KR102658222B1 - Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof - Google Patents
Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102658222B1 KR102658222B1 KR1020210163539A KR20210163539A KR102658222B1 KR 102658222 B1 KR102658222 B1 KR 102658222B1 KR 1020210163539 A KR1020210163539 A KR 1020210163539A KR 20210163539 A KR20210163539 A KR 20210163539A KR 102658222 B1 KR102658222 B1 KR 102658222B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal ring
- dielectric
- electrode
- sleeve
- positive charge
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 40
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 27
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 27
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 14
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/04—Friction generators
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/16—Physical properties antistatic; conductive
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/18—Physical properties including electronic components
Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
본 발명은 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰대전 나노발전기로서, 유전체로 구성되거나, 표면에 유전체층이 구비된 유전체 기둥; 상기 유전체 기둥 일측 표면을 구비되는 제1전극; 상기 유전체 기둥 타측 표면에 구비되는 제2전극; 및 직경이 상기 유전체 기둥의 직경보다 크며, 상기 유전체 기둥의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 기둥과 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 금속링 유닛;을 포함하고, 내부에 전자가 유도된 상기 금속링이 상기 제2전극과 접촉되면 상기 금속링과 상기 제2전극 사이 전위차가 발생되는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, a sleeve-type device, and a method of operating the same. More specifically, the triboelectric nanogenerator includes a dielectric pillar made of a dielectric or having a dielectric layer on the surface; a first electrode provided on one surface of the dielectric pillar; a second electrode provided on the other surface of the dielectric pillar; and a metal ring unit whose diameter is larger than the diameter of the dielectric pillar, and which moves by gravity according to the angle of the dielectric pillar and generates friction with the dielectric pillar to induce electrons therein. The present invention relates to a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, wherein a potential difference is generated between the metal ring and the second electrode when the metal ring is in contact with the second electrode.
Description
본 발명은 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, a sleeve type device, and a method of operating the same.
최근 크게 주목받고 있는 에너지 하베스팅 기술 중 하나인 마찰대전 나노발전기는 신체 움직임, 풍력, 파력 등의 버려지는 기계적 에너지를 마찰에 의한 대전효과를 활용하여 전기로 변환시킨다. Triboelectric nanogenerator, one of the energy harvesting technologies that has recently attracted much attention, converts wasted mechanical energy such as body movement, wind power, and wave power into electricity by utilizing the charging effect caused by friction.
마찰대전나노발전기(Triboelectric nanogenerators, TENG)는 전류를 나타내는 Maxwell의 변위 전류를 통해 입력된 기계적 에너지를 전기 에너지 출력으로 변환 할 수 있다. Triboelectric nanogenerators (TENG) can convert input mechanical energy into electrical energy output through Maxwell's displacement current, which represents electric current.
TENG의 이러한 잠재력은 생성 메커니즘을 분석하고 표면 전하가 더 높은 재료를 제조하고 마이크로/나노 구조의 표면을 구현하여 표면적을 증가시킴으로써 입증되었다. This potential of TENGs was demonstrated by analyzing the generation mechanism, fabricating materials with higher surface charge, and increasing the surface area by implementing micro/nanostructured surfaces.
출력이 증가된 TENG는 휴대용 전자 기기, 화학 및 동작 감지를 위한 다양한 자체 전원 센서의 보조 전원으로 사용되고 있다. 전형적인 TENG 구조는 상대 운동을 나타내는 전극과 유전체층으로 구성되어 있다. TENGs with increased output are being used as auxiliary power sources for portable electronic devices and a variety of self-powered sensors for chemical and motion detection. A typical TENG structure consists of electrodes and dielectric layers that exhibit relative motion.
이는 움직임에 의한 마찰로 장치 내부 유전체의 표면전하에 의한 전위차가 발생시켜 전자의 흐름을 유도하게 된다. 이때 회로 내부에서의 전자의 흐름을 통해 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다. 마찰대전 나노발전기는 다양한 움직임 속에서 전기를 발생시키는데 이는 신체 움직임, 기계 내부의 움직임 등이 있다. 특히 신체 움직임을 입력원으로 사용되는 마찰대전 나노발전기의 경우 팔, 다리 등의 다양한 움직임 속에서 활용이 가능하여 움직임 센서로 사용되는 경우가 많다.This generates a potential difference due to the surface charge of the dielectric inside the device due to friction caused by movement, thereby inducing the flow of electrons. At this time, current is generated through the flow of electrons inside the circuit, producing electricity. Triboelectric nanogenerators generate electricity through various movements, including body movement and internal movement of machines. In particular, triboelectric nanogenerators that use body movement as an input source can be used in various movements of the arms and legs, so they are often used as motion sensors.
하지만 신체 움직임을 입력원으로 사용되는 마찰대전 나노발전기의 해결해야할 문제 중 하나는 발생하는 전류의 양이 작다는데 있다. 신체 움직임은 마찰을 일으키기엔 한정적인 움직임을 갖고 있으며 신체 표면에 맞춰 제작을 해야 하여 마찰 면적에 따라 출력이 변화하는 기존의 마찰대전 나노발전기의 경우 신체 움직임에 의한 출력은 마이크로암페어 단위의 전류가 발생한다. However, one of the problems to be solved with triboelectric nanogenerators that use body movement as an input source is that the amount of current generated is small. Body movement has a limited amount of movement to cause friction, and in the case of existing triboelectric nanogenerators whose output varies depending on the friction area as they must be manufactured to fit the body surface, the output due to body movement generates a current in the unit of microampere. do.
때문에 대부분의 신체 움직임을 활용한 마찰대전 나노발전기는 발생하는 작은 전기 출력을 전기신호로 활용한 움직임 센서로 밖에 활용할 수 없어 응용 분야가 작다는 단점을 지닌다. 따라서 새로운 메커니즘을 통해 한정적인 움직임을 통해서도 높은 전류의 출력이 발생하며 새로운 응용분야를 지닌 마찰대전 나노발전기가 필요하다.Therefore, triboelectric nanogenerators that utilize most body movements have the disadvantage of having a small field of application as they can only be used as motion sensors that use the small electrical output generated as an electrical signal. Therefore, a triboelectric nanogenerator that generates high current output even through limited movement through a new mechanism and has new application fields is needed.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 표면에 유전체층을 갖는 원통에 연속적인 금속 링이 각도에 의한 중력으로 움직이면서 전기를 발생시킬 수 있는, 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was devised to solve the above-described conventional problems. According to an embodiment of the present invention, a continuous metal ring on a cylinder having a dielectric layer on the surface is capable of generating electricity while moving by gravity at an angle. The purpose is to provide a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, a sleeve-type device, and a method of operating the same.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속 링이 각도에 의해 움직이면서 덮여져 있는 유전체층(PTFE) 표면과 마찰이 발생하게 되고 이에 따라 금속 링 내부에 전자가 유도되며, 금속링이 양전하유도층(나일론) 위에 위치한 제2전극과 접촉되는 경우 유도되었던 전자에 의해 금속링과 부착된 제2전극 사이에 강한 전위차가 발생하여 전자가 직접 이동하여 큰 출력을 발생시킬 수 있는, 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, as the metal ring moves at an angle, friction occurs with the surface of the dielectric layer (PTFE) covered, thereby inducing electrons inside the metal ring, and the metal ring is placed on the positive charge induction layer (nylon). When in contact with a positioned second electrode, a strong potential difference is generated between the metal ring and the attached second electrode due to the induced electrons, allowing the electrons to move directly and generate a large output. Triboelectric charge nano using a continuous metal ring. The purpose is to provide a generator, a sleeve type device, and a method of operating the same.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 제2전극은 나일론 등과 같은 양전하유도층 상에 구비되어, 양전하유도층에 의해 제2전극 측에 더 많은 양전하가 모여 음전하가 모여 있는 금속 링과 더 큰 전위차를 발생시킬 수 있는, 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, the second electrode is provided on a positive charge induction layer such as nylon, so that more positive charges are collected on the side of the second electrode by the positive charge induction layer, thereby creating a larger potential difference with the metal ring in which negative charges are collected. The purpose is to provide a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, a sleeve type device, and a method of operating the same.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 사람이 직접 착용하여 사용 가능하도록 제작되어, 생산된 전기 출력으로 LED 등의 다양한 디바이스를 킬 뿐만 아니라 캐패시터 충전이 가능하며, 신체에 착용된 각종 웨어러블 디바이스, 센서의 전력으로 사용가능하고, 이를 활용하여 신체내 전기장에 영향을 주어 미세전기자극을 줄 수 있는 디바이스로 사용이 가능한, 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, it is manufactured so that a person can wear it and use it directly, and the produced electrical output can not only turn on various devices such as LEDs, but also charge capacitors, and can be used to charge various wearable devices and sensors worn on the body. Provides a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, a sleeve-type device, and its operating method that can be used as electric power and can be used as a device that can provide microelectrical stimulation by influencing the electric field within the body. There is a purpose to doing so.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명의 제1목적은 마찰대전 나노발전기로서, 유전체로 구성되거나, 표면에 유전체층이 구비된 유전체 기둥; 상기 유전체 기둥 일측 표면을 구비되는 제1전극; 상기 유전체 기둥 타측 표면에 구비되는 제2전극; 및 직경이 상기 유전체 기둥의 직경보다 크며, 상기 유전체 기둥의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 기둥과 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 금속링 유닛;을 포함하고, 내부에 전자가 유도된 상기 금속링이 상기 제2전극과 접촉되면 상기 금속링과 상기 제2전극 사이 전위차가 발생되는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is a triboelectric nanogenerator, which includes a dielectric pillar made of a dielectric or having a dielectric layer on the surface; a first electrode provided on one surface of the dielectric pillar; a second electrode provided on the other surface of the dielectric pillar; and a metal ring unit whose diameter is larger than the diameter of the dielectric pillar, and which moves by gravity according to the angle of the dielectric pillar and generates friction with the dielectric pillar to induce electrons therein. It can be achieved as a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, wherein a potential difference is generated between the metal ring and the second electrode when the metal ring is in contact with the second electrode.
그리고 상기 유전체 기둥 타측표면에 양전하유도층이 구비되고, 상기 제2전극은 상기 양전하유동층 상에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, a positive charge induction layer may be provided on the other surface of the dielectric pillar, and the second electrode may be installed on the positive charge fluid layer.
또한 상기 양전하유도층은 상기 유전체 또는 상기 유전체층보다 전자친화도가 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the positive charge induction layer may be characterized by lower electron affinity than the dielectric or the dielectric layer.
그리고 상기 금속링 유닛은 독립된 복수의 금속링들이 서로 교차되어 연속적으로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the metal ring unit may be characterized in that a plurality of independent metal rings are intersecting each other and are continuously connected.
또한 상기 유전체 또는 상기 유전체층은 PTFE로 구성되고, 상기 양전하유도층은 나일론으로 구성되며, 상기 양전하유도층의 길이는 상기 제2전극의 길이 이상이고, 상기 제2전극 길이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the dielectric or the dielectric layer is composed of PTFE, the positive charge induction layer is composed of nylon, and the length of the positive charge induction layer is greater than or equal to the length of the second electrode and 1.5 times or less of the length of the second electrode. can do.
본 발명의 제2목적은 슬리브 타입 디바이스로서, 유전체로 구성된 의복형태로 신체 일부에 착용되는 유전체 슬리브; 상기 유전체 슬리브 일측 표면을 구비되는 제1전극; 상기 유전체 슬리브 타측표면에 구비되는 양전하유도층; 상기 양전하유도층 표면 상에 구비되는 제2전극; 및 직경이 상기 유전체 슬리브가 신체에 착용된 상태의 직경보다 크며, 착용된 상기 유전체 슬리브의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 슬리브와 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 금속링 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a sleeve-type device, which includes a dielectric sleeve worn on a part of the body in the form of clothing made of dielectric; a first electrode provided on one surface of the dielectric sleeve; A positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric sleeve; a second electrode provided on the surface of the positive charge induction layer; and a metal ring unit, the diameter of which is larger than the diameter of the dielectric sleeve when worn on the body, and which is moved by gravity according to the angle of the dielectric sleeve worn and generates friction with the dielectric sleeve to induce electrons therein. It can be achieved as a sleeve type device comprising:
그리고 상기 양전하유도층은 상기 유전체 슬리브보다 전자친화도가 낮은 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the positive charge induction layer may have lower electron affinity than the dielectric sleeve.
또한 금속링 유닛은 독립된 복수의 금속링들이 서로 교차되어 연속적으로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the metal ring unit may be characterized in that a plurality of independent metal rings are intersected and continuously connected to each other.
그리고 상기 유전체 슬리브는 폴리에스터를 함유하고, 상기 양전하유도층은 나일론으로 구성되며, 상기 양전하유도층의 길이는 상기 제2전극의 길이 이상이고, 상기 제2전극 길이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 할 수 있다. And the dielectric sleeve contains polyester, the positive charge induction layer is made of nylon, and the length of the positive charge induction layer is greater than the length of the second electrode and 1.5 times or less of the length of the second electrode. You can.
본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 마찰대전 나노발전기의 작동방법에 있어서, 유전체 기둥의 각도 변화에 따라 금속링이 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 기둥과 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 단계; 상기 금속링이 상기 유전체 기둥의 타측표면에 구비된 양전하유도층 상의 제2전극과 접촉되는 단계; 및 상기 금속링과 상기 제2전극에 전위차가 발생되어 전자가 이동되어 전기를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기의 작동방법으로서 달성될 수 있다. The third object of the present invention is a method of operating a triboelectric nanogenerator according to the first object mentioned above, in which the metal ring is moved by gravity according to a change in the angle of the dielectric pillar, thereby generating friction with the dielectric pillar, thereby causing internal A step in which electrons are induced; contacting the metal ring with a second electrode on a positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric pillar; and generating a potential difference between the metal ring and the second electrode to move electrons and output electricity. This can be achieved as a method of operating a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring.
본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 제2목적에 따른 슬리브 타입 디바이스의 작동방법에 있어서, 의복 형태의 유전체 슬리브를 착용하는 단계; 착용된 상기 유전체 슬리브의 각도에 따라 금속링이 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 슬리브와 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 단계; 상기 금속링이 상기 유전체 슬리브의 타측표면에 구비된 양전하유도층 상의 제2전극과 접촉되는 단계; 및 상기 금속링과 상기 제2전극에 전위차가 발생되어 전자가 이동되어 전기를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스의 작동방법으로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is a method of operating a sleeve-type device according to the aforementioned second object, comprising: wearing a dielectric sleeve in the form of a garment; A metal ring is moved by gravity according to the angle of the worn dielectric sleeve, generating friction with the dielectric sleeve, thereby inducing electrons therein; contacting the metal ring with a second electrode on a positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric sleeve; and generating a potential difference between the metal ring and the second electrode to move electrons and output electricity.
그리고 출력된 전기는 신체에 부착된 웨어러블 디바이스, 센서의 구동전력, 커패시터 충전전력, 또는 신체 내 전기장에 영향을 주는 미세전기자극으로 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다. The output electricity can be used as driving power for wearable devices attached to the body, sensors, charging power for capacitors, or as micro-electrical stimulation that affects the electric field within the body.
본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 따르면, 표면에 유전체층을 갖는 원통에 연속적인 금속 링이 각도에 의한 중력으로 움직이면서 전기를 발생시킬 수 있는 효과를 갖는다. According to a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention, a sleeve-type device, and a method of operating the same, a continuous metal ring on a cylinder having a dielectric layer on the surface moves by gravity at an angle to generate electricity. It has an effect that can be achieved.
본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 따르면, 금속링이 각도에 의해 움직이면서 덮여져 있는 유전체층(PTFE) 표면과 마찰이 발생하게 되고 이에 따라 금속 링 내부에 전자가 유도되며, 금속링이 양전하유도층(나일론) 위에 위치한 제2전극과 접촉되는 경우 유도되었던 전자에 의해 금속링과 부착된 제2전극 사이에 강한 전위차가 발생하여 전자가 직접 이동하여 큰 출력을 발생시킬 수 있는 효과를 갖는다. According to the triboelectric charge nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention, a sleeve-type device, and its operating method, as the metal ring moves at an angle, friction occurs with the surface of the covered dielectric layer (PTFE). Accordingly, electrons are induced inside the metal ring, and when the metal ring is in contact with the second electrode located on the positive charge induction layer (nylon), a strong potential difference is generated between the metal ring and the attached second electrode due to the induced electrons, thereby generating electrons. It has the effect of being able to generate a large output by moving directly.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 따르면, 제2전극은 나일론 등과 같은 양전하유도층 상에 구비되어, 양전하유도층에 의해 제2전극 측에 더 많은 양전하가 모여 음전하가 모여 있는 금속 링과 더 큰 전위차를 발생시킬 수 있는 효과를 갖는다. And according to the triboelectric charge nanogenerator using a continuous metal ring, the sleeve-type device, and the operating method thereof according to an embodiment of the present invention, the second electrode is provided on a positive charge induction layer such as nylon, and is charged by the positive charge induction layer. More positive charges are gathered on the second electrode side, which has the effect of generating a larger potential difference with the metal ring where negative charges are gathered.
또한 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기, 슬리브 타입 디바이스, 및 그 작동방법에 따르면, 사람이 직접 착용하여 사용 가능하도록 제작되어, 생산된 전기 출력으로 LED 등의 다양한 디바이스를 킬 뿐만 아니라 캐패시터 충전이 가능하며, 신체에 착용된 각종 웨어러블 디바이스, 센서의 전력으로 사용가능하고, 이를 활용하여 신체내 전기장에 영향을 주어 미세전기자극을 줄 수 있는 디바이스로 사용이 가능한 장점이 있다. In addition, according to the triboelectric charge nanogenerator using a continuous metal ring, the sleeve-type device, and its operating method according to an embodiment of the present invention, it is manufactured so that a person can wear it directly and use it, and the produced electrical output can be used to generate various devices such as LEDs. Not only can it turn on the device, but it can also charge the capacitor. It can be used as power from various wearable devices and sensors worn on the body, and can be used as a device that can provide micro-electrical stimulation by influencing the electric field within the body. There is.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기 사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 특정각도로 기울어진, 제1전극, 양전하유도층, 제2전극이 패터닝된 유전체 기둥의 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 연속적 금속링 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기의 작동 매커니즘의 흐름도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실험예에 따른 전압, 전류 그래프,
도 7은 원통표면 전부에 PTFE만 코팅된 경우, 전부에 나일론만 코팅된 경우, PTFE가 코팅되고 제2전극이 위치된 부위에만 나일론이 코팅된 경우의 사시도,
도 8은 도 7의 각각에 대한 출력 비교그래프,
도 9는 나일론의 길이가 제2전극의 길이(5cm)보다 양단 각각에서 0.2, 0.5, 1, 1.2cm 긴 경우를 나타낸 사시도,
도 10은 도 9 각각의 경우에 대한 출력 비교 그래프,
도 11a 및 도 11b는 금속링이 이동될 때, 전자유도와, 금속링이 제2전극에 접속되는 상태의 전자 이동상태를 나타낸 모식도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 소매 형태로 제작된 슬리브 타입 디바이스 사진,
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 소매 형태로 제작된 슬리브 타입 디바이스의 동작사진과, 생선된 전력으로 on된 LED 사진,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 슬리브 타입 디바이스의 전압, 전류 측정그래프를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 and 2 are photographs of a discharge-type triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a perspective view of a dielectric pillar with a first electrode, a positive charge induction layer, and a second electrode patterned, inclined at a specific angle according to an embodiment of the present invention;
4A and 4B are photographs of a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention;
5 is a flowchart of the operating mechanism of a discharge-type triboelectric charge nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention;
6A and 6B are voltage and current graphs according to an experimental example of the present invention;
Figure 7 is a perspective view of a case where only PTFE is coated on the entire cylindrical surface, a case where only nylon is coated on the entire surface, and a case where PTFE is coated and nylon is coated only on the area where the second electrode is located;
Figure 8 is an output comparison graph for each of Figure 7,
Figure 9 is a perspective view showing a case where the length of nylon is 0.2, 0.5, 1, and 1.2 cm longer at each end than the length of the second electrode (5 cm);
Figure 10 is an output comparison graph for each case in Figure 9;
11A and 11B are schematic diagrams showing electromagnetic induction when the metal ring is moved and the electron movement state when the metal ring is connected to the second electrode;
12 is a photograph of a sleeve-type device manufactured in the form of a sleeve according to an embodiment of the present invention;
13 is a photograph of the operation of a sleeve-type device manufactured in the form of a sleeve according to an embodiment of the present invention, and a photograph of the LED turned on with generated power;
Figures 14a and 14b show voltage and current measurement graphs of a sleeve type device according to an embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기의 구성, 기능, 및 그 작동방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function, and operating method of a discharge-type triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기 사진을 나타낸 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 특정각도로 기울어진, 제1전극, 양전하유도층, 제2전극이 패터닝된 유전체 기둥의 사시도를 도시한 것이다. 또한 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 연속적 금속링 사진을 나타낸 것이다. First, Figures 1 and 2 show photographs of a discharge-type triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention. And Figure 3 shows a perspective view of a dielectric pillar with a first electrode, a positive charge induction layer, and a second electrode patterned, inclined at a specific angle according to an embodiment of the present invention. Additionally, Figures 4a and 4b show photographs of continuous metal rings according to an embodiment of the present invention.
그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기의 작동 매커니즘의 흐름도를 도시한 것이다. And Figure 5 shows a flowchart of the operating mechanism of a discharge-type triboelectric charge nanogenerator using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 방전형 마찰대전 나노발전기(100)는 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 기둥(10), 제1전극(20), 제2전극(30), 연속적인 금속링(50)들이 서로 독립적으로 교차되어 연결되어진 금속링유닛 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 그리고 이러한 금속링 유닛은 유전체 기둥의 각도 변화에 따라 중력에 의해 유전체 기둥의 표면을 따라 이동되게 된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the discharge-type triboelectric nanogenerator 100 using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention includes a
보다 구체적으로 유전체 기둥(10)은 원통형태로 구성될 수 있으며, 유전체로 구성되거나 표면 전체가 유전체층으로 코팅되어 진다. 본 발명의 구체적 실시예에서 이러한 유전체, 유전체층은 Polytetrafluoroethylene(PTFE)일 수 있다. More specifically, the
그리고 이러한 유전체 기둥(10)의 일측 표면(도 3 기준 좌측)을 감싸는 형태로 제1전극(20)이 구비되며, 타측 표면(도 3 기준 우측)에 제2전극(30)이 구비된다. A
금속링 유닛은 연속적인 금속링(50)들이 서로 교차되어 연결되어 있으며, 금속링(50)의 직경은 유전체 기둥(10)의 직경보다 크며, 유전체 기둥(10)의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서(S1) 유전체 기둥(10) 표면의 유전체층과 마찰이 발생되어(S2) 내부에 전자가 유도되게 된다(S3). The metal ring unit consists of continuous metal rings 50 connected to each other by crossing each other. The diameter of the
그리고 마찰대전이 발생되어 내부에 전자가 유도된 금속링(50)이 제2전극(30)과 접촉되면(S4) 금속링(50)과 제2전극(30) 사이 전위차가 발생되게 되어(S5), 전자가 직접이동하여 출력을 발생시키게 된다(S6). And, when triboelectric charge is generated and the
또한 본 발명의 실시예에 따른 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 유전체 기둥(10) 타측 표면에 양전하유도층(40)이 구비되고, 제2전극(30)은 양전하유도층(40) 상에 설치되어 짐을 알 수 있다. 이러한 양전하유도층(40)은 유전체 또는 유전체층보다 전자친화도가 낮으며, 구체적 실시예에서는 나일론으로 구성된다. In addition, as shown in FIG. 3, the triboelectric nanogenerator 100 using a continuous metal ring according to an embodiment of the present invention is provided with a positive
따라서 금속링(50)이 각도에 의해 움직이면서 덮여져 있는 유전체층 표면과 마찰이 발생하게 되고 이에 따라 금속링(50) 내부에 전자가 유도된다. 금속링(50)이 나일론으로 구성된 양전하유도층(40) 상에 위치한 제2전극(30)과 만나는 경우, 유도되었던 전자에 의해 금속링(50)과 부착된 제2전극(30) 사이에 강한 전위차가 발생하여 전자가 직접 이동하여 큰 출력을 발생시킨다. Therefore, as the
이때 제2전극(30) 하에 위치해 있는 양전하유도층(40) 표면에 의해 더 강한 전위차가 발생하는데 이는 전자친화도가 비교적 낮은 나일론 등에 의해 제2전극(30) 쪽에 양전하가 모여 음전하가 모여 있는 금속링(50)과 더 큰 전위차가 발생하게 된다. At this time, a stronger potential difference is generated by the surface of the positive
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실험예에 따른 전압, 전류 그래프를 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 해당 출력의 측정 결과, 피크 개회로 전압이 478 V와 피크 폐회로 전류로 620 mA이다.Figures 6a and 6b show voltage and current graphs according to an experimental example of the present invention. As shown in FIGS. 6A and 6B, as a result of measuring the corresponding output, the peak open circuit voltage is 478 V and the peak closed circuit current is 620 mA.
도 7은 원통표면 전부에 PTFE만 코팅된 경우, 전부에 나일론만 코팅된 경우, PTFE가 코팅되고 제2전극이 위치된 부위에만 나일론이 코팅된 경우의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 도 7의 각각에 대한 출력 비교그래프를 도시한 것이다. Figure 7 shows a perspective view of a case where only PTFE is coated on the entire cylindrical surface, a case where only nylon is coated on the entire surface, and a case where PTFE is coated and nylon is coated only on the area where the second electrode is located. And Figure 8 shows an output comparison graph for each of Figure 7.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발전 원리는 원통 표면 구조에 따라 출력이 변화하게 됨을 알 수 있다. 즉, 같은 조건 속에서 원통 표면이 모두 PTFE로만 덮여져 있는 경우, 모두 나일론으로만 덮여져 있는 경우, PTFE로 덮여진 상태에서 일부만 나일론으로 덮여져 있고 그 나일론 상에 제2전극이 위치되는 경우에서 출력 측정 결과 나일론, PTFE으로만 덮여져 있는 경우 두 경우 모두 대략 190 V의 출력이 발생한 반면, PTFE가 덮여져 있는 상태에서 일부만 나일론으로 덮여져 있는 경우 더 높은 출력인 478 V의 출력이 발생함을 확인할 수 있었다.As shown in Figures 7 and 8, it can be seen that the power generation principle according to the embodiment of the present invention changes the output depending on the cylindrical surface structure. That is, under the same conditions, when the cylindrical surface is entirely covered with PTFE, when it is entirely covered with nylon, or when only a portion of the cylindrical surface is covered with PTFE and the second electrode is located on the nylon. As a result of the output measurement, it was found that when covered only with nylon and PTFE, an output of approximately 190 V was generated in both cases, whereas when the PTFE was covered and only partially covered with nylon, a higher output of 478 V was generated. I was able to confirm.
도 9는 나일론의 길이가 제2전극의 길이(5cm)보다 양단 각각에서 0.2, 0.5, 1, 1.2cm 긴 경우를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 10은 도 9 각각의 경우에 대한 출력 비교 그래프를 도시한 것이고, 도 11a 및 도 11b는 금속링이 이동될 때, 전자유도와, 금속링이 제2전극에 접속되는 상태의 전자 이동상태를 나타낸 모식도를 도시한 것이다. Figure 9 shows a perspective view showing the case where the length of nylon is 0.2, 0.5, 1, and 1.2 cm longer at each end than the length of the second electrode (5 cm). And Figure 10 shows an output comparison graph for each case of Figure 9, and Figures 11a and 11b show electromagnetic induction when the metal ring is moved and the electron movement state when the metal ring is connected to the second electrode. It shows a schematic diagram showing .
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 나일론이 덮여진 길이에 따라서도 출력이 변화함을 확인할 수 있다. 나일론의 길이가 제2전극 양단에서 0.2 cm, 0.5 cm, 1 cm, 1.2 cm 각각 긴 경우에 발생하는 출력을 비교한 결과를 보면, 0.2cm, 0.5cm, 1cm로 나일론 길이가 증가하게 되면 그에 따라서 그 전압은 128 V, 412 V, 478 V 로 증가하지만 1.2 cm로 더 길어지게 되면 금속 링에 유도된 전자에 나일론이 영향을 미치게 되면서 81 V로 출력이 감소하게 된다. As shown in Figures 9 and 10, it can be seen that the output changes depending on the length covered with nylon. Looking at the results of comparing the output generated when the length of nylon is 0.2 cm, 0.5 cm, 1 cm, and 1.2 cm longer at both ends of the second electrode, when the nylon length increases to 0.2 cm, 0.5 cm, and 1 cm, the The voltage increases to 128 V, 412 V, and 478 V, but when it becomes longer to 1.2 cm, the output decreases to 81 V as the nylon affects the electrons induced in the metal ring.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 소매 형태로 제작된 슬리브 타입 디바이스 사진을 나타낸 것이다. 그리고 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 소매 형태로 제작된 슬리브 타입 디바이스의 동작사진과, 생선된 전력으로 on된 LED 사진을 나타낸 것이다. 또한 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 슬리브 타입 디바이스의 전압, 전류 측정그래프를 도시한 것이다. Figure 12 shows a photograph of a sleeve-type device manufactured in the form of a sleeve according to an embodiment of the present invention. And Figure 13 shows a photograph of the operation of a sleeve-type device manufactured in the form of a sleeve according to an embodiment of the present invention and a photograph of an LED turned on with generated power. Additionally, Figures 14a and 14b show voltage and current measurement graphs of a sleeve type device according to an embodiment of the present invention.
앞서 설명한 마찰대전 나노발전기는 사용자가 착용할 수 있는 의복형태의 슬리브 타입 디바이스(1)로 제작되어 질 수 있다. The triboelectric nanogenerator described above can be manufactured as a sleeve-type device (1) in the form of clothing that can be worn by the user.
유전체 슬리브(11)는 유전체로 구성된 의복형태로 신체 일부에 착용되도록 구성되며, 본 발명의 실시예에서는 팔에 착용되는 형태로 제작되었다. 이러한 의복형태의 유전체 슬리브(11)는 폴리에스터(polyester) 재질로 구성되거나, 도 12에 도시된 바와 같이, 92%의 폴리에스터와 8%의 폴리우레탄으로 제작될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. The dielectric sleeve 11 is designed to be worn on part of the body in the form of clothing made of dielectric, and in the embodiment of the present invention, it is manufactured to be worn on the arm. This clothing-type dielectric sleeve 11 may be made of polyester or, as shown in FIG. 12, may be made of 92% polyester and 8% polyurethane. However, it is not limited to this.
제1전극(20)은 유전체 슬리브(11) 일측 표면(도 12 기준 좌측, 도 13기준 우측)을 구비되고, 나일론(양전하유도층)(40)은 유전체 슬리브(11) 타측표면(도 12기준 우측, 도 13 기준 좌측)에 구비되며, 제2전극(30)은 이러한 양전하유도층(40) 표면 상에 구비된다. 이러한 제1전극(20)과 제2전극(30)은 전도성 면으로 구성될 수 있다. The
연속적인 금속링(50)의 직경은 유전체 슬리브(11)가 신체에 착용된 상태의 직경보다 크며, 착용된 유전체 슬리브(11)의 각도에 따라 금속링(50)이 중력에 의해 이동되면서 유전체 슬리브(11)와 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되게 된다. 그리고 금속링(50)이 유전체 슬리브(11)의 타측표면에 구비된 양전하유도층(40) 상의 제2전극(30)과 접촉되면, 금속링(50)과 제2전극(30)에 전위차가 발생되어 전자가 이동되어 전기를 출력하게 된다. The diameter of the
도 14a 및 도 14b는 이러한 슬리브 타입 디바이스를 사람이 직접 착용하여 발생한 전기 출력 그래프이다. 사람의 한정적인 움직임으로도 피크 출력으로 대략 개회로 전압 40 V, 폐회로 전류 20 mA가 발생하는 것을 확인하였는데 이 전기 출력으로 LED 등의 다양한 디바이스를 킬 뿐만 아니라, 상용되는 캐패시터 또한 충전이 될 것으로 예상된다. Figures 14a and 14b are graphs of electrical output generated when a person directly wears this sleeve-type device. It was confirmed that even with limited human movement, the peak output generates approximately 40 V in open circuit voltage and 20 mA in closed circuit current. This electrical output is expected to not only power various devices such as LEDs, but also charge commercially available capacitors. do.
또한 이 기술을 활용하여 신체내 전기장에 영향을 주어 미세전기자극을 줄 수 있는 디바이스로 사용이 가능하다. 해당 디바이스를 끼고 금속 링을 팔의 움직임으로 이동시킨 결과 손등 부분에서 0.3 V의 전위차가 발생함을 확인하였다. 따라서 이 디바이스는 원하는 부위에 미세전기 자극이 가해지는 운동 기구로서 활용될 수 있다.Additionally, this technology can be used as a device that can provide micro-electrical stimulation by influencing the electric field within the body. As a result of wearing the device and moving the metal ring with the movement of the arm, it was confirmed that a potential difference of 0.3 V occurred at the back of the hand. Therefore, this device can be used as an exercise device that applies micro-electrical stimulation to the desired area.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.
1:슬리브 타입 디바이스
10:유전체 기둥
11:유전체 슬리브
20:제1전극
30:제2전극
40:양전하유도층(나일론)
50:금속링
100:연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기1:Sleeve type device
10: Dielectric pillar
11:Dielectric sleeve
20: first electrode
30: Second electrode
40: Positive charge induction layer (nylon)
50: Metal ring
100: Triboelectric nanogenerator using continuous metal rings
Claims (12)
유전체로 구성되거나, 표면에 유전체층이 구비된 유전체 기둥;
상기 유전체 기둥의 일측 표면을 구비되는 제1전극;
상기 유전체 기둥의 타측 표면에 구비되는 양전하유도층;
상기 양전하유도층의 표면 상에 구비되는 제2전극; 및
직경이 상기 유전체 기둥의 직경보다 크며, 상기 유전체 기둥의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 기둥과 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 금속링 유닛;을 포함하고,
상기 제2전극과 비접촉상태로 상기 유전체 기둥 상을 마찰이동하면서 내부에 전자가 유도된 상기 금속링이, 상기 제2전극과 접촉되면 상기 금속링 및 상기 제2전극 사이 전위차에 의해 상기 금속링으로부터 상기 제2전극을 통해 전자가 직접 이동함으로써 상기 제2전극에서 전기출력이 발생하는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기.
As a triboelectric nanogenerator,
A dielectric pillar made of a dielectric or provided with a dielectric layer on the surface;
a first electrode provided on one surface of the dielectric pillar;
A positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric pillar;
a second electrode provided on the surface of the positive charge induction layer; and
It includes a metal ring unit whose diameter is larger than the diameter of the dielectric pillar, and which moves by gravity according to the angle of the dielectric pillar and generates friction with the dielectric pillar to induce electrons therein,
When the metal ring, in which electrons are induced inside while frictionally moving on the dielectric pillar in a non-contact state with the second electrode, comes into contact with the second electrode, the metal ring is separated from the metal ring by a potential difference between the metal ring and the second electrode. A triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, characterized in that electrical output is generated from the second electrode by directly moving electrons through the second electrode.
상기 양전하유도층은 상기 유전체 또는 상기 유전체층보다 전자친화도가 낮은 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기.
According to clause 1,
A triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, wherein the positive charge induction layer has lower electron affinity than the dielectric or the dielectric layer.
상기 금속링 유닛은 독립된 복수의 금속링들이 서로 교차되어 연속적으로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기.
According to clause 1,
The metal ring unit is a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, characterized in that a plurality of independent metal rings are continuously connected to each other.
상기 유전체 또는 상기 유전체층은 PTFE로 구성되고,
상기 양전하유도층은 나일론으로 구성되며,
상기 양전하유도층의 길이는 상기 제2전극의 길이 이상이고, 상기 제2전극 길이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기.
According to clause 3,
The dielectric or the dielectric layer is composed of PTFE,
The positive charge induction layer is made of nylon,
A triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, characterized in that the length of the positive charge induction layer is greater than or equal to the length of the second electrode and less than or equal to 1.5 times the length of the second electrode.
유전체로 구성된 의복형태로 신체 일부에 착용되는 유전체 슬리브;
상기 유전체 슬리브의 일측 표면을 구비되는 제1전극;
상기 유전체 슬리브의 타측 표면에 구비되는 양전하유도층;
상기 양전하유도층의 표면 상에 구비되는 제2전극; 및
직경이 상기 유전체 슬리브가 신체에 착용된 상태의 직경보다 크며, 착용된 상기 유전체 슬리브의 각도에 따라 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 슬리브와 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 금속링 유닛;을 포함하고,
상기 제2전극과 비접촉상태로 상기 유전체 슬리브 상을 마찰이동하면서 내부에 전자가 유도된 상기 금속링이, 상기 제2전극과 접촉되면 상기 금속링 및 상기 제2전극 사이 전위차에 의해 상기 금속링으로부터 상기 제2전극을 통해 전자가 직접 이동함으로써 상기 제2전극에서 전기출력이 발생하는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스.
As a sleeve type device,
A dielectric sleeve worn on a part of the body in the form of a garment made of dielectric;
a first electrode provided on one surface of the dielectric sleeve;
a positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric sleeve;
a second electrode provided on the surface of the positive charge induction layer; and
It includes a metal ring unit whose diameter is larger than the diameter of the dielectric sleeve when worn on the body, and which moves by gravity according to the angle of the dielectric sleeve worn and generates friction with the dielectric sleeve to induce electrons therein. do,
When the metal ring, in which electrons are induced inside while frictionally moving on the dielectric sleeve in a non-contact state with the second electrode, comes in contact with the second electrode, the metal ring is separated from the metal ring by a potential difference between the metal ring and the second electrode. A sleeve type device characterized in that electrical output is generated from the second electrode by directly moving electrons through the second electrode.
상기 양전하유도층은 상기 유전체 슬리브보다 전자친화도가 낮은 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스.
According to clause 6,
A sleeve-type device, wherein the positive charge induction layer has lower electron affinity than the dielectric sleeve.
상기 금속링 유닛은 독립된 복수의 금속링들이 서로 교차되어 연속적으로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스.
According to clause 6,
The metal ring unit is a sleeve-type device characterized in that a plurality of independent metal rings are crossed and connected continuously.
상기 유전체 슬리브는 폴리에스터를 함유하고,
상기 양전하유도층은 나일론으로 구성되며,
상기 양전하유도층의 길이는 상기 제2전극의 길이 이상이고, 상기 제2전극 길이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스.
According to clause 6,
The dielectric sleeve contains polyester,
The positive charge induction layer is made of nylon,
A sleeve type device, characterized in that the length of the positive charge induction layer is greater than or equal to the length of the second electrode and is less than or equal to 1.5 times the length of the second electrode.
유전체 기둥의 각도 변화에 따라 금속링이 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 기둥과 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 단계;
상기 금속링이 상기 유전체 기둥의 타측표면에 구비된 양전하유도층 상의 제2전극과 접촉되는 단계; 및
상기 금속링과 상기 제2전극에 전위차가 발생되어 전자가 이동되어 전기를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 금속링을 이용한 마찰대전 나노발전기의 작동방법.
In the method of operating the triboelectric nanogenerator according to any one of claims 1, 3 to 5,
A metal ring is moved by gravity according to a change in the angle of the dielectric pillar, causing friction with the dielectric pillar, thereby inducing electrons therein;
contacting the metal ring with a second electrode on a positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric pillar; and
A method of operating a triboelectric nanogenerator using a continuous metal ring, comprising the step of generating a potential difference between the metal ring and the second electrode to move electrons and output electricity.
의복 형태의 유전체 슬리브를 착용하는 단계;
착용된 상기 유전체 슬리브의 각도에 따라 금속링이 중력에 의해 이동되면서 상기 유전체 슬리브와 마찰이 발생되어 내부에 전자가 유도되는 단계;
상기 금속링이 상기 유전체 슬리브의 타측표면에 구비된 양전하유도층 상의 제2전극과 접촉되는 단계; 및
상기 금속링과 상기 제2전극에 전위차가 발생되어 전자가 이동되어 전기를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스의 작동방법.
In the method of operating the sleeve type device according to any one of claims 6 to 9,
putting on a dielectric sleeve in the form of a garment;
A metal ring is moved by gravity according to the angle of the worn dielectric sleeve, generating friction with the dielectric sleeve, thereby inducing electrons therein;
contacting the metal ring with a second electrode on a positive charge induction layer provided on the other surface of the dielectric sleeve; and
A method of operating a sleeve-type device comprising a step of generating a potential difference between the metal ring and the second electrode to move electrons and output electricity.
출력된 전기는 신체에 부착된 웨어러블 디바이스, 센서의 구동전력, 커패시터 충전전력, 또는 신체 내 전기장에 영향을 주는 미세전기자극으로 이용되는 것을 특징으로 하는 슬리브 타입 디바이스의 작동방법.
According to clause 11,
A method of operating a sleeve-type device, characterized in that the output electricity is used as driving power for a wearable device attached to the body, sensor driving power, capacitor charging power, or micro-electrical stimulation that affects the electric field within the body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210163539A KR102658222B1 (en) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210163539A KR102658222B1 (en) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230077024A KR20230077024A (en) | 2023-06-01 |
| KR102658222B1 true KR102658222B1 (en) | 2024-04-19 |
Family
ID=86770764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210163539A KR102658222B1 (en) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102658222B1 (en) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104253561B (en) * | 2013-06-25 | 2018-06-08 | 北京纳米能源与系统研究所 | Sliding friction generator, electricity-generating method and vector shift sensor |
| US9444031B2 (en) * | 2013-06-28 | 2016-09-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Energy harvester using mass and mobile device including the energy harvester |
| KR101685184B1 (en) | 2014-12-17 | 2016-12-13 | 한국과학기술원 | Cylindrical triboelectric generator based on contact-electrification and method for manufacturing the generator |
| KR101728472B1 (en) | 2015-10-27 | 2017-04-20 | 중앙대학교 산학협력단 | Energy harvesting apparatus using triboelectrification |
| KR101800091B1 (en) | 2015-12-18 | 2017-11-21 | 한국과학기술원 | Triboelectric generating apparatus using drippy polymer |
| KR102101085B1 (en) | 2018-08-16 | 2020-04-14 | 중앙대학교 산학협력단 | Triboelectrification generator applicable to portable electric apparatus |
| KR102233550B1 (en) * | 2019-03-04 | 2021-03-30 | 연세대학교 산학협력단 | Columnar triboelectric energy harvester for omni-directional wind energy harvesting |
-
2021
- 2021-11-24 KR KR1020210163539A patent/KR102658222B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230077024A (en) | 2023-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Self-powered electronic skin based on the triboelectric generator | |
| Zhang et al. | All-in-one self-powered flexible microsystems based on triboelectric nanogenerators | |
| Dharmasena et al. | Towards optimized triboelectric nanogenerators | |
| Dhakar et al. | An intelligent skin based self-powered finger motion sensor integrated with triboelectric nanogenerator | |
| Hinchet et al. | Recent progress on flexible triboelectric nanogenerators for selfpowered electronics | |
| Liang et al. | Functional triboelectric generator as self-powered vibration sensor with contact mode and non-contact mode | |
| US10868478B2 (en) | Wearable energy generating apparatus | |
| Li et al. | A magnetized microneedle-array based flexible triboelectric-electromagnetic hybrid generator for human motion monitoring | |
| Wang et al. | Efficient triboelectric nanogenerator (TENG) output management for improving charge density and reducing charge loss | |
| Yu et al. | Stretchable and skin-conformal piezo-triboelectric pressure sensor for human joint bending motion monitoring | |
| Vo et al. | Mechanically active transducing element based on solid–liquid triboelectric nanogenerator for self-powered sensing | |
| JP6581181B2 (en) | Electrostatic induction sensor, generator, sensing method and power generation method | |
| KR102140939B1 (en) | Fibrous turboelectric generator, fabric woven using thererof and method of manufacturing fibrous triboelectric genarator | |
| KR102658222B1 (en) | Triboelectric Nanogenerator uisng continuous metal ring and method of operation threreof | |
| Zhu et al. | A flexible multi-layer electret nanogenerator for bending deformation energy harvesting and strain sensing | |
| Naval et al. | Flexible V-shaped piezoelectric-triboelectric device for biomechanical energy harvesting and sensing | |
| Dhakar et al. | Overview of energy harvesting technologies | |
| KR102026170B1 (en) | electrical energy harvester capable of measuring deformation and tactile force | |
| Liu et al. | Coaxial spring-like stretchable triboelectric nanogenerator toward personal healthcare monitoring | |
| Cho et al. | Self-powered hybrid triboelectric–piezoelectric electronic skin based on P (VDF-TrFE) electrospun nanofibers for artificial sensory system | |
| Shin et al. | Fully stretchable textile-based triboelectric nanogenerators with crepe-paper-induced surface microstructures | |
| Dai et al. | A Flexible Self-Powered Noncontact Sensor with an Ultrawide Sensing Range for Human–Machine Interactions in Harsh Environments | |
| Chiu et al. | PDMS-based flexible energy harvester with Parylene electret and copper mesh electrodes | |
| Chen et al. | Hybrid Piezoelectric/Triboelectric Wearable Nanogenerator Based on Stretchable PVDF–PDMS Composite Films | |
| KR101958807B1 (en) | Hierarchical polymers based self-powered triboelectric sensors and manufacturing method of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |