KR102333221B1 - charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same - Google Patents

charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR102333221B1
KR102333221B1 KR1020190153555A KR20190153555A KR102333221B1 KR 102333221 B1 KR102333221 B1 KR 102333221B1 KR 1020190153555 A KR1020190153555 A KR 1020190153555A KR 20190153555 A KR20190153555 A KR 20190153555A KR 102333221 B1 KR102333221 B1 KR 102333221B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
formula
substituted
deuterium
nitro
Prior art date
Application number
KR1020190153555A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210064858A (en
Inventor
백정민
양창덕
정성우
이재원
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020190153555A priority Critical patent/KR102333221B1/en
Publication of KR20210064858A publication Critical patent/KR20210064858A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102333221B1 publication Critical patent/KR102333221B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 소정의 화학식으로 표시되는 반복 단위를 주쇄로 포함하고, C60 풀러렌(fullerene)-함유 그룹을 상기 주쇄에 결합되는 측쇄로 포함하고, 상기 주쇄의 일 말단에 고분자 그룹 또는 메틸 그룹을 포함하는 음전하 대전체 및 이를 포함하는 마찰 전기 발전기에 관한 것이다.The present invention includes a repeating unit represented by a predetermined formula as a main chain, a C 60 fullerene-containing group as a side chain bonded to the main chain, and a polymer group or a methyl group at one end of the main chain It relates to a negatively charged body and a triboelectric generator comprising the same.

Description

음전하 대전체 및 이를 포함하는 마찰 전기 발전기{charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same}A negatively charged body and a triboelectric generator comprising the same

본 발명은 음전하 대전체 및 이를 포함하는 마찰 전기 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a negatively charged body and a triboelectric generator including the same.

최근 화석 연료의 고갈 문제로 전기의 사용량이 점차 증가하고 있으며 이로 인해 발전량의 부족으로 에너지 부족현상이 점차 심각해져 가고 있다. 이에 부족한 에너지 자원을 효율적으로 활용하기 위해 개발되기 시작된 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술은 최근의 에너지 문제와 맞물려 주목을 받고 있다.Recently, the use of electricity is gradually increasing due to the depletion of fossil fuels, and the energy shortage is getting serious due to the lack of power generation. Energy harvesting technology, which has been developed to efficiently utilize scarce energy resources, is attracting attention in connection with recent energy problems.

에너지 하베스팅이란 주위 환경에서 발생하나 소모되어 버려지는 에너지(ambient energy)들을 수확하여 사용 가능한 전기에너지로 변환하여 이용하는 시스템을 말한다.Energy harvesting refers to a system that harvests ambient energy that is generated in the surrounding environment, but is consumed and discarded, and converts it into usable electrical energy.

이러한 에너지 하베스팅 기술 중에서도 가장 기술개발이 활발한 분야는 압전 재료를 이용한 에너지 하베스팅 (Piezoelectric), 마찰 전기를 이용한 에너지 하베스팅 (Triboelectric), 열전 재료를 이용한 에너지 하베스팅, 페로플루이드를 이용한 에너지 하베스팅 기술 등이 있다.Among these energy harvesting technologies, the fields with the most active technology development are energy harvesting using piezoelectric materials, energy harvesting using triboelectric materials, energy harvesting using thermoelectric materials, and energy harvesting using ferrofluid. technology, etc.

특히, 마찰 전기를 이용한 에너지 하베스팅 기술을 이용하는 경우 높은 출력 값을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 현재 마찰 전기 발생에 이용할 수 있는 고분자 재료인 PTFE, PI, PS, PDMS, 또는 PVDF와 같은 소재는 전하 생성 효율이 매우 낮아서 그 응용이 미미한 실정이다.In particular, when energy harvesting technology using triboelectricity is used, there is an advantage in that a high output value can be obtained. The production efficiency is very low, so its application is insignificant.

따라서, 고효율의 발전기에 적용을 위한 우수한 전하 생성 효율을 갖는 소재에 대한 요구가 높아지고 있다.Accordingly, there is an increasing demand for materials having excellent charge generation efficiency for application to high-efficiency generators.

한 측면은 전하 생성 효율이 획기적으로 향상된 새로운 구조의 음전하 대전체를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a negatively charged object having a new structure with remarkably improved charge generation efficiency.

다른 한 측면은 상기 음전하 대전체를 채용한 마찰 전기 발전기를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a triboelectric generator employing the negatively charged body.

일 측면에서, 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 주쇄로 포함하고,In one aspect, the present invention comprises a repeating unit represented by the following formula (1) as a main chain,

하기 화학식 2로 표시되는 C60 풀러렌(fullerene)-함유 그룹을 상기 주쇄에 결합되는 측쇄로 포함하고, A C 60 fullerene-containing group represented by the following Chemical Formula 2 is included as a side chain bonded to the main chain,

상기 주쇄의 일 말단에 고분자 그룹 또는 메틸 그룹을 포함하는 음전하 대전체를 제공한다:A negatively charged body including a polymer group or a methyl group is provided at one end of the main chain:

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112019121883254-pat00001
Figure 112019121883254-pat00001

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112019121883254-pat00002
Figure 112019121883254-pat00002

상기 화학식 1 및 2 중,In Formulas 1 and 2,

A1 및 A2는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 시클릭 그룹, 또는 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 헤테로시클릭 그룹이고,A 1 and A 2 are each independently, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkynylene group, substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkenylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkynylene group, substituted or unsubstituted A substituted C 6 -C 60 arylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroarylene group, a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic cyclic group, or a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic hetero cyclic group,

상기 A1 및 A2에 포함된 적어도 하나의 수소는 상기 화학식 2로 표시되는 그룹으로 치환되고,At least one hydrogen included in A 1 and A 2 is substituted with a group represented by Formula 2,

0≤n1≤1, 0≤n2≤1이고, n1 및 n2의 합은 1이고,0≤n1≤1, 0≤n2≤1, the sum of n1 and n2 is 1,

m1은 1 내지 5,000의 정수 중에서 선택되고,m1 is selected from an integer of 1 to 5,000,

L1은 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 시클릭 그룹, 또는 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 헤테로시클릭 그룹이고,L 1 is a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkynylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkenylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkynylene group, substituted or unsubstituted C 6 -C 60 an arylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroarylene group, a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic cyclic group, or a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic heterocyclic group,

a1은 0 내지 10의 정수 중에서 선택되고,a1 is selected from an integer of 0 to 10,

상기 치환된 C1-C60 알킬렌 그룹, 치환된 C2-C60 알케닐렌 그룹, 치환된 C2-C60 알키닐렌 그룹, 치환된 C1-C60 헤테로알킬렌 그룹, 치환된 C2-C60 헤테로알케닐렌 그룹, 치환된 C2-C60 헤테로알키닐렌 그룹, 치환된 C6-C60 아릴렌 그룹, 치환된 C1-C60 헤테로아릴렌 그룹, 치환된 2가 비방향족 시클릭 그룹, 및 치환된 2가 비방향족 헤테로시클릭 그룹의 치환기 중 하나 이상은 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 said substituted C 1 -C 60 alkylene group, substituted C 2 -C 60 alkenylene group, substituted C 2 -C 60 alkynylene group, substituted C 1 -C 60 heteroalkylene group, substituted C 2 -C 60 heteroalkenylene group, substituted C 2 -C 60 heteroalkynylene group, substituted C 6 -C 60 arylene group, substituted C 1 -C 60 heteroarylene group, substituted divalent non-aromatic group At least one of the substituents of the click group and the substituted divalent non-aromatic heterocyclic group are independently of each other, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group a group, a hydrazino group, a hydrazono group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

*은 주쇄와의 결합 사이트이다.* denotes a binding site with the main chain.

일 실시예에 있어서, 상기 A1 및 A2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및In one embodiment, the A 1 and A 2 are each independently selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중 하나 이상으로 치환된, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택될 수 있다.Deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group , and a C 6 -C 20 aryl group; and a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and C substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group. 6 -C 20 aryl group; It may be selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group, which are substituted with one or more of them.

일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다:In one embodiment, the repeating unit represented by Formula 1 may be represented by Formula 1-1 below:

<화학식 1-1><Formula 1-1>

Figure 112019121883254-pat00003
Figure 112019121883254-pat00003

상기 화학식 1-1 중,In Formula 1-1,

n1, n2 및 m1에 대한 설명은 상기에서 정의된 바를 참조하고,For the description of n1, n2 and m1, refer to the bar defined above,

상기 R11 내지 R18는 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 wherein R 11 to R 18 are a binding site with the side chain represented by Formula 2, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydra a zino group, a hydrazono group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

단, 상기 R11 내지 R18 중 하나 이상은 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트다.However, at least one of R 11 to R 18 is a binding site with the side chain represented by Formula 2 above.

일 실시예에 있어서, 상기 L1은 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및In one embodiment, the L 1 is a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택될 수 있다.Deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, and C 1 -C 20 alkoxy It may be selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group substituted with one or more of the groups.

일 실시예에 있어서, 상기 L1은 하기 화학식 3-1 내지 3-4 중 선택된 어느 하나로 표시된 그룹일 수 있다:In one embodiment, L 1 may be a group represented by any one selected from the following Chemical Formulas 3-1 to 3-4:

Figure 112019121883254-pat00004
Figure 112019121883254-pat00004

상기 화학식 3-1 내지 3-4 중,In Formulas 3-1 to 3-4,

Z1 및 Z2는 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기이고,Z 1 and Z 2 are each independently, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, and a C 1 -C 20 alkoxy group,

d4는 0 내지 4의 정수이고,d4 is an integer from 0 to 4,

* 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.* and *' are binding sites with neighboring atoms.

일 실시예에 있어서, 상기 고분자 그룹은 중량 평균 분자량(Mw)이 10 kDa 내지 100 kDa일 수 있다.In an embodiment, the polymer group may have a weight average molecular weight (Mw) of 10 kDa to 100 kDa.

일 실시예에 있어서, 상기 고분자 그룹은 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(copolymer)일 수 있다.In one embodiment, the polymer group may be a homopolymer or a copolymer.

일 실시예에 있어서, 상기 고분자 그룹은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS), 폴리 이미드 그룹 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.In an embodiment, the polymer group may be selected from polydimethyl siloxane (PDMS), a polyimide group, and combinations thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 음전하 대전체는 하기 화학식 A 내지 B로 표시될 수 있다:In one embodiment, the negatively charged body may be represented by the following Chemical Formulas A to B:

<화학식 A><Formula A>

Figure 112019121883254-pat00005
Figure 112019121883254-pat00005

<화학식 B><Formula B>

Figure 112019121883254-pat00006
Figure 112019121883254-pat00006

Figure 112019121883254-pat00007
Figure 112019121883254-pat00007

Figure 112019121883254-pat00008
Figure 112019121883254-pat00008

Figure 112019121883254-pat00009
Figure 112019121883254-pat00009

<화학식 4><Formula 4>

Figure 112019121883254-pat00010
Figure 112019121883254-pat00010

상기 화학식 A 내지 B 중,0≤n11≤1, 0≤n12≤1이고, n11 및 n12의 합은 1이고,In Formulas A to B, 0≤n11≤1, 0≤n12≤1, the sum of n11 and n12 is 1,

P1은 화학식 B-1 내지 B-8로 표시된 그룹 중 선택되고,P 1 is selected from the group represented by Formulas B-1 to B-8,

d1은 1 내지 10의 정수 중에서 선택되고,d1 is selected from an integer of 1 to 10,

x는 1 내지 50 중에서 선택된 정수이고,x is an integer selected from 1 to 50,

R21 내지 R26은 상기 화학식 4로 표시되는 그룹, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 R 21 to R 26 are a group represented by Formula 4, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazo no group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

c3은 0 내지 3 중에서 선택된 정수이고,c3 is an integer selected from 0 to 3,

c4는 0 내지 4 중에서 선택된 정수이고,c4 is an integer selected from 0 to 4,

L31은 *-C(R32)(R33)-*', *-Si(R32)(R33)-*', *-N(R32)-*', *-O-*', 및 *-S-*' 중에서 선택되고,L 31 is *-C(R 32 )(R 33 )-*', *-Si(R 32 )(R 33 )-*', *-N(R 32 )-*', *-O-*' , and *-S-*',

a31은 0 내지 5 중에서 선택된 정수이고,a31 is an integer selected from 0 to 5;

R31 내지 R33은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, C6-C20 아릴기, -B(Q11)(Q12), -N(Q11)(Q12), -C(Q11)(Q12)(Q13), -Si(Q11)(Q12)(Q13), 및 -Ge(Q11)(Q12)(Q13); 및 R 31 to R 33 are hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, an azide group (-N 3 ), C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, C 6 -C 20 aryl group, -B(Q 11 )(Q 12 ), -N(Q 11 )(Q 12 ), -C (Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), —Si(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), and —Ge(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ); and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

상기 Q11 내지 Q13은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 The Q 11 to Q 13 are each independently hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a a zide group (-N 3 ), a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

* 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.* and *' are binding sites with neighboring atoms.

다른 측면에서, 본 발명은, 상기 음전하 대전체를 포함하는 마찰 전기 발전기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a triboelectric generator including the negatively charged body.

이때, 상기 마찰 전기 발전기의 출력 값은 16μA 내지 70μA일 수 있다.In this case, the output value of the triboelectric generator may be 16 μA to 70 μA.

상기 마찰 전기 발전기는 하기 조건 1 및 조건 2를 만족할 수 있다:The triboelectric generator may satisfy the following conditions 1 and 2:

<조건 1><Condition 1>

Q1 ≥ 4 × Q0 Q 1 ≥ 4 × Q 0

<조건 2><Condition 2>

Q2 ≥ 0.5 × Q1 Q 2 ≥ 0.5 × Q 1

상기 조건 1 및 2 중, Q0는 전하 주입 전 마찰 전기 발전기의 전하량이고, Q1은 전하 주입 후 마찰 전기 발전기의 초기 전하량이고, Q2는 전하 주입 후 2 시간 이후 마찰 전기 발전기의 전하량이다.Among the conditions 1 and 2, Q 0 is the charge amount of the triboelectric generator before charge injection, Q 1 is the initial charge amount of the triboelectric generator after charge injection, and Q 2 is the charge amount of the triboelectric generator 2 hours after charge injection.

상기 마찰 전기 발전기의 전하 주입 후, 초기 전하량은 약 200μC/m2 이상이고, 2시간 이후 전하량은 초기 전하량 기준 약 58.3 % 유지된 약 117μC/m2 이상일 수 있다.After the charge injection of the triboelectric generator, the initial charge is about 200μC / m 2 or more, two hours after the amount of charges may be the about 117μC / m 2 or more holding about 58.3% based on the initial charge amount.

또한, 상기 음전하 대전체는 박막 형태일 수 있다.In addition, the negatively charged body may be in the form of a thin film.

이때, 상기 박막의 두께는 0.1㎛ 내지 1000㎛일 수 있다.In this case, the thickness of the thin film may be 0.1 μm to 1000 μm.

본 발명에 따른 음전하 대전체는 유전 상수가 향상되고 전화 포집 능력이 획기적으로 증가되어, 이를 마찰 전기 발전기에 적용하는 경우 우수한 전하 생성 효율을 가진다.The negatively charged body according to the present invention has an improved dielectric constant and a remarkably increased electron trapping ability, and has excellent charge generation efficiency when applied to a triboelectric generator.

도 1에는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 일 예를 나타내었다.
도 2(a) 내지 도 2(e)에는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 작동 원리를 예시적으로 나타내었다.
도 3a는 비교예 1에 따라 제조된 마찰 전기 발전기의 전하 포집 능력의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3b는 실시예 1에 따라 제조된 마찰 전기 발전기의 전하 포집 능력의 측정 결과를 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 하부 전극
20: 음전하 대전체
30: 상부 전극
100: 외부 하중
200: 마찰 전기 발전기
1 shows an example of a triboelectric generator according to the present invention.
2(a) to 2(e) exemplarily show the operating principle of the triboelectric generator according to the present invention.
3A shows the measurement result of the charge-collecting ability of the triboelectric generator manufactured according to Comparative Example 1. Referring to FIG.
3B shows the measurement result of the charge-collecting ability of the triboelectric generator manufactured according to Example 1. Referring to FIG.
<Explanation of symbols for main parts of the drawing>
10: lower electrode
20: negatively charged object
30: upper electrode
100: external load
200: triboelectric generator

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar elements throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

마찰 전기를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 정전기 유도 현상을 기본 원리로 에너지를 수확하는 것이다. 즉, 외부의 기계적 에너지가 전위차를 만들고 이로 인해 보상 전하가 형성되어 전자, 즉 전류가 흐르는 현상을 바탕으로 한다.Energy harvesting technology using triboelectricity is to harvest energy based on the electrostatic induction phenomenon. In other words, it is based on the phenomenon that external mechanical energy creates a potential difference, which results in the formation of a compensating charge, and the flow of electrons, that is, current.

이와 같이 기계적인 미소 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 기술을 이용하는 경우 친환경 고출력 발전기를 구현할 수 있으므로 매우 유용하다.In the case of using the energy harvesting technology using mechanical micro-energy as described above, it is very useful because it is possible to implement an eco-friendly high-output generator.

이러한 마찰 전기를 이용한 에너지 하베스팅 기술을 다양한 분야에 효과적으로 적용하기 위해서는 전자 친화 및/또는 포집 특성이 우수한 음전하 대전체의 개발이 선행되어야 한다.In order to effectively apply the energy harvesting technology using triboelectricity to various fields, it is necessary to develop a negatively charged body having excellent electron affinity and/or trapping properties.

한편, 일반적으로 마찰 전기를 이용한 에너지 하베스팅 기술에 적용되는 음전하 대전체의 소재로는 PDMS, PTFE, PVDF, 상업적으로 이용 가능한 폴리이미드인 Kapton 등이 있다.On the other hand, materials for negatively charged materials generally applied to energy harvesting technology using triboelectricity include PDMS, PTFE, PVDF, and Kapton, a commercially available polyimide.

Figure 112019121883254-pat00011
Figure 112019121883254-pat00011

그러나, 이들 재료는 전하 생성 효율에 한계가 있기 때문에 발전기에 적용하는 경우 원하는 효과를 얻기가 어려운 문제점이 있었다.However, these materials have a problem in that it is difficult to obtain a desired effect when applied to a generator because the charge generation efficiency is limited.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 전하 생성 효율이 향상된 음전하 대전체를 개발하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 전자 포집 특성을 높이기 위해, LUMO 및 HOMO 에너지 준위가 전자를 포집하는데 유리하도록 깊은(deep) 수준의 C60 풀러렌 함유 그룹을 음전하 대전체에 도입하는 경우, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내었다.Accordingly, the inventors of the present invention, as a result of repeated research to develop a negatively charged object with improved charge generation efficiency, in order to increase electron trapping properties, LUMO and HOMO energy levels are at a deep level to be advantageous for collecting electrons. It was found that the above object can be achieved when a C 60 fullerene-containing group of is introduced into a negatively charged body.

즉, 본 발명에 따른 음전하 대전체는, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 주쇄로 포함하고, 하기 화학식 2로 표시되는 C60 풀러렌(fullerene)-함유 그룹을 상기 주쇄에 결합되는 측쇄로 포함하고, 상기 주쇄의 일 말단에 고분자 그룹 또는 메틸 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다:That is, the negatively charged body according to the present invention includes a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1 as a main chain, and a C 60 fullerene-containing group represented by the following Chemical Formula 2 as a side chain coupled to the main chain, , It is characterized in that it contains a polymer group or a methyl group at one end of the main chain:

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112019121883254-pat00012
Figure 112019121883254-pat00012

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112019121883254-pat00013
Figure 112019121883254-pat00013

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

A1 및 A2는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 시클릭 그룹, 또는 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 헤테로시클릭 그룹이고,A 1 and A 2 are each independently, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkynylene group, substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkenylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkynylene group, substituted or unsubstituted A substituted C 6 -C 60 arylene group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroarylene group, a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic cyclic group, or a substituted or unsubstituted divalent non-aromatic hetero cyclic group,

상기 A1 및 A2에 포함된 적어도 하나의 수소는 상기 화학식 2로 표시되는 그룹으로 치환된다.At least one hydrogen included in A 1 and A 2 is substituted with a group represented by Formula 2 above.

예를 들어, 상기 A1 및 A2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중 하나 이상으로 치환된, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택될 수 있다.For example, A 1 and A 2 may be each independently selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and C substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group. 6 -C 20 aryl group; It may be selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group, which are substituted with one or more of them.

상기 화학식 1 중, 0≤n1≤1, 0≤n2≤1이고, n1 및 n2의 합은 1이고, m1은 1 내지 5,000의 정수 중에서 선택된다.In Formula 1, 0≤n1≤1, 0≤n2≤1, the sum of n1 and n2 is 1, and m1 is an integer selected from 1 to 5,000.

예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다:For example, the repeating unit represented by Formula 1 may be represented by Formula 1-1 below:

<화학식 1-1><Formula 1-1>

Figure 112019121883254-pat00014
Figure 112019121883254-pat00014

상기 화학식 1-1 중, n1, n2 및 m1에 대한 설명은 상기에서 정의된 바를 참조하고, 상기 R11 내지 R18는 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, 단, 상기 R11 내지 R18 중 하나 이상은 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트다.In Formula 1-1, the description of n1, n2, and m1 is as defined above, and R 11 to R 18 are a binding site to the side chain represented by Formula 2, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 - C 20 aryl group; and a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and C substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group. 6 -C 20 aryl group; selected from, provided that at least one of R 11 to R 18 is a binding site with the side chain represented by Formula 2 above.

상기 화학식 2 중, L1은 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로알킬렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알케닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C2-C60 헤테로알키닐렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C6-C60 아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 C1-C60 헤테로아릴렌 그룹, 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 시클릭 그룹, 또는 치환 또는 비치환된 2가 비방향족 헤테로시클릭 그룹이다.In Formula 2, L 1 is a substituted or unsubstituted C 1 -C 60 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkenylene group, a substituted or unsubstituted C 2 -C 60 alkynylene group, substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroalkylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkenylene group, substituted or unsubstituted C 2 -C 60 heteroalkynylene group, substituted or unsubstituted C 6 -C 60 arylene group, substituted or unsubstituted C 1 -C 60 heteroarylene group, substituted or unsubstituted divalent non-aromatic cyclic group, or substituted or unsubstituted divalent non-aromatic heterocyclic is a group

예를 들어, 상기 L1은 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택될 수 있다.For example, L 1 is a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, and C 1 -C 20 It may be selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group substituted with one or more of the alkoxy groups.

예를 들어, 상기 L1은 하기 화학식 3-1 내지 3-4 중 선택된 어느 하나로 표시된 그룹일 수 있다:For example, L 1 may be a group represented by any one selected from Formulas 3-1 to 3-4:

Figure 112019121883254-pat00015
Figure 112019121883254-pat00015

상기 화학식 3-1 내지 3-4 중, Z1 및 Z2는 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기이고, d4는 0 내지 4의 정수이고, * 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.In Formulas 3-1 to 3-4, Z 1 and Z 2 are each independently selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydra a zino group, a hydrazono group, a C 1 -C 20 alkyl group, and a C 1 -C 20 alkoxy group, d4 is an integer from 0 to 4, and * and *' are bonding sites with neighboring atoms.

본 발명의 음전하 대전체는 상기와 같이, C60 풀러렌 함유 그룹을 도입함으로써, 높은 전하 포집 능력을 발휘할 수 있다. As described above, the negatively charged body of the present invention can exhibit high charge trapping ability by introducing a C 60 fullerene-containing group.

일 구현예에 있어서, 상기 고분자 그룹은 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다.In one embodiment, the polymer group may be a homopolymer or a copolymer.

예를 들어, 상기 고분자 그룹은 동일한 반복 단위를 포함하는 호모폴리머일 수 있다.For example, the polymer group may be a homopolymer including the same repeating unit.

예를 들어, 상기 고분자 그룹은 상이한 2종 이상의 반복 단위를 포함하는 코폴리머일 수 있다.For example, the polymer group may be a copolymer including two or more different repeating units.

일 구현예에 있어서, 상기 음전하 대전체는 하기 화학식 A 내지 B로 표시될 수 있다:In one embodiment, the negatively charged body may be represented by the following Chemical Formulas A to B:

<화학식 A><Formula A>

Figure 112019121883254-pat00016
Figure 112019121883254-pat00016

<화학식 B><Formula B>

Figure 112019121883254-pat00017
Figure 112019121883254-pat00017

상기 화학식 B 중, P1은 전술한 고분자 그룹이다.In Formula B, P 1 is the aforementioned polymer group.

예를 들어, 0≤n11≤1, 0≤n12≤1이고, n11 및 n12의 합은 1일 수 있다.For example, 0≤n11≤1, 0≤n12≤1, and the sum of n11 and n12 may be 1.

예를 들어, 상기 d1은 1 내지 10의 정수 중에서 선택될 수 있다.For example, d1 may be selected from an integer of 1 to 10.

이때, 상기 고분자 그룹은 하기 화학식 B-1 내지 B-8 중 선택된 하나 이상으로 표시되는 반복 단위를 포함할 수 있다:In this case, the polymer group may include a repeating unit represented by one or more selected from the following Chemical Formulas B-1 to B-8:

Figure 112019121883254-pat00018
Figure 112019121883254-pat00018

Figure 112019121883254-pat00019
Figure 112019121883254-pat00019

Figure 112019121883254-pat00020
Figure 112019121883254-pat00020

<화학식 4><Formula 4>

Figure 112019121883254-pat00021
Figure 112019121883254-pat00021

상기 화학식 B-1 내지 B-8 중,In Formulas B-1 to B-8,

x는 1 내지 50 중에서 선택된 정수이고,x is an integer selected from 1 to 50,

R21 내지 R26은 상기 화학식 4로 표시되는 그룹, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 R 21 to R 26 are a group represented by Formula 4, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazo no group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

c3은 0 내지 3 중에서 선택된 정수이고,c3 is an integer selected from 0 to 3,

c4는 0 내지 4 중에서 선택된 정수이 고,c4 is an integer selected from 0 to 4,

L31은 *-C(R32)(R33)-*', *-Si(R32)(R33)-*', *-N(R32)-*', *-O-*', 및 *-S-*' 중에서 선택되고,L 31 is *-C(R 32 )(R 33 )-*', *-Si(R 32 )(R 33 )-*', *-N(R 32 )-*', *-O-*' , and *-S-*',

a31은 0 내지 5 중에서 선택된 정수이고,a31 is an integer selected from 0 to 5;

R31 내지 R33은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, C6-C20 아릴기, -B(Q11)(Q12), -N(Q11)(Q12), -C(Q11)(Q12)(Q13), -Si(Q11)(Q12)(Q13), 및 -Ge(Q11)(Q12)(Q13); 및 R 31 to R 33 are hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, an azide group (-N 3 ), C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, C 6 -C 20 aryl group, -B(Q 11 )(Q 12 ), -N(Q 11 )(Q 12 ), -C (Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), —Si(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), and —Ge(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ); and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

상기 Q11 내지 Q13은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 The Q 11 to Q 13 are each independently hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a a zide group (-N 3 ), a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and

중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from

* 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.* and *' are binding sites with neighboring atoms.

예를 들어, 상기 B-7 및 B-8로 표시된 반복 단위는 하기 그룹 I에서 선택될 수 있다:For example, the repeating units indicated by B-7 and B-8 may be selected from the following group I:

<그룹 I><Group I>

Figure 112019121883254-pat00022
.
Figure 112019121883254-pat00022
.

상기 음전하 대전체를 제조하는 방법은 한국 특허 공개 공보 KR10-2019-0005381을 참조하여 이해될 수 있다.A method of manufacturing the negatively charged body may be understood with reference to Korean Patent Publication No. KR10-2019-0005381.

한편, 본 발명에 따른 상기 음전하 대전체는, 마찰 전기 발전기에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기는 상기 음전하 대전체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 전하 펌프를 기반으로 한 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기에 전술한 음전하 대전체를 적용할 수 있다.Meanwhile, the negatively charged body according to the present invention may be applied to a triboelectric generator. Accordingly, the triboelectric generator according to the present invention is characterized in that it includes the negatively charged body. That is, the above-described negatively charged body can be applied to the triboelectric generator according to the present invention based on a charge pump.

보다 구체적으로, 전술한 화학식 구조를 갖는 화합물을 이용하여 제조된 용액을 이용하여 음전하 대전체를 형성할 수 있다.More specifically, a negatively charged body may be formed using a solution prepared using the compound having the above-described chemical structure.

즉, 알루미늄 등으로 이루어진 전극을 자외선(UV) 및/또는 오존 처리한 후 상기 전극의 적어도 일 면에 전술한 화학식 구조를 갖는 화합물을 이용하여 제조된 용액을 드랍 코팅, 닥터 블레이트, 스핀 코팅 등을 이용하여 도포하고 경화시킴으로써 박막형태의 음전하 대전체를 형성할 수 있다.That is, after ultraviolet (UV) and/or ozone treatment of an electrode made of aluminum, etc., a solution prepared using a compound having the above-described chemical structure on at least one surface of the electrode is subjected to drop coating, doctor blade, spin coating, etc. It is possible to form a negatively charged body in the form of a thin film by applying and curing it using

도 1에는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 일 예를 나타내었다.1 shows an example of a triboelectric generator according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기(200)는, 마주보고 배치되는 하부 전극(10) 및 상부 전극(30)과 이들 사이에 위치하며, 상기 하부 전극(10) 및 상부 전극(30) 중 적어도 하나의 면에 직접 접촉하는 본 발명에 따른 음전하 대전체(20)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 음전하 대전체는 박막 형태로 위치할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a triboelectric generator 200 according to the present invention includes a lower electrode 10 and an upper electrode 30 disposed to face each other and positioned between them, the lower electrode 10 and the upper electrode ( 30) characterized in that it comprises a negatively charged body 20 according to the present invention in direct contact with at least one surface. In this case, the negatively charged body may be positioned in the form of a thin film.

도 1에는 편의상 음전하 대전체(20)가 상부 전극(10)에 접촉한 형태를 도시하였으나 필요에 따라 음전하 대전체(20)는 하부 전극(30)에 직접 접촉한 형태일 수도 있다.1 shows a form in which the negatively charged body 20 is in contact with the upper electrode 10 for convenience, but the negatively charged body 20 may be in direct contact with the lower electrode 30 if necessary.

도 2(a) 내지 도 2(e)에는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 작동 원리를 예시적으로 나타내었다.2(a) to 2(e) exemplarily show the operating principle of the triboelectric generator according to the present invention.

보다 상세하게, 먼저 도 2(a)는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 초기 상태를 나타낸 것이다. 초기 상태에는 외부 하중 및 마찰을 기반으로 하는 발전기 내부에 마찰이 없으므로 전체 시스템은 표면 전하(surface charge)가 없기 때문에 전하 평형상태(equilibrium state)이다.In more detail, first, Figure 2 (a) shows the initial state of the triboelectric generator according to the present invention. In the initial state, there is no friction inside the generator based on external loads and friction, so the whole system is in charge equilibrium state because there is no surface charge.

다음으로, 도 2(b)는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기에 외부 하중이 적용되는 상태를 나타낸 것이다. 외부에서 하중(100)이 적용되면 발전기 내부의 음전하 대전체 박막과 하부 전극(30) 사이에 마찰이 발생하며 이때 상대적으로 전자를 많이 가지고 있는 하부 전극(30) 표면에서 음전하 대전체(20) 표면으로 전자들이 이동하여 하부 전극(30)은 양전하(positive charge), 음전하 대전체(20) 표면 은 음전하 상태(negative charge)가 된다.Next, Figure 2 (b) shows a state in which an external load is applied to the triboelectric generator according to the present invention. When a load 100 is applied from the outside, friction occurs between the negatively charged thin film and the lower electrode 30 inside the generator. The electrons move to the lower electrode 30, and the negative charge on the lower electrode 30 and the negative charge on the surface of the negatively charged body 20 become.

도 2(c)는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기에 외부 하중이 제거되는 상태를 나타낸 것이다. 외부 하중(100)이 제거되면 마찰된 두 표면, 즉, 음전하 대전체(20) 및 하부 전극(30)이 분리되고 상부 전극(10)과 하부 전극(30) 사이에 전하 평형을 형성하기 위해 상부 전극(10)으로부터 하부 전극(30)으로 외부 회로를 통해 전자들이 이동하여 출력 전류가 발생하게 된다.Figure 2 (c) shows a state in which the external load is removed in the triboelectric generator according to the present invention. When the external load 100 is removed, the two rubbed surfaces, that is, the negatively charged object 20 and the lower electrode 30 are separated, and the upper electrode 10 and the lower electrode 30 are separated to form a charge balance between the upper and lower electrodes. Electrons move from the electrode 10 to the lower electrode 30 through an external circuit to generate an output current.

도 2(d)는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기에서 외부 하중이 완전히 제거된 상태를 나타낸 것이다. 외부 하중(100)이 완전히 제거 되면, 발전기 내부의 각 층들은 초기 상태로 복원되지만, 본 발명에 따른 음전하 대전체(20)는 절연 특성 때문에 표면에 음전하가 유지 되고 상부 전극(10)은 양전하 상태로 유지된다.Figure 2 (d) shows a state in which the external load is completely removed in the triboelectric generator according to the present invention. When the external load 100 is completely removed, each layer inside the generator is restored to its initial state, but the negatively charged body 20 according to the present invention maintains a negative charge on the surface due to insulating properties and the upper electrode 10 is in a positively charged state is maintained as

도 2(e)는 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기에 다시 외부 하중이 적용되는 상태를 나타낸 것이다. 도 2(e)에 나타낸 것처럼 반복하여 발전기 상부에 외부 하중(10)이 적용되면, 음전하 대전체(20)층과 하부 전극(30) 사이의 거리가 줄어들면서 표면의 음전하들이 하부 전극(30)에 양전하를 정전기적 유도(electrostatic induction)하여 하부 전극(30)으로부터 상부 전극(10)으로 전자들이 이동하여 도 2(c)에 나타낸 것과 반대방향으로 출력 전류가 발생하게 된다.2(e) shows a state in which an external load is applied again to the triboelectric generator according to the present invention. When an external load 10 is repeatedly applied to the upper part of the generator as shown in FIG. 2(e), the distance between the negatively charged body 20 layer and the lower electrode 30 is reduced and the negative charges on the surface are reduced to the lower electrode 30. By electrostatic induction of positive charges, electrons move from the lower electrode 30 to the upper electrode 10, thereby generating an output current in the opposite direction to that shown in FIG. 2(c).

본 발명에 따른 마찰 전기 발전기는 상기 도 2(a) 내지 도 2(e)에 나타낸 과정을 반복하며 출력을 생성하게 된다.The triboelectric generator according to the present invention generates an output by repeating the process shown in FIGS. 2(a) to 2(e).

한편, 본 발명에 따른 음전하 대전체를 이용하는 경우, 마찰 전기 발전기에도 적용하여 우수한 효과를 구현할 수 있다.On the other hand, when the negatively charged body according to the present invention is used, it can be applied to a triboelectric generator to achieve excellent effects.

즉, 본 발명에 따른 음전하 대전체를 발전기에 적용하는 경우, 마찰에 의한 전하의 생성, 분리 및 축적 원리를 이용하여 대전 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 함께 재료 자체가 갖는 출력 전류의 본질적인 한계를 뛰어넘기 위하여 전하 생성기, 전하 분리기, 그리고 전하 축적기를 통합한 시스템인 전하 펌프라는 개념을 도입함으로써, 고출력 값을 갖는 마찰 전기 발전기를 구현할 수 있다.That is, when the negatively charged object according to the present invention is applied to a generator, the charging characteristics can be greatly improved by using the principle of generation, separation, and accumulation of electric charges by friction. In addition, by introducing the concept of a charge pump, which is a system that integrates a charge generator, a charge separator, and a charge accumulator, to overcome the intrinsic limit of the output current of the material itself, a triboelectric generator with a high output value can be implemented. .

따라서, 본 발명에 따른 마찰 전기 발전기의 출력 값은 16μA 내지 70μA일 수 있다.Accordingly, the output value of the triboelectric generator according to the present invention may be between 16 μA and 70 μA.

또한, 상기 마찰 전기 발전기에서 본 발명에 따른 음전하 대전체는 상부 전극 및 하부 전극 사이에 박막 구조로 적용될 수 있다. 이때, 상기 박막의 두께는, 예를 들면, 0.1㎛ 내지 1000㎛, 1㎛ 내지 800㎛ 또는 50㎛ 내지 600㎛일 수 있다. 박막의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우 상부 및 하부 전극 사이에 저항이 사라지기 때문에 발전기로서의 기능이 구현되지 않는 문제점이 있고, 1000㎛를 초과하는 경우에는 음전하 대전체와 접촉하지 않는 전극에 정전기 유도가 되지 않아 출력이 저감되는 문제가 있다.In addition, in the triboelectric generator, the negatively charged body according to the present invention may be applied in a thin film structure between the upper electrode and the lower electrode. In this case, the thickness of the thin film may be, for example, 0.1 μm to 1000 μm, 1 μm to 800 μm, or 50 μm to 600 μm. If the thickness of the thin film is less than 0.1㎛, there is a problem that the function as a generator is not implemented because the resistance between the upper and lower electrodes disappears. Therefore, there is a problem in that the output is reduced.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are provided to illustrate the present invention and do not limit the scope of the present invention only to these examples.

실시예 1Example 1

Figure 112019121883254-pat00023
Figure 112019121883254-pat00023

단계 (1)Step (1)

먼저, 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 처리를 통하여, 각 단량체 스티렌(styrene)과 4-(클로로메틸)스티렌(4-(chloromethyl)styrene)에 존재하는 라디컬 억제제를 제거하였다. 그 후 상기 단량체(스티렌 : 4-(클로로메틸)스티렌)의 비율을 9:1로 유지하여 1,4-dioxane에 녹여주었다. 다음으로, 아르곤 분위기 하에서, 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile)을 4 mol% 첨가하여 90℃에서 교반하였다. 반응 시간을 각각 12, 24, 72시간으로 조절하여 공중합체의 분자량을 조절하였다. 반응이 끝난 후, 생성된 혼합물을 메탄올과 헥산에 침전시켜, 미 반응한 단량체들을 제거하였다. 마지막으로 진공 건조하여, Poly(styrene-co-chloromethylstyrene) 고분자 중간체 A를 얻었다. First, through aluminum oxide treatment, the radical inhibitors present in each monomer styrene and 4-(chloromethyl)styrene were removed. Thereafter, the ratio of the monomer (styrene: 4- (chloromethyl) styrene) was maintained at 9:1 and dissolved in 1,4-dioxane. Next, under an argon atmosphere, 4 mol% of azobisisobutyronitrile was added and stirred at 90°C. The molecular weight of the copolymer was controlled by adjusting the reaction time to 12, 24, and 72 hours, respectively. After the reaction was completed, the resulting mixture was precipitated in methanol and hexane to remove unreacted monomers. Finally, by vacuum drying, Poly(styrene-co-chloromethylstyrene) polymer intermediate A was obtained.

단계 (2)Step (2)

단계 (1)에서 얻은 고분자 중간체 A를 N,N-dimethylformamide(DMF)에 녹인 후, 과량의 소듐 아지드(sodium azide)를 첨가하여 12시간 교반하였다. 반응이 끝난 후, 메탄올과 헥산에 침전시켜 정제하였으며, 진공 건조하여 Poly(styrene-co-axidomethylstyrene) 고분자 중간체 B를 얻었다. The polymer intermediate A obtained in step (1) was dissolved in N,N-dimethylformamide (DMF), an excess of sodium azide was added thereto, and the mixture was stirred for 12 hours. After the reaction was completed, it was purified by precipitation in methanol and hexane, and vacuum-dried to obtain a Poly(styrene-co-axidomethylstyrene) polymer intermediate B.

단계 (3)Step (3)

상기 치환된 아지드(azide)를 가진 고분자 중간체 B와 풀러렌(fullerene, C60)을 클로로벤젠(chlorobenzene)에 녹인 후, 60℃에서 12시간 교반하였다. 미 반응한 fullerene을 제거하기 위하여, 헥산에 수 차례 침전을 반복하여 필터하여, Poly(styrene-co-NC60methylstyrene) 고분자를 합성하였다. The polymer intermediate B having the substituted azide and fullerene (C 60 ) were dissolved in chlorobenzene, followed by stirring at 60° C. for 12 hours. In order to remove unreacted fullerene, precipitation was repeated several times in hexane and filtered to synthesize a Poly(styrene-co-NC 60 methylstyrene) polymer.

비교예 1Comparative Example 1

시판되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름을 사용하여, 음전하 대전체를 형성하였다.A commercially available polytetrafluoroethylene (PTFE) film was used to form a negatively charged body.

실험예 1: 음전하 대전체의 특성 측정Experimental Example 1: Measurement of properties of negatively charged objects

전하 포집 및 유지 능력 확인을 위해 코로나 방전을 이용하여 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 음전하 대전체 표면에 전자의 양을 극대화시킨 후, 마찰 전기 발전기의 상부에 푸싱 장비를 이용하여 30N, 3Hz의 조건으로 하중을 적용하고, 일렉트로미터(electrometer)를 이용하여 전하 밀도를 측정하였다. 시간에 따른 전하량 유지 특성을 확인하였다.After maximizing the amount of electrons on the surface of the negatively charged object prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 using corona discharge to check the charge collection and retention ability, 30N using a pushing device on the upper part of the triboelectric generator, A load was applied under the condition of 3 Hz, and the charge density was measured using an electrometer. The charge amount retention characteristics over time were confirmed.

상기와 같이 제조된 음전하 대전체의 전하 포집 능력 측정 결과는 각각 도 3a(비교예 1) 및 도 3b(실시예 1)에 나타내었다.The measurement results of the charge trapping ability of the negatively charged object prepared as described above are shown in FIGS. 3A (Comparative Example 1) and 3B (Example 1), respectively.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 음전하 대전체의 전하 포집 능력은 시간이 지나도 비교예 1에 따라 제조된 음전하 대전체의 전하 포집 능력보다 높음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B , it can be seen that the charge trapping ability of the negatively charged body prepared according to Example 1 is higher than that of the negatively charged body manufactured according to Comparative Example 1 over time.

따라서, 본 발명에 따른 음전하 대전체를 마찰 전기 발전기에 적용하는 경우 전하 포집 능력이 획기적으로 증가되어 우수한 전하 생성 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.Therefore, when the negatively charged object according to the present invention is applied to a triboelectric generator, it can be confirmed that the charge collection ability is remarkably increased, thereby having excellent charge generation efficiency.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be easily changed by those of ordinary skill in the art from the embodiments of the present invention to equivalents. It includes all changes to the extent recognized as such.

Claims (14)

하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 주쇄로 포함하고,
하기 화학식 2로 표시되는 C60 풀러렌(fullerene)-함유 그룹을 상기 주쇄에 결합되는 측쇄로 포함하고,
상기 주쇄의 일 말단에 고분자 그룹 또는 메틸 그룹을 포함하는 음전하 대전체:
<화학식 1>
Figure 112021079050334-pat00024

<화학식 2>
Figure 112021079050334-pat00025

상기 화학식 1 및 2 중,
A1 및 A2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중 하나 이상으로 치환된, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택되고,
상기 A1 및 A2에 포함된 적어도 하나의 수소는 상기 화학식 2로 표시되는 그룹으로 치환되고,
0≤n1≤1, 0≤n2≤1이고, n1 및 n2의 합은 1이고,
m1은 1 내지 5,000의 정수 중에서 선택되고,
L1은 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 및 페닐렌기 중에서 선택되고,
a1은 0 내지 10의 정수 중에서 선택되고,
*은 주쇄와의 결합 사이트이다.
It comprises a repeating unit represented by the following formula (1) as a main chain,
A C 60 fullerene-containing group represented by the following Chemical Formula 2 is included as a side chain bonded to the main chain,
A negatively charged body comprising a polymer group or a methyl group at one end of the main chain:
<Formula 1>
Figure 112021079050334-pat00024

<Formula 2>
Figure 112021079050334-pat00025

In Formulas 1 and 2,
A 1 and A 2 are each independently selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and
Deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group , and a C 6 -C 20 aryl group; and a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and C substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group. 6 -C 20 aryl group; substituted with one or more of, a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group,
At least one hydrogen included in A 1 and A 2 is substituted with a group represented by Formula 2,
0≤n1≤1, 0≤n2≤1, the sum of n1 and n2 is 1,
m1 is selected from an integer of 1 to 5,000,
L 1 is a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group; and
Deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, and C 1 -C 20 alkoxy It is selected from a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a phenylene group substituted with one or more of the groups,
a1 is selected from an integer of 0 to 10,
* denotes a binding site with the main chain.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 1-1로 표시되는, 음전하 대전체:
<화학식 1-1>
Figure 112019121883254-pat00026

상기 화학식 1-1 중,
n1, n2 및 m1에 대한 설명은 제1항에 정의된 바를 참조하고,
상기 R11 내지 R18는 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고,
단, 상기 R11 내지 R18 중 하나 이상은 상기 화학식 2로 표시되는 측쇄와의 결합 사이트다.
According to claim 1,
The repeating unit represented by the formula (1) is a negatively charged body represented by the following formula (1-1):
<Formula 1-1>
Figure 112019121883254-pat00026

In Formula 1-1,
For the description of n1, n2 and m1, refer to the bar defined in claim 1,
wherein R 11 to R 18 are a binding site with the side chain represented by Formula 2, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydra a zino group, a hydrazono group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and
C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from
However, at least one of R 11 to R 18 is a binding site with the side chain represented by Formula 2 above.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 L1은 하기 화학식 3-1 내지 3-4 중 선택된 어느 하나로 표시된 그룹인, 음전하 대전체:
Figure 112019121883254-pat00027

상기 화학식 3-1 내지 3-4 중,
Z1 및 Z2는 서로 독립적으로, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, 및 C1-C20알콕시기이고,
d4는 0 내지 4의 정수이고,
* 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
According to claim 1,
Wherein L 1 is a group represented by any one selected from the following Chemical Formulas 3-1 to 3-4, a negatively charged body:
Figure 112019121883254-pat00027

In Formulas 3-1 to 3-4,
Z 1 and Z 2 are each independently, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, C 1 -C 20 alkyl group, and a C 1 -C 20 alkoxy group,
d4 is an integer from 0 to 4,
* and *' are binding sites with neighboring atoms.
제1항에 있어서,
상기 고분자 그룹은 중량 평균 분자량(Mw)이 10 kDa 내지 100 kDa인, 음전하 대전체.
According to claim 1,
The polymer group has a weight average molecular weight (Mw) of 10 kDa to 100 kDa.
제1항에 있어서,
상기 고분자 그룹은 호모폴리머 또는 코폴리머인, 음전하 대전체.
According to claim 1,
wherein the polymer group is a homopolymer or copolymer.
제1항에 있어서,
상기 고분자 그룹은 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane, PDMS), 폴리 이미드 그룹 및 이들의 조합 중에서 선택된, 음전하 대전체.
According to claim 1,
wherein the polymer group is selected from polydimethyl siloxane (PDMS), polyimide groups, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
하기 화학식 A 내지 B로 표시된, 음전하 대전체:
<화학식 A>
Figure 112019121883254-pat00028

<화학식 B>
Figure 112019121883254-pat00029

Figure 112019121883254-pat00030

Figure 112019121883254-pat00031

Figure 112019121883254-pat00032

<화학식 4>
Figure 112019121883254-pat00033

상기 화학식 A 내지 B 중,
0≤n11≤1, 0≤n12≤1이고, n11 및 n12의 합은 1이고,
P1은 화학식 B-1 내지 B-8로 표시된 그룹 중 선택되고,
d1은 1 내지 10의 정수 중에서 선택되고,
x는 1 내지 50 중에서 선택된 정수이고,
R21 내지 R26은 상기 화학식 4로 표시되는 그룹, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고,
c3은 0 내지 3 중에서 선택된 정수이고,
c4는 0 내지 4 중에서 선택된 정수이고,
L31은 *-C(R32)(R33)-*', *-Si(R32)(R33)-*', *-N(R32)-*', *-O-*', 및 *-S-*' 중에서 선택되고,
a31은 0 내지 5 중에서 선택된 정수이고,
R31 내지 R33은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, C6-C20 아릴기, -B(Q11)(Q12), -N(Q11)(Q12), -C(Q11)(Q12)(Q13), -Si(Q11)(Q12)(Q13), 및 -Ge(Q11)(Q12)(Q13); 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고,
상기 Q11 내지 Q13은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 아지드기(-N3), C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 니트로기 중 선택된 하나 이상으로 치환된, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 및 C6-C20 아릴기; 중에서 선택되고,
* 및 *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
According to claim 1,
A negatively charged body represented by the following formulas A to B:
<Formula A>
Figure 112019121883254-pat00028

<Formula B>
Figure 112019121883254-pat00029

Figure 112019121883254-pat00030

Figure 112019121883254-pat00031

Figure 112019121883254-pat00032

<Formula 4>
Figure 112019121883254-pat00033

In Formulas A to B,
0≤n11≤1, 0≤n12≤1, the sum of n11 and n12 is 1,
P 1 is selected from the group represented by Formulas B-1 to B-8,
d1 is selected from an integer of 1 to 10,
x is an integer selected from 1 to 50,
R 21 to R 26 are a group represented by Formula 4, hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, hydroxyl group, cyano group, nitro group, amidino group, hydrazino group, hydrazo no group, a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and
C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from
c3 is an integer selected from 0 to 3,
c4 is an integer selected from 0 to 4,
L 31 is *-C(R 32 )(R 33 )-*', *-Si(R 32 )(R 33 )-*', *-N(R 32 )-*', *-O-*' , and *-S-*',
a31 is an integer selected from 0 to 5;
R 31 to R 33 are hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, an azide group (-N 3 ), C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, C 6 -C 20 aryl group, -B(Q 11 )(Q 12 ), -N(Q 11 )(Q 12 ), -C (Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), —Si(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ), and —Ge(Q 11 )(Q 12 )(Q 13 ); and
C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from
The Q 11 to Q 13 are each independently hydrogen, deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, a nitro group, an amidino group, a hydrazino group, a hydrazono group, a a zide group (-N 3 ), a C 1 -C 20 alkyl group, a C 1 -C 20 alkoxy group, and a C 6 -C 20 aryl group; and
C 1 -C 20 alkyl group, C 1 -C 20 alkoxy group, and C 6 substituted with one or more selected from deuterium, -F, -Cl, -Br, -I, a hydroxyl group, a cyano group, and a nitro group -C 20 aryl group; is selected from
* and *' are binding sites with neighboring atoms.
제1항, 제3항, 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 음전하 대전체를 포함하는 마찰 전기 발전기.A triboelectric generator comprising the negatively charged body of any one of claims 1, 3, and 5 to 9. 제10항에 있어서,
상기 마찰 전기 발전기의 출력 값은 16μA 내지 70μA인 마찰 전기 발전기.
11. The method of claim 10,
The triboelectric generator has an output value of 16 μA to 70 μA.
제10항에 있어서,
하기 조건 1 및 조건 2를 만족하는, 마찰 전기 발전기:
<조건 1>
Q1 ≥ 4 × Q0
<조건 2>
Q2 ≥ 0.5 × Q1
상기 조건 1 및 2 중, Q0는 전하 주입 전 마찰 전기 발전기의 전하량이고, Q1은 전하 주입 후 마찰 전기 발전기의 초기 전하량이고, Q2는 전하 주입 후 2 시간 이후 마찰 전기 발전기의 전하량이다.
11. The method of claim 10,
A triboelectric generator satisfying the following conditions 1 and 2:
<Condition 1>
Q 1 ≥ 4 × Q 0
<Condition 2>
Q 2 ≥ 0.5 × Q 1
Among the conditions 1 and 2, Q 0 is the charge amount of the triboelectric generator before charge injection, Q 1 is the initial charge amount of the triboelectric generator after charge injection, and Q 2 is the charge amount of the triboelectric generator 2 hours after charge injection.
제10항에 있어서,
상기 음전하 대전체는 박막 형태인 마찰 전기 발전기.
11. The method of claim 10,
The negatively charged body is a triboelectric generator in the form of a thin film.
제13항에 있어서,
상기 박막의 두께는 0.1㎛ 내지 1000㎛인 마찰 전기발전기.
14. The method of claim 13,
The thickness of the thin film is 0.1㎛ to 1000㎛ triboelectric generator.
KR1020190153555A 2019-11-26 2019-11-26 charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same KR102333221B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190153555A KR102333221B1 (en) 2019-11-26 2019-11-26 charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190153555A KR102333221B1 (en) 2019-11-26 2019-11-26 charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210064858A KR20210064858A (en) 2021-06-03
KR102333221B1 true KR102333221B1 (en) 2021-11-30

Family

ID=76396637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190153555A KR102333221B1 (en) 2019-11-26 2019-11-26 charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102333221B1 (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101960447B1 (en) * 2017-07-06 2019-03-20 울산과학기술원 charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Maximum Surface Charge Density for Triboelectric Nanogenerators Achieved by Ionized-Air Injection: Methodology and Theoretical Understanding, Sihong Wang 외6, Adv. Mater. 2014, (2014.06.25. 공개)*
Self-assembly of Thioether Functionalized Fullerenes on Gold and Their Activity in Electropolymerization of Styrene, P. Piotrowski 외5, RSC advanced (2015.10.07. 공개)*
Voltammetric study of fullerene C60 and fullerene C60 nanotubes with sandwich method, Xuzhi Zhang 외4, Synthetic Metals 159 (2008.12.05. 공개)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210064858A (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Highly stretchable, non-flammable and notch-insensitive intrinsic self-healing solid-state polymer electrolyte for stable and safe flexible lithium batteries
US8223472B1 (en) Norbornylene-based polymer systems for dielectric applications
Villaluenga et al. Nanostructured single-ion-conducting hybrid electrolytes based on salty nanoparticles and block copolymers
Thakur et al. Polystyrene grafted polyvinylidenefluoride copolymers with high capacitive performance
Kashiwagi et al. Nano-cluster-enhanced high-performance perfluoro-polymer electrets for energy harvesting
Stoyanov et al. Molecular composites with enhanced energy density for electroactive polymers
Schon et al. Polyfullerene Electrodes for High Power Supercapacitors.
CN109149992B (en) Improved friction nano generator
KR101882538B1 (en) Organic semiconductors
Ye et al. Novel multi-block conductive binder with polybutadiene for Si anodes in lithium-ion batteries
JP2009104819A (en) Electricity storage material and secondary battery using it
KR20150082230A (en) Vibratory generator device and power source module
KR101632785B1 (en) Self-rechargeable hybrid battery and electronic device comprising the same
Ahmad et al. Realizing the capability of negatively charged graphene oxide in the presence of conducting polyaniline for performance enhancement of tribopositive material of triboelectric nanogenerator
KR102333221B1 (en) charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same
KR20160058274A (en) Binder comprising polymer formed by branching of block copolymer comprising poly(propylene oxide) block and poly(ethylene oxide) block
Wei et al. POSS-ProDOT crosslinking of PEDOT
KR101960447B1 (en) charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same
KR20180048554A (en) Polymeric binder for anodes using interaction between polyacrylic acid and polyaniline
US20220115692A1 (en) Dynamically-bonded supramolecular polymers for stretchable batteries
KR101805725B1 (en) Charged body having negative electric charge and artificial generator comprising the same
US10972018B2 (en) Low frequency kinetic energy harvester
KR102020099B1 (en) Polymer compound for a conductive polymer and method for producing same
KR101827826B1 (en) An anode material for aqueous rechargeable lithium-ion battery and a method for manufacturing the same
JP2005228705A (en) Power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right