초록

테입 캐스팅 공정을 이용하여 제조한 Pb(Zr0.54Ti0.46)O3 + 0.2 wt% Cr2O3 + 1.0 wt% Nb2O5 (PZT-CN) 후막 세라믹으로 바이몰프 (bimorph)형 압전 캔틸레버 (cantilever)를 제작하였다. proof mass 49 g, 주파수 11 Hz의 공진 환경에서 부하저항 510 kΩ일 때, 최대 출력인 22.5 mW를 나타내었으며 계산된 상기 단위 소자의 전력밀도는 24 mW/cm3로 얻어졌다. 이러한 특성을 가지는 바이몰프 (bimorph)형 압전 캔틸레버 단위 소자 48개를 병렬 어레이 구조로 실린더 형태의 수력 에너지 하베스터 모듈을 제작하였으며, 120 rpm의 섀프트 회전 속도에서 500 Ω의 부하저항으로 임피던스 매칭 시 433 mW의 우수한 발전 특성을 나타내었다.

Abstract

A new water energy harvester module, which is composed of piezoelectric bimorph cantilevers, harvesting circuit and a shaft with 16 impellers at a center axis, was fabricated for energy harvesting application. High energy density Pb(Zr0.54Ti0.46)O3 + 0.2 wt% Cr2O3 + 1.0 wt% Nb2O5 (PZT-CN) thick film obtained by tape casting method was used for the bimorph cantilever. The PZT-CN bimorph cantilever with a proof mass of 49 g exhibited extremely high output power of 22.5 mW (24 mW//cm3) at resonance frequency of 11 Hz. In addition, the fabricated water energy harvester has a cylindrical structure with 48 bimorph cantilevers clamped at inner surface. A significantly high output power of 433 mW was obtained at a rotation speed of 120 rpm with a resistive load of 500 Ω for the water energy harvester.

• Keywords: Tape casting, PZT, Bimorph, Energy harvesting, Water energy