KR101532889B1 - Frictional electrostatic energy harvester coupled with frictional material and ferroelectric material - Google Patents

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KR101532889B1
KR101532889B1 KR1020140181636A KR20140181636A KR101532889B1 KR 101532889 B1 KR101532889 B1 KR 101532889B1 KR 1020140181636 A KR1020140181636 A KR 1020140181636A KR 20140181636 A KR20140181636 A KR 20140181636A KR 101532889 B1 KR101532889 B1 KR 101532889B1
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김상우
이주혁
이근영
승완철
유한준
윤홍준
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성균관대학교산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04—Friction generators

Abstract

Disclosed is a friction electrical energy generation device wherein ferroelectric properties and electrostatic properties are coupled. The friction electrical energy generation device wherein ferroelectric properties and electrostatic properties are coupled comprises: a lower electrode; a first frictional charged body arranged on the lower electrode; a plurality of ferroelectric material layers formed of a material having charging characteristics the same with the first frictional charged body, inserted into the first frictional charged body at a distance away from the upper surface of the first frictional charged body, and poled respectively; a second frictional charged body located on the ferroelectric material layer, repeating a contact and non-contact states with the ferroelectric material layer and the first frictional charged body at the same time, and formed of a material having charging characteristics opposite to the charging characteristics of the ferroelectric material layer and the first frictional charged body; and an upper electrode arranged on the second frictional charged body. If the second frictional charged body is not in contact with the ferroelectric material layer and the first frictional charged body after a contact state, frictional electricity is generated.

Description

마찰물질 및 강유전 물질이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자{FRICTIONAL ELECTROSTATIC ENERGY HARVESTER COUPLED WITH FRICTIONAL MATERIAL AND FERROELECTRIC MATERIAL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a frictional electric energy generating device in which a friction material and a ferroelectric material are coupled,

본 발명은 마찰전기 에너지 발전소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마찰물질 및 강유전 물질을 포함하고 강유전 특성과 정전 특성을 커플링하여 푸쉬 방식 또는 슬라이딩 방식 등 다양한 방식으로 마찰전기를 발생시킬 수 있는 에너지 발전 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a triboelectric energy generating device, and more particularly, to a triboelectric energy generating device which includes a friction material and a ferroelectric material and couples a ferroelectric characteristic and an electrostatic property to generate energy capable of generating triboelectricity by various methods such as a push method or a sliding method. Generating element.

마찰에 의해 발생하는 정전기 현상을 이용하여 에너지를 수확하는 “마찰전기 에너지 발전 소자”는 두 물질이 접촉했을 때와 떨어졌을 때 발생하는 정전기에 의한 대전(帶電) 차이로 에너지가 발생한다.A "triboelectric energy generation device" that harvests energy using the electrostatic phenomenon caused by friction generates energy due to the difference in charge caused by the static electricity generated when the two materials are in contact with each other and when they are dropped.

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.Unlike conventional solar cells, wind power, and fuel cells, unlike eco-friendly energies, it is a new concept of eco-friendly energy generation capable of extracting the mechanical energy of consumptions generated from human vibrations and human vibrations infinitely. . The energy conversion method using the electrostatic characteristics is a new technology that can lead to a breakthrough of technology through convergence with nanotechnology, which can be made compact and lightweight with high conversion efficiency.

일반적인 마찰전기 에너지 발전 소자 기술의 경우 다른 물질간의 접촉 및 비접촉이 수직 방향에서 힘을 가하여 이루어지는 푸싱 방식(push type)을 통하여서만 이루어진다는 한계가 있었다. In general triboelectric energy generation device technology, there is a limitation in that contact and non-contact between different materials are achieved only through a push type in which force is applied in the vertical direction.

이에 본 발명자는 하나의 마찰전기 에너지 발전 소자를 이용하여 푸싱 방식(push type) 이외에도 슬라이딩 방식(sliding type)으로도 마찰전기를 발생할 수 있는 마찰전기 에너지 발전 소자를 개발하기에 이르렀다.
Accordingly, the present inventor has developed a triboelectric energy generating device capable of generating triboelectricity in a sliding type in addition to a push type using one triboelectric energy generating device.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 푸쉬 방식 또는 슬라이딩 방식 등으로 마찰전기를 발생시킬 수 있는 에너지 발전 소자를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy generating element capable of generating triboelectricity by a push method or a sliding method.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체; 상기 제1 마찰 대전체와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층; 상기 강유전 물질층 상에 위치하고, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성된 제2 마찰 대전체; 및 상기 제2 마찰 대전체 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a triboelectric energy generating device having a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic coupled to each other. A first friction layer disposed on the lower electrode; Wherein the first friction pad is made of a material having the same charging property as the whole of the first friction pad and inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the entire first friction pad, A plurality of ferroelectric material layers; Contact state between the ferroelectric material layer and the first friction layer at the same time, and has a charge characteristic opposite to that of the ferroelectric material layer and the entire first friction layer, A second frictional member formed of a material having the first frictional member; And an upper electrode disposed on the entirety of the second friction pad, wherein when the entirety of the second friction pad is in contact with the entire first friction pad and the ferroelectric material layer and is brought into a noncontact state, .

본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고, 상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. The triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled according to the embodiment of the present invention further includes an outgoing line connected to the lower electrode and the upper electrode, respectively, and a load is connected to the outgoing line Can be.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체; 상기 제1 마찰 대전체와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층; 상기 강유전 물질층 상에 위치하고, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되고, 상부 전극 역할을 하는 제2 마찰 대전체를 포함하고, 상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다. A triboelectric energy generating device to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode; A first friction layer disposed on the lower electrode; Wherein the first friction pad is made of a material having the same charging property as the whole of the first friction pad and inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the entire first friction pad, A plurality of ferroelectric material layers; Contact state between the ferroelectric material layer and the entire first friction layer at the same time as the first ferroelectric material layer and the first ferroelectric material layer, And the entirety of the second friction pad is in contact with the entirety of the first friction pad and the ferroelectric material layer and is in a noncontact state Triboelectricity may be generated.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰 대전체에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고, 상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a triboelectric energy generating device to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled. The triboelectric energy generating device further includes an outgoing line connected to the lower electrode and the second friction layer, ) May be connected.

하나의 실시예로 상기 강유전 물질층은 상기 제2 마찰 대전체와의 대전 특성에 따라 포지티브 폴링 또는 네거티브 폴링될 수 있다. In one embodiment, the ferroelectric material layer may be positively polled or negatively polled according to the charging characteristics with the entire second friction pad.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체; 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층; 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있고, 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있는 제2 마찰 대전체; 및 상기 제2 마찰 대전체 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생될 수 있다. A triboelectric energy generating device to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode; A first friction layer disposed on the lower electrode; Wherein the first friction pad is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad and is inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the whole first friction pad, a plurality of ferroelectric material layers poled; The ferroelectric material layer and the ferroelectric material layer are alternately brought into contact and non-contact with each other, and are formed of a material having charging characteristics opposite to those of the entire first friction layer and the ferroelectric material layer The entire second friction disc; And an upper electrode disposed on the entirety of the second friction pad, wherein the entire second friction pad is slid on the entire first friction pad and the ferroelectric material layer, have.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고, 상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. The triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics are coupled according to still another embodiment of the present invention further includes an outgoing line connected to the lower electrode and the upper electrode, Can be connected.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체; 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층; 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있고, 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있으며, 상부 전극 역할을 하는 제2 마찰 대전체를 포함하고, 상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생될 수 있다. A triboelectric energy generating device to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode; A first friction layer disposed on the lower electrode; Wherein the first friction pad is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad and is inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the whole first friction pad, a plurality of ferroelectric material layers poled; The ferroelectric material layer and the ferroelectric material layer are alternately brought into contact and non-contact with each other, and are formed of a material having charging characteristics opposite to those of the entire first friction layer and the ferroelectric material layer And the entirety of the second friction bands serving as the upper electrode, and the triboelectricity can be continuously generated by sliding the entirety of the second friction bands over the whole of the first friction bands and the ferroelectric material layer .

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰 대전체에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고, 상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. The triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic property are coupled according to another embodiment of the present invention further includes an outgoing line connected to the lower electrode and the second friction layer, load may be connected.

하나의 실시예로 상기 강유전 물질층은 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 제2 마찰 대전체와의 대전 특성에 따라 포지티브 폴링 또는 네거티브 폴링이 된, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
In one embodiment, the ferroelectric material layer is a positive poling or a negative poling according to the charging characteristics of the entire first friction pad and the entire second friction pad, and a frictional electric energy generation device.

상기와 같은 본 발명은 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있고 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층을 포함하고 있기 때문에 푸쉬 방식(push type) 또는 슬라이딩 방식(sliding type) 등으로 마찰전기를 발생할 수 있다. Since the present invention includes a plurality of ferroelectric material layers each of which is poled on the first frictional band and separated from the upper surface of the entire first frictional band, ) Or a sliding type (sliding type).

본 발명은 재료의 강유전 특성에 의해 발생하는 전기적 포텐셜을 이용하여 마찰에 의해 발생하는 정전 특성을 제어하고, 마찰에 의한 재료의 대전(帶電) 차이를 증폭시켜 마찰전기 에너지 발전 소자의 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The present invention controls the electrostatic characteristics caused by friction by using the electric potential generated by the ferroelectric characteristic of the material and amplifies the difference of charge of the material by the friction to improve the output of the triboelectric energy generating device There is an effect that can be.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강유전 물질층의 폴링 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자가 응용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 3a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 발생한 전압의 그래프이다.
도 12는 도 9a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 발생한 전압의 그래프이다. 1 is a view for explaining a polling method of a ferroelectric material layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 2A are coupled.
FIG. 3A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 3A are coupled.
4A is a view illustrating a triboelectric energy generating device in which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention.
4B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 4A are coupled.
5A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating device to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 5A are coupled.
6A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention.
6B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 6A are coupled.
7A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7B is a diagram for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 7A are coupled.
8A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention.
8B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 8A are coupled.
9A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 9A are coupled.
10 is a view for explaining an embodiment in which a triboelectric energy generating element to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic according to the present invention are coupled is applied.
FIG. 11 is a graph of a voltage generated in a triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 3A are coupled. FIG.
FIG. 12 is a graph of a voltage generated in a triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 9A are coupled.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강유전 물질층의 폴링 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining a poling method of a ferroelectric material layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A illustrates a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to an embodiment of the present invention And FIG. 2B is a view for explaining the generation of static electricity in the triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 2A are coupled.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(1000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B, a triboelectric energy generating device 1000 coupled with ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, The first ferroelectric layer 130, the second ferroelectric layer 140, and the upper electrode 150, as shown in FIG.

하부 전극(110)과 상부 전극(150)은 전극(electrode) 역할을 수행하는 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로 금(Au)이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The lower electrode 110 and the upper electrode 150 may be formed of a conductive material serving as an electrode. For example, gold (Au) may be used. However, the present invention is not limited thereto.

제1 마찰 대전체(120)는 하부 전극(110) 상에 배치될 수 있다. The entire first friction pad 120 may be disposed on the lower electrode 110.

복수 개의 강유전 물질층(130)은 제1 마찰 대전체(120)와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있을 수 있고, 제1 마찰 대전체(120)의 상부면에서 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체(120)에 각각 삽입되어 있을 수 있다. 일 예로 복수 개의 강유전 물질층(130)의 상부면은 제1 마찰 대전체(120)에 삽입된 상태에서 외부로 노출되어 있을 수 있고, 복수 개의 강우전 물질층(130)의 상부면과 제1 마찰 대전체의 상부면은 하나의 평면을 이룰 수 있다. 이하에서는 다른 설명이 없는 한 복수 개의 강유전 물질층(130)가 제1 마찰 대전체(120)에 삽입되어 있는 구조는 동일하다. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed of a material having the same charging property as that of the entire first friction pad 120. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed on the upper surface of the first friction pad 120, And may be inserted into the entire friction pad 120. For example, the upper surface of the plurality of ferroelectric material layers 130 may be exposed to the outside in a state of being inserted into the entire first friction pad 120, and the upper surface of the plurality of pre- The upper surface of the entire friction disc can be in one plane. Hereinafter, the structure in which a plurality of ferroelectric substance layers 130 are inserted into the entire first friction pad 120 is the same unless otherwise described.

복수 개의 강유전 물질층(130)는 각각 폴링(poling)되어 있을 수 있다. Each of the plurality of ferroelectric substance layers 130 may be poled.

강유전 물질층(130)은 폴링(poling) 작업을 통해 극성이 정렬될 수 있다. 폴링 작업을 위하여 강유전 물질층(130)의 하부면에는 폴링을 위한 전극층(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. The ferroelectric material layer 130 may be polarized through a poling operation. An electrode layer (not shown) for poling may be formed on the lower surface of the ferroelectric material layer 130 for the poling operation.

이러한 강유전 물질층(130)은 포지티브 폴링(positive poling) 및 네거티브 폴링(negative poling)이 모두 가능하며, 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 이 경우 어떤한 극성의 폴링을 수행할지는 제2 마찰 대전체(140)의 대전 특성(강유전 물질과의 관계에서 상대적으로 (+) 또는 (-)로 대전 가능한지에 따른 특성)에 따라 결정될 수 있고 이에 대하여는 아래에서 상세히 설명하기로 한다. 일 예로 강유전 물질층(130)은 PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO3, NaNbO3 또는 GeTe 등으로 이루어질 수 있다. This ferroelectric material layer 130 is capable of both positive poling and negative poling, which can be seen in FIG. In this case, the polarity of which one polarity is to be polled can be determined according to the charging characteristics of the entire second friction pad 140 (characteristics depending on whether it is positively (+) or (-) in relation to the ferroelectric material) Will be described in detail below. For example, the ferroelectric material layer 130 may be formed of PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO 3 , NaNbO 3 , GeTe, or the like.

제2 마찰 대전체(140)는 강유전 물질층(130) 상에 위치하고, 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. The entire second friction pad 140 is located on the ferroelectric material layer 130 and can repeat the contact and non-contact states simultaneously with the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120, 130 and the first frictional belt 120 as a whole.

일 예로 제2 마찰 대전체(140)의 상부에서 힘을 가하여 제2 마찰 대전체(140)가 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 접촉하도록 할 수 있고, 반대의 힘을 가하여 제2 마찰 대전체(140)가 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 비접촉되도록 할 수 있다. For example, a force may be applied to the entire upper surface of the second friction pad 140 so that the entire second friction pad 140 contacts the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 at the same time, So that the entire second friction pad 140 can be brought into contact with the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 at the same time.

제1 마찰 대전체(120)와 제2 마찰 대전체를 각각 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참고하여 선택할 수 있다. The material constituting the entire first friction pad 120 and the entire second friction pad can be selected with reference to a known triboelectric series.

제1 마찰 대전체(120)가 제2 마찰 대전체(140)와 접촉되었다가 떨어질 때 제1 마찰 대전체(120)가 (-)로 대전되고, 제2 마찰 대전체(140)가 (+)로 대전되는 경우에는 강유전 물질층(130)은 네거티브 폴링되어 있을 수 있다. 예를 들면, 제2 마찰 대전체(140)와 접촉될 수 있는 강유전 물질층(130)의 상부는 (+)가 되고 하부는 (-)가 되도록 다이폴(dipole)이 정렬될 수 있게 강유전 물질층(130)은 네거티브 폴링될 수 있다. 이는 발생되는 마찰 전기의 크기를 크게 하기 위함이다. When the entire first friction pad 120 is brought into contact with the entire second friction pad 140 and then dropped, the entire first friction pad 120 is charged with (-) and the entire second friction pad 140 is charged with (+ ), The ferroelectric material layer 130 may be negatively polled. For example, the upper portion of the ferroelectric material layer 130, which may be in contact with the second friction pad 140, becomes (+) and the lower portion is (-), (130) may be negatively polled. This is to increase the size of the generated triboelectricity.

제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 동시에 접촉된 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우에 발생하는 마찰 전기는 하부 전극(110)과 상부 전극(150)을 통하여 이동할 수 있다. The triboelectric current generated when the entire second friction layer 140 is in contact with the first friction layer 120 and the ferroelectric layer 130 at the same time is in a noncontact state, And can move through the electrode 150.

발생된 마찰 전기를 이용하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(1000)는 하부 전극(110) 및 상부 전극(150)에 각각 연결될 수 있는 인출선(미도시)을 더 포함할 수 있고, 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. 부하(load)로는 전기를 이용하는 장치 등이 사용될 수 있으며 예를 들면 발생된 마찰 전기를 저장할 수 있는 축전지가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
In order to utilize the generated triboelectricity, a triboelectric energy generating device 1000 coupled with a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic according to an embodiment of the present invention may be connected to the lower electrode 110 and the upper electrode 150, respectively And may further include a lead wire (not shown), and a load may be connected to the lead wire. As the load, an apparatus using electricity or the like may be used, and for example, a battery capable of storing generated triboelectricity may be used, but the present invention is not limited thereto.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing the relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining the generation of static electricity in the electric energy generating element. Fig.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(2000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140)를 포함할 수 있다. 3A and 3B, a triboelectric energy generating device 2000 coupled with a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, and a second friction pad 140 as a whole.

도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(1000)는 제2 마찰 대전체(140) 상에 배치된 상부 전극(150)이 존재하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(2000)는 제2 마찰 대전체(140)가 상부 전극 역할을 동시에 수행할 수 있는 경우의 실시예이다. 이러한 차이를 제외하고 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(1000)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
The triboelectric energy generating device 1000 having the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics coupled with each other as described with reference to FIGS. 2A and 2B has the upper electrode 150 disposed on the entire second friction pad 140. However, The triboelectric energy generating device 2000 in which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention are coupled is an embodiment in which the second friction pad 140 can simultaneously perform an upper electrode function. Except for these differences, the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics described with reference to FIGS. 2A and 2B are the same as those of the coupled triboelectric energy generating device 1000, and a detailed description thereof will be omitted.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a graph showing the relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(3000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 4A and 4B, a triboelectric energy generating device 3000 having a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic coupled to each other according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, a second friction pad 140, and an upper electrode 150.

하부 전극(110)과 상부 전극(150)은 전극(electrode) 역할을 수행하는 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로 금(Au)이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The lower electrode 110 and the upper electrode 150 may be formed of a conductive material serving as an electrode. For example, gold (Au) may be used. However, the present invention is not limited thereto.

제1 마찰 대전체(120)는 하부 전극(110) 상에 배치될 수 있다. The entire first friction pad 120 may be disposed on the lower electrode 110.

복수 개의 강유전 물질층(130)은 제1 마찰 대전체(120)와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있을 수 있고, 제1 마찰 대전체(120)의 상부면에서 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체(120)에 각각 삽입되어 있을 수 있다. 또한, 복수 개의 강유전 물질층(130)는 각각 폴링(poling)되어 있을 수 있다. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed of a material having the same charging property as that of the entire first friction pad 120. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed on the upper surface of the first friction pad 120, And may be inserted into the entire friction pad 120. In addition, the plurality of ferroelectric substance layers 130 may be poled each.

강유전 물질층(130)은 폴링(poling) 작업을 통해 극성이 정렬될 수 있다. 폴링 작업을 위하여 강유전 물질층(130)의 하부면에는 폴링을 위한 전극층(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. The ferroelectric material layer 130 may be polarized through a poling operation. An electrode layer (not shown) for poling may be formed on the lower surface of the ferroelectric material layer 130 for the poling operation.

이러한 강유전 물질층(130)은 포지티브 폴링(positive poling) 및 네거티브 폴링(negative poling)이 모두 가능하며, 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 이 경우 어떤한 극성의 폴링을 수행할지는 제2 마찰 대전체(140)의 대전 특성(강유전 물질과의 관계에서 상대적으로 (+) 또는 (-)로 대전 가능한지에 따른 특성)에 따라 결정될 수 있고 이에 대하여는 아래에서 상세히 설명하기로 한다. 일 예로 강유전 물질층(130)은 PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO3, NaNbO3 또는 GeTe 등으로 이루어질 수 있다. This ferroelectric material layer 130 is capable of both positive poling and negative poling, which can be seen in FIG. In this case, the polarity of which one polarity is to be polled can be determined according to the charging characteristics of the entire second friction pad 140 (characteristics depending on whether it is positively (+) or (-) in relation to the ferroelectric material) Will be described in detail below. For example, the ferroelectric material layer 130 may be formed of PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO 3 , NaNbO 3 , GeTe, or the like.

제2 마찰 대전체(140)는 강유전 물질층(130) 상에 위치하고, 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. The entire second friction pad 140 is located on the ferroelectric material layer 130 and can repeat the contact and non-contact states simultaneously with the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120, 130 and the first frictional belt 120 as a whole.

일 예로 제2 마찰 대전체(140)의 상부에서 힘을 가하여 제2 마찰 대전체(140)가 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 접촉하도록 할 수 있고, 반대의 힘을 가하여 제2 마찰 대전체(140)가 강유전 물질층(130) 및 제1 마찰 대전체(120)와 동시에 비접촉되도록 할 수 있다. For example, a force may be applied to the entire upper surface of the second friction pad 140 so that the entire second friction pad 140 contacts the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 at the same time, So that the entire second friction pad 140 can be brought into contact with the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 at the same time.

제1 마찰 대전체(120)와 제2 마찰 대전체를 각각 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참고하여 선택할 수 있다. The material constituting the entire first friction pad 120 and the entire second friction pad can be selected with reference to a known triboelectric series.

제1 마찰 대전체(120)가 제2 마찰 대전체(140)와 접촉되었다가 떨어질 때 제1 마찰 대전체(120)가 (+)로 대전되고, 제2 마찰 대전체(140)가 (-)로 대전되는 경우에는 강유전 물질층(130)은 포지티브 폴링되어 있을 수 있다. 예를 들면, 제2 마찰 대전체(140)와 접촉될 수 있는 강유전 물질층(130)의 상부는 (-)가 되고 하부는 (+)가 되도록 다이폴(dipole)이 정렬될 수 있게 강유전 물질층(130)은 네거티브 폴링될 수 있다. 이는 발생되는 마찰 전기의 크기를 크게 하기 위함이다. The entire first frictional belt 120 is positively charged and the entire second frictional belt 140 is charged when the entire first frictional belt 120 is brought into contact with and dropped from the entire second frictional belt 140, ), The ferroelectric material layer 130 may be positively polled. For example, the upper portion of the ferroelectric material layer 130, which may be in contact with the entire second friction pad 140, becomes (-) and the lower portion becomes (+), (130) may be negatively polled. This is to increase the size of the generated triboelectricity.

제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 동시에 접촉된 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우에 발생하는 마찰 전기는 하부 전극(110)과 상부 전극(150)을 통하여 이동할 수 있다. The triboelectric current generated when the entire second friction layer 140 is in contact with the first friction layer 120 and the ferroelectric layer 130 at the same time is in a noncontact state, And can move through the electrode 150.

발생된 마찰 전기를 이용하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(3000)는 하부 전극(110) 및 상부 전극(150)에 각각 연결될 수 있는 인출선(미도시)을 더 포함할 수 있고, 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. 부하(load)로는 전기를 이용하는 장치 등이 사용될 수 있으며 예를 들면 발생된 마찰 전기를 저장할 수 있는 축전지가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
In order to use the generated triboelectric energy, the triboelectric energy generating device 3000 coupled with the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention is connected to the lower electrode 110 and the upper electrode 150 (Not shown), and a load may be connected to the lead line. As the load, an apparatus using electricity or the like may be used, and for example, a battery capable of storing generated triboelectricity may be used, but the present invention is not limited thereto.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a graph showing the relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(4000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140)를 포함할 수 있다. 5A and 5B, a triboelectric energy generating device 4000, to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention, includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, and a second friction pad 140 as a whole.

도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(3000)는 제2 마찰 대전체(140) 상에 배치된 상부 전극(150)이 존재하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(4000)는 제2 마찰 대전체(140)가 상부 전극 역할을 동시에 수행할 수 있는 경우의 실시예이다. 이러한 차이를 제외하고 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(3000)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
The triboelectric energy generating device 3000 having the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics coupled with each other as described with reference to FIGS. 4A and 4B has the upper electrode 150 disposed on the entire second friction pad 140, The triboelectric energy generating element 4000 to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention are coupled is an embodiment in which the second friction pad 140 can simultaneously perform an upper electrode function. Except for these differences, the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics described with reference to FIGS. 4A and 4B are the same as those of the coupled triboelectric energy generating device 3000, and a detailed description thereof will be omitted.

도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 6A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a graph showing the relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(5000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. 6A and 6B, a triboelectric energy generating device 5000 in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, a second friction pad 140, and an upper electrode 150.

하부 전극(110)과 상부 전극(150)은 전극(electrode) 역할을 수행하는 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로 금(au)이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The lower electrode 110 and the upper electrode 150 may be formed of a conductive material serving as an electrode. For example, gold (Au) may be used, but the present invention is not limited thereto.

제1 마찰 대전체(120)는 하부 전극(110) 상에 배치될 수 있다. The entire first friction pad 120 may be disposed on the lower electrode 110.

복수 개의 강유전 물질층(130)은 제1 마찰 대전체(120)와 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있을 수 있고, 제1 마찰 대전체(120)의 상부면에서 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체(120)에 각각 삽입되어 있을 수 있다. 또한, 복수 개의 강유전 물질층(130)는 각각 폴링(poling)되어 있을 수 있다. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed of a material having a charging property opposite to that of the entire first frictional belt 120. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed on the upper surface of the first frictional belt 120, 1 friction pad 120, respectively. In addition, the plurality of ferroelectric substance layers 130 may be poled each.

강유전 물질층(130)은 폴링(poling) 작업을 통해 극성이 정렬될 수 있다. 폴링 작업을 위하여 강유전 물질층(130)의 하부면에는 폴링을 위한 전극층(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. The ferroelectric material layer 130 may be polarized through a poling operation. An electrode layer (not shown) for poling may be formed on the lower surface of the ferroelectric material layer 130 for the poling operation.

이러한 강유전 물질층(130)은 포지티브 폴링(positive poling) 및 네거티브 폴링(negative poling)이 모두 가능하며, 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 이 경우 어떤한 극성의 폴링을 수행할지는 제1 마찰 대전체(120) 및 제2 마찰 대전체(130)와의 대전 특성에 따라 결정될 수 있다. This ferroelectric material layer 130 is capable of both positive poling and negative poling, which can be seen in FIG. In this case, the polarity of which one polarity is to be polled may be determined according to the charging characteristics of the first frictional belt 120 and the second frictional belt 130.

예를 들면, 제1 마찰 대전체(120)와 제2 마찰 대전체(140)가 서로 마찰하여 제1 마찰 대전체(120)는 (+)로 대전되고 제2 마찰 대전체(130)는 (-)로 대전되는 경우, 강유전 물질층(130)은 예를 들면, 제2 마찰 대전체(140)와 접촉될 수 있는 강유전 물질층(130)의 상부는 (+)가 되고 하부는 (-)가 되도록 다이폴(dipole)이 정렬될 수 있게 네거티브 폴링될 수 있다. 이는 강유전 물질층(130)의 포텐셜을 이용하여 강유전 물질층(130)과 제2 마찰 대전체(130) 사이에 발생되는 마찰 전기의 크기를 크게 하기 위함이다. 일 예로 강유전 물질층(130)은 PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO3, NaNbO3 또는 GeTe 등으로 이루어질 수 있다. The entire first friction pad 120 and the entire second friction pad 140 are rubbed against each other so that the entire first friction pad 120 is charged positively and the entire second friction pad 130 is charged The upper portion of the ferroelectric material layer 130 that can be in contact with the second friction pad 140 becomes (+) and the lower portion thereof becomes (-). The dipole can be negatively poled so that the dipole can be aligned to be < RTI ID = 0.0 > This is to increase the magnitude of the triboelectric current generated between the ferroelectric material layer 130 and the second friction pad 130 by using the potential of the ferroelectric material layer 130. For example, the ferroelectric material layer 130 may be formed of PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO 3 , NaNbO 3 , GeTe, or the like.

제2 마찰 대전체(140)는 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제2 마찰 대전체(140)는 제1 마찰 대전체(120)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖음과 동시에 강유전 물질층(130)의 대전 특성과도 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. The entire second friction pad 140 can repeat the contact and non-contact states alternately with the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130 130 and the charge characteristics opposite to each other. That is, the entire second friction pad 140 is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad 120 and having a charging property opposite to that of the ferroelectric material layer 130 .

예를 들면, 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 제1 마찰 대전체(120)가 (+)로 대전되고 강유전 물질층(130)이 제1 마찰 대전체(120)와의 관계에서 상대적으로 (-)로 대전될 수 있는 물질로 각각 이루어진 경우, 제2 마찰 대전체(140)은 제1 마찰 대전체(120)와 마찰하는 경우 (-)로 대전될 수 있고, 강유전 물질층(130)과 마찰하는 경우 (+)로 대전될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 제1 마찰 대전체(120)을 이루는 물질과 강유전 물질층(130)을 이루는 물질 사이에 열거되어 있는 물질을 제2 마찰 대전체(120)로 선택할 수 있다. 제1 마찰 대전체(120), 강유전 물질층(130) 및 제2 마찰 대전체(140)를 각각 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참고하여 선택할 수 있다. For example, in a triboelectric series, the entire first friction pad 120 is positively charged and the ferroelectric material layer 130 is relatively (-) in relation to the entire first friction pad 120. [ The entire second friction pad 140 may be charged (-) when it is in contact with the entire first friction pad 120, and the second friction pad 140 may be charged with the ferromagnetic material layer 130 And may be made of a material that can be positively charged. That is, in the triboelectric series, a substance listed between the substance constituting the first friction member 120 and the substance constituting the ferroelectric substance layer 130 can be selected as the second friction member 120 . The material constituting the entire first friction pad 120, the ferroelectric material layer 130 and the entire second friction pad 140 can be selected with reference to a known triboelectric series.

제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 교대로 접촉 및 비접촉 상태로 된 경우, 예를 들면 제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130) 상에서 슬라이딩(sliding)되는 경우에는 제2 마찰 대전체(140)와 제1 마찰 대전체(120)의 접촉 및 비접촉에 따라 마찰전기가 발생하고, 제2 마찰 대전체(140)와 강유전 물질층(130)의 접촉 및 비접촉에 따라 마찰전기가 교대로 발생될 수 있다. 즉, 제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130) 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생될 수 있다. When the entire second friction pad 140 is brought into contact with and non-contact with the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130, for example, when the entire second friction pad 140 is in contact with the first friction pad 120 Triboelectric material is generated on the basis of contact and non-contact between the entire second friction pad 140 and the entire first friction pad 120 when sliding on the entire body 120 and the ferroelectric material layer 130, 2 Friction electricity can be generated alternately in accordance with the contact and non-contact of the entire friction pad 140 and the ferroelectric material layer 130. That is, triboelectricity can be continuously generated by sliding the entire second friction pad 140 on the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130.

발생하는 마찰 전기는 하부 전극(110)과 상부 전극(150)을 통하여 이동할 수 있다. The generated triboelectric material can move through the lower electrode 110 and the upper electrode 150.

발생된 마찰 전기를 이용하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(5000)는 하부 전극(110) 및 상부 전극(150)에 각각 연결될 수 있는 인출선(미도시)을 더 포함할 수 있고, 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. 부하(load)로는 전기를 이용하는 장치 등이 사용될 수 있으며 예를 들면 발생된 마찰 전기를 저장할 수 있는 축전지가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
In order to utilize the generated triboelectric energy, the triboelectric energy generating device 5000 coupled with the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention is connected to the lower electrode 110 and the upper electrode 150, respectively (Not shown), and a load may be connected to the lead line. As the load, an apparatus using electricity or the like may be used, and for example, a battery capable of storing generated triboelectricity may be used, but the present invention is not limited thereto.

도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view of a triboelectric energy generating device in which ferroelectric characteristics and electrostatic characteristics shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(6000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140)를 포함할 수 있다. 7A and 7B, a triboelectric energy generating device 6000 to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic property are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, and a second friction pad 140 as a whole.

도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(5000)는 제2 마찰 대전체(140) 상에 배치된 상부 전극(150)이 존재하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(6000)는 제2 마찰 대전체(140)가 상부 전극 역할을 동시에 수행할 수 있는 경우의 실시예이다. 이러한 차이를 제외하고 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(5000)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
6A and 6B, the upper electrode 150 disposed on the entire second friction pad 140 is present in the triboelectric energy generating element 5000 coupled with the electrostatic characteristics, The triboelectric energy generating element 6000 to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic property according to another embodiment of the present invention are coupled is an embodiment in which the second friction pad 140 can simultaneously perform an upper electrode function. Except for these differences, the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics described with reference to FIGS. 6A and 6B are the same as those of the coupled triboelectric energy generating device 5000, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 8A is a view for explaining a triboelectric energy generating device in which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a diagram for explaining a relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(7000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. 8A and 8B, a triboelectric energy generating device 7000 to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic property are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, a second friction pad 140, and an upper electrode 150.

하부 전극(110)과 상부 전극(150)은 전극(electrode) 역할을 수행하는 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로 금(Au)이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The lower electrode 110 and the upper electrode 150 may be formed of a conductive material serving as an electrode. For example, gold (Au) may be used. However, the present invention is not limited thereto.

제1 마찰 대전체(120)는 하부 전극(110) 상에 배치될 수 있다. The entire first friction pad 120 may be disposed on the lower electrode 110.

복수 개의 강유전 물질층(130)은 제1 마찰 대전체(120)와 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있을 수 있고, 제1 마찰 대전체(120)의 상부면에서 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체(120)에 각각 삽입되어 있을 수 있다. 또한, 복수 개의 강유전 물질층(130)는 각각 폴링(poling)되어 있을 수 있다. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed of a material having a charging property opposite to that of the entire first frictional belt 120. The plurality of ferroelectric material layers 130 may be formed on the upper surface of the first frictional belt 120, 1 friction pad 120, respectively. In addition, the plurality of ferroelectric substance layers 130 may be poled each.

강유전 물질층(130)은 폴링(poling) 작업을 통해 극성이 정렬될 수 있다. 폴링 작업을 위하여 강유전 물질층(130)의 하부면에는 폴링을 위한 전극층(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. The ferroelectric material layer 130 may be polarized through a poling operation. An electrode layer (not shown) for poling may be formed on the lower surface of the ferroelectric material layer 130 for the poling operation.

이러한 강유전 물질층(130)은 포지티브 폴링(positive poling) 및 네거티브 폴링(negative poling)이 모두 가능하며, 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 이 경우 어떤한 극성의 폴링을 수행할지는 제1 마찰 대전체(120) 및 제2 마찰 대전체(130)와의 대전 특성에 따라 결정될 수 있다. This ferroelectric material layer 130 is capable of both positive poling and negative poling, which can be seen in FIG. In this case, the polarity of which one polarity is to be polled may be determined according to the charging characteristics of the first frictional belt 120 and the second frictional belt 130.

예를 들면, 제1 마찰 대전체(120)와 제2 마찰 대전체(140)가 서로 마찰하여 제1 마찰 대전체(120)는 (-)로 대전되고 제2 마찰 대전체(130)는 (+)로 대전되는 경우, 강유전 물질층(130)은 예를 들면, 제2 마찰 대전체(140)와 접촉될 수 있는 강유전 물질층(130)의 상부는 (-)가 되고 하부는 (+)가 되도록 다이폴(dipole)이 정렬될 수 있게 포지티브 폴링될 수 있다. 이는 강유전 물질층(130)의 포텐셜을 이용하여 강유전 물질층(130)과 제2 마찰 대전체(130) 사이에 발생되는 마찰 전기의 크기를 크게 하기 위함이다. 일 예로 강유전 물질층(130)은 PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO3, NaNbO3 또는 GeTe 등으로 이루어질 수 있다. The entire first friction pad 120 and the entire second friction pad 140 are rubbed against each other so that the entire first friction pad 120 is charged to negative and the entire second friction pad 130 is charged The upper part of the ferroelectric material layer 130 which can be in contact with the second friction pad 140 becomes negative and the lower part thereof becomes positive, The dipole can be positively poled so that the dipole can be aligned to become This is to increase the magnitude of the triboelectric current generated between the ferroelectric material layer 130 and the second friction pad 130 by using the potential of the ferroelectric material layer 130. For example, the ferroelectric material layer 130 may be formed of PVDF, PZT, PTO, BTO, BFO, KNbO 3 , NaNbO 3 , GeTe, or the like.

제2 마찰 대전체(140)는 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. The entire second friction pad 140 can repeat the contact and non-contact states alternately with the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130 and the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130 130 and the charge characteristics opposite to each other.

즉, 제2 마찰 대전체(140)는 제1 마찰 대전체(120)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖음과 동시에 강유전 물질층(130)의 대전 특성과도 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. That is, the entire second friction pad 140 is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad 120 and having a charging property opposite to that of the ferroelectric material layer 130 .

예를 들면, 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 제1 마찰 대전체(120)가 (-)로 대전되고 강유전 물질층(130)이 제1 마찰 대전체(120)와의 관계에서 상대적으로 (+)로 대전될 수 있는 물질로 각각 이루어진 경우, 제2 마찰 대전체(140)은 제1 마찰 대전체(120)와 마찰하는 경우 (+)로 대전될 수 있고, 강유전 물질층(130)과 마찰하는 경우 (-)로 대전될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 제1 마찰 대전체(120)을 이루는 물질과 강유전 물질층(130)을 이루는 물질 사이에 열거되어 있는 물질을 제2 마찰 대전체(120)로 선택할 수 있다. 제1 마찰 대전체(120), 강유전 물질층(130) 및 제2 마찰 대전체(140)를 각각 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참고하여 선택할 수 있다. For example, in a triboelectric series, the entire first friction pad 120 is negatively charged and the ferroelectric material layer 130 is relatively (+) in relation to the entire first friction pad 120. [ The entire second friction pad 140 can be charged positively when it rubs against the entire first friction pad 120 and can be charged to the surface of the ferroelectric material layer 130, And can be made of a material which can be charged (-). That is, in the triboelectric series, a substance listed between the substance constituting the first friction member 120 and the substance constituting the ferroelectric substance layer 130 can be selected as the second friction member 120 . The material constituting the entire first friction pad 120, the ferroelectric material layer 130 and the entire second friction pad 140 can be selected with reference to a known triboelectric series.

제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 교대로 접촉 및 비접촉 상태로 된 경우, 예를 들면 제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130) 상에서 슬라이딩(sliding)되는 경우에는 제2 마찰 대전체(140)와 제1 마찰 대전체(120)의 접촉 및 비접촉에 따라 마찰전기가 발생하고, 제2 마찰 대전체(140)와 강유전 물질층(130)의 접촉 및 비접촉에 따라 마찰전기가 교대로 발생될 수 있다. 즉, 제2 마찰 대전체(140)가 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130) 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생될 수 있다. When the entire second friction pad 140 is brought into contact with and non-contact with the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130, for example, when the entire second friction pad 140 is in contact with the first friction pad 120 Triboelectric material is generated on the basis of contact and non-contact between the entire second friction pad 140 and the entire first friction pad 120 when sliding on the entire body 120 and the ferroelectric material layer 130, 2 Friction electricity can be generated alternately in accordance with the contact and non-contact of the entire friction pad 140 and the ferroelectric material layer 130. That is, triboelectricity can be continuously generated by sliding the entire second friction pad 140 on the entire first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130.

발생하는 마찰 전기는 하부 전극(110)과 상부 전극(150)을 통하여 이동할 수 있다. The generated triboelectric material can move through the lower electrode 110 and the upper electrode 150.

발생된 마찰 전기를 이용하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(7000)는 하부 전극(110) 및 상부 전극(150)에 각각 연결될 수 있는 인출선(미도시)을 더 포함할 수 있고, 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있을 수 있다. 부하(load)로는 전기를 이용하는 장치 등이 사용될 수 있으며 예를 들면 발생된 마찰 전기를 저장할 수 있는 축전지가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
In order to utilize the generated triboelectric energy, the triboelectric energy generating element 7000, to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention are coupled, is connected to the lower electrode 110 and the upper electrode 150, respectively (Not shown), and a load may be connected to the lead line. As the load, an apparatus using electricity or the like may be used, and for example, a battery capable of storing generated triboelectricity may be used, but the present invention is not limited thereto.

도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 정전기가 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 9A is a view for explaining a triboelectric energy generating element to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a graph showing the relationship between the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. Fig. 3 is a view for explaining generation of static electricity in a triboelectric energy generating device. Fig.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(8000)는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140)를 포함할 수 있다. 9A and 9B, a triboelectric energy generating device 8000 to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic property are coupled according to another embodiment of the present invention includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, A plurality of ferroelectric material layers 130, and a second friction pad 140 as a whole.

도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(7000)는 제2 마찰 대전체(140) 상에 배치된 상부 전극(150)이 존재하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(8000)는 제2 마찰 대전체(140)가 상부 전극 역할을 동시에 수행할 수 있는 경우의 실시예이다. 이러한 차이를 제외하고 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(7000)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
Although the triboelectric energy generating element 7000, to which the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics are combined as described with reference to FIGS. 8A and 8B, is provided with the upper electrode 150 disposed on the entire second friction pad 140, The triboelectric energy generating device 8000 in which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic according to another embodiment of the present invention are coupled is an embodiment in which the second friction pad 140 can simultaneously perform the upper electrode function. Except for these differences, the ferroelectric characteristics and the electrostatic characteristics described with reference to FIGS. 7A and 7B are the same as those of the coupled triboelectric energy generating device 7000, and a detailed description thereof will be omitted.

도 6a 내지 도 9b를 참조하여 설명한 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자는 아래에서 설명할 실시예와 같이 응용되어 회전 방식으로 마찰 전기를 발생할 수 있다. The triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic described with reference to FIGS. 6A to 9B are coupled may be applied as in the embodiment described below to generate triboelectricity in a rotating manner.

실시예Example

도 10은 본 발명에 따른 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자가 응용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining an embodiment in which a triboelectric energy generating element to which a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic according to the present invention are coupled is applied.

도 10을 참조하면, 실시예는 하부 전극(110), 제1 마찰 대전체(120), 복수 개의 강유전 물질층(130), 제2 마찰 대전체(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. 10, the embodiment includes a lower electrode 110, a first friction pad 120, a plurality of ferroelectric material layers 130, a second friction pad 140, and an upper electrode 150 .

하부 전극(110)은 원형일 수 있고, 하부 전극(110) 상에는 하부 전극(110)과 대응하는 형상을 가지는 제1 마찰 대전체(120)가 배치되어 있으며, 제1 마찰 대전체(120)의 상부면에는 제1 마찰 대전체(120)의 중심을 기준으로 방사상으로 서로 이격된 상태로 제1 마찰 대전체(120)에 복수 개의 강유전 물질층(130)이 각각 삽입되어 있을 수 있다. The lower electrode 110 may have a circular shape and a first friction pad 120 having a shape corresponding to the lower electrode 110 may be disposed on the lower electrode 110, A plurality of ferroelectric material layers 130 may be respectively inserted into the first friction layer 120 in a state of being radially spaced apart from the center of the first friction layer 120 on the upper surface.

제2 마찰 대전체(140)는 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있도록 구성될 수 있고, 예를 들면 복수 개의 제2 마찰 대전체(140)들을 제1 마찰 대전체(120)에 삽입된 복수 개의 강유전 물질층(130)의 배치에 대응되도록 배치할 수 있다. The entire second friction pad 140 may be configured so as to alternately repeat the contact and non-contact states with the first friction pad 120 and the ferroelectric material layer 130. For example, The entire bodies 140 may be arranged so as to correspond to the arrangement of the plurality of ferroelectric substance layers 130 inserted in the entire first frictional bass.

제1 마찰 대전체(140), 강유전 물질층(130) 및 제2 마찰 대전체(140)를 이루는 물질은 위에서 설명한 바와 같이 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참고하여 선택할 수 있으며, 선택된 물질의 대전 특성을 고려하여 강유전 물질층(130)을 폴링할 수 있다. The material constituting the entire first friction pad 140, the ferroelectric material layer 130 and the second friction pad 140 can be selected with reference to the triboelectric series as described above, The ferroelectric material layer 130 can be polled in consideration of the characteristics.

위에서 설명한 바와 같이 제2 마찰 대전체(140)가 전극의 역할을 수행할 수 있는 경우에는 상부 전극(150)을 포함하지 않을 수 있다. As described above, when the entire second friction pad 140 can serve as an electrode, the upper electrode 150 may not be included.

복수 개의 제2 마찰 대전체(140)들을 제1 마찰 대전체(120) 및 강유전 물질층(130)과 각각 접촉되도록 한 상태에서 복수 개의 제2 마찰 대전체(140)들을 회전시킴으로써 마찰 전기를 발생시킬 수 있다.
A plurality of second friction discs 140 are rotated in a state in which the plurality of second friction discs 140 are in contact with the entire first friction disc 120 and the ferroelectric material layer 130, .

도 11은 도 3a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 발생한 전압의 그래프이다. 도 3a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(2000)의 하부 전극(110)으로는 금(Au)을 사용하고, 제1 마찰 대전체(120)로는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용하였으며, 강유전 물질층(130)으로는 P(VDF-TrFE)(Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene))을 사용하였고, 제2 마찰 대전체(140)로는 알루미늄(Al)을 사용하였다. FIG. 11 is a graph of a voltage generated in a triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 3A are coupled. FIG. Gold (Au) is used for the lower electrode 110 of the triboelectric energy generating device 2000 to which the ferroelectric characteristic shown in FIG. 3A and the electrostatic characteristics are coupled and the first friction layer 120 is made of polydimethylsiloxane (VDF-TrFE) (poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)) was used as the ferroelectric material layer 130 and aluminum (Al) was used as the second friction layer 140 as the whole.

도 11을 참조하면, 발생된 전압의 크기가 약 -13V 내지 약 +40V의 크기를 가짐을 확인할 수 있다. 또한 전압의 피크가 일정 시간 간격을 두고 발생함을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 11, it can be seen that the generated voltage has a magnitude of about -13V to about +40V. It can also be seen that the peak of the voltage occurs at a constant time interval.

도 12는 도 9a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자에서 발생한 전압의 그래프이다. 도 9a에 도시된 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자(2000)의 하부 전극(110)으로는 금(Au)을 사용하고, 제1 마찰 대전체(120)로는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용하였으며, 강유전 물질층(130)으로는 P(VDF-TrFE)(Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene))을 사용하였고, 제2 마찰 대전체(140)로는 알루미늄(Al)을 사용하였다. FIG. 12 is a graph of a voltage generated in a triboelectric energy generating element to which the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic shown in FIG. 9A are coupled. Gold (Au) is used as the lower electrode 110 of the triboelectric energy generating device 2000 to which the ferroelectric characteristic shown in FIG. 9A and the electrostatic characteristics are coupled and the first friction layer 120 is made of polydimethylsiloxane (VDF-TrFE) (poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)) was used as the ferroelectric material layer 130 and aluminum (Al) was used as the second friction layer 140 as the whole.

도 12를 참조하면, 발생된 전압의 크기가 약 -18V 내지 약 +25V의 크기를 가짐을 확인할 수 있다. 또한 전압의 피크가 일정 시간 간격을 두고 발생함을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 12, it can be seen that the magnitude of the generated voltage has a magnitude of about -18V to about +25V. It can also be seen that the peak of the voltage occurs at a constant time interval.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

1000: 마찰전기 에너지 발전 소자
110: 하부 전극 120: 제1 마찰 대전체
130: 강유전 물질층 140: 제2 마찰 대전체
150: 상부 전극1000: Friction electric energy generating element
110: lower electrode 120: first friction pad
130: ferroelectric substance layer 140: second friction layer
150: upper electrode

Claims (10)

하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체;
상기 제1 마찰 대전체와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층;
상기 강유전 물질층 상에 위치하고, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성된 제2 마찰 대전체; 및
상기 제2 마찰 대전체 상에 배치된 상부 전극을 포함하고,
상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A first friction layer disposed on the lower electrode;
Wherein the first friction pad is made of a material having the same charging property as the whole of the first friction pad and inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the entire first friction pad, A plurality of ferroelectric material layers;
Contact state between the ferroelectric material layer and the first friction layer at the same time, and has a charge characteristic opposite to that of the ferroelectric material layer and the entire first friction layer, A second frictional member formed of a material having the first frictional member; And
And an upper electrode disposed on the entire second friction pad,
Wherein a triboelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled, wherein triboelectricity is generated when the entire second friction layer is in contact with the entire first friction layer and the ferroelectric material layer and is brought into a noncontact state.
제1항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고,
상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
The method according to claim 1,
Further comprising an outgoing line connected to the lower electrode and the upper electrode, respectively,
And a load is connected to the lead line, wherein the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체;
상기 제1 마찰 대전체와 동일한 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층;
상기 강유전 물질층 상에 위치하고, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체와 동시에 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 강유전 물질층 및 상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되고, 상부 전극 역할을 하는 제2 마찰 대전체를 포함하고,
상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A first friction layer disposed on the lower electrode;
Wherein the first friction pad is made of a material having the same charging property as the whole of the first friction pad and inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the entire first friction pad, A plurality of ferroelectric material layers;
Contact state between the ferroelectric material layer and the entire first friction layer at the same time as the first ferroelectric material layer and the first ferroelectric material layer, And a second friction layer formed as a material having an upper electrode and serving as an upper electrode,
Wherein a triboelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled, wherein triboelectricity is generated when the entire second friction layer is in contact with the entire first friction layer and the ferroelectric material layer and is brought into a noncontact state.
제3항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰 대전체에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고,
상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
The method of claim 3,
Further comprising a lead wire connected to the lower electrode and the second friction pad,
And a load is connected to the lead line, wherein the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 강유전 물질층은 상기 제2 마찰 대전체와의 대전 특성에 따라 포지티브 폴링 또는 네거티브 폴링이 된, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the ferroelectric material layer is subjected to positive poling or negative poling according to charging characteristics with the entire second friction pad, wherein the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체;
상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층;
상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있고, 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있는 제2 마찰 대전체; 및
상기 제2 마찰 대전체 상에 배치된 상부 전극을 포함하고,
상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생되는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A first friction layer disposed on the lower electrode;
Wherein the first friction pad is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad and is inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the whole first friction pad, a plurality of ferroelectric material layers poled;
The ferroelectric material layer and the ferroelectric material layer are alternately brought into contact and non-contact with each other, and are formed of a material having charging characteristics opposite to those of the entire first friction layer and the ferroelectric material layer The entire second friction disc; And
And an upper electrode disposed on the entire second friction pad,
Wherein a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled to each other, wherein a triboelectricity is continuously generated by sliding the entire second friction layer on the entire first friction layer and on the ferroelectric material layer.
제6항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고,
상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
The method according to claim 6,
Further comprising an outgoing line connected to the lower electrode and the upper electrode, respectively,
And a load is connected to the lead line, wherein the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치된 제1 마찰 대전체;
상기 제1 마찰 대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 상기 제1 마찰 대전체의 상부면에서 서로 이격된 상태로 상기 제1 마찰 대전체에 삽입되어 있으며, 각각 폴링(poling)된 복수 개의 강유전 물질층;
상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층과 교대로 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있고, 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층의 대전 특성과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 재질로 형성되어 있으며, 상부 전극 역할을 하는 제2 마찰 대전체를 포함하고,
상기 제2 마찰 대전체가 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 강유전 물질층 상에서 슬라이딩(sliding)함에 의해 연속적으로 마찰 전기가 발생되는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A first friction layer disposed on the lower electrode;
Wherein the first friction pad is made of a material having a charging property opposite to that of the first friction pad and is inserted into the entire first friction pad in a state of being spaced apart from the upper surface of the whole first friction pad, a plurality of ferroelectric material layers poled;
The ferroelectric material layer and the ferroelectric material layer are alternately brought into contact and non-contact with each other, and are formed of a material having charging characteristics opposite to those of the entire first friction layer and the ferroelectric material layer And a second friction pad entirely serving as an upper electrode,
Wherein a ferroelectric characteristic and an electrostatic characteristic are coupled to each other, wherein a triboelectricity is continuously generated by sliding the entire second friction layer on the entire first friction layer and on the ferroelectric material layer.
제8항에 있어서,
상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰 대전체에 각각 연결된 인출선을 더 포함하고,
상기 인출선에는 부하(load)가 연결되어 있는, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
9. The method of claim 8,
Further comprising a lead wire connected to the lower electrode and the second friction pad,
And a load is connected to the lead line, wherein the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
제6항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 강유전 물질층은 상기 제1 마찰 대전체 및 상기 제2 마찰 대전체와의 대전 특성에 따라 포지티브 폴링 또는 네거티브 폴링이 된, 강유전 특성과 정전 특성이 커플링된 마찰전기 에너지 발전 소자.
10. The method according to any one of claims 6 to 9,
Wherein the ferroelectric material layer is subjected to positive poling or negative poling according to charging characteristics of the whole of the first friction pad and the entirety of the second friction pad, and the ferroelectric characteristic and the electrostatic characteristic are coupled.
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