KR101748222B1 - Wind Energy Harvester - Google Patents

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KR101748222B1
KR101748222B1 KR1020160054135A KR20160054135A KR101748222B1 KR 101748222 B1 KR101748222 B1 KR 101748222B1 KR 1020160054135 A KR1020160054135 A KR 1020160054135A KR 20160054135 A KR20160054135 A KR 20160054135A KR 101748222 B1 KR101748222 B1 KR 101748222B1
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flap
wind
film
present
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KR1020160054135A
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Korean (ko)
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김종백
권대성
김민욱
고희진
오용근
김원도
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연세대학교 산학협력단
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    • F03DWIND MOTORS
    • F03D5/00Other wind motors
    • F03D5/06Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/08Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082Blades, e.g. for helicopters
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명의 일 측면은 바람 에너지 하베스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람에 의하여 플랩이 변형되어 서브스트레이트와 플랩 사이의 접촉 면적이 변하고, 그로 인하여 마찰대전에 의한 전하 이동을 통하여 에너지를 수확하는 바람 에너지 하베스터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터는 단일 판 형태로 구조가 간단하고, 하베스터 서브스트레이트의 면과 평행한 방향으로 부는 바람뿐 아니라 상기 면에 수직한 방향의 바람에 대응해 에너지 수확이 가능하다. 즉, 다양한 방향의 바람에 대응해 에너지를 수확하는 것이 가능하다.
One aspect of the present invention relates to a wind energy harvester, and more particularly, to a wind energy harvester, wherein the flap is deformed by the wind to change a contact area between the substrate and the flap, thereby harvesting energy through charge transfer by triboelectrification Energy harvester.
The wind energy harvester according to an embodiment of the present invention is simple in structure in the form of a single plate and can be harvested in response to the wind blowing in a direction parallel to the surface of the harvester substrate as well as in the direction perpendicular to the surface Do. In other words, it is possible to harvest energy in response to various winds.

Description

바람 에너지 하베스터{Wind Energy Harvester}Wind Energy Harvester

본 발명의 일 측면은 바람 에너지 하베스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람에 의하여 플랩이 변형되어 서브스트레이트와 플랩 사이의 접촉 면적이 변하고, 그로 인하여 마찰대전에 의한 전하 이동을 통하여 에너지를 수확하는 바람 에너지 하베스터에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a wind energy harvester, and more particularly, to a wind energy harvester, wherein the flap is deformed by the wind to change a contact area between the substrate and the flap, thereby harvesting energy through charge transfer by triboelectrification Energy harvester.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiment of the present invention and do not constitute the prior art.

마찰전기 에너지 하베스터(triboelectric energy harvester)는 마찰 접촉에 의한 정전 유도 현상을 이용하여 역학적 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 장치이다. 마찰전기는 서로 다른 전기음성도를 갖는 2 개의 서로 다른 물질이 접촉 또는 비접촉을 할 때 일어난다.Triboelectric energy harvester is a device that converts mechanical energy into usable electric energy by utilizing electrostatic induction phenomenon by friction contact. Triboelectricity occurs when two different materials with different electronegativity make contact or noncontact.

기존 마찰대전을 이용한 바람 에너지 하베스터의 구조는 크게 3가지로 풍력발전기와 같은 풍차 구조를 활용하는 하베스터, 관 내부에 깃발과 같은 형태로 한 면이 고정된 필름을 진동시키는 형태의 하베스터, 스프링으로 연결된 두 개의 얇은 평판을 이용하는 하베스터 등이 그것이다.
풍차 구조의 하베스터는 Shuwen Chen이, 관 내부에 깃발과 같은 형태로 한면이 고정된 필름을 진동시키는 하베스터는 Ya Yang이, 스프링으로 연결된 두 개의 얇은 평판을 이용하는 하베스터는 Min-Hsin Yeh가 개시한 바 있다.
The structure of the wind energy harvester using the existing friction charging is largely divided into three types: a harvester utilizing a windmill structure such as a wind turbine, a harvester which vibrates a film fixed on one side in the form of a flag inside the tube, And a harvester using two thin plates.
The harvester of the windmill structure is formed by Shuwen Chen, Ya Yang, a harvester that vibrates the fixed film in the shape of a flag on the inside of the tube, and Harvestor, which uses two thin flat plates connected by a spring, as disclosed by Min-Hsin Yeh have.

풍차 구조의 하베스터는 면에 평행한 다양한 방향의 바람에 대응해 에너지를 수확할 수 있으나, 회전하는 파트를 포함해 구조가 복잡하며 전극 형성이 어렵고 소자가 차지하는 부피가 크다는 단점이 있다. The harvester of the windmill structure is capable of harvesting energy in response to winds in various directions parallel to the plane, but has a complicated structure including a rotating part, a difficulty in electrode formation, and a large volume of the device.

관과 필름을 이용하는 하베스터는 상대적으로 구조가 단순하지만, 에너지를 수확할 수 있는 바람의 방향에 제한이 있고 대면적 제작 및 어레이 형태의 제작이 어려운 한계가 있다. Harvesters using pipes and films are relatively simple in structure, but there is a limit to the direction of wind that can harvest energy, and it is difficult to make large area and array type.

마지막으로 스프링으로 연결된 평판을 이용하는 하베스터는 투명 소재를 사용해 투명하게 제작하였으나, 구동에 큰 힘이 필요하고 하베스터의 설치 방향에 제약이 있다.Lastly, the harvester using the spring-connected flat plate is made transparent using transparent material, but it needs a great driving force and there is a restriction on the installation direction of the harvester.

Shuwen Chen, "Self-powered cleaning of air pollution by wind driven triboelectric nanogenerator", Nano Energy, 14, 217 (2015) Shuwen Chen, "Self-powered cleaning of air pollution by wind driven triboelectric nanogenerator ", Nano Energy, 14, 217 (2015) Ya Yang, "Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Wind Energy and as Self-Powered Wind Vector Sensor System", ACS Nano, 7, 9461 (2013)Ya Yang, "Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Wind Energy and as Self-Powered Wind Vector Sensor System ", ACS Nano, 7, 9461 (2013) Min-Hsin Yeh, "Motion-Driven Electrochromic Reactions for Self-Powered Smart Window System," ACS Nano, 5, 4757 (2015)Min-Hsin Yeh, "Motion-Driven Electrochromic Reactions for Self-Powered Smart Window System," ACS Nano, 5, 4757 (2015)

이에 본 발명에 따른 일 측면은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 소성 변형된 유연한 폴리머 필름으로 제작한 플랩 구조를 이용하는 마찰대전 바람 에너지 하베스터를 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a friction-type wind energy harvester using a flap structure made of a plastic deformed flexible polymer film.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 의한 바람 에너지 하베스터는 서브스트레이트;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above-mentioned object, a wind energy harvester according to an aspect of the present invention may include a substrate.

또한 상기 서브스트레이트와 전기음성도의 차이가 있고, 바람에 의하여 형상이 변형될 수 있도록 유연 재질로 형성되며, 일측 영역은 고정단으로서 상기 서브스트레이트에 부착되고, 타측 영역은 자유단으로서 바람에 의해 상승 또는 하강함으로써 상기 서브스트레이트와 접촉 또는 비접촉되는 플랩;을 포함할 수 있다.The substrate is formed of a flexible material so as to be deformed in shape by wind, one side is attached to the substrate as a fixed end, and the other side is free And a flap that contacts or is in contact with the substrate by raising or lowering the substrate.

그리고 상기 플랩과 상기 서브스트레이트 중 적어도 하나에 부착되는 전극;을 포함할 수 있으며,
나아가 상기 플랩은, 상기 타측 영역이 바람에 의해 상승 또는 하강함에 있어서 상기 서브스트레이트와의 접촉 면적이 변하도록 상기 서브스트레이트로부터 외측을 향하여 갭을 형성한 것을 특징으로 할 수 있다.
And an electrode attached to at least one of the flap and the substrate,
Further, the flap may have a gap formed outwardly from the substrate such that the contact area with the substrate is changed when the other area is raised or lowered by the wind.

상기 타측 영역은, 상기 서브스트레이트와의 접촉 면적이 연속적으로 변하도록, 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.The other side region may be configured to include an arc shape bent outward so that the contact area with the substrate continuously changes.

상기 플랩의 상기 타측 영역과 상기 서브스트레이트가 서로 접촉하는 접촉면 중 적어도 하나는, 표면적이 증대되도록, 나노 구조체를 형성하도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 전극은 상기 접촉면의 반대면에 형성될 수 있다.At least one of the contact area where the other side area of the flap and the substrate are in contact with each other may be configured to form the nanostructure so that the surface area is increased. The electrode may be formed on the opposite surface of the contact surface.

상기 플랩의 두께는 상기 서브스트레이트 보다 얇도록 형성될 수 있다.The thickness of the flap may be made thinner than the substrate.

상기 플랩은 폴리머 재질로 형성되고, 상기 서브스트레이트는 테프론(PTFE) 재질로 형성될 수 있다. 다만, 이 재료에 한정되는 것은 아니며, 서브스트레이트의 재질은 PTFE 외에도 전기음성도의 차이가 나는 다양한 소재로 형성될 수 있다.The flap may be formed of a polymer material, and the substrate may be formed of a Teflon (PTFE) material. However, the present invention is not limited to this material, and the material of the substrate may be formed of various materials having different electronegativity besides PTFE.

상기 전극은 한 쌍이되, 상기 한 쌍의 전극은 각각 상기 플랩의 외측면과 상기 서브스트레이트의 외측면에 형성될 수 있다. 실시예에 따라서는 두 전극 모두 외측면에 형성될 필요는 없으며, 플랩의 외측면과 서브스트레이트의 내측면에 각각 형성되거나 플랩의 내측면과 서브스트레이트의 외측면에 각각 형성될 수도 있다.The pair of electrodes may be formed on an outer surface of the flap and an outer surface of the substrate, respectively. In some embodiments, both electrodes need not be formed on the outer surface, but may be formed on the outer surface of the flap and the inner surface of the substrate, respectively, or on the inner surface of the flap and the outer surface of the substrate, respectively.

상기 한 쌍의 전극은 실시예에 따라서 각각 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 소재로 형성될 수 있다. 다만, 이 재료에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄과 구리 이외에도 전도체인 금속 또는 전도성 폴리머 등의 소재로 형성될 수 있다.The pair of electrodes may be formed of aluminum (Al) and copper (Cu), respectively, according to an embodiment. However, the material is not limited to this material and may be formed of a material such as a metal or a conductive polymer which is a conductor in addition to aluminum and copper.

또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 제1 필름;According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a first film;

상기 제1 필름과 전기음성도의 차이가 있고, 바람에 의하여 변형될 수 있도록 유연재질로 형성되며, 일부는 고정단으로서 상기 제1 필름에 부착되고, 나머지는 자유단으로서 바람에 의해 상승 또는 하강함으로써 상기 제1 필름으로부터 접촉 또는 비접촉되는 제2 필름; 및The first film is made of a flexible material so as to be deformed by the wind, and a part thereof is attached to the first film as a fixed end, and the remainder is a free end which is raised or lowered by wind A second film contacting or not contacting the first film; And

상기 제1 필름과 상기 제2 필름 중 적어도 하나에 형성되는 전극;An electrode formed on at least one of the first film and the second film;

을 포함하되 상기 제2 필름은, 자유단 부분이 바람에 의해 상승 또는 하강함에 있어서 상기 제1 필름과의 접촉 면적이 변하도록, 상기 제1 필름으로부터 외측을 향하여 갭을 형성한 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터를 제공할 수 있다. Wherein the second film has a gap formed outwardly from the first film so that a contact area with the first film changes when the free end portion is raised or lowered by the wind An energy harvester can be provided.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터는 단일 판 형태로 구조가 간단하고, 하베스터 서브스트레이트의 면과 평행한 방향으로 부는 바람뿐 아니라 상기 면에 수직한 방향의 바람에 대응해 에너지 수확이 가능하다. 즉, 다양한 방향의 바람에 대응해 에너지를 수확하는 것이 가능하다.As described above, the wind energy harvester according to an embodiment of the present invention has a simple structure in the form of a single plate, and can be used not only for winds running in a direction parallel to the surface of a harvester substrate but also for winds in a direction perpendicular to the surface It is possible to harvest energy. In other words, it is possible to harvest energy in response to various winds.

플랩 구조의 휨강성(Bending Stiffness)의 조절을 통하여 낮은 풍속의 바람에 대응해 에너지를 수확할 수 있으며, 플랩 구조의 어레이화를 통해 휨강성Bending Stiffness)을 유지하며 대면적 제작이 가능하다.By controlling the bending stiffness of the flap structure, the energy can be harvested in response to low wind speeds, and the bending stiffness of the flap structure can be maintained to maintain the bending stiffness.

이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.In addition, the effects of the present invention have various effects such as excellent durability according to the embodiments, and such effects can be clearly confirmed in the description of the embodiments described later.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터가 작동하는 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터를 제작하는 제작공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 플랩이 어레이 형태로 배치된 바람 에너지 하베스터를 나타낸다.
도 5는 서브스트레이트가 원통 형상으로 형성된 바람 에너지 하베스터의 구조를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description of the invention given above, serve to provide a further understanding of the technical idea of the present invention. And should not be construed as limiting.
1 schematically shows a wind energy harvester according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a wind energy harvester operating in accordance with an embodiment of the present invention.
3 shows a manufacturing process for manufacturing a wind energy harvester according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a wind energy harvester in which a plurality of flaps are arranged in an array in accordance with an embodiment of the present invention.
5 shows a structure of a wind energy harvester in which a substrate is formed into a cylindrical shape.

이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.In addition, the size and shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the constitution and operation of the present invention are only for explaining the embodiments of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터를 설명하면 다음과 같다.First, a wind energy harvester according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터를 개략적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터(10)는 서브스트레이트(200);를 포함할 수 있다.1 schematically shows a wind energy harvester according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a wind energy harvester 10 according to an embodiment of the present invention may include a substrate 200.

또한 상기 서브스트레이트(200)와 전기음성도의 차이가 있고, 바람에 의하여 변형될 수 있도록 유연 재질로 형성되며, 일측 영역은 상기 서브스트레이트(200)에 부착되고, 타측 영역은 상기 서브스트레이트(200)와 접촉 및 비접촉에 의하여 에너지를 생산하도록 소성 변형되어 상기 서브스트레이트(200)와 갭을 형성하는 플랩(100);을 포함할 수 있다.Also, the substrate 200 is made of a flexible material so as to be deformed by the wind and has a difference in electronegativity from the substrate 200. One side region is attached to the substrate 200 and the other side is connected to the substrate 200 And a flap 100 that is plastic-deformed to produce energy by contact and non-contact with the substrate 200 to form a gap with the substrate 200.

그리고 상기 플랩(100)과 상기 서브스트레이트(200) 중 적어도 하나에 부착되는 전극(130, 210);을 포함할 수 있다.And electrodes 130 and 210 attached to at least one of the flap 100 and the substrate 200.

본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터(10)에서 서브스트레이트(200)와 플랩(100)은 각각 전기음성도의 차이가 있는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 서브스트레이트(200)와 플랩(100)의 타측 영역은 일정한 갭을 형성한다. 이 갭은 플랩(100)의 타측 영역이 소성 변형되어 일정한 형상을 유지함으로써 형성된다.In the wind energy harvester 10 according to the embodiment of the present invention, the substrate 200 and the flap 100 may be formed of different materials having different electronegativity. The other side region of the substrate 200 and the flap 100 forms a constant gap. This gap is formed by plastic deforming the other side region of the flap 100 to maintain a constant shape.

실시예에 따라서 서브스트레이트(200)의 소재는 플랙서블한 소재일 수 있으며, 리지드(Rigid)한 소재일 수도 있다. 플랙서블한 소재로 플라스틱 필름 및 폴리머 소재류에 추가로 직물 (silk, wool, cotton), 페이퍼(paper) 등 탄성이 없는 소재를 사용하는 것이 가능하다. 또한 리지드(rigid)한 소재로는 글라스(glass) 우드(wood), 아크릴(acrylic) 등을 사용할 수 있으며, 각종 전극 소재도 사용 가능하다.The material of the substrate 200 may be a flexible material, or may be a rigid material. It is possible to use elastic material such as fabric (silk, wool, cotton), paper in addition to plastic film and polymer material as flexible material. In addition, rigid materials such as glass, wood, and acrylic can be used, and various electrode materials can be used.

플랩(100)은 유연한 필름 형태로 형성된다. 따라서 바람에 의하여 변형될 수 있다. 플랩(100)의 휨강성(Bending Stiffness)은 하베스팅할 바람의 풍속을 고려하여 조절 가능하다. 예컨대 낮은 휨강성(Bending Stiffness)을 가지는 플랩(100)을 적용하여 낮은 풍속의 바람에 대하여도 플랩(100)이 변형되도록 할 수 있다본 발명의 일 실시예에 따른 플랩(100)의 소재는 플랙서블한 소재일 수 있다. 예컨대 플라스틱 필름 또는 폴리머 소재일 수 있다. 구체적으로는 PVC (polyvinyl chloride), PET (polyethylene terephathalate resin), PE (polyethylene), EVA ethylene vinyl acetate), PDMS (polydimethylsiloxane), PI (polyimide), Nylon, Teflon 등 일 수 있다. The flap 100 is formed in the form of a flexible film. It can therefore be deformed by the wind. The bending stiffness of the flap 100 is adjustable considering the wind speed of the hovering wind. For example, the flap 100 having a low bending stiffness may be applied to deform the flap 100 even at low wind speeds. The material of the flap 100 according to an embodiment of the present invention may be flexible It can be one material. For example, a plastic film or a polymer material. Specific examples thereof include polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), ethylene vinyl acetate (EVA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), nylon and Teflon.

실시예에 따라서 플랩(100)과 서브스트레이트(200)의 재질은 투명하게 구현될 수 있으며, 그 경우 건물의 창문 등에 부착되더라도 빛의 투과 기능을 유지하면서 에너지를 수확할 수 있다.According to the embodiment, the material of the flap 100 and the substrate 200 can be transparently formed. In this case, energy can be harvested while the function of transmitting light is maintained even if it is attached to a window of a building.

플랩(100)의 두께는 얇을수록 휨강성이 약하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩(100)은 40 마이크로미터(μm)에서 60 마이크로미터(μm) 사이의 두께를 가질 수 있으며, 실시예에 따라서는 50 마이크로미터(μm)의 두께를 가지도록 제작될 수 있다. 플랩(100)의 두께가 40 마이크로미터(μm) 보다 작은 경우는 소성 변형에 의한 형상을 유지하는 것이 어렵다. 또한, 플랩(100)의 두께가 60 마이크로미터(μm) 보다 큰 경우는 일정값 이상의 풍속을 가지는 바람에 대하여만 변형되므로 다양한 풍속을 가지는 바람에 대하여 연속적인 에너지 수확이 어렵다.The thinner the thickness of the flap 100, the lower the flexural rigidity. The flap 100 according to one embodiment of the present invention may have a thickness between 40 micrometers (μm) to 60 micrometers (μm), depending on the embodiment, to have a thickness of 50 micrometers (μm) Can be produced. When the thickness of the flap 100 is less than 40 micrometers (μm), it is difficult to maintain the shape due to plastic deformation. In addition, when the thickness of the flap 100 is larger than 60 micrometers (μm), continuous energy harvesting is difficult for winds having various wind speeds because it is deformed only for winds having wind speeds higher than a predetermined value.

본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터(10)에서 상기 타측 영역은, 상기 서브스트레이트(200)와의 접촉 면적이 연속적으로 변하도록, 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.The other side of the wind energy harvester 10 according to the embodiment of the present invention may be configured to include an arc shape bent outward so that the contact area with the substrate 200 continuously changes.

여기서 외측으로 휘어진다는 것은 서브스트레이트(200)가 수평하게 위치한 경우 서브스트레이트(200)의 상면에 일측 영역이 부착된 플랩(100)에 있어서 타측 영역이 서브스트레이트(200)의 상면이 향하는 방향으로 휘어진다는 것을 의미할 수 있다. 플랩(100)의 휘어진 형상은 그 단면이 원호 형상을 포함하는 것일 수 있다.Here, when the substrate 200 is horizontally positioned, the other side of the flap 100 having one side region attached to the upper surface of the substrate 200 is curved in the direction toward the upper surface of the substrate 200 It can mean that it is. The curved shape of the flap 100 may have an arc shape in cross section.

플랩(100)의 일측 영역도 원호 형상을 포함할 수 있으며, 플랩(100)의 일측 영역과 타측 영역은 자연스럽게 연속적으로 동일한 곡률을 가지고 이어지도록 형성될 수 있다.One side region of the flap 100 may include an arc shape, and one side region and the other side region of the flap 100 may be formed so as to naturally and continuously have the same curvature.

플랩(100)의 타측 영역은 소성 가공에 의하여 소성 변형되어 그 단면이 원호 형상을 포함하는 형태일 수 있다. 다만, 플랩(100)의 단면 형상의 범위는 원호 형상에 한정되는 것은 아니다.The other area of the flap 100 may be plastic deformed by plastic working so that its cross section includes an arcuate shape. However, the range of the cross-sectional shape of the flap 100 is not limited to the arc shape.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터가 작동하는 모습을 나타낸다. 도 2(a)는 바람이 불지 않는 경우의 모습을 나타내고, 도 2(b)는 바람이 플랩(100)의 안쪽면을 향하여 부는 경우의 모습을 나타내며, 도 2(c)는 바람이 플랩(100)의 외측면을 향하여 부는 경우의 모습을 나타낸다.Figure 2 shows a wind energy harvester operating in accordance with an embodiment of the present invention. 2 (b) shows a state in which the wind is blown toward the inner surface of the flap 100, and FIG. 2 (c) shows a state in which the wind blows in the flap 100 100 of the first embodiment.

도 2(b)를 참조하면, 본 실시예에서 플랩(100)의 타측 영역은 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성됨으로써 플랩(100)의 내측면을 향하여 부는 바람에 의하여 플랩(100)이 변형되어 플랩(100)과 서브스트레이트(200)의 간격이 멀어지게 되며 비접촉 상태를 유지하지만, 바람이 멈추게 되면 고(도 2(b)를 참조), 원호 형상 및 유연 재질에 따른 탄성력에 의하여 휘어졌던 플랩(100)이 복원되면서 서브스트레이트(200)와 접촉할 수 있으며, 전력을 수확할 수 있다.Referring to FIG. 2B, in the present embodiment, the other side of the flap 100 is configured to include an outwardly curved arc shape, so that the flap 100 is deformed by wind blowing toward the inner side of the flap 100, (See Fig. 2 (b)). When the wind is stopped, the flap 100 and the substrate 200 are spaced apart from each other, The flap 100 can be restored and brought into contact with the substrate 200, and power can be harvested.

또한, 도 2(c)를 참조하면, 본 실시예에서 플랩(100)의 타측 영역은 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성됨으로써 플랩(100)의 타측면을 향하여 부는 바람에 의하여 플랩(100)이 변형되어 플랩(100)과 서브스트레이트(200)의 간격이 좁아지게 되며 연속적으로 접촉 면적이 증가하고, 에너지를 지속적으로 수확한다.2 (c), in the present embodiment, the other area of the flap 100 is formed to include an arc shape bent outwardly, so that the flap 100 is formed by the wind blowing toward the other side of the flap 100, The gap between the flap 100 and the substrate 200 is narrowed, the contact area continuously increases, and energy is continuously harvested.

플랩(100)의 타측 영역이 직선의 형상인 경우에는 타측 영역의 접촉면이 서브스트레이트(200)와 전 면적에서 접촉하거나 전 면적에서 비접촉하므로 한 번에 전력을 크게 얻거나 아예 전력을 못 얻는 결과가 되며, 바람의 세기가 임계값 이상이 되어야 변형을 시작하여 서브스트레이트(200)와 접촉하는 결과가 된다.When the other area of the flap 100 is in a straight line shape, the contact area of the other area contacts with the entire area of the substrate 200 or does not contact with the entire area, And the intensity of the wind must be equal to or higher than the threshold value to start deforming, resulting in contact with the substrate 200.

그러나, 본 실시예에서 플랩(100)의 타측 영역은 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성됨으로써 바람의 세기가 작아도 지속적으로 에너지를 수확할 수 있으며, 바람의 세기가 매우 작은 경우에서 접촉하므로 세기가 작은 바람에 대하여도 에너지 수확이 가능하여 다양한 세기의 바람에 대하여 에너지를 연속적으로 수확할 수 있다.However, in the present embodiment, the other side region of the flap 100 is configured to include an arc shape bent outwardly so that the energy can be continuously collected even if the wind strength is low. Energy can be harvested even for small winds, so that energy can be continuously harvested for winds of various intensities.

또한, 본 실시예에서 플랩(100)의 타측 영역은 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성됨으로써 다양한 방향에서 불어오는 바람에 대하여도 변형을 하므로 다양한 세기의 바람뿐만 아니라 다양한 방향으로부터 불어오는 바람에 대하여 에너지를 연속적으로 수확할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the other side region of the flap 100 is configured to include an arc shape bent outwardly, so that it deforms against winds blowing in various directions. Therefore, Energy can be harvested continuously.

상기 플랩(100)의 상기 타측 영역과 상기 서브스트레이트(200)가 서로 접촉하는 접촉면 중 적어도 하나는, 표면적이 증대되도록, 나노 구조체(120)를 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 플랩(100)의 메인 바디가 되는 폴리머 필름(110)에 전기적 또는 화학적 방법에 의하여 나노 구조체(120)를 형성할 수 있다. 실시예에 따르면 나노 구조체(120)는 플랩(100) 측의 접촉면에 형성될 수도 있으나, 서브스트레이트(200) 측의 접촉면에 형성될 수도 있다.At least one of the contact areas where the other side of the flap 100 and the substrate 200 are in contact with each other may be configured to form the nanostructure 120 such that the surface area is increased. That is, the nanostructure 120 can be formed on the polymer film 110 as a main body of the flap 100 by an electrical or chemical method. According to the embodiment, the nanostructure 120 may be formed on the contact surface on the flap 100 side, but may be formed on the contact surface on the substrate 200 side.

본 실시예에 따른 나노 구조체(120)는 플랩(100)과 서브스트레이트(200)가 접촉할 때 대면적으로 접촉할 수 있도록 하여 에너지를 다량 수확할 수 있다.The nanostructure 120 according to the present embodiment can make large contact with the flap 100 when the substrate 100 and the substrate 200 are in contact with each other, so that a large amount of energy can be harvested.

전극(130)은 상기 플랩(100) 측의 접촉면의 반대면에 형성될 수 있다. 즉, 플랩(100)의 일측면에는 나노 구조체(120)가 형성될 수 있고, 타측면에는 전극(130)이 형성될 수 있다. The electrode 130 may be formed on the opposite side of the contact surface on the flap 100 side. That is, the nanostructure 120 may be formed on one side of the flap 100, and the electrode 130 may be formed on the other side.

상기 플랩(100)의 두께는 상기 서브스트레이트(200) 보다 얇도록 형성될 수 있다. 서브스트레이트(200)는 건물 외벽이나 창문에 부착되는 부분일 수 있으며, 하베스터를 고정시키는 기능을 수행하기 위하여 플랩(100)보다는 두께가 두껍게 형성될 수 있다.The thickness of the flap 100 may be smaller than the thickness of the substrate 200. The substrate 200 may be a portion attached to an outer wall of a building or a window, and may be thicker than the flap 100 to perform a function of fixing the harvester.

본 발명의 일 실시예에 의하면 전극(130, 210)은 한 쌍이되, 상기 한 쌍의 전극(130, 210)은 각각 상기 플랩(100)의 외측면과 상기 서브스트레이트(200)의 외측면에 형성될 수 있으며, 상기 한 쌍의 전극(130, 210)은 각각 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 소재로 형성될 수 있지만 이 소재로 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the electrodes 130 and 210 are paired, and the pair of electrodes 130 and 210 are respectively connected to the outer surface of the flap 100 and the outer surface of the substrate 200 And the pair of electrodes 130 and 210 may be formed of aluminum (Al) and copper (Cu), but the present invention is not limited thereto.

전극의 소재로서 일반적인 금속 (aluminum, nickel, copper, silver, gold, platinum 등) 외에 전도성 폴리머 (PEDOT:PSS 등), 전도성 nanowire, nanoparticle 등이 코팅된 물질(Ni 직물, 은사(銀絲) 등)을 사용하는 것이 가능하다.(Ni fabric, silver yarn, etc.) coated with conductive polymer (PEDOT: PSS, etc.), conductive nanowire, and nanoparticle in addition to general metals (aluminum, nickel, copper, silver, gold, platinum, Can be used.

본 발명의 다른 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터는 제1 필름;A wind energy harvester according to another embodiment of the present invention includes a first film;

상기 제1 필름과 전기음성도의 차이가 있고, 일부는 상기 제1 필름에 부착되고 나머지는 소성 변형에 의하여 상기 제1 필름으로부터 점차 멀어지도록 외측으로 휘어지며, 바람에 의하여 변형될 수 있도록 유연재질로 형성되는 제2 필름; 및Wherein the first film has a difference in electronegativity from the first film, a part of the first film is attached to the first film and the remainder is bent outward so as to gradually move away from the first film by plastic deformation, A second film formed on the first film; And

상기 제1 필름과 상기 제2 필름 중 적어도 하나에 형성되는 전극;을 포함하여 구성될 수 있다.And an electrode formed on at least one of the first film and the second film.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터를 제작하는 제작공정을 나타낸다. 우선 도 3(a) 내지 도 3(d)는 본 발명의 플랩(100)을 제작하는 과정을 나타내는데 이를 참조하면, 먼저 제작자는 두께가 약 50 마이크로미터인 PET 필름(110)을 마련할 수 있다(도 3(a) 참조). 그 뒤에 PET 필름(110)의 일면에 RIE 공정을 통하여 표면적 증대를 위한 나노 구조체(120)를 형성할 수 있다(도 3(b) 참조). 그리고 나노 구조체(120)가 형성된 면의 반대면에 스퍼터링 등의 방법으로 전극(130)을 형성하여 플랩(100)을 완성할 수 있다(도 3(c) 참조). 여기서 전극(130)의 재료는 알루미늄(Al)일 수 있다. 그 다음 일정한 온도 이상으로 가열하여 완성된 플랩(100)을 소성 변형시켜 플랩(100)의 형상이 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 할 수 있다(도 3(d) 참조). 3 shows a manufacturing process for manufacturing a wind energy harvester according to an embodiment of the present invention. 3 (a) to 3 (d) illustrate a process of manufacturing the flap 100 of the present invention. First, the manufacturer can prepare a PET film 110 having a thickness of about 50 micrometers (See Fig. 3 (a)). Thereafter, the nano structure 120 for increasing the surface area can be formed on one surface of the PET film 110 through the RIE process (see FIG. 3 (b)). The electrode 130 may be formed on the opposite side of the surface on which the nanostructure 120 is formed by sputtering or the like to complete the flap 100 (see FIG. 3 (c)). Here, the material of the electrode 130 may be aluminum (Al). Then, the flap 100 is heated at a predetermined temperature or higher to plastic-deform the finished flap 100 so that the shape of the flap 100 may include an arc shape bent outward (see FIG. 3 (d)).

여기서 가열 온도는 약 80도(℃) 내지 100도(℃)일 수 있다. 가열 온도가 80도(℃) 보다 낮으면 소성 변형의 시간이 길게 걸리고 설정된 곡률로 변형되지 않게 되며, 가열 온도가 100도(℃) 보다 높으면 폴리머 재질의 플랫이 요구되는 형상으로 소성 변형되지 않게 된다. 실시예에 따라서 가열 온도는 약 90도(℃)일 수 있다.Here, the heating temperature may be about 80 degrees (占 폚) to 100 degrees (占 폚). If the heating temperature is lower than 80 ° C., the plastic deformation takes a long time and the curvature is not changed. If the heating temperature is higher than 100 ° C., the flat of the polymer material is not plastically deformed to a desired shape . Depending on the embodiment, the heating temperature may be about 90 degrees (占 폚).

마지막으로 서브스트레이트(200)의 하면에 스퍼터링 등의 방법으로 전극(210)을 형성하고, 소성 변형된 플랩(100)을 서브스트레이트(200)의 상면에 부착함으로써 본 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터(10)를 완성할 수 있다(도 3(e) 참조). 여기서 서브스트레이트(200)의 하면에 형성되는 전극(210)의 재질은 구리(Cu)일 수 있다.Finally, an electrode 210 is formed on the lower surface of the substrate 200 by sputtering or the like, and the plastic-deformed flap 100 is attached to the upper surface of the substrate 200 to form a wind energy harvester 10) (see Fig. 3 (e)). Here, the material of the electrode 210 formed on the lower surface of the substrate 200 may be copper (Cu).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 플랩이 어레이 형태로 배치된 바람 에너지 하베스터를 나타낸다.Figure 4 shows a wind energy harvester in which a plurality of flaps are arranged in an array in accordance with an embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 바람 에너지 하베스터(10)는 복수의 플랩(100)을 포함하여 구성될 수 있으며, 복수의 플랩(100)은 어레이 형태로 배치될 수 있다. 이 경우 복수의 플랩(100)은 서로 연결되는 구조일 수 있으며, 복수의 플랩(100) 각각의 외측면에 형성되는 전극을 하나의 전극으로 구성할 수 있다. Meanwhile, the wind energy harvester 10 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of flaps 100, and the plurality of flaps 100 may be arranged in an array form. In this case, the plurality of flaps 100 may be connected to each other, and the electrodes formed on the outer surface of each of the plurality of flaps 100 may be formed of one electrode.

본 실시예에 따른 플랩 어레이 구조를 포함하는 바람 에너지 하베스터는 대면적으로 제작이 용이하므로 에너지의 대량 수확이 가능하며 건물의 외벽, 창문 등의 사이즈에 맞추어 제작이 가능하다.Since the wind energy harvester including the flap array structure according to the present embodiment can be easily manufactured in a large area, a large amount of energy can be harvested, and the wind energy harvester can be manufactured in accordance with the size of the outer wall and the window of the building.

도 5는 서브스트레이트가 원통 형상으로 형성된 바람 에너지 하베스터의 구조를 나타낸다. 5 shows a structure of a wind energy harvester in which a substrate is formed into a cylindrical shape.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 플랩(100)의 단면은 직선의 형상을 포함할 수도 있다. 이 경우 서브스트레이트(200)는 상기 플랩(100)과의 접촉 면적이 연속적으로 변하도록, 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하도록 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5, according to another embodiment of the present invention, the cross section of the flap 100 may include a straight line shape. In this case, the substrate 200 may be configured to include an arc shape bent outwardly so that the area of contact with the flap 100 continuously changes.

여기서 서브스트레이트(200)가 외측으로 휘어진다는 것은 플랩(100)과 서브스트레이트(200)가 부착된 부분으로부터 멀어지면서, 플랩(100)으로부터 서브스트레이트(200)가 점점 벌어지도록, 서브스트레이트(200)가 서브스트레이트(200)의 하면이 향하는 방향으로 휘어진다는 것을 의미할 수 있다. The substrate 200 is bent outwardly by the substrate 200 so that the substrate 200 is gradually widened from the flap 100 while the flap 100 and the substrate 200 are separated from each other. May be curved in the direction toward the lower surface of the substrate 200. [0064]

서브스트레이트(200)의 휘어진 형상은 그 단면이 원호 형상을 포함하는 것일 수 있다. 실시예에 따라서 서브스트레이트(200)는 원통 형상으로 형성될 수도 있다(도 5를 참조).The curved shape of the substrate 200 may have an arc shape in cross section. According to the embodiment, the substrate 200 may be formed into a cylindrical shape (see FIG. 5).

또 다른 실시예에 따르면 플랩(100)과 서브스트레이트(200)는 모두 서로 반대의 방향으로 휘어지도록 형성될 수 있다. 즉 플랩과 서브스트레이트는 모두 그 단면이 원호 형상을 포함하는 것일 수 있으며, 각각 모두 소성 변형에 의하여 원호 형상을 포함하도록 형성될 수 있다.According to another embodiment, the flap 100 and the substrate 200 may both be formed to be bent in directions opposite to each other. That is, both the flap and the substrate may have an arc shape in cross section, and each of them may be formed to include an arc shape by plastic deformation.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. The above description is only illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. The embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 바람 에너지 하베스터
100: 플랩
110: 폴리머 필름
120: 나노 구조체
130: 플랩 상면에 형성된 전극
200: 서브스트레이트
210: 서브스트레이트 하면에 형성된 전극
10: Wind Energy Harvester
100: flap
110: polymer film
120: nanostructure
130: Electrode formed on the upper surface of the flap
200: Substrate
210: Electrodes formed on the substrate bottom surface

Claims (9)

서브스트레이트;
상기 서브스트레이트와 전기음성도의 차이가 있고, 바람에 의하여 변형될 수 있도록 유연 재질로 형성되며, 일측 영역은 고정단으로서 상기 서브스트레이트에 부착되고, 타측 영역은 자유단으로서 바람에 의해 상승 또는 하강함으로써 상기 서브스트레이트와 접촉 및 비접촉되는 플랩; 및
상기 플랩과 상기 서브스트레이트 중 적어도 하나에 부착되는 전극;을 포함하고,
상기 플랩은, 상기 타측 영역이 바람에 의해 상승 또는 하강함에 있어서 상기 서브스트레이트와의 접촉 면적이 변하도록, 상기 서브스트레이트로부터 외측을 향하여 갭을 형성한 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
Substrate;
The substrate is formed of a flexible material so as to be deformed by the wind, one side region is attached to the substrate as a fixed end, and the other side is a free end which is raised or lowered by wind A flap in contact with and in contact with the substrate; And
And an electrode attached to at least one of the flap and the substrate,
Wherein the flap has a gap formed outwardly from the substrate such that an area of contact with the substrate when the other area is raised or lowered by the wind is changed.
제1항에 있어서,
상기 타측 영역은, 상기 서브스트레이트와의 접촉 면적이 연속적으로 변하도록, 외측으로 휘어지는 원호 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
And the other side region includes an arc shape bent outward so that the contact area with the substrate continuously changes.
제1항에 있어서,
상기 플랩의 상기 타측 영역과 상기 서브스트레이트가 서로 접촉하는 접촉면 중 적어도 하나는, 표면적이 증대되도록, 나노 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the other side region of the flap and the contact surface where the substrate contacts each other forms a nanostructure to increase the surface area.
제1항에 있어서,
상기 플랩의 두께는 상기 서브스트레이트 보다 얇은 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the flap is thinner than the substrate.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극은 한 쌍이되, 상기 한 쌍의 전극은 각각,
상기 플랩의 외측면과 상기 서브스트레이트의 외측면에 형성되거나,
상기 플랩의 외측면과 상기 서브스트레이트의 내측면에 형성되거나, 또는
상기 플랩의 내측면과 상기 서브스트레이트의 외측면에 형성된 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
The pair of electrodes being a pair,
An outer surface of the flap and an outer surface of the substrate,
An outer side surface of the flap and an inner side surface of the substrate,
And an inner surface of the flap and an outer surface of the substrate.
삭제delete 제1 필름;
상기 제1 필름과 전기음성도의 차이가 있고, 바람에 의하여 변형될 수 있도록 유연재질로 형성되며, 일부는 고정단으로서 상기 제1 필름에 부착되고, 나머지는 자유단으로서 바람에 의해 상승 또는 하강함으로써 상기 제1 필름으로부터 접촉 또는 비접촉되는 제2 필름; 및
상기 제1 필름과 상기 제2 필름 중 적어도 하나에 형성되는 전극;을 포함하되,
상기 제2 필름은, 자유단 부분이 바람에 의해 상승 또는 하강함에 있어서 상기 제1 필름과의 접촉 면적이 변하도록, 상기 제1 필름으로부터 외측을 향하여 갭을 형성한 것을 특징으로 하는 바람 에너지 하베스터.
A first film;
The first film is made of a flexible material so as to be deformed by the wind, and a part thereof is attached to the first film as a fixed end, and the remainder is a free end which is raised or lowered by wind A second film contacting or not contacting the first film; And
And an electrode formed on at least one of the first film and the second film,
Wherein the second film has a gap formed outward from the first film so that a contact area of the free end portion with the first film is changed when the free end portion is raised or lowered by the wind.
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