KR101645134B1 - 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자 - Google Patents

Abstract

형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자가 개시된다. 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어진 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

Description

형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자{TRIBOELECTRIC ENERGY GENERATOR USING A SHAPE MEMORY POLYMER}

본 발명은 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접촉 및 비접촉(또는 마찰)에 의한 정전기를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산할 수 있는 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자에 관한 것이다.

일반적으로, 정전기를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 에너지 발전 소자는 마찰에 의해 정전기를 형성하기 위해서 마찰 부재를 포함한다. 마찰 부재를 접촉시키거나, 슬라이딩시키는 등의 방법으로 마찰을 유발함으로써 서로 반대 전하로 대전된 전위차에 의해서 전압이 형성되며 전류가 생성된다.

마찰 표면적을 증가시킬수록 에너지 발전 소자가 생산할 수 있는 전력이 증가하므로, 마찰 부재의 표면에는 나노 크기 또는 마이크로 크기의 다수의 유닛들로 구성된 미세 패턴을 형성한다. 그러나 상기와 같은 미세 패턴이 형성된 마찰 부재가 지속적으로 마찰됨에 따라 미세 패턴이 무너져서 에너지 발전 소자의 효율이 저하되는 문제가 있다.

에너지 발전 소자에서, 마찰 부재는 폴리머와 같은 유기 재료로 형성된 고분자 시트를 이용하는데, 고분자 시트에는 미세 패턴을 용이하게 만들 수 있는 반면, 광, 수분 등에 의해 화학적으로 또는 마찰에 의해 기계적으로 열화(degradation) 현상이 더 쉽고 크게 일어난다. 특히, 미세 패턴이 없는 경우에 비해, 고분자 시트에 미세 패턴이 형성된 경우에는 기계적인 열화 현상이 더 크게 일어남에 따라 미세 패턴이 더욱 쉽게 무너지는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기계적으로 열화되는 것을 방지하여 반영구적으로 이용 가능한 형상기억 폴리머를 지지체로 이용한 자가 회복 에너지 발전 소자를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어진 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 및 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어진 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 및 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 제1 마찰대전체 및 상기 제2 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제1 마찰대전체; 및 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

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본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체; 상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있으며, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체; 상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체; 상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 하부전극; 상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체; 상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체; 및 상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 하부전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체; 상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체; 상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체; 상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및 상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고, 상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자는 상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 정전기 에너지 발전소자의 지지체를 형상기억 고분자로 형성함으로써 소정 시간 동안 사용 후, 미세돌출패턴이 무너지더라도 열, 빛, 수분, 전기장, 자가장 등에 의해 원래 초기 형상으로 되돌아갈 수 있어 정전기 에너지 발전소자의 효율이 최초 상태로 복원될 수 있다.

본 발명은 정전기 에너지 발전소자의 효율 저하를 최소화시키면서 반영구적으로 이용할 수 있다.

본 발명은 지지체 상에 형상기억 폴리머보다 마찰전기 특성이 우수한 마찰대전체를 피복함으로써 마찰에 의하여 발생되는 전기에너지의 크기를 향상시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.

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 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)는 하부기판(110), 하부전극(120), 지지체(130), 제1 마찰대전체(140), 제2 마찰대전체(150), 상부전극(160), 상부기판(170) 및 스페이서(180)를 포함할 수 있다.

하부기판(110)은 하부전극(120) 및 지지체(130) 중 하나 이상을 지지할 수 있고, 외력에 의해서 휘거나 신축될 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 하부기판(110)은 하부전극(120) 및 지지체(130) 중 하나 이상의 두께가 두꺼워 지지체(130)를 지지할 필요가 없는 경우에는 생략될 수 있는 구성이다. 그러나 하부전극(120) 및 지지체(130) 중 의 두께가 얇아 자체적으로 형태를 유지할 수 없는 경우에는 하부기판(110)이 지지체(130)를 지지하도록 구성할 필요가 있다. 일 예로 하부기판(110)은 유리(glass), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실론산(PDMS), 운모(Mica), 실리콘(Si), 사파이어(Sapphire) 또는 아크릴(acryl) 등으로 이루어질 수 있으나 물질에 제한이 있는 것은 아니다.

하부전극(120) 및 상부전극(160)은 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 하부전극(120)과 상부전극(160)은 배선을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 하부전극(120) 및 상부전극(160)은 각각 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 하부전극(120) 및 상부전극(160)을 형성하는 물질의 예로서는, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 팔라듐-금 합금(Pd-Au alloy), 니켈 (Ni), 니켈-금 합금 (Ni-Au alloy), 루테늄(Ru), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 티타늄-금 합금(Ti-Au alloy), 알루미늄(Al), 인듐주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 불소-도핑된 주석산화물(fluorine-doped tin oxide, FTO), 갈륨아연산화물(gallium zinc oxide, GZO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene) 등을 들 수 있다.

지지체(130)는 하부전극(120) 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴(132)이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진다. 형상기억 폴리머는 열, 빛, 수분, 전기장, 자가장 등에 의해 원래 초기 형상으로 되돌아갈 수 있다. 제1 마찰대전체(140)는 제2 마찰대전체(150)와 접촉 및 비접촉되는 마찰부재로서, 외력이 가해지지 않은 경우에는 제1 마찰대전체(140)는 제2 마찰대전체(150)와 이격되어 배치된다.

지지체(130)은 표면에서 외부를 향해 돌출된, 즉, 제2 마찰대전체(150)를 향해 돌출된 미세돌출패턴(132)을 포함한다. 일 예로 미세돌출패턴(132)은 미세돌출패턴(132)과 대응하는 음각 패턴을 갖는 금형을 이용하여 임프린팅 방식으로 성형함으로써 지지체(130) 표면에 형성될 수 있으나 플라즈마를 이용한 에칭, 습식 에칭, 건식 에칭 등을 이용할 수 있으며 미세돌출패턴(132) 형성 방법에 제한이 있는 것은 아니다. 이외에도, 미세돌출패턴(132)은 피라미드형, 원통형, 육면체형, 원뿔형 또는 반구형 등으로 형성될 수 있고, 이의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 미세 패턴(132)에 의해서, 제1 마찰대전체(140)와 제2 마찰대전체(150)의 유효 접촉 면적이 넓어진다.

지지체(130)는 초기 형상을 기억하고 그 형상이 외력에 의해서 변형된 경우에 열을 가하여 다시 초기 형상으로 복원되는 특성, 즉, 형상기억 특성을 갖는다. 일 예로 미세돌출패턴(132)이 외력에 의해서 무너져 변형되는 경우, 여기에 열을 제공하고 냉각시키면 미세돌출패턴(132)이 다시 초기 형상으로 복원된다. 미세돌출패턴(132)의 최초 성형 형태가 "초기 형상"이고, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 계속적인 사용에 의해 미세돌출패턴(132)의 초기 형상과 다르게 변경된 경우를 "변형"이라고 정의하며, 지지체(130)를 형성하는 형상기억 특성을 갖는 고분자를 "형상기억 고분자"로 지칭하기로 한다. 미세돌출패턴(132)이 변형되더라도, 가열 및 냉각만으로 미세돌출패턴(132)을 초기 형상을 갖도록 복원시킬 수 있으므로 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 특성 저하 없이 반영구적으로 사용할 수 있다.

일 예로 지지체(130)를 유발온도(triggered temperature) 이상으로 가열한다. 이때, 상기 유발온도는 지지체(130)을 구성하는 형상기억 고분자의 유리전이온도(Tg)이거나 용융점(Tm)일 수 있다. 상기 형상기억 고분자를 유발온도 이상으로 가열하면, 상기 형상기억 고분자를 구성하는 사슬이 정렬되는데 이 상태에서 급격히 냉각시킴으로써 지지체(130)의 형태를 초기 상태로 복원시킬 수 있다. 상기 유발온도는 상기 형상기억 고분자에 따라 달라지고, 본 발명에서 상기 형상기억 고분자의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

일례로, 상기 형상기억 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 포함하는 폴리알킬렌계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 에폭시계 화합물, 폴리노보넨계 화합물 등의 폴리머를 포함할 수 있다. 이때, 상기 형상기억 고분자는 상기 폴리머와 혼합된 충전제(filler)를 더 포함할 수 있다. 지지체(130)에서 상기 폴리머가 매트릭스를 정의하고, 상기 충전제가 상기 매트릭스 내부에 배치된 구조를 가질 수 있다. 상기 충전제의 예로서는, 알루미나, 실리카, 실리콘카바이드, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄소나노튜브, 산화철, 흑연, 탄소나노섬유 등을 들 수 있다.

다른 예로, 상기 형상기억 고분자는 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 블록 공중합체의 구체적인 예로서는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)-폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide, PEO) 블록 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene, PS)-폴리(1,4-부타디엔)(poly(1,4-butadiene)) 블록 공중합체 및 폴리(2-메틸-2-옥사졸린)(poly(2-methyl-2-oxazoline))과 폴리테트라하이드로퓨란(polytetrahydrofuran)으로부터 제조된 ABA 3블록 공중합체 등을 들 수 있다.

제1 마찰대전체(140)는 미세돌출패턴의 표면을 피복할 수 있다. 일 예로 제1 마찰대전체(140)를 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참조하여 선택될 수 있고, 상기 피복은 스퍼터일(sputtering), 증착(evaporation), 스핀코팅(spin-coating), 랭뮤어 블로드젯(langmuir blodgett), 화학기상증착(CVD) 등의 공정을 통하여 이루어질 수 있다. 제1 마찰대전체(140)는 전도성 물질로 이루어질 수 있고 이 경우에는 제1 마찰대전체(140)가 전극의 역할을 수행할 수 있으므로 하부전극(120)은 사용되지 않을 수 있다. 이에 반하여 제1 마찰대전체(140)가 비전도성 물질로 이루어진 경우에는 전극의 역할을 수행할 수 없으므로 하부전극(120)을 사용하여야만 한다.

제2 마찰대전체(150)는 제1 마찰대전체(140)와 이격된 상태로 제1 마찰대전체(140) 상에 배치될 수 있다. 제2 마찰대전체(150)는 제1 마찰대전체(140)와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 제1 마찰대전체(150)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로 제2 마찰대전체(150)는 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참조하여 선택될 수 있다. 제2 마찰대전체(150)는 전도성 물질로 이루어질 수 있고 이 경우에는 제2 마찰대전체(150)가 전극의 역할을 수행할 수 있으므로 상부전극(160)은 사용되지 않을 수 있다. 이에 반하여 제2 마찰대전체(150)가 비전도성 물질로 이루어진 경우에는 전극의 역할을 수행할 수 없으므로 하부전극(120)을 사용하여야만 하기 때문에 상부전극(160)은 제2 마찰대전체(150) 상에 배치될 수 있다.

제1 마찰대전체(150)와 제2 마찰대전체(160)가 접촉하는 경우 제1 마찰대전체(150)는 양(+)전하 또는 음(-)전하로 대전될 수 있고, 이에 대응하도록 제2 마찰대전체(160)는 음(-)전하 또는 양(+)전하로 각각 대전될 수 있다. 이러한 상태에서 제1 마찰대전체(150)와 제2 마찰대전체(160)가 비접촉하는 경우에는 제1 마찰대전체(150)와 제2 마찰대전체(160) 사이에는 전위차가 발생하게 되고 이러한 전위차에 의하여 마찰전기가 발생될 수 있다. 이와 같은 과정을 반복함에 따라 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)가 접촉 및 비접촉에 의한 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.

형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)는 상기에서 설명한 것과 같은 접촉 및 비접촉 과정을 반복하여 전기 에너지를 생산하게 되는데, 지지체(130)는 제1 마찰대전체(140)와 제2 마찰대전체(150)간의 반복적인 접촉 및 비접촉에 의해서 지지체(130)은 기계적으로 열화된다. 즉, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 장시간 사용으로 인해 미세돌출패턴(132)이 무너져 그 형상이 변형된다. 미세돌출패턴(132)의 형상이 변형되는 경우, 마찰 면적이 감소하여 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 성능이 저하된다. 이때, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)는 형성기억 고분자로 형성된 지지체(130)을 포함하고 있기 때문에, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)를 가열하고 냉각시킴으로써 미세돌출패턴(132)을 초기 형상으로 복원시킬 수 있다. 이에 따라, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)는 기계적 열화가 발생하기 전 초기 성능을 발휘할 수 있고, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 성능이 저하될 때마다 가열 및 냉각만을 수행하여 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 성능을 다시 상승시킬 수 있으므로 특성/성능 저하 없이 반영구적으로 사용할 수 있다.

상부기판(170)은 상부전극(160) 및 제2 마찰대전체(150) 중 하나 이상을 지지할 수 있고, 외력에 의해서 휘거나 신축될 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 상부기판(170)은 상부전극(160) 및 제2 마찰대전체(150)의 두께가 두꺼워 자체적으로 형태의 유지가 가능한 경우에는 생략될 수 있는 구성이다. 그러나 상부전극(160) 또는 제2 마찰대전체(150)의 두께가 얇아 자체적으로 형태를 유지할 수 없는 경우에는 상부기판(170)을 사용하여 상부전극(160) 및 제2 마찰대전체(150) 중 하나 이상을 지지하도록 구성할 필요가 있다. 일 예로 상부기판(170)은 유리(glass), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실론산(PDMS), 운모(Mica), 실리콘(Si), 사파이어(Sapphire) 또는 아크릴(acryl) 등으로 이루어질 수 있으나 물질에 제한이 있는 것은 아니다.

스페이서(180)는 제1 마찰대전체(140)과 제2 마찰대전체(150) 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(180)에 의해서, 제1 마찰대전체(140)와 제2 마찰대전체(150)가 서로 이격되어 배치될 수 있고, 외력이 가해지지 않은 상태에서 제1 마찰대전체(140)과 제2 마찰대전체(150)는 이격된 상태로 유지시킨다. 스페이서(180)는 절연 물질로 형성될 수 있다.

한편, 에너지 발전 소자로 이용되기 위해 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)는 하부전극(120) 및 제1 마찰대전체(140) 중 하나와 전기적으로 연결되고, 제2 마찰대전체(150) 및 상부전극(170) 중 하나와 전기적으로 연결된 인출선(190)을 추가로 포함할 수 있다. 제1 마찰대전체(140)가 하부전극(120)의 역할을 하는 경우에는 하부전극(120)은 사용되지 않을 수 있고, 제2 마찰대전체(150)가 상부전극(160)의 역할을 하는 경우에는 상부전극(160)은 사용되지 않을 수 있다. 인출선(190)에는 축전지 등의 부하(load, 192)가 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 인출선(190)과 부하(192) 사이에는 정류 다이오드(194)가 전기적으로 연결될 수 있고, 정류 다이오드(194)는 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등이 방전되는 것을 방지할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(2000)는 하부기판(210), 하부전극(220), 지지체(230), 제1 마찰대전체(240), 제2 마찰대전체(250), 상부전극(260) 및 상부기판(270)을 포함할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(2000)에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하고, 차이가 나는 구성에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(2000)의 제2 마찰대전체(250)는 제1 마찰대전체(240) 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩될 수 있다. 또한, 제2 마찰대전체(250)는 제1 마찰대전체(240)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있다. 제1 마찰대전체(240) 및 제2 마찰대전체(250)는 각각 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참조하여 선택될 수 있다. 제2 마찰대전체(250)가 제1 마찰대전체(240) 상에 접촉된 상태에서 슬라이딩되는 경우에는 서로 간의 마찰에 의하여 제1 마찰대전체(240)와 제2 마찰대전체(250)는 서로 반대로 대전되어 전위차가 발생하게 되고, 이러한 전위차에 의하여 마찰전기가 발생하게 된다.

에너지 발전 소자로 이용되기 위해 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(2000)는 하부전극(220) 및 제1 마찰대전체(240) 중 하나와 전기적으로 연결되고, 제2 마찰대전체(250) 및 상부전극(270) 중 하나와 전기적으로 연결된 인출선(290)을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 인출선(290)에는 축전지 등의 부하(load, 292)가 전기적으로 연결될 수 있고, 인출선(290)과 부하(292) 사이에는 정류 다이오드(294)가 전기적으로 연결될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(3000)는 하부기판(310), 하부전극(320), 지지체(330), 제1 마찰대전체(340), 제2 마찰대전체(350), 상부전극(360) 및 상부기판(370)을 포함할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(3000)에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(2000)의 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하고, 차이가 나는 구성에 대하여 설명하기로 한다.

제1 마찰대전체(340)는 미세돌출패턴(332)의 표면을 피복하고 지지체(330)와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있을 수 있다.

제2 마찰대전체(350)는 제1 마찰대전체(340) 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있을 수 있다. 예를 들면, 제2 마찰대전체(350)는 제1 마찰대전체(340)의 상기 구역들 중 어느 하나의 구역에 해당되는 제 1구역과 슬라이딩되어 마찰되는 경우 제2 마찰대전체(350)는 양(+)전하로 대전되고, 상기 제1 구역은 음(-)전하로 대전되며, 제2 마찰대전체(350)가 슬라이딩되어 상기 제1 구역 옆에 배치된 제2 구역과 마찰되는 경우 제2 마찰대전체(350)는 음(-)전하로 대전되고, 상기 제2 구역은 양(+)전하로 대전될 수 있다. 제1 마찰대전체(340)의 상기 구역들과 제2 마찰대전체(350)를 각각 이루는 물질들은 공지된 마찰전기 시리즈(triboelectric series)를 참조하여 상대적인 대전특성을 고려하여 선택될 수 있다. 마찰에 의하여 마찰전기가 발생하는 원리는 위에서 설명한 방식과 동일하므로 생략하기로 한다.

에너지 발전 소자로 이용되기 위해 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(3000)는 하부전극(320) 및 제1 마찰대전체(340) 중 하나와 전기적으로 연결되고, 제2 마찰대전체(350) 및 상부전극(370) 중 하나와 전기적으로 연결된 인출선(390)을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 인출선(390)에는 축전지 등의 부하(load, 392)가 전기적으로 연결될 수 있고, 인출선(390)과 부하(392) 사이에는 정류 다이오드(394)가 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(4000)는 하부기판(410), 하부전극(420), 제1 지지체(430), 제1 마찰대전체(440), 제2 지지체(450), 제2 마찰대전체(460), 상부전극(470), 상부기판(480) 및 스페이서(490)를 포함할 수 있다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(4000)의 하부기판(410), 하부전극(420), 제1 지지체(430), 제1 마찰대전체(440)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(1000)의 하부기판(110), 하부전극(120), 지지체(130) 및 제1 마찰대전체(140)와 각각 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(4000)의 제2 지지체(450), 제2 마찰대전체(460), 상부전극(470) 및 상부기판(480)은 각각 하부기판(410), 하부전극(420), 제1 지지체(430) 및 제1 마찰대전체(440)와 각각 동일한 구성으로서 대응하는 형상이 서로 마주볼 수 있도록 서로 이격된 상태로 배치된 것에 차이가 있을 뿐이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 외력이 가해지지 않은 경우에는 제1 마찰대전체(440)는 제2 마찰대전체(460)와 이격되어 배치된다. 외력이 가해지는지 여부에 따라 제2 마찰대전체(460)는 제1 마찰대전체(440)와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 제2 마찰대전체(460)는 제1 마찰대전체(440)의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있다. 일 예로 제1 마찰대전체(440) 또는 제2 마찰대전체(460) 중 하나는 생략될 수 있지만, 마찰전기 발생 효율을 높이기 위하여는 제1 마찰대전체(440)와 제2 마찰대전체(460)가 모두 구비되는 것이 바람직하다.

에너지 발전 소자로 이용되기 위해 본 발명의 제4 실시예에 따른 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자(4000)는 하부전극(420) 및 제1 마찰대전체(4400) 중 하나와 전기적으로 연결되고, 제2 마찰대전체(460) 및 상부전극(470) 중 하나와 전기적으로 연결된 인출선(500)을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 인출선(500)에는 축전지 등의 부하(load, 502)가 전기적으로 연결될 수 있고, 인출선(500)과 부하(502) 사이에는 정류 다이오드(504)가 전기적으로 연결될 수 있다.

스페이서(490)는 제1 마찰대전체(440)과 제2 마찰대전체(460) 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(490)에 의해서, 제1 마찰대전체(440)와 제2 마찰대전체(460)가 서로 이격되어 배치될 수 있고, 외력이 가해지지 않은 상태에서 제1 마찰대전체(440)과 제2 마찰대전체(460)는 이격된 상태로 유지시킨다. 스페이서(490)는 절연 물질로 형성될 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: 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자
110: 하부기판 120: 하부전극
130: 지지체 140: 제1 마찰대전체
150: 제2 마찰대전체 160: 상부전극
170: 상부기판 180: 스페이서

Claims (36)

1. 하부전극;
   상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
   상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체;
   상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어진 제2 마찰대전체; 및
   상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
   상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부 전극 및 상기 상부 전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
   상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
4. 하부전극;
   상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
   상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 및
   상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고,
   상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 하부 전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
   상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
7. 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
   상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체;
   상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어진 제2 마찰대전체; 및
   상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
   상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
   상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
   
10. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
13. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체; 및
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
16. 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 마찰대전체 및 상기 제2 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
19. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
21. 제20항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
22. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제1 마찰대전체; 및
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
23. 제22항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
24. 제23항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
25. 표면에 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 지지체;
    상기 미세돌출패턴의 표면을 피복하고 하부전극 역할을 하며 상기 지지체와 평행한 방향을 따라 둘 이상의 구역들로 나뉘어 있고, 상기 구역들은 각각 서로 옆에 배치된 구역과는 서로 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있으며, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체 상에 접촉된 상태로 배치되고, 슬라이딩 가능하며, 상기 구역들과 각각 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제2 마찰대전체의 슬라이딩에 의한 마찰로 인하여 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
27. 제26항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
28. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체;
    상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체;
    상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
29. 제28항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
30. 제29항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
31. 하부전극;
    상기 하부전극 상에 배치되고, 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체;
    상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체; 및
    상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있고, 상부전극 역할을 하는 제2 마찰대전체를 포함하고,
    상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
32. 제31항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 제2 마찰대전체와 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
33. 제32항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
34. 표면에 제1 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제1 지지체;
    상기 제1 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 하부전극 역할을 하는 제1 마찰대전체;
    상기 제1 마찰대전체와 이격된 상태로 상기 제1 마찰대전체 상에 배치되고, 표면에 제2 미세돌출패턴이 형성되어 있으며, 형상기억 폴리머로 이루어진 제2 지지체;
    상기 제2 미세돌출패턴의 표면을 피복하고, 상기 제1 마찰대전체와 접촉 및 비접촉 상태를 반복할 수 있으며, 상기 제1 마찰대전체의 대전 특성과 반대의 대전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있는 제2 마찰대전체; 및
    상기 제2 마찰대전체 상에 배치된 상부전극을 포함하고,
    상기 제1 마찰대전체가 상기 제2 마찰대전체와 접촉 상태에 있다가 비접촉 상태로 된 경우 마찰 전기가 발생되는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
35. 제34항에 있어서,
    상기 제1 마찰대전체 및 상기 상부전극과 각각 전기적으로 연결된 인출선; 및
    상기 인출선과 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.
    
36. 제35항에 있어서,
    상기 인출선과 상기 부하 사이에는 정류 다이오드가 전기적으로 연결된, 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자.

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