의학과 약학의 발전 및 기계공학의 발전으로 인간의 기대수명이 비약적으로 증가함에 따라 에너지의 수요 또한 증가하였다. 이에 따른 화석연료의 과도한 사용으로 인한 유해물질의 발생 및 에너지원의 고갈에 대한 염려로 친환경적이고, 경제적이며, 가벼운 에너지 수확기술에 대한 관심이 집중되고 있다. 에너지 수확기술은 압전, 열전, 광전, 마찰대전, 전자기파 수확 등의 기술로 버려지는 진동, 열, 태양광, 기계적에너지, 전자기파 등을 가용한 전기에너지로 변환시켜 기존의 배터리, 수퍼커패시터 등 에너지 저장장치를 충전하는 기술로 사용될 수 있다. 그 중 마찰 대전 효과를 이용한 정전기 에너지 하베스팅 기술은 높은 출력, 재료선정의 자유로움, 싼 가격으로 인해 각광받고 있다.

정전기 에너지 하베스팅 기술에서 가장 중요한 인자는 표면 대전 전하량이며, 이를 제어하여 정전기 에너지 하베스터의 출력을 향상시키는 연구가 진행되어왔다. 본 연구에서는 물질의 전하 용량 특성을 제어하여 표면 전하를 제어하였다.

1장에서는 정전기 에너지 하베스팅 및 전자기파에 의한 인체 유도 정전기 에너지 하베스팅의 원리를 설명하고, 물질 특성 제어가 표면전하에 미치는 영향에 대해 소개한다. 2장에서는 은 나노와이어와 폴리머 물질의 복합소재를 개발하여 물질 표면의 정전압의 변화에 대해 측정하고 분석하고, 전도성 물질의 표면 함량에 따른 정전기 에너지 하베스터 출력이 조정 가능함을 확인하였다. 3장에서는 회전형 정전기 에너지 하베스터를 기반으로 미세먼지를 포집할 수 있는 유로를 설계하고, PM2.5 수준의 미세먼지를 전기적으로 포집하여 기존 기계식 HEPA 필터 대비 압력강하가 40배 이상 향상된 먼지 필터를 개발하였다. 기존 고압 전기 집진 필터의 문제점인 오존 발생을 해결하기 위해 표면 방전을 제어하기 위해 높은 정전용량을 갖는 강유전 폴리머 물질인 PVDF를 사용하여 오존 발생량이 0.001 μmol/mol 이하로 발생함을 KS C IEC 60335-2-65의 32절에 따른 시험을 통해 확인하였다.

4장에서는 극저주파의 전자기파가 인체 내부로 유입될 때 발생하는 유도정전기를 기반으로한 전기식 창상피복재를 제작하여 상처치료 특성을 조사하였다. 인체 유도 정전기의 낮은 출력을 향상시키기 위해 고유전 물질인 CCTO를 강유전 폴리머인 P(VDF-TrFE)와 섞은 복합소재인 P(VDF-TrFE):CCTO를 기반으로 전기적 특성을 분석하고 2wt%의 농도에서 최적 출력을 갖는 것을 확인하였고, 소동물 전임상시험 및 유전자 분석, 조직검사를 통해 상용제품대비 2배가량 향상된 상처치료 속도를 확인하였다.