BaTiO3 압전 나노튜브 어레이로 제작된 플렉서블 에너지 하베스터의 발전성능 최적화 연구 :A study on the optimization of the output performance of energy harvester based on a perovskite BaTiO3 nanotube arrays

이재훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이재훈 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 박귀일

발행연도: 2022

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이용수31

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

BaTiO3 압전 나노튜브 어레이로 제작된 플렉서블 에너지 하베스터의 발전성능 최적화 연구

이재훈 신소재공학부 2022.01 학위논문

2021

1차원 BaTiO3 나노튜브 어레이의 압전발전성능에 수열합성 반응 조건이 미치는 영향

이재훈 , 현동열 , 허동훈 외 1명 한국분말야금학회지 2021.01 학술저널

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Synthesis approaches for diverse morphologies of 1D piezoelectric ceramic nanomaterials are still challenging to investigate nanoscale properties and applications. In this work, we demonstrated a vertically grown barium titanate (BaTiO3; BT) nanotube (BT NT) arrays fabricated using optimized electrochemical anodization and hydrothermal reaction. A single BT NT-based piezoelectric device was fabricated on a flexible plastic substrate using a highly controlled focused ion beam-assisted method. The single BT NT device produced a piezoelectric voltage of ~150 mV and a current of ~3 nA when the NT was mechanically stimulated by bending and releasing, which are higher than previously reported values for 1D piezoelectric nanoscale materials. Finally, a flexible piezoelectric energy harvester (f-PEH) was achieved using vertically grown BT NT arrays with an elastomer as a vertically aligned nanocomposite; its generated maximum open-circuit voltage and short-circuit current were ~1.0 V and ~20 nA, respectively. The approach in this study can propose the vision for more advanced 1D piezoceramic nanomaterials and future piezoelectric nanodevices.

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론적 배경 4
Ⅱ-1. 압전 에너지 하베스팅 4
Ⅱ-1.1. 압전 효과 4
Ⅱ-1.3. 압전 에너지 하베스터의 연구동향 7
Ⅱ-2. 압전 세라믹 소재 10
Ⅱ-2.1. 압전 세라믹 소재 10
Ⅱ-2.3. BaTiO3 나노 소재의 압전 특성 17
Ⅲ. 실험 방법 20
Ⅲ-1. BaTiO3 나노튜브 어레이 제작 20
Ⅲ-1.1. TiO2 나노튜브 어레이 제조 20
Ⅲ-1.2. BaTiO3 나노튜브 어레이 제조 22
Ⅲ-2. 분석 및 특성평가 24
Ⅲ-2.1. 결정구조 및 미세구조 분석 24
Ⅲ-2.3. 압전상수 분석 25
Ⅲ-3. 플렉서블 에너지 하베스터 제작 및 성능평가 27
Ⅲ-3.1. 다중물리 COMSOL 시뮬레이션 해석 27
Ⅲ-3.2. 단일 BaTiO3 나노튜브 기반의 에너지 하베스터 제작 28
Ⅲ-3.3. BaTiO3 나노튜브 어레이를 이용한 에너지 하베스터 제작 30
Ⅲ-3.4. 생성 전기 신호 측정 32
Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 34
Ⅳ-1. BaTiO3 나노튜브 어레이의 물성 및 형상 분석 34
Ⅳ-1.1. 최적의 형상을 위한 양극산화 조건 설정 34
Ⅳ-1.2. BaTiO3 나노튜브 어레이의 미세구조 및 결정구조 분석 39
Ⅳ-1.3. BaTiO3 나노튜브 어레이의 압전상수 분석 42
Ⅳ-2. 에너지 하베스터 제작 및 발전성능 평가 45
Ⅳ-2.1. Multiphysics COMSOL 시뮬레이션 해석 결과 45
Ⅳ-2.2. 수열합성 조건이 발전성능에 미치는 영향 49
Ⅳ-2.3. BaTiO3 나노튜브 어레이 기반 플렉서블 소자의 성능 평가 59
Ⅴ. 결론 65
참고 문헌 67

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