화공생물공학기초실험 | 고분자를 이용한 축전기(Capacitor)의 제작과 정전용량(Capacitance) 측정

 

 

 

Capacitor란 금속판 사이에 절연체를 넣고 전극판에 대전시켜 전하를 저장하는 전기소자이다. 본 실험에서 Capacitor 제작을 위해서 절연 특성을 갖는 PVA를 바 코팅을 통해 박막성형하여 이용하였으며 여기에서 PVA가 유전체 역할을 한다. 유전체란 절연 재료로 분리된 2개의 평행한 도체판으로 구성된 전기 소자이다. 축전기의 유전체는 절연체로 전자가 통과할 수 없다. Capacitor가 전원에 연결되어 충전되면 서 전자가 한 도체판에서 다른 도체판으로 전선과 전원을 통해서 이동하는데 축전기의 전압과 전원의 전압이 같아지게 되면 전자의 이동이 멈추게 된다.

 

축전기가 저장할 수 있는 단위 전압 당 전하의 양을 정전용량(Capacitance)이라고 하며 C로 표시한다. 즉, 정전용량은 전하를 저장하는 축전기의 능력을 나타내는 척도이다. 축전기가 저장할 수 있는 단위 전압 당 전하가 많으면 많을수록 정전용량은 커지며 다음 식으로 표현된다.

 

여기서 C는 정전용량이고, Q는 전하량, V는 전압이다.

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실험 방법

1. PVA 용액 제조

1) PVA의 농도가 30%가 되도록 증류수 10ml에 녹인다. (농도: w/v[g/ml]%)

㉠ 시약지에 약수저를 이용하여 PVA를 ( )g 정량한다.

㉡ Vial에 증류수 10ml를 담는다.

㉢ 증류수를 담은 vial에 처음에 정량한 PVA를 넣는다.

 

2) Vial에 magnetic bar를 넣는다.

 

3) Hot plate의 온도를 약 80℃로 설정하여 PVA를 녹인다. (RPM: 500)

 

2. 절연체(PVA) Bar coating

1) ITO glass에 코팅하고자 하는 면적을 제외하고 나머지 부분을 테이프로 붙인다.(면적을 다르게 하여 ITO glass를 3개 준비한다.)

 

2) 테이프를 붙인 ITO glass를 bar coater 위에 올려놓고, 그 위에 film applicator를 setting한다.

 

3) ITO glass 위에 PVA 용액을 떨어뜨리고 bar coating을 시작한다. (coating 속도: 5mm/sec)

 

4) coating이 완료되면 bar coater를 정리하고, ITO glass는 hot plate에서 약 80℃, 30분 동안 건조시킨다.

 

3. Silver paste coating

1) PVA가 충분히 건조된 ITO glass를 준비한다.

 

2) 붓을 이용하여 silver paste를 ITO glass의 PVA가 coating된 부분 위에 덧바른다.

 

3) 약 80℃의 hot plate에서 silver paste를 coating한 ITO glass를 올려놓고, 30분 이상 굳힌다.

 

4. Power supplier을 이용한 전압 공급 및 정전용량 측정

1) 전원 스위치를 눌러 Power supplier를 켠다.

 

2) 20분 이상 20V를 가해준다. (+,- 단자를 ITO와 silver 부분에 하나씩 물린다.)

 

3) 시간이 지난 후 multimeter의 ‘┫┣’을 이용하여 만든 축전기의 정전용량을 측정한다.

 

 

 

[화공생물공학기초실험]고분자를 이용한 축전기(Capacitor)의 제작과 정전용량(Capacitance) 측정 레포