KR101665183B1 - 금속 전기 증착 방식을 이용한 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법 - Google Patents

Abstract

금속 전기 증착 방식(metal electrodeposition)을 이용하는 접촉 대전 발전기(triboelectric energy harvester)의 생성 방법은 기판 위에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성하는 단계; 및 금속 전기 증착 방식을 이용하여 상기 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

금속 전기 증착 방식을 이용한 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법{TRIBOELECTRIC ENERGY HARVESTER USING METAL ELECTRODEPOSITION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 금속 전기 증착 방식(metal electrodeposition)을 이용하여 접촉 대전 발전기(triboelectric energy harvester)를 생성하는 기술에 대한 것으로서, 보다 구체적으로, 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시켜 나노 패턴을 형성하는 접촉 대전 발전기 생성 기술이다.

접촉 대전 발전기는 서로 다른 두 대전 물질들을 포함함으로써, 서로 다른 두 대전 물질들이 물리적으로 서로 접촉할 때 각각의 표면에서 전기적인 양극 또는 음극으로 대전되는 표면 전하(정전기)를 이용하여 유도 전류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 접촉 대전 발전기는 주위 환경에서 사용되지 못하고 버려지는 에너지를 사용처가 높은 전기 에너지로 변환하는 기술인 에너지 하베스팅(energy harvesting)에서 사용된다.

특히, 최근에는 높은 출력전압을 얻기 위한 대전 물질 접촉 면적의 증가를 위해, 접촉 계면에 대한 연구가 진행되고 있다.

이에, 본 명세서에서는 대전 물질 접촉 계면의 표면적이 개선된 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제안한다.

본 발명의 실시예들은 금속 전기 증착 방식에 의해 형성된 나노 패턴을 포함함으로써, 접촉 계면의 표면적을 증가시킨 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시켜 나노 패턴을 형성함으로써, 접촉 계면의 형태 및 크기가 적응적으로 조절되는 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 금속 전기 증착 방식(metal electrodeposition)을 이용하는 접촉 대전 발전기(triboelectric energy harvester)의 생성 방법은 기판 위에 전극을 형성하는 단계; 상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성하는 단계; 및 금속 전기 증착 방식을 이용하여 상기 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 금속 전기 증착 방식을 이용하여 상기 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성하는 단계는 상기 마이크로 금속 패턴이 생성된 상기 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키는 단계; 상기 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시키는 단계; 및 상기 음성 감광액을 리프트 오프(lift-off) 방식으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시키는 단계는 상기 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 상기 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 나노 금속은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성하는 단계는 상기 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키는 단계; 상기 전극 위의 적어도 일부 영역 및 상기 음성 감광액 위에 마이크로 금속을 증착하는 단계; 및 상기 마이크로 금속이 증착된 음성 감광액을 리프트 오프 방식으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 마이크로 금속은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 기판 위에 전극을 형성하는 단계는 실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 상기 기판을 생성하는 단계; 및 상기 기판 위에 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 상기 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 금속 전기 증착 방식(metal electrodeposition)을 이용한 접촉 대전 발전기(triboelectric energy harvester)는 기판; 상기 기판 위에 형성되는 전극; 상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 생성되는 마이크로 금속 패턴; 및 상기 마이크로 금속 패턴 위에 금속 전기 증착 방식에 의해 형성되는 나노 패턴을 포함한다.

상기 나노 패턴은 상기 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속이 미리 설정된 형태 및 크기로 성장하여 형성될 수 있다.

상기 나노 금속은 상기 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 상기 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나가 조절되어 성장할 수 있다.

상기 나노 금속은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 마이크로 금속 패턴은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 마이크로 금속으로 생성될 수 있다.

상기 기판은 실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 생성될 수 있다.

상기 전극은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 금속 전기 증착 방식에 의해 형성된 나노 패턴을 포함함으로써, 접촉 계면의 표면적을 증가시킨 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 접촉 계면의 표면적이 증가되어 출력전압이 개선된 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시켜 나노 패턴을 형성함으로써, 접촉 계면의 형태 및 크기가 적응적으로 조절되는 접촉 대전 발전기 및 그 생성 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기에 포함되는 마이크로 금속 패턴을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기에 포함되는 나노 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 생성 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기는 기판(110), 전극(120), 마이크로 금속 패턴(130) 및 나노 패턴(140)을 포함한다.

기판(110)은 실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 생성될 수 있다. 여기서, 기판(110) 위에는 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 전극(120)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 기판(110) 위의 전면에 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

마이크로 금속 패턴(130)은 전극(120) 위의 적어도 일부 영역에 생성된다. 예를 들어, 마이크로 금속 패턴(130)은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 마이크로 금속으로 전극(120) 위의 적어도 일부 영역에 생성될 수 있다. 이 때, 마이크로 금속 패턴(130)은 탑-다운 방식으로 생성될 수 있다.

나노 패턴(140)은 금속 전기 증착 방식에 의해 마이크로 금속 패턴(130) 위에 형성된다. 예를 들어, 나노 패턴(140)은 마이크로 금속 패턴(130) 위에서 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 나노 금속이 미리 설정된 형태 및 크기로 성장하여 형성될 수 있다. 이 때, 나노 패턴(140)은 바텀-업 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 나노 금속은 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나가 조절되어 나노 패턴(140)의 표면적이 최대화되도록 성장할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기는 금속 전기 증착 방식에 의해 형태 및 크기가 적응적으로 조절되도록 형성되는 나노 패턴(140)을 포함함으로써, 접촉 계면의 표면적을 증가시킬 수 있다. 이와 같은 접촉 대전 발전기의 생성 과정에 대한 상세한 설명은 아래에서 기재하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기에 포함되는 마이크로 금속 패턴을 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 생성된 기판(210) 위에 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 증착하여, 전극(220)을 형성할 수 있다.

이어서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 기판(210) 위에 형성된 전극(220) 위의 적어도 일부 영역(마이크로 금속 패턴이 형성될 영역을 의미함)을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액(230)을 선택적으로 노광시킬 수 있다.

그 다음, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 음성 감광액(230) 및 전극(220) 위의 적어도 일부 영역의 전면에 마이크로 금속(240)을 증착할 수 있다. 이 때, 마이크로 금속(240)은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

그 후, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 마이크로 금속(240)이 증착된 음성 감광액(230)을 리프트 오프 방식(lift-off)으로 제거하여 전극(220) 위의 적어도 일부 영역에만 마이크로 금속(240)을 잔여시킴으로써, 마이크로 금속 패턴을 생성할 수 있다. 이 때, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 리프트 오프 방식뿐만 아니라, 다양한 방식으로 마이크로 금속(240)이 증착된 음성 감광액(230)을 제거할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기에 포함되는 나노 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 마이크로 금속 패턴(310)이 생성된 전극(320) 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액(330)을 노광시킬 수 있다. 이와 같이, 전극(320) 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액(330)을 노광시키는 과정은 마이크로 금속 패턴(310)이 생성된 영역을 제외한 나머지 영역에서 나노 금속(340)이 성장하는 것을 방지하기 위해 수행될 수 있다.

이어서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 마이크로 금속 전기 증착 방식을 이용하여 금속 패턴(310) 위에서 나노 금속(340)을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 나노 금속(340)이 포함되는 용액의 농도, 나노 금속(340)에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나를 조절함으로써, 마이크로 금속 패턴(310) 위에서 나노 금속(340)을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시킬 수 있다. 더 구체적인 예를 들면, 나노 금속(340)은 나노 패턴의 표면적이 최대화되도록 나노 금속(340)이 포함되는 용액의 농도, 나노 금속(340)에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나가 조절되어 성장할 수 있다. 이 때, 나노 금속(340)은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

그 후, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 음성 감광액(330)을 리프트 오프 방식으로 제거하여, 마이크로 금속 패턴(310) 위에만 나노 금속(340)을 잔여시킴으로써, 나노 패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 리프트 오프 방식뿐만 아니라, 다양한 방식으로 음성 감광액(330)을 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴(410)은 금속 전기 증착 방식에 의해, 형태 및 크기가 적응적으로 조절될 수 있기 때문에, 표면적이 최대화되도록 형성될 수 있다. 따라서, 나노 패턴(410)을 포함하는 접촉 대전 발전기는 접촉 계면의 표면적이 증가됨으로써, 출력전압이 개선될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 생성 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 기판 위에 전극을 형성한다(510).

구체적으로, 510 단계에서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 기판을 생성한 후, 생성된 기판 위에 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 전극을 형성할 수 있다.

이어서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성한다(520).

구체적으로, 520 단계에서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키고, 전극 위의 적어도 일부 영역 및 음성 감광액 위에 마이크로 금속을 증착하며, 마이크로 금속이 증착된 음성 감광액을 리프트 오프 방식으로 제거함으로써, 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성할 수 있다. 여기서, 마이크로 금속은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

그 후, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 금속 전기 증착 방식을 이용하여 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성한다(530).

구체적으로, 530 단계에서, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 마이크로 금속 패턴이 생성된 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키고, 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시키며, 음성 감광액을 리프트 오프(lift-off) 방식으로 제거함으로써, 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나를 조절함으로써, 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 접촉 대전 발전기의 생성 시스템은 나노 패턴의 표면적이 최대화되도록 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다. 여기서, 나노 금속은 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

1. 금속 전기 증착 방식(metal electrodeposition)을 이용하는 접촉 대전 발전기(triboelectric energy harvester)의 생성 방법에 있어서,
   기판 위에 전극을 형성하는 단계;
   상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성하는 단계; 및
   금속 전기 증착 방식을 이용하여 상기 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성하는 단계
   를 포함하고,
   상기 금속 전기 증착 방식을 이용하여 상기 마이크로 금속 패턴 위에 나노 패턴을 형성하는 단계는
   상기 마이크로 금속 패턴이 생성된 상기 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키는 단계;
   상기 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시키는 단계; 및
   상기 음성 감광액을 리프트 오프(lift-off) 방식으로 제거하는 단계를 포함하며,
   상기 전극 위의 적어도 일부 영역에 마이크로 금속 패턴을 생성하는 단계는
   상기 전극 위의 적어도 일부 영역을 제외한 나머지 영역에 음성 감광액을 노광시키는 단계;
   상기 전극 위의 적어도 일부 영역 및 상기 음성 감광액 위에 마이크로 금속을 증착하는 단계; 및
   상기 마이크로 금속이 증착된 음성 감광액을 리프트 오프 방식으로 제거하는 단계
   를 포함하는 접촉 대전 발전기의 생성 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 금속 패턴 위에서 나노 금속을 미리 설정된 형태 및 크기로 성장시키는 단계는
   상기 나노 금속이 포함되는 용액의 농도, 상기 나노 금속에 인가되는 전압 또는 증착 시간 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계
   를 포함하는 접촉 대전 발전기의 생성 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 나노 금속은
   Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 접촉 대전 발전기의 생성 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 금속은
   Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 접촉 대전 발전기의 생성 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 기판 위에 전극을 형성하는 단계는
   실리콘, 폴리머 또는 금속 중 적어도 어느 하나로 상기 기판을 생성하는 단계; 및
   상기 기판 위에 Cr, Ni, Au, Cu 또는 Al 중 적어도 어느 하나로 상기 전극을 형성하는 단계
   를 포함하는 접촉 대전 발전기의 생성 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images