KR101768811B1 - 다층 압전 소자 구조체 및 자왜 재료를 포함한 다층 압전 소자 구조체 - Google Patents

다층 압전 소자 구조체 및 자왜 재료를 포함한 다층 압전 소자 구조체 Download PDF

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정영훈
조정호
백종후
윤지선
박운익
이민선
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Abstract

본 발명은 다층 압전 소자 구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 다층 압전 소자 구조체가 자왜 재료를 포함한 내용에 관한 것이다. 본 발명의 압전 소자는 스피커, 액츄에이터(actuator), 센서, 에너지 하베스터 등 다양한 분야에서 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체는, 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층되어 있고, 상기 압전 재료 시트들의 각각의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치된다.

Description

다층 압전 소자 구조체 및 자왜 재료를 포함한 다층 압전 소자 구조체 {MULTILAYER PIEZOELECTRIC DEVICE STRUCTURE AND MULTILAYER PIEZOELECTRIC DEVICE STRUCTURE COMPRISING MAGNETOSTRICTIVE MATERIAL}
본 발명은 다층 압전 소자 구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 다층 압전 소자 구조체가 자왜 재료를 포함한 내용에 관한 것이다.
압전 소자는 기계적인 힘을 받았을 때 전기 에너지를 발생시키거나, 또는 전기적 에너지를 받았을 때 기계적인 변형을 일으킬 수 있는 소자이다.
이러한 압전 소자는 압전체에 의해 위와 같은 특성이 일어나는 것이며, 이러한 압전체로는 세라믹, 고분자 등과 같은 물질이 이용될 수 있다.
이러한 압전 소자는 위와 같은 특성을 이용하여 액츄에이터, 센서, 에너지 하베스터 등 다양한 부분에서 이용되고 있다.
압전 소자의 경우 압전 소자의 분극 범위에 의해서 압전 성능이 결정되고, 이에 의해 압전 소자의 구동 전압이 결정된다. 따라서 압전 성능에 따른 구동 전압은 휴대폰과 같은 소형 모바일 기기에서의 5V 이내의 낮은 구동 전압을 고려할 때 매우 중요한 부분이 될 수 있다. 왜냐하면 압전 소자의 구동 전압이 휴대폰의 동작 전압보다 클 경우 휴대폰에는 전압 증폭기(amplifier)와 같은 별도의 추가적인 소자가 설치되어야 하며, 이에 의해 결국 배터리의 소모가 빨라진다는 문제점이 발생되기 때문이다.
도 1a와 같은 종래 기술의 압전 소자는 가운데의 압전체의 상부 및 하부에 각각 전극이 배치된다. 상부 및 하부의 전극은 압전체를 분극(polarization)시키는 전극으로 이용됨과 동시에 추후 구동 전압을 걸어주는 전극으로 이용된다.
도 1a와 같은 압전 소자의 제작 시 압전체의 전체 영역을 분극시켜 분극 영역으로 이용하기 위해서는 압전체의 두께(b)가 매우 얇은 것이 바람직하다.
이때 도 1b에서 보는 것처럼, 두께(b)가 큰 경우 압전 활성 영역은 전극 근처 표면에서만 나타나며 전극에서 멀어지는 곳 및 전극과 전극 사이의 영역은 압전 비활성 영역이 나타나게 된다. 따라서, 압전체의 전체 영역을 활성 영역으로 이용하기 위해서는 분극을 위한 분극 인가 전압이 매우 커야 하는 문제점이 발생된다.
한편, 기존의 압전 구조체의 경우 빗살 형태의 전극을 상하부에 배치하는 인터디지티드 전극 패턴(Interdigited electrode pattern)을 이용하여 압전 효과를 늘리려고 하고 있다. 이 경우 분극 공정후 상하부의 전극 패턴이 배치된 위치에 해당하는 압전 소재의 영역에서는 분극 특성이 저하되는 문제점(비활성 영역의 발생)이 발생될 수 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 새로운 압전 소자 구조체를 제시하고자 한다.
본 발명에서는 위에서 언급한 인터디지티드 전극 패턴을 이용한 압전 구조체에서 전극 패턴이 배치된 영역에 해당하는 압전 소재의 영역에서 분극 특성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 다층 구조로 전극 패턴 구조를 제조하고 이 구조를 이용하여 양 끝단의 전극을 연결시킨 후 동시에 분극시켜 내부 활성 영역을 극대화할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체는, 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층되어 있고, 상기 압전 재료 시트들의 각각의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치된다.
상기 압전 재료 시트들의 분극 방향은 서로 인접한 시트와 동일 방향이다.
상기 압전 재료 시트는 압전 세라믹 또는 세라믹/폴리머 복합체로 형성된다.
상기 제1 및 제2 전극 패턴들은, 증착/식각, 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는, 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층되어 있고, 상기 압전 재료 시트들의 각각의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되고, 상기 둘 이상의 압전 재료 시트들의 최상부 및 최하부 중 어느 하나 이상에 자왜 재료 시트가 배치된다.
상기 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 상기 자왜 재료의 변형에 의해 상기 다층 압전 소자 구조체의 변형이 발생된다.
상기 다층 압전 소자 구조체의 변형에 의해 전기 에너지의 수집이 가능하다. 상기 전기 에너지의 수집을 위해 상기 다층 압전 소자 구조체의 전극에는 인출선이 배치되고, 상기 인출선을 따라 부하가 배치된다. 상기 인출선과 부하 사이에는 정류 다이오드가 배치된다.
상기 압전 재료 시트는 압전 세라믹 또는 세라믹/폴리머 복합체로 형성된다.
상기 제1 및 제2 전극 패턴들은, 증착/식각, 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 형성된다.
상기 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 고전압선 케이블 주변에 배치된다.
상기 둘 이상의 압전 재료 시트들의 최상부 및 최하부 모두에 자왜 재료 시트가 배치되는 경우 상기 최상부에 배치된 자왜 재료 시트와 상기 최하부에 배치된 자왜 재료 시트의 마그네틱 다이폴의 분극 방향이 서로 반대인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 복수의 압전층을 적층하는 구조를 제시함으로써 압전체의 두께가 얇게 유지됨으로써 낮은 동작 전압을 갖는 휴대폰과 같은 장치에 이용 시에도 전압 증폭기를 이용함이 없이 작동시킬 수 있게 되며, 이에 의해 배터리 소모의 문제도 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 본 발명에서는 다층 구조로 전극 패턴 구조를 제조하고 이 구조를 이용하여 양 끝단의 전극을 연결시킨 후 동시에 분극시켜 내부 활성 영역을 극대화할 수 있게 되었다.
도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 압전 소자 구조체의 측단면도를 도시한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체에서 하나의 압전 재료 시트에 대한 모습을 발췌한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체의 모습을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체에서 전극 패턴들의 배치를 예시적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체가 분극 과정을 거쳐 최종적으로 분극된 방향을 나타내는 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체의 모습을 도시한다.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체에서 자왜 재료가 교류 자기장 신호의 변화에 따른 변형이 발생되는 모습을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체의 에너지 수집 회로를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
본 발명에 따르면, 복수의 압전층을 적층하는 구조를 제시함으로써 압전층의 두께를 얇게 유지하여 압전체의 전체 영역을 분극시켜 압전 활성 영역으로 이용할 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 구조체에 대해 설명하도록 하겠다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체에서 하나의 압전 재료 시트에 대한 모습을 발췌한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체의 모습을 도시한다.
도 3에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체는, 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층된 형태를 갖는다. 도 3에서는 5개의 압전 재료 시트들(PZ1, PZ2, PZ3, PZ4, PZ5)이 적층된 형태를 나타내고 있다.
압전 재료 시트는 압전 특성을 갖는 재료로서, 압전 재료의 예로서는 압전 세라믹, 세라믹/폴리머 복합체가 이용될 수 있다.
각각의 압전 재료 시트들의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되어 있다. 이러한 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체에서 전극 패턴들의 배치를 예시적으로 나타내기 위한 도면이다.
전극 패턴들(110, 120, 210, 220, 310, 320)은 제 1 전극 패턴(110, 210, 310) 및 제 2 전극 패턴(120, 220, 320)의 쌍으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함한다. 도 4에서 보는 것처럼 (110, 120)의 쌍, (210, 220)의 쌍, (310, 320)의 쌍으로 이루어진 전극 패턴들을 포함한다.
동일 평면상에서, 서로 맞물리도록 배치된 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320) 사이의 이격 영역이 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)의“압전 활성 영역”이 된다.
도 2b에서 "분극 방향"은 화살표로 나타내어져 있다. 일 실시예에서, 압전 재료 시트 적층 구조체의 일 영역“A”에서, 압전 재료 시트(PZ)의 제1 측면(아랫면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향(->)을 갖는다. 해당 영역 “A”에서, 압전 재료 시트(PZ)의 제2 측면(윗면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역도 제1 분극 방향(->)을 갖는다. 이와 같이 압전 재료 시트에서 압전 재료 시트가 분극되어 있는 영역이 "압전 활성 영역"에 해당된다.
제1 전극 패턴들(110, 210, 310)은 제1 방향(D1)으로 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 제2 방향(D2)으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함한다. 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)도 동일하게 몸체 전극과 서브 전극들을 포함하며, 동일 평면 상에서 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)의 서브 전극들이 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)의 서브 전극들과 제1 방향(D1)을 따라 번갈아 배열된다.
제1 압전 재료 시트(PZ1)는 한 쌍의 전극 패턴들(110, 120) 및 한 쌍의 전극 패턴들(210, 220) 사이에 배치되고, 제 2 압전 재료 시트(PZ2)는 한 쌍의 전극 패턴들(210, 220) 및 한 쌍의 전극 패턴들(310, 320) 사이에 배치된다.
제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)은 금속 증착(deposition) 후 식각(etching) 공정이나, 직접 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2) 상에 형성될 수 있다.
도 3은 5개의 압전 재료 시트가 적층된 예를 도시하고 있으며, 도 3에서는 압전 재료 시트들의 분극 방향이 서로 인접한 시트와 동일 방향을 나타내고 있다. 이러한 분극 방향은 서로 인접한 시트와 반대 방향으로 분극시켜 이용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체가 분극 과정을 거쳐 최종적으로 분극된 방향을 나타내는 도면이다.
상기와 같이 분극 과정을 거친 다층 압전 소자 구조체에 대해서, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 동일 극성의 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 동일 극성의 전압을 인가하되, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 인가되는 전압은 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 인가되는 전압의 극성과 반대이다.
이상에서 설명한 것처럼 본 발명의 다층 압전 소자 구조체는 복수의 압전 재료 시트가 적층된 구조를 갖고 있으며, 이에 의해 압전 재료의 소결시 휘어짐의 문제가 해결됨과 동시에 종래 기술에서 언급하였던 압전 소자의 이용 시 낮은 작동 전압으로도 충분히 작동이 가능하게 된다.
지금까지는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 압전 소자 구조체에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 이러한 다층 압전 소자 구조체가 자왜 재료 시트를 포함한 경우의 실시예에 대해 추가적으로 설명하도록 하겠다. 다층 압전 소자 구조체는 동일한 형태 및 구조를 가지므로 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 생략하도록 하겠다.
자왜 재료(magnetostrictive material)란 자왜 현상을 이용하는 재료로서, 자기 일그러짐 재료라고도 한다. 이러한 자왜 재료는 교류 자기장에 의해 자기장 신호에 따라 변형(strain)이 발생된다. 자왜 재료는 자기장의 신호에 따라 변형이 발생되지만, PZT와 같은 압전 재료는 이러한 자기장의 신호에 따라 전혀 반응하지 않는 특성을 갖는다. 이러한 자왜 재료도 마그네틱 도메인 내에 마그네틱 다이폴이 존재하고 이러한 다이폴에 의해 자기장 변화시 변형이 발생될 수 있는 것이다. 즉, 자왜 재료는 마그네틱 도메인과 그 내부에 마그네틱 다이폴을 포함하고 있다. 이러한 마그네틱 다이폴은 일방향으로 분극되어 있을 수 있으며, 그 분극 방향과 동일한 방향의 자기장이 인가될 경우 늘어날 수 있고, 반대 방향의 자기장이 인가되는 경우 수축될 수 있다. 이러한 자왜 재료의 마그네틱 다이폴의 분극 방향에 따라 교류 자기장이 인가될 때 자기장 신호에 따라 자왜 재료 시트의 변형이 발생되게 된다. 이러한 변형을 이용해 압전 소자 구조체의 변형이 유도되어 궁극적으로 에너지 하베스팅이 가능할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는, 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층되어 있고, 상기 압전 재료 시트들의 각각의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되고, 상기 둘 이상의 압전 재료 시트들의 최상부 및 최하부 중 어느 하나 이상에 자왜 재료 시트가 배치된다.
자왜 재료 시트는 압전 재료 시트들로 이루어진 다층 압전 소자 구조체의 상부 또는 하부에, 또는 상하부 모두에 배치될 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체의 모습을 도시한다. 도 6은 하부에만 자왜 재료 시트(MSL)가 배치된 실시예를 도시하고, 도 7은 상하부 모두에 자왜 재료 시트(MSL)가 배치된 실시예를 도시한 것이다.
위에서 설명한 것처럼, 자왜 재료 시트는 교류 자기장에 의한 자기장 신호의 변화에 따라 자기왜곡(magneto striction) 현상이 발생된다.
한편, 도 7과 같이 상하부 모두에 자왜 재료 시트(MSL)가 배치된 경우에 있어서, 상부에 배치된 자왜 재료 시트와 하부에 배치된 자왜 재료 시트의 마그네틱 도메인 내의 마그네틱 다이폴의 방향이 서로 반대인 것이 바람직하다. 왜냐하면 서로 반대의 마그네틱 다이폴을 갖는 자왜 재료 시트가 각각 상부 및 하부에 배치됨으로써 교류 자기장에 노출시 자기장 신호의 변화에 따른 변형이 상부 및 하부의 자왜 재료 시트에서 각각 서로 반대로 발생되어(예를 들어 상부 자왜 재료 시트가 수평 방향으로 늘어나는 경우, 하부 자왜 재료 시트는 수평 방향으로 수축됨), 결국 최종적으로는 압전 소자 구조체에 전단 응력(shear stress)이 최대로 인가되어 압전 소자 구조체의 변형 시 최대의 변형이 발생될 수 있기 때문이다.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체에서 자왜 재료가 교류 자기장 신호의 변화에 따른 변형이 발생되는 모습을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 외부 교류 자기장 신호의 변화에 따라 변형이 발생될 수 있다. 이러한 자왜 재료 시트의 변형에 따라 자왜 재료 시트와 결합되어 있는 압전 재료 시트들 역시 변형이 발생되고 압전 재료 시트는 기계적 변형에 의해 전기적 에너지를 발생시킬 수 있다. 따라서, 전기적 에너지의 발생에 따른 에너지 하베스팅이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 자기장의 크기에 따라 자왜 변형이 증가하면서 압전 현상에 의한 전압 크기 변화를 유도하므로 자기 센서로도 응용이 가능할 수 있다. 이 경우 생활 주변이나 산업 시설에 존재하는 자기장의 유무와 크기를 감지할 수 있는 자기 센서로서 기능을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체의 에너지 수집 회로를 도시한다.
도 10에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체(10)를 에너지 하베스터로 이용하기 위해, 본 발명의 전극에는 인출부(30)가 연결된다. 인출부에는 에너지 저장부(20)가 연결되어 있을 수 있다. 도 10에서 보는 것처럼, 인출부 및 에너지 저장부가 배치될 수 있으며, 이는 일 예시에 해당한다. 또한, 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(미도시)가 연결될 수 있다.
인출부는 전극을 포함하는 개념이며, 이러한 인출부에는 축전지와 같은 에너지 저장부가 전기적으로 연결되어 있다. 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다. 다이오드는 정류 다이오드로서 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등이 방전되는 것을 방지한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 고전압선 케이블 주변에 배치되어 에너지 하베스팅이 가능하다. 고전압선 케이블의 경우 지속적인 교류 자기장의 발생이 일어나는 곳이며 이를 이용해 에너지 하베스팅이 가능하게 될 수 있다.
뿐만 아니라 생활 주변이나 산업 시설에 존재하는 자기장의 유무와 크기를 감지할 수 있는 자기 센서로서 기능을 가질 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 둘 이상의 압전 재료 시트들이 적층되어 있고,
    상기 압전 재료 시트들의 각각의 윗면 및 아랫면에는 전극 패턴들이 배치되며,
    상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되고,
    상기 둘 이상의 압전 재료 시트들의 최상부 및 최하부 모두에 자왜 재료 시트가 배치되며,
    상기 최상부에 배치된 자왜 재료 시트와 상기 최하부에 배치된 자왜 재료 시트의 마그네틱 다이폴의 분극 방향이 서로 반대인,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 상기 자왜 재료의 변형에 의해 상기 다층 압전 소자 구조체의 변형이 발생되는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다층 압전 소자 구조체의 변형에 의해 전기 에너지의 수집이 가능한,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기 에너지의 수집을 위해 상기 다층 압전 소자 구조체의 전극에는 인출선이 배치되고,
    상기 인출선을 따라 부하가 배치되는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 인출선과 부하 사이에는 정류 다이오드가 배치되는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 압전 재료 시트는
    압전 세라믹 또는 세라믹/폴리머 복합체로 형성된 것을 특징으로 하는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴들은, 증착/식각, 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 형성된 것을 특징으로 하는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  12. 제 5 항 있어서,
    상기 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체는 고전압선 케이블 주변에 배치되는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  13. 삭제
  14. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체를 포함하는, 에너지 하베스팅 소자.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 다층 압전 소자 구조체의 변형에 의해 압전 현상에 따른 전압 크기의 변화가 유도되는,
    자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체.
  16. 제 5 항, 제 6 항 및 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 자왜 재료 시트를 포함한 다층 압전 소자 구조체를 포함하는, 자기 센서.
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