KR101573652B1 - 산화아연 나노시트 구조물 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치와 터치센서장치 - Google Patents

산화아연 나노시트 구조물 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치와 터치센서장치 Download PDF

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Abstract

산화아연 나노시트 구조물의 제조방법이 개시된다. 산화아연 나노시트 구조물은 기판 상에 산화아연 시드를 형성한 후 아연 전구체 및 도핑원소 함유 화합물이 용해된 산화아연 성장용액 내에서 산화아연 시드로부터 산화아연을 성장시킴으로써 제조될 수 있다.

Description

산화아연 나노시트 구조물 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치와 터치센서장치{METHOD OF MANUFACTURING ZINC OXIDE NANOSHEET STRUCTURE, AND ELECTRONIC APPARATUS AND TOUCH SENSOR APPARATUS HAVING THE ZINC OXIDE NANOSHEET STRUCTURE}
본 발명은 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화아연 나노시트 구조물을 구비하는 전자 장치에 관한 것으로서, 압전 특성 및 강유전 특성을 갖는 2차원 산화아연 나노시트 구조물을 제조할 수 있고 이를 전력 발전 장치나 터치 센서 등 다양한 전자 장치에 적용할 수 있다.
최근 유연한 폴리머 기판 위에 1차원 산화 아연 나노로드(nanorod)를 이용한 압전 에너지 발전 소자가 개발되었다. 이러한 1차원 산화 아연 나노로드를 이용한 압전 에너지 발전 소자는 대한민국 등록특허 제 10-0851499호에서 개시되어 있다. 1차원 산화아연 나노로드를 이용한 압전 에너지 발전 소자는 대량으로 제조가 가능하다는 장점을 갖고 있지만, 상대적으로 큰 기계적 힘이 주어질 경우 나노로드가 파손되는 등 기계적 힘에 취약하고 출력이 낮은 문제점을 갖고 있다.
따라서 이러한 1차원 산화아연 나노로드를 이용한 에너지 발전 소자의 취약한 기계적 성질을 보완하고 고출력을 나타내는 압전 에너지 발전 소자를 개발할 필요성이 높고, 이에 대한 연구가 수행 중이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 간단한 공정을 통하여 압전 특성 및 강유전 특성이 향상된 산화아연 나노시트 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 터치센서장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법은 기판 상에 산화아연 시드(seed)를 형성하는 단계; 및 제1 아연 전구체 및 도핑원소 함유 화합물이 용해된 산화아연 성장용액 내에서 상기 산화아연 시드로부터 산화아연을 성장시켜 상기 기판 상에 산화아연 나노시트 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 시드는 제2 아연 전구체가 용해된 시드 형성 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 열처리함으로써 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 산화아연 시드는 상기 시드 형성 용액을 도포한 후 열처리하는 공정을 복수회 수행함으로써 형성될 수 있고, 상기 열처리는 100 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도핑원소 함유 화합물은 상기 산화아연 성장용액 내에서 음의 전하를 띄는 수산화금속 이온을 형성하는 금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 한편, 상기 금속 원소는 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 작은 반지름을 갖는 전이금속원소를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 전이금속원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 아연 전구체 및 상기 제2 아연 전구체는 각각 독립적으로 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 아연아세테이트(Zn(CH3CO2)2), 아연 사이트레이트(Zn3[O2CCH2C(OH)(CO2)CH2CO2]2), 아연 옥살레이트(ZnC2O4), 아연 퍼클로레이트(Zn(ClO4)2), 아연 테트라플루오로보레이트(Zn(BF4)2), 아연 p-톨루엔술포네이트(Zn(CH3C6H4SO3)2), 아연 트리플루오로아세테이트(Zn(CF3COO)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 성장용액에는 아민류 화합물이 더 용해될 수 있고, 이 경우 상기 아민류 화합물은 헥사메틸렌아민(hexamethyleneamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylenetetramine, HMT), 사이클로헥실아민(cyclohexylamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine) 및 트리에탄올아민(triethanolamine)로 이루어진 그룹에서 선택된 화합물을 하나 이상 포함할 수 있다. 한편, 상기 산화아연 성장 용액을 90 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 가열하여 상기 산화아연을 성장시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 장치는 하부 전극; 상기 하부 전극과 이격되게 배치된 상부 전극; 및 산화아연 격자, 상기 격자 내에 도핑된 금속 원소 및 상기 산화아연 격자의 최외곽 아연 이온 중 적어도 일부에 결합된 상기 도핑 금속의 수산화 이온을 포함하고, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치된 산화아연 나노시트 구조물을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 각각 독립적으로 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 팔라듐-금 합금(PdAu), 니켈 (Ni), 니켈-금 합금 (NiAu), 루테늄(Ru), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 티타늄-금 합금(TiAu), 알루미늄(Al), 인듐주석 산화물(ITO), 불소주석 산화물(FTO), 갈륨아연산화물(GZO), 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 (graphene)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 하부 전극의 하부에 배치된 하부 기판; 및 상기 상부 전극의 상부에 배치된 상부 기판을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 하부 전극은 상기 하부 기판의 상부면에 형성되고, 상기 상부 전극은 상기 상부 기판의 하부면에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 각각 독립적으로 고분자 기판, 종이 기판, 유리 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 산화아연에 도핑되는 상기 금속 원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 산화아연에 도핑되는 상기 금속 원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 등과 같이 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 작은 반지름을 갖는 전이금속원소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물은 1: 20 내지 1:30의 몰비율로 상기 금속 원자 및 아연 원자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자 장치는 전력발전장치이고, 이 경우 상기 전자 장치는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 전기적으로 연결된 전력저장장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치센서장치는 제1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 제1 전극패턴들을 포함하고, 하부 기판 상부에 배치된 하부 전극; 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 제2 전극패턴들을 포함하고, 상기 하부 기판과 대향하는 상부 기판 하부에 배치된 상부 전극; 및 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치되고, 각각 상기 제1 전극패턴들 중 하나와 접촉하는 하부 단부 및 상기 제2 전극패턴들 모두와 접촉하는 상부 단부를 포함하며, 서로 이격된 복수의 산화아연 나노시트 구조물들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물들 각각은 산화아연 격자, 상기 격자 내에 도핑된 금속 원소 및 상기 산화아연 격자의 최외곽 아연 이온 중 적어도 일부에 결합된 상기 도핑 금속의 수산화 이온을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 음의 전하를 띄는 수산화금속 이온을 함유하는 산화아연 성장용액 내에서 산화아연을 성장시킴으로써 산화아연의 수직 성장을 감소시키고 수평 성장을 촉진할 수 있고, 그 결과 1차원 성장을 주로 하는 산화아연을 안정적으로 2차원 시트 형상으로 성장시킬 수 있다.
또한, 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 반지름이 작은 상기 전이금속 이온을 산화아연 격자 내에 도핑시킴으로써 제조된 산화아연 나노시트 구조물의 압전 상수 및 강유전 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 이와 같이 제조된 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치의 경우 격자 내부에 도핑된 전이금속 원소 및 상부에 결합된 전이금속 수산화 이온에 의해 외부 응력이 연속적으로 인가된 경우라도 DC-형 출력을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연 나노시트 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 산화아연 나노시트 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전극패턴들과 산화아연 나노시트 구조물들 사이의 관계를 설명하기 위한 사진들이다.
도 6은 압전현미경(Piezoelectric Force Microscopy, PFM)을 이용하여 측정된 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물의 압전 계수(d33)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물의 유전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따라 제조된 나노전력발전소자에 수직응력이 인가된 상태에서의 출력을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
<산화아연 나노시트 구조물 제조방법>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연 나노시트 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 산화아연 나노시트 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 본 발명에 있어서, '나노시트 구조물'이라 함은 임의의 지지면 상에 수직 또는 경사지게 배치되고 나노 스케일의 두께를 갖는 시트들이 서로 입체적으로 네트워킹된 일체의 구조물을 의미한다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화아연 나노시트 구조물은 기판 상에 산화아연 시드(seed)를 형성하는 단계(S110) 및 산화아연 성장용액 내에서 상기 산화아연 시드(seed)로부터 산화아연을 성장시켜 상기 기판 상에 산화아연 나노시트 구조물을 형성하는 단계(S120)를 포함한다.
상기 기판은 상기 산화아연 나노시트 구조물이 지지될 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES) 등과 같은 플라스틱 기판, 종이 기판, 유리 기판, 사파이어 기판, 실리콘 등과 같은 반도체 기판, 마이카(Mica) 등과 같은 세라믹 기판 등이 사용되거나, 이들의 표면에 도전성 전극층이 형성된 도전성 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 기판 상에 산화아연 시드를 형성하는 단계(S110)에 있어서, 상기 산화아연 시드는 아연 전구체가 용해된 시드 형성 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 이를 열처리함으로써 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 시드 형성 용액에 용해되는 아연 전구체로는, 예를 들면, 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 아연아세테이트(Zn(CH3CO2)2), 아연 사이트레이트(Zn3[O2CCH2C(OH)(CO2)CH2CO2]2), 아연 옥살레이트(ZnC2O4), 아연 퍼클로레이트(Zn(ClO4)2), 아연 테트라플루오로보레이트(Zn(BF4)2), 아연 p-톨루엔술포네이트(Zn(CH3C6H4SO3)2), 아연 트리플루오로아세테이트(Zn(CF3COO)2) 또는 이들의 수화물 등이 사용될 수 있다. 한편, 상기 시드 형성 용액은 약 0.01 내지 0.1M의 아연 전구체를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 시드 형성 용액으로는 약 0.04M의 아연아세테이트 디하이드레이트[Zn(CH3COO)2??2H2O] 용액이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 시드는 상기 시드 형성 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 이를 열처리하는 공정을 복수회 반복 수행함으로써 형성할 수 있다. 상기 시드 형성 용액은 스핀 코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅 등의 방법으로 상기 기판 상에 도포될 수 있고, 상기 열처리는 약 100 내지 200℃의 온도, 바람직하게는 약 140 내지 160℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 기판 상에 산화아연 나노시트 구조물을 형성하는 단계(S120)에 있어서, 산화아연 성장용액 내에 상기 산화아연 시드가 형성된 기판을 침지시킨 후 일정시간 동안 가열함으로써 상기 산화아연 시드로부터 산화아연을 성장시켜 상기 산화아연 나노시트 구조물을 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 성장용액은 아연 전구체, 아민류 화합물 및 도핑원소 함유 화합물을 용매에 용해시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 아연 전구체로는 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 아연아세테이트(Zn(CH3CO2)2), 아연 사이트레이트(Zn3[O2CCH2C(OH)(CO2)CH2CO2]2), 아연 옥살레이트(ZnC2O4), 아연 퍼클로레이트(Zn(ClO4)2), 아연 테트라플루오로보레이트(Zn(BF4)2), 아연 p-톨루엔술포네이트(Zn(CH3C6H4SO3)2), 아연 트리플루오로아세테이트(Zn(CF3COO)2) 또는 이들의 수화물 등을 단독으로 또는 2이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아민류 화합물로는 헥사메틸렌아민(hexamethyleneamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylenetetramine, HMT), 사이클로헥실아민(cyclohexylamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine) 등을 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 도핑원소 함유 화합물은 산화아연에 도핑될 수 있는 금속원소를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속원소로는 상기 산화아연 성장용액 내에서 음의 전하를 띄는 수산화금속 이온을 형성하는 원소가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 산화아연 나노시트 구조물의 압전 특성 및 강유전 특성을 향상시키기 위하여, 상기 금속원소로는 추가적으로 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 반지름이 작은 원소가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속원소는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 등과 같은 전이금속 원소를 포함할 수 있다.
이와 같은 성장용액 내에서 상기 산화아연을 성장시키는 경우, 상기 도핑원소 함유 화합물의 용해에 의해 형성된 수산화금속 이온에 의해 산화아연의 상기 기판에 대한 수직 방향 성장은 감소하게 되고, 상기 기판에 대한 수평 방향 성장은 증가하게 된다. 그 결과, 선형으로 성장하는 것이 일반적인 산화아연을 본 발명의 실시예에 따를 경우 2차원 시트 형상으로 성장시킬 수 있다. 일 실시예로, 상기 성장 용액으로는 탈이온수에 아연 니트레이트 헥사하이드레이트[Zn(NO3)2??6H2O], 헥사메틸렌테트라민(HMT, C6H12N4) 및 산화바나듐(V2O2)을 용해시킨 용액이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물을 형성하기 위하여 상기 기판은 상기 성장 용액에 침지된 상태에서 약 90 내지 100℃의 온도에서 약 2 내지 4시간 동안 가열될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화아연 나노시트 구조물에서는 상기의 금속 이온이 산화아연 내부에 도핑될 뿐만 아니라 최상부에 위치하는 아연 이온에는 수산화금속 이온이 결합될 수 있다. 일 예로, 상기 산화아연 나노시트 구조물에 있어서, 상기 금속 원소는 도핑된 금속 원자와 아연 원자의 몰비율이 약 1: 20 내지 1:30이 되도록 도핑될 수 있다.
<산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자 장치>
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 하부 전극(110), 상부 전극(120) 및 산화아연 나노시트 구조물(130)을 포함한다.
상기 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)은 서로 대향하도록 배치되고, 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 팔라듐-금 합금(PdAu), 니켈 (Ni), 니켈-금 합금 (NiAu), 루테늄(Ru), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 티타늄-금 합금(TiAu), 알루미늄(Al), 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 함유 주석 산화물(FTO), 갈륨아연산화물(GZO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 도전성 고분자 등으로 형성될 수 있다.
상기 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)은 서로 다른 물질로 형성될 수도 있고, 서로 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 하부 전극(110)은 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되고, 상기 상부 전극(120)은 금(Au)으로 형성될 수 있다.
상기 하부 전극(110)은 하부 기판(115)의 상부면에 형성될 수 있고, 상기 상부 전극(120)은 상부 기판(125)의 하부면에 형성될 수 있다.
상기 하부 기판(115) 및 상부 기판(125)은 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테르프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES) 등의 고분자 기판, 종이 기판, 유리 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 마이카(Mica) 등의 세라믹 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 하부 기판(115) 및 상부 기판(125)은 서로 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 서로 다른 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 하부 기판(115)으로는 폴리에틸렌테르프탈레이트(PET) 기판이 사용될 수 있고, 상기 상부 기판(125)으로는 폴리에테르설폰(PES) 기판이 사용될 수 있다.
상기 산화아연 나노시트 구조물(130)은 상기 하부 전극(110) 및 상기 상부 전극(120) 사이에 배치되고, 상기 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)과 접촉할 수 있다. 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)은 도 1 및 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법에 따라 상기 하부 전극(110) 또는 상기 상부 전극(120) 상에 형성될 수 있다.
상기 산화아연 나노시트 구조물(130)에는 산화아연에 도핑될 수 있고 수산화금속 이온을 형성할 수 있는 금속 원소에 의해 도핑될 수 있다. 일 실시예로, 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)에는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 등으로부터 선택된 하나 이상이 도핑될 수 있다. 상기와 같은 수산화금속 이온이 존재하는 분위기에서 상기 산화아연을 습식 성장의 방법으로 성장시키는 경우, 기판 상에 복수의 2차원 산화아연 나노시트를 성장시켜 이들이 네트워킹된 산화아연 나노시트 구조물을 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)의 압전 특성 및 강유전 특성을 향상시키기 위하여 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)에는 수산화금속 이온을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 반지름이 작은 전이금속에 의해 도핑될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)에는 바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 등의 전이금속으로부터 선택된 하나 이상이 도핑될 수 있다.
산화아연에 상기와 같은 전이금속이 도핑될 경우, 산소에 대한 상기 도핑된 전이금속의 결합은 산소에 대한 아연의 결합보다 강하고 외부 전기장에 의해 더 잘 회전한다. 따라서 상기의 전이금속 도핑 산화아연은 도핑되지 않은 산화아연보다 더 큰 압전 상수를 가질 수 있다. 또한 산화아연에 상기와 같은 전이금속이 도핑될 경우, 상기 도핑된 전이금속 이온은 아연 이온보다 작은 반지름을 가지므로 격자 내의 중심에서 벗어난 위치에 존재할 수 있다. 따라서 상기의 전이금속 도핑 산화아연은 도핑되지 않은 산화아연에 비해 강유전 특성을 가질 수 있다.
한편, 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)의 최상부 아연 이온에는 상기 금속 원소에 의해 형성된 수산화금속 이온이 결합될 수 있다. 일 실시예로, 도 1을 참조하여 설명한 방법에 따라 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)이 상기 하부 전극(110) 상에서 습식 성장의 방법으로 형성된 경우, 상기 상부전극(120)과 접촉하는 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)의 단부에 위치하는 아연 이온에는 상기의 수산화금속 이온이 결합될 수 있다. 이와 같은 수산화금속 이온은 음의 전하를 띄므로, 상기 상부기판(125)이나 하부기판(115)에 외부 응력이 인가된 후 외부 응력이 제거되더라도 상부 전극(120)은 계속하여 음전하를 띄어서 하부 전극(110)에 쌓여있는 전자는 이동하지 않고 계속 유지되므로, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 외부 응력이 연속적으로 인가되더라도 DC 형 출력을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 하부 전극(110) 및 상부 전극(120)과 전기적으로 연결되는 외부 회로(140)를 더 포함할 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이의 전자 이동 경로를 제공할 수 있다면, 상기 외부 회로(140)의 종류나 구성은 특별히 제한되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)의 압전 특성을 이용하여 전력을 생성하는 전력발전장치일 수 있다. 이 경우, 상기 외부 회로(140)는 외부 응력에 의해 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)로부터 생성된 전력을 저장하는 전력 저장 장치를 포함할 수 있고, 이러한 전력 저장 장치로는 공지의 에너지 저장 장치가 제한 없이 사용될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 상기 산화아연 나노시트 구조물(130)의 압전 특성 및 강유전 특성을 이용하여 상기 상부 기판(125) 또는 하부 기판(115)에 인가되는 외부의 터치를 감지하는 터치 센서 장치일 수 있다. 이 경우, 상기 외부 회로(140)는 상기 상부 기판(125) 또는 하부 기판(115)에 인가되는 외부의 터치의 위치를 감지하는 위치 분석 회로일 수 있다.
이하 도 4를 참조하여 상기 전자 장치(100)가 터치 센서 장치인 경우에 대해 상술한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 전극패턴들과 산화아연 나노시트 구조물들 사이의 관계를 설명하기 위한 사진들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 장치(100A)는 하부 기판(115A), 하부 전극(110A), 상부 기판(125A), 상부 전극(120A) 및 복수의 산화아연 나노시트 구조물들(130A)을 포함할 수 있다. 한편, 도 4에 도시되진 않았지만, 상기 터치 센서 장치(100A)는 상기 하부 전극(110A) 및 상기 상부 전극(120A)과 전기적으로 연결되어 상기 상부 기판(125A) 또는 하부 기판(115A)에 인가되는 외부 터치의 위치를 감지하는 위치 분석 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 전극(110A), 하부 기판(115A), 상부 전극(120A), 상부 기판(125A), 산화아연 나노시트 구조물들(130A)의 물질에 대해서는 도 3에 따른 전자장치(100)에서 상술하였으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 하부 전극(110A)은 상기 하부 기판(115A) 상부에 배치되고, 상기 상부 전극(120A)은 상기 하부 전극(110A)과 대향하도록 상기 상부 기판(125A) 하부에 배치될 수 있으며, 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A)은 상기 하부 전극(110A)과 상기 상부 전극(120A) 사이에 배치될 수 있다.
상기 하부 전극(110A)은 제1 방향으로 연장되고 서로 평행하게 배치된 복수의 제1 전극 패턴들을 포함할 수 있고, 상기 상부 전극(120A)은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되고 서로 평행하게 배치된 복수의 제2 전극 패턴들을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극패턴들 각각은 상기 제1 방향으로의 제1 길이 및 상기 제2 방향으로의 제1 폭을 가질 수 있고, 상기 제1 전극패턴들은 서로 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있다. 그리고 상기 제1 전극패턴들은 상기 제2 방향으로 일정간격 이격될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 전극패턴들은 상기 제2 방향으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 간격은 상기 인접한 제1 전극패턴들 사이에 상기 하부 기판(115A)이 노출된 영역의 상기 제2 방향으로의 폭을 의미한다. 일 실시예로, 상기 제1 전극패턴들의 폭은 상기 제1 전극패턴들 사이의 이격간격보다 큰 것이 바람직하다. 상기 제2 전극패턴들은 상기 제2 방향으로의 제2 길이 및 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 가질 수 있고, 상기 제2 전극패턴들은 서로 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있다. 그리고 상기 제2 전극패턴들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제2 전극패턴들의 폭은 상기 제2 전극패턴들 사이의 이격간격보다 큰 것이 바람직하다. 한편, 상기 제1 전극패턴들의 제1 길이, 제1 폭 및 제1 간격은 상기 제2 전극패턴들의 제2 길이, 제2 폭 및 제2 간격과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A)은 상기 제1 전극패턴들 상부에 각각 배치될 수 있다. 이 경우 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A)은 상기 제1 전극패턴들과 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있고, 상기 제1 전극패턴들과 동일한 간격으로 서로 이격될 수 있다. 이 경우, 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A) 각각의 하부 단부는 상기 제1 전극패턴들 중 하나와 접촉하고, 상부 단부는 상기 제2 전극패턴들 모두와 전기적으로 접촉할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A)은 상기 제2 전극패턴들 상부에 각각 배치될 수 있다. 이 경우 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A)은 상기 제2 전극패턴들과 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있고, 상기 제2 전극패턴들과 동일한 간격으로 서로 이격될 수 있다. 이 경우, 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A) 각각의 상부 단부는 상기 제2 전극패턴들 중 하나와 접촉하고, 하부 단부는 상기 제1 전극패턴들 모두와 전기적으로 접촉할 수 있다.
상기와 같이 복수의 산화아연 나노시트 구조물들(130A)을 상기 하부 전극(110A)과 상기 상부 전극(120A) 사이에 배치시키는 경우, 상기 하부 기판(115A) 또는 상기 상부 기판(125A)에 외부 터치가 인가되면 상기 산화아연 나노시트 구조물들(130A) 중 외부 터치가 가해진 산화아연 나노시트 구조물들(130A)만 전기를 생성하므로 외부 터치가 인가된 위치의 직교좌표 중 하나의 좌표를 신속 정확하게 파악할 수 있다. 또한 취성이 강한 산화아연 나노시트 구조물들(130A)을 서로 이격되도록 배치시킴으로써 기판 및 전극과의 열팽창 차이나 외부 응력에 의해 상기 산화아연 나노시트 구조물들이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 기판 상에 500㎛의 폭을 갖고 서로 100㎛ 이격된 복수의 전극패턴을 형성한 후 본 발명에 따라 산화아연 나노시트 구조물들을 형성하는 경우, 도 5의 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 전극패턴이 형성된 영역에만 산화아연 나노시트 구조물들이 형성됨을 확인할 수 있다.
[실시예]
ITO 하부 전극이 코팅된 PET 기판을 준비하였다. 이어서, 상기 ITO 하부 전극 상에 약 0.04M 농도의 징크 아세테이트 디하이드레이트[Zn(CH3COO)2??2H2O] 용액을 스핀코팅한 후 약 150℃에서 열처리하는 과정을 6회 반복하여, 상기 ITO 하부 전극 상에 산화아연 시드(seed)를 형성하였다.
그 후 약 0.025M의 징크 니트레이트 헥사하이드레이트[Zn(NO3)2??6H2O]와 헥사메틸렌테트라민(hexamethylenetetramine, C6H12N4) 및 약 0.001M의 산화바나듐(V2O2)을 탈이온수에 용해시켜 성장용액을 준비하였고, 상기 성장용액 내에 산화아연 시드가 형성된 PET 기판을 침지시킨 후 약 95℃에서 3시간 동안 가열하여 상기 ITO 하부 전극 상에 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물을 형성하였다.
이어서, 금(Au) 상부 전극이 증착된 PES 필름을 준비하고, 금(Au) 상부 전극이 나노시트 구조물과 접촉하도록 상기 PES 필름을 상기 나노시트 구조물 상에 부착하여 전력발전장치를 제작하였다.
[실험예]
도 6은 압전현미경(Piezoelectric Force Microscopy, PFM)을 이용하여 측정된 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물의 압전 계수(d33)를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 압전현미경으로 측정된 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물의 압전 계수(d33)는 상대적으로 높은 약 4 pm/V임을 확인할 수 있다. 바나듐 도핑에 의해 생성된 'V-O' 결합은 'Zn-O' 결합보다 더 강하고 외부 전기장에 의해 더 용이하게 회전하기 때문에, 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물이 바나듐이 도핑되지 않은 산화아연 나노시트 구조물보다 더 높은 압전 계수를 갖는 것으로 판단된다. 따라서, 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물을 압전체로 이용하는 경우 바나듐이 도핑되지 않은 산화아연 나노시트 구조물을 압전체로 이용하는 경우보다 더 높은 밀도를 갖는 전류를 생산할 수 있다.
도 7은 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물의 유전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물은 강유전 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이는 바나듐 도핑에 의한 바나듐 이온이 아연 이온보다 반지름이 작기 때문에 격자 내의 중심에서 벗어난 위치에 존재할 수 있기 때문인 것으로 판단된다. 즉, 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물은 바나듐이 도핑되지 않은 산화아연 나노시트 구조물보다 더 높은 강유전 특성을 나타낸다.
따라서, 바나듐이 도핑된 산화아연 나노시트 구조물을 압전체로 이용하는 경우 전력발전장치에 인가되는 응력이 제거되더라도 상부 전극과 하부 전극이 응력 인가 상태에서의 전하를 유지하므로, 전력발전소자는 DC-type의 출력 전류를 생산할 수 있다.
도 8은 실시예에 따라 제조된 전력발전장치에 수직응력이 인가된 상태에서의 출력을 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서, 양의 전류값은 전력발전장치에 전류 측정 장치를 순방향으로 연결(Forward Connection)하여 측정한 값이고, 음의 전류값은 전력발전장치에 전류 측정 장치를 역방향으로 연결(Reverse Connection)하여 측정한 값이다.
도 8을 참조하면, 수직 응력을 연속적으로 인가하는 경우, 전력발전장치는 DC-type 출력 전류를 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이, 바나늄 도핑 산화아연 나노시트 구조물이 강유전 특성을 가질 뿐만 아니라 상기 바나늄 도핑 산화아연 나노시트 구조물의 상부 단부에 결합된 바나듐 수산화 이온(V(OH)4 -)에 의해 상기 상부기판이나 하부기판에 외부 응력이 인가된 후 외부 응력이 제거되더라도 상부 전극은 계속하여 음전하를 띄어서 하부 전극에 쌓여있는 전자는 이동하지 않고 계속 유지되기 때문인 것으로 판단된다.
한편, 전류 측정 장치의 연결방향에 순방향에서 역방향으로 바뀜에 따라 출력 전류값이 양의 값에서 음의 값으로 바뀌는 것으로 보아, 상기 측정 전류값은 전류 측정 장치가 아닌 전력발전장치에 의해 생성된 전류임을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 전자 장치 110 : 하부 전극
115 : 하부 기판 120 : 상부 전극
125 : 상부 기판 130 : 산화아연 나노시트 구조물
140 : 외부 회로

Claims (22)

  1. 기판 상에 산화아연 시드(seed)를 형성하는 단계; 및
    제1 아연 전구체 및 도핑원소 함유 화합물이 용해된 산화아연 성장용액 내에서 상기 산화아연 시드로부터 산화아연을 성장시켜 상기 기판 상에 상기 도핑원소가 격자 내에 도핑된 산화아연 나노시트 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 산화아연 성장용액은 상기 도핑원소 함유 화합물의 용해에 의해 형성된 음의 전하를 띄는 수산화금속 이온을 포함하며,
    상기 수산화금속 이온은 상기 산화아연 성장용액 내에서 성장하는 산화아연 나노시트의 최상부 아연 이온에 결합되어 상기 산화아연 나노시트의 상기 기판에 대한 수직 방향 성장을 감소시키고 수평 방향 성장은 증가시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연 시드는 제2 아연 전구체가 용해된 시드 형성 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 열처리함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화아연 시드는 상기 시드 형성 용액을 도포한 후 열처리하는 공정을 복수회 수행함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 아연 전구체 및 상기 제2 아연 전구체는 서로 독립적으로
    염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 아연아세테이트(Zn(CH3CO2)2), 아연 사이트레이트(Zn3[O2CCH2C(OH)(CO2)CH2CO2]2), 아연 옥살레이트(ZnC2O4), 아연 퍼클로레이트(Zn(ClO4)2), 아연 테트라플루오로보레이트(Zn(BF4)2), 아연 p-톨루엔술포네이트(Zn(CH3C6H4SO3)2), 아연 트리플루오로아세테이트(Zn(CF3COO)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 열처리는 100 내지 200℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수산화금속 이온의 금속 원소는
    바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수산화금속 이온의 금속 원소는 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 작은 반지름을 갖는 전이금속원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전이금속원소는
    바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연 성장용액에는 아민류 화합물이 더 용해되고,
    상기 아민류 화합물은
    헥사메틸렌아민(hexamethyleneamine), 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylenetetramine, HMT), 사이클로헥실아민(cyclohexylamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine), 디에탄올아민(diethanolamine) 및 트리에탄올아민(triethanolamine)로 이루어진 그룹에서 선택된 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연 성장 용액을 90 내지 100℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 가열하여 상기 산화아연을 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노시트 구조물의 제조방법.
  12. 하부 전극;
    상기 하부 전극과 이격되게 배치된 상부 전극; 및
    산화아연 격자, 상기 격자 내에 도핑된 금속 원소 및 상기 상부 전극과 인접한 상기 산화아연 격자의 최외곽 아연 이온 중 적어도 일부에 결합된 상기 도핑 금속의 수산화 이온을 포함하고, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치된 산화아연 나노시트 구조물을 포함하는 전자장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 각각 독립적으로 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 팔라듐-금 합금(PdAu), 니켈 (Ni), 니켈-금 합금 (NiAu), 루테늄(Ru), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 티타늄-금 합금(TiAu), 알루미늄(Al), 인듐주석 산화물(ITO), 불소주석 산화물(FTO), 갈륨아연산화물(GZO), 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 (graphene)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하부 전극의 하부에 배치된 하부 기판; 및
    상기 상부 전극의 상부에 배치된 상부 기판을 더 포함하고,
    상기 하부 전극은 상기 하부 기판의 상부면에 형성되고, 상기 상부 전극은 상기 상부 기판의 하부면에 형성된 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 각각 독립적으로 고분자 기판, 종이 기판, 유리 기판, 사파이어 기판, 실리콘 기판 및 세라믹 기판으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 금속원소는
    바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 금속 원소는 산소에 대한 결합 강도가 아연보다 크며, 이온화되었을 때 아연 이온보다 작은 반지름을 갖는 전이금속원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전이금속원소는
    바나듐(V), 망간(Mn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 스칸듐(Sc) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 산화아연 나노시트 구조물은 1: 20 내지 1:30의 몰비율로 상기 금속 원자 및 아연 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노전력발전소자.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 전자 장치는 전력발전장치이고,
    상기 전자 장치는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 전기적으로 연결된 전력저장장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  21. 제1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 제1 전극패턴들을 포함하고, 하부 기판 상부에 배치된 하부 전극;
    상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 제2 전극패턴들을 포함하고, 상기 하부 기판과 대향하는 상부 기판 하부에 배치된 상부 전극; 및
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 배치된 복수의 산화아연 나노시트 구조물들을 포함하고,
    상기 복수의 산화아연 나노시트 구조물들은 서로 이격되도록 상기 제1 전극 패턴들 상에 각각 형성되며,
    상기 복수의 산화아연 나노시트 구조물들 각각은 상부 단부가 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 복수의 제2 전극패턴들 모두와 접촉하는 것을 특징으로 하는 터치센서장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 산화아연 나노시트 구조물들 각각은 산화아연 격자, 상기 격자 내에 도핑된 금속 원소 및 상기 상부 전극과 인접한 상기 산화아연 격자의 최외곽 아연 이온 중 적어도 일부에 결합된 상기 도핑 금속의 수산화 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서장치.
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