KR20150134956A - 가요성을 갖는 선형 압전소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가요성을 갖는 선형 압전소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가요성을 갖는 선형 구조로 형성됨으로써 배치, 사용 및 취급이 용이할 뿐만 아니라 다양한 용도로 호환성이 있게 사용할 수 있는 가요성을 갖는 선형 압전소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 구조이면서 전극부재와 유전체부재가 가요성을 갖도록 형성되어 있고, 이러한 가요성과 함께 외력이 인가시에 수축 및 팽창되는 신축성을 갖고 있으므로 발전 소자 뿐만 아니라 의복, 침구 등과 같은 물품의 소재로 사용되는 얇은 면상체에 설치되는 압력 센서(외력의 인가시에 대응하는 전기신호를 출력하는 선형 센서) 등으로 다양하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 지지선 또는 외피층을 섬유사로 구성하고, 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하로 형성하여 섬유사와 유사한 부드러운 촉감을 제공할 수 있고 자유롭게 구부릴 수 있어서 직물지에 자수방식으로 배치하거나 직조할 수 있어서 설치, 취급 및 사용에 용이한 장점이 있다.
본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 구조이면서 전극부재와 유전체부재가 가요성을 갖도록 형성되어 있고, 이러한 가요성과 함께 외력이 인가시에 수축 및 팽창되는 신축성을 갖고 있으므로 발전 소자 뿐만 아니라 의복, 침구 등과 같은 물품의 소재로 사용되는 얇은 면상체에 설치되는 압력 센서(외력의 인가시에 대응하는 전기신호를 출력하는 선형 센서) 등으로 다양하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 지지선 또는 외피층을 섬유사로 구성하고, 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하로 형성하여 섬유사와 유사한 부드러운 촉감을 제공할 수 있고 자유롭게 구부릴 수 있어서 직물지에 자수방식으로 배치하거나 직조할 수 있어서 설치, 취급 및 사용에 용이한 장점이 있다.
Description
본 발명은 가요성을 갖는 선형 압전소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가요성을 갖는 선형 구조로 형성됨으로써 배치, 사용 및 취급이 용이할 뿐만 아니라 다양한 용도로 호환성이 있게 사용할 수 있는 가요성을 갖는 선형 압전소자에 관한 것이다.
일반적으로, 압전소자는 외력이 작용 되었을 때 외력의 크기에 대응하여 물질 내부 분극이 유도되고, 외부 전기장에 의해 물리적인 변형이 유발되어 전류가 발생하는 압전효과를 이용한 소자이다.
이러한 압전소자는 주로 얇은 시트 형태로 제작되어 다양한 용도로 활용되고 있으나, 시트 형태의 압전소자를 외력을 인가받는 표면적이 좁고 외력에 대한 변위의 정도가 낮아 에너지 발생효율이나 변환 효율이 낮은 한계점이 있다.
상기한 한계점을 해결하기 위한 다양한 연구 개발이 이루어지고 있는 바, 예컨대, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1212958호에는 탄성체로 이루어진 압전소자를 이용한 에너지 수확 시스템 및 그 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
등록특허 제10-1212958호는 도1에 도시된 바와 같이 탄성력 또는 탄력을 가지는 나선형 중심전극(Core Electrode)에 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층 및 표면전극이 형성된 압전소자를 이용한 에너지 수확 시스템 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탄성력 또는 탄력을 가지는 나선형의 중심전극(Core Electrode), 중심전극(Core Electrode)의 표면에 선택적으로 형성된 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층의 표면에 형성된 표면 전극(Surface Electrode)을 포함한다. 제조방법은 도전성 중심전극을 준비하는 단계, 중심전극의 표면에 딥 코팅(Dip Coating) 방식에 의해 선택적으로 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층을 형성하는 단계, 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층이 형성된 상기 중심전극을 건조 및 열처리하는 단계, 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층 표면에 표면전극을 형성하여 압전소자를 생성하는 단계 및 고전압 폴링 공정으로 상기 압전소자 내부의 영구이중극자(Permanent Dipole)를 단방향으로 정렬시키는 단계를 포함한다.
그리고, 등록특허 제10-1212958호에 따르면 탄성력 또는 탄력을 가지는 나선형의 중심전극(Core Electrode)에 선택적으로 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층 및 표면 전극(Surface Electrode)을 순차적으로 형성함으로써, 상하좌우 전방향의 외부 압력 또는 기계적인 진동을 전기 에너지로 변환가능하다. 이로 인해, 압전 소자의 표면적이 넓어지고, 외부 압력에 의해 발생되는 변위의 크기가 커져 단위 면적당 발생되는 전류 및 전압이 높아지므로 에너지 발생효율을 향상시키고, 용이한 에너지 변환이 가능한 장점이 있다.
그러나, 전술한 등록특허 제10-1212958호는 중심전극이 금속선과 같이 탄력을 갖도록 나선형으로 형성되어 발전 소자로는 활용이 가능하지만, 형태가 나선형의 특정 형태로 영구 변형되어 부피가 커져서 다른 용도로는 적용할 수 없는 단점이 있다.
예컨대, 전술한 등록특허 제10-1212958호는 의복, 침구 등과 같은 물품의 소재로 사용되는 얇은 면상체에 설치되는 압력 센서 등으로는 전혀 활용할 수 없고, 탄력을 갖는 나선형의 중심전극을 자유롭게 구부릴 수 없어서 직물지에 자수방식으로 배치하거나 직조할 수 없으므로 설치가 어렵고, 취급 및 사용에 불편함이 초래되는 한계점이 있다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 가요성을 갖는 선형 구조로 형성됨으로써 배치, 사용 및 취급이 용이할 뿐만 아니라 다양한 용도로 호환성이 있게 사용할 수 있도록 한 가요성을 갖는 선형 압전소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 상기 전극부재는 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 상기 유전체부재는 상기 전극부재에 강유전성 중합체가 적층되어 상기 전극부재와 하나의 선형부재로 구성되고, 상기 전극부재를 포함하는 상기 유전체부재는 선형으로 형성된 추가 전극부재와 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고, 상기 유전체부재 및 상기 전극부재는 상기 지지선에 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지지선은 섬유사로 구성되고, 상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고, 상기 유전체부재는 강유전성 유전체가 상기 전극부재의 표면에 적층되는 형태로 형성되어 상기 지지선에 엮여지거나 감김될 수 있다.
그리고, 상기 지지선은 외력의 인가 여부에 따라 신축되는 신축성 고분자사로 구성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고, 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고, 상기 유전체부재 및 상기 전극부재는 상기 지지선에 엮여지거나 감김, 배치된 후 상기 지지선이 제거되어 내부에 중공부가 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 상기 전극부재는 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 상기 유전체부재는 상기 전극부재에 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고, 상기 유전체부재는 강유전성 유전체를 이용하여 선형으로 형성한 선사 또는 섬유사의 표면에 강유전성 유전체를 적층한 선사로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고, 상기 유전체부재는 강유전성 유전체를 이용하여 제작된 박형 띠로 구성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는선형 압전소자에 있어서, 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및 상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고, 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고, 상기 전극부재는 상기 지지선과 동반 배치되거나, 상기 지지선에 적층, 형성되고, 상기 유전체부재는 상기 지지선에 강유전성 중합체가 적층, 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지지선은 다수의 필라멘트사로 이루어진 섬유사로 구성되고, 상기 전극부재는 상기 필라멘트사의 내부에 침투되거나 표면에 적층되는 도전성 물질로 형성된 도전층으로 구성되거나, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택되어 상기 지지선에 엮여지거나 감김되어 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 상기 유전체부재를 접하여 길이방향을 따라 배치되는 추가 전극부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 추가 전극부재는 상기 필라멘트사의 내부에 도전성 물질이 침투되거나 상기 필라멘트사의 표면에 도전성 물질이 적층되어 형성된 도전층을 갖는 섬유사, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 섬유사에 도전성 금속으로 형성된 금속사 감김된 선형부재 중에서 어느 하나가 선택되어 엮여지거나 감김되는 구조로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 추가 전극부재의 외부에 길이방향을 따라 동반 배치되는 선형의 추가 유전체부재가 배치되는 형태로 복수의 상기 추가 전극부재 및 상기 추가 유전체부재가 복수의 층을 이루도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 유전체부재와 상기 추가 전극부재는 혼재되지 않고 각각 별도의 독립적인 층을 형성하도록 서로 다른 방향으로 감김 될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 상기 선형 압전소자는 최외곽층으로서 외피층이 더 구비될 수 있다.
상기 전극부재는 20 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖도록 형성되고, 상기 외피층은 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감김, 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자에 의하면, 선형 구조이면서 전극부재와 유전체부재가 가요성을 갖도록 형성되어 있고, 이러한 가요성과 함께 외력이 인가시에 수축 및 팽창되는 신축성을 갖고 있으므로 발전 소자 뿐만 아니라 의복, 침구 등과 같은 물품의 소재로 사용되는 얇은 면상체에 설치되는 압력 센서(외력의 인가시에 대응하는 전기신호를 출력하는 선형 센서) 등으로 다양하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 지지선 또는 외피층을 섬유사로 구성하고, 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하로 형성하여 섬유사와 유사한 부드러운 촉감을 제공할 수 있고 자유롭게 구부릴 수 있어서 직물지에 자수방식으로 배치하거나 직조할 수 있어서 설치, 취급 및 사용에 용이한 장점이 있다.
도1은 종래 선형 압전소자를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도7a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도11a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도11b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도7a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도11a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도,
도11b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도,
도12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도,
도13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도13에 의거하여 상세히 설명하고, 도2 내지 도13에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도로서, 일 부분만을 확대 도시한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 유전체부재(1)와 이 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재(2)를 구비하되 가요성을 갖도록 구성함으로써 배치, 사용 및 취급이 용이하고 다양한 용도로 사용할 수 있도록 한 것이다.
그리고, 유전체부재(1)와 전극부재(2)는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치된 것으로, 유전체부재(1)와 전극부재(2)는 서로 엮여지거나 감김된 점이 본 발명의 주요한 특징이다.
보다 구체적으로 설명하면, 도2에 도시된 바와 같이 유전체부재(1)는 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)가 선형으로 형성된다. 이때, 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)는 불소분자의 강인한 결합으로 내구성 및 내마모성이 우수하고, 낮은 표면 에너지와 화학적 불활성으로 내약품성 내식성이 뛰어난 PVDF와 이 PVDF의 공중합체(Copolymer)인 P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 또는 P(VDF-HFP)와 같은 압전 폴리머가 적용될 수 있다. 아울러 강유전성 중합체는 전술한 종류 외에도 압전 특성을 갖는다면 제한 없이 선택하여 적용할 수 있다. 여기서 1 데니어는 섬유재료 1그램이 9000미터로 뽑아 졌을 때의 굵기를 의미한다.
그리고, 유전체부재(1)는 압전 폴리머를 인발법이나 섬유방사법을 적용하여 선형으로 형성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 도2의 확대부에 나타난 바와 같이 심선으로 섬유사(11)를 배치하고 딥 코팅(Dip Coating) 방법으로 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층(12)을 형성하는 방법으로 제작한다. 이때, 섬유사(11)는 선형 압전소자의 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛)를 초과하지 않도록 섬도가 1000데니어 이하가 되도록 구성한 것을 적용하는 바람직하다.
전극부재(2)는 직경이 가는 도전성 선형부재인 도전사가 적용된다. 도전사는 탄소사, 도전성 물질(도전성 금속나노입자, 금속산화물 입자, 그래핀 등)을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 등이 적용될 수 있지만, 본 실시예에서는 대표적으로 전기 도전성이 상대적으로 우수한 동(Cu) 등의 도전성 금속으로 형성된 금속사로 형성되고 10 내지 500 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 것을 적용한다.
그리고 도전사로서 상기한 직경 범위의 도전성 금속사를 적용하는 이유는 선형부재로 형성된 유전체부재(1)와 함께 용이하게 꼬여지거나 엮여질 수 있어야 하고, 유전체부재(1)와 함께 하나의 묶음으로 꼬여진 상태에서 직물지와 같은 피설치부에 자수사로서 자수방식에 의해 배치되거나, 직물지의 직조시에 위사 및 경사의 일부로 공급되어 함께 직조되기 위해서는 그 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하가 되어야 직기에 원활하게 공급하여 직조할 수 있기 때문이다.
바람직하게, 도전사는 그 직경이 500 마이크로미터(㎛) 이상일 경우 직조에 어려움이 있고, 10 마이크로미터(㎛) 이하의 도전성 금속사는 현재의 생산기술로는 대량 생산이 곤란하여 품질의 실질적인 검증이 어려운 상황이기 때문에 본 실시예에서는 도전성, 내구성 및 품질이 검증된 20 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 동선을 적용한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 작용을 간략하게 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 도2에 도시된 바와 같이 유전체부재(1)가 심선으로 배치된 섬유사(11)에 딥 코팅(Dip Coating) 방법으로 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)층이 형성된 구조이고, 전극부재(2)는 20 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 동선을 적용하는 것이므로 개개의 구성요소가 충분한 가요성을 갖는 것이고, 이를 다시 꼬아서 하나의 선형부재로 형성한 것이므로 인장력과 같은 외력이 인가될 경우 서로 꼬여진 부분이 수축 및 팽창됨에 따라 가요성과 함께 신축성을 갖게 된다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 종래 기술로 제시된 등록특허 제10-1212958호(도1 참조)의 중심전극과 같이 탄력을 갖도록 굵은 금속선을 나선형으로 영구 변형한 것이 아니라 가요성과 신축성을 갖도록 서로 엮어 구성함으로써 섬유사와 유사한 기능을 갖고 있으므로 발전 소자 뿐만 아니라 의복, 침구 등과 같은 물품의 소재로 사용되는 얇은 면상체에 설치되는 압력 센서(외력의 인가시에 대응하는 전기신호(정전용량의 변화값)를 출력하는 선형 센서) 등으로도 활용할 수 있다. 또한 선형 압전소자의 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하로 형성되므로 자유롭게 구부릴 수 있고 직물지에 자수방식으로 배치하거나 직조할 수 있어서 설치, 취급 및 사용에 용이한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 제2 실시예 및 제7 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예와 그 변형예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 제2 및 제7 실시예에서 나타난 구성요소 중 서로간에 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1)와, 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재(2)를 구비하고, 유전체부재(1)와 전극부재(2)는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 전극부재(2)는 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 유전체부재(1)는 전극부재(2)에 강유전성 중합체가 적층되어 하나의 선형부재로 구성된다. 이와 더불어, 하나의 선형부재로 형성된 전극부재(2)를 포함하는 유전체부재(1)에는 선형으로 형성된 추가 전극부재(3)가 서로 엮여지거나 감김되어 있다.
여기서, 유전체부재(1)는 전술한 제1 실시예에 나타난 압전 폴리머를 이용하여 구현할 수 있고, 전극부재(2)는 전술한 제1 실시예에 나타난 전극부재와 동일, 유사하게 구성할 수 있다.
상기 추가 전극부재(3)는 섬유사 한 가닥을 이루는 다수의 필라멘트사(31)의 내부에 도전성 물질(도전성 금속나노입자, 금속산화물 입자, 그래핀 등)이 폴리머에 포함되어 침투되거나, 필라멘트사의 표면에 도전성 물질이 적층되는 도전층을 갖는 섬유사, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 섬유사에 도전성 금속으로 형성된 금속사 감김된 선형부재 중에서 어느 하나가 선택, 적용될 수 있다.
전술한 제2 실시예에 따르면 전극부재(2)와 함께 추가 전극부재(3)가 더 구비되어 있으므로 전극부재(2)는 양극 단자의 기능을 수행하고 추가 전극부재(3)는 음극 단자의 기능을 수행할 수 있어서 제2 실시예에 따른 선형 압전소자를 발전 소자로 적용할 경우 별도로 양극 또는 음극단자를 배치할 필요가 없으므로 발전 시스템을 간결, 단순하게 구성할 수 있다.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1)와, 이 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재(2)를 포함하고, 유전체부재(1)와 전극부재(2)는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선(4)이 구비되어 있다. 그리고, 유전체부재(1) 및 전극부재(2)는 지지선에 외면에 엮여지거나 감김되어 있다.
상기 지지선(4)은 한 가닥 또는 복수 가닥의 섬유사가 중심에 배치되는 형태로 구성된 것으로, 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)가 감김될 수 있도록 하는 중심선의 기능을 수행한다.
상기 전극부재(2)는 전술한 제1 실시예에 나타난 전극부재와 동일, 유사하게 구성할 수 있다. 그리고, 유전체부재(1)는 강유전성 유전체가 전극부재(2)의 표면에 적층되는 형태로 형성되어 있다.
한편, 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 지지선(4)을 외력의 인가 여부에 따라 신축되는 신축성 고분자사로 구성할 수 있다.
여기서 신축성 고분자사는 통상 스판사로 호칭되는 섬유사로서 신축성 고분자 수지에 의해 형성된다. 예컨대 신축성 고분자 수지는 실리콘 계열의 고무, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체 등의 소재로 제작된 것이 적용될 수 있다.
이와 같이 지지선을 신축성 고분자사로 구성할 경우 선형 압전소자에 길이방향으로 인장력이 인가되거나 충격력과 같은 외력이 인가되더라도 외력에 대응하여 신축 또는 구부러지므로 쉽게 손상되지 않으면서 발전소자나 센서의 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.
도5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
도5a를 참조하면, 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 선형 압전소자는 지지선(4)에 배치되는 추가 전극부재(3)가 더 구성되어 있다.
그리고, 추가 전극부재(3)는 전극의 기능을 수행할 수 있도록 도전성을 갖는 선행부재가 유전체부재(1)의 외면에 감김되어 전기적으로 접속되도록 배치되어 있다. 이때, 추가 전극부재(3)는 유전체부재(1)의 외면에 엮여질 수도 있다.
여기서, 추가 전극부재(3)는 필라멘트사의 내부에 도전성 물질이 침투되거나 필라멘트사의 표면에 도전성 물질이 적층되는 도전층을 갖는 섬유사, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 섬유사에 도전성 금속으로 형성된 금속사 감김된 선형부재 중에서 어느 하나가 선택되어 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이 추가 전극부재(3)가 더 구비되면 전극부재(2)가 양극 단자의 기능을 수행하고 추가 전극부재(3)가 음극 단자의 기능을 수행하게 되므로 제3 실시예에 따른 선형 압전소자를 발전 소자로 적용할 경우 발전 시스템을 간결, 단순하게 구성할 수 있다.
도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.
도5b를 참조하면, 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 선형 압전소자는 최외곽층으로서 외피층(5)이 더 구비되어 있다.
외피층(5)은 절연 수지를 적층하여 절연피막층을 형성하는 방법으로도 구성할 수도 있지만, 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감김되도록 하여 구성한다.
이와 같이 복수 가닥의 섬유사를 감는 형태로 외피층(5)을 형성하게 되면 내부의 유전체부재(1) 및 전극부재(2)를 절연하는 절연피막층의 기능과 함께 가요성과 섬유 고유의 부드러운 촉감을 갖게 되므로 의복이나 침구 등과 같이 인체와 접촉되는 부위에 배치하더라도 피부 트러블을 예방할 수 있는 장점이 있다.
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1)와, 이 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재(2)를 포함하되, 전극부재(2)는 도전성을 갖는 선형부재가 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 유전체부재(1)는 압전 폴리머와 같은 강유전성 중합체(Ferroelectric Polymer)가 선형으로 형성되어 전극부재(2)에 감김되어 있다.
상기 전극부재(2)는 전술한 제1 실시예에 나타난 전극부재와 동일, 유사하게 구성하고, 유전체부재(1)는 압전 폴리머를 인발법이나 섬유방사법을 적용하여 선형으로 형성한다.
도7a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제4 실시예의 제1 변형예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 유전체부재(1)를 사이에 두고 전극부재(2)와 마주보게 길이방향을 따라 배치되는 추가 전극부재(3)가 더 구성되어 있다.
그리고, 추가 전극부재(3)는 전극의 기능을 수행할 수 있도록 도전성을 갖는 선행부재가 유전체부재(1)의 외면에 감김된 구조로 배치되어 있다. 이때, 추가 전극부재(3)는 서로 다른 방향으로 감김되는 것이 중요하다.
보다 구체적으로 설명하면, 도7a에 도시된 바와 같이 유전체부재(1)는 반시계방향으로 감김되고, 추가 전극부재(3)는 시계방향으로 감김될 수 있다. 이와 같이 유전체부재(1)와 추가 전극부재(3)가 서로 다른 방향으로 감김되면 추가 전극부재(3)가 감김시에 유전체부재(1)와 혼재(유전체부재의 감김부위의 사이사이에 삽입되지 않게 됨)되지 않고 추가 전극부재(3)가 전극부재(2)의 외주면에 별도의 독립적인 층으로 감김되므로 중심에 위치한 전극부재(2)와 서로 접촉되지 않게 된다. 이로 인해 전극부재(2)와 추가 전극부재(3)가 전기적으로 단락되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.
도7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제4 실시예의 제2 변형예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 전극부재(2)와 유전체부재(1)가 복수의 층을 이루도록 구성되어 있다.
예컨대, 제2 변형예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 도7b에 도시된 바와 같이 전극부재(2)의 외면에 복수 가닥의 유전체부재(1)가 감김되어 있고, 이 유전체부재(1)의 외부에 복수 가닥의 도전성 성형부재로 형성된 추가 전극부재(3)가 감김되어 있으며, 이 추가 전극부재(3)의 외면에 복수 가닥의 추가 유전체부재(6)가 감김되는 형태로 복수의 층을 이루도록 구성되어 있다. 그리고, 추가 유전체부재(6)의 외면에는 복수 가닥의 도전성 성형부재로 형성된 추가 전극부재(3')가 감김되어 있다.
제4 실시예의 제2 변형예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 다층으로 유전체부재(1,6)가 배열됨에 따라 발전 소자로 적용할 경우 점유공간이 작은 단일 구조이면서도 전기에너지의 발전량을 증가시킬 수 있다.
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1)와, 이 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재(2)를 포함하고, 도8의 A부분에 도시된 바와 같이 유전체부재(1) 및 전극부재(2)는 지지선(4)에 엮여지거나 감김, 배치된 후에 도8의 B부분에 도시된 바와 같이 지지선이 제거되어 내부에 중공부(a)가 형성된 구조로 되어 있다.
상기한 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 도8의 A부분에 도시된 바와 같이 도전성 금속사로 형성된 전극부재(2)의 외표면에 강유전성 중합체를 적층하여 유전체부재(1)를 형성하고, 이후 지지선(4)에 감은 다음 지지선을 제거하게 되면 도8의 B부분에 도시된 바와 같이 중공부(a)를 갖는 코일 구조로 형성된다.
예를 들어 보다 구체적으로 설명하면, 지지선(4)을 저온에서 용융되는 저융점 수지로 형성된 선사를 적용하고, 이 지지선(4)에 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)를 감은 다음 지지선(4)의 용융점 이상으로 가열하여 지지선을 제거하게 되면 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)는 코일 형태로 감김된 상태로 잔류하게 된다. 이때, 지지선(4)의 용융온도는 유전체부재(1) 및 전극부재(2) 보다 낮은 것이 선택되어 적용되는 것으로, 예컨대 융점이 110℃ 이하 합성수지선이 적용될 수 있다.
그리고, 지지선(4)은 광의 조사시에 분해되는 TiO2를 포함하는 광분해성 선사가 적용될 수 있다. 마찬가지로 광분해성 선사로 선택된 지지선(4)에 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)를 감은 다음 광을 조사하여 지지선을 제거하게 되면 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)는 코일 형태로 감김된 상태로 잔류하게 된다.
또한, 지지선(4)은 유기용제와 접촉시에 분해되는 유기용제분해성 선사로 구성될 수 있다. 예를 들어 지지선을 아세톤에 분해되는 폴리염화비닐사나, 신나, 에틸렌, 벤젤 등에 분해되는 폴리스틸렌사로 형성한 경우 화학반응을 통해 제거할 수 있다.
그 외에도, 지지선(4)은 펄프로 제조한 섬유사를 적용할 경우 수분과 접촉시에 용해되므로 제거할 수 있다.
전술한 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 내부에 중공부(a)가 형성되어 있으므로 외력의 인가시에 유전체부재(1)를 포함하는 전극부재(2)가 중심방향으로 탄성적으로 수축, 팽창되므로 압전 특성이 향상되는 장점이 있다. 예컨대, 도8의 B부분에 도시된 선형 압전소자를 발전 소자로 적용할 경우 동일한 부하를 인가하더라도 수축 및 팽창됨에 따라 변위의 정도가 크므로 전기에너지의 발전량을 증가시킬 수 있다.
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 선형 압전소자는 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감겨져 형성되는 외피층(5)이 더 구비되어 있다.
이와 같이 복수 가닥의 섬유사를 감는 형태로 외피층(5)을 형성하게 되면 내부의 유전체부재(1) 및 전극부재(2)를 절연하는 절연피막층의 기능과 함께 가요성과 섬유 고유의 부드러운 촉감을 갖게 되므로 의복이나 침구 등과 같이 인체와 접촉되는 부위에 배치하더라도 피부 트러블을 예방할 수 있는 장점이 있다.
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1)와, 유전체부재(1)와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재(2)가 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 도10에 도시된 바와 같이 전극부재(2)는 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 유전체부재(1)는 전극부재(2)에 엮여진 구조로 되어 있다.
상기 전극부재(2)는 전술한 실시예에서 설명된 바와 같이 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 등으로 구성된다.
상기 유전체부재(1)는 강유전성 유전체를 이용하여 선형으로 형성한 선사 또는 섬유사의 표면에 강유전성 유전체를 적층한 선사로 구성된다.
도11a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제6 실시예의 제1 변형예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 내부 중심에 길이방향을 따라 배치된 선형의 전극부재(2)에 유전체부재(1)가 감김된 구조로 형성되되, 유전체부재(1)는 강유전성 유전체를 이용하여 제작된 박형 띠(13)로 구성되어 있다.
이때, 박형 띠(13)는 강유전성 유전체로 제작된 박형 필름 시트를 좁게 절단하여 띠 형태로 제작한 것을 적용할 수 있다.
그리고, 박형 띠(13)는 표면에 전극부재(2)의 외면에 견고하게 밀착되도록 엠보싱(embossing)이 형성되어 있다.
도11b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제2 변형예를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 선형 압전소자는 유전체부재(1) 및 전극부재(2)를 절연하는 절연피막층의 기능과 함께 가요성과 섬유 고유의 부드러운 촉감을 제공할 수 있도록 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감겨져 형성되는 외피층(5)이 더 구비되어 있다.
도12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자는 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선(4)에 강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재(1), 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재(2)가 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되, 전극부재(2)는 지지선(4)과 동반 배치되거나 지지선(4)에 적층, 형성되고, 유전체부재(1)는 지지선(4)에 강유전성 중합체가 적층, 형성되어 있다.
예컨대, 상기 지지선(4)은 도12에 도시된 바와 같이 다수의 필라멘트사(43)로 이루어진 섬유사로 구성되고, 상기 전극부재(2)는 도12의 확대부에 도시된 바와 같이 필라멘트사(43)의 틈새 사이의 내부에 도전성 폴리머와 같은 도전성 물질이 침투된 도전층(23)으로 형성되어 있다.
그 외에도, 전극부재(2)는 지지선(4)의 표면에 도전성 물질이 적층된 도전층(미도시)으로 구성되거나, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 지지선(4)에 엮여지거나 감김져 구성될 수 있다.
도13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자의 제1 변형예를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 선형 압전소자는 유전체부재(1) 및 전극부재(2)를 절연하는 절연피막층의 기능과 함께 가요성과 섬유 고유의 부드러운 촉감을 제공할 수 있도록 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감겨져 형성되는 외피층(5)이 더 구비되어 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 가요성을 갖는 선형 압전소자를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
1:유전체부재
2:전극부재
23:도전층
3,3':추가 전극부재
4:지지선
43:필라멘트사
5:외피층
6:추가 유전체부재
a:중공부
2:전극부재
23:도전층
3,3':추가 전극부재
4:지지선
43:필라멘트사
5:외피층
6:추가 유전체부재
a:중공부
Claims (18)
- 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하고,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되,
상기 전극부재는 중심에 길이방향을 따라 배치되고, 상기 유전체부재는 상기 전극부재에 강유전성 중합체가 적층되어 상기 전극부재와 하나의 선형부재로 구성되고,
상기 전극부재를 포함하는 상기 유전체부재는 선형으로 형성된 추가 전극부재와 서로 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제2항에 있어서,
상기 추가 전극부재는 상기 필라멘트사의 내부에 도전성 물질이 침투되거나 상기 필라멘트사의 표면에 도전성 물질이 적층되어 형성된 도전층을 갖는 섬유사, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 섬유사에 도전성 금속으로 형성된 금속사가 감김된 선형부재 중에서 어느 하나가 선택, 적용된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되,
내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고,
상기 유전체부재 및 상기 전극부재는 상기 지지선에 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제4항에 있어서,
상기 지지선은 섬유사로 구성되고,
상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고, 상기 유전체부재는 강유전성 유전체가 상기 전극부재의 표면에 적층되는 형태로 형성되어 상기 지지선에 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제5항에 있어서,
상기 지지선은 외력의 인가 여부에 따라 신축되는 신축성 고분자사로 구성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고, 상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고,
내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고, 상기 유전체부재 및 상기 전극부재는 상기 지지선에 엮여지거나 감김, 배치된 후 상기 지지선이 제거되어 내부에 중공부가 형성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되고 도전성 물질을 포함하는 전극부재를 포함하고,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되되,
상기 전극부재는 내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고,
상기 유전체부재는 상기 전극부재에 엮여지거나 감김된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제8항에 있어서,
상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고,
상기 유전체부재는 강유전성 유전체를 이용하여 선형으로 형성한 선사 또는 섬유사의 표면에 강유전성 유전체를 적층한 선사로 구성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제8항에 있어서,
상기 전극부재는 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택, 구성되고,
상기 유전체부재는 강유전성 유전체를 이용하여 제작된 박형 띠로 구성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 선형 압전소자에 있어서,
강유전성 중합체를 포함하는 유전체부재; 및
상기 유전체부재와 전기적으로 접속되도록 배치되는 전극부재를 포함하되,
상기 유전체부재와 상기 전극부재는 길이방향을 따라 선형으로 동반 배치되고,
내부 중심에 길이방향을 따라 배치되고 선형부재로 형성된 지지선이 구비되고,
상기 전극부재는 상기 지지선과 동반 배치되거나, 상기 지지선에 적층, 형성되고,
상기 유전체부재는 상기 지지선에 강유전성 중합체가 적층, 형성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제11항에 있어서,
상기 지지선은 다수의 필라멘트사로 이루어진 섬유사로 구성되고,
상기 전극부재는 상기 필라멘트사의 내부에 침투되거나 표면에 적층되는 도전성 물질로 형성된 도전층으로 구성되거나, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 중에서 어느 하나가 선택되어 상기 지지선에 엮여지거나 감김되어 구성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제1항, 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체부재와 접하여 길이방향을 따라 배치되는 추가 전극부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제13항에 있어서,
상기 추가 전극부재는 상기 필라멘트사의 내부에 도전성 물질이 침투되거나 상기 필라멘트사의 표면에 도전성 물질이 적층되어 형성된 도전층을 갖는 섬유사, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 섬유사에 도전성 금속으로 형성된 금속사 감김된 선형부재 중에서 어느 하나가 선택되어 엮여지거나 감김되는 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제13항에 있어서,
상기 추가 전극부재의 외부에 길이방향을 따라 동반 배치되는 선형의 추가 유전체부재가 배치되는 형태로 복수의 상기 추가 전극부재 및 상기 추가 유전체부재가 복수의 층을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제13항에 있어서,
상기 유전체부재와 상기 추가 전극부재는 혼재되지 않고 각각 별도의 독립적인 층을 형성하도록 서로 다른 방향으로 감김되는 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선형 압전소자는 최외곽층으로서 외피층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자. - 제17항에 있어서,
상기 전극부재는 20 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖도록 형성되고,
상기 외피층은 복수 가닥의 섬유사가 엮여지거나 감김, 형성된 것을 특징으로 하는 가요성을 갖는 선형 압전소자.
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| KR1020140062483A KR20150134956A (ko) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | 가요성을 갖는 선형 압전소자 |
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2014
- 2014-05-22 KR KR1020140062483A patent/KR20150134956A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016218140A1 (de) | 2015-09-23 | 2017-03-23 | Hyundai Motor Company | Brennstoffzellenstapel |
| KR20180082499A (ko) * | 2015-12-25 | 2018-07-18 | 미쯔이가가꾸가부시끼가이샤 | 압전 기재, 압전 직물, 압전 편물, 압전 디바이스, 힘 센서, 액추에이터 및 생체 정보 취득 디바이스 |
| US11402282B2 (en) | 2015-12-25 | 2022-08-02 | Mitsui Chemicals, Inc. | Piezoelectric substrate, piezoelectric textile, piezoelectric fabric, piezoelectric device, force sensor, actuator, and biological information acquisition device |
| CN108886088A (zh) * | 2016-03-31 | 2018-11-23 | 东邦化成株式会社 | 压电线及其制造方法、以及具备该压电线的压电装置 |
| EP3442040A4 (en) * | 2016-03-31 | 2019-12-04 | Toho Kasei Co., Ltd. | PIEZOELECTRIC WIRE, ITS MANUFACTURING METHOD AND PIEZOELECTRIC DEVICE WITH PIEZOELECTRIC WIRE |
| KR20190141434A (ko) | 2018-06-14 | 2019-12-24 | 한국과학기술원 | 정류특성의 다이오드를 이용한 매트릭스 방식의 섬유기반 압력센서 및 이의 제조방법 |
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