KR101532887B1 - 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 재료의 강유전 또는 압전 특성을 이용한 쌍극자 분극 제어를 통한 마찰에 의해 발생하는 정전(靜電) 특성을 방향을 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 별도에 패터닝 공정이 필요 없이 쌍극자 분극 제어만으로 박막에서의 슬라이딩, 디스크 타입의 정전기 에너지 발전소자를 구성하고 출력을 향상 시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
본 발명은 재료의 강유전 또는 압전 특성을 이용한 쌍극자 분극 제어를 통한 마찰에 의해 발생하는 정전(靜電) 특성을 방향을 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 별도에 패터닝 공정이 필요 없이 쌍극자 분극 제어만으로 박막에서의 슬라이딩, 디스크 타입의 정전기 에너지 발전소자를 구성하고 출력을 향상 시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 재료의 강유전 또는 압전 특성을 이용한 쌍극자 분극 제어를 통한 마찰에 의해 발생하는 정전(靜電) 특성을 방향을 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 별도에 패터닝 공정이 필요 없이 쌍극자 분극 제어만으로 박막에서의 슬라이딩, 디스크 타입의 정전기 에너지 발전소자를 구성하고 출력을 향상 시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
마찰에 의한 정전기 에너지 발전 소자는 기존의 태양전지, 풍력, 연료전지 등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에 존재하는 미세진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 소모성의 기계적 에너지를 전기에너지로 무한히 추출할 수 있는 새로운 개념의 친환경 에너지 발전 소자라 할 수 있다. 이러한 정전기 특성을 이용한 에너지 변환 방식은 변환 효율이 크고 소형 및 경량화가 가능하며 나노기술과의 융합을 통하여 획기적인 기술 도약을 이끌 새로운 기술로 파급효과가 큰 기술로 평가받고 있는 실정이다.
마찰에 의해 발생하는 정전기 현상을 이용하여 에너지를 수확하는 “정전기 에너지 발전 소자”는 두 물질이 접촉했을 때와 떨어졌을 때 발생하는 정전기에 의한 대전(帶電) 차이로 에너지가 발생한다.
기존 정전기 에너지 발전 소자는 일반적으로 트리보일렉트릭 시리즈(triboelectric series)에 따른 재료 선택에 따라 소자의 출력이 정해졌다.
최근 정전기 에너지 발전 소자에 대한 관심이 증가하고 있지만, 기존 정전기 에너지 발전 소자는 일반적으로 수직 운동에 대한 접촉을 기반으로 연구가 진행되었다. 때문에 단순 상하부 접촉이외에 회전, 직선 운동에너지를 수합 할 수 없는 한계가 있었으며 이를 위한 패터닝 공정이나 이종물질을 사용하여 구조적으로 이를 극복하는 연구가 대부분이었다.
도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다. 도 1a에서 보는 것처럼 정전기 에너지를 발생시키기 위해 슬라이딩이나 회전 방식을 운동을 이용할 경우 서로 접촉하는 대전 물질층인 제 1 물질층과 제 2 물질층을 도 1a와 같이 서로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있도록 패턴화하여야 했다.
한편, 도 1b의 경우에는 외부의 힘에 의해 제 1 물질층이 이동하여 제 2 물질층과 접촉하는 형태의 정전기 에너지 발생장치도 존재하였다.
도 1a 및 1b에서와 같이 종래 기술에 따른 정전기 에너지 발생장치는 대전 물질층이 패턴화되는 형태를 가지고 있었으며, 이러한 패턴화를 통해 두 물질간의 접촉 및 비접촉 상태를 이용하여 정전기 에너지를 발생시키는 모습이었다.
이러한 패턴화는 추가적인 패턴화를 위한 추가 공정 및 비용이 상승되는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 본 발명의 고안자는 아래와 같은 내용을 제안하고자 한다.
본 발명은 재료의 강유전 또는 압전 특성을 이용한 쌍극자 분극 방향 제어를 통해 추가적인 패터닝 공정 없이 슬라이딩 또는 회전 구조에서 구동 가능한 박막 형성이 가능하며 또한 마찰에 의한 재료의 대전(帶電) 차이를 증폭시켜 고출력의 정전기 에너지 발전 소자 구현하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기는, 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 배치된 강유전 또는 압전 물질층; 및 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉한 상태로 배치되고 이동 가능하며 상부 전극인 마찰 대전체층을 포함하고, 상기 강유전 또는 압전 물질층은 상기 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역으로 나뉘어 있고, 상기 강유전 또는 압전 물질층의 둘 이상의 구역은 서로 옆에 배치된 구역의 쌍극자 분극 방향이 서로 상이하도록 각각의 구역이 분극되어 있으며, 상기 마찰 대전체층의 슬라이딩 또는 회전에 의해 연속적인 대전 및 마찰에 의한 정전기 에너지가 발생된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기는, 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 배치된 강유전 또는 압전 물질층; 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉한 상태로 배치되고 이동 가능한 마찰 대전체층; 및 상기 마찰 대전체층 상의 상부 전극층을 포함하고, 상기 강유전 또는 압전 물질층은 상기 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역으로 나뉘어 있고, 상기 강유전 또는 압전 물질층의 둘 이상의 구역은 서로 옆에 배치된 구역의 쌍극자 분극 방향이 서로 상이하도록 각각의 구역이 분극되어 있으며, 상기 마찰 대전체층의 슬라이딩 또는 회전에 의해 연속적인 대전 및 마찰에 의한 정전기 에너지가 발생된다.
이 경우 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출부를 추가로 포함하고, 상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있을 수 있다. 또한, 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법은, i) 하부 전극층을 준비하는 단계; ii) 상기 하부 전극층 상에 강유전 또는 압전 물질층을 배치시키는 단계; iii) 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능한 상부 전극인 마찰 대전체층을 배치시키는 단계; iv) 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 강유전 또는 압전 물질층의 쌍극자를 일 방향으로 분극시켜 제 1 구역을 형성하는 단계; 및 v) 상기 마찰 대전체층이 상기 제 1 구역으로부터 벗어날때까지 상기 마찰 대전체층을 이동시킨 후 상기 제 1 구역을 형성할 때의 전압 방향과 반대 방향으로 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 제 1 구역의 쌍극자 분극 방향과 상이한 분극 방향을 갖도록 쌍극자를 분극시켜 제 2 구역을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 v) 단계는 상기 강유전 또는 압전 물질층의 구역의 개수에 따라 복수회 반복될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법은, i) 하부 전극층을 준비하는 단계; ii) 상기 하부 전극층 상에 강유전 또는 압전 물질층을 배치시키는 단계; iii) 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능하며 별도의 상부 전극층을 가진 마찰 대전체층을 배치시키는 단계; iv) 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층에 외부 전압을 인가하여 상기 강유전 또는 압전 물질층의 쌍극자를 일 방향으로 분극시켜 제 1 구역을 형성하는 단계; 및 v) 상기 마찰 대전체층이 상기 제 1 구역으로부터 벗어날때까지 상기 상부 전극층을 이동시킨 후 상기 제 1 구역을 형성할 때의 전압 방향과 반대 방향으로 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층에 외부 전압을 인가하여 상기 제 1 구역의 쌍극자 분극 방향과 상이한 분극 방향을 갖도록 쌍극자를 분극시켜 제 2 구역을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 v) 단계는 상기 강유전 또는 압전 물질층의 구역의 개수에 따라 복수회 반복될 수 있다.
이 경우 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 인출부를 각각 연결시키는 단계; 및 상기 인출부에는 에너지 저장부를 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면 높은 기계적 안정성과 신뢰성을 바탕으로 사람의 움직임이나 도로 위의 자동차, 기차 레일 등에서 발생할 수 있는 소모성의 높은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하여, 지속적이고 독립적으로 구동할 수 있는 “self-powered" 소자 구현을 할 수 있어 에너지 분야의 비약적인 도약이 예상된다.
특히, 기존의 기술과 달리 별도의 패터닝 공정 없이 쌍극자 분극 제어를 통한 방식이므로 단순 상하부 접촉에서 벗어나 회전 또는 슬라이딩 등의 구동에서도 손쉽게 정전기 에너지를 얻을 수 있다.
도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 제어된 분극에 따른 출력 방향 제어 시험의 모습이다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 구동 원리를 나타내는 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 제어된 분극에 따른 출력 방향 제어 시험의 모습이다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 구동 원리를 나타내는 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
도 1a 및 1b에서 도시된 것과 같이 종래 기술에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 경우 패터닝을 통해 마찰에 따른 정전기 에너지 발생장치를 구현하였지만, 본 발명에서는 강유전 또는 압전 물질의 성질을 이용하여 쌍극자 분극 제어를 통해 추가적인 패터닝 공정 없이 슬라이딩 또는 회전 구조에서 구동 가능하며 또한 마찰에 의한 재료의 대전(帶電) 차이를 증폭시켜 고출력의 정전기 에너지 발전 소자 구현하고자 한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기를 설명하고, 이후 이의 제조 방법에 대해 차례대로 설명하도록 하겠다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기는, 하부 전극층(10); 하부 전극층 상에 배치된 강유전 또는 압전 물질층(30); 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능한 마찰 대전체층(20)을 포함한다.
하부 전극층(10)은 전극 물질이면 금속, 폴리머 등 전도성 물질 어떠한 것도 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다. 대표적인 전극 물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 산화인듐주석(ITO), 전도성고분자(PEDOT:PSS)가 있다.
강유전 또는 압전 물질층(30)은 도 2 내지 5에서 보는 것처럼 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라서 둘 이상의 구역으로 나뉘어지며, 그 개수에는 특별한 제한은 없다. 도 2에서는 2개의 구역으로 나뉘어져 있으며, 도 5 및 도 6에서는 4개의 구역으로 나뉘어져 있음을 확인할 수 있다.
강유전 또는 압전 물질은 폴링(poling) 작업을 통해 극성이 정렬될 수 있으므로, 폴링 작업을 수행하게 된다. 강유전 또는 압전 물질은 포지티브 폴링(positive poling) 및 네거티브 폴링(negative poling)이 모두 가능하다. 강유전 또는 압전 물질의 대표적인 물질은 PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO3, NaNbO3, GeTe, ZnO, ZnSnO3, GaN 등이 있다.
이러한 강유전 또는 압전 물질층(30)의 둘 이상의 구역은 서로 나란히 옆으로 배치된 구역의 쌍극자 분극 방향이 상이하도록 각각의 구역이 분극되어 있다.
도 2의 경우에는 두 개의 구역으로 나뉘어져 있으며, 각각 A 구역 및 B 구역으로 표시되어 있고, 도 6의 경우에는 네 개의 구역으로 나뉘어져 있으며 각각 A, B, C, D 구역으로 표시되어 있다.
도 2의 경우 A 구역은 쌍극자 분극이 아래(-)에서 위(+)로 향하도록 분극 제어가 되어 있고, B 구역은 쌍극자 분극이 위(-)에서 아래(+)로 향하도록 분극 제어가 되어 있다.
이와 같이 강유전 또는 압전 물질층(30)을 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라서 둘 이상의 구역으로 나누어서 각각의 구역이 옆에 위치한 구역과 쌍극자 분극 방향이 상이하도록 분극 제어를 하며, 이를 통해 상부 전극이 이동(슬라이딩 또는 회전)함에 따라 연속적인 대전에 의한 정전기 에너지가 발생되게 된다.
마찰 대전체층(20)은 그 자체로 전극 역할을 할 수도 있으며, 별도의 상부 전극층을 추가로 포함할 수도 있다. 마찰 대전체층(20)은 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동이 가능하다.
마찰 대전체로 이용 가능한 물질은 어떠한 것이든 가능하며 특별한 제한은 없다. 다만 트리보일렉트릭 시리즈상 접촉 대상인 강유전 또는 압전 물질층에 이용되는 물질과 대전 특성 차이가 큰 물질이면 발생되는 전압도 크므로 대전 특성 차이가 큰 것이 바람직하다.
마찰 대전체층(20)은 그 크기에 대한 특별한 한정은 없지만, 그 크기가 강유전 또는 압전 물질층의 구역 크기인 것이 바람직하다. 이에 의해 각각의 구역을 이동함에 따라 연속적인 대전이 발생되고 마찰에 의한 대전차이의 증폭이 발생되게 된다. 도 2의 경우 A 구역의 크기 정도의 크기이며, 도 4의 경우 하나의 구역의 크기 정도이다.
도 2 및 3에서 마찰 대전체층(20)이 두개인 것처럼 도시되었으나, 이는 좌우로 이동이 가능함을 표시하기 위함이다. 한편, 구역이 3개 이상일 경우에는 마찰 대전체층의 개수 역시 복수개일 수 있다. 복수개의 마찰 대전체층을 이용하여 각각에서 연속적인 대전 및 마찰에 의한 전압의 수집이 가능하다.
도 3은 강유전 또는 압전 물질층에 외부 전압을 인가하여 분극을 구역별로 제어하는 모습이다.
먼저 A 구역 쪽에 마찰 대전체층(20)이 오도록 위치시킨 후 도 3과 같이 전압(41)을 인가하여 분극시킨 후, 이후 B 구역으로 마찰 대전체층(20)을 이동시킨 후 전압(42)을 인가하여 분극을 시킨다. 이러한 분극 과정에 의해 A 구역과 B 구역의 분극 방향이 상이하게 제어된다.
도 4는 도 3에서 만들어진 상이한 분극 방향을 갖는 A 구역 및 B 구역에 대한 출력 방향을 확인하기 위한 실험이다. 도 4에서 보는 것처럼 A 구역인 (i) 구역의 전압은 (+)로 피크가 나타나며, B 구역인 (ii) 구역의 전압은 (-)로 피크가 나타남을 확인하였다. 이에 의해 A 구역과 B 구역의 분극 방향이 상이하게 제어됨을 확인할 수 있었다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 개략도이다.
도 5는 도 2의 실시예와 그 형태가 상이한데, 도 2의 경우에는 슬라이딩 타입이고, 도 5는 회전 디스크 타입이다. 마찰 대전체가 회전하는 형태로 이루어져 있으며, 4개의 구역으로 나뉜 구역을 회전함에 따라 연속적으로 대전이 되고 마찰에 의한 대전 차이가 증폭되어 정전기 에너지가 수집된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 에너지 발전 소자의 구동 원리를 나타내는 도면이다.
도 6의 경우 4개의 구역(A, B, C, D)으로 나뉘어져 있고 슬라이드 형태의 마찰 대전체가 슬라이딩에 의해 각각의 구역을 이동한다. 그 이동에 있어서 각각의 구역은 나란히 배치된 옆 구역과 쌍극자 분극 방향이 상이하므로, 구역을 지날 때 마다 연속적인 대전 및 마찰이 발생되고, 그 출력 피크는 우측 상단에서와 같이 나타난다. i) 구역보다 ii) 구역을 지난 이후 iii) 구역에서 대전 차이가 증폭되어 더 큰 피크가 나타남을 확인할 수 있었다.
한편, 에너지 발전 소자로 이용되기 위해 하부 전극 및 상부 전극에 각각 연결된 인출부를 추가로 포함할 수 있다. 인출부에는 축전지와 같은 에너지 저장부가 연결되어 있다. 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결될 수 있다. 인출선에는 부하가 연결될 수도 있으며, 이에 의해 직접 전구에 불을 밝힐 수도 있다. 한편, 다이오드는 정류 다이오드로서 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등이 방전되는 것을 방지한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법은, i) 하부 전극층을 준비하는 단계; ii) 상기 하부 전극층 상에 강유전 또는 압전 물질층을 배치시키는 단계; iii) 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능한 상부 전극인 마찰 대전체층을 배치시키는 단계; iv) 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 강유전 또는 압전 물질층의 쌍극자를 일 방향으로 분극시켜 제 1 구역을 형성하는 단계; 및 v) 상기 마찰 대전체층이 상기 제 1 구역으로부터 벗어날때까지 상기 마찰 대전체층을 이동시킨 후 상기 제 1 구역을 형성할 때의 전압 방향과 반대 방향으로 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 제 1 구역의 쌍극자 분극 방향과 상이한 분극 방향을 갖도록 쌍극자를 분극시켜 제 2 구역을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 구역이 3개 이상의 구역으로 나뉘는 경우 v) 단계는 상기 강유전 또는 압전 물질층의 구역의 개수에 따라 복수회 반복될 수 있다. 즉, 도 6과 같이 4개의 구역을 만들기 위해서는 v)의 과정을 마친 이후 2번 더 동일한 과정이 필요하다.
한편, 마찰 대전체가 전극으로 이용가능한 경우도 있지만, 별도의 전극을 갖는 경우도 있다.
나머지 하부 전극층, 강유전 또는 압전 물질층, 마찰 대전층 등에 대한 내용은 위에서 이미 다 설명한 부분이므로 동일한 내용에 대해서는 생략하도록 하겠다.
이상에서 설명한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기는 재료의 강유전 또는 압전 특성을 이용한 쌍극자 분극 방향 제어를 통해 추가적인 패터닝 공정 없이 슬라이딩 또는 회전 구조에서 구동 가능한 박막 형성이 가능하며 또한 마찰에 의한 재료의 대전(帶電) 차이를 증폭시켜 고출력의 정전기 에너지 발전 소자 구현한다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 배치된 강유전 또는 압전 물질층; 및
상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉한 상태로 배치되고 이동 가능하며 상부 전극인 마찰 대전체층을 포함하고,
상기 강유전 또는 압전 물질층은 상기 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역으로 나뉘어 있고,
상기 강유전 또는 압전 물질층의 둘 이상의 구역은 서로 옆에 배치된 구역의 쌍극자 분극 방향이 서로 상이하도록 각각의 구역이 분극되어 있으며,
상기 마찰 대전체층의 슬라이딩 또는 회전에 의해 연속적인 대전 및 마찰에 의한 정전기 에너지가 발생되는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기.
- 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 배치된 강유전 또는 압전 물질층;
상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉한 상태로 배치되고 이동 가능한 마찰 대전체층; 및
상기 마찰 대전체층 상의 상부 전극층을 포함하고,
상기 강유전 또는 압전 물질층은 상기 하부 전극층의 면에 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역으로 나뉘어 있고,
상기 강유전 또는 압전 물질층의 둘 이상의 구역은 서로 옆에 배치된 구역의 쌍극자 분극 방향이 서로 상이하도록 각각의 구역이 분극되어 있으며,
상기 마찰 대전체층의 슬라이딩 또는 회전에 의해 연속적인 대전 및 마찰에 의한 정전기 에너지가 발생되는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출부를 추가로 포함하고,
상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기.
- i) 하부 전극층을 준비하는 단계;
ii) 상기 하부 전극층 상에 강유전 또는 압전 물질층을 배치시키는 단계;
iii) 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능한 상부 전극인 마찰 대전체층을 배치시키는 단계;
iv) 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 강유전 또는 압전 물질층의 쌍극자를 일 방향으로 분극시켜 제 1 구역을 형성하는 단계; 및
v) 상기 마찰 대전체층이 상기 제 1 구역으로부터 벗어날때까지 상기 마찰 대전체층을 이동시킨 후 상기 제 1 구역을 형성할 때의 전압 방향과 반대 방향으로 상기 하부 전극층 및 상기 마찰 대전체층에 외부 전압을 인가하여 상기 제 1 구역의 쌍극자 분극 방향과 상이한 분극 방향을 갖도록 쌍극자를 분극시켜 제 2 구역을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 v) 단계는 상기 강유전 또는 압전 물질층의 구역의 개수에 따라 복수회 반복될 수 있는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법.
- i) 하부 전극층을 준비하는 단계;
ii) 상기 하부 전극층 상에 강유전 또는 압전 물질층을 배치시키는 단계;
iii) 상기 강유전 또는 압전 물질층 상에 접촉 상태로 배치되며 이동 가능하며 별도의 상부 전극층을 가진 마찰 대전체층을 배치시키는 단계;
iv) 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층에 외부 전압을 인가하여 상기 강유전 또는 압전 물질층의 쌍극자를 일 방향으로 분극시켜 제 1 구역을 형성하는 단계; 및
v) 상기 마찰 대전체층이 상기 제 1 구역으로부터 벗어날때까지 상기 상부 전극층을 이동시킨 후 상기 제 1 구역을 형성할 때의 전압 방향과 반대 방향으로 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층에 외부 전압을 인가하여 상기 제 1 구역의 쌍극자 분극 방향과 상이한 분극 방향을 갖도록 쌍극자를 분극시켜 제 2 구역을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 v) 단계는 상기 강유전 또는 압전 물질층의 구역의 개수에 따라 복수회 반복될 수 있는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 인출부를 각각 연결시키는 단계; 및
상기 인출부에는 에너지 저장부를 연결시키는 단계를 추가로 포함하는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
쌍극자 분극 방향 제어를 이용한 정전기 에너지 발전기의 제조 방법.
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