마이크로 머시닝 기술을 이용한 니켈기반의 압전 진동형 에너지 하베스터 제작 (Fabrication of Nickel-based Piezoelectric Energy Harvester from Ambient Vibration with Micromachining Technology)

서지정보

· 발행기관 : 한국전기전자재료학회
· 수록지 정보 : 전기전자재료학회논문지 / 25권 / 1호 / 62 ~ 67페이지
· 저자명 : 차두열, 장성필, 이재혁

초록

최근에는 이동 정보통신기술 및 전자기기의 소형화 기술의 급속한 발전에 힘입어 소형 모바일 컴퓨팅 기기의 보급이 비약적으로 증가하고 있다. 이러한 전자기기의 기존의 전지를 보완하거나 대체할 수 있는 신개념 전원 공급 장치인 에너지 하베스팅 기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 압전 진동형 에너지 하베스터의 높은 고유진동수를 보완하기 위한 방법을 고안하였다. 이를 위해 크기를 크게 하고 기존의 실리콘 기반의 액추에이터가 아닌 실리콘보다 밀도가 훨씬 높은 니켈을 에너지 하베스팅 액추에이터에 도입하였다. 이와 같은 새로운 접근방법을 통하여 에너지 하베스팅 디바이스를 설계하고 마이크로 머시닝 공정을 이용하여 직접 제작하였다. 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터는 크기는 길이, 폭, 두께로 각각 10 × 2.5 × 0.1 mm3이다. 전극형태로는 interdigitate d33모드로 Au/Ti를 이용하여 형성하였고 전극의 패턴 및 간격의 사이즈는 50 μm이다. 측정 결과 니켈기반의 압전 에너지 하베스터는 시험질량 없이도 고유진동수가 현저하게 낮아져 778 Hz에서 공진이 일어나는 것을 확인하였고, 공진주파수 대역에서 1 g의 가속도를 가했을 때 4.8 MΩ에서 최대 전력인 76 μW가 발생하는 결과를 얻었다.

영어초록

Owing to the rapid growth of mobile and electronic equipment miniaturization technology, the supply of micro mobile computing machine has been fast raised. Accordingly they have performed many researches on energy harvesting technology to provide promising power supply equipment to substitute existing batteries. In this paper, in order to have low resonance frequency for piezoelectric energy harvester, we have tried to make it larger than before by adopting nickel that has much higher density than silicon. We have applied it for our energy harvesting actuator instead of the existing silicon based actuator. Through such new concept and approach, we have designed energy harvesting device and made it personally by making with micromachining process. The energy harvester structure has a cantilever type and has a dimension of 10×2.5×0.1 mm3 for length, width and thickness respectively. Its electrode type is formed by using Au/Ti of interdigitate d33 mode. The pattern size and gap size is 50 μm. Based on the measurement of the nickel-based piezoelectric energy harvester, it is found to have 778 Hz for a resonant frequency with no proof mass. In that resonance frequency we could get a maximum output power of 76 μW at 4.8 MΩ being applied with 1 g acceleration.

참고자료

· 없음