에너지 하베스팅 소재 리포트

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본문내용

-PVDF
PVDF는 polyvinylidene-fluoride을 칭하며 아래 그림과 같이 CH2CF2가 반복적으로 구성되는 선상고분자이다.

PVDF는 강한 C-F 쌍극자에 의해서 고분자 재료들 중에서 가장 큰 유전율을 나타내는 물질이며, 유기질 폴리머로 이루어져 있어서 부식에 대한 저항성도 강하고 열적 안정성, 화학적 저항성 등 우수한 재료적 특성을 가지고 있다. 다른 불소 중합체들과 달리 낮은 밀도를 가지고 있으며 약 140~150도의 온도까지 사용이 가능하다. 수분흡수가 없으며 내가수분해성도 가지고 있다.

PVDF의 다양한 결정구조

위의 그림과 같이 알파구조는 트랜스(T)와 고쉬(G)형태가 반복되어 나타난 TGTG’ 형태이고 베타는 TTTT, 감마형태는 TTTGTTTG’등의 형태로 다양한 결정구조를 가지고 있다.
이러한 사슬 형태 때문에 압전성과 같은 특수한 성질을 가지고 있으며, 재료에 압전 특성을 부여하기 위해서 기계적으로 분자 사슬의 방향을 쭉 뻗게 하면 긴장 상태에서 전극이 발생한다. 베타형태에서 압전특성과 높은 관련성을 가지고 있는데, 이는 고분자 사슬에서 구성원자의 전기음성도 차이에 따른 분극이 최대화 될 수 있는 구조이기 때문이다.

PVDF는 나노웹을 얻어서 필터, 부직포, 나노복합재료 및 에너지 저장 소재등으로 이용할 수 있다. 또한 필름을 제조하는데 사용되고 화학 프로세스용 밸브, 펌프 베어링에 사용되며 나아가 절연단자, 창틀실링재, 압력센서 등 매우 다양한 분야에서 이용된다. 우수한 내화학성, 높은 열 안정성, 높은 내마모성 등 화학적으로 공정하기도 비교적 편리하고 우수한 기계적 특성도 가지고 있기 때문에 강한 하중을 받거나 높은 온도가 가해지는 환경에서도 자주 사용된다. 이러한 기계적 특성과 더불어 높은 전기장 하에서도 안정적이라는 장점으로 인하여 엑츄에이터, 바이오센서, 에너지수확 물질, 오디오 장비, 비휘발성 메모리, 다양한 전지 등을 개발하는 산업분야에서 널리 사용되고 있다.
다양한 분야에서 사용하는 만큼 공정과정에 따라 얻을 수 있는 효과도 다양하다.
전기방사를 통해 PVDF를 공정하면 높은 비표면적을 가진 나노웹을 얻을 수 있다. 이를 통해 가벼운 고분자막을 가지고 작은 기공크기와 높은 기공도를 가지고 있지만 비교적 기계적강도가 낮아서 실제 산업분야에서 응용이 어렵던 전기방사로 만든 나노섬유의 단점을 보완할 수 있게 되었다.

참고 자료

전압인가된 PVDF의 단락전류 특성에 관한 연구 (김진식 외2)
분포형 촉각센서를 위한 압전성 폴리필림의 극화 특성(이경섭 외5 성균관대학교 고분자공학과-기계공학과)
BWP(Best World Plastic)
전기방사한 PVDF 기반의 강수 센서 제작 및 강수형태에 따른 압전 특성에 관한 연구(김한성 외2 부산대학교 유기소재 시스템공학과)
에너지 하베스팅 특성을 가지는 PVDF/ZnO 나노섬유 스프링의 제조 및 특성 연구(이승구- 충남대학교 유기소재섬유시스템공학과)
하이브리드 습식 공정을 통한 PVDF 섬유의 제조 및 특성에 관한 연구(정건 외1 충북대학교 유기소재섬유공학과)
유연 압전에너지 하베스터 기술(도영호, 강종윤, 윤석진)
습식방사 된 PVDF섬유의 후 처리를 통한 결정구조의 변화(유성미, 오현주 외4)
한국 고분자 시험 연구소㈜
압전 에너지 하베스팅의 원리 및 소재(이수연, 최영민)
압전에너지 하베스팅의 원리 및 응용(정대용-명지대학교 신소재 공학과 외2)