Application of Kirigami structures to stretchable temperature sensors and energy harvesters
- 주제(키워드) kirigami , stretchable substrate , stretchable energy harvester
- 발행기관 서강대학교 일반 대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000064047
- UCI I804:11029-000000064047
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 키리가미라는 절삭 기법을 응용하여 마찰전기 에너지 수확 소자와 온도센서가 적용된 스트레처블 기판을 다룬다. 키리가미 패턴이 적용된 스트레처블 기판은 웨어러블 디바이스 분야에서 다양하게 적용될 수 있다. 제작된 소자는 스크린 프린팅 및 커팅 플러터 기계를 이용하여 간단하게 제작하였다. 소자는 이미 연구된 키리가미 패턴의 기하학적 분석에 의하여 설계되었고 100% 인장율을 가진다. 스트레처블 기판에 적용된 커패시터 온도 센서를 상용 커패시터를 온도 센서로 사용했으며 무라타 공업의 GRM1557U1A182JA01D를 사용했다. 센서는 -20 ~ 80℃ 사이에서 1.29 pF/℃ 의 민감도를 가진다. 키리가미 패턴에 의해 100% 늘렸을 때도 초기 센서 값 대비 0.08%의 변화만 가진다. 에너지 수확소자는 키리가미가 패턴된 2개의 필름을 붙인 뒤 늘렸을 때 패턴이 벌어지고 줄였을 때 원상태로 되면서 접촉되는 원리를 가지고 제작하였다. 출력 증대를 위해 Self-assembly monolayer(SAM) coating 을 진행했으며 다양한 키리가미 패턴을 가지고 출력을 비교하였다. 패턴의 모양은 직선, 크로스, 산, 반원 형태로 총4개 제작했으며 비늘 형태로 제작한 소자의 개방 전압이 25.3 V , 단락 전류가 45µm의 값이 측정되었다. 실효 전압 값은 3.12 V 가 측정되었으며 전력과 전력 밀도가 각각 61.8 µW, 4.14 mW/m2가 측정되었다.
more초록/요약
This paper reports the characterization of Kirigami structures and their applications to stretchable substrate and energy harvester. First, Kirigami patterned film can be applied variously in the field of wearable devices. The proposed device consists of temperature sensor and stretchable substrate. The proposed device was simply fabricated using screen printing and cutting plotter machines. The device was designed by geometric analysis of the Kirigami pattern already studied and has a 100% stretch. We used GRM1557U1A182JA01D of Murata Industries as temperature in the range of 0 to 80 ℃, with a sensitivity of 0.01 %/℃ and a resolution of 1℃. When the device is max stretch, it only has a 0.08% change from initial sensor value. Second, the proposed energy harvester was fabricated with two Kirigami patterned films. Films separated when they were stretched, and contacted when they returned to their initial state. Self-Assembly monolayer(SAM) coating was applied to increase the output, and the output was compared with various Kirigami patterns. Four Kirigami pattern were used: Straight line, Cross, mountain, semi-circle. Open circuit voltage of 25.3 V and short current of 45µm were measured in the semi-circle. And RMS voltage is 3.12 V. The power and power density were measured as 61.8 µW and 4.14 mW/m2.
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