KR20180080778A - Energy generator using ferroelectric material with embedded ferromagnetic substance - Google Patents

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KR20180080778A
KR20180080778A KR1020170001727A KR20170001727A KR20180080778A KR 20180080778 A KR20180080778 A KR 20180080778A KR 1020170001727 A KR1020170001727 A KR 1020170001727A KR 20170001727 A KR20170001727 A KR 20170001727A KR 20180080778 A KR20180080778 A KR 20180080778A
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ferroelectric material
layer
embedded
ferromagnetic material
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KR1020170001727A
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김상우
윤홍준
손영인
강민기
김동훈
김태경
김형택
최승
김한
김지혜
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성균관대학교산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04Friction generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Abstract

The present invention relates to an energy generating device using a ferroelectric material with an embedded ferromagnetic material. The present invention relates technology using a multiferroic phenomenon due to strain generated by a magnetostriction phenomenon according to the application of an external magnetic field by embedding the ferromagnetic material in the ferroelectric material, and more particularly, to technology for improving the output of a triboelectric power generating device according to the application of a magnetic field.

Description

강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자 {ENERGY GENERATOR USING FERROELECTRIC MATERIAL WITH EMBEDDED FERROMAGNETIC SUBSTANCE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an energy generating device using a ferroelectric material having a ferromagnetic material embedded therein,

본 발명은 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자에 관한 것이다. 본 발명은 강유전체 물질에 강자성체 물질을 임베딩(embedding) 함으로써, 외부 자기장 인가에 따른 마그네토스트릭션(magnetostriction) 현상으로 인해 발생하는 스트레인(strain)으로 인한 멀티페로익(multiferroic) 현상을 이용한 기술로써, 자기장 인가에 따른 마찰전기 발전소자의 출력 향상 기술에 대한 것이다.The present invention relates to an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded. The present invention is a technique using a ferroelectric substance embedded in a ferroelectric material and using a multiferroic phenomenon due to strain caused by a magnetostriction phenomenon caused by application of an external magnetic field, The present invention relates to a technique for improving the output of a triboelectric power plant according to a license.

기존 강유전체 고분자를 이용한 마찰전기 발전소자는 전기장 인가를 통한 다이폴 정렬을 통해 출력을 높이는 방안만이 사용되어 왔었다. 하지만 높은 전기장을 가할 수 없는 곳에서는 마찰전기 발전소자의 출력을 높일 수 없는 한계점이 존재하였다.Conventional ferroelectric polymer triboelectric power plants have only been used to increase output through dipole sorting by applying an electric field. However, there is a limitation in that the output of the triboelectric power plant can not be increased in a place where a high electric field can not be applied.

본 발명은 기존의 강유전체 고분자에서 출력을 높이는 방안이던 외부 전기장 인가 대신 외부 자기장 인가를 통해 강유전체 고분자 물질 기반의 마찰전기 발전소자의 출력 증가를 목적으로 한다.The present invention aims to increase the output of a ferroelectric polymer-based triboelectric power plant by applying an external magnetic field instead of an external electric field, which is a method of increasing the output of a conventional ferroelectric polymer.

본 발명의 일 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및 상기 강유전체 물질층 위에 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층은 상기 강유전체 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And a rubbing layer disposed on the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode, the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer being aligned in one direction by an external magnetic field, thereby aligning the electric dipoles of the ferroelectric material, Layer repeatedly contacts and noncontact with the ferroelectric material layer and generates triboelectric energy.

상기 강자성체 물질은 레이어(layer), 와이어(wire) 또는 파티클(particle) 형태로 임베디드 되어 있다.The ferromagnetic material is embedded in the form of a layer, a wire or a particle.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명의 일 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 상기 강유전체 물질층 위에 배치된 마찰층; 및 상기 마찰층 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층은 상기 강유전체 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; A friction layer disposed on the ferroelectric material layer; And an upper electrode disposed on the friction layer, wherein the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, thereby aligning the electric dipoles of the ferroelectric material, Repeated contact and non-contact with the layer generates triboelectric energy.

상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있다.The ferromagnetic material is embedded in layers, wires or particles.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및 상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층과 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기가 발생된다.An energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And a rubbing layer disposed in contact with the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode, wherein the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipole of the ferroelectric material is aligned , The friction layer is brought into a noncontact state by sliding in contact with the ferroelectric material layer, thereby generating triboelectricity.

상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있다.The ferromagnetic material is embedded in layers, wires or particles.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치된 마찰층; 및 상기 마찰층 상에 배치된 상부 전극을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층과 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기가 발생된다.An energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; A friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer; And an upper electrode disposed on the rubbing layer, wherein the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, thereby aligning the electric dipoles of the ferroelectric material, Triboelectricity is generated due to the noncontact state by the sliding in contact with the layer.

상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있다. The ferromagnetic material is embedded in layers, wires or particles.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및 상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 이동함에 따라 마찰 전기가 발생된다.An energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And a rubbing layer disposed in contact with the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode, wherein the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipole of the ferroelectric material is aligned , Triboelectricity is generated as the friction layer moves on the ferroelectric material layer.

상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 회전 운동한다. The rubbing layer rotates on the ferroelectric material layer.

상기 강유전체 물질층과 상기 마찰층을 관통하는 회전축을 추가로 포함하고, 상기 회전축을 중심으로 상기 마찰층이 강기 강유전체 물질층 상에서 회전운동한다.And a rotating shaft passing through the ferroelectric material layer and the rubbing layer. The rubbing layer rotates on the ferroelectric material layer about the rotating axis.

상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있다.The ferromagnetic material is embedded in layers, wires or particles.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치된 마찰층; 및 상기 마찰층 상의 상부 전극을 포함하고, 외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고, 상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 이동함에 따라 마찰 전기가 발생된다.An energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention includes a lower electrode; A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; A friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer; And an upper electrode on the rubbing layer, wherein the ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, thereby aligning the electric dipoles of the ferroelectric material, the rubbing layer moving on the ferroelectric material layer Triboelectricity is generated.

상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 회전 운동한다. The rubbing layer rotates on the ferroelectric material layer.

상기 강유전체 물질층과 상기 마찰층을 관통하는 회전축을 추가로 포함하고, 상기 회전축을 중심으로 상기 마찰층이 강기 강유전체 물질층 상에서 회전운동한다.And a rotating shaft passing through the ferroelectric material layer and the rubbing layer. The rubbing layer rotates on the ferroelectric material layer about the rotating axis.

상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있다.The ferromagnetic material is embedded in layers, wires or particles.

상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및 상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And an energy storage unit connected to the lead-out unit. And a rectifier diode may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

본 발명을 통하여, 외부 전기장이 없는 상황에서는 강유전체 고분자 기반 마찰전기 발전소자의 출력을 높이기 어렵다는 기술적 한계를 극복하고, 기존에는 시도되지 않았던 자기장에 의한 마찰전기 발전소자의 출력증가 대한 가능성을 보여줌으로써 커다란 파급력을 가져올 것이라 예상된다.Through the present invention, it is possible to overcome the technical limitations that it is difficult to increase the output of the ferroelectric polymer-based triboelectric power plant in the absence of an external electric field and to show the possibility of increasing the output of the triboelectric power plant by the magnetic field, It is expected to import.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다.
도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다.
도 4a-4b는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다.
도 5는 강유전체 물질에 강자성체 물질들이 임베딩되는 다양한 형태를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자의 출력 증가 메커니즘은 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자의 모습을 도시한다.
도 8은 CoFe2O4를 섞지 않은 PVDF를 자화시키기 전후의 마찰전기 발전소자 출력 비교를 나타낸다.
도 9는 CoFe2O4를 10wt% 비율로 섞은 PVDF를 자화시키기 전후의 마찰전기 발전소자 출력 비교를 나타낸다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1 and 2 show an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention.
4A-4B illustrate an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates various aspects in which ferromagnetic materials are embedded in a ferroelectric material.
6 is a view for explaining an output increasing mechanism of an energy generating element using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material according to the present invention.
FIG. 7 illustrates an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to an embodiment of the present invention.
8 shows a comparison of the output of the triboelectric generating element before and after magnetizing the PVDF without incorporating CoFe 2 O 4 .
9 shows a comparison of the output of the triboelectric generating element before and after magnetizing the PVDF mixed with CoFe 2 O 4 at a ratio of 10 wt%.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

본 발명은 외부 자기장 인가를 통해 강유전체 고분자 물질 기반의 마찰전기 발전소자의 출력 증가를 목적으로 한다. 본 발명은 강유전체 물질에 강자성체 물질을 임베딩 함으로써 이를 달성하고자 하며, 구체적인 내용에 대해서 이하에서 설명하도록 하겠다.The present invention aims at increasing the output of a ferroelectric polymer-based triboelectric power plant by applying an external magnetic field. The present invention aims to achieve this by embedding a ferromagnetic material in a ferroelectric material, and the concrete contents will be described below.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다. 도 1 및 2는 푸싱 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자의 모습을 도시한다.1 and 2 show an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to an embodiment of the present invention. Figures 1 and 2 illustrate the appearance of a pushing type triboelectric energy generating element.

본 발명의 일 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극(13); 강유전체 물질층(20); 및 마찰층(30)을 포함한다.An energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode 13; A ferroelectric material layer 20; And a friction layer (30).

하부 전극(13)은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.The lower electrode 13 may be formed of any material that can be used for the electrode material. For example, ITO, Al, or the like may be used.

강유전체 물질층(20)은 하부 전극(13) 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질(25)이 임베디드되어 있다.The ferroelectric material layer 20 is disposed on the lower electrode 13 and has a ferromagnetic material 25 embedded therein.

본 발명에서는 마찰전기 에너지 발전 소자의 출력을 높이기 위해서 강자성체 물질이 임베디드되어 있는 강유전체 물질을 이용하였으며, 그 원리는 다음과 같다. 강유전체 물질과 강자성체 물질이 복합체(composite)로 된 형태인 멀티페로익(multiferroic) 물질을 이용하여, 외부 자기장을 인가했을 때 강자성체 물질의 모양이 변형되는 마그네토스트릭션(magnetostriction) 현상이 발생되고, 이때 강자성체 물질과 복합체를 이루고 있는 강유전체 물질에서 스트레인(strain)이 발생하게 되고, 이 스트레인으로 인해 강유전체 물질에서 압전 효과로 인한 전기장이 발생하게 된다. 이를 통해 강유전체 물질 내부에 전기 쌍극자가 정렬되는 효과가 발생하고, 궁극적으로 마찰전기 발전소자 출력이 증가하게 되는 것이다.In the present invention, a ferroelectric material having a ferromagnetic material embedded therein is used to increase the output of the triboelectric energy generating device, and the principle thereof is as follows. A magnetostriction phenomenon occurs in which the shape of a ferromagnetic material is deformed when an external magnetic field is applied by using a multiferroic material in the form of a composite of a ferroelectric material and a ferromagnetic material, A strain is generated in the ferroelectric material composing the ferromagnetic material and the ferroelectric material causes an electric field due to the piezoelectric effect in the ferroelectric material. This results in an effect of aligning the electric dipole inside the ferroelectric material, and ultimately increasing the output of the triboelectric generating element.

이용 가능한 강유전체 물질로는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 등이 있다.Available ferroelectric materials include PVDF, P (VDF-TrFE), and P (VDF-TrFE-CFE).

이용 가능한 강자성체 물질로는 CoFe2O4, Co, Fe, Fe2O3, Fe3O4, NiFe2O3, CuFe2O3, MgFe2O3, MnBi, Ni, MnSb, MnFe2O3, Y3Fe5O12, CrO2, MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol, Samfenol-D 등이 있다.Examples of usable ferromagnetic materials include CoFe 2 O 4 , Co, Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiFe 2 O 3 , CuFe 2 O 3 , MgFe 2 O 3 , MnBi, Ni, MnSb, MnFe 2 O 3 , Y 3 Fe 5 O 12 , CrO 2 , MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol and Samfenol-D.

한편, 강자성체 물질은 강유전체 물질층에서 레이어(layer), 와이어(wire) 또는 파티클(particle) 형태로 임베딩 될 수 있다.On the other hand, the ferromagnetic material can be embedded in the layer of ferroelectric material in the form of a layer, a wire or a particle.

도 5에서 보는 것처럼, 맨 왼쪽과 같이 와이어 형태로 임베딩될 수 있고, 가운데와 같이 레이어 형태로 임베딩 될 수도 있으며, 맨 오른쪽과 같이 파티클 형태로 임베딩 될 수도 있다. 이를 통해 다양한 형태의 강자성체 물질이 임베딩된 강유전체 물질을 이용한 마찰전기 에너지 발전 소자를 제작할 수 있다.As shown in FIG. 5, they may be embedded in a wire form as shown in the leftmost part, a layered form in the center, or a particle form in the rightmost form. Thus, a triboelectric energy generating device using a ferroelectric material having various types of ferromagnetic material embedded therein can be manufactured.

마찰층(30)은 강유전체 물질층(20)과 대향하도록 배치된다. 도 1의 실시예에서는 마찰층에 별도의 상부 전극이 배치되지 아니하므로 마찰층이 상부 전극 역할을 동시에 수행하는 경우에 해당한다. 따라서 도 1의 실시예에서는 마찰층은 전극 역할이 가능한 전기 전도성 물질로 이루어져야 한다. 도시되지는 않았지만, 별도의 전극이 마찰층 상에 배치되는 경우에는 마찰층은 전기 전도성 물질이 아니어도 무관하다. 마찰층(30)의 물질은 강유전체 물질층(20)의 물질과 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.The friction layer 30 is disposed to face the ferroelectric material layer 20. In the embodiment of FIG. 1, since the upper electrode is not disposed on the friction layer, it corresponds to the case where the friction layer simultaneously serves as the upper electrode. Accordingly, in the embodiment of FIG. 1, the friction layer must be made of an electrically conductive material capable of serving as an electrode. Although not shown, in the case where a separate electrode is disposed on the rubbing layer, the rubbing layer may not be an electrically conductive material. The material of the friction layer 30 is preferably a material having a large difference in charging property on the triboelectric series from the material of the ferroelectric material layer 20.

도 1 및 2는 푸싱 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자에 해당하며, 외부 자기장에 의해 강유전체 물질층에 임베딩된 강자성체 물질이 일 방향으로 정렬되게 되고, 이에 의해 강자성체 물질과 복합체를 이루고 있는 강유전체 물질의 스트레인이 발생되며, 발생된 스트레인에 의해 강유전체 물질의 압전 효과로 전기장이 발생되게 되어 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되게 된다. 이 상태에서 마찰층(30)이 외부의 푸싱 힘 등에 의해 강유전체 물질층(20)과 접촉 및 비접촉을 반복함에 따라 마찰전기가 발생되며, 이 경우 정렬된 전기 쌍극자 효과에 의해 출력값이 전기 쌍극자 정렬 효과가 없는 경우보다 훨씬 크게 나타나게 된다.1 and 2 show a pushing type triboelectric energy generating device in which a ferromagnetic material embedded in a ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field so that strain of a ferroelectric material composited with a ferromagnetic material And an electric field is generated due to the piezoelectric effect of the ferroelectric material due to the generated strain, so that the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned. In this state, triboelectricity is generated as the friction layer 30 repeats contact with and contactlessness with the ferroelectric material layer 20 by an external pushing force or the like. In this case, due to the aligned electric dipole effect, Is much larger than when there is no.

도 6은 본 발명에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자의 출력 증가 메커니즘은 설명하는 도면이다. 도 6에서 보는 것처럼, 다강체 마찰전기 발전소자에 외부 자기장이 가해질 때, 자기 파티클(magnetic particle)이 정렬되어 강유전체 고분자 내에 스트레인이 걸리며 내부 다이폴 모멘트(dipole moment)가 정렬되게 된다. 이러한 정렬된 전기 쌍극자 효과에 의해 출력값의 향상이 이루어질 수 있게 되는 것이다.6 is a view for explaining an output increasing mechanism of an energy generating element using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material according to the present invention. As shown in FIG. 6, when an external magnetic field is applied to a multifunctional triboelectric element, magnetic particles are aligned, strain is applied to the ferroelectric polymer, and the internal dipole moment is aligned. And the output value can be improved by the aligned electrical dipole effect.

한편, 2개의 전극에 각각 연결된 인출부(41, 42)를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 인출부에는 에너지 저장부(60)가 연결되어 있다. 한편, 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(51, 52)가 연결되어 있을 수 있다.The energy storage unit 60 may further include leads 41 and 42 connected to the two electrodes, respectively. On the other hand, rectifying diodes 51 and 52 may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

도 1에서 보는 인출부에는 축전지와 같은 에너지 저장부(60)가 연결되어 있다. 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(51, 52)가 연결될 수 있다. 인출선에는 부하가 연결될 수도 있으며, 이에 의해 직접 전구에 불을 밝힐 수도 있다. 한편, 다이오드는 정류 다이오드로서 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등(60)이 방전되는 것을 방지한다.1, an energy storage unit 60 such as a storage battery is connected to the lead-out unit. A rectifier diode (51, 52) may be connected between the lead portion and the energy storage portion. A load may be connected to the lead wire, thereby directly lighting the bulb. On the other hand, the diode serves as a rectifying diode to allow a current to flow only in one direction, thereby preventing current from flowing in reverse to discharge the battery 60 and the like.

도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다. 도 3은 슬라이딩 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자의 모습을 도시한다.FIG. 3 illustrates an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention. Fig. 3 shows the appearance of a sliding type frictional electric energy generating element.

도 3에서 도시된 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극(13); 강유전체 물질층(20); 및 마찰층(30)을 포함한다. 위의 실시예에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 하고 본 실시예의 특징 위주로 이하에서 설명하도록 하겠다.The energy generating device using the ferroelectric material embedded in the ferromagnetic material according to the further embodiment of the present invention shown in FIG. 3 includes a lower electrode 13; A ferroelectric material layer 20; And a friction layer (30). The detailed description of the parts overlapping with those described in the above embodiment will be omitted, and the following description will focus on the features of this embodiment.

하부 전극(13)은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.The lower electrode 13 may be formed of any material that can be used for the electrode material. For example, ITO, Al, or the like may be used.

강유전체 물질층(20)은 하부 전극(13) 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질(25)이 임베디드되어 있다.The ferroelectric material layer 20 is disposed on the lower electrode 13 and has a ferromagnetic material 25 embedded therein.

이용 가능한 강유전체 물질로는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 등이 있다.Available ferroelectric materials include PVDF, P (VDF-TrFE), and P (VDF-TrFE-CFE).

이용 가능한 강자성체 물질로는 CoFe2O4, Co, Fe, Fe2O3, Fe3O4, NiFe2O3, CuFe2O3, MgFe2O3, MnBi, Ni, MnSb, MnFe2O3, Y3Fe5O12, CrO2, MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol, Samfenol-D 등이 있다.Examples of usable ferromagnetic materials include CoFe 2 O 4 , Co, Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiFe 2 O 3 , CuFe 2 O 3 , MgFe 2 O 3 , MnBi, Ni, MnSb, MnFe 2 O 3 , Y 3 Fe 5 O 12 , CrO 2 , MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol and Samfenol-D.

한편, 강자성체 물질은 강유전체 물질층에서 레이어(layer), 와이어(wire) 또는 파티클(particle) 형태로 임베딩 될 수 있다.On the other hand, the ferromagnetic material can be embedded in the layer of ferroelectric material in the form of a layer, a wire or a particle.

마찰층(30)은 강유전체 물질층(20)과 접촉하도록 배치된다. 도 3의 실시예에서는 마찰층에 별도의 상부 전극이 배치되지 아니하므로 마찰층이 상부 전극 역할을 동시에 수행하는 경우에 해당한다. 따라서 도 3의 실시예에서는 마찰층은 전극 역할이 가능한 전기 전도성 물질로 이루어져야 한다. 도시되지는 않았지만, 별도의 전극이 마찰층 상에 배치되는 경우에는 마찰층은 전기 전도성 물질이 아니어도 무관하다. 마찰층(30)의 물질은 강유전체 물질층(20)의 물질과 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.The friction layer 30 is disposed in contact with the ferroelectric material layer 20. In the embodiment of FIG. 3, since no separate upper electrode is disposed on the friction layer, it corresponds to the case where the friction layer simultaneously serves as the upper electrode. Accordingly, in the embodiment of FIG. 3, the friction layer must be made of an electrically conductive material capable of serving as an electrode. Although not shown, in the case where a separate electrode is disposed on the rubbing layer, the rubbing layer may not be an electrically conductive material. The material of the friction layer 30 is preferably a material having a large difference in charging property on the triboelectric series from the material of the ferroelectric material layer 20.

한편, 2개의 전극에 각각 연결된 인출부(41, 42)를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 인출부에는 에너지 저장부(60)가 연결되어 있다. 한편, 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(51, 52)가 연결되어 있을 수 있다.The energy storage unit 60 may further include leads 41 and 42 connected to the two electrodes, respectively. On the other hand, rectifying diodes 51 and 52 may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

도 3은 슬라이딩 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자에 해당하며, 마찰층(30)이 강유전체 물질층(20)과 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기가 발생되며, 이 경우 정렬된 전기 쌍극자 효과에 의해 출력값이 전기 쌍극자 정렬 효과가 없는 경우보다 훨씬 크게 나타나게 된다.3 is a sliding type triboelectric energy generating element. As the friction layer 30 is in contact with the ferroelectric material layer 20 and is brought into a noncontact state by sliding, triboelectricity is generated. In this case, The output value becomes much larger than that in the case where there is no electric dipole alignment effect due to the dipole effect.

도 4a-4b는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자를 도시한다. 도 4a-4b는 로테이팅(rotating) 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자의 모습을 도시한다.4A-4B illustrate an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to a further embodiment of the present invention. Figures 4A-4B illustrate the appearance of a rotating electrical energy generating element of the rotating type.

도 4a-4b에서 도시된 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는, 하부 전극(13); 강유전체 물질층(20); 및 마찰층(30)을 포함한다. 위의 실시예에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 하고 본 실시예의 특징 위주로 이하에서 설명하도록 하겠다.The energy generating device using the ferroelectric material embedded in the ferromagnetic material according to the further embodiment of the present invention shown in FIGS. 4A and 4B includes a lower electrode 13; A ferroelectric material layer 20; And a friction layer (30). The detailed description of the parts overlapping with those described in the above embodiment will be omitted, and the following description will focus on the features of this embodiment.

하부 전극(13)은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.The lower electrode 13 may be formed of any material that can be used for the electrode material. For example, ITO, Al, or the like may be used.

강유전체 물질층(20)은 하부 전극(13) 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질(25)이 임베디드되어 있다.The ferroelectric material layer 20 is disposed on the lower electrode 13 and has a ferromagnetic material 25 embedded therein.

이용 가능한 강유전체 물질로는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 등이 있다.Available ferroelectric materials include PVDF, P (VDF-TrFE), and P (VDF-TrFE-CFE).

이용 가능한 강자성체 물질로는 CoFe2O4, Co, Fe, Fe2O3, Fe3O4, NiFe2O3, CuFe2O3, MgFe2O3, MnBi, Ni, MnSb, MnFe2O3, Y3Fe5O12, CrO2, MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol, Samfenol-D 등이 있다.Examples of usable ferromagnetic materials include CoFe 2 O 4 , Co, Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiFe 2 O 3 , CuFe 2 O 3 , MgFe 2 O 3 , MnBi, Ni, MnSb, MnFe 2 O 3 , Y 3 Fe 5 O 12 , CrO 2 , MnAs, Gd, Tb, Dy, EuO, Terfenol-D, Gafenol and Samfenol-D.

한편, 강자성체 물질은 강유전체 물질층에서 레이어(layer), 와이어(wire) 또는 파티클(particle) 형태로 임베딩 될 수 있다.On the other hand, the ferromagnetic material can be embedded in the layer of ferroelectric material in the form of a layer, a wire or a particle.

마찰층(30)은 강유전체 물질층(20)과 접촉하도록 배치된다. 도 4a의 실시예에서는 마찰층에 별도의 상부 전극이 배치되지 아니하므로 마찰층이 상부 전극 역할을 동시에 수행하는 경우에 해당한다. 따라서 도 4a의 실시예에서는 마찰층은 전극 역할이 가능한 전기 전도성 물질로 이루어져야 한다. 도시되지는 않았지만, 별도의 전극이 마찰층 상에 배치되는 경우에는 마찰층은 전기 전도성 물질이 아니어도 무관하다. 마찰층(30)의 물질은 강유전체 물질층(20)의 물질과 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.The friction layer 30 is disposed in contact with the ferroelectric material layer 20. In the embodiment of FIG. 4A, since a separate upper electrode is not disposed in the friction layer, the friction layer serves as an upper electrode at the same time. Accordingly, in the embodiment of FIG. 4A, the friction layer must be made of an electrically conductive material capable of serving as an electrode. Although not shown, in the case where a separate electrode is disposed on the rubbing layer, the rubbing layer may not be an electrically conductive material. The material of the friction layer 30 is preferably a material having a large difference in charging property on the triboelectric series from the material of the ferroelectric material layer 20.

한편, 2개의 전극에 각각 연결된 인출부(41, 42)를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 인출부에는 에너지 저장부(60)가 연결되어 있다. 한편, 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(51, 52)가 연결되어 있을 수 있다.The energy storage unit 60 may further include leads 41 and 42 connected to the two electrodes, respectively. On the other hand, rectifying diodes 51 and 52 may be connected between the lead portion and the energy storage portion.

도 4a는 로테이팅 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자에 해당하며, 마찰층(30)이 강유전체 물질층(20) 상에서 이동함에 의해 마찰 전기가 발생되며, 이 경우 정렬된 전기 쌍극자 효과에 의해 출력값이 전기 쌍극자 정렬 효과가 없는 경우보다 훨씬 크게 나타나게 된다. 이 경우 마찰층(30)은 강유전체 물질층(20) 상에서 로테이팅에 의한 회전 이동을 하게 되고, 이때 도 4a-4b에서 도시된 것처럼 회전축(90)을 중심으로 마찰층(30)이 강유전체 물질층(20)에 대해 회전함으로써 마찰전기 에너지가 발생될 수 있다. 4A corresponds to a rotating electrical energy generating element of a rotating type, in which triboelectricity is generated as the friction layer 30 moves on the ferroelectric material layer 20, It is much larger than when there is no dipole alignment effect. In this case, the rubbing layer 30 is rotated on the ferroelectric material layer 20 by rotation. At this time, as shown in FIGS. 4A-4B, the rubbing layer 30 is formed on the ferroelectric substance layer 20, The triboelectric energy can be generated.

이러한 본 발명의 실시에에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자는 지속적으로 자기장이 발생되는 공간에 배치할 경우 매우 효율적이며, 동시에 전기장의 인가가 어려운 곳에 배치된다면 더욱 효율적이 될 수 있다. 또한, 진동 및 자기장이 동시에 발생되는 곳이면 더욱 바람직하며, 예를 들어 냉장고나 전자 레인지와 같은 가전 제품 등에 배치되어 이용될 수도 있을 것이다.The energy generating device using the ferroelectric material embedded with the ferromagnetic material according to the embodiment of the present invention is very efficient when it is disposed in a space where the magnetic field is continuously generated and it is more efficient if it is disposed in a place where the application of the electric field is difficult have. Further, it is more preferable that a vibration and a magnetic field occur at the same time. For example, it may be disposed in an electric appliance such as a refrigerator or a microwave oven.

지금까지 본 발명의 실시예들에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자에 대해 설명하였다. 이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.The energy generating device using the ferroelectric material embedded with the ferromagnetic material according to the embodiments of the present invention has been described. Hereinafter, the contents of the present invention will be further described with reference to specific embodiments.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자의 모습을 도시한다. 도 7과 같은 푸싱 타입의 마찰전기 에너지 발전 소자를 제작하였다.FIG. 7 illustrates an energy generating device using a ferroelectric material in which a ferromagnetic material is embedded according to an embodiment of the present invention. A pushing type frictional electric energy generating device as shown in Fig. 7 was manufactured.

하부 전극으로 ITO가 코팅된 PEN 필름을 이용하였다. 강유전 물질로는 P(VDF-TrFE)를 이용하였으며 이러한 강유전 물질 내부에 강자성 물질로서 CoFe2O4가 임베딩되었다. 이 경우 CoFe2O4는 P(VDF-TrFE)에 10wt% 비율로 섞여 복합체를 이루었다.A PEN film coated with ITO was used as a lower electrode. P (VDF-TrFE) was used as the ferroelectric material and CoFe 2 O 4 was embedded as a ferromagnetic material in the ferroelectric material. In this case, CoFe 2 O 4 was mixed with P (VDF-TrFE) at a ratio of 10 wt% to form a complex.

본 실시예에서는 강자성 물질에 의한 효과를 검증하기 위하여, CoFe2O4를 섞은 PVDF와 CoFe2O4를 섞지 않은 PVDF를 같은 시간 자화시킨 후 출력의 증가유무를 비교하였다. 자화할 때는 소자에 네오디뮴 자석을 올려놓고 10분간 강자성체의 자기장을 한쪽 방향으로 정렬시켰다.In this embodiment, it was to verify the effect of the ferromagnetic material, the magnetization time, such as a mixture of CoFe 2 O 4 and CoFe PVDF PVDF do not mix 2 O 4 are compared an increase in the presence or absence of output. When magnetizing, a neodymium magnet was placed on the device and the magnetic field of the ferromagnetic material was aligned in one direction for 10 minutes.

도 8은 CoFe2O4를 섞지 않은 PVDF를 자화시키기 전후의 마찰전기 발전소자 출력 비교를 나타내고, 도 9는 CoFe2O4를 10wt% 비율로 섞은 PVDF를 자화시키기 전후의 마찰전기 발전소자 출력 비교를 나타낸다.FIG. 8 shows a comparison of the output of the triboelectric generator before and after magnetizing the PVDF without CoFe 2 O 4 , and FIG. 9 shows the comparison of the output of the triboelectric generator before and after magnetizing the PVDF mixed with CoFe 2 O 4 at a ratio of 10 wt% .

CoFe2O4를 섞지 않은 그래프에서는 마찰전기 출력이 증가하지 않은 반면, CoFe2O4를 섞은 그래프에서는 마찰전기 출력이 확연히 증가함을 확인할 수 있었다.In the graph without CoFe 2 O 4 , the triboelectric power was not increased, whereas the CoFe 2 O 4 mixed graph showed a significant increase in the triboelectric power.

도 8에서 처럼, CoFe2O4를 섞지 않은 소자는 외부 자기장 인가 전후로 마찰전기 발전소자 출력이, 3.39V에서 3.54V(4.4% 증가), 0.15uA에서 0.15uA(0% 증가)로 증가하여 증가폭이 미비함을 알 수 있었다.As in Figure 8, CoFe 2 O 4 is an element that mix increment increases as the friction power generation device outputs before and after applying an external magnetic field, (increased 4.4%) 3.54V from 3.39V, 0.15uA (0% increase) in 0.15uA And it was found that this was insufficient.

반면, 도 9에서 처럼, CoFe2O4를 10wt%만큼 섞은 소자는 외부 자기정 인가 전후로 마찰전기 발전소자출력이, 5.34V에서 10.27V(92.3% 증가), 0.28uA에서 0.54uA(92.8% 증가)로 확연히 증가함을 알 수 있었다.On the other hand, as shown in FIG. 9, in the device in which CoFe 2 O 4 was mixed with 10 wt% of CoFe 2 O 4 , the output of the triboelectric generator before and after external magnetization increased by 10.27 V (92.3% increase) from 5.34 V, 0.54 uA ), Respectively.

이러한 실시예의 내용을 기초로 강유전체 고분자 내에 강자성체 물질을 임베딩하여, 외부 자기장 인가로 마찰전기 발전소자의 출력을 향상됨을 확인하였다.Based on the contents of this embodiment, it has been confirmed that the ferromagnetic material is embedded in the ferroelectric polymer and the output of the triboelectric power plant is improved by the application of the external magnetic field.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (28)

하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및
상기 강유전체 물질층 위에 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층은 상기 강유전체 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시키는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And
And a friction layer disposed on the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
Wherein the friction layer repeats contact and non-contact with the ferroelectric material layer and generates triboelectric energy,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 1 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어(layer), 와이어(wire) 또는 파티클(particle) 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
The method according to claim 1,
The ferromagnetic material is embedded in the form of a layer, a wire or a particle,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
The method according to claim 1,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 3 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
The method of claim 3,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층;
상기 강유전체 물질층 위에 배치된 마찰층; 및
상기 마찰층 상에 배치된 상부 전극을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층은 상기 강유전체 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시키는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein;
A friction layer disposed on the ferroelectric material layer; And
And an upper electrode disposed on the friction layer,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
Wherein the friction layer repeats contact and non-contact with the ferroelectric material layer and generates triboelectric energy,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 5 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
6. The method of claim 5,
The ferromagnetic material is embedded in a layer, wire or particle form,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 5 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
6. The method of claim 5,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 7 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
8. The method of claim 7,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및
상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층과 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기가 발생되는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And
And a friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
Wherein the friction layer is in contact with the ferroelectric material layer and is brought into a noncontact state by sliding,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 9 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
10. The method of claim 9,
The ferromagnetic material is embedded in a layer, wire or particle form,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 9 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
10. The method of claim 9,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 11 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
12. The method of claim 11,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층;
상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치된 마찰층; 및
상기 마찰층 상에 배치된 상부 전극을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층과 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기가 발생되는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein;
A friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer; And
And an upper electrode disposed on the friction layer,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
Wherein the friction layer is in contact with the ferroelectric material layer and is brought into a noncontact state by sliding,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 13 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
14. The method of claim 13,
The ferromagnetic material is embedded in a layer, wire or particle form,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 13 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
14. The method of claim 13,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 15 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
16. The method of claim 15,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층; 및
상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 상부 전극 역할을 하는 마찰층을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 이동함에 따라 마찰 전기가 발생되는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein; And
And a friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer and serving as an upper electrode,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
And a triboelectric material is generated as the friction layer moves on the ferroelectric material layer.
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 17 항에 있어서,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 회전 운동하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
18. The method of claim 17,
Wherein the friction layer rotates on the ferroelectric material layer,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 17 항에 있어서,
상기 강유전체 물질층과 상기 마찰층을 관통하는 회전축을 추가로 포함하고,
상기 회전축을 중심으로 상기 마찰층이 강기 강유전체 물질층 상에서 회전운동하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
18. The method of claim 17,
Further comprising a rotating shaft passing through the ferroelectric material layer and the friction layer,
And the friction layer rotates on the ferroelectric material layer about the rotation axis,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 17 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
18. The method of claim 17,
The ferromagnetic material is embedded in a layer, wire or particle form,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 17 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
18. The method of claim 17,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 21 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
22. The method of claim 21,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며 내부에 강자성체 물질이 임베디드(embedded) 되어 있는 강유전체 물질층;
상기 강유전체 물질층 상에 접촉하도록 배치된 마찰층; 및
상기 마찰층 상의 상부 전극을 포함하고,
외부 자기장에 의해 상기 강유전체 물질층의 강자성체 물질은 일 방향으로 정렬되며 이에 의해 상기 강유전체 물질의 전기 쌍극자가 정렬되고,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 이동함에 따라 마찰 전기가 발생되는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
A lower electrode;
A ferroelectric material layer disposed on the lower electrode and having a ferromagnetic material embedded therein;
A friction layer disposed in contact with the ferroelectric material layer; And
An upper electrode on said friction layer,
The ferromagnetic material of the ferroelectric material layer is aligned in one direction by an external magnetic field, whereby the electric dipoles of the ferroelectric material are aligned,
And a triboelectric material is generated as the friction layer moves on the ferroelectric material layer.
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 23 항에 있어서,
상기 마찰층이 상기 강유전체 물질층 상에서 회전 운동하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
24. The method of claim 23,
Wherein the friction layer rotates on the ferroelectric material layer,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 23 항에 있어서,
상기 강유전체 물질층과 상기 마찰층을 관통하는 회전축을 추가로 포함하고,
상기 회전축을 중심으로 상기 마찰층이 강기 강유전체 물질층 상에서 회전운동하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
24. The method of claim 23,
Further comprising a rotating shaft passing through the ferroelectric material layer and the friction layer,
And the friction layer rotates on the ferroelectric material layer about the rotation axis,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 23 항에 있어서,
상기 강자성체 물질은 레이어, 와이어 또는 파티클 형태로 임베디드 되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
24. The method of claim 23,
The ferromagnetic material is embedded in a layer, wire or particle form,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 23 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 연결된 인출부; 및
상기 인출부에 연결된 에너지 저장부를 추가로 포함하는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
24. The method of claim 23,
A lead portion connected to the upper electrode and the lower electrode, respectively; And
Further comprising an energy storage coupled to the draw-
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
제 27 항에 있어서,
상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는,
강자성체 물질이 임베디드된 강유전체 물질을 이용한 에너지 발전 소자.
28. The method of claim 27,
And a rectifier diode is connected between the lead portion and the energy storage portion,
An energy generating device using a ferroelectric material embedded with a ferromagnetic material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116940226A (en) * 2023-09-19 2023-10-24 浙江大学杭州国际科创中心 Ferroelectric semiconductor device, touch sense memory, and touch data read/write method

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