Fabrication of magneto-mechano-triboelectric energy harvest system and the application to the internet of things

Introducing accelerated water-soluble nano-bullet modified nanostructures showed a high output magneto-mechano-triboelectric nanogenerator (MMTEG) to convert an alternating current (AC) magnetic field into electric energy for self-powered Internet of Things (IoT) system. The Aerosol deposition (AD) process accelerated the crash of NaCl salt nanoparticles with high kinetic energy on perfluoroalkoxy (PFA) films to fabricate complex nanomorphology on the triboelectric active surface. The MMTEG generated an open-circuit peak-to-peak voltage (Vpp) and a short-circuit current of 708 V and 277 μA, respectively under an alternating current (AC) magnetic field of 7 Oe. Also, the harvester produced a maximum peak power of 21.8 mW and continuous AC output power of 4.8 mW. A self-powered indoor IoT positioning system was combined with the MMTEG, a power managing circuit, a storage component, and an IoT Bluetooth beacon. MMTEG's electrical energy enabled Bluetooth beacons to continue operation, and after successfully verifying the exact location of the installed wireless positioning system, the indoor location was transferred to the main monitoring computer. Near a 60 Hz power cable connected to the consumer electronics, the MMTEG generated an open-circuit Vpp and a short-circuit current of 330 V and 23 μA, respectively, which were enough to turn on 108 blue light emitting diodes (LEDs).|실내 무선 위치 시스템에 전력을 공급하기 위해, 수용성 나노 탄환을 사용하여 만든 나노구조체를 기반으로 하는 고성능의 자기-기계-마찰전기 변환 에너지 하베스터 (MMTEG)에 대한 연구를 하였다. NaCl 나노 입자를 Aerosol deposition (AD) 공정에 사용하여 Perfluoroalkoxy (PFA) 필름 표면에 나노구조체를 형성할 수 있었다. 7 Oe 교류 자기장 내에서, MMTEG는 708 V의 개방회로 피크투피크 전압 (Vpp)과 277 μA의 단락 회로 전류를 생성했다. 또한 MMTEG는 21.8 mW의 최대 피크 출력과 4.8 mW의 연속 교류 출력을 달성했다. 자가발전 무선 실내 위치 시스템은 MMTEG와 전력 관리회로, 전력저장 커패시터, IoT 블루투스 비콘을 통합하여 구현하였다. MMTEG의 전기 에너지는 블루투스 비콘의 지속적인 작동을 가능하게 하였고, 설치된 무선 위치 확인시스템의 정확한 위치를 성공적으로 확인한 후 실내 위치를 주 모니터링 컴퓨터로 전송했다. 마지막으로 MMTEG는 가전 제품에 연결된 60 Hz 전원케이블 근처에서 330 V의 개방회로 피크투피크 전압 (Vpp)과 23 μA의 단락 회로 전류를 생성하였고, 이는 108 개의 청색 발광 다이오드 (LED)를 켤 수 있었다.1. 서 론 1.1 에너지 하베스터의 필요성 1 1.2 자기-기계-전기 복합체 하베스터 3 1.3 마찰전기 하베스터 5 1.4 마찰전기 하베스터의 성능 향상을 위한 표면적 크기 증가 5 1.5 본 연구의 목적 6 2. 이 론 2.1 Perfluoroalkoxy의 특성 8 2.2 Aluminum 의 특성 8 2.3 마찰전기 하베스터의 작동 원리 10 2.4 실험 장비 12 2.4.1 Planetary milling 12 2.4.2 Aerosol deposition (AD) 14 2.5 측정 장비 16 2.5.1 SEM 16 2.5.2 XPS 20 2.5.3 Oscilloscope 22 2.5.4 Sourcemeter 23 3. 실험 방법 3.1 저진공 환경에서 친환경적인 공정을 이용한 나노구조체 제작 방법 25 3.2 유한요소해석을 이용한 소자구조 설계 및 특성 예측 28 3.3 MME 마찰전기 하베스터 제작 및 출력특성 평가 30 4. 실험 결과 4.1 MMTEG의 나노구조체 31 4.1.1 MMTEG의 작동 원리 31 4.1.2 MMTEG 시스템 33 4.1.3 FE-SEM 35 4.1.4 XPS 39 4.2 MMTEG의 전기적 출력 측정 43 4.2.1 전압, 전류, 전력 특성 43 4.2.2 내구성 평가 53 4.3 유한요소해석을 이용한 소자 구조 설계 및 특성 55 4.3.1 소자 구조 설계 55 4.3.2 전기적 특성 예측 60 4.4 IoT 디바이스 구동 데모 62 4.5 60 Hz에서 MMTEG의 구동 66 5. 결론 74 참고문헌 75Maste