압전 PVDF 필름의 폴리피롤 및 소수화처리를 통한 일체형 소프트 전극 개발

Abstract

본 연구에서는 웨어러블 디바이스, 에너지 하베스터 등의 의복 적용을 고려하여 압전 PVDF 필름의 일체형 소프트 폴리피롤 전극을 개발했다. 특히 전극의 접착 내구성 및 산화 내구성 향상에 초점을 두고 연구를 진행하였다. 이를 위해 알칼리 처리와 폴리피롤 화학중합, 소수성 코팅을 활용하였다. 알칼리 처리 시료는 초음파 50초 처리 후 표면저항이 유지된 반면, 미처리 시료는 표면저항이 4배 가까이 증가하였으며, 테이핑 처리 후 PVDF 필름에 남아있는 폴리피롤 전극이 알칼리 처리 시료에서 더 많은 것을 확인하였다. 이를 통해 PVDF 필름과 폴리피롤 전극 사이의 접착 내구성이 알칼리 처리를 통해 향상된 것을 확인하였다. 소수성 코팅으로 전극 표면은 소수성이 향상되어 물의 정적 접촉각 110.5°를 얻었다. 시료 표면에 마이크로미터 수준 거칠기의 부재로 인해 초소수성 표면 구현에는 성공하지 못하였지만, 소수성 코팅이 된 폴리피롤 전극은 대기 중 산소와 수분에 의한 산화에 대한 내구성이 향상되었다. 개발된 전극은 소수성 코팅 전, 후 모두 전기전도성을 보였으며, PVDF 필름의 압전효과에 의한 전하를 효과적으로 전달하여 전극으로서 기능함을 확인하였다. 또한 소수성 코팅이 전극의 압전 전하 전달 성능에는 크게 영향을 미치지 않았음을 확인하였다.

This work developed a soft polypyrrole electrode system for PVDF film expected for application to wearable device and energy harvester applied to clothing. Especially improvement of electrodes adhesion durability and oxidation durability was our main interest for this study. For this purpose, we used alkali treatment, polypyrrole chemical polymerization and hydrophobic coating process. We used sodium hydroxide for alkali treatment to modify PVDF films surface with hydrophilic groups like hydroxyl group and carbonyl group. Then, we polymerizaed polypyrrole on PVDF film. Since there were occured hydrogen bond and electrostatic interaction between PVDF and polypyrrole, the adhesion durability was improved. After tests using ultrasonication and adhesive tape, improved adhesion durability was verified. For hydrophobic coating, DTMS vapor deposition is used. Although hydrophobicity of electrode was enhanced, and water contact angle was became 110.5°, it is failed to achieve superhydrophobic surface for there was no micro roughness on surface. Nevertheless, the oxidation durability was enhanced for both oxygen and water. Our electrode showed electroconductivity even after hydrophobic coating and succeeded to transfer electronic charge by piezoelectricity of PVDF film. Hydrophobic coating didnt affect much on piezoelectric charge transfer of electrode.