Name: a polymer-based piezoelectric vibration energy harvester with a 3d meshed-core structure
Uploaded: 2019-02-20T12:30:00
Duration: 9 min 51 s
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이 연구는 JSP 과학 연구 그랜트 JP17H03196, JST 프레스 토 보조금 번호 JPMJPR15R3에 의해 부분적으로 지원 되었다. MEXT 나노기술 플랫폼 프로젝트 (도쿄 대학 소 플랫폼)에서 포토 마스크의 제작 지원은 매우 감사.

1입니다. 3D 메쉬 구조의 제조
<ol><li>유리 기판의 청소<ol>
<li>30 m m x 40 m m 유리 기판 준비.</li>
		<li>황산의 따르는 150 mL 피 솔루션 준비 (농도: 96%) 으로 유리 비 커. 다음 과산화 수소 솔루션 50 mL를 부드럽게 추가 (농도: 30%). 황산 산: 수소 과산화 수소 물 볼륨 비율 3:1 인지 확인 합니다.</li>
		<li>보호 안경 및 안전에 대 한 솔루션을 붓는 동안 의류를 착용.</li>
		<li>청소를 위해 테 플 론 지 그에서 유리 기판을 설정 합니다. 다음 1 분 동안 피 라 솔루션에 그것을 담가.</li>
		<li>1 분 침수 피 솔루션에서 후 린스 순수한 물으로 2-3 번 씻어 유리 기판 (오버플로 2-3 회).</li>
		<li>공기 타격으로 유리 기판에 물 방울을 제거 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>유리 기판에 뒷면 노출에 대 한 Cr 마스크 패턴의 패턴<ol>
<li>RF (라디오 주파수) 마 그 네트 론 스퍼터 링 시스템의 챔버에 유리 기판을 설정 합니다. RF 전력 250 W, Ar 가스의 유량 12 SCCM, 0.5 챔버 압력 설정 Pa, 및 11 분에 스퍼터 링 시간. 다음 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 유리 기판에 크롬 영화의 100-200 nm를 형성 한다. 참고: 두께 제어 됩니다 스퍼터 링으로 스퍼터 링 속도 상태를 고려.</li>
		<li>Spin coater 챔버에 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 크롬 필름에 긍정적인 감광 제 S1813를 삭제 하 고 30에 대 한 4000 rpm 스핀 코팅에 의해 1-2 μ m의 얇은 필름 코트 s.</li>
		<li>감광 제 코팅 기판 건조는 저항 하는 뜨거운 접시에 1 분 동안 115 ° C에서 구워.</li>
		<li>문의 포토 마스크와 감광 제 코팅 기판. UV는 포토 마스크를 수직으로 빛을 노출 합니다. 노출 복용량은 80 mJ/cm2및 파장은 405 nm. 그림 1에 표시 된 포토 마스크를 사용 합니다.</li>
		<li>2 개의 500 mL 비 커를 준비 합니다. TMAH의 150ml를 붓는 다 (에틸 수산화: 2.38%, 용 매: 물)으로 한 비 커와 부 크롬 etchant의 150 mL (Cerium(IV) 질 산 암모늄: 16%, 질소 산: 8%) 에 비 커.</li>
		<li>TMAH 솔루션의 150 ml에서 기판 담가 그리고 30에 대 한 포토 레지스트를 개발 1 분 s.</li>
		<li>순수한 물으로 기판 린스.</li>
		<li>크롬 에칭 솔루션의 150ml에서 기판 담가 그리고 약 1 ~ 2 분에 대 한 크롬 에칭.</li>
		<li>순수한 물으로 기판 린스를 공기 타격으로 물방울을 제거 합니다.</li>
		<li>황산의 따르는 150 mL 피 솔루션 준비 (농도: 96%) 으로 유리 비 커. 다음 과산화 수소 솔루션 50 mL를 부드럽게 추가 (농도: 30%). 황산 산: 수소 과산화 수소 물 볼륨 비율 3:1 인지 확인 합니다. 참고: 솔루션을 붓는 동안 보호 안경, 의류, 및 안전을 위해 장갑을 착용 하십시오. 피 솔루션 잠시 후 활동을 잃을 것 이다, 그래서 각 시간을 준비.</li>
		<li>유리 기판 청소를 위해 테 플 론 지 그 장소. 다음, 15-30 s는 포토 레지스트 제거를 위한 피 솔루션에 그것을 담가.</li>
	</ol></li>
	<li>수-8 코팅에 대 한 준비<ol>
<li>Spin coater 챔버에 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 아크릴 수 지 솔루션의 약 1 mL 드롭 (농도: 10%, 용 매: 톨루엔) 희생 층으로 조립된 구조를 공개 하는 기판의 크롬 패턴에. 다음, 30 2000 rpm 스핀 코팅 하 여 박막을 형성 s.</li>
		<li>10 분 동안 100 ° C에서 구워.</li>
	</ol></li>
	<li>수-8 스프레이 코팅<ol>
<li>스프레이 coater를 시작 하 고 청소를 위해 주사기에 아세톤 솔루션을 붓는 다.</li>
		<li>깨끗 하 고 아세톤 솔루션을 분사 하 여 스프레이 노즐 내부의 잔류물을 제거. 참고: 청소 충분 하지 않으면, 그것은 살포 시 막힘을 리드. 두 번 신중 하 게 청소 하려면이 단계를 반복 합니다.</li>
		<li>스프레이 coater에서 연결 된 접시에 기질을 설정 합니다.</li>
		<li>기질 지 비드를 방지 하기 위해 지 커버 커버.</li>
		<li>부정적인 감광 수 8 3005 주사기에 부 어.</li>
		<li>설정 노즐 직경 5mm, 노즐 이동 속도 120 m m/s, 150 kPa, 60 kPa에 유체 압력, 노즐, 40mm, 기판 사이의 거리를 무화 압력 3 m m 피치 거리 및 45 각 계층에 대 한 간격 시간 s. 스프레이 수-8 다층 기판에. 같은 방법으로 코팅 10 회를 반복 한다.</li>
		<li>코팅 후 5 분 동안 서 서 기판 두고 10 번. 참고: 서 시간 동안 수 8 필름은 균일 하 게 평평 하 게 하 고 혼합 스프레이 코팅 시 공기 방울 해제 됩니다.</li>
		<li>60 분 동안 95 ° C에서 철판에 구워.</li>
		<li>마이크로미터를 10 층의 두께 측정 한다. 그런 다음 레이어 당 두께 계산 합니다.</li>
		<li>스프레이 코팅 층 당 계산 된 필름 두께에서 대 한 반복의 나머지 수를 결정 합니다. 그런 다음 대상 필름 두께 달성 하기 위해 박막을 형성 하는 다층 스프레이. 이 연구에서 40 층 200 μ m 두께 대 한 적용 됩니다.</li>
		<li>기판 다층 스프레이 코팅 후 5 분 동안 서 보자.</li>
		<li>240 분 동안 95 ° C에서 철판에 구워.</li>
		<li>60 분에 대 한 뜨거운 접시에 SU-8 코팅 기판을 두고 실내 온도를 천천히 냉각.</li>
	</ol></li>
	<li>3D 메쉬 구조 형성<ol>
<li>뒤집어 기판으로 기판 각도 조정 테이블에 배치 (즉, 수-8 영화 직면 하 고) 그림 2와 같이.</li>
		<li>테이프와 기판의 가장자리를 수정 합니다.</li>
		<li>45 °에 조정 테이블의 각도 기울기. 참고: 0 ° 수평 상태에서 기판은 의미 합니다. 이 시간에 각도 Snell의 법률, 감광 제, 공기의 굴절률의 굴절률에서 계산에 의해 결정 됩니다. 45 °의 입사 각도에서 해 여 64 °의 구조 각도와 메쉬 구조 조작 이다.</li>
		<li>UV 광원 아래 각도 조정 테이블을 놓습니다.</li>
		<li>150 mJ/cm2 의 노출 복용량과 365의 파장에서 기판에 UV 빛을 수직으로 적용 nm. 노출, 0 °에 조정 테이블의 각도 반환 하 고 반대 방향으로 45 ° 기울기. UV 빛 같은 방식으로 적용 됩니다. 참고: 그림 그림 3a, b에표시 됩니다.</li>
		<li>뜨거운 접시에 기질을 놓고 PEB (사후 노출 빵)에 대 한 95 ° C로 온도 설정 합니다. 8 분 동안 기판 온도가 95 ° c. 후 구워</li>
		<li>핫 플레이트의 힘을 해제 합니다. 핫 플레이트의 온도 약 40 ° c.에 떨어질 때까지 기다려</li>
		<li>수-8 개발자의 150 mL 500 mL 유리 비 커에 붓으십시오. 개발을 위한 테 플 론 지 그 기판을 설정 합니다.</li>
		<li>또 다른 500 mL 유리 비 커에 소 프로 파 놀 (IPA)의 150 mL를 붓으십시오.</li>
		<li>약 20 ~ 30 분 확인 경우 개발 시간이 충분 하지 않습니다, 그것은 메시 공 극의 부족 한 오프닝에 리드에 대 한 개발.</li>
		<li>IPA에 2 분 동안 린스 지 그와 기질 담가. 참고: 이면 수-8의 표면 분명히 흰색과 진흙 나타냅니다 개발 부족 한 것입니다. 이 경우, 개발 및 rinsing 다시 반복 합니다. 그림 3 c와 같이 완전 한 개발 후 메쉬 구조 형성 됩니다.</li>
	</ol></li>
	<li>유리 기판에서 구조 분리<ol>
<li>500 mL 유리 비 커에 톨루엔 솔루션의 150ml를 붓는 다. 톨루엔은 상 온에서 증발 하기 쉬운 때문에 알루미늄 호 일 비 커를 커버.</li>
		<li>그림 3에서 같이 약 3-4 h. 아크릴 수 지의 희생 층 에칭 및 메쉬 구조와 수 8 구조는 기판에서 발표 하는 없는지 톨루엔 솔루션에서 기판을 담가.</li>
		<li>기판에 공기 및 수 분을 제거. 그것은 단계 4.3에서에서 사용 될 때까지 a desiccator에 그것을 저장 합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>2입니다. 압 전 필름 준비
<ol><li>PVDF 시트를 준비 합니다. 또한, 커팅 매트와 스테인레스 스틸 블레이드 커터 칼을 준비 합니다.</li>
	<li>그림 3a와 같이 360 m m2 시트 (10 m m x 30 mm 캔틸레버와 6 m m x 10 m m 전기 연결에 대 한), 장치 모양에 PVDF 시트 밖으로 잘라.</li>
	<li>셀 룰 로스와이 퍼로 페 트리 접시에 잘라 PVDF 필름을 놓습니다. desiccator에 그들을 저장 합니다.</li>
</ol>3. 메쉬 구조와 압 전 필름 본딩 기판의 준비
<ol><li>주요 에이전트 PDMS의 원심 분리기 관으로 경화제의 1 mL의 10 mL를 붓고 (즉, 대략적인 볼륨 비율은 10:1).</li>
	<li>원심 분리기 튜브 행성 교 반 및 기계 장치에 설정 하 고 두 솔루션 모두 1 분에 대 한 믹스.</li>
	<li>2 개의 30 m m x 40 m m 유리 기판 준비.</li>
	<li>Spin coater 챔버에 유리 기판 고정 무대에서 설정 합니다. 유리 기판 위에 PDMS 솔루션을 드롭. 다음, 그림 3e에서처럼 4000 rpm, 스핀 코팅에 의해 PDMS 필름을 형성 합니다.</li>
	<li>PDMS 필름 건조 60 분 100 ° C에서 뜨거운 접시에 기질을 구워.</li>
	<li>핫 플레이트의 힘을 해제 합니다. 핫 플레이트의 온도 약 40 ° c.에 떨어질 때까지 기다려</li>
</ol>4입니다. bimorph 진동 에너지 수확의 제조
<ol><li>컷된 PVDF 영화 하나에 의해 두 개의 서로 다른 PDMS 기판에 그림 3 층에 같이 배치 합니다. 그들은 서로를 준수 그냥 두어서 PVDF 필름 PDMS의 표면에, 확인 하십시오. 주름 PVDF 필름에 보인다면, 롤러와 함께 그들을 확장. 참고:이 두 PVDF 영화 라고 PVDF flm1 및 PVDF flm2, 되며 두 PDMS 기판 PDMS sbs1 및 PDMS sbs2, 명확 하도록.</li>
	<li>수-8 3005 PDMS sbs1에 PVDF flm1 에 드롭. 다음, 4000 rpm 그림 3 g와 같이 스핀 코팅 하 여 SU-8 박막을 형성 한다. 참고:이 수호-8 박막 메쉬 구조와 PVDF flm1사이의 접착 층이 된다. 수-8 3005 삭제 되지 않았습니다 장소 배선 전력 확보에 사용 됩니다.</li>
	<li>PVDF flm1 에 수 8 메쉬 구조를 놓고 그림 3 h와 같이 그들을 접착.</li>
	<li>수-8 3005 PDMS sbs2에 PVDF flm2 에 드롭. 다음, 같은 방법으로 단계 4.2 4000 rpm 스핀 코팅 하 여 SU-8 박막 형태.</li>
	<li>PVDF flm2 PDMS sbs2 에서 벗기십시오 고 PVDF flm1, 그림 3i, j와 같이 그들을 준수에 SU-8 메쉬 구조 위에 놓습니다. 보 세 상태와 장치 desiccator 같은 낮은 습도와 컨테이너에 저장 합니다. 약 12 h 동안 두고.</li>
	<li>보 세 3 층 PVDF flm1에서 최하위 계층 PVDF flm1 와 껍질의 하단 측면에 핀셋을 넣어, 수 8 메쉬 구조 및 PVDF flm2 동시에 기판에서 그림 3 k와 같이.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Karim, F., Zeadally, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+harvesting+in+wireless+sensor+networks+A+comprehensive+review.">Energy harvesting in wireless sensor networks A comprehensive review.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 55, 1041-1054 (2016).</li><li>Wei, C., Jing, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+review+on+vibration+energy+harvesting:+Modelling+and+realization.">A comprehensive review on vibration energy harvesting: Modelling and realization.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 74, 1-18 (2017).</li><li>Priya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+on+Piezoelectric+Energy+Harvesting:+Materials,+Methods,+and+Circuits.">A Review on Piezoelectric Energy Harvesting: Materials, Methods, and Circuits.</a> Energy Harvesting and Systems. 4 (1), 3-39 (2017).</li><li>Arroyo, E., Badel, A., Formosa, F., Wu, Y., Qiu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+electromagnetic+and+piezoelectric+vibration+energy+harvesters:+Model+and+experiments.">Comparison of electromagnetic and piezoelectric vibration energy harvesters: Model and experiments.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 183, 148-156 (2012).</li><li>Inoue, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Fluidic+Vibrational+Energy+Harvester+for+Implantable+Medical+Device+Applications.">A Fluidic Vibrational Energy Harvester for Implantable Medical Device Applications.</a> IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines. 137 (6), 152-158 (2017).</li><li>Sano, C., Mitsuya, H., Ono, S., Miwa, K., Toshiyoshi, H., Fujita, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Triboelectric+energy+harvesting+with+surface-charge-fixed+polymer+based+on+ionic+liquid.">Triboelectric energy harvesting with surface-charge-fixed polymer based on ionic liquid.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 19 (1), 317-323 (2018).</li><li>Tsutsumino, T., Suzuki, Y., Kasagi, N., Sakane, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seismic+Power+Generator+Using+High-Performance+Polymer+Electret.">Seismic Power Generator Using High-Performance Polymer Electret.</a> Int. Conf. MEMS'06. 06, 98-101 (2006).</li><li>Arakawa, Y., Suzuki, Y., Kasagi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+Seismic+Power+Generator+Using+Electret+Polymer+Film.">Micro Seismic Power Generator Using Electret Polymer Film.</a> The Fourth International Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications Power MEMS 2004. , 37-38 (2004).</li><li>Kim, S. G., Priya, S., Kanno, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+MEMS+for+energy+harvesting.">Piezoelectric MEMS for energy harvesting.</a> MRS Bulletin. 37 (11), 1039-1050 (2012).</li><li>Rocha, J. G., Gon&#231;alves, L. M., Rocha, P. F., Silva, M. P., Lanceros-M&#233;ndez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+harvesting+from+piezoelectric+materials+fully+integrated+in+footwear.">Energy harvesting from piezoelectric materials fully integrated in footwear.</a> IEEE Transactions on Industrial Electronics. 57 (3), 813-819 (2010).</li><li>Chen, D., Chen, K., Brown, K., Hang, A., Zhang, J. X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-phase+tuning+of+porous+PVDF-TrFE+film+on+flexible+substrate+for+energy+harvesting.">Liquid-phase tuning of porous PVDF-TrFE film on flexible substrate for energy harvesting.</a> Applied Physics Letters. 110, 153902 (2017).</li><li>Kim, H. S., Kim, J. H., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+piezoelectric+energy+harvesting+based+on+vibration.">A review of piezoelectric energy harvesting based on vibration.</a> International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 12 (6), 1129-1141 (2011).</li><li>Aktakka, E. E., Peterson, R. L., Najafi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thinned-PZT+on+SOI+process+and+design+optimization+for+piezoelectric+inertial+energy+harvesting.">Thinned-PZT on SOI process and design optimization for piezoelectric inertial energy harvesting.</a> Transducers'11. , 1649-1652 (2011).</li><li>Xu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screen+printed+PZT/PZT+thick+film+bimorph+MEMS+cantilever+device+for+vibration+energy+harvesting.">Screen printed PZT/PZT thick film bimorph MEMS cantilever device for vibration energy harvesting.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 188, 383-388 (2012).</li><li>Shen, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromachined+PZT+cantilever+based+on+SOI+structure+for+low+frequency+vibration+energy+harvesting.">Micromachined PZT cantilever based on SOI structure for low frequency vibration energy harvesting.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 154 (1), 103-108 (2009).</li><li>Bin Fang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+performance+of+MEMS-based+piezoelectric+power+generator+for+vibration+energy+harvesting.">Fabrication and performance of MEMS-based piezoelectric power generator for vibration energy harvesting.</a> Microelectronics Journal. 37 (11), 1280-1284 (2006).</li><li>Lefeuvre, E., Badel, A., Richard, C., Petit, L., Guyomar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+between+several+vibration-powered+piezoelectric+generators+for+standalone+systems.">A comparison between several vibration-powered piezoelectric generators for standalone systems.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 126 (2), 405-416 (2006).</li><li>Ishida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insole+pedometer+with+piezoelectric+energy+harvester+and+2+v+organic+circuits.">Insole pedometer with piezoelectric energy harvester and 2 v organic circuits.</a> IEEE Journal of Solid-State Circuits. 48 (1), 255-264 (2013).</li><li>Qi, Y., Kim, J., Nguyen, T. D., Lisko, B., Purohit, P. K., Mcalpine, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Piezoelectricity+and+Stretchability+in+Energy+Harvesting+Devices+Fabricated+from+Buckled+PZT+Ribbons.">Enhanced Piezoelectricity and Stretchability in Energy Harvesting Devices Fabricated from Buckled PZT Ribbons.</a> Nano Letters. 11 (3), 1331-1336 (2011).</li><li>Dagdeviren, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformal+piezoelectric+systems+for+clinical+and+experimental+characterization+of+soft+tissue+biomechanics.">Conformal piezoelectric systems for clinical and experimental characterization of soft tissue biomechanics.</a> Nature Materials. 14 (7), 728-736 (2015).</li><li>Tsukamoto, T., Umino, Y., Shiomi, S., Yamada, K., Suzuki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bimorph+piezoelectric+vibration+energy+harvester+with+flexible+3D+meshed-core+structure+for+low+frequency+vibration.">Bimorph piezoelectric vibration energy harvester with flexible 3D meshed-core structure for low frequency vibration.</a> Science and Technology of Advanced Material. 19 (1), 660-668 (2018).</li><li>Bayrashev, A., Parker, A., Robbins, W. P., Ziaie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+frequency+wireless+powering+of+microsystems+using+piezoelectric-magnetostrictive+laminate+composites.">Low frequency wireless powering of microsystems using piezoelectric-magnetostrictive laminate composites.</a> TRANSDUCERS 2003 - 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Digest of Technical Papers. 2, 1707-1710 (2003).</li><li>Yildirim, T., Ghayesh, M. H., Li, W., Alici, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+performance+enhancement+techniques+for+ambient+vibration+energy+harvesters.">A review on performance enhancement techniques for ambient vibration energy harvesters.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 71, 435-449 (2017).</li><li>Karami, M. A., Inman, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+modeling+of+the+low-frequency+zigzag+micro-energy+harvester.">Electromechanical modeling of the low-frequency zigzag micro-energy harvester.</a> Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 22 (3), 271-282 (2011).</li><li>Liu, H., Lee, C., Kobayashi, T., Tay, C. J., Quan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+MEMS-based+wideband+energy+harvesting+systems+using+a+frequency-up-conversion+cantilever+stopper.">Piezoelectric MEMS-based wideband energy harvesting systems using a frequency-up-conversion cantilever stopper.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 186, 242-248 (2012).</li><li>Ramadan, K. S., Sameoto, D., Evoy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+piezoelectric+polymers+as+functional+materials+for+electromechanical+transducers.">A review of piezoelectric polymers as functional materials for electromechanical transducers.</a> Smart Materials and Structures. 23 (3), 033001 (2014).</li><li>Sharma, T., Je, S. S., Gill, B., Zhang, J. X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+piezoelectric+thin+film+PVDF-TrFE+based+pressure+sensor+for+catheter+application.">Patterning piezoelectric thin film PVDF-TrFE based pressure sensor for catheter application.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 177, 87-92 (2012).</li><li>Lee, J. B., Choi, K. H., Yoo, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovative+SU-8+lithography+techniques+and+their+applications.">Innovative SU-8 lithography techniques and their applications.</a> Micromachines. 6 (1), 1-18 (2015).</li><li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tapered+hollow+metallic+microneedle+array+using+backside+exposure+of+SU-8.">A tapered hollow metallic microneedle array using backside exposure of SU-8.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 14 (4), 597-603 (2004).</li><li>Vaezi, M., Seitz, H., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+3D+micro-additive+manufacturing+technologies.">A review on 3D micro-additive manufacturing technologies.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 67 (5-8), 1721-1754 (2013).</li><li>Gates, B. D., Xu, Q., Stewart, M., Ryan, D., Willson, C. G., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+approaches+to+nanofabrication:+Molding,+printing,+and+other+techniques.">New approaches to nanofabrication: Molding, printing, and other techniques.</a> Chemical Reviews. 105 (4), 1171-1196 (2005).</li><li>Zhang, J., Tan, K. L., Gong, H. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+polymerization+of+SU-8+photoresist+and+its+applications+in+micro-electro-mechanical+systems+(MEMS).">Characterization of the polymerization of SU-8 photoresist and its applications in micro-electro-mechanical systems (MEMS).</a> Polymer Testing. 20 (6), 693-701 (2001).</li><li>Chuang, Y. J., Tseng, F. G., Lin, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+diffraction+effect+of+UV+exposure+on+SU-8+negative+thick+photoresist+by+air+gap+elimination.">Reduction of diffraction effect of UV exposure on SU-8 negative thick photoresist by air gap elimination.</a> Microsystem Technologies. 8 (4-5), 308-313 (2002).</li><li>Akamatsu, M., Terao, K., Takao, H., Shimokawa, F., Oohira, F., Suzuki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvement+of+coating+uniformity+for+thick+photoresist+using+a+partial+spray+coat.">Improvement of coating uniformity for thick photoresist using a partial spray coat.</a> The 7th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS2012). , (2012).</li><li>Ingrole, A., Hao, A., Liang, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+modeling+of+auxetic+and+hybrid+honeycomb+structures+for+in-plane+property+enhancement.">Design and modeling of auxetic and hybrid honeycomb structures for in-plane property enhancement.</a> Materials and Design. 117, 72-83 (2017).</li><li>Schubert, C., Van Langeveld, M. C., Donoso, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovations+in+3D+printing:+A+3D+overview+from+optics+to+organs.">Innovations in 3D printing: A 3D overview from optics to organs.</a> British Journal of Ophthalmology. 98 (2), 159-161 (2014).</li><li>Muthalif, A. G. A., Nordin, N. H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+piezoelectric+beam+shape+for+single+and+broadband+vibration+energy+harvesting:+Modeling,+simulation+and+experimental+results.">Optimal piezoelectric beam shape for single and broadband vibration energy harvesting: Modeling, simulation and experimental results.</a> Mechanical Systems and Signal Processing. 54, 417-426 (2015).</li><li>Tai, W. C., Zuo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+optimization+of+energy+harvesting+from+base-excited+vibration.">On optimization of energy harvesting from base-excited vibration.</a> Journal of Sound and Vibration. 411, 47-59 (2017).</li><li>Song, J., Zhao, G., Li, B., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+optimization+of+PVDF-based+piezoelectric+energy+harvesters.">Design optimization of PVDF-based piezoelectric energy harvesters.</a> Heliyon. 3 (9), e00377 (2017).</li></ol>

공개 하는 것이 없다.

3D의 성공적인 제작 메쉬 구조와 VEH 위에서 설명한 4 개의 중요 하 고 독특한 단계에 따라 제안 된 bimorph.
첫 번째 중요 한 단계는 뒷면 경사 노출을 사용 하 여 처리 합니다. 원칙적으로, 연락처 리소 그래피 기술을 사용 하 여 상부 표면에서 경사 노출 메쉬 구조 조작 가능 하다. 그러나, 뒷면 노출 선물 접촉 석판 보다 더 정확한 처리 정밀 하 고 개발 하는 동안 결함은,2829발생할 가능성이. 이 때문에 포토 레지스트는 포토 마스크 사이의 격차 감광 제 표면의 파형으로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서, 빛의 회절과 격차 때문에 인하는 정밀도 처리. 따라서, 본이 연구에서는 우리 메쉬 구조 경사 뒷면 노출 방법을 사용 하 여 조작. 또한, 조작된 메쉬 구조의 구조 각도의 측정된 값은 약 65 °, 64 °의 설계 값과 비교 하 여 단지 1% 오류. 결과, 우리는 적절 한 메시 구조를 조작 하 경사 뒷면 노출 메서드를 적용 하는 결론.
두 번째 중요 한 단계는 수-8의 개발 과정입니다. 개발 하는 경우 메쉬 구조 고유의 유연성을 잃고 결함 발생 합니다. 두꺼운 수 8 필름을 개발, 일반적으로 10-15 분 사용 합니다. 그러나,이 개발 시간 3 차원 메쉬 구조의 개발에 대 한 충분 하지 않습니다. 3D 메쉬 구조 막 안에 많은 내부 공 극을가지고 있기 때문에 포토 리소 그래피에 의해 조작 2D 패턴에서 다릅니다. 개발 시간이 짧은 경우 메쉬 구조를 모방 하는 오류를 일으키는 내부 개발 진행 하지 않습니다. 즉, 그것은 비교적 긴 개발 시간, 20-30 분32를 적용 하는 데 필요한. 미세한 패턴 필요한 경우, 심지어 더 이상 개발 시간이 필요할 수 있습니다. 그러나, 그 당시, 우리 긴 개발 시간33으로 인 한 붓기를 고려해 야 합니다.
다음, PVDF 필름 및 수 8 메쉬 구조 접합 과정에서 형성 하는 PDMS 기판 악용 방법은 고유 합니다. 그것은 스핀 코팅을 가능 하 게 하 고, 그 결과, PVDF와 SU-8 수 쉽게 준수는 스핀 코팅 수 8 얇은 점착 층을 사용 하 여. PVDF와 SU-8 수 수 보 세, 심지어 상업적으로 사용 가능한 인스턴트 접착제를 사용 하 여. 그러나, 접착 소재 접착제 경화 후 견고 하 게. 또한, 인스턴트 접착제로 박막을 형성 하기 어렵다. 인스턴트 접착제의 두께가 큰 경우, 그것은 전체 장치의 강성을 증가할 것 이다. 공명 주파수에 있는 증가로 이끌어 낸다 강성 증가 (즉, 그것을 방지이 연구의 주요 목적은 공 진 주파수를 낮추는). 다른 한편으로, 접착 층 크게 영향을 주지 않습니다 증가 강성에 형성된 된 수 8 영화는 얇은 때문에 스핀 코팅에 의해 형성 수 8 박막을 사용 하 여. 또한, 메쉬 구조 수-8의 만든 접착 층에 대 한 동일한 자료를 사용 하 여 접착 강도 증가 수는. 그 때문에 SU-8 접착은 수-8 메쉬 구조와 PVDF 필름을 접착 시키는 충분 한 접착 력. 또한, 소자의 재현성 측면에서 그것은 것 접착 층으로 SU-8 박막을 사용 하 여 유용한 일정 필름 두께 스핀 코팅 필름 형성에 의해 실현 될 수 있다.
넷째, 수 8의 코팅 방법 독특한입니다. 우리 수 8 두꺼운 필름에 대 한 스프레이 다층 코팅 방법을 선택 했습니다. 스핀 코팅 하 여 두꺼운 막을 형성 수 있지만 큰 표면 파형 발생, 그리고 영화를 균일 하 게 코트 어렵다34. 다른 한편으로, 스프레이 멀티 코팅 메서드를 사용 하는 파형을 감소 하 고 기판34에 필름 두께의 오류를 표시 하지 않습니다. 특히, 주의 3 차원 메쉬 구조의 두께 비균일 때, 진동 특성 및 소자의 강성 부분적으로 증가 또는 감소 두께 의해 변경 되 있기 때문에 큰 파형을 주어질 필요가 있다.
원칙적에서으로 사진 평판 UV 빛을 사용 하 여 fabricable 모양 제한 됩니다. 그것은 사실 우리가 경사 노출을 사용 하 여 3D 메쉬 구조 등 복잡 한 구조를 조작 수 있습니다. 그러나, 필름 두께 방향으로 곡선된 모양 가진 3 차원 구조 등 임의의 셰이프는35,36형성 하기 어렵다. 3D 인쇄는 임의의 3 차원 모양, 생산할 수 있는 그리고 디자인은 유연. 그러나, 제조의 처리량이 낮은, 그리고 처리 정밀도 및 대량 생산은 포토 리소 그래피에 열 등. 따라서, 그것은 짧은 시간에 좋은 패턴 구조를 날조 적합 합니다. 또한, 3D CAD 데이터를 처리 하는 것이 필요, 그리고 그것은 3D 모델을 만드는 데 시간이 걸립니다. 다른 한편으로, 사진 평판, 경사 노출 방법에 특히 경우는 포토 마스크에 필요한 CAD 데이터는 2 차원, 그리고 디자인은 상대적으로 쉽습니다. 예를 들어 그림 3에서 보듯이 그냥 2D 선 및 공간 패턴, 3D 메쉬 구조에 대 한 지향된 디자인이입니다. 이 연구에서 이러한 사실을 감안 하면 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 개발 하는 3D 리소 그래피 기술을 악용.
이 연구에서 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 조작 하 고 낮추는 공명 주파수 증가 출력 하기 위해 bimorph 캔틸레버 형식의 VEH 탄성 레이어에 적용. 공 진 주파수를 낮추는 데 유용 제안된 된 방법 이므로, 진동 에너지 수확 착용 형 장치 등 낮은 주파수 응용 프로그램에 대 한 대상 공공 건물 및 다리, 하우스 기기 등에 센서 모니터링에 유용할 것 이다. 출력 전력의 추가 개선 사다리꼴 모양, 삼각형 모양, 및 이전 다른 논문37,,3839에 제안 된 두께 최적화를 결합 하 여 예상 될 것 이다.

최근 몇 년 동안, VEHs는 무선 센서 네트워크와 사물의 인터넷 (IoT) 응용 프로그램1,2,,34, 구현 하기 위한 센서 노드 전력 공급으로 많은 관심을 모으고 5,6,,78. VEHs에 에너지 변환의 여러 종류 중에서 압 전 형식 변환 높은 출력 전압을 제공합니다. 변환의이 유형은 이다 또한 미세 기술로 그것의 높은 친 화력 때문에 소형화에 적합. 이러한 매력적인 기능으로 인해 많은 압 전 VEHs 개발 된 압 전 세라믹 재료 및 유기 폴리머 재료9,10,11,12,를 사용 하 여 13.
세라믹 VEHs, 외팔보 형 VEHs 압 (리드 타이타늄 zirconate)는 널리-고성능 압 전 재료를 사용 하 여 보고14,15,,1617,18에 VEHs 종종 고효율 발전소를 공명을 사용 합니다. 일반적으로, 공명 주파수 장치 크기의 소형화와 함께 증가, 소형화 및 낮은 공 진 주파수를 동시에 달성 하기 어렵습니다. 따라서, 비록 압이 높은 전력 세대 성능, 그것은 소형 압 기반 장치 개발 nanoribbon 어셈블리19,20, 같은 특별 한 처리 없이 낮은 주파수 대역에서 작동 하는 때문에 어렵다 압은 높은 강성 소재. 불행히도, 가전, 인간의 움직임, 건물, 교량 등 우리의 주변 진동 낮은 주파수, 30 Hz21,,2223미만에서 주로 있다. 따라서, 낮은 주파수와 작은 크기에 그것의 높은 전력 생성 효율 VEHs 낮은 주파수 응용 프로그램에 이상적입니다.
낮은 공 진 주파수는 가장 쉬운 방법은 캔틸레버의 팁의 대량 체중 증가입니다. 고밀도 물자 끝에 연결로 모든 필수, 제작은 간단 하 고 쉽게 이다. 그러나, 무거운 질량, 더 깨지기 쉬운 장치 된다. 주파수를 낮추는의 또 다른 방법은 캔틸레버24,25길게 하 이다. 메서드에서 무료 끝에 고정된 끝에서 거리는 2 차원 meandered 모양에 의해 확장 됩니다. 실리콘 기판 meandered 구조를 조작 하는 반도체 제조 기술을 사용 하 여 에칭 이다. 방법은 공 진 주파수를 낮추는 효과가 있지만 압 전 재료의 감소와, 따라서, 얻을 수 있는 출력 전력 감소. 또한, 고정 된 끝의 부근은 깨지기 쉬운 단점이 있다. 낮은 주파수 VEH 등 일부 폴리머 장치에 관한 유연한 압 전 폴리머 PVDF는 자주 사용 한다. PVDF는 일반적으로 스핀 코팅 방법으로 코팅 하 고 영화는 얇은, 공명 주파수는 낮은 강성26,27때문에 줄어들 수 있다. 필름 두께 몇 미크론을 서브 미크론의 범위에서 제어할 수 있는, 달성 가능한 출력은 작은 얇은 두께 때문에. 따라서, 주파수는 감소 될 수 있다, 하는 경우에 우리는 충분 한 발전을 가져올 수 없습니다 고 그래서, 실용적인 응용 프로그램은 어렵습니다.
여기, 우리는 bimorph 형 압 전 캔틸레버 (압 전 층 및 탄성 층의 1 층의 2 개의 층으로 구성 된) 스트레칭 개선에 대 한 치료를 받게 되었습니다 이미 두 유연한 압 전 폴리머 시트와 제안 압 전 특성. 또한, 우리는 공 진 주파수를 줄이고 힘을 동시에 향상을 bimorph 캔틸레버의 탄성 층에서 유연한 3D 메쉬 구조를 채택 한다. 우리는 짧은 시간에 높은 정밀 미세 패턴을 조작 가능 하기 때문에 경사 뒷면 노출 방법28,29 를 이용 하 여 3D 메쉬 구조를 조작. 3D 인쇄는 또한 3D 메쉬 구조를 조작 하는 후보, 처리량이 낮은, 그리고 3D 프린터 사진 평판 가공 정확도30,31에 게 열 등입니다. 따라서, 본이 연구에서는 경사 뒷면 노출 방법 미세 3D 메쉬 구조에 대 한 방법으로 채택 된다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:791px;" width="791">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SU-8 3005</td>
			<td style="width:221px;">Nihon Kayaku</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:235px;">Negative photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">KF Piezo Film</td>
			<td style="width:221px;">Kureha</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Piezoelectric PVDF film, 40 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vibration Shaker</td>
			<td style="width:221px;">IMV CORPORATION</td>
			<td style="width:119px;">m030/MA1</td>
			<td>Vibration Shaker</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spray coater</td>
			<td style="width:221px;">Nanometric Technology Inc.</td>
			<td style="width:119px;">DC110-EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sputtering equipment</td>
			<td style="width:221px;">Canon Anelva Corporation</td>
			<td style="width:119px;">E-200S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PDMS</td>
			<td style="width:221px;">Dow Corning Toray Co. Ltd</td>
			<td>SILPOT 184 W/C</td>
			<td>Dimethylpolysiloxane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spin coater</td>
			<td style="width:221px;">MIKASA Co. Ltd</td>
			<td style="width:119px;">1H-DX2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Digital oscilloscope</td>
			<td style="width:221px;">Teledyne LeCroy Japan Corporation</td>
			<td style="width:119px;">WaveRunner 44Xi-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SEM</td>
			<td style="width:221px;">JEOL Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">JCM-5700LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital microscope</td>
			<td style="width:221px;">Keyence Corporation</td>
			<td style="width:119px;">VHX-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a polymer-based piezoelectric vibration energy harvester with a 3d meshed-core structure

이 연구에서 우리는 3D 리소 그래피 방법을 사용 하 여 낮은 공 진 주파수와 출력 증가를 진동 에너지 수확기에 그것을 적용 하 여 정기적인 무효와 유연한 3D 메쉬 구조를 조작. 제조 공정은 주로 두 부분으로 분할 된다: 3D 메쉬 구조와 압 전 필름의 접합 과정 및 메쉬 구조 처리를 위한 3 차원 사진 평판. 조작된 유연한 메쉬 구조와 함께 우리 달성 공명 주파수의 감소와 출력 전력의 개선을 동시에. 진동 테스트의 결과에서 메쉬 코어 타입 진동 에너지 수확 (VEH) 42.6% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 더 높은 출력 전압을 전시. 또한, 메쉬 코어 타입 VEH 나왔고 공명 주파수, 솔리드 코어 타입 VEH 보다 15.8%의 18.7 Hz 및 68.5% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 높은 출력의 24.6 μW. 제안된 된 방법의 장점은 그 복잡 하 고 유연한 구조와 3 차원에서 기 날조 될 수 있다 비교적 쉽게 짧은 시간에 경사 노출 방법으로. 메쉬 구조는 VEH의 공명 주파수 낮은, 착용 형 장치 및 집 가전 제품 등 낮은 주파수 응용 프로그램에서 사용 하는 미래에 예상 될 수 있다.

우리는 2 개의 층의 PVDF 필름 및 그림 4와 같이 수 8 메쉬 구조를 구성 하는 중간 계층의 구성 bimorph 형 VEH 조작. 상위 및 하위 PVDF의 전극 직렬 출력 전압을 얻을로 연결 됩니다. 광학 이미지와 두 SEM 이미지는 메쉬 구조와 탄력 있는 레이어입니다. 이미지에 따라 탄성 층 경사 뒷면 노출에 의해 처리 잘 3D 메쉬 패턴 개발 실패 없이 나타납니다.
그림 5 는 진동 테스트의 결과 보여 줍니다. 진동 테스트, 2 개의 VEHs에서에서-메쉬 코어와 솔리드 코어 구조와 다른 한-탄성 층으로 메쉬 코어 타입 VEH의 유효성을 확인 하려면 평가 됩니다. VEHs 진동 통에 설정 되며 1.96 m/s2 (0.2 G)의 진동 가속도. 메쉬-코어 형 및 솔리드 코어 타입 VEHs 정현파 출력 정현파 입력 동기화 했다. 메쉬 코어 타입 VEH 솔리드 코어 유형 VEH 보다 42.6%의 높은 출력 전압을 전시. 그림 5b 는 최대 출력 전력의 주파수 응답을 보여 줍니다. 메쉬 코어 타입 VEH 전시는 솔리드 코어 타입 VEH 보다 15.8%, 18.7 Hz의 공명 주파수 및 24.6 μW의 출력 전력 68.5% 솔리드 코어 타입 VEH 보다 높은.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig1.jpg"> 그림 1: 3D 메쉬 코어 구조와 탄력 있는 레이어를 조작 하는 사진 평판에 대 한 포토 마스크 레이아웃. 포토 마스크는 두 부분이 있습니다. 하나, 클램핑에 대 한 지역 이며 메쉬 구조 패터 닝에 대 한 선 및 공간 패턴을 포함 합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig2.jpg"> 그림 2: 경사 노출에 대 한 설정. UV 빛 각도 조정 테이블에 Cr 패턴으로 기울어지는 기판에 수직으로 노출 됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig3.jpg"> 그림 3: 3 차원 메쉬 코어 구조와 수확기의 제작 과정 제안 된 압 전 진동 에너지 수확의 도식. 제조 공정 3 섹션으로 분할 될 수 있다: (한)-3D 메쉬 구조, (e)의 (d) 대표 제조 과정-(g) 대표는 유리 기판, 그리고 (h)에 PVDF 필름의 준비-(j ) bimorph 캔틸레버를 형성 하는 결합 프로세스를 나타냅니다. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig4.jpg"> 그림 4: (a)는 조작된 bimorph 메쉬 코어 진동 에너지 수확, 3D 메쉬 코어 구조, (b) 횡단면 광학 이미지 (c)와 (d) SEM 이미지의 수 8 메쉬 코어 탄성 층의 사진. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig5.jpg"> 그림 5: (a) 정현파 출력 전압의 최적 부하 저항에서 진동 주파수의 기능으로 각 공명 상태 (메쉬 코어 18.7 Hz, 솔리드 코어 22.2 Hz) 및 (b) 최대 출력 전력 부하 저항 (메쉬 코어 17 m ω, 솔리드 코어 13 m ω) 및 가속도 0.2 G. (이러한 수치는 골드 출판 오픈 액세스, 크리에이 티브 코몬즈 라이센스 하 고 [21]에서 수정 되었습니다.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

이 연구에서 우리는 유연한 3D 메쉬 구조를 조작 하 고 출력을 증가 하 고 공 진 주파수를 낮추는 목적 bimorph 캔틸레버 형 진동 에너지 수확의 탄성 레이어에 적용.

3D Meshed 코어 구조를 가진 폴리머 기반 압 전 진동 에너지 수확

In this study, we fabricated a flexible 3D mesh structure with periodic voids by using a 3D lithography method and applying it to a vibration energy ...

당사의 프로토콜은 유연한 메쉬 구조의 제조 단계와 합체 기반 진동 에너지 수확기를 만드는 접합 공정을 보여줍니다. 이 기술의 장점은 3D 촬영이 메쉬 구조를 쉽게 조작할 수 있으며, 이는 저주파 응용을 위한 진동 에너지 수확기에서 효과적이며, 30mm에서 40mm 유리 기판을 준비한다는 것입니다. 스테플론 지그에 유리 기판을 세워 청소합니다.보호 안경, 의류 및 장갑을 착용하십시오. 그런 다음, 1 분 동안 피라냐 솔루션에 지그를 등장. RF 자그론 스퍼터링 기계의 챔버에 유리 기판을 설정합니다.RF 전력을 250와트로 설정하고 스퍼터링 시간을 11분으로, 아르곤 가스의 유속을 12sccm로, 챔버 압력은 0.5 파스칼로 설정합니다. 이제 RF 자그마슬론 스퍼터링에 의해 유리 기판에 100~200나노미터의 크롬 필름을 형성한다. 다음으로, 스핀 코팅 챔버에서 고정 단계에 기판을 설정합니다.크롬 필름에 1A13으로 포지티브 포토 저항을 떨어뜨리고, 스핀 코팅으로 1~2개의 미크론 박막을 30초 동안 4000 RPM으로 코팅한다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 기판을 굽은 후 사진 저항 코팅 기판에 포토 마스크로 문의하십시오. 자외선을 포토 마스크에 수직으로 노출합니다.노출량이 평방 센티미터당 80 밀리줄이며 파장이 405 나노미터인지 확인하십시오. TMAH 용액의 150 밀리리터에 기판을 침수하고 30초에서 1분 동안 사진 저항을 개발합니다. 순수한 물로 기판을 헹구고, 크롬 에칭 용액의 150 밀리리터에 기판을 담그고, 에칭 크롬을 약 1~2분 동안 담급다.그런 다음 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 사진 저항을 제거합니다. 이제 스핀 코터 챔버의 고정 단계에 기판을 설정합니다. 기판의 크롬 패턴 측에 아크릴 수지 용액의 약 1 밀리리터를 떨어뜨려 선별층으로 제조된 구조를 방출한다.그런 다음 2000 RPM에서 스핀 코팅으로 30초 동안 박막을 형성합니다. 10 분 동안 섭씨 100도에서 기판을 굽은 후 스프레이 코터의 부착 된 접시에 기판을 놓습니다. 가장자리 비트를 방지하기 위해 가장자리 덮개로 기판을 덮습니다.음의 사진을 부은 SU8-3005를 주사기에 넣습니다. 텍스트 프로토콜에 나열된 각 레이어에 대한 노즐 직경, 노즐 이동 속도, 분무 압력, 유체 압력, 피치 거리 및 간격 시간을 설정합니다. 또한 노즐과 기판 사이의 거리를 40mm로 설정합니다.기판에 SU8 다층 스프레이. 같은 방법으로 코팅을 10 번 반복합니다. 그런 다음, 60 분 동안 95섭씨에서 뜨거운 접시에 기판을 구워.텍스트 프로토콜에 설명된 바와 같이 레이어당 필름 두께를 결정한 후 다층에게 스프레이하여 대상 필름 두께를 달성한다. 이 연구에서는 200 미캐론 두께에 40 개의 층이 적용됩니다. 이제 기판을 뒤집어 각도 조정 테이블에 기판을 놓습니다.조정 테이블의 각도를 45도로 기울입니다. 각도 조정 테이블을 UV 광원 아래에 놓습니다. 제곱센티미터당 150밀리줄의 노출량과 365나노미터의 파장에서 기판에 수직으로 UV 광을 가한다.노출 후 조정 테이블의 각도를 0도로 되돌리고 반대 방향으로 45도로 기울입니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 노출 후 베이크를 수행하기 전에 동일한 방식으로 UV 광을 수직으로 적용합니다. 이제 SU-8 개발자에서 약 20~30분 동안 기판을 개발한다.개발 시간이 충분하지 않으면 메시 보이드의 개구부가 충분하지 않습니다. IPA에서 헹구고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 Toluene 솔루션에 약 3~4시간 동안 기판을 담급니다. 아크릴 수지의 희생층이 날카롭고 메쉬 구조를 가진 SU-8 구조가 기판에서 방출되도록 한다.압전 필름을 준비하려면 PVDF 시트를 360 평방 밀리미터 시트로 장치 모양으로 잘라냅니다. 절단 된 PVDF 필름을 페트리 접시에 셀룰러 스위퍼로 놓습니다. 건조기에 보관하십시오.이제 PDMS의 주요 에이전트 10 밀리리터와 경화제 1 밀리터를 원심분리기 튜브에 붓습니다. 원심분리기 튜브를 행성 저장 및 탈포기계에 설정하고 두 솔루션을 1분 동안 혼합합니다. 이제 40mm 유리 기판으로 30mm 2개를 준비합니다.스핀 코터 챔버의 고정 단계에 유리 기판을 설정합니다. 유리 기판에 PDMS 용액을 떨어 뜨립니다. 이어서, 4000 RPM에서 스핀 코팅에 의해 PDMS 필름을 형성하고, 텍스트 프로토콜에 기판을 굽는다.절단 PVDF 필름을 두 개의 서로 다른 PDMS 기판에 하나씩 배치합니다. PVDF 필름을 PDMS 표면에 배치하는 것만으로도 서로 를 고수해야 합니다. PVDF 필름에서 주름이 보이는 경우 롤러로 확장합니다.PVDF 필름 1에 SU-8을 드롭하여 PDMS 기판 1개에 배치합니다. 이어서, 4000 RPM에서 스핀 코팅에 의해 SU-8 박막을 형성한다. SU-8 메쉬 구조를 PVDF 필름 1에 놓고 결합합니다.이제, PVDF 필름 2에 SU-8을 드롭, PDMS 기판 2에 배치. 4000 RPM에서 스핀 코팅으로 SU-8 박막을 형성한다. PDMS 기판 2에서 PVDF 필름 2를 벗어난 페알은 SU-8 메쉬 구조 위에 배치하여 PVDF 필름 1위에 배치합니다.건조기와 같이 습도가 낮은 용기에 접착 상태로 부착된 장치를 약 12시간 동안 보관합니다. 12 시간 후, 가장 낮은 층의 하단에 핀셋을 넣어, PVDF 필름 하나. 이어서, 동시에 PVDF 필름 1, SU-8 메쉬 구조 및 PVDF 필름 2개의 기판으로부터 결합된 3층의 접합을 벗겨낸다.SU-8 메쉬 구조로 구성된 PVDF 필름과 중간 층으로 구성된 바이모프 형 진동 에너지 수확기가 표시됩니다. 상부 및 하부 PVDF의 전극은 출력 전압을 얻기 위해 연열로 연결됩니다. 광학 이미지와 두 SEM 이미지는 메쉬 구조가 있는 탄성 레이어를 표시합니다.이미지에 따르면, 후면 경사 노출에 의해 처리된 탄성 층은 개발 실패 없이 미세한 3D 메쉬 패턴을 갖는 것으로 보인다. 진동 테스트에서는 메시 코어 탄성 층이 있는 두 개의 장치와 다른 장치는 솔리드 코어 구조탄성 층이 있는 서로 메시 코어 유형 장치의 유효성을 검증하도록 평가된다. 장치가 진동 셰이커에 설정하고 흥분할 때, 메시 코어 유형과 솔리드 코어 유형 장치 모두 부비동성 입력과 동기화된 부비동성 출력을 보여 주었다.메쉬 코어 형 장치는 솔리드 코어 형 장치보다 42.6% 높은 출력 전압을 나타냈다. 여기에 표시된 최대 출력 전력의 주파수 응답입니다. 메쉬 코어 형 장치는 솔리드 코어 형 장치보다 15.8 % 낮은 18.7 헤르츠의 공진 주파수를 나타냈다.또한 솔리드 코어 형 장치보다 68.5% 높은 24.6 마이크로와트의 출력 전력을 나타냈다. 경사 노출시, 기판의 뒷면에서, 충분한 개발 시간은 메쉬 구조의 미세 한 인쇄를 하는 것이 중요하다. 얇은 접합 과정에서 인스턴트 접착제도 사용할 수 있습니다.그러나 접착제는 메쉬 구조의 공백을 채우고 장치 강성이 증가합니다. 따라서 공명 빈도도 증가합니다. 모든 에너지 수확 시스템을 사용하여, 우리는 생물학, 광학 및 미세 유체 시스템과 같은 마이크로 나노 응용 프로그램으로 3D 사진을 적용 할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

연구

공학

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

개별 나노 입자의 3D 원소 매핑에 대한 에너지 분산 X 선 단층 촬영

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

다중 입자 Phonon은 감금 모델 라만 분광학을 이용하여 나노 결정 크기 분포의 특성

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

손 3D 가상 현실 인터페이스와 스캐닝 프로브 현미경을 통해 단일 분자의 조작을 제어

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

화이트의 제작 Exciplexes에서 안정 방출과 전기 화학 셀 라이트 발광

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

에 의한 나노 구조 산화 이트륨 안정화 지르코니아 (YSZ) 비계의 고온 제작<em&gt; 시츄</em&gt; 탄소 템플릿 생성 크 세로 겔

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode

향상 된 전자 주입 및 순수한 청색 양자 점 발광 다이오드 부분적으로 도입 하 여에 대 한 여 기자 감 금 산화 알루미늄 음극

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

마이크로 3D 부품의 사출 성형에 대 한 부드러운 금형 프로세스 체인 기둥

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

오블리크 챔버와 함께 부드러운 공기 네트워크 액츄에이터의 제작

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

가변 사이클 엔진 모델링을 위한 신속한 방법

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...