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2025년 11월 26일 (수) 17:10 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 하이드로젤 3D 패턴 프린팅을 통한 수분기반 나노발전기의 출력 성능 향상

영문 : Improving the performance of Hydroelectric nanogenerators by designing 3D-printing based hydrogel structure

과제 팀명

나노볼트

지도교수

윤진환 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학부·과 20223400** 강*이(팀장)

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ Hydroelectric nanogenerators(HENGs)란 물의 흐름이나 증발, 이온 이동과 같은 수분 기반 현상을 이용해 전기를 발생시키는 소자를 의미한다.

◇ 본 연구는 HENGs의 소형화 및 고효율화를 이루기 위해 Direct ink writing (DIW)를 이용한 3D-printing을 진행한다.

◇ Pluronic F-127을 이용한 용액 점도 조절을 통해 3D-printing이 가능한 프리젤 잉크를 제작한다.

◇ 제작한 UV-curable 잉크로 접촉 면적이 극대화 된 HENGs 내부 젤을 제작하고, 성능을 확인 및 분석한다.

개발 과제의 배경

◇ 최근 웨어러블 전자기기, 식물 생장 조명 등 소형 전자기기의 확산으로 소형 전류 공급원의 필요성 증가하고 있다. 이에 따른 주변 환경으로부터 친환경적이며 지속적으로 에너지를 얻을 수 있는 기기 개발의 필요성 역시 대두되고 있다.

◇ 기존 개발 중이던 Hydroelectric nanogenerators는 성능 대비 크기가 너무 크기 때문에 실용화에 한계가 존재한다.

◇ Triblock copolymer micelle 구조를 가진 Pluronic F-127는 온도 감응성을 지녀 프리젤의 점도를 증가시킬 수 있는 물질이다. 이것은 소수성 및 전하를 띈 단량체로 미세 modulus 조절이 가능하다. 고분자 네트워크 간의 소수성 및 이온성 상호작용으로 인해 F-127이 첨가된 프리젤 용액은 고온에서(UV) 열 경화가 가능해진다.

◇ 점도가 조절된 프리젤 잉크로 Direct Ink Writing(DIW)를 통한 3D-printing을 진행해 디바이스의 크기를 소형화하고 성능은 최대로 올려 작지만 활용 가능한 소자를 개발 가능하다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ UV 경화 가능한 점도 높은 프리젤 잉크 개발

Pluronic F-127+n-octyl acrylate (C8) 조합을 통해 점도 높은 하이드로젤 잉크를 제작한다. 이때 제작되는 것은 총 두 가지로 하나는 흡습력이 좋은 젤, 다른 것은 흡습력이 좋지 않은 젤이 되기 위한 용액이다.

◇ 3D-printing을 통한 두 젤 사이 접촉 면적 향상 구조 구현

두 젤 사이 접촉 면적을 확장하기 위한 구조를 설계한다. 직접 제작한 설계도를 가지고 3D-printing을 해 정교하고 복잡한 구조를 구현해낸다.

◇ 접촉 면적 향상에 따른 성능 향상 목표

기존 디바이스 대비 훨씬 소형화된 젤을 제작하고, 이를 통해 일정하고 높은 전압을 유지하면서 접촉 면적에 따라 향상되는 전류를 얻는다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ◇ 점도가 조절된 프리젤 잉크로 Direct Ink Writing(DIW)를 통한 3D-printing을 진행해 디바이스의 크기를 소형화하고 성능은 최대로 올려 작지만 활용 가능한 소자를 개발 가능하다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+◇ UV 경화 가능한 점도 높은 프리젤 잉크 개발
+:Pluronic F-127+n-octyl acrylate (C8) 조합을 통해 점도 높은 하이드로젤 잉크를 제작한다. 이때 제작되는 것은 총 두 가지로 하나는 흡습력이 좋은 젤, 다른 것은 흡습력이 좋지 않은 젤이 되기 위한 용액이다.
+◇ 3D-printing을 통한 두 젤 사이 접촉 면적 향상 구조 구현
+:두 젤 사이 접촉 면적을 확장하기 위한 구조를 설계한다. 직접 제작한 설계도를 가지고 3D-printing을 해 정교하고 복잡한 구조를 구현해낸다.
+◇ 접촉 면적 향상에 따른 성능 향상 목표
+:기존 디바이스 대비 훨씬 소형화된 젤을 제작하고, 이를 통해 일정하고 높은 전압을 유지하면서 접촉 면적에 따라 향상되는 전류를 얻는다.
 ===관련 기술의 현황===