"기능성고분자1조(2021)"의 두 판 사이의 차이

2021년 12월 12일 (일) 23:34 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 00000000..

영문 : 00000000..

과제 팀명

00000..

지도교수

000 교수님

개발기간

2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 김**(팀장)

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 정**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 조**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 이**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 남**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

개발 과제의 배경

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

이온전도도: ElectroChromic Device(ECD)와 같은 전기화학 소자로서 응용 가능한 충분한 이온전도도 보유.

변색 성능: Electrochromic 물질을 사용하였을 때 기존 논문들과 비슷하거나 빠른 변색 및 탈색 속도가 일어날 수 있어야 함.

안정성: 전기화학 디스플레이에 적용했을 때 장시간 동안 안정한 구동을 하여야 함.

설계 사양

1. 고분자 젤 전해질

Polymer: PS-r-PMMA
Ionic Liquid: 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide

             ([EMI][TFSI])

Polymer : Ionic Liquid = 1:9

-이온전도도: ∼ 0.98 mS/cm -기계적강도 : ∼72 kPa

2. 전기변색 디스플레이 - 구동전압: 0.0V~ 1.3V ( DC 기준 ) - 작동온도: 25 °C - 변색 면적: 직사각형 ( 1cm×1.5cm) - 두께: 88μm - 색상변화: 투명한 연한 노랑 → 진한 자주색

개념설계안

실험 진행

-젤 전해질에 변색 물질을 첨가하여 ECD를 제작한다. - DC를 적용했을 때 전기변색소자의 coloration time과 bleaching time을 구한다. -안정하면서도 DC를 적용했을 때보다 더 빠른 coloration time을 갖는 AC 조건을 찾는다. 이때, 여러 변수들이 존재하므로 고정시킬 수 있는 변수를 먼저 계산한다. RC-Time을 계산해서 적절한 frequency를 찾아 고정한 후 Vpp 혹은 Duty Ratio를 바꿔가며 실험을 진행한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

1. 이온전도도(σ) 계산 PS-r-PMMA와 [EMI][TFSI]를 이용해 만든 고분자 젤 전해질의 Electrochemical impedance spectroscopy(EIS) 데이터를 측정하여 Bode plot을 얻은 후 고주파수 영역에서의 resistance 값을 이용해 이온전도도를 계산한다. ( 고주파수 영역에서는 주파수에 무관한 resistance 값에 의해 평평한 그래프 개형을 가진다.)

σ= (l/(R*A)

( 이때, l: 두께, A:는 전해질 층의 면적, R: bulk resistance)

2. response time 계산 ΔT 최댓값의 90%를 달성하는 시간 간격으로 정의. 이를 통해 ECD의 coloration과 bleaching시간을 구할 수 있다.

3. RC-Time 계산 polarization rate 혹은 Electric Double Layer(EDL)이 형성되는 시간으로 이는 전해질/전극물 인터페이스를 따라 안정적인 EDL을 구축하는 것과 관련이 있다. 따라서 안정적인 EDL이 필요한 전기화학 디바이스의 경우 operating frequency는 잠재적으로 값에 의해 제한된다.

(s) = lC’/σ

(C’: specific capacitance (F/), σ: ionic conductivity(mS/cm) , l: thickness(cm))

상세설계 내용

◇ Experiments

Purposes

기존 DC로 구동되던 전기변색 소자의 반응 속도를 AC를 적용해 향상시킴으로써, 안정하면서도 고속 구동이 가능하도록 만든다.

Experiment design

기존에 ECD를 구동하는 방식으로 resopnse time을 구한다. 그 후 AC를 이용해 RC-Time과 관련된 frequency는 고정시킨 채, Vpp와 Duty Ratio를 바꿔가면서 더 향상된 Kinetics를 갖는 조건을 찾는다.

Materials

-단량체: styrene, methyl methacrylate (그림)

-이온성액체: 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMI][TFSI]) (그림)

전기변색 디스플레이 적용

고분자 이온젤과 EC물질로 Monoheptyl-viologen과 dmFc를 이용해 전기변색 소자를 만든 뒤 전압 전송 방식에 따른 response time을 비교할 수 있다.

-CV를 통한 구동전압 & DC를 적용했을 때 response time 구하기

(그림)

-RC-Time 구하기 (표사진)

-AC의 여러 변수들에 따른 ECD의 response time 구하기 (그래프 사진)

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

(그림)

PS-r-PMMA 기반 이온젤을 전기 변색소자로 적용한 사진이다.

포스터

내용

완료작품의 평가

(표 그림)

1. MHV 합성 및 CV를 이용해 산화, 환원 peak을 확인했으며 DC에서의 구동전압이 1.3V 임을 확인함.

2. -1.3V에서의 response time과 AC에서 Frequency를 100kHz로 고정한 후 Vpp와 Duty Ratio를 조정해가며 DC를 적용했을 때보다 더 빠른 response time을 가진 조건을 찾을 수 있었음.

3. Function generator는 수동으로 작동되기 때문에 cycle을 찍어 안정성을 확인할 수 없어 voltage를 가해준 채로 degradation이 일어나지 않음을 관찰함으로써 안정성을 확인함.

향후계획

-ECD에서 중요한 개념인 Coloration Efficiency(CE)를 계산함으로써 효율이 얼마나 좋은지 기존에 ECD를 사용한 논문들의 Reference들과 비교해볼 예정임.

-물질에 의해 성능이 향상된 ECD에도 적용해봄으로써 작동전압의 전송 방식을 바꾸면 향상된 성능이 더 좋은 Kinetics를 갖는지 확인해볼 예정임.

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 ===설계사양===
 ====제품의 요구사항====
-내용
+* 이온전도도: ElectroChromic Device(ECD)와 같은 전기화학 소자로서 응용 가능한 충분한 이온전도도 보유.
+* 변색 성능: Electrochromic 물질을 사용하였을 때 기존 논문들과 비슷하거나 빠른 변색 및 탈색 속도가 일어날 수 있어야 함.
+*안정성: 전기화학 디스플레이에 적용했을 때 장시간 동안 안정한 구동을 하여야 함.
 ====설계 사양====
-내용
+. 고분자 젤 전해질
+* Polymer: PS-r-PMMA
+*Ionic Liquid: 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide
+              ([EMI][TFSI])
+* Polymer : Ionic Liquid = 1:9
+-이온전도도: ∼ 0.98 mS/cm
+-기계적강도 : ∼72 kPa
+. 전기변색 디스플레이
+- 구동전압: 0.0V~ 1.3V ( DC 기준 )
+- 작동온도: 25 °C
+- 변색 면적: 직사각형 ( 1cm×1.5cm)
+- 두께: 88μm
+- 색상변화: 투명한 연한 노랑 → 진한 자주색
 ===개념설계안===
-내용
+* 실험 진행
+-젤 전해질에 변색 물질을 첨가하여 ECD를 제작한다.
+- DC를 적용했을 때 전기변색소자의 coloration time과 bleaching time을 구한다.
+-안정하면서도 DC를 적용했을 때보다 더 빠른 coloration time을 갖는 AC 조건을 찾는다.
+이때, 여러 변수들이 존재하므로 고정시킬 수 있는 변수를 먼저 계산한다.
+RC-Time을 계산해서 적절한 frequency를 찾아 고정한 후 Vpp 혹은 Duty Ratio를 바꿔가며 실험을 진행한다.
 ===이론적 계산 및 시뮬레이션===
-내용
+. 이온전도도(σ) 계산
+PS-r-PMMA와 [EMI][TFSI]를 이용해 만든 고분자 젤 전해질의 Electrochemical impedance spectroscopy(EIS) 데이터를 측정하여 Bode plot을 얻은 후 고주파수 영역에서의 resistance 값을 이용해 이온전도도를 계산한다.
+( 고주파수 영역에서는 주파수에 무관한 resistance 값에 의해 평평한 그래프 개형을 가진다.)
+ σ= (l/(R*A)
+( 이때, l: 두께, A:는 전해질 층의 면적, R: bulk resistance)
+. response time 계산
+ΔT 최댓값의 90%를 달성하는 시간 간격으로 정의. 이를 통해 ECD의 coloration과 bleaching시간을 구할 수 있다.
+. RC-Time 계산
+polarization rate 혹은 Electric Double Layer(EDL)이 형성되는 시간으로 이는 전해질/전극물 인터페이스를 따라 안정적인 EDL을 구축하는 것과 관련이 있다.
+따라서 안정적인 EDL이 필요한 전기화학 디바이스의 경우 operating frequency는 잠재적으로  값에 의해 제한된다.
+ (s) = lC’/σ
+(C’: specific capacitance (F/), σ: ionic conductivity(mS/cm) , l: thickness(cm))
 ===상세설계 내용===
-내용
+◇ Experiments
+* Purposes
+기존 DC로 구동되던 전기변색 소자의 반응 속도를 AC를 적용해 향상시킴으로써, 안정하면서도 고속 구동이 가능하도록 만든다.
+* Experiment design
+기존에 ECD를 구동하는 방식으로 resopnse time을 구한다. 그 후 AC를 이용해 RC-Time과 관련된 frequency는 고정시킨 채, Vpp와 Duty Ratio를 바꿔가면서 더 향상된 Kinetics를 갖는 조건을 찾는다.
+*Materials
+-단량체: styrene, methyl methacrylate
+(그림)
+-이온성액체: 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMI][TFSI])
+(그림)
+*전기변색 디스플레이 적용
+고분자 이온젤과 EC물질로 Monoheptyl-viologen과 dmFc를 이용해 전기변색 소자를 만든 뒤 전압 전송 방식에 따른 response time을 비교할 수 있다.
+-CV를 통한 구동전압 & DC를 적용했을 때 response time 구하기
+(그림)
+-RC-Time 구하기
+(표사진)
+-AC의 여러 변수들에 따른 ECD의 response time 구하기
+(그래프 사진)
 ==결과 및 평가==
 ===완료 작품의 소개===
 ====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
-내용
+(그림)
+PS-r-PMMA 기반 이온젤을 전기 변색소자로 적용한 사진이다.
 ====포스터====
 내용
-===관련사업비 내역서===
-내용
 ===완료작품의 평가===
-내용
+(표 그림)
+. MHV 합성 및 CV를 이용해 산화, 환원 peak을 확인했으며 DC에서의 구동전압이 1.3V 임을 확인함.
+. -1.3V에서의 response time과 AC에서 Frequency를 100kHz로 고정한 후 Vpp와 Duty Ratio를 조정해가며 DC를 적용했을 때보다 더 빠른 response time을 가진 조건을 찾을 수 있었음.
+. Function generator는 수동으로 작동되기 때문에 cycle을 찍어 안정성을 확인할 수 없어 voltage를 가해준 채로 degradation이 일어나지 않음을 관찰함으로써 안정성을 확인함.
 ===향후계획===
-내용
-===특허 출원 내용===
+-ECD에서 중요한 개념인 Coloration Efficiency(CE)를 계산함으로써 효율이 얼마나 좋은지 기존에 ECD를    사용한 논문들의 Reference들과 비교해볼 예정임.
-내용
+-물질에 의해 성능이 향상된 ECD에도 적용해봄으로써 작동전압의 전송 방식을 바꾸면 향상된 성능이 더 좋은 Kinetics를 갖는지 확인해볼 예정임.