KR20140055150A - Textile-based energry generator having stacked structure - Google Patents

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KR20140055150A
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Abstract

Disclosed is an energy generator based on textiles having a stacked structure. The disclosed energy generator comprises at least three electrode substrates disposed to be spaced apart from each other and having flexibility and elasticity; and a plurality of energy generating layers disposed between the electrode substrates, wherein each energy generating layer contains a plurality of nanowires with piezoelectric properties or a genetic elastomer generating electrical energy by deformation.

Description

적층된 구조를 가지는 직물 기반의 에너지 제너레이터{Textile-based energry generator having stacked structure} [0001] Textile-based energy generator having stacked structure [0002]

적층된 구조를 가지는 직물 기반의 에너지 제너레이터에 관한 것이다. To a fabric-based energy generator having a laminated structure.

본 발명은 삼성전자가 교육과학기술부의의 국가연구개발사업인 '글로벌 프론티어 연구개발 사업'의 '나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구'의 일환으로 수행한 결과로부터 도출된 것이다.The present invention is derived from the results of the research carried out by Samsung Electronics as part of the 'Nano-based Soft Electronics Research' of the 'Global Frontier Research and Development Project', a national research and development project of the Ministry of Education, Science and Technology.

과제고유번호: 2011-0031659Assignment number: 2011-0031659

부처명: 교육과학기술부Department name: Ministry of Education, Science and Technology

연구사업명: 글로벌 프론티어 연구개발 사업Research Project Name: Global Frontier R & D Project

연구과제명: 나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구Research title: Nano-based soft electronics research

주관기관: 삼성전자Organizer: Samsung Electronics

연구기간: 2012년 09월 ~ 2013년 08월Research period: September 2012 - August 2013

최근에는 입을 수 있는(wearable) 컴퓨터 등과 같이 유연하고(flexible) 신축성이 있는(stretchable) 소자 등에 대한 개발이 활발히 진행되고 있는 바, 이러한 유연하고 신축성이 있는 전자 소자를 구현하기 위해서는 적절한 용량의 전기에너지를 공급하는 에너지 제너레이터가 필요하게 된다. 단단한 소재 위에 제작되는 에너지 제너레이터는 유연성 및 신축성이 떨어지기 때문에 유연하고 신축성이 있는 전자 소자와 함께 사용되기가 어려우며, 또한 소형화 및 경량화가 요구되는 전자기기에도 사용되기가 어렵다는 단점이 있다. 한편, 최근에는 에너지를 하베스팅(harvesting)하는 기술이 이슈화로 떠오르고 있다. 이러한 에너지를 하베스팅 하는 소자들은 주변 환경에 존재하는 바람이나 진동, 또는 인간의 움직임으로부터 발생되는 기계적 에너지 등을 전기 에너지로 변환하여 추출할 수 있는 새로운 친환경 에너지 발전소자라 할 수 있다. 또한, 최근에는 나노기술의 발달로 인해 주변 환경으로부터 전기 에너지를 하베스팅할 수 있는 나노 시스템을 이용하여 유연하고 신축성있는 에너지 제너레이터 개발하고자 하는 연구가 진행되고 있다.In recent years, developments have been actively made on flexible and stretchable devices such as wearable computers. In order to realize such a flexible and stretchable electronic device, an appropriate amount of electric energy An energy generator for supplying power is required. An energy generator manufactured on a hard material has a disadvantage that it is difficult to be used together with a flexible and stretchable electronic device because flexibility and stretchability are poor and it is difficult to be used in an electronic device which is required to be reduced in size and weight. On the other hand, recently, harvesting technology for energy has emerged as an issue. These energy-harvesting devices can be considered as new eco-friendly power plants that can convert wind energy, vibration, and mechanical energy generated from human motion into electrical energy. Recently, researches are being conducted to develop a flexible and stretchable energy generator using a nanosystem capable of harvesting electric energy from the surrounding environment due to the development of nanotechnology.

적층된 구조를 가지는 직물 기반의 에너지 제너레이터를 제공한다.A fabric-based energy generator having a laminated structure is provided.

일 측면에 있어서, In one aspect,

서로 이격되게 배치되며, 유연하고(flexible) 신축성을 가지는(stretchable) 적어도 3개의 전극 기판; 및 At least three electrode substrates spaced apart from one another and flexible and stretchable; And

상기 전극 기판들 사이에 마련되는 복수의 에너지 발생층;을 구비하고, And a plurality of energy generating layers provided between the electrode substrates,

상기 에너지 발생층들 각각은 압전 특성을 가지는 복수의 나노 와이어(nano wire) 또는 변형에 의해 전기에너지를 발생시키는 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)를 포함하는 에너지 제너레이터가 제공된다.
Each of the energy generating layers includes an energy generator including a plurality of nano wires having piezoelectric characteristics or a dielectric elastomer that generates electrical energy by deformation.

상기 에너지 발생층들 모두는 상기 나노 와이어들을 포함하거나 또는 상기 에너지 발생층들 모두는 상기 유전성 탄성중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 에너지 발생층들 중 적어도 하나는 상기 나노 와이어들을 포함하고, 다른 상기 에너지 발생층들은 상기 유전성 탄성중합체를 포함할 수 있다. All of the energy generating layers may comprise the nanowires or both of the energy generating layers may comprise the dielectric elastomer. Also, at least one of the energy generating layers may include the nanowires, and the other energy generating layers may include the dielectric elastomer.

상기 전극 기판들 각각은 유연하고 신축성을 가지는 직물(textile)과, 상기 직물 상에 코팅된 전극층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전극층은 예를 들면, Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 상기 전극 기판들은 각각 대략 10% ~ 100%의 신장률(elongation percentage)을 가질 수 있다. Each of the electrode substrates may include a flexible and stretchable textile and an electrode layer coated on the fabric. Here, the electrode layer may include at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, and Ni, for example. The electrode substrates may each have an elongation percentage of about 10% to about 100%.

상기 나노 와이어들은 예를 들면, ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유전성 탄성중합체는 예를 들면, 천연고무(natural rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber) 및 공중합체(copolymer)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The nanowires may include at least one selected from the group consisting of, for example, ZnO, BaTiO 3 , NaNbO 3 , PZT, PVDF and PVDF copolymer derivatives. The dielectric elastomer may include at least one selected from the group consisting of, for example, natural rubber, silicone rubber, acrylic rubber and copolymer.

상기 에너지 발생층이 상기 복수의 나노와이어를 포함하는 경우, 상기 나노 와이어들의 일단과 쇼트키 컨택(schottky contact)을 형성하는 전극 기판의 표면에는 절연층이 더 마련될 수 있다. 여기서, 상기 절연층은 예를 들면, 고분자 계열의 물질을 포함할 수 있다. When the energy generating layer includes the plurality of nanowires, an insulating layer may be further provided on a surface of the electrode substrate forming a schottky contact with one end of the nanowires. Here, the insulating layer may include, for example, a polymer material.

상기 에너지 발생층이 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 경우, 상기 에너지 발생층은 유전특성 향상물질을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유전특성 향상물질은 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 카본 입자(Carbon Particle), 아크릴계 고분자 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. When the energy generating layer includes the dielectric elastomer, the energy generating layer may further include a dielectric property improving material. Here, the dielectric property-improving material may include at least one selected from the group consisting of a single-walled nanotube (SWNT), a multi-walled nanotube (MWNT), a carbon particle, an acrylic polymer, and a conductive polymer.

상기 에너지 발생층이 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 경우, 상기 에너지 발생층은 상기 유전성 탄성중합체 내에 함침된(embedded) 압전 물질을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 압전 물질은 나노 입자(Nano particle), 나노 와이어(Nano wire), 나노 로드(Nano rod), 나노 파이버(Nano fiber) 또는 나노 플라워(Nano flower)의 형태를 가질 수 있다. When the energy generating layer includes the dielectric elastomer, the energy generating layer may further include a piezoelectric material embedded in the dielectric elastomer. Here, the piezoelectric material may have the form of a nanoparticle, a nanowire, a nanorod, a nanofiber, or a nanoflower.

상기 에너지 제너레이터는 직조된 직물(woven fabrics) 형태를 포함할 수 있다. 상기 전극 기판들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. The energy generators may include woven fabrics. The electrode substrates may be connected to each other in series or in parallel.

실시예들에 따른 에너지 제너레이터는 압전 특성을 가지는 복수의 나노 와이어 또는 유전성 탄성중합체를 포함하는 복수의 에너지 발생층이 적층된 탠덤(tandem) 구조를 가짐으로써 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 또한, 직물 기반의 에너지 제너레이터는 그 유연하고 신축성이 있는 특징에 의하여 입을 수 있는(wearable) 전자소자나 대면적의 건축물 등과 같이 주변 환경을 이용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. The energy generator according to the embodiments can improve the output voltage by having a tandem structure in which a plurality of energy generating layers including a plurality of nanowires or dielectric elastomers having piezoelectric characteristics are stacked. In addition, textile-based energy generators can be applied to a variety of fields that can utilize the surrounding environment such as wearable electronic devices and large-scale buildings due to their flexible and elastic characteristics.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 제너레이터의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터의 단면도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터의 단면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터의 단면도이다.1 is a perspective view of a fabric-based energy generator according to an exemplary embodiment.
2 is a cross-sectional view of the energy generator shown in Fig.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a modified example of the fabric-based energy generator according to FIG. 1;
4 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator according to another exemplary embodiment.
5 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator according to another exemplary embodiment.
6 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator according to another exemplary embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments illustrated below are not intended to limit the scope of the invention, but rather are provided to illustrate the invention to those skilled in the art. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size and thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation. Also, when it is described as being present on a given material layer substrate or other layer, the material layer may be present in direct contact with the substrate or other layer, and there may be another third layer in between. In addition, the materials constituting each layer in the following embodiments are illustrative, and other materials may be used.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터(100)의 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 에너지 제너레이터(100)의 단면도이다.1 is a perspective view of a fabric-based energy generator 100 in accordance with an exemplary embodiment. 2 is a sectional view of the energy generator 100 shown in Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 직물 기반의 에너지 제너레이터(100)는 두 개의 단위 에너지 발생소자들(110,120)이 적층된 탠덤(tandem) 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 상기 에너지 제너레이터(100)는 서로 이격되게 배치되는 제1, 제2 및 제3 전극 기판(111,121,131)과, 상기 제1 및 제2 전극 기판(111,121) 사이 및 상기 제2 및 제3 전극 기판(121,131) 사이에 각각 마련되는 제1 및 제2 에너지 발생층을 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the fabric-based energy generator 100 has a tandem structure in which two unit energy generating elements 110 and 120 are stacked. Specifically, the energy generator 100 includes first, second, and third electrode substrates 111, 121, and 131 disposed to be spaced apart from each other, and a second electrode substrate 121, which is disposed between the first and second electrode substrates 111 and 121, And first and second energy generating layers provided between the substrates 121 and 131, respectively.

상기 제1, 제2 및 제3 전극 기판(111,121,131)은 유연하고 신축성이 있는 직물 기반의 기판들이다. 상기 제1 전극 기판(111)은 유연하고 신축성이 있는 제1 직물(112)과, 상기 제1 직물(112) 상에 코팅된 제1 전극층(113)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극 기판(121)은 유연하고 신축성이 있는 제2 직물(122)과, 상기 제2 직물(122) 상에 코팅된 제2 전극층(123)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 전극 기판(131)은 유연하고 신축성이 있는 제3 직물(132)과, 상기 제3 직물(132) 상에 코팅된 제3 전극층(133)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극층(113,123,133)은 예를 들면, Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 전극 기판(111,121,131)은 유연성 및 신축성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1, 제2 및 제3 전극 기판(111,121,131)은 대략 10% ~ 100%의 신장률을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The first, second and third electrode substrates (111, 121, 131) are flexible and stretch fabric-based substrates. The first electrode substrate 111 may include a first fabric 112 that is flexible and stretchable and a first electrode layer 113 that is coated on the first fabric 112. The second electrode substrate 121 may include a second fabric 122 that is flexible and stretchable and a second electrode layer 123 that is coated on the second fabric 122. The third electrode substrate 131 may include a flexible third elastic fabric 132 and a third electrode layer 133 coated on the third fabric 132. The first, second and third electrode layers 113, 123 and 133 may be made of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Ni, for example. The first, second, and third electrode substrates 111, 121, and 131 may have flexibility and stretchability. For example, the first, second, and third electrode substrates 111, 121, and 131 may have an elongation percentage of about 10% to 100%, but the present invention is not limited thereto.

상기 제1 및 제2 전극 기판(111,121) 사이에는 압전 특성을 가지는 복수의 제1 나노와이어(115)를 포함하는 제1 에너지 발생층이 마련되어 있으며, 상기 제2 및 제3 전극 기판(121,131) 사이에는 압전 특성을 가지는 복수의 제2 나노와이어(125)를 포함하는 제2 에너지 발생층이 마련되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 나노와이어(115,125)는 예를 들면, ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 나노와이어들(115,125)은 각각 제1 및 제2 전극(111,121) 기판 상에 수직 또는 경사지게 성장 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 나노와이어들(115,125)은 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 수열법(Hydrothermal method) 등에 의해 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 나노와이어들(115,125)은 대략 1:20 ~ 1:100 정도의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. A first energy generation layer including a plurality of first nanowires 115 having piezoelectric characteristics is provided between the first and second electrode substrates 111 and 121, A second energy generation layer including a plurality of second nanowires 125 having piezoelectric characteristics is provided. The first and second nanowires 115 and 125 may include at least one selected from the group consisting of ZnO, BaTiO 3 , NaNbO 3 , PZT, PVDF, and PVDF copolymer derivatives. The first and second nanowires 115 and 125 may be vertically or inclinedly grown on the first and second electrodes 111 and 121, respectively. The first and second nanowires 115 and 125 may be formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) or hydrothermal method. The first and second nanowires 115 and 125 may have an aspect ratio of about 1:20 to 1: 100. However, the present invention is not limited thereto.

상기 제1 및 제2 나노와이어들(115,125)의 상단들은 각각 제2 및 제3 전극 기판(121,131)의 하면과 접촉하여 쇼트키 컨택(schottky contact)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제2 및 제3 전극 기판(121,131)의 하면에는 각각 전극 기판들(111,121,131) 사이의 절연을 위한 제1 및 제2 절연층(124,134)이 더 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 절연층(124,134)은 유연하고 신축성이 있는 고분자 계열의 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 제1 나노와이어들(115)이 외부의 힘에 의해 변형됨에 따라 그 양단 간에는 전위차가 발생하게 되고, 이러한 전위차에 따른 출력 전압이 제1 및 제2 전극 기판(111,121) 사이에서 얻어질 수 있다. 또한, 상기 제2 나노와이어들(125)이 외부의 힘에 의해 변형됨에 따라 그 양단 간에는 전위차가 발생하게 되고, 이러한 전위차에 따른 출력 전압이 제2 및 제3 전극 기판(121,131) 사이에서 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 전극 기판들(111,121,131) 사이는 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. The upper ends of the first and second nanowires 115 and 125 may contact the lower surfaces of the second and third electrode substrates 121 and 131 to form a schottky contact. First and second insulation layers 124 and 134 may be further formed on the lower surfaces of the second and third electrode substrates 121 and 131 for insulation between the electrode substrates 111 and 121 and 131, respectively. The first and second insulating layers 124 and 134 may include, but are not necessarily limited to, flexible and stretchable polymeric materials. As the first nanowires 115 are deformed by an external force, a potential difference occurs between both ends thereof, and an output voltage according to the potential difference can be obtained between the first and second electrode substrates 111 and 121 . As the second nanowires 125 are deformed by an external force, a potential difference occurs between both ends of the second nanowires 125. An output voltage according to the potential difference is obtained between the second and third electrode substrates 121 and 131 . Here, the electrode substrates 111, 121, and 131 may be connected in series or in parallel.

상기한 에너지 제너레이터(100)는 유연성 및 신축성을 가지고 있으므로, 직조된 직물(woven fabrics) 형태로 제작될 수 있다. 한편, 상기 에너지 제너레이터(100)는 직조되지 않은 형태로 제작될 수도 있다. 이상에서는 에너지 제너레이터(100)가 2개의 단위 에너지 발생소자(110,120)가 적층된 탠덤 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 상기 에너지 제너레이터(100)는 3개 이상의 단위 에너지 발생소자들이 적층된 탠덤 구조를 가질 수도 있다. 도 3에는 4개의 단위 에너지 발생소자들(110',120',130',140')이 적층된 탠덤 구조를 가지는 직물 기반의 에너지 제너레이터(100')가 예시적으로 도시되어 있다. Since the energy generator 100 has flexibility and stretchability, it can be manufactured in the form of woven fabrics. Meanwhile, the energy generator 100 may be manufactured in a non-woven form. In the above description, the energy generator 100 has a tandem structure in which the two unit energy generators 110 and 120 are stacked. However, the energy generator 100 may include a tandem structure in which three or more unit energy generators are stacked Structure. FIG. 3 is an exemplary illustration of a fabric-based energy generator 100 'having a tandem structure in which four unit energy generating elements 110', 120 ', 130', and 140 'are stacked.

이상과 같이, 상기한 직물 기반의 에너지 제너레이터(100,100')는 압전 특성을 가지는 복수의 나노 와이어(115,125)를 포함하는 에너지 발생층들이 적층된 탠덤(tandem) 구조를 가짐으로써 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 또한, 직물 기반의 에너지 제너레이터(100,100')는 그 유연하고 신축성이 있는 특징에 의하여 입을 수 있는(wearable) 전자소자 등과 같이 주변 환경을 이용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. As described above, the fabric-based energy generators 100 and 100 'have the tandem structure in which the energy generating layers including the plurality of nanowires 115 and 125 having piezoelectric characteristics are stacked to improve the output voltage have. In addition, the fabric-based energy generators 100, 100 'can be applied to various fields that can utilize the surrounding environment such as electronic devices wearable by their flexible and elastic characteristics.

도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터(200)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.4 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator 200 according to another exemplary embodiment. Hereinafter, differences from the above embodiment will be mainly described.

도 4를 참조하면, 에너지 제너레이터(200)는 두 개의 단위 에너지 발생소자들(210,220)이 적층된 탠덤(tandem) 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 상기 에너지 제너레이터(200)는 서로 이격되게 배치되는 제1, 제2 및 제3 전극 기판(211,212,213)과, 상기 제1 및 제2 전극 기판(211,212) 사이와, 상기 제2 및 제3 전극 기판(212,213) 사이에 각각 마련되는 제1 및 제2 에너지 발생층을 포함한다. 상기 제1 전극 기판(211)은 유연하고 신축성이 있는 제1 직물(212)과, 상기 제1 직물(212) 상에 코팅된 제1 전극층(213)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극 기판(221)은 유연하고 신축성이 있는 제2 직물(222)과, 상기 제2 직물(222) 상에 코팅된 제2 전극층(223)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 전극 기판(231)은 유연하고 신축성이 있는 제3 직물(232)과, 상기 제3 직물(232) 상에 코팅된 제3 전극층(233)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극층(213,223,233)은 예를 들면, Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극 기판(211,212,213)은 대략 10% ~ 100%의 신장률을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 4, the energy generator 200 has a tandem structure in which two unit energy generating elements 210 and 220 are stacked. Specifically, the energy generator 200 includes first, second, and third electrode substrates 211, 212, and 213 disposed to be spaced apart from each other, and between the first and second electrode substrates 211 and 212, And first and second energy generating layers provided between the electrode substrates 212 and 213, respectively. The first electrode substrate 211 may include a first flexible fabric 212 and a first electrode layer 213 coated on the first fabric 212. The second electrode substrate 221 may include a flexible and stretchable second fabric 222 and a second electrode layer 223 coated on the second fabric 222. The third electrode substrate 231 may include a third elastic fabric 232 and a third electrode layer 233 coated on the third fabric 232. The first, second and third electrode layers 213, 223 and 233 may be made of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Ni, for example. The first, second, and third electrode substrates 211, 212, and 213 may have an elongation percentage of about 10% to 100%, but are not limited thereto.

상기 제1 및 제2 전극 기판(211,221) 사이에는 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있는 제1 유전성 탄성중합체(215)를 포함하는 제1 에너지 발생층이 마련되어 있으며, 상기 제2 및 제3 전극 기판(221,231) 사이에는 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있는 제2 유전성 탄성중합체(225)를 포함하는 제2 에너지 발생층이 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(215,225)는 신장이나 수축 등과 같은 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있는 물질로서, 예를 들면, 천연고무(natural rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber) 및 공중합체(copolymer)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 상기 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(215,225)는 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 유전성 탄성중합체(215)가 외부의 힘에 의해 신장되거나 수축됨에 따라 발생되는 출력 전압이 제1 및 제2 전극 기판(211,212) 사이에서 얻어질 수 있다. 또한, 상기 제2 유전성 탄성중합체(225)이 외부의 힘에 의해 신장되거나 수축됨에 따라 발생되는 출력 전압이 제2 및 제3 전극 기판(212,213) 사이에서 얻어질 수 있다. 상기 전극 기판들(211,221,231) 사이는 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(215,225)는 후술하는 유전특성 향상물질(도 1의 315b,325b)을 포함함으로써 전기에너지의 발생을 보다 증대시킬 수도 있다. A first energy generation layer including a first dielectric elastomer 215 capable of generating electrical energy by deformation is provided between the first and second electrode substrates 211 and 221, Between the substrates 221 and 231, a second energy generation layer including a second dielectric elastomer 225 capable of generating electrical energy by deformation is provided. The first and second dielectric elastomers 215 and 225 are materials capable of generating electrical energy by deformation such as elongation and contraction and are made of natural rubber, Acrylic rubber, and a copolymer. The term " copolymer " However, this is merely exemplary and, in addition, the first and second dielectric elastomers 215,225 may comprise a variety of different materials. An output voltage generated as the first dielectric elastomer 215 is elongated or contracted by an external force can be obtained between the first and second electrode substrates 211 and 212. Further, an output voltage generated as the second dielectric elastomer 225 is elongated or contracted by an external force can be obtained between the second and third electrode substrates 212 and 213. The electrode substrates 211, 221 and 231 may be connected in series or in parallel. The first and second dielectric elastomers 215 and 225 may further increase the generation of electric energy by including a dielectric property improving material (315b and 325b in FIG. 1) described later.

상기한 에너지 제너레이터(200)는 유연성 및 신축성을 가지고 있으므로, 직조된 직물(woven fabrics) 형태로 제작될 수 있다. 한편, 에너지 제너레이터(200)는 직조되지 않은 형태로 제작될 수도 있다. 한편, 이상에서는 에너지 제너레이터(200)가 2개의 단위 에너지 발생소자들(210,220)이 적층된 탠덤 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 상기 에너지 제너레이터(200)는 3개 이상의 단위 에너지 발생소자들이 적층된 탠덤 구조를 가질 수도 있다. 이상과 같이, 직물 기반의 에너지 제너레이터(200)는 변형에 의해 전기에너지를 발생시키는 유전성 탄성중합체(215,225)를 포함하는 에너지 발생층들이 적층된 탠덤 구조를 가짐으로써 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 또한, 직물 기반의 에너지 제너레이터(200)는 그 유연하고 신축성이 있는 특징에 의하여 입을 수 있는 전자소자 등과 같이 주변 환경을 이용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. Since the energy generator 200 has flexibility and stretchability, the energy generator 200 can be manufactured in the form of woven fabrics. Meanwhile, the energy generator 200 may be manufactured in a non-woven form. In the above description, the energy generator 200 has a tandem structure in which two unit energy generators 210 and 220 are stacked. However, the energy generator 200 may include three or more unit energy generators It may have a stacked tandem structure. As described above, the fabric-based energy generator 200 can improve the output voltage by having the energy generating layers including the dielectric elastomers 215 and 225 that generate electric energy by deformation have a stacked tandem structure. In addition, the fabric-based energy generator 200 can be applied to various fields that can utilize the surrounding environment such as electronic devices that can be worn by its flexible and elastic characteristics.

도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터(300)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.5 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator 300 in accordance with another exemplary embodiment. Hereinafter, differences from the above embodiment will be mainly described.

도 5를 참조하면, 에너지 제너레이터(300)는 두 개의 단위 에너지 발생소자들(310,320)이 적층된 탠덤(tandem) 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 상기 에너지 제너레이터(300)는 서로 이격되게 배치되는 제1, 제2 및 제3 전극 기판(311,321,331)과, 상기 제1 및 제2 전극 기판(311,321) 사이와, 상기 제2 및 제3 전극 기판(321,331) 사이에 각각 마련되는 제1 및 제2 에너지 발생층을 포함한다. 상기 제1 전극 기판(311)은 유연하고 신축성이 있는 제1 직물(312)과, 상기 제1 직물(312) 상에 코팅된 제1 전극층(313)을 포함하고, 상기 제2 전극 기판(321)은 유연하고 신축성이 있는 제2 직물(322)과, 상기 제2 직물(322) 상에 코팅된 제2 전극층(323)을 포함하며, 상기 제3 전극 기판(331)은 유연하고 신축성이 있는 제3 직물(332)과, 상기 제3 직물(332) 상에 코팅된 제3 전극층(333)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극층(313,323,333)은 예를 들면, Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극 기판(311,321,331)은 대략 10% ~ 100%의 신장률을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 5, the energy generator 300 has a tandem structure in which two unit energy generating elements 310 and 320 are stacked. Specifically, the energy generator 300 includes first, second, and third electrode substrates 311, 321, and 331 disposed to be spaced apart from each other, and between the first and second electrode substrates 311 and 321, And first and second energy generating layers provided between the electrode substrates 321 and 331, respectively. The first electrode substrate 311 includes a flexible and stretchable first fabric 312 and a first electrode layer 313 coated on the first fabric 312. The second electrode substrate 321 Comprises a flexible and stretchable second fabric 322 and a second electrode layer 323 coated on the second fabric 322 and the third electrode substrate 331 is flexible and stretchable A third fabric 332 and a third electrode layer 333 coated on the third fabric 332. The first, second and third electrode layers 313, 323 and 333 may be made of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Ni, for example. The first, second, and third electrode substrates 311, 321, and 331 may have an elongation percentage of about 10% to 100%, but are not limited thereto.

상기 제1 및 제2 전극 기판(311,321) 사이에 마련되는 제1 에너지 발생층은 제1 유전성 탄성중합체(315)와 제1 압전 물질(315a)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 및 제3 전극 기판(321,331) 사이에 마련되는 제2 에너지 발생층은 제2 유전성 탄성중합체(325)와 제2 압전 물질(325a)을 포함할 수 있다. 한편, 유전 특성, 즉 유전율의 향상을 위해 상기 제1 및 제2 에너지 발생층은 각각 제1 및 제2 유전특성 향상물질(315b,325b)을 더 포함할 수 있다. The first energy generation layer provided between the first and second electrode substrates 311 and 321 may include a first dielectric elastomer 315 and a first piezoelectric material 315a. The second energy generating layer provided between the second and third electrode substrates 321 and 331 may include a second dielectric elastomer 325 and a second piezoelectric material 325a. Meanwhile, the first and second energy generating layers may further include first and second dielectric property-improving materials 315b and 325b, respectively, for improving the dielectric properties, that is, the dielectric constant.

상기 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(315,325)는 신장이나 수축 등과 같은 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있으며, 상기 제1 및 제2 압전 물질(315a,325a)은 압력에 의해 변형됨으로써 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 압전 물질(315a,325a)은 각각 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(315,325) 내에 함침되어(embedded)되어 있을 수 있다. 상기 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(315,325))는 예를 들면, 천연고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 공중합체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 제1 및 제2 압전 물질(315a,325a)은 예를 들면, ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT(lead zirconate titanate), PVDF(polyvinylidene flouride) 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 압전 물질(315a,325a)은 각각 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(315,325) 내에서 예를 들면, 나노 입자(Nano particle), 나노 와이어(Nano wire), 나노 로드(Nano rod), 나노 파이버(Nano fiber) 또는 나노 플라워(Nano flower) 등의 형태로 함침되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 나노 와이어는 예를 들면, 대략 1:20 ~ 1:100 정도의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 그리고, 상기 나노 로드는 상기 나노 와이어보다 낮은 종횡비를 가지며, 상기 나노 파이버는 상기 나노 와이어 보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 도 5에는 상기 제1 및 제2 압전 물질(315a,325a)이 각각 제1 및 제2 유전성 탄성중합체(315,325) 내에 나노 입자의 형태로 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 상기 제1 및 제2 유전특성 향상물질(315b,325b)은 예를 들면, 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 카본 입자(Carbon Particle), 아크릴계 고분자 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first and second dielectric elastomers 315 and 325 can generate electrical energy by deformation such as elongation and contraction and the first and second piezoelectric materials 315a and 325a are deformed by the pressure, Can be generated. Here, the first and second piezoelectric materials 315a and 325a may be embedded in the first and second dielectric elastomers 315 and 325, respectively. The first and second dielectric elastomers 315 and 325 may include at least one selected from the group consisting of, for example, natural rubber, silicone rubber, acrylic rubber, and a copolymer. However, the present invention is not limited thereto. In addition, the first and the second piezoelectric material (315a, 325a) is, for example, ZnO, BaTiO 3, NaNbO 3, PZT (lead zirconate titanate), PVDF (polyvinylidene flouride), and at least selected from the group consisting of PVDF copolymer derivatives One can be included. The first and second piezoelectric materials 315a and 325a may be formed in the first and second dielectric elastomers 315 and 325, respectively, for example, nanoparticles, nanowires, nano- rod, nano fiber, or nano flower. Here, the nanowire may have an aspect ratio of about 1:20 to 1: 100, for example. The nanorods may have an aspect ratio lower than that of the nanowires, and the nanofibers may have a larger aspect ratio than the nanowires. 5 shows an example in which the first and second piezoelectric materials 315a and 325a are provided in the form of nanoparticles in the first and second dielectric elastomers 315 and 325, respectively. The first and second dielectric property-improving materials 315b and 325b may be formed of, for example, single wall nanotubes (SWNTs), multiwall nanotubes (MWNTs), carbon particles, acrylic polymers, and conductive polymers May include at least one selected from the group.

상기 전극 기판들(311,321,331) 사이는 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기한 에너지 제너레이터(300)는 유연성 및 신축성을 가지고 있으므로, 직조된 직물(woven fabrics) 형태로 제작될 수 있다. 한편, 에너지 제너레이터(300)는 직조되지 않은 형태로 제작될 수도 있다. 한편, 이상에서는 에너지 제너레이터(300)가 2개의 단위 에너지 발생소자들(310,320)이 적층된 탠덤 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 상기 에너지 제너레이터(300)는 3개 이상의 단위 에너지 발생소자들이 적층된 탠덤 구조를 가질 수도 있다. 이상과 같이, 상기 에너지 발생층들은 유전성 탄성중합체(315,325) 뿐만아니라 압전 물질 또는 압전 물질(315a,325a) 및 유전특성 향상물질(315b,325b)을 더 포함함으로써 보다 많은 전기에너지를 얻을 수 있으며, 이러한 에너지 발생층들이 적층되어 탠텀 구조의 에너지 제너레이터(300)를 구현함으로써 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 또한, 직물 기반의 에너지 제너레이터(300)는 그 유연하고 신축성이 있는 특징에 의하여 입을 수 있는 전자소자 등과 같이 주변 환경을 이용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. The electrode substrates 311, 321, and 331 may be connected in series or may be connected in parallel. Since the energy generator 300 has flexibility and stretchability, the energy generator 300 can be manufactured in the form of woven fabrics. Meanwhile, the energy generator 300 may be manufactured in a non-woven form. In the above description, the energy generator 300 has a tandem structure in which two unit energy generators 310 and 320 are stacked. However, the energy generator 300 may include three or more unit energy generators It may have a stacked tandem structure. As described above, the energy generating layers include not only the dielectric elastomers 315 and 325 but also the piezoelectric material or the piezoelectric materials 315a and 325a and the dielectric property improving materials 315b and 325b, The output voltage can be improved by stacking the energy generating layers to realize the energy generator 300 of the tantum type structure. In addition, the fabric-based energy generator 300 can be applied to various fields that can utilize the surrounding environment such as electronic devices that can be worn by its flexible and elastic characteristics.

도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 직물 기반의 에너지 제너레이터(400)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.6 is a cross-sectional view of a fabric-based energy generator 400 in accordance with another exemplary embodiment. Hereinafter, differences from the above embodiment will be mainly described.

도 6을 참조하면, 에너지 제너레이터(400)는 두 개의 단위 에너지 발생소자들(410,420)이 적층된 탠덤 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 상기 에너지 제너레이터(400)는 서로 이격되게 배치되는 제1, 제2 및 제3 전극 기판(411,421,431)과, 상기 제1 및 제2 전극 기판(411,421) 사이 및 상기 제2 및 제3 전극 기판(421,431) 사이에 각각 마련되는 제1 및 제2 에너지 발생층을 포함한다. 상기 제1 전극 기판(411)은 유연하고 신축성이 있는 제1 직물(412)과, 상기 제1 직물(412) 상에 코팅된 제1 전극층(413)을 포함하고, 상기 제2 전극 기판(421)은 유연하고 신축성이 있는 제2 직물(422)과, 상기 제2 직물(422) 상에 코팅된 제2 전극층(423)을 포함하며, 상기 제3 전극 기판(431)은 유연하고 신축성이 있는 제3 직물(432)과, 상기 제3 직물(432) 상에 코팅된 제3 전극층(433)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극층(413,423,433)은 예를 들면, Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 전극 기판(411,421,431)은 대략 10% ~ 100%의 신장률을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 6, the energy generator 400 has a tandem structure in which two unit energy generating elements 410 and 420 are stacked. Specifically, the energy generator 400 includes first, second, and third electrode substrates 411, 421, and 431 spaced apart from each other, and between the first and second electrode substrates 411 and 421 and between the second and third electrodes 411 and 421. [ And first and second energy generating layers provided between the substrates 421 and 431, respectively. The first electrode substrate 411 includes a flexible first stretchable fabric 412 and a first electrode layer 413 coated on the first fabric 412. The second electrode substrate 421 ) Comprises a flexible, stretchable second fabric (422) and a second electrode layer (423) coated on the second fabric (422), said third electrode substrate (431) being flexible and stretchable A third fabric 432 and a third electrode layer 433 coated on the third fabric 432. The first, second and third electrode layers 413, 423 and 433 may be made of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Ni, for example. The first, second and third electrode substrates 411, 421 and 431 may have an elongation of approximately 10% to 100%, but are not limited thereto.

제1 및 제2 전극 기판(411,421) 사이에 마련되는 제1 에너지 발생층은 변형에 의해 전기에너지를 발생시키는 유전성 탄성중합체(415)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 에너지 발생층은 압전 물질(415a)이나 또는 압전 물질(415a) 및 유전특성 향상물질(415b)을 더 포함할 수 있다. 상기 유전성 탄성중합체(415)는 신장이나 수축 등과 같은 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 그리고, 상기 압전 물질(415a)은 압력에 의해 변형됨으로써 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 압전 물질(415a)은 유전성 탄성중합체(415) 내에 함침되어되어 있을 수 있다. 상기 유전성 탄성중합체(415)는 예를 들면, 천연고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 공중합체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 압전 물질(415a)은 예를 들면, ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 압전 물질(415a)은 유전성 탄성중합체(4151) 내에서 예를 들면, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 로드, 나노 파이버 또는 나노 플라워 등의 형태로 함침되어 있을 수 있다. 상기 유전특성 향상물질(415b)은 예를 들면, 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 카본 입자(Carbon Particle), 아크릴계 고분자 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유전성 탄성중합체(415)가 외부의 힘에 의해 신장되거나 수축됨에 따라 발생되는 출력 전압이 제1 및 제2 전극 기판(411,421) 사이에서 얻어질 수 있다. The first energy generating layer provided between the first and second electrode substrates 411 and 421 includes a dielectric elastomer 415 that generates electrical energy by deformation. Here, the first energy generation layer may further include a piezoelectric material 415a or a piezoelectric material 415a and a dielectric property improving material 415b. The dielectric elastomer 415 can generate electrical energy by deformation such as elongation or contraction. The piezoelectric material 415a is deformed by the pressure to generate electric energy. Here, the piezoelectric material 415a may be impregnated in the dielectric elastomer 415. The dielectric elastomer 415 may include at least one selected from the group consisting of, for example, natural rubber, silicone rubber, acrylic rubber, and a copolymer. However, the present invention is not limited thereto. And, the piezoelectric material (415a), for example, may include at least one selected from the group consisting of ZnO, BaTiO 3, NaNbO 3, PZT, PVDF, and PVDF copolymer derivative. The piezoelectric material 415a may be impregnated in the dielectric elastomer 4151 in the form of, for example, nanoparticles, nanowires, nanorods, nanofibers, or nanoflowers. The dielectric property improving material 415b may include at least one selected from the group consisting of single wall nanotubes (SWNTs), multiwall nanotubes (MWNTs), carbon particles (carbon particles), acrylic polymers, and conductive polymers can do. An output voltage generated as the dielectric elastomer 415 is elongated or contracted by an external force can be obtained between the first and second electrode substrates 411 and 421. [

제2 및 제3 전극 기판(421,431) 사이에 마련되는 제2 에너지 발생층은 압전 특성을 가지는 복수의 나노와이어(425)를 포함한다. 여기서, 상기 나노와이어(425)는 예를 들면, ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노와이어들(425)은 대략 1:20 ~ 1:100 정도의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 나노와이어들(425)의 상단들은 각각 제3 전극 기판(431)의 하면과 접촉하여 쇼트키 컨택을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제3 전극 기판(431)의 하면에는 제2 및 제3 전극 기판(421,431) 사이의 절연을 위한 절연층(434)이 더 형성될 수 있다. 상기 절연층(434)은 유연하고 신축성이 있는 고분자 계열의 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 나노와이어들(425)이 외부의 힘에 의해 변형됨에 따라 그 양단 간에는 전위차가 발생하게 되고, 이러한 전위차에 따른 출력 전압이 제2 및 제3 전극 기판(421,431) 사이에서 얻어질 수 있다. 상기 전극 기판들(411,421,431) 사이는 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. The second energy generation layer provided between the second and third electrode substrates 421 and 431 includes a plurality of nanowires 425 having piezoelectric characteristics. The nanowire 425 may include at least one selected from the group consisting of ZnO, BaTiO 3 , NaNbO 3 , PZT, PVDF, and PVDF copolymer derivatives. The nanowires 425 may have an aspect ratio of about 1:20 to 1: 100. However, the present invention is not limited thereto. The upper ends of the nanowires 425 may contact the lower surface of the third electrode substrate 431 to form a Schottky contact. Here, an insulating layer 434 for insulation between the second and third electrode substrates 421 and 431 may be further formed on the lower surface of the third electrode substrate 431. The insulating layer 434 may include, but is not necessarily limited to, a flexible and stretchable polymeric material. As the nanowires 425 are deformed by an external force, a potential difference is generated between both ends of the nanowires 425, and an output voltage according to the potential difference can be obtained between the second and third electrode substrates 421 and 431. The electrode substrates 411, 421 and 431 may be connected in series or in parallel.

상기한 에너지 제너레이터(400)는 유연성 및 신축성을 가지고 있으므로, 직조된 직물(woven fabrics) 형태로 제작될 수 있다. 한편, 에너지 제너레이터(400)는 직조되지 않은 형태로 제작될 수도 있다. 한편, 이상에서는 에너지 제너레이터(400)가 2개의 단위 에너지 발생소자들(410,420)이 적층된 탠덤 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 상기 에너지 제너레이터(400)는 3개 이상의 단위 에너지 발생소자들이 적층된 탠덤 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 단위 에너지 발생소자들을 구성하는 에너지 발생층들 중 적어도 하나는 압전 특성을 가지는 복수의 나노와이어를 포함하고, 다른 에너지 발생층들은 유전성 탄성중합체를 포함할 수 있다. Since the energy generator 400 has flexibility and elasticity, it can be manufactured in the form of woven fabrics. Meanwhile, the energy generator 400 may be manufactured in a non-woven form. In the above description, the energy generator 400 has a tandem structure in which two unit energy generators 410 and 420 are stacked. However, the energy generator 400 may include three or more unit energy generators It may have a stacked tandem structure. In this case, at least one of the energy generating layers constituting the unit energy generating elements may include a plurality of nanowires having piezoelectric characteristics, and the other energy generating layers may include a dielectric elastomer.

이상과 같이, 압전 특성을 가지는 복수의 나노와이어(425)를 포함하는 에너지 발생층과 유전성 탄성중합체(415)를 포함하는 에너지 발생층이 적층되어 탠텀 구조의 에너지 제너레이터(400)를 구현함으로써 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 또한, 직물 기반의 에너지 제너레이터(400)는 그 유연하고 신축성이 있는 특징에 의하여 입을 수 있는 전자소자 등과 같이 주변 환경을 이용할 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다. As described above, since the energy generating layer including the plurality of nanowires 425 having piezoelectric characteristics and the energy generating layer including the dielectric elastomer 415 are laminated to realize the energy generator 400 of the tumble structure, Can be improved. In addition, the fabric-based energy generator 400 can be applied to various fields that can utilize the surrounding environment such as an electronic device that can be worn by its flexible and elastic characteristics.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

100,100',200,300,400... 에너지 제너레이터
110,120,110',120'130',140'... 에너지 발생유닛
111,211,311,411... 제1 전극 기판 112,212,312,412... 제1 직물
113,213,313,413... 제1 전극층 115,125,425... 나노 와이어
121,221,321,421... 제2 전극 기판 122,222,322,422... 제2 직물
123,223,323,423... 제2 전극층 131,231,331,431... 제3 전극 기판
132,232,332.432... 제3 직물 133,233,333,433... 제3 전극층
124,134,434... 절연층 315,325,415... 유전성 탄성중합체
315a,325a,415a... 압전 물질 315b,325b,415b... 유전특성 향상물질 100,100 ', 200,300,400 ... energy generator
110, 120, 110 ', 120', 130 ', 140'
111, 211, 311, 411 ... First electrode substrate 112, 212, 312, 412 ... First fabric
113, 213, 313, 413 ... first electrode layer 115, 125,
The second electrode substrate 122, 222, 322, 422,
123, 223, 323, 423 ... Second electrode layer 131, 231, 331, 431 ... Third electrode substrate
132, 232, 332, 432, .... Third fabrics 133, 233, 333, 433 ... Third electrode layer
124, 134, 434 ... insulating layer 315, 325, 415 ... dielectric elastomer
315a, 325a, 415a ... Piezoelectric substances 315b, 325b, 415b ... dielectric property improving material

Claims (17)

서로 이격되게 배치되며, 유연하고(flexible) 신축성을 가지는(stretchable) 적어도 3개의 전극 기판; 및
상기 전극 기판들 사이에 마련되는 복수의 에너지 발생층;을 구비하고,
상기 에너지 발생층들 각각은 압전 특성을 가지는 복수의 나노 와이어(nano wire) 또는 변형에 의해 전기에너지를 발생시키는 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)를 포함하는 에너지 제너레이터. At least three electrode substrates spaced apart from one another and flexible and stretchable; And
And a plurality of energy generating layers provided between the electrode substrates,
Wherein each of the energy generation layers includes a plurality of nano wires having piezoelectric characteristics or a dielectric elastomer that generates electrical energy by deformation. 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 발생층들 모두는 상기 나노 와이어들을 포함하거나 또는 상기 에너지 발생층들 모두는 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Wherein all of the energy generating layers comprise the nanowires or both of the energy generating layers comprise the dielectric elastomer. 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 발생층들 중 적어도 하나는 상기 나노 와이어들을 포함하고, 다른 상기 에너지 발생층들은 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 에너지 제너레이터. The method according to claim 1,
Wherein at least one of the energy generating layers comprises the nanowires and the other energy generating layers comprise the dielectric elastomer. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 기판들 각각은 유연하고 신축성을 가지는 직물(textile)과, 상기 직물 상에 코팅된 전극층을 포함하는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Each of the electrode substrates comprising a flexible, stretchable textile, and an electrode layer coated on the fabric. 제 4 항에 있어서,
상기 전극층은 Au, Ag, Cu 및 Ni으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 에너지 제너레이터.5. The method of claim 4,
Wherein the electrode layer comprises at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Ni. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 기판들은 각각 10% ~ 100%의 신장률(elongation percentage)을 가지는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Wherein the electrode substrates each have an elongation percentage of 10% to 100%. 제 1 항에 있어서,
상기 나노 와이어들은 ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 에너지 제너레이터. The method according to claim 1,
The nanowires are energy generator comprising at least one selected from the group consisting of ZnO, BaTiO 3, NaNbO 3, PZT, PVDF , and PVDF copolymer derivative. 제 1 항에 있어서,
상기 유전성 탄성중합체는 천연고무(natural rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber) 및 공중합체(copolymer)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 에너지 제너레이터. The method according to claim 1,
Wherein the dielectric elastomer comprises at least one selected from the group consisting of natural rubber, silicone rubber, acrylic rubber and copolymer. 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 발생층이 상기 복수의 나노와이어를 포함하는 경우, 상기 나노 와이어들의 일단과 쇼트키 컨택(schottky contact)을 형성하는 전극 기판의 표면에는 절연층이 더 마련되는 에너지 제너레이터. The method according to claim 1,
Wherein an insulation layer is further provided on a surface of an electrode substrate forming a schottky contact with one end of the nanowires when the energy generating layer includes the plurality of nanowires. 제 9 항에 있어서,
상기 절연층은 고분자 계열의 물질을 포함하는 에너지 제너레이터.10. The method of claim 9,
Wherein the insulating layer comprises a polymeric material. 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 발생층이 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 경우, 상기 에너지 발생층은 유전특성 향상물질을 더 포함하는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Wherein when the energy generating layer comprises the dielectric elastomer, the energy generating layer further comprises a dielectric property improving material. 제 11 항에 있어서,
상기 유전특성 향상물질은 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 카본 입자(Carbon Particle), 아크릴계 고분자 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 에너지 제너레이터.12. The method of claim 11,
Wherein the dielectric property improving material comprises at least one selected from the group consisting of a single walled nanotube (SWNT), a multiwalled nanotube (MWNT), a carbon particle, an acrylic polymer, and a conductive polymer. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 에너지 발생층이 상기 유전성 탄성중합체를 포함하는 경우, 상기 에너지 발생층은 상기 유전성 탄성중합체 내에 함침된(embedded) 압전 물질을 더 포함하는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1 or 11,
Wherein when the energy generating layer comprises the dielectric elastomer, the energy generating layer further comprises a piezoelectric material embedded in the dielectric elastomer. 제 13 항에 있어서,
상기 압전 물질은 ZnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 및 PVDF 공중합 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 에너지 제너레이터.14. The method of claim 13,
The piezoelectric material is energy generator comprising at least one selected from the group consisting of ZnO, BaTiO 3, NaNbO 3, PZT, PVDF , and PVDF copolymer derivative. 제 13 항에 있어서,
상기 압전 물질은 나노 입자(Nano particle), 나노 와이어(Nano wire), 나노 로드(Nano rod), 나노 파이버(Nano fiber) 또는 나노 플라워(Nano flower)의 형태를 가지는 에너지 제너레이터.14. The method of claim 13,
Wherein the piezoelectric material is in the form of a nanoparticle, a nanowire, a nanorod, a nanofiber, or a nanoflower. 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 제너레이터는 직조된 직물(woven fabrics) 형태를 포함하는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Wherein the energy generator comprises a woven fabric. 제 1 항에 있어서,
상기 전극 기판들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 에너지 제너레이터.The method according to claim 1,
Wherein the electrode substrates are connected in series or in parallel with each other.
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