본 논문에서는 스크린 인쇄 공정을 이용하여 Ag와 PZN-PZT 나노 입자를 자외선 경화 고분자와 복합화한 필름을 형성하였고, 이를 기반으로 제작한 하베스터에 압전 에너지 하베스팅 특성을 연구하였다. 고분자 매트릭스에 무기 나노 입자가 분산된 복합체 구조의 하베스터는 무기나노입자의 높은 압전 특성과 고분자 매트릭스의 유연한 특성으로 인해 압전 하베스터, 센서와 같은 여러가지 분야에 적용이 가능하다. 스크린 인쇄 공정을 통해 상온에서 비교적 간단하게 복합체 필름을 합성하였고, 인쇄 공정 후에는 별도의 열처리 공정 없이 10분간의 자외선 경화 공정만으로 조밀한 나노 복합체 필름을 형성할 수 있었다. SEM 측정을 통해 약 ~10 ?m의 두께를 갖는 필름이 형성됨을 확인하였다. 나노 입자 함량에 따른 특성 변화를 확인하기 위해 10, 20 그리고 30 vol.% 의 PZN-PZT 첨가량에 따른 압전 특성, 유전 특성 및 미세구조를 평가하였다. 무기 나노 입자 함량 증가에 따라 압전 특성 또한 향상되는 것을 확인하였고, 30 vol.% PZN-PZT 입자가 함입된 경우 2.45 V, 328 nA의 가장 높은 압전 출력 특성을 나타내었다. 30 vol.% 이상이 첨가된 조건에서는 페이스트 점도의 증가로 인해 스크린 인쇄 공정이 제한되어 30 vol.%의 PZN-PZT 나노 입자를 최적 함량으로 결정하였다. 압전 에너지 하베스터의 특성 향상을 위하여 고분자 매트릭스 내에 무작위로 배열된 나노 입자의 나노 도메인 방향을 한 방향으로 정렬시켜주는 폴링 공정을 진행하였다. 실리콘 오일 비커 내에 7.5 kV/mm 의 전기장을 6분간 인가해주는 폴링 공정을 통해 약 0.3 V, 30 nA가 향상된 2.75 V의 압전 출력 전압과 352 nA의 압전 출력 전류 값을 얻어 나노 도메인의 배향이 압전 특성에 미치는 영향을 확인하였다.
추가적인 특성 향상을 위하여 PZN-PZT/자외선 경화 고분자 복합체 구조에 전도성의 은 나노 입자를 1, 2 그리고 3 vol.%만큼, MWCNT를 0.5, 1.0 그리고 1.5 vol.% 만큼 첨가한 2 가지 구조의 하베스터를 제작하였다. 은 나노 입자는 2 vol.% 가 첨가된 경우 5.58 V와 599 nA의 우수한 압전 특성을 나타냈으며, MWCNT의 경우 1.0 vol.%가 첨가된 하베스터에서 3.63 V와 437 nA의 향상된 압전 특성 값을 확인할 수 있었다. 이는 전도성의 나노 입자들이 첨가되어 매트릭스 내에 무작위로 분산된 PZN-PZT 나노입자의 계면 분극 (interfacial polarization)을 향상시키고 전기적 채널로써 작용을 하여 압전 특성 향상에 기여한 것으로 사료된다. 또한 첨가된 나노 입자의 분율이 매트릭스 내 퍼콜레이션 역치(threshold) 값에 근접하는 양으로 증가됨에 따라 급격하게 특성이 증가한 것으로 판단된다. 은 나노 입자의 경우 3 vol.%와 MWCNT의 경우 1.5 vol.%가 첨가된 하베스터에서는 반대로 압전 특성이 감소하는 것을 보이는데 이는 첨가된 전도성 입자들이 증가하여 복합체 내부 매트릭스 내에 전기적 통로(path)를 형성하였기 때문에 압전 특성이 감소한 것으로 판단된다. 이러한 결과를 통해 적절한 양의 전도성 입자를 첨가하여 하베스터의 압전 특성을 조절할 수 있음을 확인하였다. 또한 스크린 인쇄 공정은 다른 공정과 비교하여 단순하면서도 대면적 생산이 가능하기 때문에 상업화에 용이한 공정으로 여겨진다. 추가적인 열처리 공정이 필요없이 10분간의 자외선 경화를 통해 간단히 제작할 수 있기 때문에 경제성 또한 높아 실제 상업화로 활용할 수 있는 가능성이 존재함을 확인하였다.