JP6050035B2 - 電気エネルギー発生素子及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電気エネルギー発生素子に係り、特に圧電構造体及びエレクトレット特性を有する絶縁性フィルムを備える電気エネルギー発生素子及びその駆動方法に関する。
基板上に成長された圧電ナノワイヤーを利用して、周辺の環境で発生する機械的なエネルギーを含む色々な形態のエネルギーを電気エネルギーに変換させる電気エネルギー発生素子が開発されている。すでに、平坦なバルク形態の基板上に圧電ナノワイヤーを成長させた電気エネルギー発生素子が開発されたが、かかる構造の電気エネルギー発生素子は、基板のバルク形態により、外部の小さい振動や音波のような小さい入力エネルギーから、効率的に電気エネルギーを生成させがたいという問題点がある。したがって、これを解決するための方案として、最近、柔軟かつ伸張可能な特性を有する衣類のような織物を基板として利用することで、人の動きによる機械的なエネルギーや外部のノイズによる振動エネルギーから、電気エネルギーを発生させる電気エネルギー発生素子についての開発が脚光を浴びている。かかる織物基板を利用した電気エネルギー発生素子は、織物基板が、向上したコンフォーマルカバレッジ(conformal coverage)、粗い表面、及び外部の環境に敏感に反応して振動する特性を有するため、圧電効果が向上し、これによって発生する出力電圧を効率的に増大させることができる。
本発明の目的は、圧電構造体及びエレクトレット特性を有する絶縁性フィルムを備える電気エネルギー発生素子及びその駆動方法を提供することである。
本発明の一側面において、導電性物質を含み、互いに離隔されて配置される第１及び第２基板と、前記第１基板上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む圧電構造体と、前記圧電構造体と前記第２基板との間に設けられるものであって、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムと、を備える電気エネルギー発生素子が提供される。
前記電気エネルギー発生素子は、前記絶縁性フィルムが外部の機械的な力により前記圧電構造体と接触して、前記圧電構造体が変形されることで、電気エネルギーを発生させる。
前記絶縁性フィルムは、半永久的な分極または半永久的な表面電荷を有する物質を含んでもよい。前記絶縁性フィルムは、ポリマー系の物質または無機物を含んでもよい。
前記ポリマー系の物質は、フルオロポリマー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、セルラーポリプロピレン、またはポーラスポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。そして、前記無機物は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、またはフォトリフラクティブ物質を含む。
前記圧電構造体は、ｎ型半導体物質で形成され、前記圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（−）表面電荷を有する。あるいは、前記圧電構造体は、ｐ型半導体物質で形成され、前記圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（＋）表面電荷を有する。前記圧電構造体は、前記第１基板上に成長された複数の圧電ナノワイヤー、または前記第１基板上にコーティングされた圧電物質層を備える。
前記圧電ナノワイヤーは、前記第１基板上に垂直または傾斜して設けられる。前記圧電ナノワイヤーは、長手方向に沿って直径が一定した形状、及び／または一つの長手方向に沿って直径が変化する形状を有する。前記圧電ナノワイヤーは、例えば、ＺｎＯ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）またはＢａＴｉＯ３などを含む。
前記圧電物質層は、ポリマー圧電フィルムを備える。ここで、前記ポリマー圧電フィルムは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。
前記第１及び第２基板は、それぞれ織物基板を備える。ここで、前記織物基板は、非導電性織物と、前記非導電性織物上に形成された導電層とを備える。また、前記織物基板は、導電性織物を含んでもよい。
本発明の他の側面において、圧電特性を有する物質を含む圧電構造体と、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムと、を備え、前記絶縁性フィルムが前記圧電構造体と接触して、前記圧電構造体が変形されることで、電気エネルギーを発生させる電気エネルギー発生素子が提供される。
前記圧電構造体及び前記絶縁性フィルムは、導電性物質を含む第１基板と第２基板との間に設けられる。ここで、前記圧電構造体は、前記第１基板上に設けられ、前記絶縁性フィルムは、前記圧電構造体と前記第２基板との間に設けられる。
本発明の他の側面において、圧電特性を有する物質を含む圧電構造体と、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムとを備える電気エネルギー発生素子の駆動方法において、前記絶縁性フィルムが前記圧電構造体と接触して、前記圧電構造体が変形されることで、電気エネルギーを発生させる電気エネルギー発生素子の駆動方法が提供される。
ここで、前記絶縁性フィルムは、外部の機械的な力により前記圧電構造体と接触する。
本発明の他の側面において、互いに離隔されて設けられるものであって、それぞれ導電性物質を含む第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第１圧電構造体と、前記圧電構造体と前記第１及び第２基板のうち他方との間に設けられるものであって、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムと、を備える電気エネルギー発生素子が提供される。
前記絶縁性フィルムは、ポリマー系の物質または無機物を含んでもよい。
前記第１圧電構造体は、ナノワイヤー、ナノチューブ、ナノ粒子、ナノベルト、ナノコーン、マイクロワイヤー、マイクロ粒子、マイクロベルト、及びマイクロコーンのうち一つを含む。
前記第１圧電構造体は、圧電物質層及び複数の圧電ナノワイヤーのうち一つを含む。前記第１圧電構造体は、複数の圧電ナノワイヤーを含み、前記複数の圧電ナノワイヤーは、３ないし１０のアスペクト比を有する。
前記複数のナノワイヤーは、前記第１及び第２基板に垂直または一定に傾斜する。
前記第１圧電構造体は、ｎ型半導体物質を含み、前記第１圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（−）表面電荷を含む。前記第１圧電構造体は、ｐ型半導体物質を含み、前記第１圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（＋）表面電荷を含む。
前記電気エネルギー発生素子は、前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第２圧電構造体をさらに含む。
前記第１圧電構造体は、複数の第１ナノワイヤーを含み、前記第２圧電構造体は、複数の第２ナノワイヤーを含む。
前記複数の第１ナノワイヤーと前記複数の第２ナノワイヤーとは、前記第１基板上にあり、前記第１ナノワイヤーの圧電物質は、前記第２ナノワイヤーの圧電物質と異なり、前記絶縁性フィルムは、前記第２基板と前記複数の第１及び第２ナノワイヤーとの間にある。
前記複数の第１ナノワイヤーは、前記第１基板上にあり、前記複数の第２ナノワイヤーは、前記第２基板上にあり、前記複数の第１ナノワイヤーは、ｎ型半導体及びｐ型半導体のうち一方を含み、前記複数の第２ナノワイヤーは、ｎ型半導体及びｐ型半導体のうち他方を含む。
前記電気エネルギー発生素子は、前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第３圧電構造体をさらに含む。
前記第１圧電構造体は、前記第１基板上にあり、前記絶縁性フィルムは、前記第１基板と前記第１圧電構造体とを取り囲み、前記第２基板は、前記絶縁性フィルムを取り囲む。
本発明の他の側面において、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられる回路と、前記回路に連結されるマイクロフォンと、前記回路に連結されるスピーカと、前記回路に電気的に連結されるものであって、前記少なくとも一つの電気エネルギー発生素子と、を備えるフォンが提供される。
本発明の他の側面において、前記少なくとも一つの電気エネルギー発生素子を備える壁体システムが提供される。
本発明によれば、外部の機械的な力により、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムが圧電構造体と接触して、前記圧電構造体が変形されることで、より向上した出力電圧を誘導できる電気エネルギー発生素子を具現できる。また、基板として柔軟かつ伸張可能な特性を有する織物基板を使用する場合には、前記織物基板が外部のノイズや振動のような小さい入力エネルギーに対しても、敏感に反応するので、より効率的に電気エネルギーを生成させることができる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図面において、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、各構成要素のサイズや厚さは、説明の明瞭性のために誇張されうる。
図１Ａは、本発明の一実施形態による電気エネルギー発生素子１００を概略的に示す分離斜視図である。そして、図２Ａは、図１Ａに示す電気エネルギー発生素子１００の主要部を概略的に拡大して示すものである。
図１Ａ及び図２Ａを参照すれば、第１及び第２織物基板１１０，１２０が互いに離隔されて設けられている。前記第１及び第２織物基板１１０，１２０は、導電性物質を含む。一例として、前記第１織物基板１１０は、非導電性の第１織物１１１と、前記第１織物１１１上にコーティングされた第１導電層１１２とを備える。そして、前記第２織物基板１２０は、非導電性の第２織物１２１と、前記第２織物１２１上にコーティングされた第２導電層１２２とを備える。ここで、前記第１及び第２織物１１１，１２１それぞれは、複数の繊維ストランドが、図１Ａに示すように互いに所定のパターンに織り込まれた二次元的形状を有してもよい。かかる第１及び第２織物１１１，１２１は、柔軟かつ伸張可能な特性を有する。前記第１及び第２導電層１１２，１２２は、例えば、Ａｕのような電気伝導度に優れた金属で形成される。しかし、これは、単に例示的なものであって、本実施形態は、これに限定されず、他の多様な物質が前記第１及び第２導電層１１２，１２２に使われる。このように、第１及び第２織物基板１１０，１２０を電気エネルギー発生素子１００の基板として使用すれば、柔軟かつ伸張可能な織物特性により、外部のノイズや振動のような微細な入力エネルギーに対しても、電気エネルギー発生素子が敏感に反応し、これによって、より効率的に電気エネルギーを生成できる。
前記第１及び第２織物基板１１０，１２０の長さ及び幅は限定されない。例えば、前記第１及び第２織物基板１１０，１２０の長さ及び幅は、約１ｃｍ×１ｃｍから約１０ｃｍ×１０ｃｍとなるが、これに限定されない。大きい基板は、さらに自由に振動するため、基板サイズが大きいほど、出力電圧がさらに高くなる。
前記第１織物基板１１０上には、圧電特性を有する物質を含む圧電構造体が設けられている。前記圧電構造体は、複数の圧電ナノワイヤー１３０を備える。かかる圧電ナノワイヤー１３０は、外部の機械的な力により変形されれば、その圧電効果により、変形されたナノワイヤー１３０の両端間には所定の電圧が誘導され、これによって、電気エネルギーが発生する。前記圧電ナノワイヤー１３０は、ｎ型半導体物質またはｐ型半導体物質で形成される。具体的に、前記圧電ナノワイヤー１３０は、例えば、ＺｎＯ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、またはＢａＴｉＯ３などを含む。しかし、これは、単に例示的なものであって、その他にも、前記圧電ナノワイヤー１３０は、他の多様な圧電物質を含んでもよい。前記圧電ナノワイヤー１３０は、前記第１織物基板１１０の第１導電層１１２上に、例えば、化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition:CVD)または水熱合成方法(hydrothermal synthesis method)などを利用して、圧電物質を成長させることによって形成される。これによって、前記圧電ナノワイヤー１３０は、第１織物基板１１０の第１導電層１１２上に垂直または所定の角度ほど傾斜して形成されてもよい。かかる圧電ナノワイヤー１３０は、長手方向に沿って直径が一定した形状を有してもよい。
図１Ａ及び図２Ａは、圧電ナノワイヤー１３０を含む圧電構造体を説明したが、本実施形態はこれに限定されない。前記ナノワイヤー１３０の代わりに、または前記ナノワイヤー１３０に追加して、前記圧電ナノ構造体は、その物質（例えば、ＺｎＯ、ＰＺＴ、またはＢａＴｉＯ３など）の他の形状（例えば、ナノチューブ、ナノ粒子、ナノベルト、ナノコーン、マイクロワイヤー、マイクロ粒子、マイクロベルト、及びマイクロコーンなど）を含む。ナノワイヤーやマイクロワイヤーが使われる場合、前記ナノワイヤーやマイクロワイヤーの直径及び長さは、数ナノメーターから数百マイクロメーターまで多様であり、前記ナノワイヤー及びマイクロワイヤーは、約３から１０のアスペクト比を有する。例えば、前記ナノワイヤー１３０は、約２００ｎｍの直径と、約２から４ミクロンの長さとを有する。しかし、これに限定されるものではない。
前記圧電ナノワイヤー１３０と前記第２織物基板１２０との間には、絶縁性フィルム１５０が設けられている。前記絶縁性フィルム１５０は、エレクトレット特性を有する物質を含む。ここで、前記エレクトレット特性を有する物質は、半永久的な表面電荷または半永久的な分極を有する物質を意味する。これによって、前記絶縁性フィルム１５０は、複数の（−）表面電荷を有するか、または複数の（＋）表面電荷を有する。また、前記絶縁性フィルム１５０は、一面は複数の（＋）表面電荷を有するように、他面は複数の（−）表面電荷を有するように、強く分極されている物質で形成されてもよい。具体的に、前記圧電ナノワイヤー１３０がｎ型半導体物質を含む場合には、前記圧電ナノワイヤー１３０と対面する前記絶縁性フィルム１５０の表面、すなわち、前記絶縁性フィルム１５０の下面は、（−）表面電荷を有する。この場合、前記絶縁性フィルム１５０は、（−）表面電荷を有する物質で形成されるか、または下面が（−）表面電荷を有するように、強く分極されている物質で形成される。そして、前記圧電ナノワイヤー１３０がｐ型半導体物質を含む場合には、前記圧電ナノワイヤー１３０と対面する前記絶縁性フィルム１５０の表面、すなわち、前記絶縁性フィルム１５０の下面は、（＋）表面電荷を有する。この場合、前記絶縁性フィルム１５０は、（＋）表面電荷を有する物質で形成されるか、または下面が（＋）表面電荷を有するように、強く分極されている物質で形成される。
かかる絶縁性フィルム１５０は、その絶縁特性により、前記第１及び第２織物基板１１０，１２０が互いに接触することによって発生するショートを防止することも可能である。そして、前記絶縁性フィルム１５０は、そのエレクトレット特性により、外部エネルギー（一例として、機械及び振動エネルギー）により、前記第１織物基板１１０との間隔が変われれば、静電容量の変化による電圧の誘導が発生する。かかる絶縁性フィルム１５０は、例えば、ポリマー系の物質または無機物を含む。ここで、前記ポリマー系の物質は、フルオロポリマー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、セルラーポリプロピレン、またはポーラスポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを含む。前記フルオロポリマーには、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリ（テトラフルオロエチル−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）（ＦＥＰ）などが含まれ、前記ポリエチレン（ＰＥ）には、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、または架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）などが含まれる。そして、前記無機物は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、フォトリフラクティブ物質、またはシリコン酸化物にＮａ，ＳｅまたはＢなどが追加されたガラスを含む。一方、前述した物質は、単に例示的なものであって、その他に多様な物質が前記絶縁性フィルム１５０の物質として使われてもよい。
前記絶縁性フィルム１５０の厚さは、数ナノメーターから数ミリメーターまで多様であるが、これに限定されない。例えば、１００ｎｍから１００ミクロンとなってもよい。さらに、前記絶縁性フィルム１５０は、単一層または複数層を備える。例えば、前記絶縁性フィルム１５０は、ポリマー系の物質の二つ以上の層、無機物の二つ以上の層、またはポリマー系の物質の少なくとも一つの層、無機物の少なくとも一つの層を備える複数層構造で形成される。しかし、これに限定されるものではない。
図１Ｂは、外部回路に連結された図１Ａに示す電気エネルギー発生素子の概略的な分離斜視図である。図１Ｂを参照すれば、前記第１織物基板１１０は、第１回路基板１７０上の第１パッド１６０に電気的に連結される。前記第２織物基板１２０は、第２回路基板１９０上の第２パッド１８０に電気的に連結される。したがって、電気エネルギー発生素子１００の作動の間に発生する出力電圧Ｖは、第１回路基板１７０と第２回路基板１９０とを通じて収集され、外部回路（図示せず）に供給される。しかし、これに限定されるものではない。
図１Ｃは、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子を概略的に示す分離斜視図である。図１Ｃを参照すれば、前記電気エネルギー発生素子１０５は、第１織物基板１１０上に設けられる圧電ナノワイヤー１３０と、第２織物基板１２０上に設けられる圧電ナノワイヤー１３１とを備える。前記圧電ナノワイヤー１３１は、前記電気エネルギー発生素子１０５のナノワイヤー１３１として使われる物質が、ナノワイヤー１３０として選択された物質に依存するという点を除いては、圧電ナノワイヤー１３０と類似している。図１Ｃにおけるナノワイヤー１３０，１３１は、図１Ｃに示すポーリング方向（−＋←→−＋または＋−←→＋−）に沿って選択される。例えば、前記電気エネルギー発生素子１０５において、ナノワイヤー１３０，１３１のうち一方は、ｎ型半導体物質で形成され、前記ナノワイヤー１３０，１３１のうち他方は、ｐ型半導体物質で形成される。
図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子の主要部を拡大して示すものである。
図２Ｂを参照すれば、本実施形態による電気エネルギー発生素子は、第１織物基板１１０上に設けられる第１及び第２ナノワイヤー１３０，１３２を備える。前記圧電ナノワイヤー１３０，１３２の物質は相異なるが、同じ導電型、例えば、ｎ型またはｐ型半導体を含む。
図２Ｃを参照すれば、本実施形態による電気エネルギー発生素子は、第２織物基板１２０上に設けられる圧電ナノワイヤー１３１，１３４をさらに備える。図２Ｃにおけるナノワイヤー１３０，１３１，１３２，１３４は、図２Ｃに示すポーリング方向（−＋←→−＋または＋−←→＋−）に沿って選択される。例えば、ナノワイヤー１３０，１３２は、相異なるｎ型半導体物質で形成され、ナノワイヤー１３１，１３４は、相異なるｐ型半導体物質で形成される。しかし、これに限定されるものではない。例えば、ナノワイヤー１３０，１３２は、相異なるｐ型半導体物質で形成され、ナノワイヤー１３１，１３４は、相異なるｎ型半導体物質で形成されてもよい。
図３Ａ及び図３Ｃは、図１Ａに示す本発明の一実施形態による電気エネルギー発生素子１００が電気エネルギーを発生する過程を説明するための図面である。具体的に、図３Ａは、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子１００に圧力が加えられていない状態、すなわち、前記電気エネルギー発生素子１００に外部エネルギーが加えられていない状態を示すものである。そして、図３Ｃは、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子１００に外部エネルギーにより圧力が加えられた状態、すなわち、前記電気エネルギー発生素子１００に、例えば、外部のノイズや振動などによる機械的な力が加えられた状態を示すものである。
図３Ａを参照すれば、前記電気エネルギー発生素子１００に外部の機械的な力が加えられていない状態では、第１織物基板１１０上に形成された圧電ナノワイヤー１３０、エレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０、及び第２織物基板１２０が互いに一定に離隔されている。一方、前記電気エネルギー発生素子１００に外部の機械的な力が加えられていない状態でも、前記第２織物基板１２０、前記絶縁性フィルム１５０、及び前記圧電ナノワイヤー１３０は、互いに接触されもするが、この場合、前記圧電ナノワイヤー１３０は変形されず、前記絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間隔が一定に維持されてもよい。したがって、このように、前記電気エネルギー発生素子１００に外部の機械的な力が加えられていない状態では、前記圧電ナノワイヤー１３０が変形されないので、圧電効果による電圧の誘導は発生せず、また、前記絶縁性フィルム１５０が第１織物基板１１０と一定の間隔を維持しているので、絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量の変化による電圧の誘導も発生しない。
例えば、図３Ｂを参照すれば、図３Ｂは、いかなる機械的な力が加えられていない時、前記絶縁性フィルム１５０が前記圧電ナノワイヤー１３０に接触していることを示すものである。図３Ｂに示すように、圧電ナノワイヤー１３０は変形されない。一方、図示していないが、いかなる機械的な力も加えられていない時、前記絶縁性フィルム１５０が第２織物基板１２０と接触するか、または前記第２織物基板１２０及び前記圧電ナノワイヤーといずれも接触する。
次いで、図３Ｃを参照すれば、前記電気エネルギー発生素子１００に外部のエネルギーが、一例として、ノイズや振動などによる機械的な力を通じて加えられれば、前記第２織物基板１２０が第１織物基板１１０を加圧する方向に圧力が作用する。これによって、前記第２織物基板１２０、エレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０、及び圧電ナノワイヤー１３０が互いに接触する。そして、前記絶縁性フィルム１５０が圧電ナノワイヤー１３０の上端を加圧することで、前記圧電ナノワイヤー１３０は変形を起こす。一方、前記絶縁性フィルム１５０は、第１及び第２織物基板１１０，１２０の間で発生するショートを防止できる。このように、前記電気エネルギー発生素子１００に外部のエネルギーが、一例として、機械的な力を通じて加えられた状態では、前記圧電ナノワイヤー１３０の変形による圧電効果が発生し、かかる圧電効果によって、圧電ナノワイヤー１３０の両端間に所定の電圧が誘導される。また、前記絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間隔が変化することで、前記絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量が変化し、かかる静電容量の変化によって、前記第１織物基板１１０と第２織物基板１２０との間に所定の電圧が誘導される。これによって、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子では、外部のエネルギーにより、圧電効果による電圧の誘導及び静電容量の変化による電圧の誘導が発生することで、高い出力電圧が得られる。
また、本実施形態による電気エネルギー発生素子では、エレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０の表面電荷により、前記圧電ナノワイヤー１３０の圧電特性を向上させることで、より高い出力電圧を得ることも可能である。これを具体的に説明するために、前記絶縁性フィルム１５０は、（−）表面電荷を有する物質で形成され、前記圧電ナノワイヤー１３０は、ｎ型半導体物質で形成される場合を例として説明する。図３Ｃを参照すれば、電気エネルギー発生素子に外部の機械的な力が加えられれば、前記絶縁性フィルム１５０が圧電ナノワイヤー１３０の上端に接触し、次いで、前記圧電ナノワイヤー１３０が変形される。これによって、（−）表面電荷を有する絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０及び第２織物基板１２０との間隔が変化することで、静電容量が変化し、かかる静電容量の変化によって、第１及び第２織物基板１１０，１２０には、それぞれ所定の（−）電位及び（＋）電位が誘導される。また、前記絶縁性フィルム１５０と接触する圧電ナノワイヤー１３０が変形されることで、圧電効果が発生する。ここで、前記圧電ナノワイヤー１３０と接触する絶縁性フィルム１５０の（−）表面電荷により、圧電ナノワイヤー１３０の圧電効果が大きく向上する。具体的に、前記絶縁性フィルム１５０が圧電ナノワイヤー１３０と接触した状態で、前記圧電ナノワイヤー１３０が変形された場合に、前記圧電ナノワイヤー１３０の上端面に接触している絶縁性フィルム１５０の（−）表面電荷から発生する静電場が前記圧電ナノワイヤー１３０の内部の電子を再分布させる。そして、かかる電子の再分布により、圧電ナノワイヤー１３０の圧電特性はさらに強化されもする。したがって、このように向上した圧電効果により、前記圧電ナノワイヤー１３０の下端及び上端には、それぞれ所定の（＋）電位及び（−）電位が誘導される。ここで、前記圧電ナノワイヤー１３０の両端間に誘導される電圧は、前記絶縁性フィルム１５０なしに、前記圧電ナノワイヤー１３０が変形されることによって誘導される電圧より高い。このように、本実施形態による電気エネルギー発生素子では、絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量の変化による電圧の誘導によっても、前記圧電ナノワイヤー１３０の変形と、前記圧電ナノワイヤー１３０に接触した絶縁性フィルム１５０の表面電荷とによっても発生する、向上した圧電効果による電圧の誘導が発生することで、より高い出力電圧が得られる。
以下では、静電容量の変化のみを利用した電気エネルギー発生素子と、圧電効果のみを利用した電気エネルギー発生素子と、前述した本発明の実施形態による圧電及び静電容量の変化のシナジー効果を利用した電気エネルギー発生素子とを比較して説明する。
図４Ａは、静電容量の変化のみを利用した電気エネルギー発生素子１０を概略的に示すものである。図４Ａを参照すれば、第１織物基板１１０と第２織物基板１２０との間に、エレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０が介在されている。前記電気エネルギー発生素子１０に外部のエネルギーが、一例として、機械的な力を通じて加えられれば、前記絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間隔が変化することで、前記絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量が変化する。そして、かかる静電容量の変化により、第１織物基板１１０と第２織物基板１２０との間には、所定の電圧が誘導される。
図４Ｂは、圧電効果のみを利用した電気エネルギー発生素子２０を概略的に示すものである。図４Ｂを参照すれば、第１織物基板１１０上には、複数の圧電ナノワイヤー１３０が形成されており、この圧電ナノワイヤー１３０の上部に第２織物基板１２０が設けられている。前記電気エネルギー発生素子に外部のエネルギーが、一例として、機械的な力を通じて加えられれば、前記第２織物基板１２０が圧電ナノワイヤー１３０を加圧することで、圧電ナノワイヤー１３０が変形される。そして、かかる圧電ナノワイヤー１３０の変形によって発生する圧電効果により、前記圧電ナノワイヤー１３０の両端には、所定の電圧が誘導される。
図４Ｃは、本発明の実施形態による圧電及び静電容量の変化のシナジー効果を利用した電気エネルギー発生素子１００を概略的に示すものである。図４Ｃを参照すれば、第１織物基板１１０上には、圧電ナノワイヤー１３０が形成されており、この圧電ナノワイヤー１３０と第２織物基板１２０との間には、エレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０が介在されている。前述したように、前記電気エネルギー発生素子に外部のエネルギーが、一例として、機械的な力を通じて加えられれば、静電容量の変化による電圧の誘導及び圧電効果による電圧の誘導が発生する。
図５Ａないし図５Ｃは、それぞれ図４Ａないし図４Ｃに示す対応する電気エネルギー発生素子１０，２０，１００により発生した出力電圧を示すものである。具体的に、図５Ａは、図４Ａに示す静電容量の変化のみを利用した電気エネルギー発生素子１０により発生した出力電圧Ｖ１を示すものであり、図５Ｂは、図４Ｂに示す圧電効果のみを利用した電気エネルギー発生素子２０により発生した出力電圧Ｖ２を示すものである。そして、図５Ｃは、図４Ｃに示す本発明の実施形態による圧電及び静電容量の変化のシナジー効果を利用した電気エネルギー発生素子１００により発生した出力電圧Ｖ３を示すものである。図５Ａないし図５Ｃには、図４Ａないし図４Ｃに示す電気エネルギー発生素子１０，２０，１００に、スピーカを利用して１００ｄＢ，１００Ｈｚの音波を加えた時に誘導された出力電圧が示されている。ここで、前記絶縁性フィルム１５０としては、（−）表面電荷を有するエレクトレットフィルムが使われ、前記圧電ナノワイヤー１３０としては、ｎ型ＺｎＯナノワイヤーが使われた。そして、前記第１及び第２織物基板１１０，１２０としては、Ａｕが表面にコーティングされた織物基板が使われた。
図５Ａないし図５Ｃを参照すれば、静電容量の変化のみを利用した電気エネルギー発生素子１０で発生した出力電圧Ｖ１は、約１Ｖであり、圧電効果のみを利用した電気エネルギー発生素子２０で発生した出力電圧Ｖ２は、約１．６Ｖであった。そして、本発明の実施形態による圧電及び静電容量の変化のシナジー効果を利用した電気エネルギー発生素子１００で発生した出力電圧Ｖ３は、約４．８Ｖであった。かかる結果から、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子１００から発生する出力電圧Ｖ３は、静電容量の変化を利用して誘導された出力電圧Ｖ１と、圧電効果を利用して誘導された出力電圧Ｖ２との和よりはるかに大きいということが分かる。これは、前述したように、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子では、絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量の変化による電圧の誘導によっても、前記圧電ナノワイヤー１３０の変形と、前記絶縁性フィルムの表面電荷とによっても発生する、向上した圧電効果による電圧の誘導が発生することに起因する。
図６は、圧電ナノワイヤーの上端面に変化する量（または密度）の（−）表面電荷が付着された状態で、前記圧電ナノワイヤーに一定の力（Ｔｚ＝−２．０５×１０８Ｐａ）がナノワイヤーの長手方向に加えられた場合、前記表面電荷の密度によって、前記圧電ナノワイヤーの上端に誘導される圧電ポテンシャルを、シミュレーションを通じて計算した結果を示すものである。図６のシミュレーションのための圧電ナノワイヤー１３０としては、ｎ型ＺｎＯナノワイヤーが使われた。図６を参照すれば、前記圧電ナノワイヤーの上端に付着された（−）表面電荷の密度が増加するにつれて、前記圧電ナノワイヤーの上端に誘導される圧電ポテンシャルも増加するということが分かる。かかる実験結果から、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子で、外部の機械的な力により、前記圧電ナノワイヤー１３０の上端面にエレクトレット特性を有する絶縁性フィルム１５０が付着されれば、前記圧電ナノワイヤー１３０の上端面に接触する絶縁性フィルム１５０の表面電荷により、前記圧電ナノワイヤー１３０の圧電特性がさらに向上するということが分かる。
前述したように、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子１００では、絶縁性フィルム１５０と第１織物基板１１０との間の静電容量の変化による電圧の誘導によっても、前記圧電ナノワイヤー１３０の変形と、前記圧電ナノワイヤー１３０に接触した前記絶縁性フィルム１５０の表面電荷とによっても発生する、向上した圧電効果による電圧の誘導によって、さらに高い出力電圧が得られる。また、本実施形態による電気エネルギー発生素子１００において、基板として柔軟かつ伸張可能な特性を有する織物基板１１０，１２０を使用することで、外部のノイズのような小さい入力エネルギーに対しても、電気エネルギー発生素子が敏感に反応して、効率的に電気エネルギーを発生させることができる。
一方、以上では、前記第１及び第２織物基板１１０，１２０が非導電性の織物１１１，１２１と、この織物の表面にコーティングされた導電層１１２，１２２とから構成される場合について説明した。しかし、図７に示すように、第１及び第２織物基板１１０´，１２０´が導電性材質の織物のみで構成されてもよい。そして、前述した第１及び第２織物基板１１０，１１０´，１２０，１２０´の構造も、単に例示的なものであって、その他にも、前記第１及び第２織物基板は、他の多様な構造を有してもよい。そして、以上では、織物基板が使われる場合を例として説明したが、その他にも、多様な種類の基板（例えば、シリコン基板またはフレキシブル基板など）が使われてもよい。
以上では、第１織物基板１１０上に形成された圧電ナノワイヤー１３０が長手方向に沿って直径が一定した形状を有する場合を例として説明した。しかし、その他にも、成長条件を調節すれば、多様な形状の圧電ナノワイヤーが成長形成される。
図８Ａないし図８Ｃには、図１Ａに示す圧電構造体、例えば、圧電ナノワイヤー１３０の変形例が示されている。具体的に、図８Ａに示す圧電ナノワイヤー１３０ａは、一つの長手方向に沿って直径が次第に短くなる形状を有しており、図８Ｂに示す圧電ナノワイヤー１３０ｂは、長手方向に沿って直径が一定した形状と、一つの長手方向に沿って直径が短くなる形状とが結合された形状を有している。そして、図８Ｃに示す圧電ナノワイヤー１３０ｃは、一つの長手方向に沿って直径が次第に短くなっていて、再び増加する形状を有している。一方、前述した圧電ナノワイヤー１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃの形状は、単に例示的なものであって、その他にも、多様な形状の圧電ナノワイヤーが使われてもよい。
また、以上では、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子に適用される圧電構造体として、圧電ナノワイヤー１３０を例として説明した。しかし、その他の圧電構造体が使われてもよい。
図９は、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子に適用される圧電構造体の他の例を示すものである。図９を参照すれば、第１織物基板１１０上には、圧電構造体が設けられる。ここで、前記圧電構造体は、前記第１織物基板１１０上にコーティングされた圧電物質層１３０´となる。かかる圧電物質層１３０´は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のようなポリマー圧電物質を含む。しかし、これに限定されるものではない。一方、以上の実施形態では、二つの基板と、その間に設けられた圧電構造体とから構成された単層構造の電気エネルギー発生素子が例として説明されたが、これに限定されず、複層または多層構造の電気エネルギー発生素子も具現可能である。
以下では、本発明の一実施形態による電気エネルギー発生素子の製造方法を説明する。しかし、後述する方法に限定されない。
織物基板は、ポリエステルからなる人造繊維のネットワークで構成されている。前記ポリエステル繊維は、長いストランドでポリエステルを引っ張ることで製造され、このポリエステル繊維を織り込むことで、織物基板が形成される。薄いＡｕ電極（〜５ｎｍ）は、ＲＦマグネトロンスパッタを利用して、前記織物基板の両側上に蒸着される。その上に水熱合成法を利用してＺｎＯナノワイヤーが成長され、絶縁性フィルムとして、接着剤を塗った薄いＰＥフィルム（４０μｍ）がＺｎＯナノワイヤー上に設けられる。上部電極としての役割を行うＡｕがコーティングされた織物基板である振動板が、前記絶縁性フィルム上に設けられる。前記挿入されたＰＥフィルムは、エッジが固定され、前記ＺｎＯナノワイヤーと前記織物の上部電極との間で自由に振動する。前記織物の上部及び下部は、エッジで密封され、前記電極は、前記織物の両側上にシルバーペーストを利用して付着される。
大面積の織物基板上にＺｎＯナノワイヤーを均一に成長させるために、織物基板を０．０２Ｍの酢酸亜鉛二水和物溶液（酢酸亜鉛二水和物＋エタノール）に３分間ディッピングすることで、シード層を成長し、それを５分間２００℃でホットプレート上でベーキングする。そして、かかる工程は、四回繰り返される。次いで、ＺｎＯナノワイヤーの成長がなされる。硝酸亜鉛六水和物（９８％，Ａｌｄｒｉｃｈ）及びヘキサメチレンテトラミン（９９％，Ａｌｄｒｉｃｈ）溶液が、２５ｎｍ濃度でイオン交換水内に用意される。次いで、Ａｕがコーティングされた織物基板を、水溶液で満たされたガラス容器内にさかさまに吊り下げて、前記ガラス容器を約９０℃に加熱する。成長反応後には、成長されたＺｎＯナノワイヤーは、空気により乾燥される。
図１０は、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子の断面を示すものである。図１０を参照すれば、電気エネルギー発生素子は、第１織物基板１１０"を備える。前記第１織物基板１１０"は、非導電性の第１織物１１１"と、前記第１織物１１１"上にコーティングされた第１導電層１１２"とを備える。圧電ナノワイヤー１３０は、前記第１織物基板１１０"上に設けられる。絶縁性フィルム１５０´と第２織物基板１２０"とは、前記第１織物基板１１０"を取り囲むように形成される。前記第２織物基板１２０"は、非導電性の第２織物１２１"と、前記第２織物上にある第２導電層１２２"とを備える。図１０は、前記絶縁性フィルム１５０´及び前記第２織物基板１２０"が、圧電ナノワイヤー１３０を含む前記第１織物基板１１０"を取り囲む同心型チューブで形成された場合が説明されたが、本実施形態は、これに限定されない。
前記第１織物基板１１０"、第１織物１１１"及び第１導電層１１２"、絶縁性フィルム１５０´、第２織物基板１２０"、第２織物１２１"及び第２導電層１２２"は、それぞれ図１Ａに示す前記第１織物基板１１０、第１織物１１１及び第１導電層１１２、絶縁性フィルム１５０、第２織物基板１２０、第２織物１２１及び第２導電層１２２と同じ物質を含む。
図１１は、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子５００を備えるフォン１１００ａ，１１００ｂの斜視図である。図１１を参照すれば、各フォン１１００ａ，１１００ｂは、ディスプレイ２００、マイクロフォン３００、ハウジング４００、及び少なくとも一つの電気エネルギー発生素子５００を備える。しかし、これに限定されない。前記電気エネルギー発生素子５００は、前記ハウジング４００の内側に設けられた電源装置（図示せず）に連結された回路（図示せず）に電気的に連結される。前記電気エネルギー発生素子５００の位置は、特に限定されるものではないが、一つの電気エネルギー発生素子５００は、マイクロフォン３００やスピーカ６００に近く位置することが望ましい。これによって、前記電気エネルギー発生素子５００は、スピーカ６００から出るか、またはマイクロフォン３００に入る音波から機械的なエネルギーを得て、この機械的なエネルギーを、フォン１１００ａ，１１００ｂの電力を供給するのに使われる電気エネルギーに転換可能に構成される。前記ディスプレイ２００、マイクロフォン３００及びスピーカ６００は、前記回路に連結される。
図１１は、電気エネルギー発生素子を備えるフォン１１００ａ，１１００ｂを示しているが、本実施形態は、これに限定されない。本実施形態による電気エネルギー発生素子は、機械的なエネルギー及び／またはノイズを電気エネルギーに得るために、他の電子素子に適用される。例えば、本実施形態による電気エネルギー発生素子は、機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換させるために、コンピュータ、ポケット用素子、ラジオ、音響システム、個人デジタル補助手段、タブレットコンピュータなどに適用される。しかし、これらに限定されるものではない。
図１２は、本発明の実施形態による電気エネルギー発生素子を備える壁体システム７００を示すものである。図１２を参照すれば、壁体システム７００は、本発明の実施形態による少なくとも一つの電気エネルギー発生素子８００を備える。前記壁体システム７００は、道路９００（例えば、高速道路）に隣接した構造物の一部となる。前記壁体システム７００は、道路９００上の車両運行により発生するノイズによる音波からエネルギーを得るように構成される。前記音波は、電気エネルギー発生素子８００を利用して電気エネルギーに転換されて、パワーシステム（図示せず）に供給される。
図１２は、前記壁体システム７００が道路に隣接した場合を示しているが、これに限定されない。例えば、前記壁体システム７００は、ノイズによる音波からエネルギーが得られる他の領域及び／またはノイズ環境に設けられてもよい。例えば、前記壁体システム７００は、建設現場近辺、列車駅または鉄道線路近辺、空港滑走路近辺、コンサート場所のステージやスピーカ近辺に設けられてもよい。しかし、これらに限定されない。
以上、本発明の実施形態が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。
本発明は、電気エネルギー発生関連の技術分野に適用可能である。
１００ 電気エネルギー発生素子
１１０ 第１織物基板
１１１ 第１織物
１１２ 第１導電層
１２０ 第２織物基板
１２１ 第２織物
１２２ 第２導電層
１３０ 圧電ナノワイヤー
１５０ 絶縁性フィルム
１１０ 第１織物基板
１１１ 第１織物
１１２ 第１導電層
１２０ 第２織物基板
１２１ 第２織物
１２２ 第２導電層
１３０ 圧電ナノワイヤー
１５０ 絶縁性フィルム
Claims (29)
- 導電性物質を含み、互いに離隔されて配置される第１及び第２基板と、
前記第１基板上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む圧電構造体と、
前記圧電構造体と前記第２基板との間に設けられるものであって、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムと、を備え、
前記圧電構造体は、ｎ型半導体物質で形成され、前記圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（−）表面電荷を有し、もしくは、
前記圧電構造体は、ｐ型半導体物質で形成され、前記圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（＋）表面電荷を有する、
ことを特徴とする電気エネルギー発生素子。 - 前記絶縁性フィルムが外部の機械的な力により前記圧電構造体と接触して、前記圧電構造体が変形されることで、電気エネルギーを発生させることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記絶縁性フィルムは、半永久的な分極または半永久的な表面電荷を有する物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記絶縁性フィルムは、ポリマー系の物質または無機物を含むことを特徴とする請求項３に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記ポリマー系の物質は、フルオロポリマー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、セルラーポリプロピレン、またはポーラスポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記無機物は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、またはフォトリフラクティブ物質を含むことを特徴とする請求項４に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記圧電構造体は、前記第１基板上に成長された複数の圧電ナノワイヤー、または前記第１基板上にコーティングされた圧電物質層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記圧電ナノワイヤーは、前記第１基板上に垂直または傾斜して設けられることを特徴とする請求項７に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記圧電ナノワイヤーは、長手方向に沿って直径が一定した形状、及び／または一つの長手方向に沿って直径が変化する形状を有することを特徴とする請求項７に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記圧電ナノワイヤーは、ＺｎＯ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、またはＢａＴｉＯ３を含むことを特徴とする請求項７に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記圧電物質層は、ポリマー圧電フィルムを含むことを特徴とする請求項７に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記ポリマー圧電フィルムは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１及び第２基板は、それぞれ織物基板を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記織物基板は、非導電性織物と、前記非導電性織物上に形成された導電層とを備えることを特徴とする請求項１３に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記織物基板は、導電性織物を含むことを特徴とする請求項１３に記載の電気エネルギー発生素子。
- 互いに離隔されて設けられるものであって、それぞれ導電性物質を含む第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第１圧電構造体と、
前記圧電構造体と前記第１及び第２基板のうち他方との間に設けられるものであって、エレクトレット特性を有する物質を含む絶縁性フィルムと、を備え、
前記第１圧電構造体は、ｎ型半導体物質を含み、前記第１圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（−）表面電荷を含み、もしくは、
前記第１圧電構造体は、ｐ型半導体物質を含み、前記第１圧電構造体と対面する前記絶縁性フィルムの表面は、（＋）表面電荷を含む、
ことを特徴とする電気エネルギー発生素子。 - 前記絶縁性フィルムは、ポリマー系の物質または無機物を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１圧電構造体は、ナノワイヤー、ナノチューブ、ナノ粒子、ナノベルト、ナノコーン、マイクロワイヤー、マイクロ粒子、マイクロベルト、及びマイクロコーンのうち一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１圧電構造体は、圧電物質層及び複数の圧電ナノワイヤーのうち一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１圧電構造体は、複数の圧電ナノワイヤーを含み、前記複数の圧電ナノワイヤーは、３ないし１０のアスペクト比を含むことを特徴とする請求項１９に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記複数のナノワイヤーは、前記第１及び第２基板に垂直または一定に傾斜したことを特徴とする請求項１９に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第２圧電構造体をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１圧電構造体は、複数の第１ナノワイヤーを含み、前記第２圧電構造体は、複数の第２ナノワイヤーを含むことを特徴とする請求項２２に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記複数の第１ナノワイヤーと前記複数の第２ナノワイヤーとは、前記第１基板上にあり、前記第１ナノワイヤーの圧電物質は、前記第２ナノワイヤーの圧電物質と異なり、前記絶縁性フィルムは、前記第２基板と前記複数の第１及び第２ナノワイヤーとの間にあることを特徴とする請求項２３に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記複数の第１ナノワイヤーは、前記第１基板上にあり、前記複数の第２ナノワイヤーは、前記第２基板上にあり、前記複数の第１ナノワイヤーは、ｎ型半導体及びｐ型半導体のうち一方を含み、前記複数の第２ナノワイヤーは、ｎ型半導体及びｐ型半導体のうち他方を含むことを特徴とする請求項２３に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１及び第２基板のうち一方上に設けられるものであって、圧電特性を有する物質を含む第３圧電構造体をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の電気エネルギー発生素子。
- 前記第１圧電構造体は、前記第１基板上にあり、前記絶縁性フィルムは、前記第１基板と前記第１圧電構造体とを取り囲み、前記第２基板は、前記絶縁性フィルムを取り囲むことを特徴とする請求項１６に記載の電気エネルギー発生素子。
- ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられる回路と、
前記回路に連結されるマイクロフォンと、
前記回路に連結されるスピーカと、
前記回路に電気的に連結されるものであって、請求項１６に記載の少なくとも一つの電気エネルギー発生素子と、を備えることを特徴とするフォン。 - 請求項１６に記載の少なくとも一つの電気エネルギー発生素子を備えることを特徴とする壁体システム。
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