일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.6.29

CFRP 전극에 압전 기능
전원 없는 IoT 센서 등에 기대

도호쿠대학 대학원 환경과학연구과 나리타(成田) 교수 연구팀은 2023년 6월 15일, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 전극에 압전 기능을 부여한 발전 디바이스 ‘탄소섬유강화 압전 진동 에너지 하베스터’(C-PVEH)를 개발했다고 발표했다. 진동을 줌으로써 전원 없이 LED 점등에 성공했다.

영국 리즈대학교와 공동으로 개발했다. 평균 입경이 약 200nm인 압전나노입자(니오브산 칼륨 나트륨)를 에폭시 수지에 분산시킨 복합재료를 CFRP 전극에 적층했다. 이에 따라 가볍고 전기 전도성과 기계적 안정성이 우수한 CFRP에, 변형률을 전기로 바꾸는 압전 기능을 부여할 수 있었다.

C-PVEH 한쪽을 고정하고, 고정단에 주파수 208Hz에서 진폭 0.05mm 진동을 줬더니 약 90µW/cm3의 출력을 얻었다. 최대 전압은 약 8.45V로, CFRP로 강화하지 않은 압전 진동 디바이스(PVEH)에 비하면 상당히 컸다. 이를 통해 LED를 점등시키거나 센서 정보를 무선 송신할 수 있다고 한다.

주변에 있는 진동이나 빛, 소리 등을 전기로 바꾸는 환경발전은 전원 프리나 배터리 교환이 필요 없는 IoT(사물인터넷) 센서를 실현하기 위한 기술로 주목받고 있다. “개발한 압전 디바이스는 앞으로 다양한 응용을 위해 최적 디바이스 설계나 신뢰성/내구성 평가 등을 추진해 나간다”(도호쿠대학).

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