마찰전기 에너지 하베스팅 성능 향상을 위한 PDMS/Cu₂O 복합체의 합성 공정 조건 및 함량 조절

Abstract

본 연구에서는 마찰 에너지 변환 나노발전기(triboelectric nanogenerator, TENG)의 출력 성능 향상을 위하여 Cu₂O 필러가 도입된 폴리디메틸실록산-Cu₂O 복합체를 제작하고, 합성 조건 및 함량 변화에 따른 구조적·전기적 특성을 체계적으로 분석하였다. Cu₂O는 알칼리 조건에서 전구체의 수산화 반응 및 아스코르빈산 환원 반응을 거쳐 합성되었으며, 합성 온도 변화에 따라 입자의 크기 및 입도 분포가 조절되었다. XRD 및 SEM 분석 결과, 합성 온도 증가와 함께 입도 분포가 균일해지는 경향이 확인되었으며, 이를 PDMS 매트릭스에 적용하여 복합체를 제조하였다. 출력 특성 평가 결과, 순수 PDMS 기반 소자는 평균 119V의 전압과 28.69mA/m²의 전류 밀도를 나타낸 반면, Cu₂O 7 wt% 첨가 시 전압은 410V, 전류 밀도는 44.76mA/m²로 각각 약 3.4배 및 1.6배 향상되었다. 유전율 측정 결과, Cu₂O 첨가에 따라 유효 유전율이 상승하였으며, 이는 전하 저장 능력 증대에 직접적으로 기여하였다.