KR101293781B1 - 다층형 나노발전기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화 아연(ZnO)과 같은 물질의 압전효과를 이용하여 불규칙한 움직임으로부터 전력을 생산하는 나노발전기(nanogenerator)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 종래의 나노발전기는 상대적으로 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하고, 또한, 더 많은 발전량을 얻기 위해 나노발전기의 수를 증가시키면 그만큼 발전기 자체의 면적이 커지는 문제를 해결하기 위해, 나노발전기의 구조를 다층 형태로 형성함으로써 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 새로운 다층형 나노발전기 및 그 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 산화 아연(ZnO)과 같은 물질의 압전효과를 이용하여, 불규칙한 움직임으로부터 전력을 생산하는 나노발전기(nanogenerator)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 나노발전기의 구조를 다층 형태로 구성함으로써, 종래의 나노발전기에 비하여 단위 면적당 발전량을 증가할 수 있는 다층형 나노발전기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 나노발전기란, 크리스탈이나 세라믹과 같은 압전체에 물리적 힘을 가하면 그 힘이 전기 에너지로 변환되는 이른바 압전효과를 이용한 발전기를 말한다.
더 상세하게는, 일반적으로, 나노발전기는, 얇고 잘 휘어지는 플렉시블 기판에 산화아연(ZnO)과 같은 소재의 나노 와이어를 붙인 구조로 형성되며, 이러한 나노와이어가 움직일 때마다 와이어가 구부러지면서 압전효과에 의해 발전이 이루어진다.
또한, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 일반적인 나노발전기의 구조를 나타내는 도면이다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 나노발전기(10)는, 플렉서블 폴리머로 이루어지고 상면 및 하면에 각각 배치되는 상부기판(11) 및 하부기판(12)과, 상기 하부기판(12)상에 배치된 고밀도의 아연 산화물(Zinc Oxide)로 이루어지는 시드층(seed layer)(13)과, 상기 시드층(13)으로부터 수직 방향으로 성장하는 복수의 나노와이어(nanowires)(14)와, 상기 나노와이어로부터 발생되는 전기를 전달하기 위해 상기 하부기판(12)과 시드층(13) 사이에 배치되는 하부전극(15)과, 상부기판(11)에 배치되고 지그재그형으로 이루어지는 상부전극(16)과, 상기 전극(15, 16)으로부터 전달되는 전기를 축적하는 축전수단(17) 및 기판(11, 12)의 변형시 각 기판(11, 12)이 접촉하지 않도록 일정 간격을 유지하기 위한 지지체(18)를 포함하여 구성되어 있다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 나노발전기의 구조는, 기판상에 일정 방향으로 복수의 나노와이어를 성장시키고, 기판에 힘을 가하여 기판이 휘어지도록 함으로써 압전 효과에 의해 나노와이어에서 전기가 발생하게 되면, 이와 같이 하여 발생된 전기를 전극을 통하여 외부의 커패시터와 같은 축전소자에 축적함으로써 발전이 이루어지는 원리를 이용한 것이다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 나노발전기는, 상대적으로 그 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하게 된다는 단점이 있었다.
즉, 상기한 바와 같이, 나노발전기의 발전량을 보다 효율적으로 개선하기 위하여는 종래의 나노발전기에 비하여 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 새로운 나노발전기의 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 상대적으로 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하고, 또한, 더 많은 발전량을 얻기 위해 나노발전기의 수를 증가시키면 그만큼 발전기 자체의 면적이 커지는 문제가 있었던 종래의 나노발전기의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 나노발전기의 구조를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 목적은, 나노발전기의 구조를 다층 형태로 형성함으로써, 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 다층형 나노발전기 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 다층형 나노발전기에 있어서, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 하부전극층; 상기 하부전극층 위에 형성되는 제 1 시드층(seed layer); 상기 제 1 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 1 나노와이어층; 상기 제 1 나노와이어층 위에 형성되는 제 1 상부전극층; 상기 제 1 상부전극층 위에 형성되는 제 2 시드층; 상기 제 2 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 2 나노와이어층; 및 상기 제 2 나노와이어층 위에 형성되는 제 2 상부전극층이 차례로 적층된 형태의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기가 제공된다.
여기서, 상기 기판은 유리나 실리콘으로 이루어지거나, 또는, PET로 이루어지는 플렉서블 기판을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부전극층은 ITO(Indium Thin Oxide)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1 시드층 및 제 2 시드층은 AZO(Aluminium doped ZnO)를 포함하는 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제 1 상부전극층 및 상기 제 2 상부전극층은 Au 또는 Al을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 다층형 나노발전기의 제조방법에 있어서, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 위에 하부전극층을 형성하는 단계; 상기 하부전극층 위에 제 1 시드층을 형성하는 단계; 상기 제 1 시드층으로부터 수직 방향으로 나노와이어를 성장시켜 제 1 나노와이어층을 형성하는 단계; 상기 제 1 나노와이어층 위에 제 1 상부전극층을 형성하는 단계; 상기 제 1 상부전극층 위에 제 2 시드층을 형성하는 단계; 상기 제 2 시드층으로부터 수직 방향으로 나노와이어를 성장시켜 제 2 나노와이어층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 나노와이어층 위에 제 2 상부전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 기판은 유리나 실리콘으로 이루어지거나, 또는, PET로 이루어지는 플렉서블 기판을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부전극층은 ITO(Indium Thin Oxide)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1 시드층 및 제 2 시드층은 AZO(Aluminium doped ZnO)를 포함하는 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 제 1 상부전극층 및 상기 제 2 상부전극층은 Au 또는 Al을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 나노발전기의 구조를 다층 형태로 형성함으로써, 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 다층형 나노발전기 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 다층형 나노발전기 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 상대적으로 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하고, 또한, 더 많은 발전량을 얻기 위해 나노발전기의 수를 증가시키면 그만큼 발전기 자체의 면적이 커지는 문제가 있었던 종래의 나노발전기의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 종래의 나노발전기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 제조방법의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 제조방법의 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 다층형 나노발전기 및 그 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 설명에서는, 상기한 종래의 나노발전기에서 설명한 내용과 중복되거나 동일한 내용에 대하여는 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명이 생략될 수 있음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 상대적으로 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하고, 또한, 더 많은 발전량을 얻기 위해 나노발전기의 수를 증가시키면 그만큼 발전기 자체의 면적이 커지는 문제가 있었던 종래의 나노발전기의 문제점을 해결하기 위해, 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 새로운 구조의 나노발전기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 후술하는 바와 같이 하여 나노발전기의 구조를 다층 형태로 형성함으로써, 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 다층형 나노발전기 및 그 제조방법이 제공된다.
계속해서, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기(20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(21), 상기 기판(21) 위에 형성되는 하부전극층(22), 상기 하부전극층(22) 위에 형성되는 제 1 시드층(seed layer)(23), 상기 제 1 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 1 나노와이어층(24), 상기 제 1 나노와이어층(24) 위에 형성되는 제 1 상부전극층(25), 상기 제 1 상부전극층(25) 위에 형성되는 제 2 시드층(26), 상기 제 2 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 2 나노와이어층(27) 및 상기 제 2 나노와이어층(27) 위에 형성되는 제 2 상부전극(28)이 차례로 적층된 형태의 구조를 가진다.
여기서, 상기한 기판(21)은 유리나 실리콘으로 이루어진 기판을 이용 가능하며, 또는, PET와 같은 플렉서블 기판을 사용할 수 있다.
또한, 상기한 하부전극층(22)은 ITO(Indium Thin Oxide)를 이용하여 형성되며, 상기한 제 1 및 제 2 시드층(23, 26)은 AZO(Aluminium doped ZnO)와 같은 고밀도의 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성된다.
아울러, 상기한 상부전극층(25, 28)은 상기한 하부전극층(22)와 일함수 차이가 큰 물질을 이용하여 형성되며, 바람직하게는, ITO로 이루어지는 하부전극층(22)에 대하여, Au 또는 Al을 이용하여 형성된다.
더욱이, 상기한 제 1 및 제 2 시드층(23, 26)으로부터 나노와이어를 성장시키는 방법은, 예를 들면, 기존의 일반적인 수열합성법(Hydrothermal Synthesis Method)을 이용하여 성장시킬 수 있다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기(20)는, 하나의 나노발전기 구조 위에 다시 기판을 제외한 또 다른 나노발전기 구조가 적층된 형태로 구성되어 있다.
따라서 상기한 바와 같이 복수 층으로 구성된 나노와이어에 의해, 단일 층의 나노와이어를 포함하는 종래의 나노발전기 구조에 비하여 동일한 면적의 발전기를 구성했을 때 단위 면적당 발전량이 증가하게 된다.
또한, 도 3을 참조하면, 도 3은 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 제조방법의 처리순서를 나타내는 플로차트이다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기의 제조방법은, 기판(21)을 준비하는 단계(S31), 상기 기판(21) 위에 하부전극층(22)을 형성하는 단계(S32), 상기 하부전극층(22) 위에 제 1 시드층(23)을 형성하는 단계(S33), 상기 제 1 시드층(23)으로부터 수직 방향으로 나노와이어를 성장시켜 제 1 나노와이어층(24)을 형성하는 단계(S34), 상기 제 1 나노와이어층(24) 위에 제 1 상부전극층(25)을 형성하는 단계(S35), 상기 제 1 상부전극층(25) 위에 제 2 시드층(26)을 형성하는 단계(S36), 상기 제 2 시드층(26)으로부터 나노와이어를 성장시켜 제 2 나노와이어층(27)을 형성하는 단계(S37) 및 상기 제 2 나노와이어층(27) 위에 제 2 상부전극층(28)을 형성하는 단계(S38)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기한 기판(21)은 유리나 실리콘으로 이루어진 기판을 이용 가능하며, 또는, PET와 같은 플렉서블 기판을 사용할 수 있다.
또한, 상기한 하부전극층(22)은 ITO를 이용하여 형성되며, 상기한 제 1 및 제 2 시드층(23, 26)은 AZO와 같은 고밀도의 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성된다.
아울러, 상기한 상부전극층(25, 28)은 상기한 하부전극층(22)와 일함수 차이가 큰 물질을 이용하여 형성되며, 바람직하게는, ITO로 이루어지는 하부전극층(22)에 대하여, Au 또는 Al을 이용하여 형성된다.
더욱이, 상기한 제 1 및 제 2 시드층(23, 26)으로부터 나노와이어를 성장시키는 방법은, 예를 들면, 기존의 일반적인 수열합성법(Hydrothermal Synthesis Method)을 이용하여 성장시킬 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 다층형 나노발전기를 구성할 수 있으며, 그것에 의해, 상대적으로 발전량이 미세하여 일반적인 전자기기의 전원에 적용하려면 매우 많은 수의 나노발전기가 필요하고, 또한, 더 많은 발전량을 얻기 위해 나노발전기의 수를 증가시키면 그만큼 발전기 자체의 면적이 커지는 문제가 있었던 종래의 나노발전기의 문제점을 해결하여, 동일한 면적에서 더욱 많은 발전량을 제공할 수 있는 새로운 구조의 다층형 나노발전기 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 다층형 나노발전기 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 나노발전기 11. 상부기판
12. 하부기판 13. 시드층
14. 나노와이어 15. 하부전극
16. 상부전극 17. 축전수단
18. 지지체 20. 다층형 나노발전기
21. 기판 22. 하부전극층
23. 제 1 시드층 24. 제 1 나노와이어층
25. 제 1 상부전극층 26. 제 2 시드층
27. 제 2 나노와이어층 28. 제 2 상부전극층
12. 하부기판 13. 시드층
14. 나노와이어 15. 하부전극
16. 상부전극 17. 축전수단
18. 지지체 20. 다층형 나노발전기
21. 기판 22. 하부전극층
23. 제 1 시드층 24. 제 1 나노와이어층
25. 제 1 상부전극층 26. 제 2 시드층
27. 제 2 나노와이어층 28. 제 2 상부전극층
Claims (10)
- 다층형 나노발전기에 있어서,
기판;
상기 기판 위에 형성되는 하부전극층;
상기 하부전극층 위에 형성되는 제 1 시드층(seed layer);
상기 제 1 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 1 나노와이어층;
상기 제 1 나노와이어층 위에 형성되는 제 1 상부전극층;
상기 제 1 상부전극층 위에 형성되는 제 2 시드층;
상기 제 2 시드층으로부터 수직 방향으로 성장된 복수의 나노와이어를 포함하는 제 2 나노와이어층; 및
상기 제 2 나노와이어층 위에 형성되는 제 2 상부전극층이 차례로 적층된 형태의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기.
- 제 1항에 있어서,
상기 기판은 유리나 실리콘으로 이루어지거나, 또는, PET로 이루어지는 플렉서블 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기.
- 제 1항에 있어서,
상기 하부전극층은 ITO(Indium Thin Oxide)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 시드층 및 제 2 시드층은 AZO(Aluminium doped ZnO)를 포함하는 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 상부전극층 및 상기 제 2 상부전극층은 Au 또는 Al을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기.
- 청구항 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 기재된 다층형 나노발전기의 제조방법에 있어서,
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 위에 하부전극층을 형성하는 단계;
상기 하부전극층 위에 제 1 시드층을 형성하는 단계;
상기 제 1 시드층으로부터 수직 방향으로 나노와이어를 성장시켜 제 1 나노와이어층을 형성하는 단계;
상기 제 1 나노와이어층 위에 제 1 상부전극층을 형성하는 단계;
상기 제 1 상부전극층 위에 제 2 시드층을 형성하는 단계;
상기 제 2 시드층으로부터 수직 방향으로 나노와이어를 성장시켜 제 2 나노와이어층을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 나노와이어층 위에 제 2 상부전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 기판은 유리나 실리콘으로 이루어지거나, 또는, PET로 이루어지는 플렉서블 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 하부전극층은 ITO(Indium Thin Oxide)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 제 1 시드층 및 제 2 시드층은 AZO(Aluminium doped ZnO)를 포함하는 아연 산화물(Zinc Oxide)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 제 1 상부전극층 및 상기 제 2 상부전극층은 Au 또는 Al을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다층형 나노발전기의 제조방법.
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| KR1020120065026A KR101293781B1 (ko) | 2012-06-18 | 2012-06-18 | 다층형 나노발전기 및 그 제조방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101599153B1 (ko) * | 2014-11-04 | 2016-03-02 | 부산대학교 산학협력단 | 그래핀의 양면에 나노와이어를 성장시키는 방법 및 그에 따른 구조체 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005072370A (ja) | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Ngk Insulators Ltd | 積層セラミックス電子部品及び製造方法 |
| KR20110021637A (ko) * | 2009-08-25 | 2011-03-04 | 삼성전자주식회사 | 전기 에너지 발생 장치 및 그 제조 방법 |
| KR20110056867A (ko) * | 2009-11-23 | 2011-05-31 | 삼성전자주식회사 | 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 |
| JP4780546B2 (ja) * | 2004-11-08 | 2011-09-28 | 学校法人 名城大学 | カーボンナノチューブの作製方法及び電流制御素子の作製方法 |
-
2012
- 2012-06-18 KR KR1020120065026A patent/KR101293781B1/ko active IP Right Grant
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