KR20160146876A - 정전 유도를 기초로 하는 센서, 발전기, 감지 방법 및 발전 방법 - Google Patents

정전 유도를 기초로 하는 센서, 발전기, 감지 방법 및 발전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산소 함유 화합물을 사용하여 저급 올레핀을 제조하는 공정에서 저급 올레핀의 수율을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 산소 함유 화합물을 사용하여 저급 올레핀을 제조하는 방법을 제공하는데, 여기서, k 개의 2차 예비 탄소 침착 구역들(k≥1) 및 n 개의 2차 반응 구역들(n≥1)을 포함하는 여러 단계(multi-stage) 밀집상 유동층이 반응기로서 사용되고, m 개의 2차 재생 구역들(m≥2)을 포함하는 여러 단계 밀집상 유동층 재생기는 주요 장치로서 사용된다. 분리 구역에서 얻어지는 4 개 이상의 탄소 원자를 가지는 탄화수소를 재정제하거나, 상기 반응 구역 내에 나프타, 가솔린, 축합 오일, 경질 디젤 오일, 수소 첨가 테일 오일 또는 케로신을 첨가하는 방법에 의하여, 본 발명은 주로 탄소 침착량의 균일도, 제어하기 어려운 촉매의 탄소 함량 및 낮은 저급 올레핀 수율의 종래 기술의 문제를 해결한다.

Description

정전 유도를 기초로 하는 센서, 발전기, 감지 방법 및 발전 방법 {SENSOR AND POWER GENERATOR BASED ON ELECTROSTATIC INDUCTION, AND SENSING METHOD AND POWER GENERATION METHOD}
본 발명은 센서에 관한 것으로, 특히는 정전 유도(electrostatic induction) 원리를 이용하여 물체의 이동을 탐지하는 센서 및 감지 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이에 대응되는 발전기에 관한 것으로, 특히는 정전 유도 원리를 이용하여 역학 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기 및 발전 방법에 관한 것이다.
마이크로 전자 및 재료 기술이 고속으로 발전함에 따라, 대량의 여러가지 기능을 구비함과 동시에 고도로 집적화된 새로운 소형전자디바이스들이 지속적으로 개발되어 각 분야에서 널리 응용되고 있다.
전하를 띠거나 띠지 않는 물체의 이동을 감지하는 방법에는 레이저 감지 등과 같은 여러가지 감지 방법이 있으나, 종래의 감지 방법은 모두 소형 센서에 매칭되는 전원을 제공하여, 센서가 동작하도록 구동하여야 했다. 일반적으로, 이러한 소형 센서의 전원은 배터리로부터 직접적 또는 간접적으로 공급되는데, 배터리는 부피가 크고 무거울 뿐만 아니라, 유독화학물질을 함유하므로 환경 및 인체에 잠재적인 위험 요소가 되기도 한다. 센서 전원의 이러한 제한으로 인하여, 감지 방법의 응용 범위가 비교적 작아, 악환경에 적용될 수 없고 장기간 독립적으로 동작하기도 어렵다. 또한, 랜덤으로 동작 수요가 나타날 시 센서에 긴 시간 동안 전원을 연결하여야 하여 에너지 절약 요구를 만족시킬 수 없다.
또한, 이러한 소형전자디바이스에 매칭되는 전원 시스템에 대한 연구도 상대적으로 뒤쳐진 것이 실정이다. 일반적으로, 이러한 소형전자디바이스의 전원은 배터리로부터 직접적 또는 간접적으로 공급되는데, 배터리는 부피가 크고 무거울 뿐만 아니라, 유독화학물질을 함유하므로 환경 및 인체에 잠재적인 위험 요소가 되기도 한다. 자연계에 보편적으로 존재하는 운동, 진동 등 역학 에너지를 이용할 수 있다면, 소형전자디바이스에 전원을 제공할 수 있다.
현재 발명된 마찰식 나노발전기는 자연계에 보편적으로 존재하는 운동, 진동 등 역학 에너지를 소형전자디바이스의 응용 수요에 적합한 에너지로 효과적으로 전환할 수 있다. 현재 보도되고 있는 모든 마찰식 나노발전기의 전형적인 구조는, 모두 접촉 및 분리가 가능한 두개의 마찰층을 필요로 하는데, 두 마찰층이 서로 접촉 또는 분리하는 과정에서, 마찰층에 각각 설치된 두 전극층을 통하여 외부 회로로 펄스 전기신호를 출력한다. 이러한 구조를 가지는 마찰식 발전기에서, 일 전극층은 마찰층의 리드 하에 다른 일 전극층과의 상대적인 거리를 지속적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 구조는 마찰식 발전기와 외부 회로의 연결이 어렵도록 한다. 또한, 마찰식 발전기의 출력 성능을 확보하기 위하여, 두개의 마찰층을 형성하는 재료는 지속적으로 접촉 또는 마찰하여야 하는데, 이로 인하여 발전기의 내구성(耐久性) 및 안정성을 확보할 수 없다. 이러한 제한 요소들은 마찰식 발전기가 응용될 수 있는 범위를 크게 제한하고 있다.
본 발명의 일 측면에서는 구조가 간단한, 정전 유도 원리를 기초로 하는 센서를 제공한다. 상기 센서는, 전원을 설치할 필요가 없이, 정전 유도 원리를 이용하여, 자체적으로 물체의 이동을 감지할 수 있다.
상술한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에서는 정전 유도를 기초로 하는 센서를 제공한다. 상기 센서는, 피탐지물체의 이동을 감지하기 위한 감지부재를 포함하며, 상기 감지부재는 제1 전극층 및 그에 매칭되는 제2 전극층으로 구성되고, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층은 이격되어 설치되며 서로 전기적으로 연결되고; 상기 피탐지물체가 상기 감지부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 상기 제1 전극층 상에서의 상기 피탐지물체가 띠는 전하의 전위를 변화시키면, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여 전류를 형성하고; 상기 피탐지물체는 미리 전하를 띠거나, 또는, 센서와 접촉 및 분리됨으로써 전하를 띤다.
바람직하게, 상기 피탐지물체는 상기 제1 전극층과 접촉된 후 분리되거나 또는 서로 슬라이드 마찰함으로써 접촉 면적을 변화시켜 전하를 띤다.
바람직하게, 상기 제1 전극층과 피탐지물체의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응된다.
바람직하게, 상기 감지부재의 제1 전극층과 피탐지물체가 서로 슬라이드하는 표면은 매끈하고 평탄한 표면, 또는 요철구조의 평탄하지 않는 표면이다.
바람직하게, 상기 제1 전극층 표면의 요철구조는 주기적인 요철구조이다.
바람직하게, 상기 제1 전극층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면의 일부 또는 전부 표면에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되거나; 또는, 상기 제1 전극층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면은 화학수식 처리를 거쳐 이루어진다.
바람직하게, 마찰층을 더 포함하며, 상기 감지부재의 제1 전극층은 상기 마찰층의 하면에 접합되고;
상기 피탐지물체는 미리 전하를 띠거나, 또는, 상기 마찰층과 접촉된 후 분리되거나 또는 서로 슬라이드하여 마찰함으로써 접촉 면적을 변화시켜 전하를 띤다.
바람직하게, 상기 마찰층의 재료는 절연재료 또는 반도체이고; 상기 마찰층의 두께 범위는 10nm 내지 5mm 이다.
바람직하게, 상기 마찰층과 상기 피탐지물체의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응된다.
바람직하게, 상기 마찰층과 피탐지물체가 서로 슬라이드하는 표면은 매끈하고 평탄한 표면, 또는 요철구조의 평탄하지 않는 표면이다.
바람직하게, 상기 마찰층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면의 일부 또는 전부 표면에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되거나; 또는, 상기 마찰층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면은 화학수식 처리를 거쳐 이루어진다.
바람직하게, 상기 피탐지물체는 상기 감지부재와 접촉하지 않으며, 상기 피탐지물체는 전하를 띤 물체이다.
바람직하게, 격리층을 더 포함하며, 상기 격리층은 상기 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층을 격리시키기 위한 것으로, 양자를 격리시켜 소정의 상대적인 위치를 유지하도록 한다.
바람직하게, 상기 격리층을 형성하는 재료는 절연체재료이다.
바람직하게, 상기 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층 모두는 상기 격리층에 삽입되어 있으며, 적어도 제1 전극층의 상면은 상기 격리층에 노출되거나;
또는, 상기 격리층은 상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층을 전부 둘러싸거나;
또는, 상기 격리층 및 상기 감지부재의 두개의 전극층은 적층되어 설치되며, 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층은 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치된다.
바람직하게, 상기 절연재료는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트(polyethylene glycol succinate), 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 인조섬유, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 패럴린(Parylene), 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 면 및 그 직물, 폴리우레탄일래스터머, 목재, 경질고무 및 아세테이트 중의 하나 또는 복수이다.
바람직하게, 상기 반도체 재료는, 규소, 게르마늄, 제Ⅲ족 및 제V족 화합물, 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물, 및, Ⅲ-V족 화합물과 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체, 및 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물 반도체 중의 하나 또는 복수이다.
바람직하게, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 재료는 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide), FTO 또는 도전고분자재료이다.
바람직하게, 상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층은 연질재료로 형성된다.
바람직하게, 상기 제1 전극층, 제2 전극층 및/또는 마찰층은 연질재료로 형성된다.
바람직하게, 상기 격리층은 연질재료로 형성된다.
또한, 본 발명에서는 정전 유도를 기초로 하는 감지 방법을 제공하는데, 상기 감지 방법은 상술한 방면 중의 어느 한 센서에 이용되며, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 제1 전극층 상에서의 피탐지물체가 띠는 전하의 전위를 변화시키는 단계; 및 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에서 전하의 이동이 발생하여 전류를 형성하는 단계; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체와 제1 전극층의 표면이 접촉된 후 분리되어, 피탐지물체가 전하를 띠거나; 또는, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체와 제1 전극층의 표면이 서로 슬라이드하여 마찰하고, 슬라이드 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 피탐지물체의 표면이 전하를 띠거나; 또는, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하나, 제1 전극층과 항시 접촉하지 않으며, 상기 피탐지물체 자체가 전하를 띤다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 구조가 간단한, 정전 유도를 기초로 하는 마찰식 발전기를 제공하는데, 환경 중에 보편적으로 존재하는 역학 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있다.
상술한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에서는 정전 유도를 기초로 하는 발전기를 제공하는데, 상기 발전기는, 상기 제1 부재는 전하를 띠고; 상기 제2 부재는 제1 전극층 및 그에 매칭되는 제2 전극층으로 구성되고, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층은 이격되어 설치되며 서로 전기적으로 연결되고; 상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 상기 제1 전극층 상에서의 상기 제1 부재가 띠는 전하의 전위를 변화시키면, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여 전류를 형성한다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층과 접촉 및 분리될 수 있어 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키며, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나; 또는, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층과 서로 슬라이드하여 마찰할 수 있으며 또한 마찰 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나; 또는, 상기 제1 부재는 제1 전극층과 접촉하기 전에 미리 전하를 띤다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 상기 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응된다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 제2 부재의 제1 전극층의 서로 슬라이드하는 표면은 모두 매끈하고 평탄한 표면이거나, 또는 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면이다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면 중의 적어도 한 표면은 물리적변형 또는 화학수식 처리를 거친 표면이다.
바람직하게, 상기 제1 부재의, 상기 제1 전극층과 접촉할 수 있는 표면의 재료는 절연재료 또는 반도체 재료이다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 어느 한 전극층과도 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재는 전하를 띤 물체이다.
바람직하게, 제1 전극층이 위치하는 표면 상에 투영된 상기 제1 부재의 사이즈 및 형상은 제1 전극층의 사이즈 및 형상과 대응된다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 일렉트릿 재료로 형성된다.
바람직하게, 마찰층을 더 포함하며, 상기 제2 부재의 제1 전극층은 상기 마찰층의 하면에 접합된다.
바람직하게, 상기 마찰층의 재료는 절연재료 또는 반도체이고; 상기 마찰층의 두께 범위는 10nm 내지 5cm 이다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 상기 마찰층의 상면과 접촉 및 분리될 수 있어 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시켜, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나; 또는, 상기 제1 부재는 상기 마찰층의 상면과 서로 슬라이드하여 마찰할 수 있으며, 마찰 과정에서 접촉 면적이 변화하여, 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 한다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응된다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 마찰층의 서로 슬라이드하는 표면은 모두 매끈하고 평탄한 표면이거나, 또는 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면이다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면 중의 적어도 한 표면은 물리적변형 또는 화학수식 처리를 거친 표면이다.
바람직하게, 상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면의 재료는 절연재료, 반도체 또는 도체 재료이고; 상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면의 재료는 대전열에서 순서에 차이가 있다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 상기 마찰층 및 제2 부재와 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재는 전하를 띤 물체이다.
바람직하게, 제1 전극층이 위치하는 표면 상에 투영된 상기 제1 부재의 사이즈 및 형상은 제1 전극층의 사이즈 및 형상과 대응된다.
바람직하게, 상기 제1 부재는 일렉트릿 재료로 형성된다.
바람직하게, 격리층을 더 포함하며, 상기 격리층은 상기 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층을 격리하기 위한 것으로, 양자를 격리시켜 소정의 상대적인 위치를 유지하도록 한다.
바람직하게, 상기 격리층을 형성하는 재료는 절연체재료이다.
바람직하게, 상기 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층 모두는 상기 격리층에 삽입되어 있으며, 적어도 제1 전극층의 상면은 상기 격리층에 노출되거나; 또는, 상기 격리층은 상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층을 전부 둘러싸거나; 또는, 상기 격리층 및 상기 제2 부재의 두개의 전극층은 적층되어 설치되며, 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층은 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치된다.
바람직하게, 상기 절연재료는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트(polyethylene glycol succinate), 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 인조섬유, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 패럴린(Parylene), 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 면 및 그 직물, 폴리우레탄일래스터머, 목재, 경질고무 및 아세테이트 중의 하나 또는 복수이다.
바람직하게, 상기 반도체 재료는, 규소, 게르마늄, 제Ⅲ족 및 제V족 화합물, 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물, 및, Ⅲ-V족 화합물과 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체, 및 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물 반도체 중의 하나 또는 복수이다.
바람직하게, 상기 물리적변형을 거친 표면의 일부 또는 전부에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조 어레이가 분포된다.
바람직하게, 상기 화학수식을 거친 표면의 전부 또는 일부에는 나노, 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되며, 상기 미세 구조는 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 입자, 나노 로드, 나노 꽃, 나노 홈, 마이크로미터 홈, 나노 뿔, 마이크로미터 뿔, 나노 스피어 또는 마이크로미터 스피어 구조, 및 상술한 구조로 형성된 어레이로부터 선택된다.
바람직하게, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 재료는 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide), FTO 또는 도전고분자재료이다.
바람직하게, 상기 제1 부재, 제1 전극층 및/또는 제2 전극층은 연질재료로 형성된다.
바람직하게, 상기 제1 부재, 제1 전극층, 제2 전극층 및/또는 마찰층은 연질재료로 형성된다.
바람직하게, 상기 격리층은 연질재료로 형성된다.
또한, 본 발명에서는 정전 유도를 기초로 하는 발전 방법을 제공하는데, 상기 발전 방법은 상술한 방면 중 어느 한 발전기에 이용되며, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시켜, 제1 전극층 상에서의 제1 부재가 띠는 전하의 전위를 변화시키는 단계; 및 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에서 전하의 이동이 발생하여 전류를 형성하는 단계; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재와 제1 전극층의 표면이 접촉한 후 분리되어, 제1 부재가 전하를 띠게 하거나; 또는, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재와 제1 전극층의 표면이 서로 슬라이드하여 마찰하며, 슬라이드 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 제1 부재 표면이 전하를 띠게 하거나; 또는, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하나, 제1 전극층과 항시 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재 자체가 전하를 띤다.
종래 기술과 비교하면, 본 발명은 아래와 같은 이점들이 있다.
1. 본 발명에서 제공하는 센서에서, 피탐지물체와 감지부재의 제1 전극층 또는 제1 전극층 상에 부착된 마찰층의 표면이 서로 접촉하여 마찰하거나 슬라이드하여 마찰함으로써, 피탐지물체의 표면이 전하를 띠게 한 후, 피탐지물체가 제1 전극층 또는 마찰층과 접촉/ 분리하거나 슬라이드하여 마찰하는 두가지 상대적인 운동 모드 하에서, 제1 전극층 상에서의 피탐지물체가 띠는 전하의 전위를 변화시켜, 감지부재의 두 전극층 사이에서 전하가 이동하게 함으로써, 전류를 형성한다. 또는, 피탐지물체 자체가 전하를 띠어, 감지부재 중의 어느 한 부분과도 접촉할 필요가 없이 제1 전극층과의 상대적인 위치만 변화되면, 정전 유도 작용 하에서 감지부재의 두 전극층 사이에 전하의 이동이 발생하여, 전류를 형성할 수 있다. 따라서, 피탐지물체가 제1 전극층 또는 마찰층에 대하여 상대적으로 운동할 때, 감지부재의 두 전극층은 피탐지물체를 따라 운동할 필요가 없기에, 두 전극층 사이의 거리 또는 상대적인 위치는, 외부 회로를 연결하는 편의성 또는 동작 환경 등 조건에 따라 편리하게 설치할 수 있다. 따라서 본 발명의 센서의 사용 범위가 넓어지며, 종래 기술에서 센서에 외부 전원을 제공하여야 하는 결점을 극복할 수 있다. 특히, 배터리를 자주 교환하기 불편한 상황에서, 본 발명의 센서는 장기간 안정적으로 동작할 수 있다.
2. 피탐지물체는 반도체, 절연체, 심지어 도체일 수도 있다. 피탐지물체와 감지부재가 접촉하는 표면, 예를 들면 제1 전극층 또는 마찰층을 형성하는 재료의 표면이 전자를 얻고 잃는 능력에 차이만 있으면, 피탐지물체가 감지부재와 접촉/분리하거나 또는 상대적으로 슬라이드하여 마찰할 때, 센서는 피탐지물체의 이동을 감지할 수 있다. 자체가 전하를 띠는 피탐지물체에 있어서, 피탐지물체가 띠는 전하의, 감지부재의 제1 전극층에 대한 전위가 변화하기만 하면, 센서는 그 이동을 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제공하는 센서의 응용범위가 넓어져, 상이한 재료의 피탐지물체에 적용될 수 있다.
3. 센서의 제1 전극층 상에 마찰층을 설치하여, 감지 과정에서 제1 전극층은 피탐지물체와 직접 접촉 및 슬라이드하지 않기에, 감지부재 중의 전극층의 마모를 방지하여, 센서의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
4. 센서는 격리층을 포함할 수 있는 바, 박층 형상의 두 전극층을 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치한다. 이러한 다층 구조는 센서의 구조가 더욱 콤팩트해지도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 디바이스와 쉽게 집적될 수 있도록 한다.
5. 본 발명의 발전기에서, 제1 부재와 제2 부재의 전극층 또는 제1 전극층 상에 부착된 마찰층의 표면은 서로 접촉하여 마찰하거나 또는 슬라이드하여 마찰함으로써, 제1 부재 표면이 전하를 띠게 한다. 또한, 제1 부재가 제1 전극층에 대하여 접촉/분리하거나 또는 슬라이드하여 마찰하는 이 두가지 상대적 운동 모드 하에서, 제1 전극층 상에서의 제1 부재가 띠는 전하의 전위를 변화시켜, 제2 부재의 두 전극층 사이에서 전하가 이동하게 하여, 전류를 형성한다. 또는, 제1 부재 자체가 전하를 띠어, 제2 부재 중의 어느 한 전극층과도 접촉할 필요가 없이 제1 전극층과의 상대적인 위치만 변화시켜도, 정전 유도 작용 하에서, 제2 부재의 두 전극층 사이에서 전하가 이동하게 하여, 전류를 형성할 수 있다다. 따라서, 제1 부재가 제1 전극층 또는 마찰층에 대하여 상대적으로 운동할 때, 제2 부재의 두 전극층은 제1 부재를 따라 운동할 필요가 없기에, 두 전극층 사이의 거리 또는 상대적인 위치는, 외부 회로를 연결하는 편의성 또는 동작 환경 등 조건에 따라 편리하게 설치할 수 있어, 본 발명의 발전기의 사용 범위가 넓어지도록 한다. 따라서, 일상 생활에 존재하는 역학 에너지를 편리하게 전기 에너지로 전환시킬 수 있다.
6. 제2 부재의 제1 전극층 상에 마찰층을 설치하여, 발전 과정에서 제1 부재는 제1 전극층과 직접 접촉하지 않고 서로 슬라이드도 하지 않기에, 제2 부재 중의 전극층의 마모를 방지하여, 발전기의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
7. 제1 부재 상에 전극층을 설치할 필요가 없으므로, 제1 부재의 구조에 대해 특별한 요구가 없을 뿐 만 아니라, 발전기의 제조 과정도 간단화 되어, 발전기의 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.
8. 발전기는 격리층을 포함할 수 있으며, 박층 형상의 두개의 전극층을 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치한다. 이러한 다층 구조는 발전기의 구조를 더욱 콤팩트하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 디바이스와 쉽게 집적될 수 있다.
도면을 통하여, 본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점들은 더욱 명확해질 것이다. 도면에 있어서, 동일한 부호는 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 실제 사이즈를 토대로 등비례로 확대 또는 축소한 것이 아니라, 본 발명의 주제를 표시하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 명세서에서는 특정값을 포함하는 파라미터의 예를 제공할 수 있으나, 파라미터는 대응되는 값과 정확히 일치하지 않아도 되며, 허용 가능한 오차 범위 또는 설계 상의 제약 범위 내에서 대응되는 값과 근사할 수 있다. 이 외에, 아래의 실시예에서 사용되는, 예를 들면, "상", "하", "전", "후", "좌", "우" 등 방향을 나타내는 용어들은 다만 도면에서의 방향만을 참고한 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는, 방향을 나타내는 용어들은 설명을 위한 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 정전 유도를 기초로 하는 센서 또는 발전기의 실시예 1의 전형적인 구조도이다.
도 2는 피탐지물체와 실시예 1의 센서의 접촉 및 분리를 감지하는 도면으로, 본 발명의 센서 또는 발전기의 실시예 1의 원리도이기도 하다.
도 3은 피탐지물체와 실시예 1의 센서의 슬라이드 마찰을 감지하는 도면으로, 본 발명의 발전기의 실시예 2의 구조 및 발전 원리를 나타내는 도면이기도 하다.
도 4는 본 발명의 센서의 실시예 1 중의 제1 전극층과 피탐지물체가 접촉하는 표면의 평탄하지 않는 요철 구조를 나타내는 도면이며, 본 발명의 발전기의 실시예 2 중의 제1 부재와 제1 전극층이 서로 접촉하는 표면의 평탄하지 않는 요철 구조를 나타내는 도면이기도 하다.
도 5는 피탐지물체와 실시예 1의 센서가 접촉하지 않고, 그 전하의 중심과 센서 사이의 거리의 변화를 감지하는 것을 나타내는 도면으로, 본 발명의 발전기의 실시예 3의 구조도이기도 하다.
도 6은 본 발명의 발전기의 실시예 3의 발전 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 센서 또는 발전기의 실시예 4의 구조 및 발전 원리를 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 센서 또는 발전기가 격리층을 포함하는 구조도이다.
도 11은 일 구체적인 센서 또는 발전기의 출력 전압 테스트 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예의 기술방안을 명확하고 완정하게 설명한다. 물론, 여기에서 설명하는 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐 전반 실시예는 아니다. 통상의 기술자가 본 발명의 실시예를 토대로 쉽게 얻을 수 있는 모든 기타 실시예들은 모두 본 발명의 보호범위에 포함된다.
또한, 본 발명에 관하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명하나, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명할 시 상기 도면들은 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
물체의 이동을 검출하는 종래의 센서들은 모두 배터리 등 전원을 설치하여야 하며, 항시 센서에 전원을 연결하여야 한다. 이로 인하여 센서의 응용이 제한받아, 악환경에 응용될 수 없을 뿐만 아니라, 장기간 독립적으로 동작하기도 어렵다. 종래의 마찰식 나노발전기의 전형적인 구조에 있어서, 두 마찰층이 서로 접촉 또는 분리하는 과정에서, 마찰층에 각각 설치된 두 전극층을 통하여 외부 회로에 펄스 전기신호를 출력하며, 발전 과정에서 일 전극층의 다른 일 전극층에 대한 상대적 거리가 지속적으로 변화하는 것으로, 발전기의 전극 연결에 불리할 뿐만 아니라, 마찰식 발전기의 출력 성능을 확보하기 위하여서는 두 마찰층을 형성하는 재료를 지속적으로 접촉 또는 마찰시켜야 하므로, 발전기의 내구성 및 안정성을 확보할 수 없었다.
본 발명의 일 측면에서는 정전 유도를 기초로 하는 센서를 제공하는데, 그 기술 방안은 아래와 같다. 전하를 띤 피탐지물체의, 감지부재의 일 도전 소자에 대한 상대적인 위치가 변화하는데, 이 도전 소자는 감지부재의 다른 일 도전 소자에 전기적으로 연결되어, 상기 도전 소자 상에서의 피탐지물체가 띠는 전하에 의한 전위가 변화하도록 한다. 정전 유도 작용으로 인하여, 두 도전 소자 사이에는 전하의 이동이 발생하여, 두 도전 소자 사이에 연결된 부하 또는 검출장치에는 전류가 흐르게 된다. 센서가 동작하는 과정에 있어서, 피탐지물체는 감지부재의 도전 소자와 직접 접촉하거나, 서로 슬라이드하여 마찰하거나 또는 주기적으로 접촉 및 분리될 수 있다. 또한, 피탐지물체는 감지부재의 도전 소자와 접촉하지 않고, 다만 양자 사이의 거리를 변화시킬 수도 있는데, 이런 모드는 피탐지물체 자체가 전하를 띠어야 하며, 거리를 변화시키는 과정에서, 도전 소자 상에서의 피탐지물체가 띠는 전하에 의한 전위가 변화한다. 본 발명의 센서는 여러가지 동작 모드를 가질 수 있으며, 피탐지물체의 상이한 운동 방식에 대응되게 에너지를 수집할 수 있어, 널리 응용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 정전 유도를 기초로 하는 발전기를 제공하는데, 기술 방안은 아래와 같다. 전하를 띤 제1 부재가 일 도전 소자에 대한 상대적인 위치가 변화하며, 상기 도전 소자는 다른 일 도전 소자에 전기적으로 연결되어, 상기 도전 소자 상에서의 제1 부재가 띠는 전하에 의한 전위를 변화시킨다. 정전 유도 작용으로 인하여 두 도전 소자 사이에 전하의 이동이 발생하여, 두 도전 소자 사이에 연결된 부하에는 전류가 흐르게 된다. 발전기가 동작하는 과정에 있어서, 제1 부재는 도전 소자와 직접 접촉하거나, 상호적으로 슬라이드하여 마찰하거나 또는 주기적으로 접촉 및 분리될 수 있다. 또한, 제1 부재는 도전 소자와 접촉하지 않고, 다만 양자 사이의 거리를 변화시킬 수도 있느데, 이러한 모드는 제1 부재 자체가 전하를 띠어야 한다. 본 발명의 발전기는 여러가지 동작 모드를 가질 수 있는데, 제1 부재의 상이한 운동 방식에 대응되게 에너지를 수집할 수 있어 널리 응용될 수 있다.
아래 도면을 참조하면서 본 발명의 정전 유도를 기초로 하는 센서 및 발전기의 구체적인 구조를 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1:
본 실시예에서 제공하는 정전 유도 센서의 전형적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 센서는 피탐지물체(1)의 이동을 감지하기 위한 감지부재를 포함하는데, 감지부재는 제1 전극층(2) 및 그에 대응되는 제2 전극층(3)으로 구성된다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 이격되어 설치되며 전기적으로 연결된다. 피탐지물체(1)는 감지부재의 제1 전극층(2)과 접촉한 후 분리될 수 있는데, 도 1의 화살표가 표시한 바와 같이, 피탐지물체(1)의 운동은 피탐지물체(1)가 띠는 전하의, 제1 전극층(2) 상에서의 전위를 변화시켜, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여, 전류를 형성하도록 한다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 검출장치(4)를 연결하면, 감지부재를 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 또는, 그 사이에 부하를 연결하면 센서가 생성하는 전기 에너지를 이용하여 부하에 전력을 공급할 수 있다.
상술한 원리를 이용하여 발전기를 제조할 수도 있다. 이 발전기는 상기 센서의 피탐지물체를 자체가 포함하는 일 부재로 한다. 다사말하면, 이 발전기는 제1 부재(1) 및 제2 부재를 포함한다. 여기서, 제2 부재는 제1 전극층(2) 및 그에 대응되는 제2 전극층(3)으로 구성된다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 이격되어 설치되며 전기적으로 연결된다. 제1 부재(1)는 제2 부재의 제1 전극층(2)과 접촉한 후 분리될 수 있는데, 도 1의 화살표가 표시한 바와 같이, 제1 부재(1)의 운동은 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(1)가 띠는 전하의 전위를 변화시켜, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여 전류를 형성하도록 한다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 검출장치(4)를 연결하면 발전기의 전류를 검출할 수 있으며, 부하를 연결하면 발전기로부터 부하에 전력을 공급할 수 있다.
제1 부재(1)가 전하를 띠지 않는 물체일 경우, 제1 부재(1)가 절연체 또는 반도체 재료로 형성되고 제1 전극층(2)이 도전 재료로 형성된 경우를 예로 하여, 발전기의 동작 원리를 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 센서와 발전기가 유사한 구조를 가지므로, 발전기의 동작 원리는 마찬가지로 센서에 적용되는 바, 중복적인 설명을 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 제1 부재(1)와 제2 부재의 제1 전극층(2)의 표면이 접촉할 경우, 양자의 표면이 전자를 얻고 잃는 능력이 상이하므로, 제1 전극층(2)은 전자를 쉽게 잃으나, 제1 부재(1)의 표면은 전자를 쉽게 얻는다. 도 2 중의 a 도면에 도시된 바와 같이, 양자의 표면에는 동등한 량의 부호가 상이한 전하가 생성된다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 분리되면, 도 1 중의 b에 도시된 바와 같이, 제1 부재(1)의 표면이 띠는 음전하가 제1 전극층(2)의 양전하에 대한 속박이 약해지는데, 정전 유도 작용으로 인하여, 제1 전극층(2)의 양전하는 제2 전극층(3)을 향하여 이동하여, 제1 전극층(2)으로부터 제2 전극층(3)으로의 전류가 형성된다. 도 2 중의 c에 도시된 바와 같이, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 거리가 충분히 멀어지면, 제1 부재(1)의 표면이 띠는 음전하는 제1 전극층(2)의 전하에 영향을 미칠 수 없으므로, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 전류가 생성되지 않는다. 표면이 음전하를 띠는 제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 근접하면, 정전 유도 작용으로 인하여 제1 부재(1)의 표면의 음전하의, 제1 전극층(2)의 양전하에 대한 흡인을 증가시켜, 제2 전극층(3)의 양전하는 제1 전극층(2)으로 이동한다. 도 2 중 d에 도시된 바와 같이, 도 1 중의 b의 전자의 이동 방향과 반대되는, 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)으로의 전류가 형성된다. 제1 부재(1)가 다시 제1 전극층(2)의 표면과 접촉하면, 양자의 표면 전하는 동등한 량의 부호가 상이한 전하이다. 이때 도 1 중의 a에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 전하의 이동이 발생하지 않는다. 제1 부재(1)가 주기적으로 제2 부재의 제1 전극층(2)과 접촉 및 분리할 수 있다면, 제2 부재는 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서 펄스 교류 전류 신호를 생성한다.
상술한 과정으로부터 알 수 있듯이, 상술한 구조가 센서로서 사용될 때, 센서의 감지부재는, 피탐지물체로서의 제1 부재(1)와 감지부재의 제1 전극층(2)이 접촉 및 분리된 후 외부 전원을 제공할 필요가 없이, 전하를 띠지 않는 피탐지물체로서의 제1 부재(1)의 이동을 탐지할 수 있다. 피탐지물체로서의 제1 부재(1)와 센서의 감지부재가 복수회의 접촉 및 분리를 발생하면, 감지부재에는 복수의 교류 펄스 전기신호가 생성된다.
본 실시예에 있어서, 제1 부재(1)는 제1 전극층과의 접촉전에 미리 전하를 띨 수도 있다. 제1 부재가 전하를 띤다면, 제1 전극층과 접촉할 시, 제1 부재가 띠는 전하는 제1 부재와 제1 전극층 사이에서 다시 분포되는데, 재료가 다르면 전하에 대한 속박 능력에 차이가 있으므로, 두 접촉면에는 여전히 전하의 밀도 차이가 존재한다. 양자가 분리된 후, 제1 부재(1)는 여전히 일정한 전하를 띤다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 거리가 변화하면, 정전 유도 작용으로 인하여, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에는 전하의 이동이 발생하여, 검출장치에는 전류가 출력된다. 제1 부재(1)가 띠는 전하는 충전 등 기타 방식을 통하여 축적될 수 있다. 전하의 축적 방식은 본 발명의 센서의 검출 과정과 발전기의 발전 과정에 영향을 주지 않는 바, 이는 본 발명의 센서 또는 발전기를 한정하는 요소를 구성하지 않는다.
본 실시예에 있어서, 제2 부재 중의 두 전극층에 있어서, 일 전극층만이 제1 부재(1)와 정전기 상호 작용을 발생하면 되는 것으로, 두 전극층의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)을 형성하는 재료는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 제1 전극층(2) 또는 제2 전극층(3)을 형성하는 재료는 금속, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 유기물 도체로부터 선택될 수 있으며, 자주 사용되는 금속은 금, 은, 백금, 알루미늄, 니켈, 동, 티타늄, 크롬 또는 셀렌, 및 상술한 금속으로 형성된 합금을 포함한다. 유기물 도체는 일반적으로 도전고분자로서, 폴리피롤, 폴리페닐렌설파이드, 폴리프탈로시아닌계화합물, 폴리아닐린 및/또는 폴리티오펜을 포함한다.
센서 또는 발전기의 발전 원리로부터 알 수 있듯이, 제1 부재(1)의 표면이 전하를 얼마 띠는지는 센서 또는 발전기가 동작하는 관건적인 요소로서, 바람직하게, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 접촉하는 표면 사이의 전자를 얻고 잃는 능력의 차이가 클수록, 제1 부재(1)의 표면이 띠는 전하가 더 많다. 바람직하게, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 접촉하는 표면의 재료는 바람직하게 절연체 재료이다. 절연체재료에 있어서, 바람직하게 폴리머 절연재료이다. 구체적으로폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트(polyethylene glycol succinate), 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 인조섬유, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 패럴린(Parylene) 등을 선택할 수 있다.
또한, 예를 들면 흔히 볼 수 있는 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 면 및 그 직물, 폴리우레탄일래스터머, 목재, 경질고무 및 아세테이트 등과 같은 기타 절연재료를 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 접촉하는 표면을 형성하는 재료로 사용할 수 있다.
제1 전극층은 도전 재료이다. 반도체 재료와 도전 재료는 전자를 얻고 잃는 능력에 차이가 있으므로, 제1 부재의 제1 전극층과 접촉할 수 있는 표면의 재료는 반도체를 선택할 수 있다. 상기 반도체는, 규소, 게르마늄; 갈륨비소, 인화갈륨 등과 같은 제Ⅲ족 및 제V족 화합물; 황화카드뮴, 황화아연 등과 같은 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물; 및 갈륨-알루미늄-비소, 갈륨-비소-린 등과 같은 Ⅲ-V족 화합물 및 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체를 포함한다. 상술한 결정질 반도체 외에, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체 등을 포함할 수도 있다. 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물도 마찰 대전 특성을 가지며, 마찰 과정에서 표면 전하를 형성할 수 있으므로, 본 발명의 제1 부재를 형성하는 재료로 사용될 수 있는 바, 예를 들면 망간, 크롬, 철, 동의 산화물을 포함하며, 또한 산화규소, 산화망간, 산화크롬, 산화철, 산화동, 산화아연, BiO2 및 Y2O3도 포함한다.
지면의 제한으로 제1 부재(1) 및 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면을 구성하는 사용 가능한 모든 재료를 예시할 수 없으므로, 여기서는 참고로 몇개의 구체적인 물질 만을 예시하여 기술자들이 참고하도록 한다. 물론, 이러한 구체적인 재료는 본 발명의 보호범위를 한정할 수 있는 요소는 아니다. 이는, 통상의 기술자들은 발명의 시사 하에 이러한 재료가 가지는 마찰 대전 특성을 토대로 유사한 기타 재료를 용이하게 선택할 수 있기 때문이다.
센서 또는 발전기에 있어서, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉할 수 있는 표면 만이 센서 또는 발전기의 출력 성능에 영향을 주는 것으로, 제1 부재(1)의, 제1 전극층(2)과 접촉할 수 있는 표면이 상술한 마찰 재료라는 것을 한정하기만 하면 되는 바, 제1 부재(1)의 기타 부분에 대하여서는 한정하지 않는다. 따라서, 제1 부재(1)는 전부가 전체적으로 균일한 재료를 사용할 수도 있고, 다층 구조 또는 코어셀(core-shell) 구조를 사용할 수도 있다.
실험을 통하여, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 접촉하는 표면을 형성하는 재료 사이의 전자를 얻는 능력의 차이가 클수록, 제1 부재(1)의 표면이 띠는 전하의 량이 많고 센서 또는 발전기가 출력하는 전기신호가 강하다는 것을 발견하였다. 따라서, 위에서 설명한 재료에 따라 간단한 대비실험을 통하여 적합한 재료를 선택하여 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 접촉하는 표면을 형성하는 재료로 함으로써, 최적의 전기신호 출력 성능을 얻도록 할 수 있다.
또한, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 접촉하는 두 표면은 경질 재료일 수도 있고 연질재료일 수도 있다. 재료의 경도는 센서 또는 발전기의 발전 성능에는 큰 영향을 주지 않으나, 본 발명의 센서 또는 발전기가 응용될 수 있는 범위를 넓힐 수 있다.
센서 또는 발전기가 동작하는 과정에 있어서, 제1 부재(1)의 표면이 전하를 가지는 량이 얼마인지가 센서 또는 발전기의 출력 성능에 영향을 주는 외에, 제1 부재(1)와 제2 부재의 제1 전극층(2)이 분리되는 거리도 센서 또는 발전기의 출력 성능에 영향을 준다. 분리되는 거리가 클 수록, 센서 또는 발전기가 출력하는 신호가 강하다. 연구 과정에서, 분리되는 거리가 디바이스 사이즈보다 클 경우, 특히는 제1 부재(1) 또는 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면의 최대 길이보다 클 경우, 분리되는 거리의 변화는 센서 또는 발전기가 출력하는 신호에 대한 영향이 크지 않다는 것을 발견하였다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 분리되는 거리가 1μm보다 큰 것이 바람직하고, 1μm 내지 10cm 범위 내에 있는 것이 더 바람직하며, 1mm 내지 2cm 내에 있는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, "표면의 최대 길이"는 구체적으로 각 방향에서의 표면의 최대 길이, 예를 들면 사각형의 긴 변의 길이, 또는 원형 표면의 직경의 길이를 말하는 것으로, 불규칙적인 표면에 있어서는 구체적으로 측정하여 표면의 최대 길이를 확정할 수도 있다.
본 실시예의 센서 또는 발전기에서, 제1 부재(1)의 제2 부재에 대한 상대적인 운동은 여러가지 방식을 통하여 실현될 수 있다. 예를 들면, 제2 부재를 고정시키고, 특히는 제2 부재 의 제1 전극층(2)을 고정시키고, 제1 부재(1)를 왕복 운동 하는 부재 상에 고정시켜, 왕복 운동 하는 부재가 센서 또는 발전기의 제1 부재(1)를 리드하여 왕복 운동을 하게 하므로써, 제1 부재(1)가 제2 부재에 대한 상대적인 접촉 및 분리를 실현할 수 있다. 기타 실시예에서는 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이에 탄성연결부재를 설치하여, 제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 가까워지거나 제1 전극층(2)으로부터 멀어지게 하는 왕복 운동을 실현할 수도 있다. 상술한 목적을 실현하는 기술 수단에는 여러가지가 있는 바, 본 분야에서 거리를 제어하는 일반적인 부재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이에 절연 스프링 등 부재를 연결할 수 있다. 하지만 사용되는 스프링이 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 상대적인 운동을 제한하지 않도록 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 센서에서, 피탐지물체로서의 제1 부재는 자유롭게 운동하는 물체, 예를 들면 걷고 있는 사람이 신고있는 신발의 바닥 등일 수도 있다. 본 발명의 발전기에 있어서, 제1 부재(1)는 자유롭게 운동하는 물체일 수도 있는 바, 주기적으로 제1 전극층과 접촉한 후 분리될 수 있다. 또는 제1 부재(1)를 기타 운동하는 물체 상에 고정하여 타상품과 결합하여 사용함으로써, 타상품의 운동으로 제1 부재(1)를 리드하여 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 운동하게 하여 발전기가 발전하도록 할 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 부재(1)는 제2 부재에 대하여 독립적으로 운동하는 물체이고, 제1 부재(1) 상에는 전극층이 연결되어 있지 않으므로, 제1 부재의 두께, 사이즈 및 형상에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 접촉시 각각이 띠는 표면 전하의 량을 향상시키기 위하여, 제1 부재(1)는 전체적으로 블록, 판넬, 박편 또는 박막일 수 있다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 접촉하는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되는 것이 바람직하며, 동일한 것이 더욱 바람직하다. 이로써 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 표면이 접촉시 최대 접촉 면적을 가지게 하여, 제1 부재(1)의 표면 전하의 량을 향상시키는 목적을 달성함으로써, 센서의 동작 성능 또는 발전기의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 접촉하는 표면은 평면일 수도 있고 곡면 일 수도 있다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면 모두가 곡면이여도 마찬가지로 상호적인 접촉을 실현할 수 있다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면은, 접촉시 접촉 면적이 최대값을 가지는 시각이 나타날 수 있게 확보할 수 있도록, 모두 평면 또는 곡면 구조인 것이 바람직하다. 접촉시 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면이 완전히 접촉할 수 있게 확보하도록, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면은 예를 들면 곡률 및 면적이 동일한 곡면과 같은 서로 보완하는 형상의 곡면인 것이 바람직하다.
본 발명의 센서에 있어서, 피탐지물체로서의 제1 부재(1)의 형상에 따라 제1 전극층(2)과 피탐지물체(1)의 접촉하는 표면의 형상을 원활하게 선택할 수 있는데, 평면일 수도 있고 곡면일 수도 있다. 피탐지물체(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면 모두가 곡면이여도 마찬가지로 상호적인 접촉을 실현할 수 있다. 피탐지물체(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면은, 접촉시 접촉 면적이 최대값을 가지는 시각이 나타날 수 있게 확보하도록, 모두 평면 또는 곡면 구조인 것이 바람직하다. 접촉시 피탐지물체(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면이 완전히 접촉할 수 있게 확보하도록, 피탐지물체(1)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면은 예를 들면 곡률 및 면적이 동일한 곡면과 같은 서로 보완하는 형상의 곡면인 것이 바람직하다.
본 발명의 센서는, 상술한 피탐지물체와 감지부재의 제1 전극층이 접촉 및 분리하는 동작 모드 외에, 감지부재와 피탐지물체가 슬라이드하여 마찰하는 동작 모드도 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 감지 동작 과정은, 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 서로 접촉하여 마찰하는 상황을 예로 한다. 설명의 편의를 위하여, 여기서 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면은 형상 및 사이즈가 동일하다고 설정하나, 실제 응용에 있어서는 제1 전극층(3)의 상면과 피탐지물체(11)의 하면의 형상 및 면적을 엄격하게 한정하지 않는 바, 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 초기 상태일 때 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면은 접촉할 수도 있고 접촉하지 않을 수도 있는데, 외력(F)의 작용 하에 접촉하면(도 3 중의 a 도면 참조), 제1 전극층(2)의 상면과 피탐지물체(11)의 하면을 형성하는 재료가 대전열에서 순서에 차이가 있으므로, 양자 사이에는 전자를 얻는 능력에 차이가 있는데, 여기서 피탐지물체(11)의 하면이 전자를 얻는 능력이 강하고 제1 전극층(2)의 상면이 전자를 더욱 쉽게 잃는 상황을 예로 한다. 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 접촉할 때 표면전하의 이동이 발생하여, 제1 전극층(2)의 상면이 양전하를 띠게되고 피탐지물체(11)의 하면이 음전하를 띠게 된다(도 3 중 a 도면 참조). 두가지 전하의 전기량은 크기가 동일하므로, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 전위차가 존재하지 않아, 전하의 이동도 발생하지 않는다. 외력(F)(피탐지물체를 구동하여 감지부재에 대하여 상대적으로 운동시키는 힘)의 작용 하에 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 상대적으로 슬라이드하게 함과 동시에 접촉 면적을 변화(감소)시키면, 제1 전극층(2)의 상면과 피탐지물체(11)의 하면의 전하의 밸런스가 파괴되어, 피탐지물체(11) 상의 음전하가 제1 전극층(2) 상의 양전하에 대한 속박 작용이 저하되므로, 도 3 중 b에 도시된 바와 같이 전자는 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)으로 이동한다. 이로써 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 검출장치(4), 예를 들면 전류계에는 전류가 흐르게 된다. 외력의 작용 하에, 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 완전히 분리되어, 피탐지물체(11)의 하면이 띠는 음전하의 제1 전극층(2) 중의 전하에 대한 배척 작용이 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서의 전하의 이동을 야기시킬 수 없게 되면, 도 3 중 c에 도시된 바와 같이 검출장치(4)는 전류를 검출하지 못한다. 반대되는 방향의 외력(F)이 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면을 상대적으로 슬라이드 하게 함과 동시에 접촉 면적을 변화(증가) 시키면, 피탐지물체(11) 상의 음전하가 제1 전극층(2) 상의 양전하에 대한 배척 작용으로 인하여, 전자가 제1 전극층(2)으로부터 제2 전극층(3)으로 이동하게 되며, 도 3 중 d에 도시된 바와 같이 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 검출장치(4)에는 전류가 흐르게 된다. 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 완전히 접촉한 후, 피탐지물체(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면의 양전하 및 음전하는 밸런스를 이루며, 이때 도 3 중 a 도면에 도시된 바와 같이 전자는 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서 이동하지 않으며, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 검출장치(4)는 전류 신호를 검출하지 못한다. 도 3 중 a 내지 d의 과정을 중복하면, 제1 전극층(3)과 제2 전극층(4) 사이에는 펄스 전류가 형성된다. 피탐지물체(11)가 제1 전극층에 대하여 단일 방향에서만 상대적으로 운동할 경우, 서로 접촉하여 마찰하는 면적이 변화를 발생하기만 하면, 검출장치(3)에서는 전류를 검출할 수 있다.
제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면은 평면 또는 곡면일 수 있다. 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면의 형상은 서로 매칭되는 것이 바람직하고, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되며, 동일한 것이 바람직한데 이는 상호적으로 슬라이드하는 과정에서 접촉 면적이 최대인 시각이 나타날 수 있게 한다. 예를 들면, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면은 곡률이 동일한 원호면이다.
제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 서로 접촉하는 표면이 매끈하고 평탄한 표면이라면, 이러한 구조는 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 상대적 슬라이드 공간이 비교적 커야 하며 또한 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 서로 접촉하는 표면의 사이즈의 차이가 비교적 클 경우, 슬라이드 거리가 비교적 커야, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 서로 슬라이드하여 마찰하는 과정에서 접촉 면적이 변화하면서 전기신호를 생성하는 요구를 만족시킬 수 있다. 따라서, 피탐지물체(11)의 하면이 평탄하지 않는 표면이라면, 본 발명의 센서에서는, 제1 전극층(2)의 피탐지물체(11)와 서로 접촉할 수 있는 표면은 평탄하지 않는 표면일 수 있다. 이로써 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 상호적으로 슬라이드할 때, 두 표면은 불완전 접촉을 이룰 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 서로 접촉할 수 있는 표면은 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면인데, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)가 외력의 작용 하에서 상대적인 슬라이드를 발생하면, 짧은 슬라이드 거리 만으로도 비교적 큰 접촉 면적의 변화를 가져올 수 있기에, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 검출장치(4)에는 전류가 흐르게 된다. 본 실시예에서는, 피탐지물체(11)와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 표면 중의 어느 한 표면이 상대적으로 작은 경우에 적용될 수 있는데, 서로 접촉하는 두 표면을 모두 평탄하지 않는 표면으로 제조하여, 외력의 작용 하에 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 접촉하는 표면이 상호적으로 마찰할 때, 비교적 작은 이동 범위 내에서 마찰하는 면적의 변화를 만족시킬 수 있기에, 외력의 역학 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있어, 피탐지물체의 이동에 대한 감지를 실현할 수 있다.
바람직하게, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 접촉하는 표면의 요철구조는 주기적인 요철구조이다. 선택 가능한 주기적인 요철구조는 등간격으로 평행되게 배열된 스트라이프 구조, 바둑판 구조 등 주기적인 구조가 있을 수 있다.
본 실시예의 센서에서, 제1 전극층의, 피탐지물체(11)와 접촉할 수 있는 표면에 대해 물리적변형 또는 화학수식 처리를 행할 수도 있다. 물리적변형은 구체적으로, 일부 표면 또는 전부 표면에 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되어, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11) 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 피탐지물체의 표면이 띠는 전하의 량을 증가시키는 것일 수 있다. 상기 미세 구조는, 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 입자, 나노 로드, 나노 꽃, 나노 홈, 마이크로미터 홈, 나노 뿔, 마이크로미터 뿔, 나노 스피어 및 마이크로미터 스피어 구조, 및 상술한 하나 또는 복수의 구조로 형성된 어레이인 것이 바람직하고, 특히는, 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 뿔 또는 나노 로드로 구성된 나노어레이인 것이 바람직하며, 포토리소그래피, 플라즈마 에칭 등 방법을 통하여 제조된 선(線) 형상, 정육면체, 또는 사각뿔 형상의 어레이일 수 있다. 어레이 중 이러한 유닛의 각각의 사이즈는 나노미터 내지 마이크로미터 레벨이며, 구체적인 마이크로-나노 구조의 유닛의 사이즈, 형상은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 나노재료의 장식 또는 도포층의 방식을 통하여 상기 목적을 실현할 수도 있다. 또한, 제1 전극층의 표면에 대해 화학수식을 행하여 접촉 순간의 전하의 이동량을 더욱 향상시킴으로써, 접촉전하의 밀도 및 센서의 출력 전력을 향상시킬 수도 있다. 화학수식은 아래와 같은 두가지 방법으로 나뉜다.
일 방법으로는, 서로 접촉하는 제1 전극층(2)과 피탐지물체(11)의 재료에 대하여, 두가지 재료의 극성에 따라, 제1 전극층(2)의 재료의 극성이 "+"라면 재료의 표면에 전자를 쉽게 잃는 작용기(다시말하면, 강한 전자공여기)를 도입하거나, 제1 전극층(2)의 재료의 극성이 "-"라면 재료의 표면에 전자를 쉽게 얻는 작용기(강한 전자흡인기)를 도입함으로써, 서로 접촉 또는 슬라이드할 때의 전하의 이동량을 더욱 향상시켜, 피탐지물체의 표면이 가지는 전하 밀도 및 감도를 향상시키는 방법이다. 강한 전자공여기는, 아미노기, 하이드록실기, 알콕실기(alkoxyl group)등을 포함한다. 강한 전자흡인기는, 아실기, 카복실기, 니트로기, 술폰기 등을 포함한다. 작용기의 도입은, 플라즈마 표면 수식 등 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 산소와 질소의 혼합가스를, 소정의 전력하에서 플라즈마를 형성시킴으로써, 아미노기를 재료의 표면에 도입할 수도 있다.
다른 일 방법으로는, 극성이 "+"인 재료의 표면에 양전하를 도입하고, 극성이 "-"인 재료의 표면에 음전하를 도입하는 방법이다. 구체적으로, 화학결합을 통하여 실현할 수 있다. 예를 들면, PDMS의 표면에 졸-겔 법(sol-gel)을 이용하여 TEOS(Tetraethylorthosilicate)를 수식하여, 음전하를 가지도록 할 수 있다. 또는, 금박막층에 대하여 금-유황 결합을 통하여 상면에 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)가 함유된 금나노 입자를 수식할 수도 있다. CTAB가 양이온이므로, 재료 전체는 양전하를 띠게 된다. 통상의 기술자들은, 선택된 재료의 전자를 잃고 얻는 성질 및 표면의 화학결합의 종류에 의하여, 적합한 수식 재료를 선택하여 결합시킴으로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 이러한 변형도 본 발명의 보호범위 내에 속한다.
본 실시예의 센서는, 피탐지물체가 감지부재와 접촉 및 분리 또는 서로 슬라이할 수 있는 동작 모드 외에, 피탐지물체 자체가 전하를 띠는 경우, 피탐지물체가 감지부재의 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하며, 운동 과정에서 피탐지물체가 감지부재의 어느 전극층과도 접촉하지 않는 모드를 가질 수도 있다. 도 6중의 화살표가 표시하는 바와 같이, 피탐지물체(12)가 미리 음전하를 가진다고 하면, 특히는 피탐지물체(12)의, 제1 전극층(2)과 대향하는 표면이 음전하를 가진다고 하면, 피탐지물체(12)가 제1 전극층(2)에 근접할 경우, 피탐지물체(12)와 제1 전극층(2) 사이의 정전 유도로 인하여, 피탐지물체(12)가 가지는 음전하는 제1 전극층(2)의 음전하에 대하여 배척 작용을 하므로, 감지부재의 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 전하의 이동이 발생하여, 도 6 중의 a도면에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 검출장치(4)는 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)으로 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 피탐지물체(12)가 제1 전극층에서 멀어지면, 피탐지물체(12)가 가지는 음전하의 제1 전극층(2)의 음전하에 대한 배척 작용이 약해지며, 감지부재의 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 반대 방향에서의 전하의 이동이 발생되어, 도 6 중의 b에 도시된 바와 같이, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 연결된 검출장치(4)는 제1 전극층(2)으로부터 제2 전극층(3)으로 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 도 6에 도시된 감지 동작 과정에서 피탐지물체(12)는 제1 전극층에 대하여 수직 방향에서 운동하며, 그 동작 원리는 피탐지물체(12)와 제1 전극층(2)의 대향하는 표면 사이의 거리가 변하지 않는 상황(다사말하면 피탐지물체(12)가 제1 전극층에 평행되는 방향을 따라 운동)에도 적용된다. 또한, 이러한 동작 모드에서, 감지부재는 전하를 띨 수도 있고 전하를 띠지 않을 수도 있다. 다시말하면, 감지부재의 두 전극층 모두가 전하를 띤다 하더라도, 피탐지물체(12)가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동할 때, 제1 전극층 상에서의 피탐지물체(12)의 표면이 띠는 전하의 전위가 변화하므로, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에는 전하의 이동이 발생한다.
피탐지물체(12)가 띠는 전하는, 감지부재 이외의 기타 물체와 마찰시켜 얻을 수도 있고, 동작하기 전에 감지부재와 마찰시켜 얻을 수도 있으며, 충전 등 기타 방식을 통하여 얻을 수도 있다. 전하를 얻는 방식은 본 발명의 감지 과정에 영향을 주지 않으며, 본 발명의 센서를 한정하는 요소를 구성하지 않는다.
피탐지물체(12)와 제1 전극층(2)의 대향하는 표면 사이의 거리를 변화시키는 운동 방식에 있어서, 제1 전극층(2)과 피탐지물체(12) 사이의 최소 거리는 제1 전극층(2)의 피탐지물체(12)와 대향하는 표면의 최대 길이의 0.01배이고, 최대 거리는 제1 전극층(2)의 피탐지물체(12)와 대향하는 표면의 최대 길이의 10배이다.
피탐지물체(12)와 제1 전극층(3)의 대향하는 표면 사이의 거리가 변하지 않는 운동 방식에 있어서, 피탐지물체(12)와 제1 전극층(2) 사이의 거리의 범위는 제1 전극층(2)의 피탐지물체(12)와 대향하는 표면의 최대 길이의 0.1~10배이다. 본 실시예에 있어서, 바람직하게, 피탐지물체(12)와 제1 전극층의 대향하는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되며 동일한 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 피탐지물체(12)의 이동으로 인하여, 정전 유도 작용 하에서 피탐지물체(12)의 전하가 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 전하의 이동을 발생할 수 있도록 확보한다.
정전 유도를 기초로 하는 실제 센서에 있어서, 피탐지물체의 제1 전극층에 대한 상대적인 이동은 상술한 세가지 상대적인 이동 방식의 결합일 수 있다. 여기서, 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 단일 운동 방식 만을 가져야 한다는 것을 한정하지는 않는다.
실시예 2:
본 실시예에서 제공하는 정전 유도발전기의 전형적인 구조는 도 3을 참조할 수 있다. 발전기는 제1 부재(11)와 제2 부재를 포함한다. 여기서, 제2 부재는 실시예 1과 마찬가지로 제1 전극층(2) 및 그에 대응되는 제2 전극층(3)으로 구성되고, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 이격되어 설치되며 전기적으로 연결된다. 외력(F)의 작용 하에 제1 부재(11)의 표면은 제2 부재의 제1 전극층(2)과 서로 접촉하여 슬라이드하여 마찰을 발생할 수 있으며, 슬라이드 과정에서 접촉 면적이 변화하여, 제1 부재(11)의 제1 전극층(2)에 대한 상대적인 슬라이드는 제1 부재(11)가 띠는 전하의, 제1 전극층(2) 상에서의 전위를 변화시켜, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하게 하여 전류를 형성할 수 있다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 검출장치(4)를 연결하면 발전기의 전류를 검출할 수 있고, 부하를 연결하면 발전기로부터 부하에 전력을 공급할 수 있다.
아래 도면을 참조하면서 본 실시예의 발전기의 동작 원리를 상세하게 설명하기로 한다. 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 서로 접촉하여 마찰하는 경우를 예로 하며, 설명의 편의를 위하여, 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면의 형상 및 사이즈는 모두 동일하다고 설정한다. 실제에서는 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면의 형상 및 면적에 대해 엄격하게 한정하지 않는 바, 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 도 3을 참조하면 발전기의 동작 원리는 아래와 같다. 초기 상태에서 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면은 접촉될 수도 있고 접촉되지 않을 수도 있다. 외력(F)의 작용 하에 접촉된 후(도 3 중 a 도면을 참조), 제1 전극층(2)의 상면과 제1 부재(11)의 하면을 형성하는 재료가 대전열에서 순서에 차이가 있으므로 전자를 얻는 능력에 차이가 존재하는데, 제1 부재(11)의 하면이 전자를 얻는 능력이 강하고 제1 전극층(2)의 상면이 전자를 더욱 쉽게 잃는 경우를 예로 하면, 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 접촉할 때 표면 전하의 이동이 발생하여, 제1 전극층(2)의 상면이 양전하를 띠고 제1 부재(11)의 하면이 음전하를 띠도록 하며(도 3 중 a 도면에 도시), 두가지 전하의 전기량은 크기가 동일하다. 따라서, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 전위차가 존재하지 않아 전하의 이동도 발생하지 않는다. 외력(F)의 작용 하에 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 상대적으로 슬라이드함과 동시에 접촉 면적이 변화(감소)되면, 제1 전극층(2)의 상면 및 제1 부재(11)의 하면에서의 전하의 밸런스가 파괴되어, 제1 부재(11) 상의 음전하가 제1 전극층(2) 상의 양전하에 대한 속박 작용이 감소된다. 따라서, 도 3 중 b 도면에 도시된 바와 같이, 전자는 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)으로 이동하여, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 부하 또는 전류계(4)에는 전류가 흐르게 된다. 외력의 작용 하에, 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 완전히 분리되면, 제1 부재(11)의 하면이 가지는 음전하가 제1 전극층(2) 의 전하에 대한 배척 작용이 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서의 전하의 이동을 야기하기에는 부족하여, 도 3 중 c 도면에 도시된 바와 같이, 부하 또는 전류계(4)에는 전자의 이동이 존재하지 않게 된다. 반대되는 방향의 외력(F)이, 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면을 상대적으로 슬라이드하도록 함과 동시에 접촉 면적을 변화(증가)시키면, 제1 부재(11) 상의 음전하가 제1 전극층(2) 상의 양전하에 대한 배척 작용으로 인하여, 도 3 중 d 도면에 도시된 바와 같이, 전자가 제1 전극층(2)으로부터 제2 전극층(3)으로 이동하도록 하여, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 부하 또는 전류계(4)에는 전류가 흐르게 된다. 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면이 완전히 접촉되면, 제1 부재(11)의 하면과 제1 전극층(2)의 상면의 양전하 및 음전하가 밸런스를 이루며, 이때 도 3 중 a 도면에 도시된 바와 같이, 전자는 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서 이동하지 않으며, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 전류계 또는 부하(4)에서는 전류 신호를 관찰할 수 없게 된다. 도 3 중 a 내지 d의 과정을 중복하면, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 펄스 전류가 형성된다.
본 실시예에 있어서, 발전기의 각 부분을 형성하는 재료 및 구조는 실시예 1과 모두 동일할 수 있으므로 중복적인 설명을 생략하기로 한다.
제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면은 평면 또는 곡면일 수 있으며, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면의 형상은 서로 매칭되고 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈가 대응되는 것이 바람직하며, 동일한 것이 더욱 바람직하다. 따라서 서로 슬라이드하는 과정에서 접촉 면적이 최대값을 가지는 시각이 나타날 수 있다. 예를 들면, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉 및 슬라이드할 수 있는 표면은 곡률이 동일한 원호면이다.
제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면이 매끈하고 평탄한 표면이라면, 이러한 구조에서는 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 상대적인 슬라이드 공간이 비교적 커야 하며, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉하는 표면의 사이즈의 차이가 비교적 클 경우에는 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)이 서로 슬라이드하여 마찰하는 과정에서 접촉 면적이 변화하여야 한다는 요구를 만족시킬 수 없다. 따라서, 본 발명의 발전기에서는, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉할 수 있는 표면이 평탄하지 않는 표면일 수 있다. 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)이 서로 슬라이드할 때, 두 표면은 완전히 접촉하지 않는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉할 수 있는 표면은 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면이다. 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)이 외력의 작용 하에 상대적인 슬라이드를 발생하면, 짧은 슬라이드 거리 만으로도 비교적 큰 접촉 면적의 변화를 가져올 수 있기에, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 부하(4)에는 전류가 흐르게 된다. 본 실시예는 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉할 수 있는 표면 중의 어느 한 표면이 상대적으로 작은 경우에 적용될 수 있는데, 서로 접촉하는 두 표면을 평탄하지 않는 표면으로 제조하여, 외력의 작용 하에 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 접촉하는 표면이 상호적으로 마찰할 때 비교적 작은 이동 범위로 마찰하는 면적의 변화를 만족시킬 수 있기에, 외력의 역학 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있다.
바람직하게, 제1 부재(11)와 제1 전극층(2)의 서로 접촉할 수 있는 표면의 요철구조는 주기적인 요철구조이다. 선택 가능한 주기적인 요철구조는 등간격으로 평행되게 배열된 스트라이프 구조, 바둑판 구조 등 주기적인 구조일 수 있다.
본 실시예 및 제1 실시예의 발전기에서, 제1 부재와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면 중의 적어도 한 표면에 대해 물리적변형 또는 화학수식 처리를 행할 수도 있다. 물리적변형은 구체적으로, 일부 표면 또는 전부 표면에 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되어, 제1 부재와 제1 전극층 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 제1 부재의 표면이 띠는 전하의 량을 증가시키는 것일 수 있다. 상기 미세 구조는, 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 입자, 나노 로드, 나노 꽃, 나노 홈, 마이크로미터 홈, 나노 뿔, 마이크로미터 뿔, 나노 스피어 및 마이크로미터 스피어 구조, 및 상술한 하나 또는 복수의 구조로 형성된 어레이인 것이 바람직하고, 특히는 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 뿔 또는 나노 로드로 구성된 나노어레이인 것이 바람직하며, 포토리소그래피, 플라즈마 에칭 등 방법을 통하여 제조된 선(線) 형상, 정육면체, 또는 사각뿔 형상의 어레이일 수 있다. 어레이 중 이러한 유닛의 각각의 사이즈는 나노미터 내지 마이크로미터 레벨이며, 구제척인 마이크로-나노구조의 유닛 사이즈, 형상은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 나노재료의 장식 또는 도포층의 방식을 통하여 상기 목적을 실현할 수도 있다. 또한 서로 접촉하는 제1 부재 및/또는 제1 전극층의 표면에 대해 화학수식을 행하여 접촉 순간의 전하의 이동량을 더욱 향상시킴으로써, 접촉전하의 밀도와 발전기의 출력 전력을 향상시킬 수도 있다. 화학수식은 아래와 같은 두가지 방법으로 나뉜다.
일 방법으로는, 서로 접촉하는 제1 부재와 제1 전극층의 재료에 대하여, 극성이 "+"인 재료의 표면에 전자를 쉽게 잃는 작용기(다시말하면, 강한 전자공여기)를 도입하거나, 극성이 "-"인 재료의 표면에 전자를 쉽게 얻는 작용기(강한 전자흡인기)를 도입함으로써, 서로 접촉 또는 슬라이드할 때의 전하의 이동량을 더욱 향상시켜, 제1 부재의 표면이 가지는 전하의 밀도와 발전기의 출력 전력을 향상시키는 방법이다. 강한 전자공여기는, 아미노기, 하이드록실기, 알콕실기(alkoxyl group) 등을 포함한다. 강한 전자흡인기는, 아실기, 카복실기, 니트로기, 술폰기 등을 포함한다. 작용기의 도입은 플라즈마 표면 수식 등 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면 산소와 질소의 혼합가스를, 소정의 전력하에서 플라즈마를 형성시킴으로써, 아미노기를 재료의 표면에 도입할 수도 있다.
다른 일 방법으로는， 극성이 "+"인 재료의 표면에 양전하를 도입하고 극성이 "-"인 재료의 표면에 음전하를 도입하는 방법이다. 구체적으로, 화학결합을 통하여 실현할 수 있다. 예를 들면, PDMS의 표면에 졸-겔 법(sol-gel)을 이용하여 TEOS(Tetraethylorthosilicate)를 수식하여, 음전하를 가지도록 할 수 있다. 또는 금박막층에 대하여 금-유황 결합을 통하여 상면에 CTAB(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)가 함유된 금나노 입자를 수식할 수도 있다. CTAB가 양이온이므로, 재료 전체는 양전하를 띠게 된다. 통상의 기술자들은, 선택된 재료의 전자를 잃고 얻는 성질 및 표면의 화학결합의 종류에 의하여, 적합한 수식 재료를 선택하여 결합시킴으로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 이러한 변형도 본 발명의 보호범위 내에 속한다.
실시예 1과 실시예 2의 발전기에서, 제1 부재는 제2 부재에 대하여 독립적으로 운동할 수 있는 물체이며, 제1 부재 상에 발전기가 전기신호를 출력하기 위한 전극을 설치할 필요가 없으며, 전기적으로 연결된 두 전극은 모두 제2 부재에 위치한다. 실제 사용환경에 따라 두 전극층을 고정하여 설치할 수 있으며, 양자 사이의 거리 또는 상대적인 위치는 외부 회로를 연결하는 편의성 또는 동작 환경 등 조건에 따라 간편하게 설정할 수 있는 바, 발전기가 동작하는 과정에서의 전극층의 이동을 고려할 필요가 없다. 이는 종래 기술 중의 발전기의 일 전극이 항시 운동하는 제1 부재를 따라 이동하여야 한다는 불편함을 방지할 수 있다.
실시예 3:
본 실시예에서 제공하는 발전기의 전형적인 구조는 도 5에 도시된 바와 같다. 발전기는 제1 부재(12)와 제2 부재를 포함한다. 여기서, 제2 부재는 제1 전극층(2) 및 그에 대응되는 제2 전극층(3)으로 구성된다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 이격되어 설치되며 전기적으로 연결된다. 제1 부재(1) 자체가 전하를 띠므로, 제2 부재의 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하나, 운동하는 과정에서 제1 부재는 제2 부재의 어느 한 전극층과도 접촉하지 않는다. 도 5의 화살표가 표시하는 바와 같이, 제1 부재(12)의 운동은 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(12)가 띠는 전하의 전위를 변화시켜, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서 이동하여 전류를 형성하도록 한다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 검출장치(4)를 연결하면 발전기의 전류를 검출할 수 있다. 또한 부하를 연결하면 발전기로부터 부하에 전력을 공급할 수 있다.
본 실시예의 발전기의 동작 과정은 실시예 1의 센서와 유사하며, 마찬가지로 도 6을 참조할 수 있다. 제1 부재(12)가 미리 음전하를 가진다고 하면, 특히는 제1 부재(12)의 제1 전극층(2)과 대향하는 표면이 음전하를 가진다고 하면, 제1 부재(12)가 제1 전극층(2)에 근접할 때, 제1 부재와 제1 전극층 사이의 정전 유도로 인하여, 제1 부재(12)가 가지는 음전하는 제1 전극층(2)의 음전하를 배척하므로, 제2 부재의 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 전하의 이동이 발생하여, 도 6 중의 a 도면에 도시된 바와 같이, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 연결된 검출장치(4)는 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)을 향해 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 제1 부재(12)가 제1 전극층에서 멀어지면, 제1 부재(12)가 가지는 음전하의 제1 전극층(2)의 음전하에 대한 배척 작용이 약해지며, 제2 부재의 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 반대 방향에서의 전하의 이동이 발생되어, 도 6 중의 b 도면에 도시된 바와 같이, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 연결된 검출장치(4)는 제1 전극층(2)으로부터 제2 전극층(3)을 향해 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 도 6에 나타내는 발전기에서 제1 부재(12)는 제1 전극층에 대하여 수직 방향에서 운동하나, 그 발전 원리는 제1 부재(12)와 제1 전극층(2)의 대향하는 표면 사이의 거리가 변하지 않는 경우(다사말하면 제1 부재(12)가 제1 전극층에 평행되는 방향을 ㄸ라 운동)에도 적용된다.
또한, 본 실시예에 있어서, 제2 부재는 전하를 띨 수도 있고 전하를 띠지 않을 수도 있다. 제2 부재의 두 전극층이 모두 전하를 띤다 하더라도, 제1 부재(12)가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동할 때, 제1 전극층 상에서의 제1 부재(12)의 표면이 띠는 전하의 전위가 변화하여, 전하가 제1 전극층과 제2 전극층 사이에서 이동하게 된다.
제1 부재(12)가 띠는 전하는 발전기 이외의 기타 물체와 마찰시켜 얻을 수도 있고, 동작하기 전에 발전기의 제2 부재와 마찰시켜 얻을 수도 있으며, 충전 등 기타 방식을 통하여 얻을 수도 있다. 전하를 얻는 방식은 본 발명의 발전 과정에 영향을 주지 않으며, 본 발명의 발전기를 한정하는 요소를 구성하지 않는다.
제1 부재(12)와 제1 전극층(2)의 대향하는 표면 사이의 거리를 변화시키는 운동 방식에 있어서, 제1 부재(12)와 제1 전극층(2) 사이의 최소 거리는 제1 부재(12)의 제1 전극층(2)과 대향하는 표면의 최대 길이의 0.01배이고, 최대 거리는 제1 부재(12)의 제1 전극층(2)과 대향하는 표면의 최대 길이의 10배이다.
제1 부재(12)와 제1 전극층(2)의 대향하는 표면 사이의 거리가 변화하지 않는 운동 방식에 있어서, 제1 부재(12)와 제1 전극층(2) 사이의 거리의 범위는 제1 부재(12)의 제1 전극층(2)과 대향하는 표면의 최대 길이의 0.1~10배이다. 본 실시예에 있어서, 제1 전극층이 위치하는 표면 상에서의 제1 부재의 투영 형상 및 사이즈가 제1 전극층의 형상 및 사이즈와 대응되는 것이 바람직하며, 동일한 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 제1 부재(12)의 이동으로 인하여, 정전 유도 작용 하에서, 제1 부재(12)의 전하가 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 전하의 이동을 발생할 수 있도록 확보한다.
본 실시예의 발전기가, 마찰을 통하여 전하를 보충할 필요가 없이 상술한 비접촉 모드 하에서 장기간 안정적으로 동작할 수 있도록, 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하는 제1 부재(12)는 뛰어난 정전하 유지 능력을 가져야 하므로, 절연체재료 및 반도체 재료로부터 선택할 수 있다. 바람직하게 정전하를 "준영구"적으로 유지할 수 있는 일렉트릿(electret)재료, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌, FEP(Fluorinated ethylene propylene), 석영, 퍼플루환형 폴리머 등으로부터 선택할 수 있다. 이로써, 제1 부재(12)가 마찰 작용 또는 기타 방식을 통하여 정전기를 가지면 오래동안 유지할 수 있다. 여기서, 절연체는 자주 사용되는 유기 폴리머 재료 및 천연 재료로부터 선택될 수 있는데, 폴리테트라플루오로에틸렌, FEP(Fluorinated ethylene propylene,테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오르프로필렌의 공중합체), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트（polyethylene glycol succinate）, 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌아크릴로나이트릴 공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 폴리아미드나이론11, 폴리아미드나이론66, 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 인조섬유, 면 및 그 직물, 목재, 경질고무, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄일래스터머, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 아세테이트, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 및 패럴린(Parylene) 중의 하나 또는 복수이며, 상기 패럴린은 패럴린(Parylene)C, 패럴린(Parylene)N, 패럴린(Parylene)D, 패럴린(Parylene)HT 또는 패럴린(Parylene)AF4을 포함한다.
자주 사용되는 반도체는, 규소, 게르마늄; 갈륨비소, 인화갈륨 등과 같은 제Ⅲ족 및 제V족 화합물; 황화카드뮴, 황화아연 등과 같은 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물; 및 갈륨-알루미늄-비소, 갈륨-비소-린 등과 같은 Ⅲ-V족 화합물 및 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체를 포함한다. 상술한 결정질 반도체 외에, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체 등을 포함할 수도 있다. 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물도 본 발명의 제1 부재(10)의 전하를 가지는 표면으로 사용할 수 있는 바, 예를 들면 망간, 크롬, 철, 동의 산화물을 포함하며, 산화규소, 산화망간, 산화크롬, 산화철, 산화동, 산화아연, BiO2 및 Y2O3도 포함한다.
제1 부재(12)의 배면에는 금속 전극을 퇴적할 필요가 없으므로, 그 두께에 대하여 특별한 요구가 없는 바, 볼륨(Volume) 재료일 수도 있고 박막 재료일 수도 있다. 이는 본 발명의 발전기의 응용 범위가 크게 넓어지도록 한다. 예를 들면, 박층의 제1 부재(12)를 이동하는 물체에 접착시켜, 제1 부재(12)와 제2 부재의 상대적인 운동을 제어할 수 있다.
제2 부재의 두 전극층의 재료, 구조 등은 모두 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일할 수 있으므로 여기서는 중복적인 설명을 생략하기로 한다.
정전 유도를 기초로 하는 실제 발전기에 있어서, 제1 부재의 제1 전극층에 대한 상대적인 이동은, 상술한 세가지 상대적인 이동 방식의 결합일 수 있다. 여기서는, 제1 부재가 제1 전극층에 대하여 단일 운동 방식 만을 가져야 한다고 한정하지는 않는다.
실시예 4:
상술한 세개의 실시예의 센서 또는 발전기에 있어서, 모두 마찰층을 더 포함할 수 있다. 감지부재 (또는 발전기의 제2 부재)의 제1 전극층을 마찰층의 하면에 접합하여, 제1 전극층이 기타 물체와 직접 접촉하지 않도록 하여, 센서 또는 발전기의 제2 부재를 보호할 수 있다. 센서 또는 발전기의 마찰층은 전하를 띨 수도 있고 전하를 띠지 않을 수도 있다. 마찰층과 제1 전극층의 상대적인 위치가 변화하지 않으므로, 전하를 띤 제1 부재가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동할 때, 마찰층은 제2 부재의 제1 전극층과 제2 전극층 사이의 전하의 이동에 영향을 주지 않는다.
본 실시예에 있어서, 센서 또는 발전기의 전형적인 구조는 도 7을 참조할 수 있다. 센서 또는 발전기는 제1 부재(13)를 포함하며, 제2 부재는 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)이 전기적으로 연결되어 형성된다. 마찰층(5)은 제1 전극층(2)의 상면에 설치되고, 마찰층(5)의 상면은 제1 부재(13)를 향한다. 여기서, 제2 부재 (또는 감지부재)는 상술한 실시예와 동일할 수 있다. 제1 부재(13)는 마찰층(5)의 상면과 접촉 및 분리하는 상대적인 운동을 하여, 제1 부재(13)와 제1 전극층 사이의 거리를 변화시킬 수 있다. 제1 부재(13)는 마찰층의 상면과 슬라이드하여 마찰을 발생하며 접촉 면적을 변화시킬 수 있다. 또한, 제1 부재(13)는 자체가 전하를 가질 수 있으며 제1 전극층에 대하여 상대적으로 운동하는 과정에서 마찰층과 항시 접촉하지 않을 수도 있다.
아래, 제1 부재(13)가 마찰층의 상면과 접촉 및 분리할 수 있는 운동 모드를 예로, 마찰층을 포함하는 센서 또는 발전기의 동작 원리를 설명한다. 제1 부재(13)의 하면과 마찰층(5)의 상면은 상이한 재료로 형성되고, 양자를 형성하는 재료는 대전열에서 순서에 차이가 있다고 가정한다. 아래, 도 7의 구조를 예로, 본 실시예의 센서 또는 발전기의 동작 원리를 상세히 설명한다. 초기 상태에서, 제1 부재(13)는 마찰층(5)과 접촉하지 않는다 (도 7 중의 a 도면을 참조). 마찰층(5)의 상면과 제1 부재(13)의 하면의 재료가 대전열에서 순서에 차이가 있으므로, 전자를 얻는 능력에 차이가 존재한다. 마찰층(5)의 상면이 전자를 얻는 능력이 강하고 제1 부재(13)의 하면이 전자를 더욱 쉽게 잃는 경우를 예로 하면, 제1 부재(13) (또는 피탐지물체)의 하면과 마찰층(5)의 상면이 접촉할 때 표면전하의 이동이 발생하여, 마찰층(5)의 상면이 음전하를 띠고 제1 부재(13)의 하면이 양전하를 띠게 된다(도 7 중의 b 도면에 도시된 바와 같이). 두가지 전하의 전기량은 크기가 동일하므로, 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3) 사이에는 전위차가 존재하지 않아 전하의 이동도 발생하지 않는다. 외력의 작용 하에 제1 부재(13)와 마찰층(5)의 상면이 분리되면(도 7 중의 c 도면에 도시된 바와 같이), 마찰층(5) 및 제1 전극층(2)으로 구성된 구조 전체는 더욱 많은 음전하(Net negative charge)를 가지고 제1 부재(13)의 하면은 양전하를 가진다. 제1 부재(13)와 마찰층(5) 사이의 거리가 커짐에 따라, 제1 부재(13)의 상면의 음전하가 제1 전극층(2)의 음전하에 대한 정전기 배척 작용이 점차 커져, 제1 전극층(2)의 전자가 외부 회로를 통하여 제2 전극층(3)으로 흐르게 된다. 따라서, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 전류계 또는 부하(4)에는 전류가 흐르게 된다. 제1 부재(13)와 마찰층(5)의 상면 사이의 거리가 초기위치로 되돌아오면, 제1 부재(13)와 마찰층(5)의 상면 사이의 간격이 최대에 달하며, 마찰층(5), 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)이 가지는 전체 음전하와 제1 부재(13)의 하면의 양전하는 밸런스를 이루어, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 전류가 생성되지 않는다(도 7 중의 d 도면에 도시된 바와 같이). 제1 부재(13)가 다시 마찰층(5)에 근접하면, 제1 부재(13)와 마찰층(5)의 상면 사이의 간격이 작아지므로, 제1 부재(13)의 하면의 양전하가 제1 전극층(2)의 양전하에 대한 정전기 배척 작용이 강해져, 전자가 외부 회로를 통하여 제2 전극층(3)으로부터 제1 전극층(2)으로 흐르게 된다. 이로써, 외부 회로에는 첫번 째와 반대되는 방향의 순간전류가 생성된다(도 7 중의 e 도면 참조). 외력이 계속하여 제1 부재(13)와 마찰층(5)의 상면이 접촉하도록 하면, 상술한 b ~ e 도면의 동작이 중복된다. 제1 부재(13)와 마찰층(5)이 반복적으로 접촉 및 분리하면, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에는 교류 펄스 전류가 형성된다.
도 7에 도시된 센서 또는 발전기의 동작 원리로부터 알 수 있듯이, 마찰층(5)은, 제1 부재(13)와 접촉 및 분리된 후 그 표면이 음전하를 가지며, 또한 이러한 음전하는 계속 유지될 수 있다. 또한, 제1 부재(13)가 제1 전극층(2)으로부터 멀어지거나 제1 전극층(2)에 근접할 때, 마찰층(5)의 표면이 띠는 전하는 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이의 전하의 이동에 영향을 주지 않는다.
마찬가지로, 제1 부재가 마찰층의 상면과 슬라이드하여 마찰하며 접촉 면적을 변화시킬 수 있을 경우에도, 마찰층의 존재는 센서 또는 발전기의 동작에 영향을 주지 않는다. 이런 경우에, 실시예 2와 유사하게, 제1 부재의 하면과 마찰층의 상면의 형상 및 사이즈가 대응되는 것이 바람직하고, 동일한 것이 더욱 바람직하다. 제1 부재와 마찰층의 서로 슬라이드하는 표면은 모두가 매끈하고 평탄한 표면일 수 있다. 물론, 제1 부재의 하면을 도 4의 요철구조로 형성한 경우, 이와 대응되게 마찰층의 상면도 대응되는 요철구조의 표면으로 형성한다.
실시예 3에서 제1 부재가 제2 부재의 전극층과 접촉하지 않는 경우에 대하여, 본 실시예에서도 제1 부재가 마찰층과 접촉하지 않음과 동시에 제2 부재(다사말하면 제1 전극층 또는 제2 전극층)와도 접촉하지 않도록 할 수 있다. 마찰층과 제1 전극층의 상대적인 위치가 고정되므로 마찰층의 존재는 제2 부재의 제1 전극층과 제2 전극층 사이의 전하의 이동에 영향을 주지 않는바, 전하를 띠는 제1 부재가 마찰층과 접촉하지 않도록 제어하기만 하면 된다.
제1 부재와 마찰층이 서로 접촉 및 분리하거나 또는 서로 슬라이드하는 경우에 대하여, 마찰층을 형성하는 적합한 재료를 선택함으로써, 제1 부재는 실시예 1에서 설명한 절연체 재료 및 반도체 재료일 수 있는 외에, 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 도전 재료일 수도 있다. 자주 사용되는 금속은, 금, 은, 백금, 알루미늄, 니켈, 동, 티타늄, 크롬 또는 셀렌, 및 상술한 금속으로 형성된 합금을 포함한다. 제1 부재와 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면을 형성하는 재료가 대전열에서 순서에 차이가 존재하기만 하면 되는 것으로, 양자가 서로 접촉할 때 표면에 전하를 생성할 수 있으며, 서로 분리될 때 전하는 여전히 재료의 표면에 남아있는다. 마찬가지로, 마찰층의 상면에 물리적변형 또는 화학수식을 행하여, 마찰층과 제1 부재가 접촉할 때 제1 부재의 표면에 더욱 많은 전하를 생성하도록 할 수 있다.
제1 부재 자체가 전하를 띠며 제1 전극층에 대하여 상대적으로 운동하는 과정에서 항시 마찰층과 접촉하지 않는 경우에 있어서, 마찰층(5)은 제1 전극층에 대하여 상대적인 운동을 하지 않으므로, 마찰층의 표면이 전하를 띠는지 띠지 않는지를 막론하고, 제2 부재의 제1 전극층과 제2 전극층에서의 전하의 이동에 영향을 주지 않는다. 또한, 제1 부재 자체가 띠는 전하는, 센서 또는 발전기 이외의 기타 물체와 마찰하여 얻을 수도 있고, 동작하기 전에 센서 또는 발전기의 마찰층과 마찰하여 얻을 수도 있으며, 충전 등 기타 방식을 통하여 얻을 수도 있다.
마찰층의 재료는 비도전 재료일 수 있으며, 바람직하게 절연재료이며, 실시예 1의 제1 부재가 선택 가능한 재료로부터 선택할 수 있다. 마찰층이 존재하므로, 제1 전극층(2)을 잘 보호할 수 있어, 그 표면의 사이즈 및 형상은 적어도 제1 전극층(2)을 완전히 덮는 것이 바람직하다. 바람직하게, 마찰층은 제2 전극층(3)도 덮을 수 있다. 하지만 마찰층은 제1 부재(13) 및 제2 부재 사이의 수직 이격 거리를 증가시킬 수 있으므로, 그 두께는 너무 두껍지 말아야 하는 바, 박편 형상 또는 박막 형상인 것이 바람직하며, 일반적으로 10nm 내지 5cm 사이에서 선택하며, 바람직하게는 100nm 내지 5mm이고, 더욱 바람직하게는 1ㅅm 내지 500 ㅅm이다.
제1 전극층(2)은 센서 또는 발전기의 전극층이므로, 종래의 마그네트론 스퍼터링, 증착, 프린팅 등 기술을 이용하여 마찰층의 하면에 제1 전극층을 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 예를 들면 Cu 또는 Al 포일과 같은 비교적 두꺼운 제1 전극층(2)을 채용하여, 그 표면에 마찰층(5)을 형성하여, 제1 전극층(2)과 마찰층(5)의 접촉을 실현할 수도 있다.
마찰층은 분리된 구조일 수도 있는 바, 예를 들면 분리된 두 부분으로 구성될 수도 있다. 여기서, 일 부분은 제1 전극층(2)의 표면을 덮고 다른 일 부분은 제2 전극층(3)의 표면을 덮는다. 마찰층의 구체적인 구조 및 형상은 센서 또는 발전기의 제1 전극층의 수요에 따라 설치될 수 있는 바, 센서 또는 발전기의 동작에 영향을 주지 않는 전제 하에 제1 전극층이 마모되지 않도록 보호한다.
본 발명의 모든 실시예에 있어서, 제1 부재, 제2 부재 및 마찰층 모두는 경질재료 또는 연질재료일 수 있다. 재료의 경도가 양자 사이의 슬라이드하여 마찰하는 효과 또는 접촉하여 마찰하는 효과에 영향을 주지 않으므로, 제1 전극층 또는 제1 부재의 표면이 평면을 유지하여야 한다면, 기타 부재를 통하여 지지하여 실현할 수도 있다.
실시예 5:
본 발명에서 제공하는 센서 또는 발전기는 격리층을 더 포함할 수도 있다. 상기 격리층은, 제2 부재의 제1 전극층 및제2 전극층을 격리시키기 위한 것으로, 양자를 격리시키고 소정의 상대적인 위치를 유지하도록 하며, 제2 부재가 기타 디바이스와 절연 및 격리되도록 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 부재의 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)은 모두 격리층(6)에 삽입되며, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)을 이격하여 설치함과 동시에 상대적인 위치를 고정시키며, 적어도 제1 전극층(2)의 상면을 격리층(6)으로 노출시킨다. 제2 전극층(3)의 상면은 격리층(6)으로 노출될 수도 있고 노출되지 않을 수도 있다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 도선 또는 도전 박막을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 격리층은 제1 전극층(2) 및/또는 제2 전극층(3)을 전부 둘러쌀 수도 있다. 도 9를 참조하면, 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)의 모든 표면은 모두 격리층(61)에 의해 덮혀있다. 이러한 구조의 센서 또는 발전기에서, 제1 전극층(2)의 상면에 덮인 격리층(61)은 실시예 4 중의 마찰층의 작용도 발휘할 수 있다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 도선 또는 도전 박막을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 격리층과 제2 부재의 두 전극층은 적층되어 설치될 수 있다. 도 10을 참조하면, 제2 부재의 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)은 각각 격리층(62)의 상면 및 하면에 설치되어 다층 구조를 형성한다. 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 도선 또는 도전 박막을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 전극층(2), 제2 전극층(3) 및 격리층(62)은 모두 박층 구조인 것이 바람직하며, 이로써 센서 또는 발전기의 전체 구조를 작게 형성할 수 있어, 디바이스를 소형화 할 수 있다. 상기 다층 구조는 제1 전극층(2)의 상면에 마찰층(5)을 설치함으로써, 제1 전극층을 보호함과 동시에 제1 부재(1)와 접촉 및 분리 또는 서로 슬라이드하여 마찰함으로써, 제1 부재(1)의 표면이 전하를 띠도록 할 수도 있다. 또한, 상기 다층 구조는 보호층(7)을 더 포함할 수도 있는데, 상기 보호층(7)은 제2 전극층의 하면에 설치되어 제2 전극층을 보호하기 위한 것이다. 이러한 층상의 다층 구조는 일반적인 반도체 디바이스 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다.
도 10의 다층 구조에서, 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)은 모두 도전 박막일 수 있으며, 박막의 두께의 선택 가능한 범위는 10nm~5mm이고, 바람직하게는 100nm~500μm이다. 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)은 바람직하게 금속 박막층이며, 종래의 마그네트론 스퍼터링, 증착, 프린팅 등 기술을 통하여 격리층(62)의 상면 및 하면에 제조될 수 있다. 두께가 비교적 큰 제1 전극층(2) 및 제2 전극층(3)에 대하여, 접착 등 방식을 통하여 격리층(62)의 상면 및 하면에 설치될 수 있다.
격리층 및 보호층을 형성하는 재료는 절연재료 또는 반도체 재료인 것이 바람직하다. 격리층 및 보호층은 본 발명에서 센서 또는 발전기의 동작 과정에 참여하지 않으므로, 재료의 선택 범위가 비교적 넓은 바, 종래의 절연재료 및 반도체 재료는 모두 선택될 수 있다. 예를 들면, 유기물 절연체 재료 PDMS, 고무 또는 유리판 등에서 선택할 수 있는 바, 구체적인 재료는 실시예 1에서 나열한 제1 부재로 사용될 수 있는 절연재료 및 반도체 중에서 선택할 수 있다.
격리층 및 보호층은 경질재료일 수도 있고 연질구조일 수도 있다. 제1 전극층(2), 제2 전극층(3), 격리층(6), 마찰층(5) 및 보호층(7) 모두가 연질 구조인 센서 또는 발전기에 있어서, 센서 또는 발전기를 일 연질 디바이스로 본다면, 기타 연질 디바이스와 결합하여 사용할 수 있다. 연질재료로 제조된 센서 또는 발전기를 사용하면 유연하고 가벼우며 얇은 마찰 표면이 작은 외력의 작용만 받아도 변형될 수 있다는 이점을 가지며, 이러한 변형은 두 마찰 재료층(제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 또는 마찰층(5))의 상대적인 변위를 발생시켜, 슬라이드하여 마찰을 통하여 외부로 전기신호를 출력한다. 연질재료의 사용은, 본 발명의 센서 또는 발전기가 바이오 및 의학 분야에서 널리 응용될 수 있도록 한다. 사용하는 과정에서 극히 얇고 유연하며 탄성을 가지는 및/또는 투명한 고분자 재료를 베이스로 사용하여 캡슐화하여 편리하게 사용하고 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 개시된 모든 구조는 모두 극히 유연하고 탄성을 가지는 재료로 제조될 수 있으며, 이로써 연질 센서 또는 발전기를 형성할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명에 있어서, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)은 전기적으로 연결되어야 만, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에서 전류를 형성할 수 있다. 제1 전극층(2)은 직접 부하를 통하여 제2 전극층(3)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상술한 부하는 간단한 저항(예를 들면 조명 설비)일 수도 있고, 비교적 복잡한 회로(예를 들면 복수개의 전자 부품이 직렬 및 병렬 연결된 회로)일 수도 있는 바, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3)을 전기적으로 연결할 수 만 있으면 되는 것으로 여기서는 특별히 한정하지 않는다.
실시예 6:
또한, 본 발명에서는 상술한 어느 한 센서에 응용되는 감지 방법, 및 상술한 어느 한 발전기를 응응하는 발전 방법을 제공하는데, 상술한 방법은,
제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하여, 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(1)가 띠는 전하의 전위를 변화시키는 단계; 및
제1 전극층(2)과 제2 전극층 사이에서 전하의 이동이 발생하여 전류를 형성하는 단계;를 포함한다.
제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하는 것은, 제1 부재(1)가 제1 전극층(2)의 표면과 접촉한 후 분리되어, 제1 부재(1)가 전하를 띠게 하는 것 일 수 있다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 멀어지거나 근접하는 과정에서, 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(1)가 띠는 전하의 전위를 변화시키며, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 정전 유도 하에, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 부하 등에는 전류가 흐른다.
제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하는 것은, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)의 표면이 서로 슬라이드하여 마찰하며, 슬라이드하는 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 제1 부재(1)의 표면이 전하를 띠게 하는 것일 수도 있다. 제1 부재(1)와 제1 전극층(2)이 서로 슬라이드하는 과정에서, 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(1)가 띠는 전하의 전위를 변화시키며, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 정전 유도 하에, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 부하 등에는 전류가 흐른다.
제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하는 것은, 제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동함과 동시에 제1 전극층(2)과 항시 접촉하지 않으며, 제1 부재(1) 자체가 전하를 띠는 것일 수도 있다. 제1 부재(1)가 제1 전극층(2)에 대하여 상대적으로 이동하는 과정에서, 제1 전극층(2) 상에서의 제1 부재(1)가 띠는 전하의 전위를 변화시키며, 제1 부재(1)와 제1 전극층(2) 사이의 정전 유도 하에, 제1 전극층(2)과 제2 전극층(3) 사이에 연결된 부하 등에는 전류가 흐른다. 제1 부재가 띠는 전하는 제1 전극층과 서로 접촉한 후 분리됨으로써 띠는 전하일 수도 있고 기타 방식을 통하여 띠는 전하일 수도 있다.
여기서, 상기 제1 부재, 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층을 형성하는 재료 및 구조는 본 발명의 상술한 센서 또는 발전기 중의 각 부분을 형성하는 재료 및 구조를 사용할 수 있는 바, 여기서는 중복적인 설명을 생략하기로 한다.
실시예 7:
길이 10cm × 폭 10cm × 두께 1mm인 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 박판을 절단하여 베이스로 하고, 폴리이미드 박판의 일면에 동막을 퇴적하여 제1 전극층으로 하며, 다른 일면에 동막을 퇴적하여 제2 전극층으로 한다. 동 도선으로 동막을 연결하여 전압계에 연결한다. 제1 전극층의 표면에 길이 10cm × 폭 10 cm × 두께 75μm인 폴리테트라플루오로에틸렌 박막을 한층 접합하여 마찰층으로 하고, 제2 전극층의 표면에 길이 10 cm × 폭 10 cm × 두께 50μm인 나이론 박막을 한층 접합하여 보호층으로 한다. 폴리테트라플루오로에틸렌 박막이 위로 향하게 하여 지면에 놓은 후 신발 바닥을 이용하여 상기 박막과 주기적으로 접촉한 후 분리하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 두 동막에 연결된 전압계에는 대응되는 변화를 가지는 전기신호가 출력된다. 전압계에 의해 측정된 두 동박 사이의 전압 신호의 최대값은 약 650V이다. 이는, 센서가 이동하는 물체를 감지할 수 있다는 것을 의미하여, 외력의 역학 에너지를 전기 에너지로 전환하여 물체의 이동을 감지할 수 있으며, 센서를 위한 별도의 전원을 필요하지 않는다. 발전기로 사용된다면, 외력의 역학 에너지를 전기 에너지로 전환하여 발전할 수 있다.
실시예 8:
실시예 5 중의 정전 유도를 기초로 하는 발전기의 구조에 따라, 본 실시예에서는 구체적인 발전기의 제조 과정을 제공한다. 레이저를 이용하여 길이 10 cm × 폭 2 cm × 두께 1.59 mm인 유기 유리를 절단하여 발전기의 격리층으로 사용한다. 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여, 격리층의 상면에 1μm의 알루미늄 박막을 퇴적하여 제1 전극층으로 하고, 하면에 길이 10 cm × 폭 2 cm × 두께 25 μm인 알루미늄 포일을 접착하여 제2 전극층으로 하며, 제1 전극층과 제2 전극층 사이는 LED 램프를 통하여 전기적으로 연결되어 있다. 길이 10 cm × 폭 2 cm × 두께 50 μm인 폴리테트라플루오로에틸렌 박막의 상면에 폴리테트라플루오로에틸렌의 나노 와이어 도포층을 형성하여 마찰층으로 하고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 박막의 하면을 도전성 접착제로 제1 전극층의 상면에 접착시킨다. 길이 10 cm × 폭 2 cm × 두께 2mm인 알루미늄 박편을 제1 부재로 하고, 알루미늄 박편의 표면과 폴리테트라플루오로에틸렌 박막의 표면이 서로 중첩되게 설치한 후, 외력의 작용 하에 알루미늄 박편을 폴리테트라플루오로에틸렌 박막에 대하여 슬라이드시키며 또한 접촉 면적을 변화시키면, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 연결된 LED 램프를 점등시킬 수 있다. 이는 발전기가 외력의 역학 에너지를 전기 에너지로 전환하여 발전할 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 설명은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상의 기술자들은, 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 범위 내에서, 상기 개시된 방법 및 기술내용을 토대로 본 발명에 대하여 여러가지 변경 및 개선을 행할 수도 있고, 동등하게 변화시킨 균등 실시예로 변경할 수도 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 한, 본 발명의 사상을 토대로 상기 실시예에 대하여 진행한 간단한 수정, 균등한 변경 및 개선은 모두 본 발명의 기술방안이 보호하고자 하는 범위 내에 속한다.

Claims (55)

  1. 정전 유도를 기초로 하는 센서에 있어서,
    피탐지물체의 이동을 감지하기 위한 감지부재를 포함하며,
    상기 감지부재는 제1 전극층 및 그에 매칭되는 제2 전극층으로 구성되고, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층은 이격되어 설치되며 서로 전기적으로 연결되고;
    상기 피탐지물체가 상기 감지부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 상기 제1 전극층 상에서의 상기 피탐지물체가 띠는 전하의 전위를 변화시키면, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여 전류를 형성하고;
    상기 피탐지물체는 미리 전하를 띠거나, 또는, 센서와 접촉 및 분리됨으로써 전하를 띠는
    것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피탐지물체는 상기 제1 전극층과 접촉된 후 분리되거나 또는 서로 슬라이드하여 마찰함으로써 접촉 면적을 변화시켜 전하를 띠는
    것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극층과 피탐지물체의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지부재의 제1 전극층과 피탐지물체가 서로 슬라이드하는 표면은 매끈하고 평탄한 표면, 또는 요철구조의 평탄하지 않는 표면인
    것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극층 표면의 요철구조는 주기적인 요철구조인
    것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면의 일부 또는 전부 표면에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되거나; 또는, 상기 제1 전극층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면은 화학수식 처리를 거친
    것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    마찰층을 더 포함하며, 상기 감지부재의 제1 전극층은 상기 마찰층의 하면에 접합되고;
    상기 피탐지물체는 미리 전하를 띠거나, 또는, 상기 마찰층과 접촉된 후 분리되거나 또는 서로 슬라이드하여 마찰함으로써 접촉 면적을 변화시켜 전하를 띠는
    것을 특징으로 하는 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마찰층의 재료는 절연재료 또는 반도체이고; 상기 마찰층의 두께 범위는 10nm 내지 5mm 사이인
    것을 특징으로 하는 센서.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 마찰층과 상기 피탐지물체의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰층과 피탐지물체가 서로 슬라이드하는 표면은 매끈하고 평탄한 표면, 또는 요철구조의 평탄하지 않는 표면인
    것을 특징으로 하는 센서.
  11. 제12항에 있어서,
    상기 마찰층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면의 일부 또는 전부 표면에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되거나; 또는, 상기 마찰층의, 피탐지물체와 접촉할 수 있는 표면은 화학수식 처리를 거친
    것을 특징으로 하는 센서.
  12. 제1항 또는 제7항에 있어서
    상기 피탐지물체는 상기 감지부재와 접촉하지 않으며,
    상기 피탐지물체는 전하를 띤 물체인
    것을 특징으로 하는 센서.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    격리층을 더 포함하며, 상기 격리층은 상기 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층을 격리시키기 위한 것으로, 양자를 격리시켜 소정의 상대적인 위치를 유지하도록 하는
    것을 특징으로 하는 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 격리층을 형성하는 재료는 절연체재료인
    것을 특징으로 하는 센서.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층 모두는 상기 격리층에 삽입되어 있으며, 적어도 제1 전극층의 상면은 상기 격리층에 노출되거나,
    또는, 상기 격리층은 상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층을 전부 둘러싸거나;
    또는, 상기 격리층 및 상기 감지부재의 두개의 전극층은 적층되어 설치되며, 감지부재의 제1 전극층 및 제2 전극층은 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  16. 제8항 또는 제14항에 있어서,
    상기 절연재료는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트(polyethylene glycol succinate), 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 인조섬유, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 패럴린(Parylene), 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 면 및 그 직물, 폴리우레탄일래스터머, 목재, 경질고무 및 아세테이트 중의 하나 또는 복수인
    것을 특징으로 하는 센서.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 재료는, 규소, 게르마늄, 제Ⅲ족 및 제V족 화합물, 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물, 및, Ⅲ-V족 화합물과 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체, 및 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물 반도체 중의 하나 또는 복수인
    것을 특징으로 하는 센서.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 재료는 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide), FTO 또는 도전고분자재료 인
    것을 특징으로 하는 센서.
  19. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  20. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극층, 제2 전극층 및/또는 마찰층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  21. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격리층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 센서.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 센서에 이용되는 정전 유도를 기초로 하는 감지 방법에 있어서,
    상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 제1 전극층 상에서의 피탐지물체가 띠는 전하의 전위를 변화시키는 단계; 및
    상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에서 전하의 이동이 발생하여 전류를 형성하는 단계; 를 포함하는
    것을 특징으로 하는 감지 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체와 제1 전극층의 표면이 접촉된 후 분리되어, 피탐지물체가 전하를 띠거나;
    또는, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체와 제1 전극층의 표면이 서로 슬라이드하여 마찰하고, 슬라이드 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 피탐지물체의 표면이 전하를 띠거나;
    또는, 상기 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하는 것은 구체적으로, 피탐지물체가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하나, 제1 전극층과 항시 접촉하지 않으며, 상기 피탐지물체 자체가 전하를 띠는
    것을 특징으로 하는 감지 방법.
  24. 제1 부재 및 제2 부재를 포함하는, 정전 유도를 기초로 하는 발전기에 있어서,
    상기 제1 부재는 전하를 띠고;
    상기 제2 부재는 제1 전극층 및 그에 매칭되는 제2 전극층으로 구성되고, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층은 이격되어 설치되며 서로 전기적으로 연결되고;
    상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하여, 상기 제1 전극층 상에서의 상기 제1 부재가 띠는 전하의 전위를 변화시키면, 정전 유도 작용 하에서 전하가 제1 전극층 및 제2 전극층 사이에서 이동하여 전류를 형성하는
    것을 특징으로 하는 정전 유도를 기초로 하는 발전기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층과 접촉 및 분리될 수 있어 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키며, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나;
    또는, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 제1 전극층과 서로 슬라이드하여 마찰할 수 있으며 또한 마찰 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나;
    또는, 상기 제1 부재는 제1 전극층과 접촉하기 전에 미리 전하를 띠는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1 부재와 제2 부재의 제1 전극층의 서로 슬라이드하는 표면은 모두 매끈하고 평탄한 표면이거나, 또는 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제1 부재와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면 중의 적어도 한 표면은 물리적변형 또는 화학수식 처리를 거친 표면인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재의, 상기 제1 전극층과 접촉할 수 있는 표면의 재료는 절연재료 또는 반도체 재료인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 어느 한 전극층과도 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재는 전하를 띤 물체인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  31. 제24항 또는 제30항에 있어서,
    제1 전극층이 위치하는 표면 상에 투영된 상기 제1 부재의 사이즈 및 형상은 제1 전극층의 사이즈 및 형상과 대응되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서,
    상기 제1 부재는 일렉트릿 재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  33. 제24항에 있어서,
    마찰층을 더 포함하며,
    상기 제2 부재의 제1 전극층은 상기 마찰층의 하면에 접합되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 마찰층의 재료는 절연재료 또는 반도체이고;
    상기 마찰층의 두께 범위는 10nm 내지 5cm 사이인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 마찰층의 상면과 접촉 및 분리될 수 있어 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시켜, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하거나;
    또는, 상기 제1 부재는 상기 마찰층의 상면과 서로 슬라이드하여 마찰할 수 있으며, 마찰 과정에서 접촉 면적이 변화하여, 제1 부재를 제2 부재의 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 제1 부재의 표면이 전하를 띠도록 하는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 표면의 형상 및 사이즈는 대응되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 제1 부재와 마찰층의 서로 슬라이드하는 표면은 모두 매끈하고 평탄한 표면이거나, 또는 모두 요철구조의 평탄하지 않는 표면인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 제1 부재와 제1 전극층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면 중의 적어도 한 표면은 물리적변형 또는 화학수식 처리를 거친 표면인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면의 재료는 절연재료, 반도체 또는 도체 재료이고; 상기 제1 부재와 상기 마찰층의 서로 접촉할 수 있는 두 표면의 재료는 대전열에서 순서에 차이가 있는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  40. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 마찰층 및 제2 부재와 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재는 전하를 띤 물체인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  41. 제40항에 있어서,
    제1 전극층이 위치하는 표면 상에 투영된 상기 제1 부재의 사이즈 및 형상은 제1 전극층의 사이즈 및 형상과 대응되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서,
    상기 제1 부재는 일렉트릿 재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  43. 제24항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    격리층을 더 포함하며, 상기 격리층은 상기 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층을 격리하기 위한 것으로, 양자를 격리시켜 소정의 상대적인 위치를 유지하도록 하는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 격리층을 형성하는 재료는 절연체재료인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  45. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    상기 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층 모두는 상기 격리층에 삽입되어 있으며, 적어도 제1 전극층의 상면은 상기 격리층에 노출되거나;
    또는, 상기 격리층은 상기 제1 전극층 및/또는 제2 전극층을 전부 둘러싸거나;
    또는, 상기 격리층 및 상기 제2 부재의 두개의 전극층은 적층되어 설치되며, 제2 부재의 제1 전극층 및 제2 전극층은 격리층의 상면 및 하면에 각각 설치되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  46. 제28항, 제39항 또는 제44항에 있어서,
    상기 절연재료는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리디페닐프로판카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아닐린포름알데히드 수지, 폴리포름알데히드, 에틸셀룰로오스, 폴리아미드, 멜라민포름알데히드, 폴리에틸렌글리콜석시네이트(polyethylene glycol succinate), 셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 폴리에틸렌글리콜아디페이트, 폴리프탈산디아릴(polydiallylphthalate), 재생섬유 스펀지, 폴리우레탄일래스터머, 스티렌프로펜공중합체, 스티렌부타디엔공중합체, 인조섬유, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 플렉시블 스펀지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 페놀 수지, 클로로프렌고무, 부타디엔프로펜공중합체, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(염화 비닐 리덴co-아크릴로니트릴)(poly(vinyldene chloride-co-acrylonitrile), 폴리에틸렌비스페놀카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 액정고분자폴리머, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리클로로트리플루오르에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 패럴린(Parylene), 양모 및 그 직물, 잠사 및 직물, 종이, 면 및 그 직물, 폴리우레탄일래스터머, 목재, 경질고무 및 아세테이트 중의 하나 또는 복수인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  47. 제28항 또는 제39항에 있어서,
    상기 반도체 재료는, 규소, 게르마늄, 제Ⅲ족 및 제V족 화합물, 제Ⅱ족 및 제Ⅵ족 화합물, 및, Ⅲ-V족 화합물과 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어지는 고용체, 비정질 유리 반도체, 유기 반도체, 및 비도전성 산화물, 반도체 산화물 및 복잡한 산화물 반도체 중의 하나 또는 복수인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  48. 제28항 또는 제38항에 있어서,
    상기 물리적변형을 거친 표면의 일부 또는 전부에는 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조 어레이가 분포되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  49. 제28항 또는 제38항에 있어서,
    상기 화학수식을 거친 표면의 전부 또는 일부에는 나노, 마이크로미터 레벨 또는 서브 마이크로미터 레벨의 미세 구조가 분포되며, 상기 미세 구조는 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 입자, 나노 로드, 나노 꽃, 나노 홈, 마이크로미터 홈, 나노 뿔, 마이크로미터 뿔, 나노 스피어 또는 마이크로미터 스피어 구조, 및 상술한 구조로 형성된 어레이로부터 선택되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  50. 제24항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 재료는 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide), FTO 또는 도전고분자재료인
    것을 특징으로 하는 발전기.
  51. 제24항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재, 제1 전극층 및/또는 제2 전극층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  52. 제33항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재, 제1 전극층, 제2 전극층 및/또는 마찰층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  53. 제43항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격리층은 연질재료로 형성되는
    것을 특징으로 하는 발전기.
  54. 제24항 내지 제53항 중 어느 한 항의 발전기에 이용되는 정전 유도를 기초로 하는 발전 방법에 있어서,
    상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시켜, 제1 전극층 상에서의 제1 부재가 띠는 전하의 전위를 변화시키는 단계; 및
    상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에서 전하의 이동이 발생하여 전류를 형성하는 단계; 를 포함하는
    것을 특징으로 하는 발전 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재와 제1 전극층의 표면이 접촉한 후 분리되어, 제1 부재가 전하를 띠게 하거나;
    또는, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재와 제1 전극층의 표면이 서로 슬라이드하여 마찰하며, 슬라이드 과정에서 접촉 면적을 변화시켜, 제1 부재 표면이 전하를 띠게 하거나;
    또는, 상기 제1 부재를 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동시키는 것은, 구체적으로 제1 부재가 제1 전극층에 대하여 상대적으로 이동하나, 제1 전극층과 항시 접촉하지 않으며, 상기 제1 부재 자체가 전하를 띠는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
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