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[이내응교수/우수논문] Nano Energy.Volume 30,1 December 2016,Pages 434-442
No 1
Date 2016/11/18



이내응 교수

(공과대학 신소재공학부)


 Impact Factor('14) = 10.32



Nano Energy.Volume 30, 1 December 2016, Pages 434-442

A durable and stable piezoelectric nanogenerator with nanocomposite nanofibers embedded in an elastomer under high loading for a self-powered sensor system

Siddiqui, S, Kim, D.-I, Roh, E, Duy, L.T, Trung, T.Q, Nguyen, M.T, Lee, N.-E.



Practical usage of piezoelectric nanogenerators (PENGs) under heavy loading environments for high power generation, such as smart shoes, has been limited due to the low mechanical endurance of many piezoelectric materials. Durability and performance under harsh environments are a stumbling block for the practical application of PENGs. Synthesis of piezoelectrically enhanced nanofibers electrospun from nanocomposite of barium titanate nanoparticles (BT NPs) dispersed in poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) enables successful fabrication of a robust, efficient, flexible and lead-free PENG. A nanofiber PENG (nf-PENG) fabricated by embedding nanocomposite nanofibers in an elastomer film is demonstrated for biomechanical energy harvesting and storage during walking. When placed inside of a shoe, a nf-PENG loaded with 15 wt% BT NPs can generate an output of 25 V at a walking frequency of 0.6 Hz with high mechanical durability under very high loads (600 N). This can charge a 4.7 µF capacitor after approximately 72 steps. The stored charge can operate a strain sensor without any external power supply. The high performance of the nf-PENG is mainly attributed to the self-poled nanocomposite nanofibers. Additionally, embedding the nanofibers into an elastomer provided high durability by protecting the nanofibers from mechanical damage. Furthermore, the devices small form factor, flexibility, and transparency make this nf-PENG suitable for applications in wearable electronics, where aesthetics and comfort are also desired (in addition to performance). This work demonstrates the possibility of highly durable, efficient, and self-powered wearable sensing systems that can work under extreme environments. © 2016 Elsevier Ltd



이내응교수 연구소개 [프로필보기]  

 저의 실험실은 반도체 기술에 기반을 둔 바이오 나노소재, 소자 및 시스템 등에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 최근 CNT, 그라핀 (graphene), 그라핀 산화물 (graphene oxide) 등의 나노 소재에 기반을 둔 바이오 나노소재의 제작 및 특성 향상에 관한 연구를 진행하여 오고 있습니다. 또한 그라핀 등의 나노 반도체 및 유기 반도체 기반의 투명성 바이오 전계효과 트랜지스터  (Bio-FET) 소자 등 나노소재 기반 바이오 센서를 개발하고 있습니다. 이들 나노기반 바이오센서들을 활용하여 암진단용 초고감도 면역진단에 관한 연구를 진행하고 있으며, 또한 초소형 셀 성장 장치 내에 바이오 센서를 내장시키고 이들을 광학현미경과 집적화 하여 셀 성장 시 현미경적 관찰과 동시에 셀 대사의 실시간 모니터링을 할 수 있는 시스템을 구축하고, 이를 활용한 cellomics study, 나노독성 측정 등의 연구를 수행하고 있습니다. 이들 기술을 기반으로 저가 초소형 바이오 진단 시스템의 개발이 중요한 관심사 중의 하나입니다.


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