KR20130017343A - 나노 발전 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 나노 발전 소자는 유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 구비할 수 있다.
그리고, 개시된 나노 발전 소자의 제조 방법은 기판 상에 유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

나노 발전 소자 및 그 제조 방법{Nano generator and method of manufacturing the same}
개시된 발명은 나노 발전 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 유기 압전 재료를 포함하는 나노구조물을 구비한 나노 발전 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 에너지를 하베스팅(harvesting)하는 기술이 이슈화되고 있다. 에너지를 하베스팅하는 소자들 중 압전 특성을 이용한 에너지 발전 소자는 태양 전지, 풍력 발전기, 연료 전지 등과 같은 발전 소자와는 달리 주변에 존재하는 미세 진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 새로운 친환경 에너지 발전소자라고 할 수 있다. 또한, 최근에는 나노 기술의 발달로 인해 나노 크기의 소자를 쉽게 만들 수 있는 수준에 이르렀다. 그러나, 현재 전력 공급원의 대부분을 차지하는 배터리는 나노 소자에 비해 큰 부피를 차지할 뿐만 아니라 제한된 수명으로 나노 소자의 성능 및 독립적 구동을 제한시키는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 나노 크기의 압전 재료를 이용한 나노 발전 소자가 개발되고 있다. 하지만, 현재 압전 특성을 이용한 나노 발전 소자는 일반적으로 ZnO 압전 재료를 이용하여 제작되기 때문에 에너지 효율이 낮다는 문제가 있다.
개시된 발명은 나노 발전 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
개시된 나노 발전 소자는
유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 구비할 수 있다.
상기 나노구조물은 강유전체를 포함할 수 있다.
상기 나노구조물은 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 포함할 수 있다.
상기 나노 발전 소자는
기판;
상기 기판과 이격되게 마련되는 제1전극; 및
상기 기판과 상기 제1전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 나노구조물;을 포함할 수 있다.
상기 기판은 전도성 재료를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 마련되는 제2전극을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 기판에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물 및 상기 적어도 하나의 나노구조물 상에 마련된 제3전극을 포함하는 적층 구조물이 상기 제1전극 상에 적어도 1회 적층될 수 있다.
다른 나노 발전 소자는
서로 이격되게 배치되는 복수 개의 전극들; 및
상기 복수 개의 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 나노구조물;을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 전극들과 상기 적어도 하나의 나노구조물은 기판 상에 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 전극들은 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 복수 개의 전극들에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 전극들은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
개시된 나노 발전 소자의 제조 방법은
기판 상에 유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 나노구조물은 PVDF를 포함할 수 있다.
상기 나노 발전 소자의 제조 방법은
상기 기판과 이격되게 마련되는 제1전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 기판에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물 및 상기 적어도 하나의 나노구조물 상에 마련된 제3전극을 포함하는 적층 구조물을 상기 제1전극 상에 적어도 1회 적층하여 형성할 수 있다.
다른 나노 발전 소자의 제조 방법은
상기 기판 상에 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 전극들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 복수 개의 전극들 사이에 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계는
금속층과 상기 금속층 상에 마련된 다공성층을 포함하는 양극 산화 금속 주형을 형성하는 단계;
상기 다공성층에 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액을 채우는 단계;
상기 유기 압전 재료를 재결정화하여 상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계;
상기 양극 산화 금속 주형을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계는
금속층과 상기 금속층 상에 마련된 다공성층을 포함하는 양극 산화 금속 주형을 형성하는 단계;
상기 금속층을 제거하는 단계;
상기 다공성층에 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액을 채우는 단계;
상기 유기 압전 재료를 재결정화하여 상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계;
상기 다공성층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 용액은 50℃ 내지 250℃에서 상기 다공성층에 채워질 수 있다.
상기 유기 압전 재료는 50℃ 내지 250℃에서 재결정화될 수 있다.
상기 용액이 상기 다공성층의 외부에 형성한 박막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 나노 발전 소자는 압전 특성이 우수한 나노구조물을 구비하여, 미세한 진동이나 움직임에 의해서 발생하는 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다. 그리고, 이러한 나노 발전 소자를 이용하여 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 크기를 소형화하고, 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다. 또한, 유기 압적 재료를 포함하는 나노구조물은 화학적으로 안정하기 때문에, 이를 이용한 나노 발전 소자는 신체 내부에 적용하는 것도 가능하다.
도 1a는 개시된 나노 발전 소자의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 개시된 나노 발전 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 개시된 다른 나노 발전 소자의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 개시된 다른 나노 발전 소자의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 개시된 나노 발전 소자의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4d는 개시된 나노 발전 소자에 포함된 나노구조물의 제조 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5e는 개시된 나노 발전 소자에 포함된 나노구조물의 제조 방법의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 다른 나노 발전 소자의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 7은 개시된 또 다른 나노 발전 소자의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 나노 발전 소자 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.
도 1a는 개시된 나노 발전 소자(100)의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 나노 발전 소자(100)를 정면에서 바라본 나노 발전 소자(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 나노 발전 소자(100)는 기판(110), 기판(110)과 일정한 간격으로 이격되게 마련되는 제1전극(130) 및 기판(110)과 제1전극(130) 사이에 마련된 적어도 하나의 나노구조물(140)을 포함할 수 있다. 또한, 개시된 나노 발전 소자(100)는 기판(110) 상에 마련된 제2전극(120)을 더 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 나노구조물(140)은 제1 및 제2전극(130, 120) 사이에 마련될 수 있다.
상기 기판(110)으로는 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기판(110)은 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판일 수 있다. 또한, 기판(110)으로 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극(130)은 기판(110)과 일정한 간격으로 이격되게 마련될 수 있으며, 제2전극(120)은 기판(110) 상에 더 마련될 수 있다. 제1전극(130)과 제2전극(120)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 제1전극(130)과 제2전극(120)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 기판(110)이 전도성 재료를 포함하는 경우, 상기 기판(110)은 제2전극(120) 대신에 전극의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 고농도로 도핑된 실리콘을 포함하는 경우, 제2전극(120)은 기판(110) 상에 마련되지 않을 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물(140)은 제1 및 제2전극(130, 120) 사이에 마련될 수 있다. 나노구조물(140)은 제2전극(120) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 자연수)로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 마련되거나, 복수 개의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 또한, 나노구조물(140)은 기판(110)에 대해서 수직하게 배열되거나, 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 나노구조물(140)은 유기 압전 재료를 포함할 수 있으며, 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있다. 예를 들어, 나노구조물(140)은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 나노구조물(140)은 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 여기에서, PVDF로 이루어진 나노구조물(140)은 양극 산화 알루미늄 주형에 의해서 형성될 수 있다. 나노구조물(140)은 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire) 또는 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다. 상기 나노로드와 상기 나노와이어는 그 종횡비가 서로 다를 수 있으며, 상기 나노와이어의 종횡비가 더 클 수 있다. 나노구조물(140)의 크기, 단면 형상 등은 상기 양극 산화 알루미늄 주형의 크기, 단면 형상 등을 달리하여, 정해질 수 있다.
그리고, 외부 부하(150)가 제1 및 제2전극(130, 120)에 연결되어, 개시된 나노 발전 소자(100)에서 발생된 전기를 저장하거나 소모할 수 있다. 예를 들어, 외부 부하(150)가 커패시터인 경우, 개시된 나노 발전 소자(100)에서 발생된 전기가 상기 커패시터에 저장될 수 있다. 또한, 외부 부하(150)가 나노 소자인 경우, 개시된 나노 발전 소자(100)에서 발생된 전기는 상기 나노 소자에서 소모될 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(100)에는 외부로부터 기계적인 힘 예를 들어, 미세한 진동, 바람, 소리 또는 인체의 움직임 등이 가해질 수 있다. 이렇게, 외부의 힘이 나노 발전 소자(100)에 가해지면, 기판(110) 상에 마련된 나노구조물(140)은 변형될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 나노구조물(141)은 플렉서블하게 휘어질 수 있다. 또한, 나노구조물(143)은 그 길이 방향으로 수축될 수 있다. 그리고, 외부의 힘이 나노 발전 소자(100)에 가해지지 않는 경우, 나노구조물(140)은 원래 형태로 돌아올 수 있다. 이와 같이, 그 형태가 변형되거나, 원래 형태로 돌아오는 나노구조물(140)은 그 압전 특성에 의해서 나노구조물(140)의 양단에 연결된 제1 및 제2전극(130, 120) 사이에 소정의 전압을 유도할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 발전 소자(100)는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(100)는 압전 특성이 우수한 유기 압전 재료를 포함하는 나노구조물(140)을 구비하여, 미세한 진동이나 움직임에 의해서 발생하는 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다. 예를 들어, PVDF를 포함하는 나노구조물(140)은 ZnO 나노구조물보다 압전 특성이 우수하다. 또한, PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전 물질은 납(Pb)을 포함하고 있어서 인체에 해로우며, 나노구조물로 형성되기 어렵다. 반면에, PVDF를 포함하는 나노구조물(140)은 화학적으로 안정하여 인체에 무해하기 때문에, 인체 내에 적용될 수 있다. 또한, PVDF를 포함하는 나노구조물(140)은 플렉서블하기 때문에, 플렉서블한 나노 소자에도 적용가능하다. 그리고, 이러한 나노 발전 소자(100)를 이용하여 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 크기를 소형화하고, 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다.
도 2a는 개시된 다른 나노 발전 소자(200)의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 나노 발전 소자(200)를 위에서 바라본 나노 발전 소자(200)의 개략적인 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 개시된 나노 발전 소자(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 서로 이격되어 마련된 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227) 및 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227) 사이에 마련된 적어도 하나의 나노구조물(240)을 포함할 수 있다.
기판(210)으로는 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기판(210)은 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판일 수 있다. 또한, 기판(210)으로 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)은 기판(210) 상에 서로 이격되어 마련될 수 있다. 또한, 전극들(221, 223, 225, 227)은 기판(210) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 나란하게 배열될 수 있다. 전극들(221, 223, 225, 227)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 전극들(221, 223, 225, 227)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 적어도 하나의 나노구조물(240)은 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227) 사이에 마련될 수 있다. 나노구조물(240)은 전극들(221, 223, 225, 227)에 대해서 수직으로 배치되거나, 일정한 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 나노구조물(240)은 각각 전극들(221, 223, 225, 227)에 대해서 랜덤한 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)은 그 사이에 마련된 나노구조물(240)에 의해서 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이렇게, 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)이 직렬로 연결되는 경우, 보다 높은 전압을 얻을 수 있다.
외부 부하(250)가 상기 전극들(221, 223, 225, 227) 중에서 외곽에 위치하는 전극들(221, 227)에 연결되어, 개시된 나노 발전 소자(200)에서 발생된 전기를 저장하거나 소모할 수 있다. 한편, 도 2a 및 도 2b에는 기판(210) 상에 4개의 전극들(221, 223, 225, 227)이 마련되는 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 적어도 2개의 전극들이 기판(210) 상에 마련될 수 있다.
상기 나노구조물(240)은 유기 압전 재료를 포함할 수 있으며, 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있다. 예를 들어, 상기 나노구조물(240)은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 나노구조물(240)은 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 여기에서, PVDF로 이루어진 나노구조물(240)은 양극 산화 알루미늄 주형에 의해서 형성될 수 있다. 나노구조물(240)은 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire) 또는 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다. 상기 나노로드와 상기 나노와이어는 그 종횡비가 서로 다를 수 있으며, 상기 나노와이어의 종횡비가 더 클 수 있다. 나노구조물(240)의 크기, 단면 형상 등은 상기 양극 산화 알루미늄 주형의 크기, 단면 형상 등을 달리하여, 정해질 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(200)에는 외부로부터 기계적인 힘 예를 들어, 미세한 진동, 바람, 소리 또는 인체의 움직임 등이 가해질 수 있다. 이렇게, 외부의 힘이 나노 발전 소자(200)에 가해지면, 기판(210) 상에 마련된 나노구조물(240)은 변형될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 나노구조물(243)은 플렉서블하게 휘어질 수 있다. 또한, 나노구조물(241)은 그 길이 방향으로 수축될 수 있다. 그리고, 외부의 힘이 나노 발전 소자(200)에 가해지지 않는 경우, 나노구조물(240)은 원래 형태로 돌아올 수 있다. 이와 같이, 그 형태가 변형되거나, 원래 형태로 돌아온 나노구조물(240)은 그 압전 특성에 의해서 나노구조물(240)과 연결된 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227) 사이에 소정의 전압을 유도할 수 있다. 따라서, 개시된 나노 발전 소자(200)는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 한편, 도 2b에는 외부의 힘이 기판(210)과 평행한 방향으로부터 가해지는 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부의 힘은 기판(210)과 수직한 방향으로부터 가해질 수도 있다. 이 경우, 나노구조물(240)은 기판(210)과 수직한 방향으로, 플렉서블하게 휘어질 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(200)에서, 인접한 두 전극들(221, 223, 225, 227) 사이에서 발생되는 전압의 크기는 작을 수 있다. 그러나, 모든 전극들(221, 223, 225, 227)이 직렬로 연결되어 있으므로, 상기 전극들(221, 223, 225, 227)의 개수를 증가시켜서 개시된 나노 발전 소자(200)로부터 보다 높은 전압을 얻을 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(200)는 압전 특성이 우수한 유기 압전 재료를 포함하는 나노구조물(240)을 구비하여, 미세한 진동이나 움직임에 의해서 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 효율적으로 추출할 수 있다. 예를 들어, PVDF를 포함하는 나노구조물(240)은 ZnO 나노구조물보다 압전 특성이 우수하다. 또한, PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전 물질은 납(Pb)을 포함하고 있어서 인체에 해로우며, 나노구조물로 형성되기 어렵다. 반면에, PVDF를 포함하는 나노구조물(240)은 화학적으로 안정하여 인체에 무해하기 때문에, 인체 내에 적용될 수 있다. 또한, PVDF를 포함하는 나노구조물(240)은 플렉서블하기 때문에, 플렉서블한 나노 소자에도 적용가능하다. 그리고, 이러한 나노 발전 소자(200)를 이용하여 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 크기를 소형화하고, 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다.
다음으로, 개시된 나노 발전 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 개시된 나노 발전 소자(100)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(110)을 준비하고, 기판(110) 상에 제2전극(120)을 형성할 수 있다. 기판(110)으로 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기판(110)은 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판일 수 있다. 또한, 기판(110)으로 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2전극(120)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 제2전극(120)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 기판(110)이 전도성 재료를 포함하는 경우, 상기 기판(110)은 제2전극(120) 대신에 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 제2전극(120)을 형성하는 단계는 생략될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제2전극(120) 상에 적어도 하나의 나노구조물(140)을 형성할 수 있다. 상기 나노구조물(140)은 제2전극(120) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 자연수)로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 마련되거나, 복수 개의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 또한, 상기 나노구조물(140)은 기판(110)에 대해서 수직하게 배열되거나, 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 나노구조물(140)은 유기 압전 재료를 포함할 수 있으며, 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있다. 예를 들어, 상기 나노구조물(140)은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등을 포함할 수 있다. 여기에서, PVDF로 이루어진 나노구조물(140)은 양극 산화 알루미늄 주형에 의해서 형성될 수 있다. 나노구조물(140)은 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire) 또는 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다. 상기 나노로드와 상기 나노와이어는 그 종횡비가 서로 다를 수 있으며, 상기 나노와이어의 종횡비가 더 클 수 있다. 나노구조물(140)의 크기, 단면 형상 등은 상기 양극 산화 알루미늄 주형의 크기, 단면 형상 등을 달리하여, 정해질 수 있다. 나노구조물(140)을 형성하는 방법은 후술될 도 4a 내지 도 4d 또는 도 5a 내지 도 5e에 대한 설명을 참조하기로 한다.
도 3c를 참조하면, 적어도 하나의 나노구조물(140) 상에 제1전극(130)을 형성할 수 있다. 제1전극(130)은 기판(110)과 일정한 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 제1전극(130)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 제1전극(130)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1전극(130) 상에 적어도 하나의 나노구조물(140) 및 적어도 하나의 나노구조물(140) 상에 마련된 제3전극(도 7의 131)을 포함하는 적층 구조물을 적어도 1회 더 적층할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1전극(130)과 일정한 간격으로 이격되게 제3전극(131)을 더 형성하고, 제1 및 제3전극(130, 131) 사이에 적어도 하나의 나노구조물(140)을 더 형성할 수 있다. 또한, 제3전극(131)과 일정한 간격으로 이격되게 제4전극(133)을 더 형성하고, 제3 및 제4전극(131, 133) 사이에 적어도 하나의 나노구조물(140)을 더 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 개시된 나노 발전 소자에 포함된 나노구조물(140)의 제조 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 먼저 양극 산화 금속 주형(310)을 준비할 수 있다. 상기 양극 산화 금속 주형(310)은 금속층(311)과 금속층(311) 상에 마련된 다공성층(313)을 포함할 수 있다. 상기 양극 산화 금속 주형(310)은 예를 들어, 양극 산화 알루미늄(anodic aluminum oxide, AAO) 주형(template)일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 산화 알루미늄 주형은 알루미늄 호일에 양극 산화 공정을 적어도 1회 수행하여 형성될 수 있다. 상기 양극 산화 공정은 상기 알루미늄 호일을 15℃의 옥살산(oxalic acid) 용액 또는 황산(sulfuric acid) 용액 등에 담그고, 40V의 전압을 인가할 수 있다. 그리고, 이렇게 형성된 다공성 양극 산화 알루미늄 주형을 인산 용액으로 에칭하여, 그 구멍의 크기 또는 깊이 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 양극 산화 알루미늄 주형의 에칭 시간을 길게 하여, 깊은 구멍을 형성하는 경우, 나노로드 보다는 나노와이어를 형성할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 양극 산화 금속 주형(310)에 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)을 채울 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있으며, 예를 들어, PVDF 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 유기 압전 재료는 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 상기 용액(145)은 상기 유기 압전 재료를 부탄올 또는 DMF(dimethylformamide) 등의 용매에 용해시켜서 형성될 수 있다. 상기 용액(145)은 다공성층(313)에 형성된 구멍들에 채워질 수 있다. 다공성층(313)에 용액(145)을 채우기 위해서, 용액(145)을 다공성층(313) 상에 뿌리거나, 양극 산화 금속 주형(310)을 용액(145)에 담글 수 있다. 용액(145)은 약 50℃ 내지 약 250℃에서 다공성층(313)에 용이하게 채워질 수 있다. 예를 들어, 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)은 약 150℃에서 다공성층(313)에 채워질 수 있다. 또한, 용액(145)은 진공 상태에서 다공성층(313)에 더 용이하게 채워질 수 있다. 한편, 상기 용액(145)에서 상기 유기 압전 재료의 중량 퍼센트(wt %)를 조절하여, 상기 유기 압전 재료가 나노와이어(나노로드)를 형성하거나, 나노튜브를 형성하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 압전 재료의 중량 퍼센트(wt %)가 높은 경우, 상기 유기 압전 재료가 나노와이어(나노로드)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 용액(145)을 다공성층(313)에 채우는 공정을 반복 수행하여, 상기 유기 압전 재료가 나노와이어(나노로드)를 형성하게 할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 다공성층(313)에 채워진 상기 유기 압전 재료는 재결정화(poling)될 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 재결정화되어, 나노구조물(140)을 형성할 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 약 50℃ 내지 250℃에서 재결정화될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 압전 재료는 약 150℃에서 재결정화될 수 있다. 그리고, 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)이 다공성층(313)의 외부 표면에 형성한 박막을 제거할 수 있다. 상기 박막은 산소 플라즈마 공정 등을 통해서 제거될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 다공성층(313)을 제거할 수 있다. 다공성층(313)은 NaOH 용액 등을 사용하여 습식 식각 공정으로 제거될 수 있다. 따라서, 금속층(311) 상에 적어도 하나의 나노구조물(140)이 형성될 수 있다. 금속층(311)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 나노 발전 소자(100)의 제2전극(120)으로 사용될 수 있다. 한편, 상기 금속층(311)은 다공성층(313)과 함께 제거될 수 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 나노구조물(240)도 상기와 같은 방법으로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 개시된 나노 발전 소자에 포함된 나노구조물(140)의 제조 방법의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 먼저 양극 산화 금속 주형(310)을 준비할 수 있다. 상기 양극 산화 금속 주형(310)은 금속층(311)과 금속층(311) 상에 마련된 다공성층(313)을 포함할 수 있다. 상기 양극 산화 금속 주형(310)은 예를 들어, 양극 산화 알루미늄(anodic aluminum oxide, AAO) 주형일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 산화 알루미늄 주형은 알루미늄 호일을 15℃의 옥살산(oxalic acid) 용액 또는 황산(sulfuric acid) 용액 등에 담그고, 40V의 전압을 인가하는 양극 산화 공정을 적어도 1회 수행하여 형성될 수 있다. 그리고, 이렇게 형성된 다공성 양극 산화 알루미늄 주형을 인산 용액으로 에칭하여, 그 구멍의 크기 또는 깊이 등을 조절할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 양극 산화 금속 주형(310)으로부터 금속층(311)을 제거할 수 있다. 양극 산화 금속 주형(310)에서 금속층(311)이 제거되어, 다공성층(313)만 남겨질 수 있다. 상기 금속층(311)은 NaOH 용액 등을 사용하여 습식 식각 공정으로 제거될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 금속층(311)이 제거되고 남은 상기 다공성층(313)에 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)을 채울 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있으며, 예를 들어, PVDF 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 유기 압전 재료는 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 상기 용액(145)은 상기 유기 압전 재료를 부탄올 또는 DMF 등의 용매에 용해시켜서 형성될 수 있다. 상기 용액(145)은 다공성층(313)에 형성된 구멍들에 채워질 수 있다. 다공성층(313)에 용액(145)을 채우기 위해서, 용액(145)을 다공성층(313) 상에 뿌리거나, 양극 산화 금속 주형(310)을 용액(145)에 담글 수 있다. 상기 다공성층(313)의 구멍은 그 양단이 모두 뚫려있기 때문에, 용액(145)이 더 용이하고, 빠르게 구멍 안으로 유입될 수 있다. 상기 용액(145)은 약 50℃ 내지 약 250℃에서 다공성층(313)에 더 용이하게 채워질 수 있다. 예를 들어, 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)은 약 150℃에서 다공성층(313)에 채워질 수 있다. 또한, 상기 용액(145)은 진공 상태에서 다공성층(313)에 더 용이하게 채워질 수 있다. 한편, 상기 용액(145)에서 상기 유기 압전 재료의 중량 퍼센트(wt %)를 조절하여, 상기 유기 압전 재료가 나노와이어(나노로드)를 형성하거나, 나노튜브를 형성하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 압전 재료의 wt %가 낮은 경우, 상기 유기 압전 재료가 나노튜브를 형성할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 상기 다공성층(313)에 채워진 상기 유기 압전 재료는 재결정화(poling)될 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 재결정화되어, 나노구조물(140)을 형성할 수 있다. 상기 유기 압전 재료는 약 50℃ 내지 250℃에서 재결정화될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 압전 재료는 약 150℃에서 재결정화될 수 있다. 그리고, 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액(145)이 다공성층(313)의 외부 표면에 형성한 박막을 제거할 수 있다. 상기 박막은 산소 플라즈마 공정 등을 통해서 제거될 수 있다.
도 5e를 참조하면, 상기 다공성층(313)을 제거할 수 있다. 다공성층(313)은 NaOH 용액 등을 사용하여 습식 식각 공정으로 제거될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 나노구조물(140)이 형성될 수 있다. 그리고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 나노구조물(240)도 상기와 같은 방법으로 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 다른 나노 발전 소자(200)의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 기판(210) 상에 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)을 형성할 수 있다. 기판(210)은 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기판(210)은 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판일 수 있다. 또한, 기판(210)은 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)은 기판(210) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 나란하게 배열될 수 있다. 전극들(221, 223, 225, 227)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 전극들(221, 223, 225, 227)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6b를 참조하면, 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227) 사이에 적어도 하나의 나노구조물(240)을 형성할 수 있다. 상기 나노구조물(240)은 복수 개의 전극들(221, 223, 225, 227)에 대해서 수직으로 배치되거나, 일정한 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 나노구조물(240)은 각각 전극들(221, 223, 225, 227)에 대해서 랜덤한 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 나노구조물(240)은 유기 압전 재료를 포함할 수 있으며, 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있다. 예를 들어, 상기 나노구조물(240)은 PVDF 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 나노구조물(240)은 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 여기에서, PVDF로 이루어진 나노구조물(240)은 양극 산화 알루미늄 주형에 의해서 형성될 수 있다. 나노구조물(240)은 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire) 또는 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다. 상기 나노로드와 상기 나노와이어는 그 종횡비가 서로 다를 수 있으며, 상기 나노와이어의 종횡비가 더 클 수 있다. 나노구조물(240)의 크기, 단면 형상 등은 양극 산화 알루미늄 주형의 크기, 단면 형상 등을 달리하여, 정해질 수 있다. 나노구조물(240)을 형성하는 방법은 전술된 도 4a 내지 도 4d 또는 도 5a 내지 도 5e에 대한 설명을 참조하기로 한다.
도 7은 개시된 또 다른 나노 발전 소자(300)의 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 개시된 나노 발전 소자(300)는 기판(110), 기판(110)과 일정한 간격으로 이격되게 마련되는 제1전극(130) 및 기판(110)과 제1전극(130) 사이에 마련된 적어도 하나의 나노구조물(140)을 포함할 수 있다. 그리고, 개시된 나노 발전 소자(300)는 적어도 하나의 나노구조물(140) 및 적어도 하나의 나노구조물(140) 상에 마련된 제3전극(131)을 포함하는 적층 구조물이 제1전극(130) 상에 적어도 1회 적층될 수 있다. 또한, 개시된 나노 발전 소자(300)는 기판(110) 상에 마련된 제2전극(120)을 더 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 나노구조물(140)은 제1 및 제2전극(130, 120) 사이 그리고, 제1 및 제3전극(130, 131) 사이에 마련될 수 있다.
상기 기판(110)으로는 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기판(110)은 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판일 수 있다. 또한, 기판(110)으로 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극(130)은 기판(110)과 일정한 간격으로 이격되게 마련될 수 있으며, 제2전극(120)은 기판(110) 상에 더 마련될 수 있다. 제1전극(130)과 제2전극(120)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 제1전극(130)과 제2전극(120)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 기판(110)이 전도성 재료를 포함하는 경우, 상기 기판(110)은 제2전극(120) 대신에 전극의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 고농도로 도핑된 실리콘을 포함하는 경우, 제2전극(120)은 기판(110) 상에 마련되지 않을 수 있다.
상기 적어도 하나의 나노구조물(140)은 제1 및 제2전극(130, 120) 사이에 마련될 수 있다. 나노구조물(140)은 제2전극(120) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 자연수)로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 마련되거나, 복수 개의 나노구조물(140)이 제2전극(120) 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 또한, 나노구조물(140)은 기판(110)에 대해서 수직하게 배열되거나, 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 제1전극(130) 상에는 적어도 하나의 나노구조물(140) 및 적어도 하나의 나노구조물(140) 상에 마련된 제3전극(131)을 포함하는 적층 구조물이 적어도 1회 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제3전극(131)이 제1전극(130)과 일정한 간격으로 이격되게 마련될 수 있으며, 제4전극(133)이 제3전극(131)과 일정한 간격으로 이격되게 마련될 수 있다. 즉, 제1 내지 제4전극(130, 120, 131, 133)은 서로 평행하게 마련될 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 나노구조물(140)이 제1 및 제3전극(130, 131) 사이에 그리고, 제3 및 제4전극(131, 133) 사이에 마련될 수 있다. 제3전극(131)과 제4전극(133)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 제3전극(131)과 제4전극(133)은 인주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube), 전도성 폴리머(Conductive polymer), 나노섬유(Nanofiber), 나노복합재료(Nanocomposite) 또는 그래핀 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
나노구조물(140)은 제1전극(130)과 제3전극(131) 상에 m × n의 2D 어레이 형태(m, n은 자연수)로 배열될 수 있다. 즉, 하나의 나노구조물(140)이 제1전극(130)과 제3전극(131) 상에 마련되거나, 복수 개의 나노구조물(140)이 제1전극(130)과 제3전극(131) 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 또한, 나노구조물(140)은 기판(110)에 대해서 수직하게 배열되거나, 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 나노구조물(140)은 유기 압전 재료를 포함할 수 있으며, 상기 유기 압전 재료는 강유전체일 수 있다. 예를 들어, 나노구조물(140)은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 나노구조물(140)은 베타-상(β-phase)의 PVDF를 포함할 수 있다. 여기에서, PVDF로 이루어진 나노구조물(140)은 양극 산화 알루미늄 주형에 의해서 형성될 수 있다. 나노구조물(140)은 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire) 또는 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다. 상기 나노로드와 상기 나노와이어는 그 종횡비가 서로 다를 수 있으며, 상기 나노와이어의 종횡비가 더 클 수 있다. 나노구조물(140)의 크기, 단면 형상 등은 상기 양극 산화 알루미늄 주형의 크기, 단면 형상 등을 달리하여, 정해질 수 있다.
그리고, 외부 부하(150)가 제1 내지 제4전극(130, 120, 131, 133) 중에서 바깥쪽에 위치하는 제2 및 제4전극(120, 133)에 연결되어, 개시된 나노 발전 소자(300)에서 발생된 전기를 저장하거나 소모할 수 있다. 예를 들어, 외부 부하(150)가 커패시터인 경우, 개시된 나노 발전 소자(300)에서 발생된 전기가 상기 커패시터에 저장될 수 있다. 또한, 외부 부하(150)가 나노 소자인 경우, 개시된 나노 발전 소자(300)에서 발생된 전기는 상기 나노 소자에서 소모될 수 있다.
개시된 나노 발전 소자(300)에는 외부로부터 기계적인 힘 예를 들어, 미세한 진동, 바람, 소리 또는 인체의 움직임 등이 가해질 수 있다. 이렇게, 외부의 힘이 나노 발전 소자(300)에 가해지면, 기판(110) 상에 마련된 나노구조물(140)은 변형될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 나노구조물(141)은 플렉서블하게 휘어질 수 있다. 또한, 나노구조물(143)은 그 길이 방향으로 수축될 수 있다. 그리고, 외부의 힘이 나노 발전 소자(300)에 가해지지 않는 경우, 나노구조물(140)은 원래 형태로 돌아올 수 있다. 이와 같이, 그 형태가 변형되거나, 원래 형태로 돌아오는 나노구조물(140)은 그 압전 특성에 의해서 나노구조물(140)의 양단에 연결된 제1 및 제2전극(130, 120) 사이, 제1 및 제3전극(130, 131) 사이, 그리고 제3 및 제4전극(131, 133) 사이에 소정의 전압을 유도할 수 있다. 상기 제1 내지 제4전극(130, 120, 131, 133))은 그 사이에 마련된 나노구조물(140)에 의해서 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이렇게, 제1 내지 제4전극(130, 120, 131, 133))이 직렬로 연결되는 경우, 개시된 나노 발전 소자(300)는 보다 높은 전압을 얻을 수 있다.
이러한 본 발명인 나노 발전 소자 및 그 제조 방법은 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 의해서 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300: 나노 발전 소자 110, 210: 기판
120: 제2전극 130: 제1전극
140, 240: 나노구조물 150, 250: 외부 부하
221, 223, 225, 227: 전극들

Claims (26)

  1. 유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 구비한 나노 발전 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노구조물은 강유전체를 포함하는 나노 발전 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노구조물은 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 포함하는 나노 발전 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    기판;
    상기 기판과 이격되게 마련되는 제1전극; 및
    상기 기판과 상기 제1전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 나노구조물;을 포함하는 나노 발전 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 전도성 재료를 포함하는 나노 발전 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 상에 마련되는 제2전극을 더 포함하는 나노 발전 소자.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 기판에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 배열되는 나노 발전 소자.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물 및 상기 적어도 하나의 나노구조물 상에 마련된 제3전극을 포함하는 적층 구조물이 상기 제1전극 상에 적어도 1회 적층된 나노 발전 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    서로 이격되게 배치되는 복수 개의 전극들; 및
    상기 복수 개의 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 나노구조물;을 포함하는 나노 발전 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극들과 상기 적어도 하나의 나노구조물은 기판 상에 마련되는 나노 발전 소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극들은 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치되는 나노 발전 소자.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 복수 개의 전극들에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 배열되는 나노 발전 소자.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극들은 서로 직렬로 연결되는 나노 발전 소자.
  14. 기판 상에 유기 압전 재료를 포함하는 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계를 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 나노구조물은 PVDF를 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판과 이격되게 마련되는 제1전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판 상에 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 기판에 대하여 수직하거나, 소정 각도로 경사지게 형성되는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물 및 상기 적어도 하나의 나노구조물 상에 마련된 제3전극을 포함하는 적층 구조물을 상기 제1전극 상에 적어도 1회 적층하여 형성하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 상에 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 전극들을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물은 상기 복수 개의 전극들 사이에 형성되는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계는
    금속층과 상기 금속층 상에 마련된 다공성층을 포함하는 양극 산화 금속 주형을 형성하는 단계;
    상기 다공성층에 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액을 채우는 단계;
    상기 유기 압전 재료를 재결정화하여 상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계;
    상기 양극 산화 금속 주형을 제거하는 단계;를 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계는
    금속층과 상기 금속층 상에 마련된 다공성층을 포함하는 양극 산화 금속 주형을 형성하는 단계;
    상기 금속층을 제거하는 단계;
    상기 다공성층에 상기 유기 압전 재료를 포함하는 용액을 채우는 단계;
    상기 유기 압전 재료를 재결정화하여 상기 적어도 하나의 나노구조물을 형성하는 단계;
    상기 다공성층을 제거하는 단계;를 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 용액은 50℃ 내지 250℃에서 상기 다공성층에 채워지는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  25. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 유기 압전 재료는 50℃ 내지 250℃에서 재결정화되는 나노 발전 소자의 제조 방법.
  26. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 용액이 상기 다공성층의 외부에 형성한 박막을 제거하는 단계를 더 포함하는 나노 발전 소자의 제조 방법.
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