KR20110056867A - 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 - Google Patents
튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110056867A KR20110056867A KR1020090113360A KR20090113360A KR20110056867A KR 20110056867 A KR20110056867 A KR 20110056867A KR 1020090113360 A KR1020090113360 A KR 1020090113360A KR 20090113360 A KR20090113360 A KR 20090113360A KR 20110056867 A KR20110056867 A KR 20110056867A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tube
- electrode
- nanowires
- nanowire
- core part
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 122
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 14
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- BBKFSSMUWOMYPI-UHFFFAOYSA-N gold palladium Chemical compound [Pd].[Au] BBKFSSMUWOMYPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
개시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치는 외부 튜브에 형성된 나노와이어가 내부 튜브에 흐르는 유체가 흐르면 내부 튜브의 수축 및 팽창에 의해 압력을 받게 된다. 팽창된 내부 튜브의 표면에 의해 압력을 받은 나노와이어는 그 압전 특성에 의해 전기를 발생한다. 또한, 개시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법은 기판에 나노와이어를 성장시킨 뒤에, 전극이 형성된 튜브를 감싸며 나노와이어가 내부로 또는 외부로 가도록 기판을 말아 튜브로 만들거나, 튜브형 기판의 내부 또는 외부에 나노와이어를 형성하여 만든다.
Description
튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
나노와이어는 단면의 지름이 수 내지 수백 나노미터 정도의 극미세선으로, 반도체 실리콘이나 주석 산화물, 갈륨 질화물 등으로 이루어진다. 나노와이어는 반도체 레이저, 트랜지스터, 메모리, 화학 감지용 센서 등 다양한 분야에 사용된다. 압전 효과는 절연성 결정이 역학적 압력을 받을 때 결정의 한쪽에는 양전하가, 다른 한쪽에는 음전하가 생기는 현상이다. 전기적으로 중성인 결정에 압력을 가하면 양전하와 음전하의 중심이 약간 편극되어 크기는 같지만 부호가 다른 전하들이 결정의 반대 면에 생긴다. 이러한 전하 분리로 전기장이 생긴다. 한편, 최근에는 나노와이어의 압전 특성을 이용하여 전기를 발생시키는 장치에 대한 연구가 시도되고 있다.
튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치는
제1튜브;
제1튜브의 내부 표면에 형성된 제1전극;
제1전극 상에 형성되고, 압전 특성을 갖는 복수의 나노와이어;
제1튜브의 내부에 구비된 코어부; 및
코어부 외부 표면에 구비되고, 나노와이어와 전기적 접촉을 형성하는 제2전극;을 포함할 수 있다.
나노와이어는 반도체 재료로 이루어져 있고, 제2전극은 나노와이어와 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극일 수 있다.
코어부는 유연한 재료로 이루어진 제2튜브로서, 그 내부를 흐르는 유체에 의해서 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하여 나노와이어에 압력을 가할 수 있다.
또는 코어부는 그 내부가 채워진 막대 구조물로서, 길이 방향으로 진동하여 그 마찰에 의해 나노와이어에 압력을 가할 수 있다.
코어부는 표면에 제2전극으로 코팅된 복수의 나노구조물을 더 구비할 수 있다.
다른 측면에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치는
제1튜브;
상기 제1튜브의 내부 표면에 구비된 제1전극;
상기 제1튜브의 내부에 구비된 코어부;
상기 코어부 외부 표면에 형성된 제2전극; 및
상기 제2전극 상에 형성되고, 압전 특성을 갖는 복수의 나노와이어;를 포함할 수 있다.
상기 나노와이어는 반도체 재료로 이루어져 있고, 상기 제1전극은 상기 나노와이어와 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극일 수 있다.
상기 코어부는 유연한 재료로 이루어진 제2튜브로서, 그 내부를 흐르는 유체에 의해서 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하여 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있다.
제3튜브가 상기 제1튜브 외부에 더 구비되어, 상기 제1튜브 및 제3튜브 사이에 유체가 흘러 상기 제1튜브가 수축 및 팽창하게 되면, 상기 제1튜브의 내부 표면에 의해 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있다.
일 측면에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법은
기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상에 나노와이어를 성장시키는 단계;
상기 나노와이어와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극을 코어부 상에 형 성하는 단계; 및
상기 나노와이어가 내부로 가며 상기 코어부를 감싸도록 상기 기판을 말아 튜브를 만드는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법은
제1기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 상에 나노와이어를 성장시키는 단계;
상기 나노와이어가 외부로 가도록 상기 기판을 말아 튜브를 만드는 단계; 및
상기 나노와이어와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극을 제2기판 상에 형성하는 단계; 및
상기 제2기판을 상기 제2전극이 내부로 또는 외부로 가면서, 상기 나노와이어가 형성된 튜브를 감싸도록 또는 그 튜브와 접촉하도록 말아 튜브를 만드는 단계;를 포함할 수 있다.
개시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치에 의하면, 액체나 기체 등의 유체의 흐름을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있으므로, 이를 이용한 다양한 무선 장치의 구동이 가능해진다. 또한, 나노와이어와 전극 간의 접촉 면적을 증대시켜 고효율로 전기를 발생시켜 다양한 소자에 적용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께 는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1튜브(100) 내부 표면에 제1전극(103)이 형성되어 있다. 제1전극(103) 상에는 복수의 나노와이어(105)가 형성되어 있다. 여기서 제1튜브(100)는 유연한 재료로 이루어진다. 예를 들어, 제1튜브(100)는 유리, 실리콘, 폴리머, 플라스틱, 카본, CNT로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제1전극(103)은 Ag, In, ITO(Indium Tin Oxide), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 전도성 폴리머(Conductive Polymer), 나노 섬유(Nano Fiber), 나노복합재료(Nanocomposite)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 나노와이어(105)는 제1전극(103) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 이런 나노와이어(105)는 압전 특성을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 즉, 나노와이어(105)는 응력이 인가되면 압전 효과를 나타내는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노와이어(105)는 산화아연(ZnO), 납-지르코늄-티타늄산화물(PZT; lead zirconate titanate), PVDF(polyvinylidene fluoride), 질화갈륨(GaN) 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 재료로 이루어질 수 있다.
제1튜브(100) 내부에는 코어부가 구비되어 있다. 상기 코어부는 제2튜브(110)일 수 있다. 제2튜브(110)는 유연한 재료로 되어 있어, 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하다. 예를 들어, 제2튜브(110)는 유리, 실리콘, 폴리머, 플라스틱, 카본, CNT로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
제2튜브(110) 외부 표면에는 나노와이어(105)와 전기적 접촉을 형성하는 제2전극(115)이 마련되어 있다. 제2전극(115)은 나노와이어(105)와 쇼트키 접촉(schottky contact)을 형성하도록 쇼트키 전극일 수 있다. 여기서, 제2전극(115)은 나노와이어(105)의 일함수와 같거나 큰 일함수를 가질 수 있다. 예를 들면, 제2전극(115)은 일함수가 4.5 이상인 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제2전극(115)은 ITO(Indium Tin Oxide), 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube), 금(Au) 및 백금(Pt), 금-팔라듐 합금(AuPd alloy), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제2튜브(110)의 외부 표면에는 복수의 나노구조물이 형성될 수 있다. 이런 나노구조물은 예를 들어, 나노와이어나 나노막대의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제2전극(115)은 상기 나노구조물을 코팅하도록 형성된다. 상기 나노구조물을 코팅한 제2전극(115)은 나노와이어(105)와 접촉하는 면적을 증대시켜 보다 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
상기 튜브형 압전 에너지 발생 장치에서는, 제2튜브(110)의 외부 표면과 나노와이어(105) 사이의 마찰에 의해 전기에너지가 발생하게 된다. 즉, 제2튜브(110)의 외부 표면이 나노와이어(105)에 대하여 상대적으로 움직이게 되면, 제2튜브(110)와 거의 붙어 있는 나노와이어(105)의 상부는 제2튜브(110)의 외부 표면의 움직임에 따라 휘어지거나 수직 방향으로 수축되는 것과 같이 변형된다. 도 1에서, 제1튜브(100) 중앙 부분의 나노와이어(105)는 제2튜브(110)의 팽창에 따라 수직 방향으로 수축되는 모습이 도시되어 있다. 또한, 제1튜브(100) 좌우 부분의 나노와이어(105)는 제2튜브(110)의 팽창에 따라 휘어지는 모습이 도시되어 있다. 여기서, 나노와이어(105)에 응력이 가해지고, 가해진 응력이 제거되는 과정이 반복됨에 따라 제2튜브(110)의 외부 표면상의 제2전극(115) 및 나노와이어(105) 사이에는 전위차가 발생하게 되고, 이러한 전위차에 의해 발생하는 전자의 흐름에 의해 전기에너지를 얻을 수 있다.
도 1에 도시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치에서는 유연한 재료로 이루어진 제2튜브(110)에 액체 또는 기체 등이 흐르게 되면, 제2튜브(110)가 흐르는 유체의 양에 따라 그 지름 방향으로 팽창되거나 수축하게 된다. 제2튜브(110)가 그 내부를 흐르는 유체에 의해 팽창하게 되면, 제2튜브(110)의 외부 표면에 의해 나노와이어(105)가 압력을 받아 나노와이어(105)의 압전 특성에 의해 나노와이어(105)와 제2튜브(110) 상의 전극(115) 사이에 전위차가 생겨 나노와이어(105)로부터 전극(115)으로 전자가 흐르게 된다. 상기 유체는 예를 들어, 신체 내의 혈액, 타액 등일 수 있다. 전위차에 의해 전극(115)으로 이동한 전자는 전극(115)에 형성된 쇼트키 장벽(Schottky barrier) 또는 높은 저항으로 인해서 누적되며, 이로 인해 전위차가 점차 줄어들어 결국 전위차가 없는 평형 상태에 도달하게 된다. 쇼트키 장벽은 금속과 반도체를 접촉시켰을 때 발생하는 전위의 장벽이다. 평형 상태에서는 더 이상 전자는 흐르지 않게 된다. 이후 나노와이어(105)에 가해진 압력이 제거되면 나노와이어(105)가 휘어지거나 수직 방향으로 수축된 상태에서 원래 상태로 돌 아간다. 이때, 나노와이어(105) 내부에 형성된 압전 포텐셜은 사라지게 되며, 이 사라진 압전 포텐셜에 의해서 다시 전위차가 발생하여 전자가 흐르게 된다. 이때 전자는 나노와이어(105)에 압력을 가했을 때와 반대 방향으로 흐르게 된다.
도 2는 다른 예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 제1튜브(200) 내부 표면에 제1전극(203)이 형성되어 있다. 제1전극(203) 상에는 복수의 나노와이어(205)가 형성되어 있다. 나노와이어(205)는 제1전극(203) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 제1튜브(200)는 유연한 재료로 이루어지며, 나노와이어(205)는 압전 특성을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 나노와이어(205)는 응력이 인가되면 압전 효과를 나타내는 반도체 재료로 이루어질 수 있다.
제1튜브(200) 내부에는 코어부가 구비되어 있다. 상기 코어부는 막대 구조물(210)일 수 있다. 막대 구조물(210)은 그 길이 방향으로 진동이 가능하다. 막대 구조물(210)의 표면상에는 나노와이어(205)와 전기적 접촉을 형성하는 제2전극(215)이 마련되어 있다. 제2전극(215)은 나노와이어(205)와 쇼트키 접촉(schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극일 수 있다. 여기서, 제2전극(215)은 나노와이어(205)의 일함수와 같거나 그보다 큰 일함수를 가질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 막대 구조물(210)의 표면에는 복수의 나노구조물이 형성될 수 있다. 이런 나노구조물은 예를 들어, 나노와이어나 나노막대의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제2전극(215)은 상기 나노구조물을 코팅하도록 형성된다. 상기 나노구조물을 코팅한 제2전극(215)은 나노와이어(205)와 접촉하는 면적을 증대시켜 보다 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
도 2에 도시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치에서는, 막대 구조물(210)의 표면과 나노와이어(205) 사이의 마찰에 의해 전기에너지가 발생하게 된다. 막대 구조물(210)이 그 길이 방향으로 외부 힘에 의해 진동하게 되면, 막대 구조물(210)의 표면과 거의 붙어 있는 나노와이어(205)가 그 마찰에 의해 휘어지거나 수직 방향으로 수축되는 것과 같이 변형된다. 압력을 받은 나노와이어(205)는 그 압전 특성에 의해, 나노와이어(205)와 제2전극(215) 사이에 전위차를 발생시켜 전자가 흐르게 한다. 자세한 전기 에너지 발생 과정은 전술한 바와 같다.
도 3은 다른 예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1튜브(300) 내부 표면에 나노와이어(305)와 전기적 접촉을 형성하도록 제1전극(315)이 구비되어 있다. 제1전극(315)은 나노와이어(305)와 쇼트키 접촉(schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극일 수 있다. 여기서, 제1전극(315)은 나노와이어(305)의 일함수와 같거나 그보다 큰 일함수를 가질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제1튜브(300)의 내부 표면에는 복수의 나노구조물이 형성될 수 있다. 이런 나노구조물은 예를 들어, 나노와이어나 나노막대의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1전극(315)은 상기 나노구조물을 코팅하도록 형성된다. 상기 나노구조물을 코팅한 제1전극(315)은 나노와이어(305)와 접촉하는 면적을 증대시켜 보다 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
제1튜브(300) 내부에는 코어부가 구비되어 있다. 상기 코어부는 제2튜브(310)일 수 있다. 제2튜브(310)는 유연한 재료로 되어 있어 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하다. 제2튜브(310) 외부 표면에는 제2전극(313)이 형성되어 있다. 제2전극(313) 상에는 복수의 나노와이어(305)가 형성되어 있다. 나노와이어(305)는 제2전극(313) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 이런 나노와이어(305)는 압전 특성을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 즉, 나노와이어(305)는 응력이 인가되면 압전 효과를 나타내는 반도체 재료로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 튜브형 압전 에너지 발생 장치에서는, 제1튜브(300)의 내부 표면과 나노와이어(305) 사이의 마찰에 의해 전기에너지가 발생하게 된다. 유연한 재료로 이루어진 제2튜브(310)에 액체 또는 기체 등이 흐르게 되면, 제2튜브(310)가 흐르는 유체의 양에 따라 그 지름 방향으로 팽창되거나 수축하게 된다. 제2튜브(310)가 그 내부를 흐르는 유체에 의해 팽창하게 되면, 제2튜브(310) 상의 나노와이어(305)는 제1튜브(300)의 내부 표면에 의해 압력을 받게 된다. 압력을 받은 나노와이어(305)는 그 압전 특성에 의해 나노와이어(305)와 제1튜브(300) 상의 제1전극(315) 사이에 전위차가 생기게하여 나노와이어(305)로부터 제1전극(315)으로 전자가 흐르게 한다. 자세한 전기 에너지 발생 과정은 전술한 바와 같다.
도 4은 또 다른 예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 제1튜브(400) 내부 표면에 나노와이어(405)와 전기적 접촉 을 형성하도록 제1전극(415)이 구비되어 있다. 제1전극(415)은 나노와이어(405)와 쇼트키 접촉(schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극일 수 있다. 여기서, 제1튜브(400)는 유연한 재료로 되어 있어 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하고, 제1전극(415)은 나노와이어(405)의 일함수와 같거나 그보다 큰 일함수를 가질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제1튜브(400)의 내부 표면에는 복수의 나노구조물이 형성될 수 있다. 이런 나노구조물은 예를 들어, 나노와이어나 나노막대의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1전극(415)은 상기 나노구조물을 코팅하도록 형성된다. 상기 나노구조물을 코팅한 제1전극(415)은 나노와이어(405)와 접촉하는 면적을 증대시켜 보다 효율적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
제1튜브(400) 내부에는 코어부가 구비되어 있다. 상기 코어부는 제2튜브(410)일 수 있다. 제2튜브(410)는 유연한 재료로 되어 있어 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하다. 제2튜브(410) 외부 표면에는 제2전극(413)이 형성되어 있다. 제2전극(413) 상에 는 복수의 나노와이어(405)가 형성되어 있다. 나노와이어(405)는 제2전극(413) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 이런 나노와이어(405)는 압전 특성을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 즉, 나노와이어(405)는 응력이 인가되면 압전 효과를 나타내는 반도체 재료로 이루어질 수 있다.
제1튜브(400)의 외부에는 제3튜브(420)가 더 구비될 수 있다. 제1튜브(400)는 유연한 재료로 되어 있으므로, 제1튜브(400)와 제3튜브(420) 사이로 유체가 흐르게 되면 제1튜브(400)는 그 지름 방향으로 수축 및 팽창하게 된다. 도 4에 도시 된 튜브형 압전 에너지 발생 장치에서는, 제1튜브(400)의 내부 표면과 나노와이어(405) 사이의 마찰에 의해 전기에너지가 발생하게 된다. 유연한 재료로 이루어진 제1튜브(400) 및 제2튜브(410)는 제1튜브(400) 및 제3튜브(420)의 사이에 또는 제2튜브(410)의 내부에 액체 또는 기체 등이 흐르게 되면, 그 흐르는 유체의 양에 따라 지름 방향으로 팽창되거나 수축하게 된다. 제1튜브(400) 또는 제2튜브(410)가 팽창하게 되면, 제2튜브(410) 상의 나노와이어(405)는 제1튜브(400)의 내부 표면에 의해 압력을 받게 된다. 제1튜브(400)와 제2튜브(410)가 모두 수축 및 팽창할 수 있기 때문에, 나노와이어(405)에 효율적으로 압력을 가할 수 있다. 압력을 받은 나노와이어(405)는 그 압전 특성에 의해 나노와이어(405)와 제1튜브(410) 상의 제1전극(415) 사이에 전위차가 생기게 하여 나노와이어(405)로부터 제1전극(415)으로 전자가 흐르게 한다. 자세한 전기 에너지 발생 과정은 전술한 바와 같다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 제1튜브(400) 내부의 코어부는 제2튜브(410) 대신에 막대 구조물일 수 있다. 상기 막대 구조물 상에 제1전극(415)이 형성될 수 있다. 제1전극(415) 상에 복수의 나노와이어가(415)가 형성될 수 있다. 상기 막대 구조물은 그 길이 방향으로 진동하여, 나노와이어(415)에 마찰에 의한 압력을 가할 수 있다.
다음으로 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법에 대해서 설명한다. 도 5a 내지 5e 및 도 6a 내지 6e는 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조 단계를 도시한 것이다.
도 5a 내지 5e를 참조하면, 우선 유연한 재료로 이루어진 기판(500)에 제1전 극(503)을 형성한다. 제1전극(503)은 도금법, 스퍼터링(sputtering), 전자빔 증착법(e-beam evaporation) 또는 열 증착법(thermal evaporation) 등으로 형성될 수 있다. 그 다음, 제1전극(503) 상에 나노와이어(505)를 성장시킨다. 나노와이어(505)는 기판(500) 상에 Zn, ZnO, Au 등의 촉매층을 형성하고, 졸-겔법(sol-gel process), 수열합성, 화학 증착 등의 방법을 사용하여 성장시킬 수 있다. 바람직하게는 저온 졸-겔법을 사용할 수 있다. 코어부(510) 상에 나노와이어(505)와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극(513)을 형성한다. 코어부(510)는 튜브 또는 막대 구조물일 수 있다. 그 다음 나노와이어(505)가 내부로 가며 코어부(510)를 감싸도록 기판(500)을 말아 튜브 형태로 만든다.
도 6a 내지 6e를 참조하면, 우선 유연한 재료로 이루어진 제1기판(600)에 제1전극(603)을 형성한다. 제1전극(603)은 도금법, 스퍼터링(sputtering), 전자빔 증착법(e-beam evaporation) 또는 열 증착법(thermal evaporation) 등으로 형성될 수 있다. 그 다음, 제1전극(603) 상에 나노와이어(605)를 성장시킨다. 나노와이어(605)는 제1기판(600) 상에 Zn, ZnO, Au 등의 촉매층을 형성하고, 졸-겔법(sol-gel process), 수열합성, 화학 증착 등의 방법을 사용하여 성장시킬 수 있다. 바람직하게는 저온 졸-겔법을 사용할 수 있다. 나노와이어(605)가 외부로 가도록 제1기판(600)을 말아 튜브 형태로 만든다. 제1기판(600)을 말아 튜브 형태로 만들 때, 튜브 내부에 코어부(610)를 더 구비할 수 있다. 코어부(610)는 막대 구조물일 수 있다. 그 다음 제2기판(615) 상에 나노와이어(605)와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극(613)을 형성한다. 제2전극(613)이 형성된 제2기판(615)을 제2전극(613) 이 내부로 가도록 하면서, 제1기판(600)으로 만들어진 상기 튜브를 감싸도록 말아 튜브 형태로 만든다.
이러한 본 발명인 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조 단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조 단계를 개략적으로 도시한 것이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
100, 200, 300, 400: 제1튜브 105, 205, 305, 405, 505, 605: 나노와이어
110, 210, 310, 410: 제2튜브 103, 203, 315, 415, 503, 603: 제1전극
115, 215, 313, 413, 513, 613: 제2전극 420: 제3튜브
500: 기판 600: 제1기판
615: 제2기판 510, 610: 코어부
Claims (11)
- 제1튜브;상기 제1튜브의 내부 표면에 형성된 제1전극;상기 제1전극 상에 형성되고, 압전 특성을 갖는 복수의 나노와이어;상기 제1튜브의 내부에 구비된 코어부; 및상기 코어부 외부 표면에 구비되고, 상기 나노와이어와 전기적 접촉을 형성하는 제2전극;을 포함하는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 나노와이어는 반도체 재료로 이루어져 있고, 상기 제2전극은 상기 나노와이어와 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극인 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 코어부는 유연한 재료로 이루어진 제2튜브로서, 그 내부를 흐르는 유체에 의해서 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하여 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 코어부는 그 내부가 채워진 막대 구조물로서, 길이 방향으로 진동하여 그 마찰에 의해 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 코어부는 표면에 제2전극으로 코팅된 복수의 나노구조물을 더 구비하고 있는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제1튜브;상기 제1튜브의 내부 표면에 구비된 제1전극;상기 제1튜브의 내부에 구비된 코어부;상기 코어부 외부 표면에 형성된 제2전극; 및상기 제2전극 상에 형성되고, 압전 특성을 갖는 복수의 나노와이어;를 포함하는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 나노와이어는 반도체 재료로 이루어져 있고, 상기 제1전극은 상기 나노와이어와 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성할 수 있는 쇼트키 전극인 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 코어부는 유연한 재료로 이루어진 제2튜브로서, 그 내부를 흐르는 유체에 의해서 지름 방향으로 수축 및 팽창이 가능하여 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,제3튜브가 상기 제1튜브 외부에 더 구비되어, 상기 제1튜브 및 제3튜브 사이에 유체가 흘러 상기 제1튜브가 수축 및 팽창하게 되면, 상기 제1튜브의 내부 표면에 의해 상기 나노와이어에 압력을 가할 수 있는 튜브형 압전 에너지 발생 장치.
- 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;상기 제1전극 상에 나노와이어를 성장시키는 단계;상기 나노와이어와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극을 코어부 상에 형성하는 단계; 및상기 나노와이어가 내부로 가며 상기 코어부를 감싸도록 상기 기판을 말아 튜브를 만드는 단계;를 포함하는 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법.
- 제1기판 상에 제1전극을 형성하는 단계;상기 제1전극 상에 나노와이어를 성장시키는 단계;상기 나노와이어가 외부로 가도록 상기 기판을 말아 튜브를 만드는 단계; 및상기 나노와이어와 쇼트키 콘택을 형성할 수 있는 제2전극을 제2기판 상에 형성하는 단계; 및상기 제2기판을 상기 제2전극이 내부로 가면서, 상기 나노와이어가 형성된 튜브를 감싸도록 말아 튜브를 만드는 단계;를 포함하는 튜브형 압전 에너지 발생 장치의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090113360A KR101588318B1 (ko) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090113360A KR101588318B1 (ko) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110056867A true KR20110056867A (ko) | 2011-05-31 |
| KR101588318B1 KR101588318B1 (ko) | 2016-01-25 |
Family
ID=44365165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090113360A KR101588318B1 (ko) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101588318B1 (ko) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101293781B1 (ko) * | 2012-06-18 | 2013-08-06 | 인하대학교 산학협력단 | 다층형 나노발전기 및 그 제조방법 |
| WO2014015674A1 (zh) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 纳米超声振动机 |
| KR101411337B1 (ko) * | 2013-02-15 | 2014-06-25 | 전자부품연구원 | 적층구조를 가지는 액체를 이용한 에너지 전환 장치 |
| WO2016010263A1 (ko) * | 2014-07-15 | 2016-01-21 | 전자부품연구원 | 액체를 이용한 전극 적층 구조 에너지 전환 장치 |
| CN105820949A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-03 | 苏州百源基因技术有限公司 | 一种核酸提取仪及其注射装置和注射装置控制方法 |
| CN112786775A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 无源自供能用压电纳米阵列传感器及其制备方法 |
| KR20210086145A (ko) | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 부산대학교 산학협력단 | 붕화질소 압전장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001197758A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-07-19 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータ |
| JP2004273709A (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Toko Inc | 圧電トランス |
| JP2006507692A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-03-02 | ナノシス・インコーポレイテッド | 大面積ナノ可能マクロエレクトロニクス基板およびその使用 |
| JP2009521203A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-28 | ジョージア・テック・リサーチ・コーポレーション | 結合型の圧電半導体ナノ発電機 |
-
2009
- 2009-11-23 KR KR1020090113360A patent/KR101588318B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001197758A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-07-19 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータ |
| JP2006507692A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-03-02 | ナノシス・インコーポレイテッド | 大面積ナノ可能マクロエレクトロニクス基板およびその使用 |
| JP2004273709A (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Toko Inc | 圧電トランス |
| JP2009521203A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-28 | ジョージア・テック・リサーチ・コーポレーション | 結合型の圧電半導体ナノ発電機 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101293781B1 (ko) * | 2012-06-18 | 2013-08-06 | 인하대학교 산학협력단 | 다층형 나노발전기 및 그 제조방법 |
| WO2014015674A1 (zh) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 纳米超声振动机 |
| KR101411337B1 (ko) * | 2013-02-15 | 2014-06-25 | 전자부품연구원 | 적층구조를 가지는 액체를 이용한 에너지 전환 장치 |
| WO2016010263A1 (ko) * | 2014-07-15 | 2016-01-21 | 전자부품연구원 | 액체를 이용한 전극 적층 구조 에너지 전환 장치 |
| US10291153B2 (en) | 2014-07-15 | 2019-05-14 | Korea Electronics Technology Institute | Electrode stacked energy conversion device using liquid |
| CN105820949A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-08-03 | 苏州百源基因技术有限公司 | 一种核酸提取仪及其注射装置和注射装置控制方法 |
| CN105820949B (zh) * | 2016-05-05 | 2018-05-18 | 苏州百源基因技术有限公司 | 一种核酸提取仪及其注射装置和注射装置控制方法 |
| KR20210086145A (ko) | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 부산대학교 산학협력단 | 붕화질소 압전장치 |
| CN112786775A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 无源自供能用压电纳米阵列传感器及其制备方法 |
| CN112786775B (zh) * | 2021-01-04 | 2022-11-11 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 无源自供能用压电纳米阵列传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101588318B1 (ko) | 2016-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101652406B1 (ko) | 전기 에너지 발생 장치 | |
| KR101588318B1 (ko) | 튜브형 압전 에너지 발생 장치 및 그 제조방법 | |
| KR101539670B1 (ko) | 전기에너지 발생장치 | |
| JP5026436B2 (ja) | 結合型の圧電半導体ナノ発電機 | |
| Lee et al. | Pure piezoelectricity generation by a flexible nanogenerator based on lead zirconate titanate nanofibers | |
| KR101861148B1 (ko) | 나노 압전 발전 소자 및 그 제조방법 | |
| EP2290718B1 (en) | Apparatus for generating electrical energy and method for manufacturing the same | |
| Bhavanasi et al. | Enhanced piezoelectric energy harvesting performance of flexible PVDF-TrFE bilayer films with graphene oxide | |
| Huang et al. | GaN nanowire arrays for high-output nanogenerators | |
| JP6049271B2 (ja) | 電気エネルギー発生装置 | |
| KR101647034B1 (ko) | 전기 에너지 발생 장치 및 그 제조 방법 | |
| Opoku et al. | Fabrication of ZnO nanowire based piezoelectric generators and related structures | |
| KR101769459B1 (ko) | 나노 발전 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN103199737B (zh) | 纳米压电发电机及其制造方法 | |
| US7999446B1 (en) | Piezoelectronic device and method of fabricating the same | |
| JP2010135741A (ja) | ナノ圧電素子及びその形成方法 | |
| KR20110047860A (ko) | 압전 나노와이어 구조체 및 이를 포함하는 전기 기기 | |
| KR101208032B1 (ko) | 나노 압전 소자 및 그 형성방법 | |
| US9059397B2 (en) | Nano piezoelectric device having a nanowire and method of forming the same | |
| KR20070027233A (ko) | 나노와이어 전자기기소자 및 그 제조방법 | |
| Wen et al. | In situ observation of current generation in ZnO nanowire based nanogenerators using a CAFM integrated into an SEM | |
| KR101465346B1 (ko) | 압전물질 및 중합체가 혼합된 복합체를 포함한 압전 에너지 발전 소자 | |
| KR101796176B1 (ko) | 압전 나노와이어 구조체 및 이를 포함하는 전기 기기 | |
| KR101982280B1 (ko) | 적층된 구조를 가지는 직물 기반의 에너지 제너레이터 | |
| Han et al. | Controllable preparation of helically structured polymer nanobelts by simple writing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181220 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191217 Year of fee payment: 5 |