)를 가진다. 이에 따라, 손가락, 팔꿈치, 무릎 등의 인체에서 압력이나 구부림 같은 외부 자극(기계적 에너지)에 의한 변형이 용이하며, 이에 따라 인체 움직임을 효과적으로 이용할 수 있는 웨어러블 에너지 하베스터로 적용될 수 있다.According to one embodiment, a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester has a heterostructure including an electrode layer made of a cloth material having excellent flexibility, and a polymer layer made of a polymer material having high flexibility. Accordingly, deformation by external stimulation (mechanical energy) such as pressure or bending is easily performed in the human body such as a finger, elbow, knee, and the like, and thus can be applied as a wearable energy harvester that can effectively use the human body movement.

다른 일 구현예는 상기 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 제조방법에 관한 것으로, 전도성 천과 고분자 필름을 적층하는 단계가 고온, 고압에서 진행됨에 따라 전도성 천과 고분자 필름 사이 높은 결합력을 가지고 일상생활 속 거친 압력을 견디는 두께를 가져 유연한 에너지 하베스터로서 높은 안정성을 가진다. 또한, 간소한 공정에 의해 에너지 수확도가 높은 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 제조할 수 있다.Another embodiment relates to a method of manufacturing the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester, wherein the step of laminating the conductive cloth and the polymer film has a high bonding force between the conductive cloth and the polymer film as the step of stacking the conductive cloth and the polymer film is performed in a rough manner in daily life. It has a high pressure stability and has a high stability as a flexible energy harvester. In addition, the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a high energy harvest can be manufactured by a simple process.

도 1은 일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 도시한 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 이종구조(heterostructure) 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅(tape casting)으로 제작된 고분자층의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅으로 제작된 고분자층의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에 따른 고온 압착(hot pressing) 및 열처리(annealing) 이후 전도성 천/ 고분자층/ 전도성 천의 이종구조의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천/ 고분자층/ 전도성 천의 이종구조의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 표면의 라멜라(lamellar) 구조에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅으로 제작된 고분자층과 고온 압착 이후 전도성 천과 고분자층의 이종구조의 열처리 전 후의 두께 그래프이다.
도 11은 실시예 1에 따른 전도성 천과 고분자층이 이종구조를 가지는 구성되는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 폴링 전압에 따른 압전계수 d33 (pC/N)의 그래프이다.
도 12 및 13은 실시예 1에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 디지털 사진이다.
도 14는 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 손가락으로 누를 때 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 손가락으로 누를 때 생성되는 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 16은 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 팔꿈치에서 구부릴 때 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이다.
도 17은 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 팔꿈치에서 구부릴 때 생성되는 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 18은 실시예 2에 따른 BaTiO3 나노입자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 투 스텝(two-step) 폴링 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 19는 BaTiO3 나노입자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 two-step 폴링 이후 P(VDF-TrFE)와 BaTiO3 나노입자의 분극상태를 보여주는 모식도이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a heterostructure shape of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to an embodiment.
3 is a scanning electron micrograph of the surface of the polymer layer produced by tape casting according to Example 1. FIG.
Figure 4 is a scanning electron micrograph of the cross section of the polymer layer produced by the tape casting according to Example 1.
FIG. 5 is a scanning electron micrograph of the surface of the heterostructure of the conductive fabric / polymer layer / conductive fabric after hot pressing and annealing according to Example 1. FIG.
Figure 6 is a scanning electron micrograph of the cross-section of the heterostructure of the conductive fabric / polymer layer / conductive fabric after high temperature compression and heat treatment according to Example 1.
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the surface of the polymer layer from which the conductive cloth is removed after high temperature compression and heat treatment according to Example 1. FIG.
8 is a scanning electron micrograph of a cross section of a polymer layer from which a conductive cloth is removed after high temperature compression and heat treatment according to Example 1;
FIG. 9 is a scanning electron micrograph of a lamellar structure of the surface of the polymer layer from which the conductive cloth is removed after high temperature compression and heat treatment according to Example 1. FIG.
10 is a graph of thickness before and after heat treatment of the heterostructure of the conductive fabric and the polymer layer after the high temperature compression and the polymer layer produced by the tape casting according to Example 1.
FIG. 11 is a graph of a piezoelectric coefficient d 33 (pC / N) according to a polling voltage of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a heterogeneous structure between the conductive cloth and the polymer layer according to Example 1. FIG.
12 and 13 are digital photographs of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to the first embodiment.
FIG. 14 is a graph showing an output voltage generated when a finger presses a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1. FIG.
FIG. 15 is a graph showing an output current generated when a finger presses a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1. FIG.
FIG. 16 is a graph showing an output voltage generated when the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1 is bent at an elbow.
FIG. 17 is a graph showing an output current generated when the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1 is bent at the elbow. FIG.
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a two-step polling process of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester including BaTiO 3 nanoparticles according to Example 2. FIG.
19 is a schematic view showing a polarization state after the two-step the polling of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester including a BaTiO 3 nano particles P (VDF-TrFE) and BaTiO 3 nano particles.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. When a portion of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on top" of another part, this includes not only when the other part is "right over" but also when there is another part in the middle. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.

도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 설명한다.A cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)는 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 고분자층(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100 includes a first electrode 10, a second electrode 20, and a polymer layer 30.

제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 서로 대향하여 위치하며 제1 전극(10) 및 제2 전극(20) 사이에는 고분자층(30)이 위치한다. The first electrode 10 and the second electrode 20 are positioned to face each other, and the polymer layer 30 is positioned between the first electrode 10 and the second electrode 20.

먼저, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)에 관하여 설명한다.First, the first electrode 10 and the second electrode 20 will be described.

제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 전도성 천을 포함한다. The first electrode 10 and the second electrode 20 include a conductive cloth.

상기 전도성 천은 전도성 재료가 적용된 천 소재로서, 상기 전도성 재료는 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합이다.The conductive cloth is a cloth material to which the conductive material is applied, and the conductive material is a metal, a conductive polymer, or a combination thereof.

상기 전도성 천은 예컨대 면(cotton), 실크(silk), 울(wool), 나일론(nylon), polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI) 또는 polyamide (PA) 등의 인공 섬유로 이루어진 천(fabric) 표면에 전기 전도도(electrical conductivity)가 높은 전도성 재료가 적용된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 재료는 aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe) 및 cobalt (Co) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 금속일 수 있고, 예를 들어, 상기 전도성 재료는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(p-phenylene sulfide) (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY), polyacetylene (PAC), poly(3-hexylthiophene) (P3HT), poly(p-phenylene vinylene) (PPV) 및 polythiphene 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 전도성 고분자일 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The conductive fabric is, for example, cotton, silk, wool, nylon, polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene ( High electrical conductivity on fabric surface made of artificial fibers such as PTFE), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI) or polyamide (PA) The material may be applied. For example, the conductive material may be aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron ( Fe) and cobalt (Co) may be a metal containing one or two or more selected from, for example, the conductive material is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (p-phenylene sulfide 1 or 2 selected from (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY), polyacetylene (PAC), poly (3-hexylthiophene) (P3HT), poly (p-phenylene vinylene) (PPV) and polythiphene It may be a conductive polymer including the above, but is not limited thereto.

일 예로, 상기 전도성 재료는 상기 천 위에 박막(thin film) 형태로 적용될 수 있다. 다른 일 예로, 상기 전도성 재료는 소자의 유연성을 보다 확보하기 위해 상기 천 위에 입자(particle), 나노섬유(nanofiber) 등의 형태로 적용될 수 있다.For example, the conductive material may be applied in the form of a thin film on the cloth. As another example, the conductive material may be applied in the form of particles, nanofibers, or the like on the cloth to further secure the flexibility of the device.

제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 면적은 10×10 mm2 내지 50×50 mm2의 범위에 있을 수 있다. 이때 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 면적은 쇼트(short)를 막기 위해 후술할 고분자층(30)보다 작은 면적을 가지면 제약 없이 사용 가능하다.The area of the first electrode 10 and the second electrode 20 may be in the range of 10 × 10 mm 2 to 50 × 50 mm 2 . In this case, the area of the first electrode 10 and the second electrode 20 may be used without limitation as long as the area of the first electrode 10 and the second electrode 20 is smaller than the polymer layer 30 to be described later.

일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)는 전극 소재로서 천 기반의 소재를 채용함으로써 유연성을 확보하면서도 전극의 두께를 보다 얇게 할 수 있어 휴대성을 향상시킬 수 있다. The cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100 according to the exemplary embodiment may improve the portability by adopting a cloth-based material as an electrode material and making the thickness of the electrode thinner.

다음으로, 고분자층(30)을 설명한다.Next, the polymer layer 30 will be described.

고분자층(30)은 제1 전극(10) 및 제2 전극(20) 사이에 위치하고, 제1 전극(10)의 일면 및 제2 전극(20)의 일면과 접촉하여 위치할 수 있다. 즉, 고분자층(30) 및 제1 전극(10) 사이, 그리고 고분자층(30) 및 제2 전극(20) 사이에는 예컨대 절연층과 같은 별도의 층이 개재되지 않을 수 있다. The polymer layer 30 may be positioned between the first electrode 10 and the second electrode 20, and may be in contact with one surface of the first electrode 10 and one surface of the second electrode 20. That is, a separate layer such as an insulating layer may not be interposed between the polymer layer 30 and the first electrode 10 and between the polymer layer 30 and the second electrode 20.

고분자층(30)은 압전 고분자 또는 압전 세라믹 재료를 포함하는 유연한 (flexible) 고분자를 포함하며, 상기 압전 고분자는 예컨대 polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)], 또는 이들의 조합일 수 있고, 유연한 고분자는 silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 압전 특성 또는 유연성(flexibility)을 가지는 고분자라면 제약 없이 사용할 수 있다. The polymer layer 30 includes a flexible polymer including a piezoelectric polymer or a piezoelectric ceramic material, and the piezoelectric polymer may be, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P (VDF-TrFE)]. , Or combinations thereof, and flexible polymers include silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate ( PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), or a combination thereof, but is not limited thereto, and may be a polymer having piezoelectric properties or flexibility. Can be used without restrictions.

고분자층(30)은 상술한 고분자에 압전 세라믹을 더 포함하여 형성될 수 있다. 만약 상기 고분자층이 상술한 유연한 고분자를 포함하는 경우 압전 특성을 가지는 세라믹 물질을 더 포함해야 한다.The polymer layer 30 may be formed by further including a piezoelectric ceramic in the above-described polymer. If the polymer layer includes the above-described flexible polymer, it should further include a ceramic material having piezoelectric properties.

상기 압전 세라믹은 예컨대 zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO3), lithium niobate (LiNbO3), potassium niobate (KNbO3), barium titanate (BaTiO3) 및 bismuth ferrite (BiFeO3) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 압전 세라믹의 함량은 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)의 전기적 특성 및 유연성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.The piezoelectric ceramics include, for example, zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and bismuth ferrite (BiFeO) 3 ) may be one or two or more selected from, but is not limited thereto. The piezoelectric ceramic content may be appropriately selected in consideration of electrical characteristics and flexibility of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100.

상기 고분자층(30)에서 압전 특성을 가지는 PVDF나 P(VDF-TrFE)는 나노구조의 물질을 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 나노구조를 가지는 물질은 예컨대 carbon 나노튜브(nanotube), carbon 나노파이버(nanofiber), silver 나노와이어(nanowire) 및 silver 나노입자(nanoparticle) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 나노물질의 함량은 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)의 전기적 특성 및 유연성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.PVDF or P (VDF-TrFE) having piezoelectric properties in the polymer layer 30 may further include a nanostructured material. The material having the nanostructure may be, for example, one or two or more selected from carbon nanotubes, carbon nanofibers, silver nanowires, and silver nanoparticles, but is not limited thereto. It is not. The content of the nanomaterial may be appropriately selected in consideration of electrical characteristics and flexibility of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100.

일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)는 압전 특성을 가지는 압전 층에 고분자 소재를 채용함으로써 웨어러블 소자에 적용하기 유리한 유연성을 확보할 수 있다. The cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100 according to an exemplary embodiment may secure an advantageous flexibility to be applied to a wearable device by employing a polymer material in a piezoelectric layer having piezoelectric properties.

고분자층(30)의 두께는 천의 기하학 구조(geometry)에 따라 고온 압착 이후 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)이 맞닿지 않을 정도 (즉, 쇼트가 일어나지 않을 정도)의 두께를 가지면 제약 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 고분자층(30)의 두께는 약 70 μm 내지 150 μm의 범위에 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the polymer layer 30 may be such that the thickness of the first electrode 10 and the second electrode 20 does not come into contact with each other after the high temperature compression according to the fabric geometry. It can be used without restrictions. For example, the thickness of the polymer layer 30 may be in the range of about 70 μm to 150 μm, but is not limited thereto.

예를 들어, 고분자층(30)은 오목한 패턴을 가지고, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 각각 볼록한 패턴을 가질 수 있다. 이에 관해서는 도 2를 참고하여 설명한다.For example, the polymer layer 30 may have a concave pattern, and the first electrode 10 and the second electrode 20 may each have a convex pattern. This will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 이종구조(heterostructure) 형상을 설명하기 위한 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a heterostructure shape of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to an embodiment.

도 2를 참고하면, 고분자층(30)은 오목한 패턴을 가지고, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 각각 볼록한 패턴을 가지는데, 제1전극/ 고분자층/ 제2전극 적층체가 고온 압착 및 열처리를 거침에 따라 이와 같은 이종구조 형상을 가지게 된다. Referring to FIG. 2, the polymer layer 30 has a concave pattern, and the first electrode 10 and the second electrode 20 have convex patterns, respectively, and the first electrode / polymer layer / second electrode laminate is As a result of high temperature compression and heat treatment, the heterostructure has a shape.

예를 들어, 고분자층(30)의 면적은 20×20 mm2 내지 60×60 mm2의 범위에 있을 수 있고 고온 압착 이후 전도성 천의 볼록한 형상(convex morphology)의 표면을 따라 오목한 형상(concave morphology)의 표면을 가지며 그 두께는 20 μm 내지 120 μm의 범위에 있을 수 있다. 이 때 고분자층(30)의 두께는 사용한 천의 기하학 구조에 따라 달라질 수 있다.For example, the area of the polymer layer 30 may be in the range of 20 × 20 mm 2 to 60 × 60 mm 2 and concave morphology along the surface of the convex morphology of the conductive fabric after hot pressing. ) And its thickness may be in the range of 20 μm to 120 μm. At this time, the thickness of the polymer layer 30 may vary depending on the geometry of the fabric used.

다시 도 1을 참고하면, 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터(100)는 제1 전극(10)이 고분자층(30)과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제1 보호층(40)을 포함하고, 제2 전극(20)이 고분자층(30)과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제2 보호층(50)을 포함한다.Referring back to FIG. 1, the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester 100 includes a first protective layer 40 on an opposite side of the surface where the first electrode 10 faces the polymer layer 30. The second electrode 20 includes a second protective layer 50 on a surface opposite to the surface facing the polymer layer 30.

보호층(40, 50)의 재료는 고온 압착의 온도에서 녹지 않고, 상술한 제1 및 제2 전극(10, 20)과 고분자층(30)에 기계적, 화학적 영향을 주지 않는 물질이면 제약 없이 사용 가능하다. 이때 보호층(40, 50)의 면적은 제1 및 제2 전극(10, 20)의 면적, 그리고 고분자층(30)의 면적보다 큰 면적을 가지면 제약 없이 사용 가능하다.The material of the protective layers 40 and 50 may be used without limitation as long as the material does not melt at a high temperature compression temperature and does not have a mechanical or chemical effect on the first and second electrodes 10 and 20 and the polymer layer 30. It is possible. In this case, the protective layers 40 and 50 may be used without limitation as long as they have an area larger than the areas of the first and second electrodes 10 and 20 and the area of the polymer layer 30.

다른 구현예에 따르면, 상술한 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 장치를 제공한다. 상기 웨어러블 장치는 예컨대 스마트워치, 스마트밴드, 스마트글라스 등 다양한 제품으로서 구현 가능하다.According to another embodiment, a wearable device including the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester described above is provided. The wearable device may be implemented as various products such as a smart watch, a smart band, and a smart glass.

또 다른 구현예에 따르면, 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment, a method of manufacturing a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester is provided.

상기 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 제조방법은 고분자 조성물을 사용하여 고분자층을 제작하는 단계(S1), 천 위에 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료를 적용하여 전도성 천을 제작하는 단계(S2), 상기 전도성 천 위에 상기 고분자층을 적층시키고 상기 고분자층 위에 또 다른 전도성 천을 적층시켜 이종구조의 적층체를 제작하는 단계(S3), 상기 이종구조의 적층체를 전도성 천과 닿는 고분자층의 표면만 녹일 수 있는 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도 범위에서 고분자 재료에 따른 적절한 온도 및 15 MPa 내지 30 MPa 압력의 조건에서 압착시키는 단계(S4), 고분자층의 압전 특성(piezoelectric properties)을 가지는 상(phase)의 결정성(crystallinity)을 높이기 위해 상기 이종구조의 적층체를 80 ℃ 내지 160 ℃의 온도 범위에서 고분자층의 압전 재료에 따른 적절한 온도에서 열처리하는 단계(S5), 그리고 상기 이종구조의 적층체를 폴링(poling)하는 단계(S6)를 포함한다. The method of manufacturing the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester may include preparing a polymer layer using a polymer composition (S1), and manufacturing a conductive cloth by applying a conductive material, such as a metal, a conductive polymer, or a combination thereof, onto the cloth (S2). ), Stacking the polymer layer on the conductive fabric and stacking another conductive fabric on the polymer layer (S3) to produce a laminate of the heterostructure, the surface of the polymer layer in contact with the conductive fabric laminate In the temperature range of 80 ° C to 120 ° C that can only be melted, the step of pressing at a suitable temperature according to the polymer material and a pressure of 15 MPa to 30 MPa (S4), a phase having piezoelectric properties of the polymer layer In order to increase the crystallinity of the (), the heterostructure laminate is applied to the piezoelectric material of the polymer layer in the temperature range of 80 ℃ to 160 ℃. Another step of heat treatment at an appropriate temperature (S5), and a step (S6) for polling (poling), a layered product of the heterostructure.

먼저, 고분자층을 제작하는 단계(S1)를 설명한다.First, the step (S1) of manufacturing the polymer layer will be described.

상기 고분자층은 고분자 조성물을 예컨대 테이프 캐스팅(tape casting)을 이용하여 제작할 수 있다. 테이프 캐스팅을 진행함에 있어 고분자가 용해된 용액의 농도를 예컨대 약 20 wt% 내지 30 wt%의 범위 내에서 사용할 수 있다. 예를 들어, 고분자가 용해된 용액을 떨어뜨린 후 1 cm/sec 내지 3 cm/sec의 속력으로 테이프 캐스팅하여 상기 고분자층을 생성할 수 있다. 상기 고분자층의 두께는 예컨대 약 70 μm 내지 150 μm 의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 테이프 캐스팅에 쓰이는 닥터 블레이드(doctor blade)의 높이는 500 μm 내지 1000 μm을 가지며, 1 cm/sec 내지 3 cm/sec 속력으로 조절할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer layer may be manufactured by, for example, tape casting. In proceeding with the tape casting, the concentration of the solution in which the polymer is dissolved may be used, for example, in the range of about 20 wt% to 30 wt%. For example, the polymer layer may be generated by dropping the solution in which the polymer is dissolved and then tape casting at a speed of 1 cm / sec to 3 cm / sec. The thickness of the polymer layer may for example be in the range of about 70 μm to 150 μm. For example, a doctor blade used for tape casting has a height of 500 μm to 1000 μm and can be adjusted at a speed of 1 cm / sec to 3 cm / sec, but is not limited thereto.

이 때 고분자층의 두께는 천의 기하학 구조(geometry)에 따라 고온 압착 이후 두 전도성 천이 맞닿지 않을 정도의 두께를 가지면 제약 없이 사용 가능하다. 상기 테이프 캐스팅에 사용되는 용매(solvent)는 tetrahydrofuran (THF), methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) 등 기능성 고분자 필름의 재료를 녹일 수 있는 물질이면 제약 없이 사용 가능하다.In this case, the thickness of the polymer layer may be used without limitation as long as the two conductive fabrics do not come into contact with each other after high temperature compression according to the geometry of the fabric. The solvent used for the tape casting may be used without limitation as long as it can dissolve materials of functional polymer films such as tetrahydrofuran (THF), methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), and dimethyl sulfoxide (DMSO). .

상기 압전 고분자에 관한 내용은 앞서 설명한 바와 같다.The content of the piezoelectric polymer is as described above.

다음으로, 전도성 천을 준비하는 단계(S2)를 설명한다.Next, the step (S2) of preparing a conductive cloth will be described.

상기 전도성 천은 천 소재 위에 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료를 적용하여 제작된다. 천, 금속 및 전도성 고분자에 관한 내용은 앞서 설명한 바와 같다.The conductive fabric is manufactured by applying a conductive material which is a metal, a conductive polymer, or a combination thereof on the fabric material. The content of the cloth, the metal and the conductive polymer is as described above.

전도성 천은 금속이나 고분자 전구체를 포함하는 용액 또는 잉크를 스프레이 코팅(spray coating), 침지법(dipping method), 전해도금(electroplating), 무전해도금(electroless-plating), 진공열증착(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 물리적 증착법(physical vapor deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition) 등의 방법을 이용하여 상기 천에 코팅시켜 제조될 수 있다. 상기에 나열한 증착 방법 중 천구조를 기반으로 제조된 전도층이면 특정 증착 방법에 제약을 두지는 않는다.The conductive cloth may be spray coated, dipping method, electroplating, electroless-plating, thermal evaporation of a solution or ink containing a metal or polymer precursor, It may be prepared by coating the fabric using a method such as sputtering, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition. The conductive layer manufactured based on the fabric structure among the deposition methods listed above is not limited to a specific deposition method.

이어서, 전도성 천 위에 상기 고분자층을 적층시키고 상기 고분자층 위에 또 다른 전도성 천을 적층시켜 이종구조의 적층체를 제작하는 단계(S3)를 거치게 된다. 상기 전도성 천 및 상기 고분자층 사이에는 예컨대 절연층과 같은 기타의 층이 개재되지 않을 수 있다.Subsequently, the polymer layer is laminated on the conductive fabric and another conductive fabric is laminated on the polymer layer to prepare a laminate having a heterogeneous structure (S3). Other layers, such as an insulating layer, may not be interposed between the conductive cloth and the polymer layer.

이어서, 이종구조의 적층체를 전도청 천과 닿는 고분자층의 표면만 녹일 수 있는 80℃ 내지 120 ℃의 온도 범위에서 고분자 재료에 따른 적절한 온도 및 15 MPa 내지 30 MPa 압력의 조건에서 압착시키는 단계(S4)를 거치게 된다. 본 발명의 전도성 천과 고분자층의 이종구조는 이와 같은 고온 압착을 이용하여 제조된다. 예를 들어, 상기 이종구조의 적층체를 압착하기 이전에 상기 이종구조의 적층체의 상부 및 하부에 각각 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 보호층은 고온 압착의 온도에서 녹지 않고 전도성 천과 고분자층에 기계적, 화학적 영향을 주지 않는 물질이면 제약 없이 사용 가능하다. 상기 압착은 보다 구체적으로 100℃ 이상 120 ℃ 이하의 온도 및 15 MPa 내지 30 MPa 압력 조건에서 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, the laminate of the heterostructure is pressed at a suitable temperature according to the polymer material and a pressure of 15 MPa to 30 MPa in the temperature range of 80 ℃ to 120 ℃ that can only melt the surface of the polymer layer in contact with the conductive wire cloth ( It goes through S4). The heterostructure of the conductive cloth and the polymer layer of the present invention is manufactured using such high temperature compression. For example, before pressing the laminate of the heterostructure, the method may further include forming protective layers on the upper and lower portions of the laminate of the heterostructure, respectively. The protective layer may be used without limitation as long as it does not melt at a high temperature compression temperature and does not have a mechanical or chemical effect on the conductive cloth and the polymer layer. In more detail, the pressing may be performed at a temperature of 100 ° C. or more and 120 ° C. or less and a pressure of 15 MPa to 30 MPa, but is not limited thereto.

고온 압착기(hot presser)의 두 개의 금속판(metal plate) 사이에 밑에서부터 보호층(protecting film), 하부 전도성 천, 고분자층, 상부 전도성 천, 보호층 순으로 금속판 중심에 맞춰 쌓여진 상태에서 고온 압착이 진행될 수 있다. 고온 압착을 진행함에 있어 계면 결합력(adhesion strength)을 높이기 위해 15 MPa 내지 30M Pa의 압력 조건 및 전도층 천과 닿는 고분자의 표면만 녹이는 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도 범위에서, 예를 들어 P(VDF-TrFE) 경우 P(VDF-TrFE) 필름이 녹지 않고 상기 압력 조건에서 전도성 천과 맞닿는 표면만 녹을 수 있는 100℃ 내지 110 ℃의 온도에서 인가하여 상기 이종구조를 가지는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 제조할 수 있다. 또한 고분자층을 녹이지 않고 전도성 천과 결합할 수 있는 온도 범위에서 압착하는 것을 특징으로 한다. Between the two metal plates of the hot presser, the hot pressing is carried out with the protective film from the bottom, the lower conductive cloth, the polymer layer, the upper conductive cloth, and the protective layer stacked in the center of the metal plate. Can proceed. In order to increase the interfacial strength in the hot pressing process, a pressure condition of 15 MPa to 30M Pa and a temperature range of 80 ° C. to 120 ° C., which melt only the surface of the polymer in contact with the conductive layer cloth, for example, P (VDF -TrFE) to fabricate a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having the heterostructure by applying the P (VDF-TrFE) film at a temperature of 100 ℃ to 110 ℃ that does not melt, but only the surface in contact with the conductive cloth under the pressure conditions. can do. In addition, it is characterized in that the compression in the temperature range that can be combined with the conductive cloth without melting the polymer layer.

이어서, 상기 이종구조의 적층체를 80 ℃ 내지 160 ℃의 온도 범위에서 고분자층의 압전 재료에 따라 적절한 온도에서 열처리하는 단계(S5)를 거친다. Subsequently, the laminate of the heterostructure is subjected to heat treatment at an appropriate temperature according to the piezoelectric material of the polymer layer in a temperature range of 80 ° C. to 160 ° C. (S5).

상기 온도에서 열처리함에 따라 고분자층의 압전 특성을 나타내는 상의 결정성을 높일 수 있다. 예를 들어, 열처리를 통해 P(VDF-TrFE)의 강유전 상(ferroelectric phase)인 β상의 결정성을 높일 수 있다. 열처리는 압전 상 의 최적의 결정성을 위해 예컨대 0.1 MPa 이하의 진공 또는 상압의 압력에서 80 ℃ 내지 160 ℃의 온도 범위에서 고분자층의 압전 재료에 따라 적절한 온도, 예를 들어 P(VDF-TrFE)의 경우 120 ℃ 내지 140 ℃의 온도로 1시간 내지 3시간 동안 진행할 수 있다. 이때 고분자가 녹지 않는 온도 범위에서 열처리 하는 것을 특징으로 한다. 열처리 이후 이종구조의 적층체를 진공오븐에서 상온으로 바로 꺼내어 상온, 상압 조건에서 ?칭(quenching)하여 식힌다. By heat treatment at the temperature it is possible to increase the crystallinity of the phase showing the piezoelectric properties of the polymer layer. For example, the crystallinity may increase the crystallinity of the β phase, which is a ferroelectric phase of P (VDF-TrFE). The heat treatment is carried out at an appropriate temperature, for example P (VDF-TrFE), depending on the piezoelectric material of the polymer layer in the temperature range of 80 ° C. to 160 ° C., for example at a vacuum or atmospheric pressure of 0.1 MPa or less for optimum crystallinity of the piezo phase. In the case of 1 to 3 hours may be carried out at a temperature of 120 ℃ to 140 ℃. At this time, the polymer is characterized in that the heat treatment in the temperature range does not melt. After the heat treatment, the laminate of the heterostructure is immediately taken out of the vacuum oven to room temperature, and cooled by quenching at room temperature and atmospheric pressure.

이어서, 압전 특성을 더욱 확보하기 위하여 상기 이종구조의 적층체를 폴링(poling)하는 단계(S6)를 거친다.Subsequently, in order to further secure the piezoelectric properties, the step S6 is performed to poll the laminate of the heterostructure.

폴링 온도는 항전기장(coercive field)을 낮추기 위해 퀴리온도(Curie temperature, Tc)보다 약간 작은 값, 예를 들어 P(VDF-TrFE) 경우 퀴리온도는 120 ℃이며 폴링 온도는 100 ℃의 값을 가진다. 폴링 과정은 항전기장 이상의 전기장을 인가하면서 온도를 상온에서 퀴리온도 근처로 올린 후 1시간 내지 2시간 유지 이후 다시 온도를 상온으로 내린 후 전기장을 제거한다. 이때 폴링 과정 중 쇼트를 방지하기 위해 한번에 항전기장 이상으로 전기장을 올리지 않고 일정 간격으로 올린 후 승온시킬 수 있다.Polling temperature is slightly lower than Curie temperature (T c ) to reduce the coercive field, for example P (VDF-TrFE), Curie temperature is 120 ℃ and Polling temperature is 100 ℃. Have The polling process increases the temperature from room temperature to near Curie temperature while applying an electric field above the anti-electric field, and then maintains the temperature for 1 hour to 2 hours and then lowers the temperature to room temperature to remove the electric field. At this time, in order to prevent a short during the polling process, the electric field may be raised at a predetermined interval without raising the electric field at one time or more, and then heated.

일 구현예에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법에 따르면, 전도성 천과 고분자층을 적층하는 단계가 고온, 고압에서 진행되어 전도성 천과 고분자층 사이 높은 결합력을 가지며 일상생활 속 거친 압력을 견디는 두께를 가져 유연한 에너지 하베스터로서 높은 안정성을 가질 수 있다. 또한, 테이프 캐스팅과 고온 압착을 이용하여 저비용, 대형화 및 대량생산이 가능하다.According to the fabric-based wearable piezoelectric energy harvester manufacturing method according to the embodiment, the step of laminating the conductive fabric and the polymer layer is carried out at a high temperature, high pressure to have a high bonding force between the conductive fabric and the polymer layer and to withstand the harsh pressure in everyday life It can have a high stability as a flexible energy harvester. In addition, by using tape casting and high temperature compression, low cost, large size, and mass production are possible.

이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Through the following examples will be described in more detail the embodiment of the present invention. However, the following examples are merely for illustrative purposes and do not limit the scope of the present invention.

천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 제조Fabrication of Cloth-based Wearable Piezoelectric Energy Harvesters

실시예 1Example 1

(1) 고분자층 제작(1) Polymer layer production

고분자층을 만들기 위해 75:25의 mol %를 가지는 poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] pellets을 methyl ethyl ketone (MEK) 용매(solvent)에 30 wt%로 넣고 24시간 동안 소니케이션(sonication) 처리 한다. 이후 24시간 동안 스터링(stirring)을 통해 P(VDF-TrFE) pellet을 MEK 용매에 완전히 녹인다. 완성된 P(VDF-TrFE) 용액 30 ml를 20×30 cm2 유리판(glass) 위에 떨어뜨린 후 650 μm의 높이로 맞춰진 닥터 블레이드(doctor blade)를 1 cm/sec의 속력으로 테이프 캐스팅(tape casting) 한다. MEK 용매가 증발하면 진공오븐 속 100 ℃에서 1시간 동안 건조(drying)시켜 MEK 용매를 완전히 증발시키고 꺼내어 식힌 후 3×3 cm2 면적으로 필름을 자른다.To make the polymer layer, poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P (VDF-TrFE)] pellets with 75% mol% were added to methyl ethyl ketone (MEK) solvent at 30 wt% and the solution was dissolved for 24 hours. Sonication processing. The P (VDF-TrFE) pellet is then completely dissolved in MEK solvent by sterling for 24 hours. 30 ml of the finished P (VDF-TrFE) solution is dropped onto a 20 × 30 cm 2 glass, then tape casting a doctor blade set to a height of 650 μm at a speed of 1 cm / sec. ) do. When the MEK solvent evaporates, it is dried for 1 hour at 100 ° C. in a vacuum oven to completely evaporate and remove the MEK solvent, cool, and cut the film into 3 × 3 cm 2 areas.

(2) 전도성 천 준비(2) conductive cloth preparation

전도성 천으로 상업적으로 사용 가능한 nickel과 copper가 코팅된 polyester 천(Less EMF Inc.)을 이용한다.Use commercially available nickel and copper coated polyester cloth (Less EMF Inc.) as the conductive cloth.

(3) 이종구조 적층체 제작 및 고온 압착(hot pressing) 공정 단계(3) fabrication of heterostructure laminate and hot pressing process step

전도성 천과 고분자층의 이종구조(heterostructure)를 위해 고온 압착기(hot presser, Carver Press)의 두 금속판(metal plate) 사이에 아래에서부터 보호층인 polyimide 필름, 2×2 cm2 면적의 전도성 천, 3×3 cm2 면적의 P(VDF-TrFE) 필름, polyimide 필름, 2×2 cm2 면적의 전도성 천, polyimide 필름 순으로 올린 후 각 필름 및 천의 중앙을 금속판 중앙에 맞추고 110 ℃에서 15 MPa의 압력으로 2분 이상 압착시킨다. 이때 전도성 천은 P(VDF-TrFE) 필름보다 작은 범위의 면적을 가지도록 설정한다. 보호층은 P(VDF-TrFE) 필름보다 큰 범위에서 면적을 가지도록 설정한다.Polyimide film, protective layer from below, between 2 metal plates of hot presser (Carver Press) for the heterostructure of conductive fabric and polymer layer, 2 × 2 cm 2 Area conductive cloth, 3 × 3 cm 2 Area P (VDF-TrFE) film, polyimide film, 2 × 2 cm 2 After raising the area of conductive cloth and polyimide film, the center of each film and cloth is centered on the metal plate and pressed for 2 minutes or more at 110 ° C. at a pressure of 15 MPa. In this case, the conductive cloth is set to have an area smaller than that of the P (VDF-TrFE) film. The protective layer is set to have an area in a range larger than that of the P (VDF-TrFE) film.

(4) 열처리(annealing) 단계(4) annealing step

이종구조를 가지는 P(VDF-TrFE) 필름의 강유전 β상의 결정성을 높이기 위해 진공오븐 속 0.1 MPa 이하의 진공에서 130 ℃에서 2시간동안 열처리한다. 열처리 이후 상온으로 바로 옮겨 ?칭(quenching)시켜 강유전 상(ferroelectric phase)인 β상의 라멜라(lamellar)의 크기를 억제하여 라멜라들이 P(VDF-TrFE) 표면에 정렬되기 쉽게 한다.In order to increase the crystallinity of the ferroelectric β-phase of the heterostructured P (VDF-TrFE) film, heat treatment was performed at 130 ° C. for 2 hours in a vacuum of 0.1 MPa or less in a vacuum oven. After the heat treatment, it is immediately transferred to room temperature and quenched, thereby suppressing the size of the β phase lamellar, which is a ferroelectric phase, so that the lamellars are easily aligned with the P (VDF-TrFE) surface.

(5) 폴링(poling) 단계(5) polling step

P(VDF-TrFE) 필름의 강유전 β상 내의 자발 분극을 필름 표면에 수직한 방향으로 정렬하기 위해 300 V 내지 2400 V의 전압을 전도성 천에 인가하여 폴링한다. 전압 인가를 유지하면서 온도를 상온에서 100 ℃까지 올린 후 1시간동안 유지하고 다시 상온으로 내린 후 전압 인가를 멈춘다.In order to align spontaneous polarization in the ferroelectric β phase of the P (VDF-TrFE) film in a direction perpendicular to the film surface, a voltage of 300 V to 2400 V is applied to the conductive cloth to poll. While maintaining the voltage applied to raise the temperature from room temperature to 100 ℃ and then maintained for 1 hour and lowered again to room temperature and stop the voltage application.

평가 1: 주사전자현미경 관찰Evaluation 1: Scanning Electron Microscopy

도 3은 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅으로 제작된 고분자층의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이고, 도 4는 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅으로 제작된 고분자층의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.3 is a scanning electron micrograph of the surface of the polymer layer produced by the tape casting according to Example 1, Figure 4 is a scanning electron microscope picture of the cross section of the polymer layer produced by the tape casting according to Example 1.

도 3 및 4를 참고하면, P(VDF-TrFE) 필름 표면은 50 nm 이하의 지름을 갖는 입자들로 이루어져 있다. P(VDF-TrFE) 필름의 단면은 균일한 두께를 가짐을 알 수 있다. 3 and 4, the surface of the P (VDF-TrFE) film is composed of particles having a diameter of 50 nm or less. It can be seen that the cross section of the P (VDF-TrFE) film has a uniform thickness.

도 5는 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천/ 고분자층/ 전도성 천의 이종구조의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이고, 도 6은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천/ 고분자층/ 전도성 천의 이종구조의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron micrograph of the surface of the heterostructure of the conductive fabric / polymer layer / conductive fabric after high temperature compression and heat treatment according to Example 1, Figure 6 is a conductive cloth / after high temperature compression and heat treatment according to Example 1 Scanning electron micrographs of cross sections of heterostructures of polymer layers / conductive fabrics.

도 5 및 6을 참고하면, 고온 압착 이후 전도성 천의 실과 실 사이 공간으로부터 P(VDF-TrFE) 필름이 빠져 나온 형태를 가지고 있다. 이종구조 단면은 볼록한 전도성 천의 형상을 따라 오목한 P(VDF-TrFE) 필름이 결합된 형태를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the P (VDF-TrFE) film is drawn out from the space between the yarn and the yarn of the conductive fabric after high temperature compression. It can be seen that the cross-section of the heterostructure has a shape in which a concave P (VDF-TrFE) film is bonded along the shape of the convex conductive cloth.

도 7은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 표면에 대한 주사전자현미경 사진이고, 도 8은 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the surface of the polymer layer from which the conductive cloth is removed after hot pressing and heat treatment according to Example 1, and FIG. 8 is a cross section of the polymer layer from which the conductive cloth is removed after hot pressing and heat treatment according to Example 1 Scanning electron micrograph.

도 7 및 8을 참고하면, P(VDF-TrFE) 표면은 전도성 천의 볼록한 형상의 반대되는 오목한 형상을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that the P (VDF-TrFE) surface has a concave shape opposite to the convex shape of the conductive cloth.

도 9는 실시예 1에 따른 고온 압착 및 열처리 이후 전도성 천을 제거한 고분자층의 표면의 라멜라(lamellar)에 대한 주사전자현미경 사진이다. FIG. 9 is a scanning electron micrograph of a lamellar on the surface of the polymer layer from which the conductive cloth is removed after high temperature compression and heat treatment according to Example 1. FIG.

도 9를 참고하면, P(VDF-TrFE) 표면은 열처리에 의해 도 3에서 보여주는 것과 같은 입자들이 아닌 라멜라(lamellar) 구조를 가지고 있다. 이때 라멜라는 ?칭에 의해 성장이 억제되어 직경이 10 nm 내지 50 nm이고, 길이는 100 nm 내지 500 nm인 작은 형태를 가진다. 길이가 짧은 라멜라일수록 기능성 고분자 필름 표면에 쉽게 평평하게 정렬될 수 있어 항전기장(coercive field)을 낮추는 효과를 가질 수 있다. 또한, 라멜라는 고온 압착에 의해 일정한 방향으로 정렬되어 있어 라멜라를 구성하는 체인들(chains)에 수직한 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 표면에 수직하게 정렬되는 효과를 가진다. 작은 라멜라들이 일정한 방향으로 정렬됨으로 인해 결과적으로 분극(polarization)을 위한 폴링 전기장(poling field)에 영향을 미치는 항전기장이 낮아지고 압전 포텐셜(piezoelectric potential)이 높아지는 효과가 기대된다.Referring to FIG. 9, the P (VDF-TrFE) surface has a lamellar structure rather than particles as shown in FIG. 3 by heat treatment. At this time, the lamellar has a small form of growth is inhibited by? Ching and has a diameter of 10 nm to 50 nm and a length of 100 nm to 500 nm. Shorter lamellae may be more easily aligned with the surface of the functional polymer film, thereby lowering the coercive field. In addition, the lamellas are aligned in a constant direction by hot pressing, so that a dipole moment perpendicular to the chains constituting the lamellas is aligned perpendicular to the surface. As the small lamellars are aligned in a constant direction, the antistatic field affecting the polling field for polarization is expected to be lowered and the piezoelectric potential is increased.

평가 2: 고온압착 전후의 이종구조의 두께 관찰Evaluation 2: Observation of Thickness of Heterostructure Before and After Hot Pressing

도 10은 실시예 1에 따른 테이프 캐스팅으로 제작된 고분자층과 고온 압착 이후 전도성 천과 고분자층의 이종구조의 열처리 전 후의 두께 그래프이다. 10 is a graph of thickness before and after heat treatment of the heterostructure of the conductive fabric and the polymer layer after the high temperature compression and the polymer layer produced by the tape casting according to Example 1.

도 10을 참고하면, 전도성 천의 두께는 80 μm이고 공정이 진행되면서 두께와 두께의 변화폭은 균일함을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the thickness of the conductive cloth is 80 μm and the variation in thickness and thickness is uniform as the process proceeds.

평가 3: 폴링 전압에 따른 압전계수 dEvaluation 3: Piezoelectric Factor d According to Polling Voltage 3333 (pC/N)의 그래프 graph of (pC / N)

도 11은 실시예 1에 따른 전도성 천과 고분자층이 이종구조를 가지는 구성되는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 폴링 전압에 따른 압전계수 d33 (pC/N)의 그래프이다. FIG. 11 is a graph of a piezoelectric coefficient d 33 (pC / N) according to a polling voltage of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a heterogeneous structure between the conductive cloth and the polymer layer according to Example 1. FIG.

도 11을 참고하면, 폴링 전압에 따라 d33의 절대값은 선형적으로 증가하며 2400 V의 폴링 전압에서 최대 -32 pC/N 값을 가진다.Referring to FIG. 11, the absolute value of d 33 increases linearly with the polling voltage and has a maximum value of −32 pC / N at a polling voltage of 2400 V. FIG.

평가 4: 외관 및 구부러짐 평가Evaluation 4: appearance and bending evaluation

도 12 및 13은 실시예 1에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 디지털 사진이다.12 and 13 are digital photographs of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to the first embodiment.

도 12를 참고하면, P(VDF-TrFE) 필름의 면적은 3×3cm2이고 전도성 천의 면적은 2×2cm2이다. 도 13을 참고하면, 최대 170 °까지 구부러진 이후에도 웨어러블 소자는 정상적으로 작동하여 높은 유연성(flexibility)과 안정성을 가짐을 알 수 있다. 이는 polyester 천이 금속의 기판(substrate) 역할과 P(VDF-TrFE) 필름을 지지(supporting)하는 역할을 동시에 할 수 있는 특성에 기인한다.Referring to FIG. 12, the area of the P (VDF-TrFE) film is 3 × 3 cm 2 and the area of the conductive cloth is 2 × 2 cm 2 . Referring to FIG. 13, it can be seen that the wearable device operates normally even after bending up to 170 °, and has high flexibility and stability. This is due to a property that can simultaneously serve as a substrate (substrate) of the polyester transition metal and supporting the P (VDF-TrFE) film.

평가 5: 압전 특성 평가Evaluation 5: Piezoelectric Property Evaluation

도 14는 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 손가락으로 누를 때 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이고, 도 15는 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 손가락으로 누를 때 생성되는 출력 전류를 나타낸 그래프이다. 도 14 및 15를 참고하면, 손가락으로 눌렀을 때 약 4 V의 전압과 50 nA의 전류가 생성됨을 알 수 있다. 이는 누를 때와 땔 때 peak의 높이와 두께가 다른 것은 변형률(strain rate)이 다르기 때문이다.FIG. 14 is a graph showing an output voltage generated when a finger presses a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1, and FIG. 15 is a cloth-based wearable piezoelectric polled at 2400 V according to Example 1. FIG. This graph shows the output current generated when the energy harvester is pressed with a finger. Referring to FIGS. 14 and 15, it can be seen that when a finger is pressed, a voltage of about 4 V and a current of 50 nA are generated. This is because the height and thickness of the peak at the time of pressing and releasing are different because of the strain rate.

도 16은 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 팔꿈치에서 구부릴 때 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이고, 도 17은 실시예 1에 따른 2400 V에서 폴링된 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 팔꿈치에서 구부릴 때 생성되는 출력 전류를 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph showing an output voltage generated when the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester polled at 2400 V according to Example 1 is bent at an elbow, and FIG. 17 is a cloth-based wearable piezoelectric polled at 2400 V according to Example 1. FIG. This graph shows the output current generated when the energy harvester is bent at the elbow.

도 16 및 17을 참고하면, 팔꿈치에서 구부릴 때 약 4.5 V의 전압과 45 nA의 전류가 생성되었다. 구부릴 때와 펼 때 peak의 높이와 두께가 다른 것은 변형률이 다르기 때문이다.Referring to FIGS. 16 and 17, a voltage of about 4.5 V and a current of 45 nA were generated when bending at the elbow. The difference between the height and thickness of the peak during bending and unfolding is due to the different strains.

(참고 실시예)(Reference Example)

실시예 2Example 2

실시예 1의 nickel과 copper가 코팅된 polyester 천 대신 사용 가능한 전도성 천을 침지법(dipping method)을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다. 인공 섬유 polyester 대신 천연 섬유(natural fiber)인 실크(silk)로 이루어진 천(fabric)을 전도성 carbon 나노튜브(nanotube) (CNT)를 포함하는 용액 속에 담가 표면에 CNT를 코팅하여 전도성 실크 천을 제조하는 방법이다.It relates to a method of manufacturing a conductive cloth that can be used in place of nickel and copper coated polyester cloth of Example 1 using a dipping method. A method of manufacturing a conductive silk cloth by coating a CNT on a surface by immersing a fabric made of silk, which is a natural fiber instead of an artificial fiber polyester, in a solution containing conductive carbon nanotubes (CNT). to be.

본 실시예에 따르면, 전도성 multi-walled carbon nanotube (MWCNT)와 계면 활성제(surfactant)인 sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS)가 각각 10 mg/ml, 20 mg/ml의 농도로 첨가된 수용액을 20분간 팁 소니케이션(tip sonication)으로 처리하고 60분간 소니케이션(sonication)으로 처리하여 MWCNT가 잘 분산된(well dispersed) 용액을 얻는다. 실크 천을 5~7초 동안 MWCNT 용액에 담근 후 빼내어 진공오븐 속 100 ℃에서 15분간 건조(drying)한 후 상온에서 식힌다. MWCNT 용액에 담그고 건조한 후 식히는 과정을 3~5번 반복하면 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터에 적용될 수 있는 전도성 천이 제조된다.According to this embodiment, tip sonication is performed for 20 minutes in an aqueous solution in which conductive multi-walled carbon nanotube (MWCNT) and surfactant sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) are added at concentrations of 10 mg / ml and 20 mg / ml, respectively. Treatment with tip sonication and sonication for 60 minutes yields a well dispersed solution of MWCNTs. After immersing the silk cloth in MWCNT solution for 5-7 seconds, it is dried for 15 minutes at 100 ° C. in a vacuum oven and cooled at room temperature. Repeating the process of immersing in the MWCNT solution, drying and cooling 3 to 5 times, a conductive cloth that can be applied to the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester is manufactured.

실시예Example 3 3

실시예 1의 P(VDF-TrFE) 필름 대신 사용 가능한 압전 barium titanate (BaTiO3) 나노입자(nanoparticle)와 P(VDF-TrFE) 필름으로 구성된 압전 세라믹-압전 고분자 혼합물(composite)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 압전 세라믹 BaTiO3는 양의 d33 값을 가지고 압전 고분자 P(VDF-TrFE)는 음의 d33 값을 가져 대표 실시예와 다른 폴링 과정을 가진다.In the method for producing a piezoelectric ceramic-piezoelectric polymer composite (composite) consisting of piezoelectric barium titanate (BaTiO 3 ) nanoparticles and P (VDF-TrFE) film can be used in place of the P (VDF-TrFE) film of Example 1 It is about. The piezoelectric ceramic BaTiO 3 has a positive d 33 value and the piezoelectric polymer P (VDF-TrFE) has a negative d 33 value and has a different polling process from the representative embodiment.

BaTiO3 나노입자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 제작하기 위해 P(VDF-TrFE) pellet과 200 nm 내지 700 nm 크기의 BaTiO3 나노입자를 MEK 용매에 넣고 소니케이션과 스터링을 통해 P(VDF-TrFE) pellet을 녹이고 BaTiO3 나노입자를 분산시킨다. 이후 테이프 캐스팅, 건조, 고온 압착, 열처리는 본 발명의 대표 실시예와 같은 공정으로 진행한다.To fabricate a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester containing BaTiO 3 nanoparticles, P (VDF-TrFE) pellets and 200-700 nm-sized BaTiO 3 nanoparticles were placed in MEK solvent and subjected to P (VDF) through sonication and sterling. Dissolve the pellet and disperse the BaTiO 3 nanoparticles. Thereafter, tape casting, drying, high temperature compression, and heat treatment are performed in the same process as the representative embodiment of the present invention.

도 18은 실시예 2에 따른 BaTiO3 나노입자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 투 스텝(two-step) 폴링 과정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 18을 참고하면, BaTiO3 나노입자는 7 MV/m의 항전기장(coercive field)를 가지고 P(VDF-TrFE)는 100 ℃에서 40 MV/m 내지 50 MV/m의 항전기장을 가진다. 첫 번째 폴링은 대표 실시예와 같은 과정으로 폴링하여 P(VDF-TrFE)의 분극을 정렬시킨다. 두 번째 폴링은 전극을 반대로 연결하여 40 MV/m보다 낮은 10 MV/m 정도의 전기장으로 폴링하여 BaTiO3 나노입자의 분극을 반대 방향으로 정렬시킨다. FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a two-step polling process of a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester including BaTiO 3 nanoparticles according to Example 2. FIG. Referring to FIG. 18, BaTiO 3 nanoparticles have a coercive field of 7 MV / m and P (VDF-TrFE) has a constant field of 40 MV / m to 50 MV / m at 100 ° C. FIG. The first polling is performed in the same manner as the representative embodiment to align the polarization of P (VDF-TrFE). The second polling connects the electrodes in reverse, polling them with an electric field of about 10 MV / m lower than 40 MV / m to align the polarization of BaTiO 3 nanoparticles in the opposite direction.

도 19는 BaTiO3 나노입자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터의 two-step 폴링 이후 P(VDF-TrFE)와 BaTiO3 나노입자의 분극상태를 보여주는 모식도이다. 도 19를 참고하면, P(VDF-TrFE)와 BaTiO3 나노입자는 반대 방향으로 분극을 가지지만 BaTiO3는 양의 d33 값을 가지고 P(VDF-TrFE)는 음의 d33 값을 가져 혼합물이 기계적 변형(compressive stress)을 받을 때 P(VDF-TrFE)는 분극 방향과 같은 방향의 전위차를 생성하고, BaTiO3 나노입자는 분극 방향의 반대 방향의 전위차를 생성하여 결과적으로 두 물질이 같은 방향의 전위차를 생성한다. 따라서 혼합물이 P(VDF-TrFE) 필름보다 향상된 압전 특성을 가질 수 있다.19 is a schematic view showing a polarization state after the two-step the polling of the cloth-based wearable piezoelectric energy harvester including a BaTiO 3 nano particles P (VDF-TrFE) and BaTiO 3 nano particles. Referring to FIG. 19, P (VDF-TrFE) and BaTiO 3 nanoparticles have polarization in opposite directions, but BaTiO 3 has a positive d 33 value and P (VDF-TrFE) has a negative d 33 value mixture. Under this mechanical stress, P (VDF-TrFE) produces a potential difference in the same direction as the polarization direction, while BaTiO 3 nanoparticles produce a potential difference in the opposite direction to the polarization direction, resulting in two materials in the same direction. Produces a potential difference of. Thus, the mixture may have improved piezoelectric properties than the P (VDF-TrFE) film.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.

100 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터
10 제1 전극
20 제2 전극 30 고분자층
40 제1 보호층 50 제2 보호층
100 Cloth Based Wearable Piezo Energy Harvester
10 first electrode
20 Second electrode 30 Polymer layer
40 First passivation layer 50 Second passivation layer

Claims (16)

서로 대향하여 위치하고 전도성 천을 포함하는 제1 전극 및 제2 전극, 그리고
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하는 고분자층을 포함하고,
상기 전도성 천은 천, 그리고 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료를 포함하는
천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
A first electrode and a second electrode positioned opposite each other and comprising a conductive cloth, and
It includes a polymer layer positioned between the first electrode and the second electrode,
The conductive cloth includes a cloth and a conductive material which is a metal, a conductive polymer, or a combination thereof.
Cloth based wearable piezo energy harvester.
제1항에서,
상기 고분자층은 상기 제1 전극 층의 일면 및 상기 제2 전극 층의 일면과 접촉하여 위치하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The polymer layer is a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester is positioned in contact with one surface of the first electrode layer and one surface of the second electrode layer.
제1항에서,
상기 전도성 천은 상기 천에 존재하는 빈 공간 사이로 상기 전도성 재료가 빠져 나온 형상을 가지는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The conductive cloth is a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a shape in which the conductive material escapes between the empty spaces present in the cloth.
제1항에서,
상기 고분자층은 오목한 패턴을 가지고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 볼록한 패턴을 가지는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The polymer layer has a concave pattern, the first electrode and the second electrode is a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester having a convex pattern, respectively.
제1항에서,
상기 고분자층은 polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)], 또는 이들의 조합인 압전 고분자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The polymer layer is a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester comprising a piezoelectric polymer which is polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P (VDF-TrFE)], or a combination thereof.
제1항에서,
상기 고분자층은 silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), 또는 이들의 조합인 유연한 (flexible) 고분자를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The polymer layer is silicone rubber, polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), A cloth-based wearable piezoelectric energy harvester comprising a flexible polymer that is ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), polyamide (PA), or a combination thereof.
제1항에서,
상기 고분자층은 zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO3), lithium niobate (LiNbO3), potassium niobate (KNbO3), barium titanate (BaTiO3), bismuth ferrite (BiFeO3), carbon 나노튜브(nanotube), carbon 나노파이버(nanofiber), silver 나노와이어(nanowire) 및 silver 나노입자(nanoparticle) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The polymer layer is zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), bismuth ferrite (BiFeO 3) ), a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester further comprising one or two or more selected from carbon nanotubes, carbon nanofibers, silver nanowires, and silver nanoparticles.
제1항에서,
상기 천은 면(cotton), 실크(silk), 울(wool), 나일론(nylon), polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI) 및 polyamide (PA) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The fabric is cotton, silk, wool, nylon, polyester, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE) Fabric-based wearable piezoelectric energy harvesters, one or more selected from polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), and polyamide (PA).
제1항에서,
상기 전도성 고분자는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(p-phenylene sulfide) (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY), polyacetylene (PAC), poly(3-hexylthiophene) (P3HT), poly(p-phenylene vinylene) (PPV) 및 polythiphene 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The conductive polymer is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly (p-phenylene sulfide) (PPS), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPY), polyacetylene (PAC), poly (3-hexylthiophene) (P3HT ), one or more fabric-based wearable piezoelectric energy harvesters selected from poly (p-phenylene vinylene) (PPV) and polythiphene.
제1항에서,
상기 금속은 aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe) 및 cobalt (Co) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The metal is aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), zinc (Zn), iron (Fe) and cobalt ( A cloth-based wearable piezoelectric energy harvester, which is one or two or more selected from Co).
제1항에서,
상기 제1 전극이 상기 고분자층과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제1 보호층을 포함하고,
상기 제2 전극이 상기 고분자층과 대면하는 면의 반대 쪽 면 위에 제2 보호층을 포함하는
천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터.
In claim 1,
The first electrode includes a first protective layer on a surface opposite to a surface facing the polymer layer,
The second electrode includes a second protective layer on the opposite side of the surface facing the polymer layer
Cloth based wearable piezo energy harvester.
고분자 조성물을 사용하여 고분자층을 제작하는 단계,
천 위에 금속, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합인 전도성 재료가 적용된 전도성 천을 준비하는 단계,
상기 전도성 천 위에 상기 고분자층을 적층시키고 상기 고분자층 위에 또 다른 전도성 천을 적층시켜 이종구조의 적층체를 제작하는 단계,
상기 이종구조의 적층체를 80 ℃ 이상 120 ℃ 이하의 온도 및 15 MPa 내지 30 MPa 압력의 조건에서 압착시키는 단계,
상기 이종구조의 적층체를 80 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 열처리하는 단계, 그리고
상기 이종구조의 적층체를 폴링(poling)하는 단계
를 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법.
Preparing a polymer layer using the polymer composition,
Preparing a conductive cloth to which a conductive material, which is a metal, a conductive polymer, or a combination thereof, is applied on the cloth,
Stacking the polymer layer on the conductive fabric and stacking another conductive fabric on the polymer layer to manufacture a laminate having a heterogeneous structure;
Pressing the laminate of the heterostructures at a temperature of 80 ° C. or more and 120 ° C. or less and a pressure of 15 MPa to 30 MPa,
Heat-treating the laminate of the heterostructure at a temperature of 80 ° C. to 160 ° C., and
Polling the laminate of the heterostructures
Cloth-based wearable piezoelectric energy harvester manufacturing method comprising a.
제12항에서,
상기 고분자층은 테이프 캐스팅(tape casting) 기법을 이용하여 제작되는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법.
In claim 12,
The polymer layer is a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester manufacturing method produced using a tape casting (tape casting) technique.
제12항에서,
상기 전도성 재료는 스프레이 코팅(spray coating), 침지법(dipping method), 전해도금(electroplating), 무전해도금(electroless-plating), 진공열증착(thermal evaporation), 스퍼터링(sputtering), 물리적 증착법(physical vapor deposition), 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition)을 이용하여 상기 천 위에 적용되는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법.
In claim 12,
The conductive material may be spray coating, dipping method, electroplating, electroless-plating, thermal evaporation, sputtering, physical vapor deposition. A fabric-based wearable piezoelectric energy harvester manufacturing method applied to the fabric using vapor deposition, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition.
제12항에서,
상기 이종구조의 적층체를 압착하기 이전에 상기 이종구조의 적층체의 상부 및 하부에 각각 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조방법.
In claim 12,
And forming protective layers on the upper and lower portions of the laminate of the heterostructure, respectively, before pressing the laminate of the heterostructure.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 천 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 장치.A wearable device comprising a cloth-based wearable piezoelectric energy harvester according to any one of claims 1 to 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11932558B1 (en) * 2020-03-02 2024-03-19 University Of Rhode Island Board Of Trustees Piezocatalysis using piezoelectric polymers
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