전기활성 유전 탄성체의 에너지 수확 성능 :

최영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최영 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 이동주

발행연도: 2016

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이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

전기활성 유전 탄성체의 에너지 수확 성능

최영 기계공학과 2016.01 학위논문

2015

보강재 및 하중 유형에 따른 유전 탄성체의 에너지 수확 효율

최영 , 이동주 대한기계학회 춘추학술대회 2015.04 학술대회자료

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본 연구의 목적은 EADE(Electro-active dielectric elastomer, 전기 활성 유전 탄성체)의 에너지 수확성능을 고찰하는 것이다. 전기 활성 고분자 재료는 전기 에너지와 기계에너지를 호환 할 수 있는 재료이다. 이 재료는 가볍고 기계적 유연성을 가지고 있으며 쉽게 가공 할 수 있는 등 일반적인 장점을 가지고 있다. 특히 전기 활성 고분자 재료의 일종인 유전 탄성체의 기술이 발전함에 따라 효율적이고 저렴한 에너지 수확 수단을 새로 개발 할 수 있게 되었다. 예를 들면 풍력, 파도, 인체 운동 등을 이용하여 에너지를 수확할 수 있게 되었다. 이는 모두 유전 탄성체를 이용한 발전기에 대한 연구를 기반으로 하고 있다.
본 논문은 4장으로 구성되었다. 제1장에서는 EADE의 소개와 연구배경 및 연구목적을 서술하고 제2장은 실험에 관한 것과 ABAQUS를 이용하여 실험을 해석한 것 을 서술하였으며 제3장에서는 실험결과 및 토의 마지막 제4장에서는 결론을 서술하였다. 시편은 전극과 탄성체로 구성되었다. 이번 연구에서 사용한 전극은 우리 연구실에서 개발, 제작한 전극을 사용하였고 전극의 비저항은 , 인장강도는 0.45MPa, 인장 탄성률은 0.21MPa 며 신장률은 184이다. 실험방법은 압축, 인장 및 판 처짐 진동으로 나뉘었다. 시편은 두께별로 적층하여 만들었다. 그리고 수확효율을 제고하기 위하여 기지재(KE-12)에 을 첨가하고 또한 시편의 유연성을 제고하기 위하여 Thinner를 첨가하였다.
일반적으로 결과에는 맥스웰 변형력 이론을 바탕으로 단순한 예측 모델과 좋은 일치를 보여 준다. 출력 전압이 압축 긴장한 제곱근과 탄성체 및 전극의 탄성 계수와 시편의 두께로 직접적인 관계가 되어 있어야 한다.
판 처짐 진동 실험에서 시편이 진동하는 진폭()이 증가할수록 출력된 전압은 증가하고 시편의 두께()가 증가할수록 출력된 전압은 증가하며 시편이 진동하는 주파수()가 증가할 때 출력된 전압은 감소한다. 또한 판 처짐 진동 실험에서 3가지 반경(R=5mm, 20mm, 30mm)을 가진 하중체로 실험을 진행하였다. R=20mm와 R=30mm인 하중체인 경우 측정된 출력된 전압 값은 R=20mm일 때 R=30mm보다 더 컸다. 그리고 3가지 반경을 가진 하중체에서 R=5mm인 경우 출력된 전압 값이 제일 작았다.

The purpose of this study is to investigate the performance of energy harvesting EADE(electro-active dielectric elastomer). Electroactive polymer material is a material that is compatible with the mechanical energy to electrical energy and vice versa. This material has a general advantage such as easy processing, large flexibility, chemical stability and economical reason. In particular, the dielectric elastomer has been developed as new energy-efficient and affordable means to harvest electrical energy from mechanical energy as a type of electro-active polymer materials development. For example, it has been used to harvest the electrical energy using wind, waves, body movements, etc. All of these are based on the studies of the generator using a dielectric elastic body.
This paper is organized into four chapters. Chapter 1 has an introduction of EADE, research background and the research objectives, Chapter 2 describes the experimental details such as used materials and manufacturing processes. Results and Discussion are in Chapter 3 including the analytical results using ABAQUS to explain the experimental results. Chapter 4 has the conclusions as follows. The specimen was composed of the electrode and the elastic body. Electrodes used in this study has a specific resistance of , the tensile strength of 0.45MPa, tensile modulus of 0.21MPa and total elongation of 184 which are optimized in our laboratory. Experimental methods were divided into compression, tension, deflection and vibration plate. Specimen made by laminating thickness. And was added to enhance the efficiency of the harvest to the base material(KE-12). Also, thinner is added to enhance the flexibility of the specimen. In general, the results show a good agreement with the simple prediction model based on the Maxwell stress theory. The output voltage is directly related to the thickness of the compression elastic modulus of nervous root and polymer-electrode and the specimen.
As the vibration amplitude of deflection plates (10mm30mm) is increased in the vibration test, the output voltage increases. Also, the specimen thickness (0.5mm2.0mm) increases, the output voltage of the specimen increases. However, the frequency (1Hz3Hz) increase leads to the output voltage decrease. To study the effects of total strain of the specimen, the loading tip with different three radii (R=5mm, 20mm, 30mm) is used for the plate deflection vibration test. It is found that tip with R=20mm and R=30mm has the higher output voltage value than R=5 mm even though the total strain with R = 5mm is the largest.

#전기활성 유전 탄성체 #에너지 수확

감사의 글
※ List of Table and Figures
1.서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 및 목적 4
2. 실험 5
2.1 전극 제작 5
2. 2 탄성체 제작 7
2. 3 시편 제작 9
2. 4 실험 방법 13
2. 5 ABAQUS 해석 17
3. 실험 결과 및 분석 19
3. 1 전극의 전기적 및 기계적 특성 19
3. 2 탄성체의 전기적 및 기계적 특성 21
3. 3 압축 실험 22
3. 4 인장 실험 27
3. 5 압축실험 과 인장실험의 비교 30
3. 6 판 처짐 진동 실험 33
3. 7 ABAQUS 해석 결과 37
4. 결론 42
참고문헌 43
영문 요약 45
국문 요약 47

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