KR101557238B1 - 액체방울을 이용한 발전소자 - Google Patents

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KR101557238B1 KR1020140117839A KR20140117839A KR101557238B1 KR 101557238 B1 KR101557238 B1 KR 101557238B1 KR 1020140117839 A KR1020140117839 A KR 1020140117839A KR 20140117839 A KR20140117839 A KR 20140117839A KR 101557238 B1 KR101557238 B1 KR 101557238B1
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김상우
이정환
곽성수
박혜정
김상현
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

액체방울을 이용한 발전소자가 개시된다. 액체방울을 이용한 발전소자는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 배치되고, 초발수 특성의 상부면을 갖는 유전체층; 상기 유전체층의 상기 상부면과 이격된 상태로 서로 마주하는 초발수 표면을 구비하는 보호층; 상기 보호층 상에 배치된 상부 전극층; 및 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 배선부를 포함한다.

Description

액체방울을 이용한 발전소자{GENERATING ELEMENT USING LIQUID DROP}
본 발명은 발전소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체방울을 이용한 발전소자에 관한 것이다.
현재까지 마찰전기를 이용한 발전소자는 마찰부재들 간의 직접적인 마찰에 의하여 발전을 통하여 전기를 생산하였고, 이러한 종래기술들은 고체인 마찰부재를 이용하여 전기를 생산하는 연구가 주류를 이루고 있다. 최근에는 액체를 통하여 마찰전기를 생산하는 발전소자의 개발이 이루어지고 있다.
마찰전기를 발생할 수 있는 발전소자의 상부에서 액체를 떨어뜨려 액체와 발전소자를 마찰시킴으로써 마찰전기를 발생시키고 있지만, 이러한 발전소자는 액체가 계속 떨어져야만 발전이 가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 액체가 떨어지면 다시 새로운 액체가 떨어지지 않는 한 발전이 불가능하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자는 액체가 계속 떨어지지 않는 경우에도 액체를 이용하여 마찰전기를 생산할 수 있는 새로운 발전소자를 제시하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 서로 이격된 초발수 표면을 액체방울이 왕복이동함으로써 전기를 생산할 수 있는 액체방울을 이용한 발전소자를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 배치되고, 초발수 특성의 상부면을 갖는 유전체층; 상기 유전체층의 상기 상부면과 이격된 상태로 서로 마주하는 초발수 표면을 구비하는 보호층; 상기 보호층 상에 배치된 상부 전극층; 및 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 배선부를 포함할 수 있다.
일 측면으로서, 액체방울은 물방울일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자는 상기 유전체층 및 상기 보호층 중 하나 이상을 진동시키는 진동부를 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 진동부의 진동에 의해 액체방울이 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면 사이에서 왕복 이동하고, 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 초발수 표면과 각각 마찰할 수 있다.
하나의 실시예로 물방울에 대한 상기 유전체층의 상기 상부면 및 상기 초발수 표면의 접촉각은 각각 130°이상일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 유전체층 및 상기 초발수 표면은 다공성의 마이크로 또는 나노 구조를 가질 수 있다.
하나의 실시예로 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층은 각각 서로 독립적으로 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 보호층은, 포화지방산으로 표면처리된 산화아연막을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 포화지방산은, 스테아르산(stearic acid)을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 보호층은, 초발수 특성을 가지는 산화티타늄층을 포함할 수 있고, 상기 산화티타늄층의 표면은 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 유전체층은, 불소계 수지를 포함할 수 있고, 상기 불소계 수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자는 상기 하부 전극층을 지지하는 제1 기판; 및 상기 상부 전극층을 지지하는 제2 기판을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은, 각각 유리(glass)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 각각 결합하고, 상기 제2 기판을 지지하여 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 초발수 코팅층 서로 이격시키는 이격부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법은 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 하부 전극층 상에 형성하는 단계; 상부 전극층의 하부면 상에 초발수 표면을 구비하는 보호층을 형성하는 단계; 상기 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면을 서로 이격된 상태로 마주하도록 배치하는 단계; 및 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 유전체층을 형성하는 단계는, 비드(bead) 형상을 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 톨루엔(toluene)에 초음파를 이용하여 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 및 상기 분산용액을 상기 하부 전극층 상에 도포하고 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 보호층을 형성하는 단계는, 상부 전극층의 하부면 상에 산화아연층을 성장시키는 단계; 및 상기 산화아연층의 표면을 스테아르산(stearic acid)으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 보호층을 형성하는 단계는, 상부 전극층의 하부면 상에 산화티타늄층을 배치하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 산화티타늄층의 표면을 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 액체방울을 이용하여 발전을 할 수 있고, 자연 친화적인 발전이 가능한 효과가 있다.
또한, 메세한 진동 등이 가해지는 경우에도 초발수 코팅층 상의 액체방울이 초발수 코팅층 사이를 왕복 이동할 수 있기 때문에 마찰전기 효과에 따른 발전이 가능하다.
또한, 하부 전극층과 상부 전극층 사이에 위치한 유전체층, 공기, 액체 방울 및 보호층 등에 의하여 전기이중층캐패시터(electric double layer capacitor, EDLC) 구조의 캐패시터 값이 변경될 수 있고, 이에 따라 발생되는 기전력을 통하여 발전할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 보호층의 초발수 표면의 SEM 사진이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 하부 전극층의 초발수 특성을 가지는 상부면의 SEM 사진이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자에 진동이 가해지는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 3b는 외부의 진동에 의하여 액체방울이 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상부면과 보호층의 초발수 표면과 각각 마찰하면서 왕복 이동하는 모습을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자를 통하여 발전하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자에서 시간에 따라 생성되는 전압의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 보호층의 초발수 표면의 SEM 사진이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 하부 전극층의 초발수 특성을 가지는 상부면의 SEM 사진이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자에 진동이 가해지는 모습을 나타낸 개념도이고, 도 3b는 외부의 진동에 의하여 액체방울이 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상부면과 보호층의 초발수 표면과 각각 마찰하면서 왕복 이동하는 모습을 나타낸 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자를 통하여 발전하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 하부 전극층(100), 유전체층(200), 상부 전극층(300), 보호층(400) 및 배선부(500)를 포함할 수 있다.
하부 전극층(100)은 박막형태일 수 있고, 일 예로 하부 전극층(100)은 알루미늄(aluminium) 또는 구리(copper)를 포함할 수 있다.
유전체층(200)은 하부 전극층(100) 상에 배치될 수 있고, 유전체층(200)은 초발수 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로 유전체층(200)은 불소계 수지를 포함할 수 있고, 불소계 수지인 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함할 수 있다. 또한, 물방울에 대한 유전체층(200)의 상부면의 접촉각은 약 130°이상일 수 있다. 일 실시예로, 유전체층(200)은 마이크로 스케일의 직경을 갖는 불소계 수지 비드를 적층하여 형성할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 유전체층(200)은 다공성의 마이크로 또는 나노 구조를 가질 수 있고, 이러한 구조를 가지고 있기 때문에 액체방울(600)과 유전체층(200)의 상부면의 접촉각이 증가될 수 있다. 다공성의 마이크로 또는 나노 구조는 공기를 수용할 수 있고, 공기를 수용한 다공성의 마이크로 또는 나노 구조는 액체방울(600)이 접촉하는 면적을 작아지게 할 수 있기 때문이다.
상부 전극층(300)은 유전체층(200)의 상부에서 유전체층(200)과 이격되게 배치될 수 있다. 상부 전극층(300)은 박막형태일 수 있고, 일 예로 상부 전극층(300)은 알루미늄(aluminium) 또는 구리(copper)를 포함할 수 있다.
상부 전극층(300)의 하부면 상에는 초발수 표면을 구비하는 보호층(400)이 배치될 수 있고, 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 보호층(400)의 초발수 표면은 서로 이격된 상태로 마주하도록 배치될 수 있다.
일 예로 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 보호층(400)의 초발수 표면 사이의 폭은 약 2 내지 5㎜일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 초발수 표면을 가지는 보호층(400)은 포화지방산, 예를 들면, 스테아르산(stearic acid)으로 처리된 산화아연(ZnO)층을 포함할 수 있다. 스테아르산(stearic acid)으로 처리된 산화아연층의 초발수 표면의 물발울에 대한 접촉각은 약 130°이상일 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 산화아연층의 표면을 스테아르산(stearic acid)으로 처리하는 경우, 산화아연층의 표면은 다공성의 마이크로 또는 나노 구조를 가질 수 있고, 이러한 구조를 가지고 있기 때문에 액체방울(600)과 보호층(400)의 초발수 표면의 접촉각이 증가될 수 있다. 다공성의 마이크로 또는 나노 구조는 공기를 수용할 수 있고, 공기를 수용한 다공성의 마이크로 또는 나노 구조는 액체방울(600)이 접촉하는 면적을 작아지게 할 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 있어서, 보호층(400)은 초발수 특성을 갖는 산화티타늄층(TiO2)을 포함할 수 있다. 이 경우, 산화티타늄층의 초발수 특성을 더욱 향상시키기 위하여, 산화티타늄층의 표면은 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅될 수 있다 .
배선부(500)는 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300)을 서로 전기적으로 연결시켜줄 수 있고, 로드(load)를 포함할 수 있다.
일 예로 배선부(500)로는 로드(load)가 연결된 전선(wire)이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 배선부(500)를 통하여 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300) 사이에서 전자가 이동할 수 있다.
이와 같은 액체방울을 이용한 발전소자(1000)에 있어서, 액체방울(600)은 유전체층(200)과 초발수 표면을 갖는 보호층(400) 사이에서 외부 진동에 의해 왕복 이동할 수 있다. 이 경우, 액체방울(600)은 하부에 배치된 유전체층(200) 또는 상부에 배치된 보호층(400)과 각각 마찰할 수 있다.
물방울에 대한 표면의 접촉각이 약 130°이상인 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면 및 보호층(400)의 초발수 표면 상에 각각 위치하는 액체방울(600)은 매우 낮은 표면에너지를 가지므로, 외부에서 적은 크기의 진동이 가해지는 경우에도 용이하게 유전체층(200)의 상부면 및 보호층(400)의 초발수 표면으로부터 떨어질 수 있다. 따라서, 유전체층(200)의 상부면 및 보호층(400)의 초발수 표면 사이에 위치하는 액체방울(600)은 외부에서 인가되는 미세 진동에 의해서도 이들 사이를 왕복 이동할 수 있다.
액체방울(600)에 진동을 가하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 유전체층(200) 및 보호층(400) 중 하나 이상을 진동시킬 수 있는 진동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 진동부로 스피커 등이 사용될 수 있으며, 스피커를 통하여 전달되는 진동 또는 음파에 의하여 전달되는 진동에 의하여 유전체층(200) 및 보호층(400) 중 하나 이상이 진동할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스피커의 음파에 의한 진동이 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)에 가해지는 경우 액체방울(600)은 유전체층(200)에서 보호층(400)으로 이동할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.
액체방울을 이용한 발전소자(1000)가 스피커 등에 접촉되어 있는 경우 스피커가 진동되는 경우에 이러한 진동이 액체방울(600)에 전달될 수 있다. 또한, 음파에 의하여 액체방울(600)에 진동이 전달될 수도 있다.
진동이 계속 가해지는 경우에는 액체방울(600)은 유전체층(200)과 보호층(400)과 각각 마찰하면서 유전체층(200)과 보호층(400) 사이에서 왕복 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 하부 전극층(100)을 지지하는 제1 기판 및 상부 전극층(300)을 지지하는 제2 기판을 더 포함할 수 있다. 제1 기판은 박막형태의 하부 전극층(100)을 지지하고, 제2 기판은 박막형태의 상부 전극층(300)을 지지할 수 있다.
일 예로 제1 기판 및 제2 기판은 각각 유리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 각각 결합하고, 상기 제2 기판을 지지하여 유전체층(200)의 상부면과 초발수 코팅층(500)을 서로 이격시키는 이격부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 이격부는 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있고, 이격부의 일단부가 제1 기판의 하부면과 결합하고, 이격부의 타단부가 제2 기판의 상부면과 결합함으로써 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 보호층(400) 초발수 표면을 서로 이격시킬 수 있다.
아래에서는 전자가 이동하는 과정을 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
일 예로 양전하로 대전된 액체방울(600)이 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 마찰하는 경우, 액체방울(600)과 유전체층(200) 사이에 전기적 이중층(elecrtical double layer)이 형성되고, 전기적 이중층의 형성에 따른 전하의 불균형을 해소하기 위하여 상부 전극층(300)으로부터 전자가 하부 전극층(100)으로 이동하게 된다. 이러한 액체방울(600)이 보호층(400)의 초발수 표면과 마찰하는 경우, 액체방울(600)과 보호층(400)의 초발수 표면 사이에 전기적 이중층(elecrtical double layer)이 형성되고, 전기적 이중층의 형성에 따른 전하의 불균형을 해소하기 위하여 하부 전극층(100)으로부터 전자가 상부 전극층(300)으로 이동하게 된다.
보호층(400)의 초발수 표면과 접촉한 액체방울(600)의 위치에너지는 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 접촉한 액체방울(600)의 위치에너지보다 크며 이는 중력에 의한 영향 때문이다.
따라서, 액체방울(600)에 작용하는 힘은 액체방울(600)이 보호층(400)의 초발수 표면으로부터 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면으로 이동하는 경우가 액체방울(600)이 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면으로부터 보호층(400)의 초발수 표면으로 이동하는 경우에 비하여 크기 때문에, 액체방울(600)이 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면과 마찰하는 면적이 보호층(400)의 초발수 표면과 마찰하는 면적에 비하여 넓게 된다.
도 3b를 참조하면, 액체방울(600)이 유전체층(200)의 초발수 특성을 가지는 상부면 또는 보호층(400)의 초발수 표면과 각각 마찰하는 면적이 다름을 확인할 수 있고, 도 4의 (e)를 참조하면, 마찰하는 면적이 넓은 경우에 생성되는 전압의 크기가 마찰되는 면적이 좁은 경우에 비하여 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 마찰에 의하여 형성되는 전기적 이중층의 계면분포 전하의 양이 마찰하는 면적이 클수록 많기 때문이다.
또한, 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300) 사이를 유전체인 액체방울(600)이 이동함으로써 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300) 및 이들 사이에 위치하는 유전체, 예를 들면, 유전체층(200), 공기, 액체방울(600), 보호층(400) 등으로 구현된 전기이중층캐패시터(electric double layer capacitor, EDLC)의 캐패시터 값이 변경될 수 있고, 이러한 캐패시터 값의 변화에 의하여 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300) 사이에는 기전력이 발생할 수 있다. 이러한 기전력에 의하여 하부 전극층(100)과 상부 전극층(300) 사이에 전자가 이동할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자에서 시간에 따라 생성되는 전압의 크기를 나타낸 그래프이다. 도 5b는 동일한 액체방울을 이용한 발전소자에 대하여 도 5a와 반대의 극성으로 전압계를 연결하여 전압 크기를 측정한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 유효하게 전기를 생산할 수 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 상부 전극층(300)에서 하부 전극층(100)으로의 전자 이동에 대응하는 전압이 크게 형성되고, 하부 전극층(100)에서 상부 전극층(300)으로의 전자 이동에 대응하는 전압은 무시할 수 있을 정도로 작게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자(1000)는 약 1 내지 3볼트(V) 크기를 가지는 펄스 형태의 직류 전압을 생성할 수 있다고 할 것이다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이, 액체방울(600)의 접촉면적이 상부 전극층(300)에서보다 하부 전극층(100)에서 크기 때문인 것으로 판단된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법은 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 하부 전극층 상에 형성하는 단계(S100), 상부 전극층의 하부면 상에 초발수 표면을 구비하는 보호층을 형성하는 단계(S200), 상기 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면을 서로 이격된 상태로 마주하도록 배치하는 단계(S300) 및 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자 제조하기 위하여, 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 하부 전극층 상에 형성한다(S100). 일 예로 유리기판을 준비하고 유리기판 상에 하부 전극층으로 사용할 알루미늄 박막을 배치한 후, 알루미늄 박막 상에 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 유전체층을 형성함으로써 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 하부 전극층 상에 형성할 수 있다.
일 예로 유전체층은 비드(bead) 형상을 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 톨루엔(toluene)에 초음파를 이용하여 분산시켜 분산용액을 제조하고, 분산용액을 알루미늄 박막의 상에 도포하고 건조함으로써 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 형성할 수 있다.
다음으로, 상부 전극층의 하부면 상에 초발수 표면을 구비하는 보호층을 형성한다(S200). 일 실시예에 있어서, 상부 전극층으로 사용할 알루미늄 박막 상부면에 유리 기판을 배치한 후, 알루미늄 박막 하부면에 보호층을 형성할 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄 박막의 하부면 상에 산화아연층을 성장시킴으로써 보호층을 형성할 수 있다. 이 경우, 보호층의 표면은 초발수 표면을 구비할 수 있고, 초발수 표면은 스테아르산(stearic acid)으로 처리될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 초발수 특성을 가지는 산화티타늄층(TiO2)을 상부 전극층의 하부면 상에 배치함으로써 보호층을 형성할 수 있다. 이 경우, 산화티타늄층의 초발수 특성을 더욱 향상시키기 위하여, 산화티타늄층의 표면은 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅될 수 있다 .
다음으로, 상기 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면을 서로 이격된 상태로 마주하도록 배치한다(S300).
다음으로, 하부 전극층과 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜준다(S400). 전기적 연결은 전선을 통하여 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 과정을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 액체방울을 이용한 발전소자를 제조할 수 있다.
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.
1000: 액체방울을 이용한 발전소자 100: 하부 전극층
200: 유전체층 300: 상부 전극층
400: 보호층 500: 배선부
600: 액체방울

Claims (20)

  1. 하부 전극층;
    상기 하부 전극층 상에 배치되고, 초발수 특성의 상부면을 갖는 유전체층;
    상기 유전체층의 상기 상부면과 이격된 상태로 서로 마주하는 초발수 표면을 구비하는 보호층;
    상기 보호층 상에 배치된 상부 전극층;
    상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 배선부; 및
    상기 유전체층 및 상기 보호층 중 하나 이상을 진동시키는 진동부를 포함하고,
    상기 진동부의 진동에 의해 액체방울이 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면 사이에서 왕복 이동하고 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 초발수 표면과 각각 마찰하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    물방울에 대한 상기 유전체층의 상기 상부면 및 상기 초발수 표면의 접촉각은 각각 130°이상인, 액체방울을 이용한 발전소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층 및 상기 초발수 표면은 다공성의 마이크로 또는 나노 구조를 갖는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층은 각각 서로 독립적으로 알루미늄 또는 구리를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은,
    포화지방산으로 표면처리된 산화아연막을 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포화지방산은,
    스테아르산(stearic acid)을 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은,
    초발수 특성을 가지는 산화티타늄층을 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 산화티타늄층의 표면은 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅된, 액체방울을 이용한 발전소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은,
    불소계 수지를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 불소계 수지는,
    폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극층을 지지하는 제1 기판; 및
    상기 상부 전극층을 지지하는 제2 기판을 더 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은,
    각각 유리(glass)를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 각각 결합하고, 상기 제2 기판을 지지하여 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면을 서로 이격시키는 이격부를 더 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자.
  16. 초발수 특성을 가지는 상부면을 구비하는 유전체층을 하부 전극층 상에 형성하는 단계;
    상부 전극층의 하부면 상에 초발수 표면을 구비하는 보호층을 형성하는 단계;
    상기 유전체층의 초발수 특성을 가지는 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면을 서로 이격된 상태로 마주하도록 배치하는 단계; 및
    상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층을 서로 전기적으로 연결시켜주는 단계를 포함하고,
    상기 유전체층 및 상기 보호층 중 하나 이상이 진동되는 경우에 액체방울은 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 보호층의 초발수 표면 사이에서 왕복 이동하고 상기 유전체층의 상기 상부면과 상기 초발수 표면과 각각 마찰하는, 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유전체층을 형성하는 단계는,
    비드(bead) 형상을 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 톨루엔(toluene)에 초음파를 이용하여 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계; 및
    상기 분산용액을 상기 하부 전극층 상에 도포하고 건조하는 단계를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 단계는,
    상부 전극층의 하부면 상에 산화아연층을 성장시키는 단계; 및
    상기 산화아연층의 표면을 스테아르산(stearic acid)으로 처리하는 단계를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 단계는,
    상부 전극층의 하부면 상에 산화티타늄층을 배치하는 단계를 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 산화티타늄층의 표면을 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(perfluorooctyltrichlorosilane, PTFE)으로 코팅하는 단계를 더 포함하는, 액체방울을 이용한 발전소자 제조방법.















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