KR20120058710A - Manufacturing method for flexible nanogenerator and flexible nanogenerator manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플렉서블 나노제너레이터 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 구부러짐에 따라 전력이 생산되므로, 인체의 움직임 등에 따라 지속적인 전력생산이 가능하다는 장점이 있으며, 따라서, 고효율의 생체적합성의 나노제너레이터가 본 발명에 의하여 제조가능한 플렉서블 나노제너레이터 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a flexible nanogenerator and a flexible nanogenerator manufactured by the present invention, and more specifically, since power is produced by bending a substrate, there is an advantage that continuous power generation is possible according to movement of a human body. The present invention relates to a method for manufacturing a flexible nanogenerator which can be manufactured according to the present invention, and a flexible nanogenerator manufactured thereby.
외부 에너지원(예를 들면 열에너지, 동물 움직임 또는 바람과 파도 등의 자연으로부터 발생하는 진동, 기계적 에너지)를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 하비스트(energy harvest) 기술은 최근 친환경 기술로서 널리 연구되고 있다. 특히, 사용가능한 나노제너레이터(nanogenerator)를 제조하는 기술에 대하여 많은 연구그룹들이 연구하고 있는데, 왜냐하면 이러한 나노제너레이터는 하비스트 기술을 이식가능한 작은 인체소자로 집약하여, 인체 내에서의 생물학적 에너지를 재활용할 수 있는 장점이 있기 때문이다. Energy harvesting technology that converts external energy sources (for example, thermal energy, animal movements or vibrations and mechanical energy generated from nature such as wind and waves) into electrical energy has been widely studied as an environmentally friendly technology. In particular, many research groups are working on techniques for producing usable nanogenerators, because these nanogenerators can combine harvesting technology into small implantable human devices that can recycle biological energy in the human body. Because there is an advantage.
외부 진동의 기계적 에너지로부터 에너지를 하비스트(수집)하는 기술 중 하나는 강유전체 물질의 압전성질을 활용하는 것이다. 압전 하비스트 기술은 많은 연구 그룹들에 의하여 연구되고 있는데, Chen et al . 은 벌크 실리콘 기판 상의 납 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate (PbZrxTi1 - xO3, PZT)) 나노섬유를 이용하는 나노제너레이터를 개시하였다. 상기 기술에 따르면 서로 대향하는 전극에 맞물린 PZT 나노섬유는 나노제너레이터 표면에 수직으로 가해지는 압력에 의하여 상당한 전압을 생성하였다.One technique for harvesting energy from the mechanical energy of external vibrations is to utilize the piezoelectric properties of ferroelectric materials. Piezoelectric harvesting technology is being studied by many research groups, Chen et al . Is lead zirconate titanate on the bulk silicon substrate, discloses a nano-generator using the nanofibers (lead zirconate titanate (PbZr x Ti 1 x O 3, PZT)). According to the technique, the PZT nanofibers engaged with the electrodes facing each other generated a significant voltage by the pressure applied perpendicularly to the nanogenerator surface.
Wang 등은 압전특성을 나타내는 ZnO 나노와이어를 이용하여, 플라스틱 기판 상에 구현된 다중 수평 나노와이어 어레이가 집적된 나노제너레이터(lateral-nanowire-array intergrated nanogenerator (LING)) 및 고출력 나노제너레이터(high-output nanogenerator (HONG))를 개시한다. 상기 기술은 동물의 호흡 및 심박의 진동에너지를 이용하여 살아있는 동물 내에서 구현된 자가발전형의 나노제너레이터를 개시한다.
Wang et al. Used ZnO nanowires exhibiting piezoelectric properties to produce lateral-nanowire-array intergrated nanogenerators (LINGs) and high-output nanogenerators that incorporate multiple horizontal nanowire arrays implemented on plastic substrates. nanogenerator (HONG)). The technique discloses self-powered nanogenerators implemented in living animals using the vibrational energy of the animal's breathing and heart rate.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 플렉서블 기판에 구현된 플렉서블 나노제너레이터의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flexible nanogenerator implemented on a flexible substrate.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 상기 방법에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a flexible nanogenerator manufactured by the above method.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플렉서블 나노제너레이터 제조방법으로, 상기 방법은 탄소나노구조체 및 압전입자를 경화성 물질에 혼합하는 단계; 및 탄소나노구조체 및 압전입자가 혼합된 경화성 물질을 경화시켜, 플렉서블 나노제너레이터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a flexible nanogenerator manufacturing method, the method comprising the steps of mixing the carbon nanostructure and the piezoelectric particles in the curable material; And curing the curable material mixed with the carbon nanostructure and the piezoelectric particles to produce a flexible nanogenerator.
본 발명의 일 실시예에서 상기 방법은 탄소나노구조체 및 압전입자가 혼합된 경화성 물질을 도포하는 단계를 더 포함하며, 상기 경화에 따라 플렉서블 기판이 제조되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.In one embodiment of the present invention, the method further comprises the step of applying a curable material mixed with a carbon nanostructure and piezoelectric particles, a flexible nano-generator manufacturing method characterized in that the flexible substrate is produced according to the curing.
본 발명의 일 실시예에서 상기 경화에 따라 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판이 제조되며, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 내에는 탄소나노구조체 및 압전입자가 함유된다.In one embodiment of the present invention, a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate is manufactured according to the curing, and the carbon nanostructure and piezoelectric particles are contained in the polydimethylsiloxane (PDMS).
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브이다. In one embodiment of the present invention, the carbon nanostructure is carbon nanotubes.
본 발명의 일 실시예에서 상기 압전입자는 BTO 입자이다. In one embodiment of the present invention, the piezoelectric particles are BTO particles.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소나노튜브는 20 nm이하의 직경과 20 mm 이하의 길이를 갖는다. In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes have a diameter of 20 nm or less and a length of 20 mm or less.
본 발명의 일 실시예에서 상기 BTO 나노입자는 100nm 이하의 크기를 갖는다. In one embodiment of the present invention, the BTO nanoparticles have a size of less than 100nm.
본 발명의 일 실시예에서 상기 플렉서블 나노제너레이터의 폴리디메틸실록산(PDMS), BTO 나노입자, 탄소나노튜브는 100:10:1의 중량비이다. In one embodiment of the present invention, the polydimethylsiloxane (PDMS), BTO nanoparticles, and carbon nanotubes of the flexible nanogenerator are in a weight ratio of 100: 10: 1.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플렉서블 나노제너레이터 제조방법으로, 상기 방법은 탄소나노튜브 및 BTO 나노입자를 폴리디메틸실록산(PDMS) 전구체 용액에 혼합하는 단계; 상기 혼합 용액을 기판위에 소정 두께로 도포하는 단계; 상기 도포된 혼합 용액을 경화시켜, 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판을 제조하는 단계; 및 상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판 상에 전극을 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a method of manufacturing a flexible nanogenerator, the method comprises the steps of mixing the carbon nanotubes and BTO nanoparticles in a polydimethylsiloxane (PDMS) precursor solution; Applying the mixed solution to a substrate to a predetermined thickness; Curing the applied mixed solution to prepare a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate; And it provides a method of manufacturing a flexible nanogenerator comprising the step of laminating an electrode on the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate.
본 발명의 일 실시예에서 상기 경화는 열 경화 방식이다. In one embodiment of the present invention the curing is a thermal curing method.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브이다. In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes are multi-walled carbon nanotubes.
본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 상술한 방법에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터를 제공한다. The present invention provides a flexible nanogenerator manufactured by the above-described method in order to solve the another problem.
이에 따라 제조된 플렉서블 나노제너레이터는 플렉서블 기판; 상기 플렉서블 기판 내에 함유된 압전입자 및 탄소나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다. The flexible nanogenerator manufactured according to the present invention is a flexible substrate; It characterized in that it comprises a piezoelectric particles and a carbon nanostructure contained in the flexible substrate.
본 발명의 일 실시예에서 상기 플렉서블 기판은 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함하며, 상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브이며, 상기 압전입자는 BTO 입자이다.
In one embodiment of the present invention, the flexible substrate includes polydimethylsiloxane (PDMS), the carbon nanostructure is carbon nanotubes, and the piezoelectric particles are BTO particles.
본 발명에 따른 플렉서블 나노제너레이터 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 나노제너레이터는 기판의 구부러짐에 따라 전력이 생산되므로, 인체의 움직임 등에 따라 지속적인 전력생산이 가능하다는 장점이 있다. 따라서, 고효율의 생체적합성의 나노제너레이터가 본 발명에 의하여 제조가능하다.
The flexible nanogenerator manufacturing method and the flexible nanogenerator manufactured according to the present invention have the advantage that the power is produced as the substrate is bent, so that the power can be continuously produced according to the movement of the human body. Therefore, a highly efficient biocompatible nanogenerator can be produced by the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플렉서블 나노제너레이터 제조방법의 단계도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 나노제너레이터 제조방법의 모식도이다.
도 3은 상기 제조된 플렉서블 나노제너레이터의 사진이다.
도 4는 본 발명에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터의 SEM 사진이고, 도 5는 나노제너레이터의 BTO 입자, 도 6은 탄소나노튜브에 대한 SEM 사진이다.
도 7은 본 실험예에 따른 전류-전압 측정 방법을 설명하는 도면이고, 도 8 및 9는 전류 및 전압 생성 그래프이다.
도 10은 역으로 연결된 상태의 나노제너레이터로부터 발생한 전류와 전압 측정 방식을 설명하는 도면이고, 도 11 및 12는 전류 및 전압 생성 그래프이다.1 is a step diagram of a method of manufacturing a flexible nanogenerator according to embodiments of the present invention.
2A and 2B are schematic views of a method of manufacturing a flexible nanogenerator according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph of the prepared flexible nanogenerator.
FIG. 4 is an SEM photograph of the flexible nanogenerator prepared according to the present invention, FIG. 5 is a BTO particle of the nanogenerator, and FIG. 6 is an SEM photograph of the carbon nanotubes.
7 is a view illustrating a current-voltage measuring method according to the present experimental example, and FIGS. 8 and 9 are graphs of current and voltage generation.
FIG. 10 is a diagram illustrating a current and voltage measurement method generated from a nano-generator in a reversely connected state, and FIGS. 11 and 12 are graphs of current and voltage generation.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명은 플렉서블 나노제너레이터를 제조하기 위하여, 본 발명은 탄소나노구조체와 압전물질을 플렉서블 물질 내에서 혼합하여, 기판의 물리적 변형에 따라 전력이 생산되는 플렉서블 나노제너레이터를 제조하였다. 본 발명에서 상기 탄소나노구조체는 우수한 네트워크 특성과 전기 전도성을 가지는 물질인 것이 바람직하며, 예를 들면 탄소나노튜브, 탄소나노와이어 또는 그래핀(산화물) 등이 단독으로 또는 혼합되어 사용가능하다. 특히 압전물질이 플렉서블 기판 내에서 입자 형태를 이루게 되므로, 본 발명은 전도성을 가지면서 네트워크를 형성할 수 있는 탄소물질을 압전입자와 함께 사용함으로써, 플렉서블 기판 전체의 압전 특성을 향상시켰다. In order to manufacture the flexible nanogenerator, the present invention mixes the carbon nanostructure and the piezoelectric material in the flexible material, thereby producing a flexible nanogenerator in which power is produced according to physical deformation of the substrate. In the present invention, the carbon nanostructure is preferably a material having excellent network properties and electrical conductivity. For example, carbon nanotubes, carbon nanowires, or graphene (oxides) may be used alone or in combination. In particular, since the piezoelectric material is in the form of particles in the flexible substrate, the present invention improves the piezoelectric properties of the entire flexible substrate by using a carbon material capable of forming a network with piezoelectric particles together with conductivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 나노제너레이터 제조방법의 단계도이다. 1 is a step diagram of a method for manufacturing a flexible nanogenerator according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 경화성 물질에 탄소나노구조체와 압전물질로 이루어진 입자(이하 압전입자)를 혼입한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 경화성 물질은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 제조하기 위한 전구물질(단량체 함유 용액)로서 경화됨에 따라 플렉서블한 PDMS 기판이 제조되는 물질이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에 따라 탄소나노구조체 및 압전입자가 혼입되는 경화성 물질은 열 경화 또는 광 경화 등의 방식으로 경화되며, 그 결과 경화된 기판이 가요성을 갖는 물질이다. 본 발명의 일 실시예에서 BaTiO3(BTO)로 이루어진 압전입자를 탄소나노튜브와 함께 전구물질을 포함한 PDMS에 혼합, 경화시킴으로 PDMS 기반 플렉서블 나노제너레이터를 제조하였다. Referring to FIG. 1, particles (hereinafter, piezoelectric particles) made of a carbon nanostructure and a piezoelectric material are mixed in a curable material. In one embodiment of the present invention, the curable material was a material in which a flexible PDMS substrate was prepared as it was cured as a precursor (monomer-containing solution) for producing polydimethylsiloxane (PDMS), but the scope of the present invention is not limited thereto. Do not. That is, according to the present invention, the curable material into which the carbon nanostructure and the piezoelectric particles are mixed is cured by thermal curing or light curing, and as a result, the cured substrate is flexible. In an embodiment of the present invention, a PDMS-based flexible nanogenerator was prepared by mixing and curing piezoelectric particles made of BaTiO 3 (BTO) in a PDMS including a precursor with carbon nanotubes.
혼합 후, 상기 탄소나노구조체와 압전입자가 혼합된 상기 경화성 물질을 소정 두께로 도포한 후, 경화시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 경화에 따라 탄소나노튜브(다중벽 탄소나노튜브) 및 압전입자(BTO 나노입자 또는 BTO 입자)가 혼입된 플렉서블 PDMS 기판이 제조되었으며, 상기 플렉서블 PDMS 기판은 탄소나노튜브(다중벽 탄소나노튜브) 및 압전입자(BTO 입자가 혼합된 복합체로서 압전 특성을 갖는다. 즉, 본 발명은 경화성 물질, 압전입자 및 탄소나노구조체로 이루어진 복합체를 기판 형태로 제조함으로써, 기판 매트릭스의 구부러짐이나 휨에 따라 전류를 생산할 수 있는 플렉서블 나노제너레이터를 제조할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 비교적 간단한 공정인 경화 공정을 통하여 원하는 두께의 압전기판인 나노제너레이터를 플렉서블하게 구현할 수있다.After mixing, the curable material in which the carbon nanostructure and the piezoelectric particles are mixed is applied to a predetermined thickness and then cured. In one embodiment of the present invention, a flexible PDMS substrate is prepared in which carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes) and piezoelectric particles (BTO nanoparticles or BTO particles) are mixed according to the curing, and the flexible PDMS substrate is a carbon nanotube. (Multi-walled carbon nanotubes) and piezoelectric particles (BTO particles) is a composite having a piezoelectric property. That is, the present invention provides a substrate matrix by producing a composite composed of a curable material, piezoelectric particles and carbon nanostructures in the form of a substrate. A flexible nanogenerator capable of producing an electric current according to bending or bending can be manufactured in the present invention, and thus, the present invention can flexibly implement a nanogenerator, a piezoelectric plate having a desired thickness, through a curing process, which is a relatively simple process.
이후, 상기 제조된 탄소나노구조체 및 압전입자 혼입 플렉서블 기판 상에 유전층(PDMS)과 전극을 제조한다. Subsequently, a dielectric layer (PDMS) and an electrode are manufactured on the manufactured carbon nanostructure and the piezoelectric particle-containing flexible substrate.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 나노제너레이터 제조방법의 모식도이다.2A is a schematic diagram of a method for manufacturing a flexible nanogenerator according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 탄소나노구조체로 탄소나노튜브를 사용하였으며, 경화 공정 후 PDMS 기판에 혼입된 BTO 입자 사이에서 탄소나노튜브가 충분한 전도성 네트워크를 가지는 것을 알 수 있다. 상기 탄소나토튜브는 단일벽 또는 다중벽 모두 사용가능하다. Referring to FIG. 2A, carbon nanotubes were used as the carbon nanostructures, and it can be seen that the carbon nanotubes have a sufficient conductive network between the BTO particles incorporated into the PDMS substrate after the curing process. The carbon nanotubes can be used for both single walls and multiple walls.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소나노튜브는 20nm 이하의 직경이었고, BTO 입자는 100nm 이하의 직경을 가졌다. 즉, 네트워크를 구성하는 탄소나노튜브의 직경과 BTO 입자의 직경비는 적어도 1:5이하인 것이 바람직하며, 이로써, BTO 입자를 탄소나노튜브가 효과적으로 네트워크 형태로 연결한다. In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes were 20 nm or less in diameter, and BTO particles had a diameter of 100 nm or less. That is, the ratio of the diameter of the carbon nanotubes constituting the network and the diameter of the BTO particles is preferably at least 1: 5, whereby the carbon nanotubes effectively connect the BTO particles in a network form.
또한 본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소나노튜브는 20mm 이하의 길이를 갖는 것이 바람직한데, 이는 BTO 입자 사이를 탄소나노튜브가 효과적으로 네트워크 하기 위함이다.In addition, in one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes preferably have a length of 20 mm or less, in order to effectively network the carbon nanotubes between BTO particles.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 1차원 흑연 구조의 그래핀 또는 그래핀 산화물을 탄소나노구조체로 사용한다. 도 2b는 그래핀 구조체를 사용하여 플렉서블 나노제너레이터를 제조하는 공정의 모식도이다. 압전입자 사이로 게재되는 그래핀(산화물) 또한 엉김이나 자체의 너비, 길이에 따라 압전입자 사이를 네트워크로 연결하며, 기판의 휨에 따라 발생하는 압전입자로부터의 전자를 외부로 효과적으로 전달한다. Another embodiment of the present invention uses a graphene or graphene oxide of a one-dimensional graphite structure as a carbon nanostructure. 2B is a schematic diagram of a process of manufacturing a flexible nanogenerator using a graphene structure. Graphene (oxide), which is interposed between the piezoelectric particles, also connects the piezoelectric particles through a network according to the entanglement or its width and length, and effectively transfers electrons from the piezoelectric particles generated by the warpage of the substrate to the outside.
이하 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples.
실시예Example
플렉서블Flexible 나노제너레이터Nano Generator 제조 Produce
약 20nm의 직경과 약 10 mm의 길이를 가지는 다중벽 탄소나노튜브 (Carbon Nano-material Technology) 0.3g과, 물에 반응물질을 녹여놓고 일정 온도를 유지하여 나노입자를 제조하는 방법인 수열합성법 (hydrothermal method)으로 얻어진 약 100nm 크기를 가지는 BTO 나노입자 3g을 메탄올 용액에서 혼합하고 1시간 이상 기계적으로 교반하였다. 그 뒤, 오븐 (80℃, 24hr)에서 하소 (calcination) 과정을 통해 메탄올 용액을 기화시켰다. 이후, 잘 섞인 탄소나노튜브와 BTO 나노입자들을 경화제가 포함된 PDMS 30g에 혼합하고 굳혔다. 이때, 상기 플렉서블 나노제너레이터의 PDMS, BTO 나노입자, 탄소나노튜브의 중량비는 100:10:1이었다. Hydrothermal synthesis, a method of preparing nanoparticles by dissolving 0.3 g of multi-walled carbon nanotubes (Carbon Nano-material Technology) having a diameter of about 20 nm and a length of about 10 mm, and maintaining a constant temperature by dissolving a reactant in water ( 3 g of BTO nanoparticles having a size of about 100 nm obtained by the hydrothermal method) were mixed in a methanol solution and mechanically stirred for at least 1 hour. Thereafter, the methanol solution was vaporized through a calcination process in an oven (80 ° C., 24 hr). After that, the mixed carbon nanotubes and BTO nanoparticles were mixed and hardened in 30 g of PDMS containing a curing agent. In this case, the weight ratio of PDMS, BTO nanoparticles, and carbon nanotubes of the flexible nanogenerator was 100: 10: 1.
이후 혼합액을 플라스틱 통에 도포한 후, 80℃의 오븐에서 약 1시간 경화시켜, BTO 나노입자, 다중벽 탄소나노튜브를 함유하는 PDMS 기반 플렉서블 나노제너레이터를 제조하였다. 다시, PDMS 기반 나노제너레이터 기판 위에 유전층(PDMS)과 전극(알루미늄, Al)을 순차적으로 적층하고, 구리로 전선을 연결함으로써, 소자 형태의 플렉서블 나노제너레이터를 제조하였다.Thereafter, the mixed solution was applied to a plastic barrel, and then cured in an oven at 80 ° C. for about 1 hour to prepare a PDMS-based flexible nanogenerator containing BTO nanoparticles and multi-walled carbon nanotubes. In addition, a dielectric layer (PDMS) and an electrode (aluminum, Al) were sequentially stacked on a PDMS-based nanogenerator substrate, and a wire was connected to copper to prepare a flexible nanogenerator in the form of a device.
도 3은 상기 제조된 플렉서블 나노제너레이터의 사진이다. 3 is a photograph of the prepared flexible nanogenerator.
도 3을 참조하면, 외부 힘에 의하여 충분한 각도로 기판이 휘어지는 것을 알 수 있다.
Referring to Figure 3, it can be seen that the substrate is bent at a sufficient angle by the external force.
실험예Experimental Example 1 One
SEMSEM 분석 analysis
도 4는 본 발명에 의하여 제조된 플렉서블 나노제너레이터의 SEM 사진이고, 도 5는 나노제너레이터의 BTO 입자, 도 6은 탄소나노튜브에 대한 SEM 사진이다.FIG. 4 is an SEM photograph of the flexible nanogenerator prepared according to the present invention, FIG. 5 is a BTO particle of the nanogenerator, and FIG. 6 is an SEM photograph of the carbon nanotubes.
도 4 내지 6을 참조하면, 압전입자(BTO 입자)는 기판 내에서 충분히 뭉쳐진 형태이고, 각 압전입자 사이에는 다중벽 탄소나노튜브가 충분한 네트워크를 형성하고 있음을 알 수 있다.
4 to 6, the piezoelectric particles (BTO particles) are sufficiently aggregated in the substrate, and it can be seen that multi-walled carbon nanotubes form a sufficient network between the piezoelectric particles.
실험예Experimental Example 2 2
전기적 특성 분석Electrical characterization
실험예Experimental Example 2-1 2-1
도 7은 본 실험예에 따른 전류-전압 측정 방법을 설명하는 도면이고, 도 8 및 9는 전류 및 전압 생성 그래프이다.7 is a view illustrating a current-voltage measuring method according to the present experimental example, and FIGS. 8 and 9 are graphs of current and voltage generation.
도 8 및 9를 참조하면, 정상 연결 시 본 발명에 따른 PDMS 기반 플렉서블 나노제너레이터의 구부러짐에 따라 전류와 전압이 발생하는 것을 알 수 있다.
8 and 9, it can be seen that current and voltage are generated as the PDMS-based flexible nanogenerator according to the present invention is bent during normal connection.
실험예Experimental Example 2-2 2-2
본 발명에 따른 나노제너레이터를 역으로 전류측정기(current meter)에 연결하고 구부러짐과 펴짐에 따른 전류와 전압을 측정하였다. 도 10은 역으로 연결된 상태의 나노제너레이터로부터 발생한 전류와 전압 측정 방식을 설명하는 도면이고, 도 11 및 12는 전류 및 전압 생성 그래프이다.The nanogenerator according to the present invention was inversely connected to a current meter and the current and voltage according to bending and unfolding were measured. FIG. 10 is a diagram illustrating a current and voltage measurement method generated from a nano-generator in a reversely connected state, and FIGS. 11 and 12 are graphs of current and voltage generation.
도 11과 12을 참조하면, 역으로 연결한 경우, 정상 연결 시 생성되는 값의 뒤집어진 형태의 전압/전류 신호가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서, 측정되는 전압과 전류의 값이 본 발명에서 제작된 나노제너레이터로부터 생성되는 것임을 확인 할 수 있다. 이 측정방법을 switching-polarity test라고 하며 나노제너레이터에서 생성되는 출력신호인지를 증명하기위해 널리 사용되는 방법이다.11 and 12, it can be seen that in the reverse connection, a voltage / current signal in an inverted form of a value generated during a normal connection is generated. Therefore, it can be seen that the values of the measured voltage and current are generated from the nanogenerator manufactured in the present invention. This measurement method is called a switching-polarity test and is widely used to prove whether it is an output signal generated by a nanogenerator.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.
The present invention is not limited to the scope of the embodiments by the above embodiments, all having the technical spirit of the present invention can be seen to fall within the scope of the present invention, the present invention is the scope of the claims by the claims Note that is determined.
Claims (16)
탄소나노구조체 및 압전입자를 경화성 물질에 혼합하는 단계; 및
탄소나노구조체 및 압전입자가 혼합된 경화성 물질을 경화시켜, 플렉서블 나노제너레이터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
Flexible nanogenerator manufacturing method, the method
Mixing the carbon nanostructure and the piezoelectric particles into a curable material; And
A method for manufacturing a flexible nanogenerator comprising curing a curable material mixed with a carbon nanostructure and piezoelectric particles to produce a flexible nanogenerator.
상기 방법은 탄소나노구조체 및 압전입자가 혼합된 경화성 물질을 도포하는 단계를 더 포함하며, 상기 경화에 따라 플렉서블 기판이 제조되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 1,
The method further comprises applying a curable material mixed with a carbon nanostructure and piezoelectric particles, the flexible nano-generator manufacturing method characterized in that the flexible substrate is produced according to the curing.
상기 경화에 따라 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판이 제조되며, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 내에는 탄소나노구조체 및 압전입자가 함유된 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 2,
The polydimethylsiloxane (PDMS) substrate is prepared according to the curing, and the carbon nanostructure and piezoelectric particles are contained in the polydimethylsiloxane (PDMS) manufacturing method of a flexible nanogenerator.
상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The carbon nanostructure is a flexible nanogenerator manufacturing method characterized in that the carbon nanotubes.
상기 압전입자는 BTO 입자인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The piezoelectric particles are BTO particles, characterized in that the flexible nanogenerator manufacturing method.
상기 탄소나노튜브는 20 nm이하의 직경과 20 mm 이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The carbon nanotubes have a diameter of 20 nm or less and a length of 20 mm or less flexible nanogenerator manufacturing method.
상기 BTO 나노입자는 100nm 이하의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
6. The method of claim 5,
The BTO nanoparticles manufacturing method of a flexible nanogenerator, characterized in that having a size of less than 100nm.
상기 플렉서블 나노제너레이터의 폴리디메틸실록산(PDMS), BTO 나노입자, 탄소나노튜브가 100:10:1의 중량비인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Polydimethylsiloxane (PDMS), BTO nanoparticles, carbon nanotubes of the flexible nanogenerator is a method of manufacturing a flexible nanogenerator, characterized in that the weight ratio of 100: 10: 1.
A flexible nanogenerator prepared by the method according to any one of claims 1 to 8.
탄소나노튜브 및 BTO 나노입자를 폴리디메틸실록산(PDMS) 전구체 용액에 혼합하는 단계;
상기 혼합 용액을 기판위에 소정 두께로 도포하는 단계;
상기 도포된 혼합 용액을 경화시켜, 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판을 제조하는 단계; 및
상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판 상에 전극을 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
Flexible nanogenerator manufacturing method, the method
Mixing the carbon nanotubes and the BTO nanoparticles into a polydimethylsiloxane (PDMS) precursor solution;
Applying the mixed solution to a substrate to a predetermined thickness;
Curing the applied mixed solution to prepare a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate; And
And manufacturing an electrode on the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate.
상기 경화는 열 경화 방식인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 10,
The curing is a flexible nano-generator manufacturing method characterized in that the thermal curing method.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터 제조방법.
The method of claim 10,
The carbon nanotube is a flexible nano-generator manufacturing method characterized in that the multi-walled carbon nanotubes.
A flexible nanogenerator prepared by the method according to any one of claims 10 to 12.
플렉서블 기판;
상기 플렉서블 기판 내에 함유된 압전입자 및 탄소나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터.
As a flexible nanogenerator, the nanogenerator
A flexible substrate;
A flexible nanogenerator comprising piezoelectric particles and carbon nanostructures contained in the flexible substrate.
상기 플렉서블 기판은 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터.
The method of claim 14,
The flexible substrate comprises a polydimethylsiloxane (PDMS).
상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브이며, 상기 압전입자는 BTO 입자인 것을 특징으로 하는 플렉서블 나노제너레이터.The method of claim 14,
The carbon nanostructures are carbon nanotubes, and the piezoelectric particles are BTO particles.
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