KR101231569B1 - Energy Harvesting System Using Piezoelectric Nanorod Arrays and Method for Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 방향으로 배향되고, 폴리머 전극을 형성한 압전 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템은 도전성 폴리머 전극인 하부 전극, 하부 전극의 상부에 45도~90도의 범위에 속하는 각도로 형성되고, P(VDF-TrFE) 또는 PVDF 폴리머 압전소자 물질로 이루어진 폴리머 나노로드, 폴리머 나노로드 표면에 형성된 도전성 폴리머 전극인 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템의 제조방법은 템플레이트를 구비하는 단계, 템플레이트 상부에 폴리머 용액을 도포하여, 상기 템플레이트를 따라 하부로 스며들도록 하는 단계, 폴리머 용액을 결정화시키는 단계, 폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계, 폴리머 용액 결정체와 상기 나노 템플레이트를 분리하여 폴리머 나노로드를 획득하는 단계 및 폴리머 나노로드에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to an energy harvesting system using piezoelectric nanorods oriented in a vertical direction and forming a polymer electrode, and a method for manufacturing the same. The lower electrode, which is a silver conductive polymer electrode, is formed at an angle in the range of 45 degrees to 90 degrees on top of the lower electrode, and is formed on the surface of the polymer nanorod made of P (VDF-TrFE) or PVDF polymer piezoelectric material and on the surface of the polymer nanorod. And an upper electrode which is a conductive polymer electrode.
Furthermore, the method of manufacturing an energy harvesting system using piezoelectric nanorods comprises the steps of: providing a template, applying a polymer solution on top of the template, soaking downward along the template, crystallizing the polymer solution, polymer solution crystals Forming a lower electrode on, separating the polymer solution crystals and the nano template to obtain a polymer nanorods and forming an upper electrode on the polymer nanorods.
Description
본 발명은 압전체 나노로드를 이용한 압전소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직 방향으로 배향되고, 폴리머 전극을 형성한 압전 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric element using a piezoelectric nanorod and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an energy harvesting system using a piezoelectric nanorod formed by oriented vertically and forming a polymer electrode, and a method of manufacturing the same.
일반적으로 압전소자는 외부 압력이 가해졌을 때 압력에 비례해 물질 내부에 분극이 유도되고, 외부 전기장에 의해 기계적인 변형이 일어나 전류가 발생하는 압전효과를 이용하는 소자로서, 주로 필름구조로 이루어진다. 이 압전소자는 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로 상호 변환이 가능하다. 따라서, 가속도 센서, 수중 센서, 공중 초음파 센서, 비파괴 검사용 센서 등에 사용되고 있다.In general, a piezoelectric element is a device that utilizes a piezoelectric effect in which polarization is induced in a material in proportion to pressure when an external pressure is applied, and mechanical deformation occurs due to an external electric field, thereby generating a current. The piezoelectric element converts mechanical vibration energy into electrical energy, and converts electrical energy into mechanical vibration energy. Therefore, it is used for acceleration sensors, underwater sensors, aerial ultrasonic sensors, nondestructive inspection sensors and the like.
하지만, 필름 구조를 이용한 압전소자의 경우 외부 압력에 의한 기계적 인성이 약하며, 형상의 변형 등이 용이하지 못해 다양한 소자에 적용이 어렵다. 또한, 압력을 받는 표면적이 좁아 에너지 발생 및 변환에 있어서 효율성이 낮고, 압력에 의해 발생하는 변위가 작다.However, the piezoelectric element using the film structure is weak in mechanical toughness due to external pressure, it is difficult to change the shape, etc., it is difficult to apply to various elements. In addition, the surface area under pressure is narrow, so the efficiency is low in energy generation and conversion, and the displacement caused by pressure is small.
본 발명은 위에서 서술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부 압력 또는 기계적인 진동을 통해 전기 에너지를 발생시키고, 상이한 에너지 간의 상호 변환이 가능한 압전소자 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric element and a method of manufacturing the same, which generate electrical energy through external pressure or mechanical vibration, and are capable of mutual conversion between different energies.
나아가, 외부 압력에 의한 기계적 인성이 강하고, 형상의 변형이 용이하며, 다양한 분야의 소자에 사용 가능한 유연한 폴리머 나노로드를 이용한 압전소자를 제공함을 목적으로 한다.Furthermore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric device using a flexible polymer nanorod, which is strong in mechanical toughness due to external pressure, easily deformed in shape, and which can be used in devices in various fields.
나아가, 압력에 의해 발생되는 변위의 크기와 표면적을 넓혀 단위 면적당 발생되는 전류 및 전압을 높임과 동시에 에너지 발생 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.Furthermore, the present invention aims to increase the magnitude and surface area of displacement generated by pressure to increase the current and voltage generated per unit area and to improve energy generation efficiency.
더 나아가, 압전센서, 가속도 센서, 수중 센서, 공중 초음파 센서, 비파괴 검사용 센서 등에 활용가능하고, 나노구조의 압전소자를 제공함을 목적으로 한다.Furthermore, the present invention can be utilized in piezoelectric sensors, acceleration sensors, underwater sensors, aerial ultrasonic sensors, nondestructive inspection sensors, and the like, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric element having a nanostructure.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템은 도전성 폴리머 전극인 하부 전극, 하부 전극의 상부에 45도~90도의 범위에 속하는 각도로 형성되고, P(VDF-TrFE) 또는 PVDF 폴리머 압전소자 물질로 이루어진 폴리머 나노로드, 폴리머 나노로드 표면에 형성된 도전성 폴리머 전극인 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the energy harvesting system using the piezoelectric nanorod according to the present invention is formed at an angle in the range of 45 degrees to 90 degrees on the lower electrode, the lower electrode which is a conductive polymer electrode, and P (VDF- TrFE) or a polymer nanorod made of a PVDF polymer piezoelectric element material, and an upper electrode which is a conductive polymer electrode formed on the surface of the polymer nanorod.
나아가, 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템의 제조방법은 템플레이트를 구비하는 단계, 템플레이트 상부에 폴리머 용액을 도포하여, 상기 템플레이트를 따라 하부로 스며들도록 하는 단계, 폴리머 용액을 결정화시키는 단계, 폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계, 폴리머 용액 결정체와 상기 나노 템플레이트를 분리하여 폴리머 나노로드를 획득하는 단계 및 폴리머 나노로드에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Furthermore, the method of manufacturing an energy harvesting system using piezoelectric nanorods comprises the steps of: providing a template, applying a polymer solution on top of the template, soaking downward along the template, crystallizing the polymer solution, polymer solution crystals Forming a lower electrode on, separating the polymer solution crystals and the nano template to obtain a polymer nanorods and forming an upper electrode on the polymer nanorods.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명은 하부 전극상에 45도~90도의 범위에 속하는 각도를 이루는 폴리머 나노로드를 에너지 수확 시스템을 위한 압전소자에 이용함으로써, 기계적 인성이 높고, 외부 압력에 의해 파괴 또는 손상이 일어나지 않는다. 따라서, 다양한 형상의 소자에 적용 가능하다.As described above, the present invention utilizes a polymer nanorod having an angle in the range of 45 degrees to 90 degrees on the lower electrode in a piezoelectric element for an energy harvesting system, thereby providing high mechanical toughness and breaking or damage by external pressure. This does not happen. Therefore, it is applicable to the element of various shapes.
나아가, 폴리머 나노로드의 상하부에 도전성 폴리머 전극을 형성하기 때문에 외부 압력 또는 기계적인 진동에 의한 에너지 발생 효율이 높고, 우수한 감도를 갖는다. 또한, 상이한 에너지 간의 상호 변환이 효율적으로 이루어진다.Furthermore, since conductive polymer electrodes are formed on the upper and lower portions of the polymer nanorods, the energy generation efficiency due to external pressure or mechanical vibration is high and has excellent sensitivity. In addition, the mutual conversion between different energies takes place efficiently.
나아가, 폴리머 나노로드가 45도~90도의 범위에 속하는 각도를 이루기 때문에 부피 대 표면적 비가 증가하고, 외부 압력에 따른 변위의 크기가 켜져, 단위 면적당 발생되는 전류 및 전압이 높다. 따라서, 에너지 발생 효율 및 감도가 우수하다.Furthermore, since the polymer nanorods form an angle in the range of 45 degrees to 90 degrees, the volume-to-surface area ratio is increased, and the magnitude of displacement due to external pressure is turned on, resulting in high current and voltage generated per unit area. Therefore, the energy generation efficiency and sensitivity are excellent.
나아가, 폴리머 나노로드의 유연성으로 인해 외부 압력에 의한 기계적 인성이 강하고, 형상의 변형이 용이하여 압전 센서, 가속도 센서, 수중 센서, 공중 초음파 센서, 유체 센서와 같은 다양한 분야에 적용 및 사용이 가능하다.Furthermore, due to the flexibility of the polymer nanorods, the mechanical toughness caused by external pressure is strong and the shape is easily deformed, and thus it can be applied and used in various fields such as piezoelectric sensors, acceleration sensors, underwater sensors, aerial ultrasonic sensors, and fluid sensors. .
도 1은 일반적인 압전 소자를 설명하는 단면도이다.
도 2은 압전 소자의 압전 효과를 설명하는 개념도이다.
도 3는 압전 소자의 압전 역 효과를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템의 상태도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템을 설명하는 다른 도면이다.
도 7 내지 도 8은 폴리머 나노로드를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템의 제조방법을 설명하는 도면이다.1 is a cross-sectional view illustrating a general piezoelectric element.
2 is a conceptual diagram illustrating the piezoelectric effect of the piezoelectric element.
3 is a conceptual diagram illustrating a piezoelectric adverse effect of a piezoelectric element.
4 is a view illustrating an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
5 is a state diagram of the energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
6 is another diagram illustrating an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
7 to 8 illustrate polymer nanorods.
9 is a view for explaining a method of manufacturing an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily reproduce the present invention.
도 1은 일반적인 압전 소자를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이 압전 소자(100)는 판형상의 세라믹 기판(101), 세라믹 기판(101)상에 형성된 표면 전극(102)을 포함한다.1 is a cross-sectional view illustrating a general piezoelectric element. As shown, the
일 실시 예에 있어서, 세라믹 기판(101)은 상하부 한쌍으로 구성되며, 표면에 스퍼터링(Sputtring) 등과 같은 박막 형성법에 의해 표면 전극(102)을 형성한다. 압전 소자(100)는 이 세라믹 기판(101)의 구조에 따라 크게 단파형과 적층형으로 구분된다. 일반적으로 단파형 압전 소자는 50(V/mm)~1000(V/mm)의 고전압 구동을 하고, 복수의 세라믹 기판(101)을 적층하는 적층형 압전 소자는 저전압 구동 및 소형화가 가능하다.In one embodiment, the
일 실시 예에 있어서, 표면 전극(102)은 박막 형성법에 의해 세라믹 기판(101)의 표면에 형성된다. 표면 전극(102)의 두께는 특정하게 한정되지 않으며, 수 ㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 금속 페이스트를 도포하는 방법 등 다양한 방법으로 구현 가능하며, 도전성 물질을 사용한다.In one embodiment, the
위에서 상술한 기판(101) 및 표면 전극(102)을 포함하는 압전 소자(100)는 외부 압력(F)이 가해졌을 때 압력에 비례해 물질 내부에 분극이 유도되고, 외부 전기장에 의해 기계적인 변형이 일어나 전류가 발생하는 압전효과를 이용한다.In the
또한, 압전 소자(100)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 압전 직접효과(Piezoelectric Direct Effect)와 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 압전 역 효과(Piezoelectric Converse Effect)를 가진다. 압전 직접효과는 전류 및 전압을 발생하는 기능으로 외부 압력(F)에 의해 출력단에 전류를 출력한다. 이 효과를 이용해 압전 센서, 가속도 센서, 수중 센서, 공중 초음파 센서, 유체 센서와 같은 다양한 분야에 적용 및 사용이 가능하다.In addition, the
도 2은 압전 소자의 압전 효과를 설명하는 개념도이다. 도 2을 참고하여 압전 직접효과(Piezoelectric Direct Effect)를 설명할 수 있다. 도시된 바와 같이 (a)는 외부 압력(F)이 없는 상태의 압전 소자(100)를 나타내고, 이때 출력 전압은 발생하지 않는다. (b)는 외부 압력(F)이 가해진 상태의 압전 소자(100)를 나타낸다. 이때 압전 소자(100)의 부피는 감소하며, 상하 전극에 (+), (-)의 전류가 발생한다. (c)는 신장력을 가한 상태의 압전 소자(100)을 나타낸다. 이때 압전 소자(100)의 부피는 (a)의 압전 소자(100)에 비해 증가하며, (b)의 압전 소자(100)와 반대 현상이 발생하고, 상하 전극에 (+), (-)의 전류가 발생한다.2 is a conceptual diagram illustrating the piezoelectric effect of the piezoelectric element. Referring to FIG. 2, the piezoelectric direct effect may be described. As shown, (a) represents the
또한, 압전 역효과(Piezoelectric Converse Effect)는 변위발생 기능으로 압전 소자(100)에 외부 전압을 걸어주면, 압전 소자(100)가 기계적 변위를 일으키게 되는 현상을 말한다.In addition, the piezoelectric converse effect refers to a phenomenon in which the
도 3은 압전 소자의 압전 역효과를 설명하는 개념도이다. 도 3은 압전 역 효과(Piezoelectric Converse Effect)를 설명하는 것으로, 직류와 교류 전압을 인가한 경우에 압전 소자(100)의 기본 작동을 나타낸다.3 is a conceptual diagram illustrating a piezoelectric adverse effect of a piezoelectric element. 3 illustrates the Piezoelectric Converse Effect, and illustrates the basic operation of the
도시된 바와 같이 (a′)는 외부로부터 압전 소자(100)에 구동 전압이 인가되지 않은 상태이고, 이때 변위는 나타나지 않는다. (b′)는 압전 소자(100)의 상하부 전극에 (+), (-) 구동 전압이 인가된 상태를 나타낸다. 압전 소자(100)에 구동 전압을 인가하면, 압전 소자(100)의 내부 전하와 인가 전압이 반발을 일으켜 압전 소자(100)는 압축하게 된다. (c′)는 압전 소자(100)의 상하부에 (+), (-) 구동 전압을 인가하면, 내부 전화와 인가전압의 인력으로 인해 (b′)의 압전 소자(100)와는 반대로 압전 소자(100)의 부피가 커진다.As illustrated, (a ′) is a state in which no driving voltage is applied to the
이와 같은 효과 및 현상을 응용한 분야로 초음파 진동자가 있다. (d′)의 압전 소자(100)와 같이 수십 Khz의 교류 전압을 인가하면 전압의 주파수에 대응하는 초음파 에너지가 공중에 방사되는데 이 초음파 에너지를 활용한 것이 초음파 진동자다.An ultrasonic vibrator is an application of such effects and phenomena. When an alternating voltage of several tens of Khz is applied like the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 압전체 나노로드(303)는 도전성 폴리머 전극인 하부 전극 하부 전극(301), 이 하부 전극(302)의 상부에 수직방향으로 형성된 관상 형태의 압전체 나노로드(303) 및 압전체 나노로드(303) 표면에 형성된 상부 전극(102)을 포함한다. 4 is a view illustrating an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the
일 실시 예에 있어서, 상하부 전극(301, 302)은 도전성 폴리머 전극으로 원자층 증착에 의해 압전체 나노로드(303)의 상하부에 형성된다. 전극의 형성은 다양한 박막 증착법에 의해 가능하고, 두께는 특정하게 한정되지 않으며, 수 ㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다.In an embodiment, the upper and
상하부 전극(301, 302)은 스퍼터링(Sputtering) 또는 열증착(Evaporation)법과 같은 박막 형성법에 의해 압전체 나노로드(303)의 표면에 형성된다. 또한, 금속 페이스트를 도포하는 방법 등 다양한 방법으로 구현 가능하다.The upper and
일 실시 예에 있어서, 압전체 나노로드(303)는 도전성 폴리머 전극인 하부 전극(301)상에 수직방향으로 형성되며, 불소분자의 강인한 결합으로 내구성 및 내마모성이 우수하고, 낮은 표면에너지와 화학적 불활성으로 내약품성 및 내식성이 뛰어난 P[VDF-TrFE](Poly[vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene]) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 압전 소자 물질로 이루어진다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 압전체 나노로드(303)를 이루는 물질은 특별히 제한되지 않는다. 폴리머 나노로드(303)는 수 ㎛ 정도의 길이를 가지며, 수 ㎚~ 수십 nm의 폭을 가진다. In one embodiment, the
또한, 압전체 나노로드(303)는 하부 전극(301) 뿐만 아니라, 전극이 형성된 기판(101)상에 형성할 수 있다. 이때, 기판(101)은 압전체 나노로드(303)를 배향시키기 위한 기초 기판으로써, 표면에 스퍼터링(Sputtering)과 같은 박막 형성법에 의해 표면에 상하부 전극(301, 302)을 구비한다. 기판(101)은 투명한 재질의 유리, 사파이어, 투명 플라스틱 또는 세라믹 등 압전체의 특성 및 용도에 따라 다양하게 선택할 수 있다. In addition, the
압전체 나노로드(303)를 에너지 수확 시스템에 이용함으로써, 필름 구조에 의한 에너지 수확 시스템과 비교해 부피 대 표면적비가 증가하고, 외부 압력으로 인해 발생하는 변위가 켜져, 단위 면적 당 발생되는 전류량이 증가한다. 따라서, 압전체 나노로드(303)를 다양한 분야에 사용 및 적용 가능하다.By using the
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템의 상태도이다. 도시된 바와 같이, 기체 또는 액체가 흐르는 관에 압전체 나노로드(303)를 이용한 에너지 수확 시스템(300)을 설치하여 유체 센서로 사용할 수 있다. 이 유체 센서는 기체 또는 액체의 흐름이 강하면 에너지 수확 시스템(300)의 변위가 커져 발생되는 전류량이 늘어나고, 흐름이 약하면 변위가 작아져 발생되는 전류량이 줄어드는 차이를 이용한다. 이는 압전체 나노로드(303)의 구조적인 장점을 활용한 바람직한 일 예이며, 이외에 압전 센서, 가속도 센서, 수중 센서 또는 압전 역 효과(Piezoelectric Converse Effect)를 이용한 공중 초음파 센서로 이용 가능하다.5 is a state diagram of the energy harvesting system according to an embodiment of the present invention. As shown, the
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템을 설명하는 다른 도면이다. 도시된 바와 같이 압전체 나노로드(303)의 빈공간을 상부 전극(302)으로 가득채워 에너지 수확 시스템(300)에 사용할 수 있다. 압전체 나노로드의 빈공간을 폴리머 전극으로 채움으로써, 압전체 나노로드(303)의 감도를 향상시키고, 외부 압력으로 인한 변위의 크기를 높일 수 있다. 압전체 나노로드(303)의 빈공간은 도 7 내지 도 8을 통해 알 수 있듯이 하부 전극(301)상에 수직으로 배향된 복수의 폴리머 나노로드의 사이 간격을 뜻한다.6 is another diagram illustrating an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention. As shown, the empty space of the
도 7 내지 도 8은 압전체 나노로드를 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 압전체 나노로드(303)는 1차원 구조체로써, 배향했을 때 결정성이 높고, 전위밀도가 낮아 활용범위가 넓다. 또한, 기계적 인성이 높고, 외부 압력에 위해 파괴 또는 손상이 일어나지 않기 때문에 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 7 to 8 illustrate piezoelectric nanorods. As shown, the
나아가, 압전체 나노로드(303)는 표면상에 도전성 폴리머 전극으로 상하부 전극(301, 302)을 형성하여, 에너지 수확 시스템에 활용함으로써, 필름 형태의 에너지 수확 시스템 보다 외부 압력 또는 기계적인 진동에 의해 에너지 발생 및 에너지 간의 상호 변환의 효율이 높다.Further, the
1차원 구조체인 압전체 나노로드(303)를 에너지 수확 시스템(300)에 이용함으로써, 부피 대 표면적 비가 증가하여 변위의 크기가 크고, 단위 면적당 발생 되는 전류가 높다. 따라서, 압전 센서, 가속도 센서, 수중 센서, 공중 초음파 센서, 유체 센서, 가스 센서 등 다양한 분야에 적용 및 사용이 가능하다.By using the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 수확 시스템의 제조방법을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 제조방법은 템플레이트를 구비하는 단계(S100), 템플레이트 상부에 폴리머 용액을 도포하여, 상기 템플레이트를 따라 하부로 스며들도록 하는 단계(S101), 폴리머 용액을 결정화시키는 단계(S102), 폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계(S103), 폴리머 용액 결정체와 나노 템플레이트를 분리하여 폴리머 나노로드를 획득하는 단계(S104), 폴리머 나노로드에 상부 전극을 형성하는 단계(S105)를 포함한다.9 is a view for explaining a method of manufacturing an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the manufacturing method includes a step (S100) having a template, applying a polymer solution on the template to penetrate downward along the template (S101), crystallizing the polymer solution (S102), and polymer Forming a lower electrode on the solution crystal (S103), separating the polymer solution crystal and the nano template to obtain a polymer nanorod (S104), and forming an upper electrode on the polymer nanorod (S105).
일 실시 예에 있어서, 템플레이트 상부에 폴리머 용액을 도포하여, 상기 템플레이트를 따라 하부로 스며들도록 하는 단계(S101)는 AAO(Anodic Aluminum Oxide) 템플레이트의 상부에 P(VDF-TrFE) 또는 PVDF 폴리머 용액을 도포하여, AAO 템플레이트의 표면을 따라 하방으로 스며들도록 한다. 이때, 과정을 진공상태에서 이루어지도록 함으로써, 순도 높은 압전체 나노로드(303)를 획득한다. 또한, 이를 위해서는 다양한 방법이 소개되고 있으며, 다양하게 구현할 수 있다.In one embodiment, the step of applying a polymer solution on top of the template, so as to penetrate downward along the template (S101) is a P (VDF-TrFE) or PVDF polymer solution on top of the Aano (Anodic Aluminum Oxide) template Apply and soak downward along the surface of the AAO template. At this time, by performing the process in a vacuum state, a high
일 실시 예에 있어서, 폴리머 용액을 결정화시키는 단계(S102)는, 템플레이트를 따라 하부로 스며든 폴리머 용액을 결정화시켜 나노로드를 형상화하는 단계다. 결정화를 위해 다양한 방법이 소개되고, 구현 가능하며 일정 온도 이상으로 가열하여 결정화할 수 있다.In one embodiment, the step of crystallizing the polymer solution (S102) is a step of shaping the nanorods by crystallizing the polymer solution permeated downward along the template. Various methods are introduced for crystallization, are feasible, and can be crystallized by heating above a certain temperature.
일 실시 예에 있어서, 폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계(S103)는, 결정화를 이룬 폴리머 용액의 상부에 도전성 폴리머 전극을 형성하는 단계다. 폴리머 전극의 형성은 이미 소개되고 있는 박막 증착법 또는 도전성 패이스트를 이용해 다양한 방법으로 가능하다.In an embodiment, the forming of the lower electrode on the polymer solution crystal (S103) is a step of forming the conductive polymer electrode on the crystallized polymer solution. The formation of the polymer electrode can be performed in various ways using the thin film deposition method or the conductive paste, which are already introduced.
일 실시 예에 있어서, 폴리머 용액 결정체와 나노 템플레이트를 분리하여 폴리머 나노로드를 획득하는 단계(S104)는 폴리머 용액을 나노템플레이와 분리하기 위한 단계로써, NaOH 용액을 이용해 분리 가능하다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 기술이 소개되고 있다.In one embodiment, the step of obtaining the polymer nanorods by separating the polymer solution crystals and the nano-template (S104) is a step for separating the polymer solution from the nano-template, can be separated using a NaOH solution. The present invention is not limited to this, and various techniques have been introduced.
일 실시 예에 있어서, 폴리머 나노로드에 상부 전극을 형성하는 단계(S105)는, 획득한 폴리머 나노로드의 표면을 따라 도전성 폴리머 전극을 형성하는 단계다. 이 폴리머 나노로드는 폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계(S103)를 통해 하부 전극이 형성되어있는 상태다. 상부 전극의 형성은 하부 전극이 형성된 폴리머 나노로드를 뒤집은 상태에서 하부 전극 상에 수직방향으로 형성된 폴리머 나노로드 표면에 다양한 전극 형성 방법을 통해 상부 전극을 형성한다.In an embodiment, the forming of the upper electrode on the polymer nanorods (S105) is a step of forming a conductive polymer electrode along the surface of the obtained polymer nanorods. The polymer nanorod is in a state in which the lower electrode is formed through the step (S103) of forming the lower electrode on the polymer solution crystal. The formation of the upper electrode forms the upper electrode through various electrode forming methods on the surface of the polymer nanorod formed in the vertical direction on the lower electrode while the polymer nanorod on which the lower electrode is formed is inverted.
나아가, 상부 전극은 폴리머 나노로드의 표면을 따라 형성할 수 있고, 폴리머 나노로드의 사이 공간에 가득 채워지도록 형성할 수 있다.Further, the upper electrode may be formed along the surface of the polymer nanorods, and may be formed to fill the space between the polymer nanorods.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. The terms used throughout the present specification are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may be sufficiently modified according to the intention, custom, etc. of the user or the operator, and thus, the definitions of the terms are used throughout the present specification. It should be made based on the contents.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조 되는 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.While the invention has been described with reference to the preferred embodiments, which are referred to by the accompanying drawings, it will be apparent that various modifications are possible without departing from the scope of the invention within the scope covered by the claims set forth below from this description. .
100: 압전 소자
101: 기판
102: 표면 전극
300: 에너지 수확 시스템
301: 하부 전극
302: 상부 전극
303: 압전체 나노로드
304: 템플레이트
305: 폴리머 용액100: piezoelectric element
101: substrate
102: surface electrode
300: energy harvesting system
301: lower electrode
302: upper electrode
303: piezoelectric nanorod
304: Template
305: polymer solution
Claims (12)
상기 하부 전극의 상부에 수직방향으로 형성된 폴리머 나노로드 및
상기 폴리머 나노로드 표면에 형성된 상부 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.Lower electrode;
A polymer nanorod formed in a vertical direction on an upper portion of the lower electrode and
An upper electrode formed on the surface of the polymer nanorod
Energy harvesting system using a piezoelectric nanorods comprising a.
상기 하부 전극의 상부에 45도~90도의 범위에 속하는 각도로 형성된 폴리머 나노로드 및
상기 폴리머 나노로드 표면에 형성된 상부 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.Lower electrode;
Polymer nanorods formed at an angle in the range of 45 degrees to 90 degrees on the lower electrode and
An upper electrode formed on the surface of the polymer nanorod
Energy harvesting system using a piezoelectric nanorods comprising a.
도전성 폴리머 전극인 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.The method of claim 1, wherein the lower electrode,
An energy harvesting system using piezoelectric nanorods, which is a conductive polymer electrode.
P(VDF-TrFE) 또는 PVDF 폴리머 압전소자 물질인 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the polymer nanorods,
Energy harvesting system using piezoelectric nanorods, characterized in that P (VDF-TrFE) or PVDF polymer piezoelectric material.
하부가 판상으로 이루어져, 상기 폴리머 나노로드와 일체형을 이루는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the polymer nanorods,
An energy harvesting system using a piezoelectric nanorod, characterized in that the lower portion is formed in a plate, integral with the polymer nanorod.
도전성 폴리머 전극인 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.The method of claim 1, wherein the upper electrode,
An energy harvesting system using piezoelectric nanorods, which is a conductive polymer electrode.
상기 폴리머 나노로드 사이의 빈공간에 가득 채워지는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템.The method of claim 1, wherein the upper electrode,
Energy harvesting system using a piezoelectric nanorods, characterized in that filled in the empty space between the polymer nanorods.
상기 템플레이트 상부에 폴리머 용액을 도포하여, 상기 템플레이트를 따라 하부로 스며들도록 하는 단계;
상기 폴리머 용액을 결정화시키는 단계;
폴리머 용액 결정체에 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 폴리머 용액 결정체와 상기 템플레이트를 분리하여 폴리머 나노로드를 획득하는 단계 및
상기 폴리머 나노로드 표면에 상부 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 제조방법.Providing a template;
Applying a polymer solution on top of the template to penetrate downward along the template;
Crystallizing the polymer solution;
Forming a lower electrode on the polymer solution crystals;
Separating the polymer solution crystal from the template to obtain a polymer nanorod; and
Forming an upper electrode on the polymer nanorod surface
Energy harvesting system manufacturing method using a piezoelectric nanorod comprising a.
P(VDF-TrFE) 또는 PVDF 폴리머 용액인 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 제조방법.The method of claim 8, wherein the polymer solution,
Method for producing an energy harvesting system using a piezoelectric nanorods, characterized in that the P (VDF-TrFE) or PVDF polymer solution.
상기 폴리머 나노로드의 표면을 따라 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 제조방법.The method of claim 8, wherein the forming of the upper electrode on the polymer nanorods,
An energy harvesting system using the piezoelectric nanorods, characterized in that to form an upper electrode along the surface of the polymer nanorods.
상기 폴리머 나노로드의 사이 간격이 가득 채워지도록 상부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 제조방법.The method of claim 8, wherein the forming of the upper electrode on the polymer nanorods,
The method of manufacturing an energy harvesting system using piezoelectric nanorods, characterized in that the upper electrode is formed so as to fill the gap between the polymer nanorods.
진공 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전체 나노로드를 이용한 에너지 수확 시스템 제조방법.The method of claim 8, wherein the step of applying a polymer solution on top of the template to penetrate downward along the template,
An energy harvesting system manufacturing method using piezoelectric nanorods, characterized in that the vacuum state.
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