KR102289596B1 - Layer by layer electrostatic generator and its manufacturing method - Google Patents

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박용태
김욱
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경희대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04Friction generators

Abstract

본 발명은 대면적, 다변형성을 갖는 정전 발전기 및 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 층상 적층 기법을 적용하여 섬유와 같은 다양한 기판에 적용할 수 있으며, 기판에 나노/마이크로 크기의 구조물이 형성되어 있어도 균일한 증착을 통해 안정적인 출력 특성을 갖는 층상 정전 발전기 및 제조방법에 관한 것으로, 기판과, 상기 기판을 도포하는 제1용액과, 상기 제1용액이 건조된 상기 기판을 도포하는 제2용액을 포함하며, 상기 제1용액은 상기 제2용액이 상기 기판에 증착될 수 있도록 도와주고, 상기 제2용액은 상기 기판에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어진다.The present invention relates to an electrostatic generator having a large area and polymorphism and a manufacturing method, and more particularly, it can be applied to various substrates such as fibers by applying a layered lamination technique, and nano/micro-sized structures are formed on the substrate. It relates to a layered electrostatic generator and a manufacturing method having stable output characteristics through uniform deposition, comprising: a substrate, a first solution for applying the substrate, and a second solution for applying the substrate after the first solution is dried Including, wherein the first solution helps the second solution to be deposited on the substrate, and the second solution is made of a polymer material that forms an electrode on the substrate to have conductivity.

Description

층상 정전 발전기 및 제조방법{LAYER BY LAYER ELECTROSTATIC GENERATOR AND ITS MANUFACTURING METHOD}LAYER BY LAYER ELECTROSTATIC GENERATOR AND ITS MANUFACTURING METHOD

본 발명은 대면적, 다변형성을 갖는 정전 발전기 및 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 층상 적층 기법을 적용하여 섬유와 같은 다양한 기판에 적용할 수 있으며, 기판에 나노/마이크로 크기의 구조물이 형성되어 있어도 균일한 증착을 통해 안정적인 출력 특성을 갖는 층상 정전 발전기 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic generator having a large area and polymorphism and a manufacturing method, and more particularly, it can be applied to various substrates such as fibers by applying a layered lamination technique, and nano/micro-sized structures are formed on the substrate. It relates to a layered electrostatic generator and a manufacturing method having stable output characteristics through uniform deposition.

마찰전기 발전은 마찰에 의해 전기를 생성하는 것으로, 기존의 태양전지, 수력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에서 발생하는 미세한 진동이나 운동시 발생되는 소모성 기계적 에너지를 전기 에너지로 추출할 수 있다. 예를 들어, 사람들이 걸어 다닐 때마다 발바닥으로 바닥을 누르는 압력에너지와 자동차나 기차, 비행기가 이동할 때 진동과 열에너지가 발생하며, 이처럼 버려지는 에너지를 수집하여 전기로 바꾸는 것이 마찰전기와 정전기 유도 발전에 관한 것이다.Triboelectric power generation is to generate electricity by friction, and unlike the existing eco-friendly energy such as solar cells, hydraulic power, wind power, etc., it is possible to extract consumable mechanical energy generated during minute vibrations or motions occurring in the surroundings as electrical energy. For example, whenever people walk, pressure energy that presses the floor with their feet and vibration and thermal energy are generated when cars, trains, and airplanes move. is about

즉, 일상적으로 버려지거나 사용하지 않은 작은 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환해주는 기술로, 공장이나 발전소에서 작동하는 기계의 진동과 열, 휴대폰 기지국이나 방송국에서 전자파가 지속적으로 방출되고 있으며, 이를 활용하지 않게 되면 최종적으로 소리나 열로 전환되어 허공에서 사라지게 된다. 따라서 이러한 미세한 크기의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 활용할 수 있다.In other words, it is a technology that harvests small amounts of energy that are routinely discarded or not used and converts it into usable electrical energy. If it is not used, it is eventually converted into sound or heat and disappears in the air. Therefore, it is possible to collect such fine-sized energy and utilize it as electrical energy.

특히, 마찰전기 나노발전기(TENGs)는 가벼운 무게, 휴대 가능하다는 점, 환경 친화성, 저비용 등의 바람직한 특성으로 인해 촉망 받는 차세대 역학적 에너지 하베스팅 장치로 평가받고 있으며, 마찰전기 나노발전기와 관련된 다수의 기술이 제안되어 있다.In particular, triboelectric nanogenerators (TENGs) are evaluated as promising next-generation mechanical energy harvesting devices due to their desirable characteristics such as light weight, portability, environmental friendliness, and low cost. technology is proposed.

예를 들어, 한국 등록특허공보 제10-1244058호(등록일자:2013.03.08)은 층상 자기조립법을 이용한 그래핀 투명 박막의 제조방법에 관한 것으로, 환원 그래핀 옥사이드의 층상 자기조립법을 이용한 그래핀 투명 박막의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 얻어진 그래핀 투명 박막을 이용한 유기발광장치(OLED)에 적용한 것이다.For example, Korean Patent Publication No. 10-1244058 (registration date: March 8, 2013) relates to a method for manufacturing a graphene transparent thin film using a layered self-assembly method, and graphene using a layered self-assembly method of reduced graphene oxide It is applied to a method for manufacturing a transparent thin film and an organic light emitting device (OLED) using a graphene transparent thin film obtained according to the manufacturing method.

하지만, 기존 유연 정전 발전소자는 특정 유연 소재 기판을 활용하거나, 대부분이 폴리머 소재로 구성되어 있어, 전극 형성 및 표면 제작 과정에서 전처리 또는 특정 재료를 필요로 한다. 이러한 전처리 또는 특정 재료의 활용은 정전 발전소자 제작의 경제성을 저해할 수 있다. 그리고, 고 변형성을 유도하기 위해 전도성 직물을 활용하는데, 전도성 직물은 제작이 어렵고, 경제성이 떨어진다.However, the existing flexible electrostatic power generator utilizes a specific flexible material substrate or is mostly composed of a polymer material, and thus requires pretreatment or a specific material in the electrode formation and surface manufacturing process. Such pretreatment or the use of specific materials may impair the economics of manufacturing an electrostatic generator. In addition, a conductive fabric is used to induce high deformability, but the conductive fabric is difficult to manufacture and has low economic efficiency.

한편, 기술이 발전함에 따라 유연 정전 발전소자는 여러 섬유 제품과 호환되는 섬유형 마찰전기 나노발전기(TENGs)의 상업화를 위해 비용이 효율적이고, 확장 가능하며, 용이하게 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.On the other hand, as technology advances, flexible electrostatic generators require a cost-effective, scalable, and easy-to-manufacture method for the commercialization of fiber-type triboelectric nanogenerators (TENGs) compatible with various textile products. the current situation.

한국 등록특허공보 제10-1244058호(등록일자:2013.03.08.)Korean Patent Publication No. 10-1244058 (Registration Date: 2013.03.08.)

본 발명은 상기에서 언급한 기존의 유연 정전발전 소자 개발의 문제점을 해소하는 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a layered electrostatic generator and a manufacturing method that solve the problems of the conventional flexible electrostatic power generation device development mentioned above.

본 발명은 대면적, 고 변형성을 가지는 정전 발전기를 제작하기 위한 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a layered electrostatic generator and a manufacturing method for manufacturing an electrostatic generator having a large area and high deformability.

본 발명은 여러 섬유 제품과 호환되며, 다양한 형상의 표면으로 이루어진 고분자 기판 위에 제조되는 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a layered electrostatic generator and a manufacturing method that are compatible with various textile products and are manufactured on a polymer substrate having a surface of various shapes.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 층상 정전 발전기는 기판과, 상기 기판을 도포하는 제1용액과, 상기 제1용액이 건조된 상기 기판을 도포하는 제2용액을 포함하며, 상기 제1용액은 상기 제2용액이 상기 기판에 증착될 수 있도록 도와주고, 상기 제2용액은 상기 기판에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어진다.A layered electrostatic generator according to the present invention for achieving this object includes a substrate, a first solution for applying the substrate, and a second solution for applying the substrate on which the first solution is dried, the first solution helps the second solution to be deposited on the substrate, and the second solution is made of a polymer material that forms an electrode on the substrate to have conductivity.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 상기 제1용액과, 제2용액을 순차적으로 도포하는 것을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 다회 반복하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution are sequentially applied to the substrate as one cycle, and the cycle is repeated multiple times.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액과, 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution are deposited on the substrate through a wet process that is a hydrogen bond-based multilayer thin film stacking method (layer-by-layer (LbL) assembly). do.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있다.Preferably, in the present invention, the substrate is made of a fabric or a structure is formed on the surface.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 보호필름을 부착한 다음 산소플라즈마 처리하여 상기 제1용액과, 제2용액의 도포를 방지한다.Preferably, in the present invention, the substrate has a PET substrate, and a protective film is attached to one surface and then subjected to oxygen plasma treatment to prevent application of the first solution and the second solution.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와, 탈이온수를 혼합한 PVA용액으로, 음성 마찰재의 역할을 하며, 상기 제2용액은 0.1wt% GNP와, 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과, 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액을 양성 마찰재로 이용한다.Preferably, in the present invention, the first solution is a PVA solution mixed with 0.25wt% PVA powder and deionized water, and serves as a negative friction material, and the second solution is 0.1wt% GNP and 0.1wt% A PSS solution and a GNP-PSS dispersion in which graphene is mixed with deionized water at the concentration of PSS is used as a positive friction material.

*바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 증착되는 상기 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 상기 그래핀에 PSS용액을 더 포함한다.* Preferably, in the present invention, a PSS solution is further included in the graphene to improve the dispersion and adhesion of the graphene deposited on the substrate.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포할 때마다 탈이온수로 헹군 다음 건조시킨다.Preferably, in the present invention, each time the first solution and the second solution are applied to the substrate, the substrate is rinsed with deionized water and then dried.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판을 제1용액에 담가 도포하는 단계와, 상기 제1용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계와, 상기 기판을 건조시킨 다음 제2용액에 담가 도포하는 단계 및 상기 제2용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계를 포함한다.Preferably, in the present invention, preparing a substrate, applying the substrate by immersing the substrate in a first solution, rinsing the substrate coated with the first solution in deionized water, and drying the substrate Then, immersing the second solution for application, and rinsing the substrate coated with the second solution in deionized water.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판을 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포하는 과정을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 다회 반복하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the process of applying the substrate with the first solution and the second solution is one cycle, and the cycle is repeated multiple times.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액과, 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution are deposited on the substrate through a wet process that is a hydrogen bond-based multilayer thin film stacking method (layer-by-layer (LbL) assembly). do.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있다.Preferably, in the present invention, the substrate is made of a fabric or a structure is formed on the surface.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판의 양면을 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포하거나, 상기 기판의 일면에 보호필름을 부착하고 산소플라즈마 처리하여 상기 기판의 타면이 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포된다.Preferably, in the present invention, both surfaces of the substrate are coated with the first solution and the second solution, or a protective film is attached to one surface of the substrate and subjected to oxygen plasma treatment so that the other surface of the substrate is formed with the first solution and , is applied as a second solution.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와, 탈이온수로 혼합한 PVA용액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포한다.Preferably, in the present invention, the first solution is a PVA solution mixed with 0.25wt% PVA powder and deionized water, and applied to the substrate by immersion for 5 minutes.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과, 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포한다.Preferably, in the present invention, the second solution is a GNP-PSS dispersion in which a PSS solution and graphene are mixed with deionized water at a concentration of 0.1 wt% GNP and 0.1 wt% PSS, and is applied by soaking the substrate for 5 minutes. .

본 발명에 따른 층상 정전 발전기 및 제조방법은 고성능과 내구성이 입증된 비용 효율적이고, 확장 가능한 효과가 있다The layered electrostatic generator and manufacturing method according to the present invention have a cost-effective, scalable effect with proven high performance and durability

본 발명은 평면, 미세요철표면 및 섬유 표면과 같은 다차원 기판에 적용하기 용이하다.The present invention is easy to apply to multi-dimensional substrates such as planar surfaces, fine concavo-convex surfaces and fiber surfaces.

본 발명은 3BL 그래핀 층의 적절한 형태 및 전기적 특성으로 인해 최대 출력 성능을 9 N에서 100 V와 5 μA를 형성한다.The present invention forms a maximum output performance of 100 V and 5 μA at 9 N due to the proper shape and electrical properties of the 3BL graphene layer.

본 발명은 섬유 플랫폼의 층상 정전 발전기가 웨어러블 전자 제품의 전력원으로 사용하기 용이하다.According to the present invention, the layered electrostatic generator of the fiber platform is easy to use as a power source for wearable electronic products.

본 발명은 그래핀 다층의 다층 박막 적층법을 통해 층상 정전 발전기의 상용화 및 전자 섬유 산업의 제조에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to the commercialization of a layered electrostatic generator and the manufacture of the electronic textile industry through a multilayer thin film lamination method of graphene multilayers.

도 1은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제조 과정에 대한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 적층된 층상의 구조,
도 3은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 사용되는 기판의 종류의 모습,
도 4는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 이용한 접촉형 마찰전기 나노발전기의 사시도 및 작동 메커니즘에 따른 시뮬레이션의 모습,
도 5는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 기판 표면 위를 3BL의 그래핀층으로 코팅된 이미지와 10BL의 그래핀 층으로 코팅된 확대 이미지,
도 6은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 타원계측법으로 측정된 박막의 두께를 나타내는 그래프와 광전자적 특성,
도 7은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 그래핀 다층의 일함수를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 시트 저항 벤딩 사이클을 함수로 표현한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 미세요철 PET 기판 위에 그래핀 필름으로 코팅된 이미지와 마찰 전기 접촉 및 그에 따른 출력 전압과 출력 전류 비교한 모습,
도 10은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 직물을 기반으로 한 마찰전기 나노발전기의 다양한 확대 이미지와 그에 따른 실시예,
도 11은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 섬유를 기반으로 하는 마찰전기 나노발전기의 작동 과정과 성능의 모습,
도 12는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제작 과정에 대한 순서도.
1 is a schematic diagram of a manufacturing process of a layered electrostatic generator according to the present invention;
2 is a layered structure stacked on a layered electrostatic generator according to the present invention;
3 is a view of the type of substrate used in the layered electrostatic generator according to the present invention;
4 is a perspective view of a contact-type triboelectric nanogenerator using a layered electrostatic generator according to the present invention and a simulation according to an operating mechanism;
5 is an enlarged image coated with a graphene layer of 3BL and an image coated with a graphene layer of 10BL on the substrate surface of the layered electrostatic generator according to the present invention;
6 is a graph showing the thickness of the thin film measured by ellipsometric measurement of the layered electrostatic generator according to the present invention and optoelectronic characteristics;
7 is a graph showing the work function of the multilayer graphene of the layered electrostatic generator according to the present invention;
8 is a graph expressing the sheet resistance bending cycle of the layered electrostatic generator according to the present invention as a function;
9 is a comparison of an image coated with a graphene film on a microrelief PET substrate of a layered electrostatic generator according to the present invention and a triboelectric contact, and output voltage and output current accordingly;
10 is various enlarged images of the triboelectric nanogenerator based on the fabric of the layered electrostatic generator according to the present invention and an embodiment thereof;
11 is a view of the operation process and performance of the triboelectric nanogenerator based on the fibers of the layered electrostatic generator according to the present invention;
12 is a flowchart for the manufacturing process of the layered electrostatic generator according to the present invention.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 사시도와 제조 과정에 대한 개략도에 관한 것이다.1 relates to a schematic diagram of a perspective view and a manufacturing process of a layered electrostatic generator according to the present invention.

층상 정전 발전기(1)는 기판(10)에 전도성 물질을 층상 자기 조립법(Layer-by-Layer)을 이용한 정전 발전기로, 기판(10)에 나노 또는 마이크로 사이즈의 구조물이 형성되어 있더라도 균일한 증착이 가능하기 때문에 안정적인 출력 성능을 갖는 특성이 있다.The layered electrostatic generator 1 is an electrostatic generator using a layer-by-layer method of assembling a conductive material on a substrate 10 , and uniform deposition is possible even if a nano- or micro-sized structure is formed on the substrate 10 . Because it is possible, it has the characteristic of having stable output performance.

층상 정전 발전기(1)는 기판(10)을 제1용액(20)으로 도포하여 형성되는 증착층(22)과 기판(10)을 제2용액(40)으로 도포하여 증착층(22)에 위치하는 그래핀층(42)을 포함하고 있다. 이때 증착층(22)은 제2용액(40)이 기판(10)에 증착될 수 있도록 하고, 그래핀층(42)은 기판(10)에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어져 있다.The layered electrostatic generator 1 is positioned on the deposition layer 22 by coating the substrate 10 with the first solution 20 and the deposition layer 22 formed by applying the first solution 20 and the substrate 10 with the second solution 40 . It includes a graphene layer 42 that is. At this time, the deposition layer 22 allows the second solution 40 to be deposited on the substrate 10 , and the graphene layer 42 is made of a polymer material that forms an electrode on the substrate 10 to have conductivity.

기판(10)은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있어, 대량 생산 또는 제작 면적을 자유롭게 제어할 수 있다. 기판(10)에 대한 상세한 내용은 하기의 도 3에서 상세히 다루도록 한다.The substrate 10 is made of a fabric or a structure is formed on the surface, so that the mass production or manufacturing area can be freely controlled. The details of the substrate 10 will be dealt with in detail with reference to FIG. 3 below.

제1용액(20)은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수(30)를 혼합한 PVA용액으로, 음성 마찰재의 역할을 한다.The first solution 20 is a PVA solution in which 0.25 wt% PVA powder and deionized water 30 are mixed, and serves as a negative friction material.

제2용액(40)은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수(30)에 섞은 GNP-PSS 분산액을 양성 마찰재로 이용하며, 기판(10)에 증착되는 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 그래핀에 PSS용액을 더 포함한다.The second solution 40 uses a GNP-PSS dispersion in which a PSS solution and graphene are mixed with deionized water 30 at a concentration of 0.1wt% GNP and 0.1wt% PSS as a positive friction material, and is deposited on the substrate 10 . PSS solution is further included in graphene to improve the dispersion and adhesion of graphene.

제1용액(20)과 제2용액(40)으로 사용한 PVA용액과 GNP-PSS 분산액 이외에도 다양한 소재를 사용할 수 있을 것이며, 소재의 종류는 다음과 같다. In addition to the PVA solution and the GNP-PSS dispersion used as the first solution 20 and the second solution 40, various materials may be used, and the types of materials are as follows.

증착 목표 소재Deposition target material 제1용액first solution 제2용액second solution 비고note GrapheneGraphene Polyvinyl alcohol (PVA)Polyvinyl alcohol (PVA) Poly(4-styrene-sulfonic acid) (PSS)- modified graphene nanoplatelets (GNP-PSS)Poly(4-styrene-sulfonic acid) (PSS)-modified graphene nanoplatelets (GNP-PSS) G-TENGG-TENG SWCNTSWCNT Poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA)Poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) Single walled Carbon nanotube dispersed by Sodium deoxycholate (DOC)Single walled Carbon nanotube dispersed by Sodium deoxycholate (DOC) Transparent ElectrodeTransparent Electrode MMTMMT Cationic starch (CS)Cationic starch (CS) Montmorillonite (MMT)Montmorillonite (MMT) Flame retardantflame retardant BPEI-PAA
Crosslinking
BPEI-PAA
crosslinking
Polyethylenimine (PEI)Polyethylenimine (PEI) Poly(acrylic acid) (PAA)Poly(acrylic acid) (PAA) Gas barriergas barrier
MoS2MoS2 MWCNTMWCNT MOS2MOS2 ElectrocatalysisElectrocatalysis GOGO Positive GOPositive GO Negative GONegative GO Gas selectivityGas selectivity EmulsionEmulsion Branched polyethylenimine (BPEI)Branched polyethylenimine (BPEI) Poly(acrylic acid) (PAA)Poly(acrylic acid) (PAA) Encapsulation and Controlled Release of Small Molecules to protocellsEncapsulation and Controlled Release of Small Molecules to protocells

전력의 출력과 같은 전기적 특성에 변화가 생길 수 있다. 다만, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 도포할 때마다 탈이온수(30)로 헹군 다음 건조시키는 것이 층상 정전 발전기(1)를 제작하는데 있어서 바람직할 것이다.한편, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)을 한 번씩 도포하게 되면, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 이루어진 두 개의 층이 형성되고, 두 번 반복하게 되면, 제1용액(20)과 제2용액(40)이 또 다른 층을 형성하여 총 네 개의 층이 형성된다. 이때 제1용액(20)과 제2용액(40)은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 기판(10)에 증착된다.There may be changes in electrical properties such as the output of power. However, it will be preferable in manufacturing the layered electrostatic generator 1 to rinse the substrate 10 with deionized water 30 and then dry it whenever the first solution 20 and the second solution 40 are applied to the substrate 10 . On the other hand, when the first solution 20 and the second solution 40 are applied to the substrate 10 once, the substrate 10 has two layers composed of the first solution 20 and the second solution 40 . When this is formed and repeated twice, the first solution 20 and the second solution 40 form another layer to form a total of four layers. At this time, the first solution 20 and the second solution 40 are deposited on the substrate 10 through a wet process that is a hydrogen bonding-based multilayer thin film stacking method (layer-by-layer (LbL) assembly).

도 2는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 적층된 층상의 구조를 보여주고 있다.2 shows a layered structure stacked on a layered electrostatic generator according to the present invention.

제1용액(20)과 제2용액(40)을 순차적으로 도포하는 것을 총 2사이클한 기판(10)의 모습으로, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)이 층상을 형성하는 과정에 관한 것이다.The first solution 20 and the second solution 40 are sequentially applied to the substrate 10 in a total of two cycles, and the first solution 20 and the second solution 40 are It relates to the process of forming a layer.

기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)을 한 사이클로 도포하게 되면, 기판(10)에는 제1용액(20)과 제2용액(40)이 층상을 형성하게 된다. 기판(10)에 제1용액(20)을 먼저 도포하기 때문에 기판(10)에 제1용액(20)이 접착된 층상을 형성하게 된다. 그 다음 제2용액(40)을 도포하게 되면 제1용액(20)이 형성된 층상에 바로 제2용액(40)이 층상을 형성하게 된다. 이 과정을 통해 한 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)의 제작이 완성된다.When the first solution 20 and the second solution 40 are applied to the substrate 10 in one cycle, the first solution 20 and the second solution 40 are layered on the substrate 10 . Since the first solution 20 is first applied to the substrate 10 , a layer in which the first solution 20 is adhered to the substrate 10 is formed. Then, when the second solution 40 is applied, the second solution 40 is directly formed on the layer on which the first solution 20 is formed. Through this process, the production of the layered electrostatic generator 1 manufactured in one cycle is completed.

만약 상기의 층상 정전 발전기(1)에서 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 한 사이클 더 도포하게 되면, 제2용액(40)이 형성된 층상에 바로 제1용액(20)이 층상을 형성하게 된다. 그리고 제2용액(40)으로 도포하면 제1용액(20)이 형성된 층상에 제2용액(40)이 층상을 더 형성하게 될 것이다. If one more cycle is applied with the first solution 20 and the second solution 40 in the layered electrostatic generator 1, the first solution 20 is directly on the layer on which the second solution 40 is formed. will form And when the second solution 40 is applied, the second solution 40 will further form a layer on the layer on which the first solution 20 is formed.

두 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)는 총 4개의 층상이 형성되기 때문에 한 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)보다 두께가 두껍게 형성될 수 있을 것이며, 전기적 성질과 효과 또한 다를 수 있을 것이다.Since the layered electrostatic generator 1 manufactured in two cycles has a total of four layers, it may be formed to be thicker than the layered electrostatic generator 1 manufactured in one cycle, and electrical properties and effects may also be different.

즉, 기판(10)에는 사이클의 횟수만큼 제1용액(20)과 제2용액(40)이 서로 교차되어 층상을 형성하게 될 것이며, 다수의 층상을 형성하기 때문에 두께도 두꺼워질 것이다.That is, the first solution 20 and the second solution 40 will cross each other as many times as the number of cycles to form a layer on the substrate 10, and the thickness will also increase because a plurality of layers are formed.

도 3은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 사용되는 기판의 종류를 보여주고 있다.3 shows the types of substrates used in the layered electrostatic generator according to the present invention.

기판(10)은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 것으로, 상세하게는 기판(10)은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 보호필름을 부착한 다음 산소플라즈마 처리하여 상기 제1용액(20)과 제2용액(40)의 도포를 방지한다. 기판(10)의 일면에는 보호필름이 부착되어 있어 제1용액(20)과 제2용액(40)을 도포하게 되면, 보호필름이 부착되어 있는 면에는 용액이 도포 되지 않고, 보호필름이 부착되지 않은 타면에만 도포가 이루어진다. 즉, 보호필름을 부착하게 되면 보호필름을 부착하지 않는 일면에만 용액으로 도포된다.The substrate 10 is made of fabric or has a structure formed on its surface. Specifically, the substrate 10 has a PET substrate, a protective film is attached to one surface, and then subjected to oxygen plasma treatment to treat the first solution ( 20) and the second solution 40 are prevented from being applied. Since a protective film is attached to one surface of the substrate 10, when the first solution 20 and the second solution 40 are applied, the solution is not applied to the surface to which the protective film is attached, and the protective film is not attached. Application is made only on the other side that is not. That is, when the protective film is attached, the solution is applied only to one side to which the protective film is not attached.

기판(10)은 반드시 한 쪽 면을 코팅할 필요는 없을 것이다. 상황에 따라서 기판(10)의 양면을 용액으로 도포해야 한다면, 굳이 보호필름을 부착할 필요없이 제1용액(20)과 제2용액(40)에 순차적으로 담갔다 꺼내 기판(10)의 양면에 층상을 형성할 수도 있을 것이다.The substrate 10 will not necessarily have to coat one side. If it is necessary to apply a solution on both sides of the substrate 10 depending on the situation, it is not necessary to attach a protective film, but sequentially dip it in the first solution 20 and the second solution 40 and take it out and layer it on both sides of the substrate 10 may be formed.

기판(10)은 표면의 형상에 따라 다양하게 나눌 수 있을 것이다. 일례로, 표면이 평평하게 형성되어 있는 기판(10)을 비롯해서, 표면에 물결(undulated) 모양이 형성된 미세요철기판(12)을 사용할 수도 있다. 또한 직물(textile)이나 옷감과 같은 구조로 이루어진 직물기판(16)을 사용할 수도 있을 것이다. The substrate 10 may be divided in various ways according to the shape of the surface. For example, in addition to the substrate 10 having a flat surface, the fine concavo-convex substrate 12 having an undulated shape on the surface may be used. In addition, the fabric substrate 16 made of a structure such as textile or cloth may be used.

이는 표면이 단순한 기판(10)뿐만 아니라 입체표면으로 이루어진 기판(10)에도 다층박막적층법을 이용하여 용액의 증착이 가능하기 때문에 사용할 수 있다. 다만, 기판(10)은 액체 물질로 표면을 도포하여 층상을 형성하기 때문에 기판(10)의 표면은 액체를 잘 흡수하거나 도포되는 것으로 사용하는 것이 좋을 것이다. 또한 기판(10)은 PET물질 이외에도 고분자 재료인 필름, 폼, 섬유 등 다층 박막 적층법으로 적용 가능하고, 그래핀으로 도포 가능한 세라믹이나 금속으로 구성된 기판(10)을 사용할 수도 있을 것이다.This can be used not only on the substrate 10 having a simple surface, but also on the substrate 10 having a three-dimensional surface because the solution can be deposited using the multilayer thin film lamination method. However, since the surface of the substrate 10 is coated with a liquid material to form a layered layer, the surface of the substrate 10 may well absorb or be applied to the liquid. In addition, the substrate 10 may be applied to a multi-layer thin film lamination method such as a film, foam, fiber, etc., which are polymer materials in addition to PET material, and a substrate 10 made of ceramic or metal that can be applied with graphene may be used.

도 4는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 이용한 접촉형 층상 정전 발전기의 사시도 및 작동 메커니즘에 따른 시뮬레이션의 모습에 관한 것이다.4 is a perspective view of a contact-type layered electrostatic generator using a layered electrostatic generator according to the present invention and a simulation according to an operating mechanism.

접촉형 층상 정전 발전기(50)는 층상 정전 발전기(1)의 접촉과 분리가 용이하도록 중공 부분에 공간(Air gap)이 형성되는 폴리이미드 필름(52)을 스페이서로 사용한다. 스페이서의 양측으로 PET 필름(58)에 부착된 층상 정전 발전기(1)가 마주보며 위치한다. 이때, 층상 정전 발전기(1)는 양성 마찰재뿐만 아니라 전극으로도 사용되고, PET 필름(58)은 음성 마찰재로 사용된다. The contact-type layered electrostatic generator 50 uses a polyimide film 52 in which an air gap is formed in the hollow part as a spacer to facilitate contact and separation of the layered electrostatic generator 1 . The layered electrostatic generators 1 attached to the PET film 58 are positioned facing each other on both sides of the spacer. At this time, the layered electrostatic generator 1 is used not only as a positive friction material but also as an electrode, and the PET film 58 is used as a negative friction material.

그리고 접촉형 층상 정전 발전기(50)를 누르는 단계에서 접촉 면적을 효과적으로 증가시키기 위해 부드러운 재질의 폴리우레탄 폼(56)을 PET필름(58)과 아크릴레이트 기판(54) 사이에 넣어주는 것이 좋을 것이다.And it would be good to put a soft polyurethane foam 56 between the PET film 58 and the acrylate substrate 54 in order to effectively increase the contact area in the step of pressing the contact-type layered electrostatic generator 50 .

접촉형 층상 정전 발전기(50)를 손으로 누른 다음 손을 떼게 되면, 층상 정전 발전기(1)가 서로 접촉했다 분리된다. When the contact-type layered electrostatic generator 50 is pressed by hand and then released, the layered electrostatic generator 1 comes into contact with each other and then separated.

상세하게는 하단에 위치하는 층상 정전 발전기(1)가 PET필름(58)과 접촉하게 되면, 마찰 전기의 차이 때문에 하단에 위치한 층상 정전 발전기(1)의 전자가 PET필름(58)의 표면으로 이동하게 되지만, 전기적 평형이 유지되기 때문에 외부 회로에는 전자 흐름이 발생하지 않게 된다. In detail, when the layered electrostatic generator 1 located at the bottom comes into contact with the PET film 58 , the electrons of the layered electrostatic generator 1 located at the bottom move to the surface of the PET film 58 due to the difference in triboelectricity. However, since electrical equilibrium is maintained, electron flow does not occur in the external circuit.

그 다음 층상 정전 발전기(1)가 분리되는 단계에서 두 개의 층상 정전 발전기(1) 사이의 강한 전위차로 인해 외부 회로를 통해 상단에 있는 층상 정전 발전기(1)(음극 전위)의 전자가 하단에 있는 층상 정전 발전기(1)(양극 전위)로 흘러 전기적 평형을 이루게 된다.Then, in the stage where the layer electrostatic generator 1 is separated, due to the strong potential difference between the two layer electrostatic generators 1, the electrons of the layer electrostatic generator 1 (negative potential) at the top are transferred through an external circuit to the bottom It flows into the layered electrostatic generator 1 (positive potential) to achieve electrical equilibrium.

도 5는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 기판 표면 위를 3BL의 그래핀층으로 코팅된 이미지와 10BL의 그래핀 층으로 코팅된 확대 이미지에 관한 것이다.5 relates to an image coated with a graphene layer of 3BL and an enlarged image coated with a graphene layer of 10BL on the substrate surface of the layered electrostatic generator according to the present invention.

3개의 이중층(3BL)으로 적층된 층상 정전 발전기(1)를 전계방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지와 평평한 PET 기판(10) 위에서 10개의 이중층(10BL)으로 적층된 제1용액(PVA)(20)과 제2용액(GNP-PSS)(40)으로 도포한 층상 정전 발전기(1)를 전송 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 단면 이미지에 관한 것이다. An image of the layered electrostatic generator 1 stacked with three double layers (3BL) observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and the first stacked with ten double layers (10BL) on a flat PET substrate 10 It relates to a cross-sectional image of a layered electrostatic generator 1 coated with a solution (PVA) 20 and a second solution (GNP-PSS) 40 observed with a transmission electron microscope (TEM).

주사 전자 현미경(FE-SEM)의 이미지에서 그래핀층(42)의 상부 표면이 거칠어 보이지만, PET 기판(10)의 넓은 면적이 균일하고, 그래핀층(42)이 잘 분포된 것을 알 수 있다.Although the upper surface of the graphene layer 42 looks rough in the image of a scanning electron microscope (FE-SEM), it can be seen that the large area of the PET substrate 10 is uniform and the graphene layer 42 is well distributed.

전송 전자 현미경(TEM)의 이미지는 여러 층으로 이루어진 층상 정전 발전기(10)를 보여주는데, 어두운 회색 부분은 PET 기판(10) 영역, 밝은 회색 부분은 에폭시 영역이며, 가장 어두운 검은 선은 다층박막적층(LbL) 기법에 의해 증착된 그래핀층(42)의 단면이다. Transmission electron microscopy (TEM) images show a layered electrostatic generator 10 made up of several layers, where the dark gray area is the PET substrate 10 area, the light gray area is the epoxy area, and the darkest black line is the multi-layered thin film stack ( LbL) is a cross-section of the graphene layer 42 deposited by the technique.

두 개의 이미지에서 제2용액(GNPs)(40)의 균질 네트워크가 관찰 및 확인되었으며, 개별 GNP의 박리를 위한 PSS 첨가는 기판(10)에서 그래핀층(42)의 균일한 분포를 돕고, 그 결과 중합체와 같은 얽힘으로 인해 3차원 네트워크가 형성된다. 이 네트워크에서 그래핀층(42)은 기판(10)을 통한 전자 전달 통로를 제공함으로써 높은 전도율이 생성된다.In the two images, a homogeneous network of the second solution (GNPs) 40 was observed and confirmed, and the addition of PSS for exfoliation of individual GNPs helps uniform distribution of the graphene layer 42 on the substrate 10, as a result The polymer-like entanglement results in a three-dimensional network. In this network, the graphene layer 42 provides an electron transport path through the substrate 10 so that a high conductivity is created.

도 6은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 타원계측법으로 측정된 박막의 두께를 나타내는 그래프와 광전자적 특성에 관한 것이다.6 is a graph showing the thickness of the thin film measured by the ellipsometric method of the layered electrostatic generator according to the present invention and relates to the optoelectronic characteristics.

제1용액(20)인 PVA와 제2용액(40)인 GNP-PSS로 이루어진 층상을 이중층(1BL)이라고 할 때, 1, 3, 5 및 10BL의 층상 두께를 타원계측법으로 측정하여 비교한 것으로, 그래핀 다층 박막 적층법의 선형 성장을 보여주고 있다. 이를 통해 층상 내에서 PVA와 그래핀의 결합 정도와 일정한 성분비를 확인시켜 주는 것을 알 수 있다. When the layer consisting of PVA as the first solution 20 and GNP-PSS as the second solution 40 is referred to as a double layer (1BL), the layer thicknesses of 1, 3, 5 and 10BL are measured and compared by ellipsometric method. , showing the linear growth of the graphene multilayer thin film stacking method. Through this, it can be seen that the bonding degree of PVA and graphene in the layer and a constant component ratio are confirmed.

또한 본 그래프를 통해 층상 사이에 빈 공간이 형성된 곳에 많은 입자가 포함된 영역의 평균 두께와 그래핀 기반 층상의 표면 거칠기를 알 수 있다. Also, through this graph, it can be seen that the average thickness of the region containing many particles in the place where the void space is formed between the layers and the surface roughness of the graphene-based layer can be seen.

타원계측법으로 측정된 3BL의 최대값은 46nm로, PVA 분자와 GNP-PSS 입자의 증착이 처음 3BL까지는 거친 표면을 생성하여 거칠기가 증가하는 것으로 나타난다. 하지만 이후에는 거칠기가 감소하게 되는데, 이는 이전의 증착 단계에서 얇게 생성된 영역 일부에서 침전이 일어나기 때문에 거칠기가 감소하게 된다.The maximum value of 3BL measured by ellipsometric measurement was 46 nm, indicating that the deposition of PVA molecules and GNP-PSS particles produced a rough surface until the first 3BL, indicating that the roughness increased. However, after that, the roughness is reduced, which is because precipitation occurs in a part of the thinly created area in the previous deposition step, so that the roughness is reduced.

이중층(BL)의 두께와 마찬가지로, 그래핀층(42)의 증가된 흡광도를 통해 그래핀 다층의 선형 성장을 확인할 수 있다. 이중층 두께와 흡광도의 선형 증가는 증착된 이중층의 개수와 상관없이 일정한 농도의 그래핀층(42)이 성장하게 된다. Like the thickness of the double layer BL, the linear growth of the graphene multilayer can be confirmed through the increased absorbance of the graphene layer 42 . The linear increase in the thickness of the bilayer and the absorbance results in the growth of the graphene layer 42 at a constant concentration regardless of the number of deposited bilayers.

(b)는 다층 박막 적층법으로 조립된 그래핀층(42)의 광전자적 특성을 보여주는 그래프에 관한 것이다. x축은 550nm에서 1~10BL의 광 투과율을 나타내고, 그래핀층(42) 두께의 증가로 인해 투과율이 92.1%에서 34.8%로 감소하게 된다. (b) relates to a graph showing the optoelectronic properties of the graphene layer 42 assembled by the multilayer thin film stacking method. The x-axis shows a light transmittance of 1 to 10BL at 550 nm, and the transmittance decreases from 92.1% to 34.8% due to an increase in the thickness of the graphene layer 42 .

두꺼운 층상이 더 효율적인 전자 전달과 높아진 전도율을 제공하는 3차원 그래핀 네트워크를 가지고 있기 때문에 저항률(ρ)이 저항과 두께(RSt)에 따라 변화하게 된다. 따라서 그래핀층(42)의 두께가 5BL까지 증가하는 동안 저항률은 감소하게 되는데, 이는 20BL까지 유사한 저항률을 유지하게 된다. Since the thick layer has a 3D graphene network that provides more efficient electron transport and higher conductivity, resistivity (ρ) changes with resistance and thickness (RSt). Therefore, the resistivity decreases while the thickness of the graphene layer 42 increases up to 5BL, which maintains a similar resistivity up to 20BL.

직물 기반의 층상 정전 발전기(4)의 경우, 그래핀층(42)은 10BL에서 최저 3.8 kΩ sq-1와 3BL에서 최저 10.8 kΩ sq-1의 저항을 형성하게 된다. 그래핀층(42)의 층상 두께가 두꺼워짐에 따라 저항률이 감소되기 때문에 출력이 향상된다. In the case of the fabric-based layered electrostatic generator 4, the graphene layer 42 forms a resistance of a minimum of 3.8 kΩ sq-1 in 10BL and a minimum of 10.8 kΩ sq-1 in 3BL. As the layer thickness of the graphene layer 42 increases, the resistivity decreases, so that the output is improved.

도 7은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 마찰전기 출력 전압과 그래핀 다층의 일함수를 나타내는 그래프에 관한 것이다.7 is a graph showing the triboelectric output voltage of the layered electrostatic generator according to the present invention and the work function of the graphene multilayer.

그래핀층(42)의 함수로서 평평한 PET 기판(10) 위에서 평면 층상 정전 발전기(FG-TENGs)(1)의 성능을 조사한 것이다. 3개의 그래핀층(42)을 가진 평면 층상 정전 발전기(1)가 최대 출력 전압과 전류인 100V와 5ㅅA를 보여주고 있다. 이는 기존의 그래핀 기반 마찰전기 나노 발전기(TENGs)의 전력보다 훨씬 더 크게 나타난다.The performance of planar layered electrostatic generators (FG-TENGs) 1 on a flat PET substrate 10 as a function of graphene layer 42 was investigated. A planar layered electrostatic generator 1 with three graphene layers 42 shows the maximum output voltage and current of 100V and 5 μA. This is significantly greater than the power of conventional graphene-based triboelectric nanogenerators (TENGs).

즉, 평면 층상 정전 발전기(1)의 출력 성능이 다층의 두께를 나타내는 BL의 개수에 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 다만, 나노 미터 수준에서 습식 제조 조건인 온도, 습도, 기판 전처리 등의 변화에 대한 민감도로 인해, 2~4BL로 이루어진 평면 층상 정전 발전기(1)에서 간혹 최대 출력이 발생할 수도 있을 것이다. That is, it can be seen that the output performance of the planar layered electrostatic generator 1 greatly affects the number of BLs representing the thickness of the multilayer. However, due to the sensitivity to changes in temperature, humidity, substrate pretreatment, etc., which are wet manufacturing conditions at the nanometer level, the maximum output may occasionally occur in the planar layered electrostatic generator 1 made of 2 to 4BL.

가장 높은 전도율을 가진 그래핀층(42)이 복수개로 적층된 층상 정전 발전기(1)의 출력 성능이 가장 높게 출력되어야 하지만, 3BL의 그래핀층(42)으로 형성된 층상 정전 발전기(1)에서 최대 출력을 보여주고 있다.The output performance of the layered electrostatic generator 1 in which a plurality of graphene layers 42 having the highest conductivity are stacked should have the highest output, but the maximum output in the layered electrostatic generator 1 formed of the graphene layers 42 of 3BL is showing

이는 평면 층상 정전 발전기(1)의 출력 전력을 측정하는 켈빈 탐침력 현미경 검사(KPFM)를 통해 알 수 있다. This can be seen through Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), which measures the output power of the planar lamellar electrostatic generator 1 .

즉, 1, 3, 10개의 그래핀층(42)을 형성하는 층상 정전 발전기(1)의 일 함수를 측정하게 되면, 일 함수는 그래핀층(42)의 두께와 함께 증가하게 된다. 또한 일 함수가 커지게 되면, 전자를 추출하는데 더 많은 에너지가 필요하게 되는데, 이를 통해 그래핀층(42)의 층상 증가로 인해 저항률과 일 함수 사이의 균형을 유지할 수 있는 그래핀층(42)의 최적의 두께가 3BL인 것을 알 수 있다.That is, when the work function of the layered electrostatic generator 1 forming the 1, 3, and 10 graphene layers 42 is measured, the work function increases with the thickness of the graphene layer 42 . In addition, when the work function increases, more energy is required to extract electrons, and through this, the optimum of the graphene layer 42 that can maintain a balance between the resistivity and the work function due to the increase in the layers of the graphene layer 42 . It can be seen that the thickness of is 3BL.

도 8은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 시트 저항 벤딩 사이클을 함수로 표현한 그래프와 벤딩 사이클 전, 후 3개의 평면 층상 정전 발전기의 출력 전압과 전류를 비교한 모습에 관한 것이다.8 is a graph expressing the sheet resistance bending cycle of the layered electrostatic generator according to the present invention as a function, and relates to a comparison of the output voltage and current of three planar layered electrostatic generators before and after the bending cycle.

3, 5, 20BL의 평면 층상 정전 발전기(1)의 시트 저항 벤딩 사이클(bending cycle)을 함수로 표현한 것으로, 1000번의 접힘 사이클 전, 후 및 3개의 평면 층상 정전 발전기(1)의 마찰 전기 출력 전압과 전류의 변화량을 보여주고 있다.The sheet resistance bending cycle of the planar lamellar electrostatic generator 1 of 3, 5, and 20BL is expressed as a function, and the triboelectric output voltage of the three planar lamellar electrostatic generators 1 before and after 1000 folding cycles. It shows the amount of change in overcurrent.

휨 안정성은 플렉서블 전자 어플리케이션 시장이 확대됨에 따라 점점 중요한 특성이 되고 있기 때문에 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법으로 조립된 층상 정전 발전기(1)의 기계적 내구성은 전극이나 플렉서블 전자 어플리케이션에서 매우 중요할 것이다. Since bending stability is becoming an increasingly important characteristic as the flexible electronic application market expands, the mechanical durability of the layered electrostatic generator 1 assembled by the multilayer thin film lamination method of the graphene layer 42 is very important in electrode or flexible electronic applications. will be.

3개의 다른 층상으로 이루어진 층상 정전 발전기(1)의 휨 안정성을 비교하기 위해 층상 정전 발전기(1)를 1.0cm의 곡률 반경으로 반복하여 구부렸을 때, 휨 사이클 후 각 층상 정전 발전기(1)의 중심에서 시트 저항을 측정한다. 이때 모든 그래핀층(42)은 최대 1000사이클의 휨 변형에서 일정한 시트 저항을 유지했으며, 1000번의 휨 사이클 후에도 마찰 전기 출력 전압과 출력 전류는 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. When the layered electrostatic generator 1 was repeatedly bent to a radius of curvature of 1.0 cm to compare the bending stability of the layered electrostatic generator 1 composed of three different layers, the center of each layered electrostatic generator 1 after the bending cycle Measure the sheet resistance at At this time, it can be seen that all graphene layers 42 maintained a constant sheet resistance in bending deformation of up to 1000 cycles, and triboelectric output voltage and output current were maintained constant even after 1000 bending cycles.

따라서 층상 정전 발전기(1)의 기계적 안정성은 플렉서블 전자제품에 적용하기에 매우 적합할 것이다. Therefore, the mechanical stability of the layered electrostatic generator 1 will be very suitable for application to flexible electronic products.

도 9는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 미세요철 PET 기판 위에 그래핀 필름으로 코팅된 이미지와 마찰 전기 접촉 및 그에 따른 출력 전압과 출력 전류를 비교한 것이다.9 is a comparison of an image coated with a graphene film on a micro-recessed PET substrate of a layered electrostatic generator according to the present invention, a triboelectric contact, and output voltage and output current accordingly.

(a)는 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법으로 조립되고, 수산화나트륨으로 애칭(NaOH-etched)되어 미세한 요철이 형성된 기판(10) 위에 그래핀층(42)으로 도포된 미세요철 층상 정전 발전기(2)의 표면을 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)을 사용하여 확대한 이미지에 관한 것이다. (a) is assembled by a multilayer thin film lamination method of the graphene layer 42, and is etched with sodium hydroxide (NaOH-etched) to form a fine concavo-convex layered electrostatic generator coated with a graphene layer 42 on a substrate 10 (2) relates to the magnified image of the surface using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM).

(b)는 평평한 표면 위의 그래핀과 층 전체 표면에 균일한 굴곡이 형성된 주름진 그래핀의 형태를 각각 만들어 비교한 모습이다. (b) is a comparison of graphene on a flat surface and wrinkled graphene with uniform curves formed on the entire surface of the layer, respectively.

한편, 주름진 표면을 기반으로 한 그래핀층(42)은 주름진 표면으로 인해 평평한 표면 기반의 그래핀에 비해 거친 표면을 가질 가능성이 높다. On the other hand, the graphene layer 42 based on the corrugated surface is highly likely to have a rough surface compared to the graphene based on the flat surface due to the corrugated surface.

미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)와 직물기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)의 출력 성능을 비교했을 때, 3개의 이중층(BL)으로 형성된 미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)의 출력 전압과 전류가 3개의 이중층(BL)으로 형성된 평면 층상 정전 발전기(FG-TENG)(1)의 출력 전압 및 전류보다 높은 결과를 보여준다. When the output performance of the fine concavo-convex lamellar electrostatic generator (UG-TENG) (2) and the fabric-based stratified electrostatic generator (TG-TENG) (4) were compared, The output voltage and current of -TENG) (2) are higher than the output voltage and current of the planar lamellar electrostatic generator (FG-TENG) (1) formed of three double layers (BL).

이러한 현상은 미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)의 주름진 그래핀층(42)으로 인해 넓어진 표면적과 반대쪽 마찰재와의 집중된 접촉 응력 때문인 것을 알 수 있다. 즉, 주름진 표면에 그래핀층(42)을 도포함으로써 층상 정전 발전기(G-TENG)(1)의 출력 성능이 크게 향상되는 것을 알 수 있다. It can be seen that this phenomenon is due to the increased surface area due to the corrugated graphene layer 42 of the fine concavo-convex layered electrostatic generator (UG-TENG) 2 and the concentrated contact stress with the friction material on the opposite side. That is, it can be seen that the output performance of the layered electrostatic generator (G-TENG) 1 is greatly improved by applying the graphene layer 42 on the corrugated surface.

도 10은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 직물을 기반으로 한 층상 정전 발전기의 다양한 확대 이미지와 그에 따른 실시예에 관한 것이다.10 relates to various enlarged images of the layered electrostatic generator based on the fabric of the layered electrostatic generator according to the present invention and an embodiment thereof.

다층 박막 적층법은 직물로 이루어진 기판(10)의 크기에 제한 없이 내구성 있는 그래핀층(42)을 복수개로 형성하는 방법에 관한 것으로, 내구성 있고, 확장 가능한 직물 기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)를 제작할 수 있다. The multi-layer thin film lamination method relates to a method of forming a plurality of durable graphene layers 42 without limitation on the size of the substrate 10 made of a fabric, and a durable and expandable fabric-based layered electrostatic generator (TG-TENG) ( 4) can be produced.

(a)는 면섬유를 기판(10)으로 하는 기판(10) 위에 그래핀층(42)의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 확대한 이미지로, 면직물 다발에 그래핀층(42) 구조가 잘 형성 되었음을 확인할 수 있다. 그 밖의 다른 확대된 이미지는 단일 직물 위의 그래핀 복합 표면에 관한 것이다.(a) is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) enlarged image of the graphene layer 42 on the substrate 10 using cotton fibers as the substrate 10, in which the structure of the graphene layer 42 on the cotton fabric bundle is It can be seen that it is well formed. Another magnified image is of a graphene composite surface on a single fabric.

(b)와 (c)는 20,000사이클의 휨과 롤링한 이후의 복수개의 층으로 형성된 그래핀층(42)의 표면을 확대한 이미지로, 그래핀층(42)에 큰 손상이 없는 것을 알 수 있다. 이를 통해 면섬유를 기판(10)으로 하는 그래핀층(42)의 내구성이 높다는 것을 알 수 있다. (b) and (c) are enlarged images of the surface of the graphene layer 42 formed of a plurality of layers after bending and rolling of 20,000 cycles, and it can be seen that there is no significant damage to the graphene layer 42 . Through this, it can be seen that the durability of the graphene layer 42 using the cotton fiber as the substrate 10 is high.

또한 (d)와 같이 다양한 크기의 기판(10)에 그래핀 박막을 제조 할 수 있는데, 이는 프로세싱을 쉽게 확장할 수 있는 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법(LbL)때문에 가능하다. In addition, graphene thin films can be manufactured on the substrate 10 of various sizes as shown in (d), which is possible because of the multilayer thin film stacking method (LbL) of the graphene layer 42, which can easily expand the processing.

다층 박막 적층법은 침지 공정을 사용하여 넓은 표면 면적에 상당히 균일한 코팅을 할 수 있으며, 스프레이 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법이나, 연속 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법은 다양한 어플리케이션을 위한 산업 규모의 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법 과정에 적용할 수 있을 것이다. 또한 목화 섬유로 이루어진 기판(10) 위에 그래핀층(42)을 도포한 단일 전극 모드로 작동되는 직물 기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)에 적용할 수도 있을 것이다.The multi-layer thin film lamination method can apply a fairly uniform coating over a large surface area using an immersion process, and the multi-layer thin film lamination method of the spray graphene layer 42 or the multi-layer thin film lamination method of the continuous graphene layer 42 can be applied to various applications. It will be applicable to the multilayer thin film lamination process of the graphene layer 42 on an industrial scale for It may also be applied to a fabric-based layered electrostatic generator (TG-TENG) 4 operating in a single electrode mode in which a graphene layer 42 is applied on a substrate 10 made of cotton fibers.

도 11은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 섬유를 기반으로 하는 마찰전기 나노발전기의 작동 과정과 성능을 보여주고 있다.11 shows the operation process and performance of the triboelectric nanogenerator based on the fibers of the layered electrostatic generator according to the present invention.

직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 메커니즘에 관한 것으로, 테프론(PTFE) 필름이 부착된 손가락이 그래핀층(42)으로 코팅된 섬유 기판(10)과 접촉하게 되면, 테프론은 마찰 전기적으로 그래핀보다 음성이기 때문에 그래핀층(42)의 전자들은 추출되어 테프론 필름으로 옮겨진다. 그리고 접촉이 해제되면, 유한 크기의 양성 마찰 전기와 음성 물질들이 분리되면서 그래핀층(42)에 유도된 양전하가 감소하게 된다. 이는 전자들이 지면에서 그래핀층(42)으로 흐르다가 평형 상태에서 멈추게 되기 때문이다. It relates to the mechanism of the fabric-based layered electrostatic generator 4, when a finger to which a Teflon (PTFE) film is attached comes into contact with a fiber substrate 10 coated with a graphene layer 42, Teflon is triboelectrically stronger than graphene. Since it is negative, the electrons of the graphene layer 42 are extracted and transferred to the Teflon film. And when the contact is released, positive triboelectric and negative materials of a finite size are separated, and the positive charge induced in the graphene layer 42 is reduced. This is because electrons flow from the ground to the graphene layer 42 and stop in an equilibrium state.

만약 테프론이 다시 그래핀층(42)으로 코팅된 섬유 기판(10)에 가까워지게 되면, 그래핀층(42)에 양전하가 유도되어 테프론의 음전하와 균형을 이루게 되고, 전자는 그래핀층(42)에서 지면으로 흐르게 된다. 이 과정을 계속해서 반복하게 되면 직물기반 층상 정전 발전기(4)의 AC 출력이 생성될 것이다. If the Teflon comes closer to the fiber substrate 10 coated with the graphene layer 42 again, a positive charge is induced in the graphene layer 42 to balance the negative charge of the Teflon, and the electrons are from the graphene layer 42 to the ground. will flow to By repeating this process over and over again, the AC output of the fabric-based stratified electrostatic generator 4 will be generated.

단일 전극으로 작동되고, 9N의 외부 부하에서 20V의 출력 전압을 보이는 직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 에너지 하베스팅 성능과 내구성이 같다. 따라서 면 직물을 기판(10)으로 하는 3BL 그래핀층(42)의 웨어러블 직물 기반 층상 정전 발전기(4)에 사용하기 적합할 것이다. The energy harvesting performance and durability of the fabric-based layered electrostatic generator 4 operating with a single electrode and exhibiting an output voltage of 20V at an external load of 9N are the same. Therefore, it will be suitable for use in the wearable fabric-based layered electrostatic generator 4 of the 3BL graphene layer 42 using the cotton fabric as the substrate 10 .

또한 20,000사이클의 휨과 롤링 후, 출력 전압의 큰 변화가 없기 때문에, 직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 기계적 내구성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 그리고 정류 회로와 직렬로 연결된 3개의 이중층(BL)으로 이루어진 직물 기반 층상 정전 발전기(4)는 100개의 상용 녹색 LED가 동시에 발광하기 때문에 직물 기반 층상 정전 발전기(4)가 지속 가능한 동력원인 것을 알 수 있을 것이다.In addition, since there is no significant change in output voltage after 20,000 cycles of bending and rolling, it can be seen that the fabric-based layered electrostatic generator 4 has excellent mechanical durability. And it can be seen that the fabric-based layered electrostatic generator 4 made of three double layers (BL) connected in series with a rectifier circuit is a sustainable power source because 100 commercial green LEDs are emitting at the same time. There will be.

도 12는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제작 과정에 대한 순서도에 관한 것이다.Figure 12 relates to a flow chart for the manufacturing process of the layered electrostatic generator according to the present invention.

층상 정전 발전기(1)의 제작 과정은 기판을 준비하는 단계(S10)와, 기판을 제1용액에 담가 도포하는 단계(S20)와, 제1용액으로 도포된 기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S30)와, 기판을 건조시킨 다음 제2용액에 담가 도포하는 단계(S40) 및 제2용액으로 도포된 기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S50)를 포함한다.The manufacturing process of the layered electrostatic generator 1 includes the steps of preparing a substrate (S10), immersing the substrate in a first solution (S20), and rinsing the substrate coated with the first solution in deionized water (S30). ), and drying the substrate and then dipping the substrate in the second solution (S40) and rinsing the substrate coated with the second solution in deionized water (S50).

기판을 준비하는 단계(S10)에서 기판(10)은 표면이 평평한 재질이나 직물을 사용할 수 있으며, 표면에 구조물이 형성되어 있을 수도 있을 것이다. 또한 다양한 크기의 기판(10)을 사용해도 무관할 것이다.In the step of preparing the substrate (S10), the substrate 10 may use a material or fabric having a flat surface, and a structure may be formed on the surface. In addition, it will be irrelevant to use the substrate 10 of various sizes.

기판을 제1용액으로 도포하는 단계(S20)에서 제1용액(20)은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수(30)로 혼합한 PVA용액으로, 기판(10)을 제1용액(20)에 5분간 담궈준다.In the step of applying the substrate with the first solution (S20), the first solution 20 is a PVA solution mixed with 0.25 wt% PVA powder and deionized water 30, and the substrate 10 is added to the first solution 20. Soak for 5 minutes.

기판을 탈이온수에서 헹구는 단계(S30)에서 제1용액(20)으로 도포된 기판(10)을 꺼내 탈이온수(30)에 충분히 헹궈준다. In step S30 of rinsing the substrate in deionized water, the substrate 10 coated with the first solution 20 is taken out and rinsed sufficiently in deionized water 30 .

건조시킨 기판을 제2용액으로 도포하는 단계(S40)에서 탈이온수(30)에 헹군 기판(10)을 공기 중에 건조시켜 말려준다. 그 다음 기판(10)을 제2용액(40)으로 도포하기 위해서 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수(30)에 섞어 GNP-PSS 분산액을 만들고, 팁 초음파 분산기를 이용해 3시간 동안 초음파 처리하여 GNP-PSS 분산액을 완성한다. GNP-PSS 분산액 제조가 완료 되었으면, 건조된 기판(10)을 담궈 5분간 유지한다.In the step of applying the dried substrate with the second solution (S40), the substrate 10 rinsed in deionized water 30 is dried in the air and dried. Then, in order to apply the substrate 10 as the second solution 40, a PSS solution and graphene at a concentration of 0.1 wt% GNP and 0.1 wt% PSS are mixed with deionized water 30 to make a GNP-PSS dispersion, and a tip The GNP-PSS dispersion is completed by sonicating for 3 hours using an ultrasonic disperser. When the preparation of the GNP-PSS dispersion is completed, the dried substrate 10 is immersed and maintained for 5 minutes.

기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S50)는 기판(10)이 제2용액(40)에 5분간 담겄다 꺼내고, 다시 탈이온수(30)에 헹궈준다. 기판(10)을 충분히 헹군 다음 건조시키면 기판(10)에 제2용액(40)으로 도포될 것이다.In the step of rinsing the substrate in deionized water (S50), the substrate 10 is immersed in the second solution 40 for 5 minutes, taken out, and rinsed in deionized water 30 again. When the substrate 10 is sufficiently rinsed and dried, the second solution 40 will be applied to the substrate 10 .

상기 과정을 1사이클로 하며, 1사이클을 거친 기판(10)에는 제1용액(20)과 제2용액(40)이 순차적으로 층상을 이루게 된다. 만약 더 많은 층상을 형성하기 위해서는 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 순차적으로 도포하고 헹구는 과정을 다회 반복하면 될 것이다.The above process is one cycle, and the first solution 20 and the second solution 40 are sequentially layered on the substrate 10 that has undergone one cycle. If more layers are formed, the process of sequentially applying and rinsing with the first solution 20 and the second solution 40 may be repeated multiple times.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

1 : 층상 정전 발전기 2 : 미세요철 층상 정전 발전기
4 : 직물기반 층상 정전 발전기 10 : 기판
20 : 제1용액 22 : 증착층
30 : 탈이온수 40 : 제2용액
42 : 그래핀층 50 : 접촉형 층상 정전 발전기
52 : 폴리이미드 필름 54 : 아크릴레이트 기판
56 : 폴리우레탄 폼 58 : PET 필름
1: stratified electrostatic generator 2: fine irregularity stratified electrostatic generator
4: fabric-based layered electrostatic generator 10: substrate
20: first solution 22: deposition layer
30: deionized water 40: second solution
42: graphene layer 50: contact-type layered electrostatic generator
52: polyimide film 54: acrylate substrate
56: polyurethane foam 58: PET film

Claims (9)

기판, 상기 기판의 일측을 제1용액으로 도포하여 형성되는 증착층 및, 상기 기판의 일측을 제2용액으로 도포하여 상기 증착층에 위치하는 그래핀층을 포함하는 층상 정전 발전유닛이 마주하도록 두 개로 배치되며,
상기 증착층은 상기 제2용액이 상기 기판에 증착될 수 있도록 하고, 상기 그래핀층은 상기 기판에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어지고,
상기 기판의 양측을 상기 제1용액과 제2용액으로 양면 도포하거나, 상기 기판의 타측에 보호필름을 부착하고 산소플라즈마 처리하여 상기 기판의 일측이 상기 제1용액과 제2용액으로 단면 도포되며,
상기 기판을 상기 제1용액 및 제2용액으로 도포하는 과정을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 3회 반복하여 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성하며,
두 개의 상기 층상 정전 발전유닛은 서로 전기적으로 연결되고,
두 개의 상기 층상 정전 발전유닛 중 어느 하나의 상기 기판의 일측 및 타측은 평평하게 형성되어 상기 증착층 및 그래핀층도 평평하게 형성되고, 두 개의 상기 층상 정전 발전유닛 중 다른 하나의 상기 기판은 일측에 수산화나트륨으로 애칭(NaOH-etched)되어 요철 형상의 주름진 굴곡이 균일하게 형성되어 상기 증착층 및 그래핀층도 굴곡지게 형성되며,
두 개의 상기 기판 중 어느 하나의 타측 및 두 개의 상기 기판 중 다른 하나의 상기 그래핀층은 서로 선택적으로 접촉되고,
상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수를 혼합한 PVA용액으로 하고,
상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액을 이용하고,
상기 사이클이 3회 반복되어 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성하는 과정에서 상기 그래핀층의 표면 거칠기는 점점 증가하고, 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성할 때 최대 출력을 나타내는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기.
A layered electrostatic power generation unit including a substrate, a deposition layer formed by coating one side of the substrate with a first solution, and a graphene layer positioned on the deposition layer by coating one side of the substrate with a second solution, into two to face each other is placed,
The deposition layer allows the second solution to be deposited on the substrate, and the graphene layer is made of a polymer material that forms an electrode on the substrate to have conductivity,
Both sides of the substrate are coated on both sides with the first solution and the second solution, or a protective film is attached to the other side of the substrate and subjected to oxygen plasma treatment so that one side of the substrate is single-sidedly coated with the first solution and the second solution,
The process of applying the substrate with the first solution and the second solution is one cycle, and the cycle is repeated three times to form three double layers of the deposition layer and the graphene layer,
The two layered electrostatic power generation units are electrically connected to each other,
One side and the other side of the substrate of any one of the two layered electrostatic power generation units are formed to be flat, the deposition layer and the graphene layer are also formed to be flat, and the substrate of the other one of the two layered electrostatic power generation units is on one side It is etched with sodium hydroxide (NaOH-etched) to uniformly form corrugated curves in the concave-convex shape, so that the deposited layer and the graphene layer are also curved,
The other side of any one of the two substrates and the graphene layer of the other one of the two substrates are in selective contact with each other,
The first solution is a PVA solution in which 0.25 wt% PVA powder and deionized water are mixed,
The second solution uses a GNP-PSS dispersion in which a PSS solution and graphene are mixed with deionized water at a concentration of 0.1 wt% GNP and 0.1 wt% PSS,
When the cycle is repeated three times to form the three double layers of the deposited layer and the graphene layer, the surface roughness of the graphene layer gradually increases, and the maximum when the deposited layer and the graphene layer form three double layers. Laminar electrostatic generator, characterized in that representing the output.
제1항에 있어서,
상기 제1용액과 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기.
According to claim 1,
The layered electrostatic generator, characterized in that the first solution and the second solution are deposited on the substrate through a wet process that is a hydrogen bonding-based multilayer thin film stacking method (layer-by-layer (LbL) assembly).
제1항에 있어서,
상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 층상 정전 발전기.
According to claim 1,
The substrate is made of a fabric, or a layered electrostatic generator with a structure formed on the surface.
제3항에 있어서,
상기 기판은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 산소플라즈마 처리한 보호필름이 부착되어 있어, 상기 제1용액과 제2용액의 도포를 방지하는 층상 정전 발전기.
4. The method of claim 3,
The substrate has a PET substrate, and an oxygen plasma-treated protective film is attached to one surface to prevent application of the first solution and the second solution.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기판에 증착되는 상기 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 상기 그래핀에 PSS용액을 더 포함하는 층상 정전 발전기.
According to claim 1,
The layered electrostatic generator further comprising a PSS solution in the graphene to improve the dispersion and adhesion of the graphene deposited on the substrate.
제1항에 있어서,
상기 기판에 상기 제1용액과 제2용액으로 도포할 때마다 탈이온수로 헹군 다음 건조시키는 층상 정전 발전기.
According to claim 1,
A layered electrostatic generator for rinsing with deionized water and then drying the substrate each time the first solution and the second solution are applied to the substrate.
마주하는 두 개의 층상 정전 발전기를 제조하기 위한 층상 정전 발전기 제조방법에 있어서,
기판을 마주하도록 두 개 준비하는 단계;
상기 기판의 일측에 수산화나트륨으로 에칭하여 요철을 형성하는 단계;
상기 기판을 증착층을 형성하는 제1용액에 담가 도포하는 단계;
상기 제1용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계;
상기 기판을 건조시킨 다음 그래핀층을 형성하는 제2용액에 담가 도포하는 단계;
상기 제2용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계;
를 포함하고,
상기 기판을 상기 제1용액과 제2용액으로 도포하는 과정을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 3회 반복하며, 상기 제1용액과 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되어, 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성하며,
상기 기판의 양측을 상기 제1용액과 제2용액으로 양면 도포하거나, 상기 기판의 타측에 보호필름을 부착하고 산소플라즈마 처리하여 상기 기판의 일측이 상기 제1용액과 제2용액으로 단면 도포되며,
상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수로 혼합한 PVA용액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포하고, 상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수에 섞은 다음 팁 초음파 분산기를 이용해 3시간 동안 초음파 처리하여 만든 GNP-PSS 분산액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포하고,
두 개의 상기 기판 중 어느 하나의 상기 기판의 일측 및 타측은 평평하게 형성되어 상기 증착층 및 그래핀층도 평평하게 형성되고, 두 개의 상기 기판 중 다른 하나의 상기 기판은 일측에 주름진 굴곡이 균일하게 형성되어 상기 증착층 및 그래핀층도 굴곡지게 형성되며,
두 개의 상기 기판 중 어느 하나의 평평한 타측 및 두 개의 상기 기판 중 다른 하나의 상기 그래핀층은 서로 선택적으로 접촉되고,
상기 사이클이 3회 반복되어 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성하는 과정에서 상기 그래핀층의 표면 거칠기는 점점 증가하고, 상기 증착층과 상기 그래핀층이 3개의 이중층을 형성할 때 최대 출력을 나타내는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기 제조방법.
A method for manufacturing a layered electrostatic generator for manufacturing two facing electrostatic generators, the method comprising:
Preparing two substrates to face;
etching one side of the substrate with sodium hydroxide to form irregularities;
applying the substrate by immersing it in a first solution for forming a deposition layer;
rinsing the substrate coated with the first solution in deionized water;
drying the substrate and then applying it by immersing it in a second solution for forming a graphene layer;
rinsing the substrate coated with the second solution in deionized water;
including,
The process of applying the substrate with the first solution and the second solution is one cycle, and the cycle is repeated 3 times, and the first solution and the second solution are hydrogen-bonded based multilayer thin film stacking method (layer-by-layer method) layer (LbL) assembly) is deposited on the substrate through a wet process, the deposition layer and the graphene layer to form three double layers,
Both sides of the substrate are coated on both sides with the first solution and the second solution, or a protective film is attached to the other side of the substrate and subjected to oxygen plasma treatment so that one side of the substrate is single-sidedly coated with the first solution and the second solution,
The first solution is a PVA solution mixed with 0.25wt% PVA powder and deionized water, immersed in the substrate for 5 minutes and applied, and the second solution is a PSS solution and graphene at concentrations of 0.1wt% GNP and 0.1wt% PSS. A GNP-PSS dispersion made by mixing the pins with deionized water and then sonicating them for 3 hours using a tip ultrasonicator, immersing them on the substrate for 5 minutes and applying them,
One side and the other side of the substrate of any one of the two substrates are formed to be flat, the deposition layer and the graphene layer are also formed to be flat, and the substrate of the other one of the two substrates is uniformly corrugated on one side. The deposition layer and the graphene layer are also formed to be curved,
The other flat side of any one of the two substrates and the graphene layer of the other one of the two substrates are in selective contact with each other,
When the cycle is repeated three times to form the three double layers of the deposited layer and the graphene layer, the surface roughness of the graphene layer gradually increases, and the maximum when the deposited layer and the graphene layer form three double layers. Layered electrostatic generator manufacturing method, characterized in that representing the output.
제8항에 있어서,
상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 층상 정전 발전기 제조방법.
9. The method of claim 8,
The substrate is made of a fabric, or a structure is formed on the surface of the layered electrostatic generator manufacturing method.
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