KR20200021147A - Layer by layer electrostatic generator and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대면적, 다변형성을 갖는 정전 발전기 및 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 층상 적층 기법을 적용하여 섬유와 같은 다양한 기판에 적용할 수 있으며, 기판에 나노/마이크로 크기의 구조물이 형성되어 있어도 균일한 증착을 통해 안정적인 출력 특성을 갖는 층상 정전 발전기 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic generator having a large area and polymorphism, and a manufacturing method, and in particular, can be applied to various substrates such as fibers by applying a layered lamination technique, and nano / micro sized structures are formed on the substrate. The present invention relates to a layered electrostatic generator and a manufacturing method having stable output characteristics through uniform deposition.
마찰전기 발전은 마찰에 의해 전기를 생성하는 것으로, 기존의 태양전지, 수력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에서 발생하는 미세한 진동이나 운동시 발생되는 소모성 기계적 에너지를 전기 에너지로 추출할 수 있다. 예를 들어, 사람들이 걸어 다닐 때마다 발바닥으로 바닥을 누르는 압력에너지와 자동차나 기차, 비행기가 이동할 때 진동과 열에너지가 발생하며, 이처럼 버려지는 에너지를 수집하여 전기로 바꾸는 것이 마찰전기와 정전기 유도 발전에 관한 것이다.The triboelectric power generation generates electricity by friction, and unlike conventional eco-friendly energy such as solar cells, hydropower, wind power, etc., it is possible to extract the consumable mechanical energy generated during the minute vibration or movement generated as electric energy. For example, whenever people walk, the pressure energy that presses the floor to the sole and vibration and heat energy are generated when the car, train, or airplane moves. Collecting this discarded energy and converting it into electricity generates triboelectric and electrostatic induction power generation. It is about.
즉, 일상적으로 버려지거나 사용하지 않은 작은 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환해주는 기술로, 공장이나 발전소에서 작동하는 기계의 진동과 열, 휴대폰 기지국이나 방송국에서 전자파가 지속적으로 방출되고 있으며, 이를 활용하지 않게 되면 최종적으로 소리나 열로 전환되어 허공에서 사라지게 된다. 따라서 이러한 미세한 크기의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 활용할 수 있다.In other words, it is a technology that harvests and converts small energy that is discarded or unused daily into usable electric energy. The vibrations and heat of machines operating in factories or power plants, and electromagnetic waves are continuously emitted from mobile phone base stations and broadcasting stations. If not used, it eventually turns into sound or heat and disappears from the air. Therefore, it is possible to collect the energy of this fine size and use it as electrical energy.
특히, 마찰전기 나노발전기(TENGs)는 가벼운 무게, 휴대 가능하다는 점, 환경 친화성, 저비용 등의 바람직한 특성으로 인해 촉망 받는 차세대 역학적 에너지 하베스팅 장치로 평가받고 있으며, 마찰전기 나노발전기와 관련된 다수의 기술이 제안되어 있다.In particular, triboelectric nanogenerators (TENGs) are considered to be the next generation of dynamic energy harvesting devices that are promising due to their desirable characteristics such as light weight, portability, environmental friendliness, and low cost. Techniques have been proposed.
예를 들어, 한국 등록특허공보 제10-1244058호(등록일자:2013.03.08)은 층상 자기조립법을 이용한 그래핀 투명 박막의 제조방법에 관한 것으로, 환원 그래핀 옥사이드의 층상 자기조립법을 이용한 그래핀 투명 박막의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 얻어진 그래핀 투명 박막을 이용한 유기발광장치(OLED)에 적용한 것이다.For example, Korean Patent Publication No. 10-1244058 (Registration Date: 2013.03.08) relates to a method for manufacturing a graphene transparent thin film using a layered self-assembly, graphene using a layered self-assembled method of reduced graphene oxide It is applied to an organic light emitting device (OLED) using a method for producing a transparent thin film and a graphene transparent thin film obtained according to the manufacturing method.
하지만, 기존 유연 정전 발전소자는 특정 유연 소재 기판을 활용하거나, 대부분이 폴리머 소재로 구성되어 있어, 전극 형성 및 표면 제작 과정에서 전처리 또는 특정 재료를 필요로 한다. 이러한 전처리 또는 특정 재료의 활용은 정전 발전소자 제작의 경제성을 저해할 수 있다. 그리고, 고 변형성을 유도하기 위해 전도성 직물을 활용하는데, 전도성 직물은 제작이 어렵고, 경제성이 떨어진다.However, existing flexible electrostatic power generators utilize a specific flexible material substrate, or mostly composed of a polymer material, requiring pretreatment or a specific material during electrode formation and surface fabrication. Such pretreatment or the use of certain materials can impede the economics of manufacturing electrostatic generators. And, in order to use a conductive fabric to induce high deformation, the conductive fabric is difficult to manufacture, economical inferior.
한편, 기술이 발전함에 따라 유연 정전 발전소자는 여러 섬유 제품과 호환되는 섬유형 마찰전기 나노발전기(TENGs)의 상업화를 위해 비용이 효율적이고, 확장 가능하며, 용이하게 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.On the other hand, with the development of technology, flexible electrostatic generators are required to be a cost-effective, scalable, and easily manufactured method for commercializing fibrous triboelectric nanogenerators (TENGs) compatible with various textile products. It is true.
본 발명은 상기에서 언급한 기존의 유연 정전발전 소자 개발의 문제점을 해소하는 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a layered electrostatic generator and a manufacturing method that solves the problems of the conventional flexible electrostatic power generation device mentioned above.
본 발명은 대면적, 고 변형성을 가지는 정전 발전기를 제작하기 위한 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a layered electrostatic generator and a manufacturing method for manufacturing a electrostatic generator having a large area, high deformation.
본 발명은 여러 섬유 제품과 호환되며, 다양한 형상의 표면으로 이루어진 고분자 기판 위에 제조되는 층상 정전 발전기 및 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a layered electrostatic generator and a manufacturing method which is compatible with various textile products and is manufactured on a polymer substrate having a surface of various shapes.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 층상 정전 발전기는 기판과, 상기 기판을 도포하는 제1용액과, 상기 제1용액이 건조된 상기 기판을 도포하는 제2용액을 포함하며, 상기 제1용액은 상기 제2용액이 상기 기판에 증착될 수 있도록 도와주고, 상기 제2용액은 상기 기판에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어진다.The layered electrostatic generator according to the present invention for achieving the above object comprises a substrate, a first solution for applying the substrate, and a second solution for applying the substrate on which the first solution is dried, the first solution The second solution helps the second solution to be deposited on the substrate, and the second solution is made of a polymer material to form an electrode on the substrate to have conductivity.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 상기 제1용액과, 제2용액을 순차적으로 도포하는 것을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 다회 반복하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution are sequentially applied to the substrate in one cycle, and the cycle is repeated many times.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액과, 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution is deposited on the substrate through a wet process, which is a layer-by-layer (LbL) assembly based on hydrogen bonding. do.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있다.Preferably in the present invention, the substrate is made of a fabric, or a structure is formed on the surface.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 보호필름을 부착한 다음 산소플라즈마 처리하여 상기 제1용액과, 제2용액의 도포를 방지한다.Preferably, in the present invention, the substrate has a PET substrate, the protective film is attached to one surface and then subjected to oxygen plasma treatment to prevent the application of the first solution and the second solution.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와, 탈이온수를 혼합한 PVA용액으로, 음성 마찰재의 역할을 하며, 상기 제2용액은 0.1wt% GNP와, 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과, 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액을 양성 마찰재로 이용한다.Preferably, in the present invention, the first solution is a PVA solution mixed with 0.25wt% PVA powder and deionized water, and serves as a negative friction material, the second solution is 0.1wt% GNP, 0.1wt% The PSS solution at the concentration of PSS and the GNP-PSS dispersion mixed with graphene in deionized water are used as a positive friction material.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 증착되는 상기 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 상기 그래핀에 PSS용액을 더 포함한다.Preferably, in the present invention, the graphene further includes a PSS solution in the graphene to improve the dispersion and adhesion of the graphene deposited on the substrate.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판에 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포할 때마다 탈이온수로 헹군 다음 건조시킨다.Preferably, in the present invention, the substrate is rinsed with deionized water each time it is applied with the first solution and the second solution, and then dried.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판을 제1용액에 담가 도포하는 단계와, 상기 제1용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계와, 상기 기판을 건조시킨 다음 제2용액에 담가 도포하는 단계 및 상기 제2용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계를 포함한다.Preferably, in the present invention, preparing a substrate, immersing and applying the substrate in a first solution, rinsing the substrate coated with the first solution in deionized water, and drying the substrate. And then immersing and applying the second solution and rinsing the substrate coated with the second solution in deionized water.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판을 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포하는 과정을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 다회 반복하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the process of applying the substrate with the first solution and the second solution is one cycle, and the cycle is repeated multiple times.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액과, 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the first solution and the second solution is deposited on the substrate through a wet process, which is a layer-by-layer (LbL) assembly based on hydrogen bonding. do.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있다.Preferably in the present invention, the substrate is made of a fabric, or a structure is formed on the surface.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기판의 양면을 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포하거나, 상기 기판의 일면에 보호필름을 부착하고 산소플라즈마 처리하여 상기 기판의 타면이 상기 제1용액과, 제2용액으로 도포된다.Preferably, in the present invention, both surfaces of the substrate are coated with the first solution and the second solution, or a protective film is attached to one surface of the substrate and subjected to oxygen plasma treatment so that the other surface of the substrate is separated from the first solution. And a second solution.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와, 탈이온수로 혼합한 PVA용액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포한다.Preferably, in the present invention, the first solution is a PVA solution mixed with 0.25 wt% PVA powder and deionized water, and soaked on the substrate for 5 minutes.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과, 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포한다.Preferably, in the present invention, the second solution is a GNP-PSS dispersion in which a PSS solution and graphene are mixed in deionized water at a concentration of 0.1 wt% GNP and 0.1 wt% PSS, and soaked on the substrate for 5 minutes. .
본 발명에 따른 층상 정전 발전기 및 제조방법은 고성능과 내구성이 입증된 비용 효율적이고, 확장 가능한 효과가 있다The layered electrostatic generator and the manufacturing method according to the present invention have a cost-effective and scalable effect of high performance and durability.
본 발명은 평면, 미세요철표면 및 섬유 표면과 같은 다차원 기판에 적용하기 용이하다.The invention is easy to apply to multidimensional substrates such as flat, fine surface and fiber surface.
본 발명은 3BL 그래핀 층의 적절한 형태 및 전기적 특성으로 인해 최대 출력 성능을 9 N에서 100 V와 5 μA를 형성한다.The present invention achieves maximum output performance of 100 V and 5 μA at 9 N due to the proper morphology and electrical properties of the 3BL graphene layer.
본 발명은 섬유 플랫폼의 층상 정전 발전기가 웨어러블 전자 제품의 전력원으로 사용하기 용이하다.The invention makes it easy to use a layered electrostatic generator of a fiber platform as a power source for wearable electronics.
본 발명은 그래핀 다층의 다층 박막 적층법을 통해 층상 정전 발전기의 상용화 및 전자 섬유 산업의 제조에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to the commercialization of the layered electrostatic generator and the manufacture of the electronic fiber industry through the multilayer thin film lamination method of the graphene multilayer.
도 1은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제조 과정에 대한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 적층된 층상의 구조,
도 3은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 사용되는 기판의 종류의 모습,
도 4는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 이용한 접촉형 마찰전기 나노발전기의 사시도 및 작동 메커니즘에 따른 시뮬레이션의 모습,
도 5는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 기판 표면 위를 3BL의 그래핀층으로 코팅된 이미지와 10BL의 그래핀 층으로 코팅된 확대 이미지,
도 6은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 타원계측법으로 측정된 박막의 두께를 나타내는 그래프와 광전자적 특성,
도 7은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 그래핀 다층의 일함수를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 시트 저항 벤딩 사이클을 함수로 표현한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 미세요철 PET 기판 위에 그래핀 필름으로 코팅된 이미지와 마찰 전기 접촉 및 그에 따른 출력 전압과 출력 전류 비교한 모습,
도 10은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 직물을 기반으로 한 마찰전기 나노발전기의 다양한 확대 이미지와 그에 따른 실시예,
도 11은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 섬유를 기반으로 하는 마찰전기 나노발전기의 작동 과정과 성능의 모습,
도 12는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제작 과정에 대한 순서도.1 is a schematic diagram of a manufacturing process of a layered electrostatic generator according to the present invention;
2 is a layered structure laminated to a layered electrostatic generator according to the present invention,
3 is a view of the type of substrate used in the layered electrostatic generator according to the present invention,
4 is a perspective view of a contact type triboelectric generator using a layered electrostatic generator according to the present invention and the simulation according to the operating mechanism,
5 is an enlarged image coated with a graphene layer of 3BL and a graphene layer of 10BL on the substrate surface of the layered electrostatic generator according to the present invention;
6 is a graph showing the thickness of a thin film measured by an ellipsometric method and a photoelectric characteristic of the layered electrostatic generator according to the present invention,
7 is a graph showing the work function of the graphene multilayer of the layered electrostatic generator according to the present invention,
8 is a graph representing the sheet resistance bending cycle of the layered electrostatic generator according to the present invention as a function;
9 is a view comparing the image and the frictional electrical contact and the resulting output voltage and output current coated with a graphene film on the fine uneven PET substrate of the layered electrostatic generator according to the present invention,
10 is an enlarged image and various embodiments of the triboelectric nanogenerator based on the fabric of the layered electrostatic generator according to the present invention;
11 is a view of the operation and performance of the triboelectric nano-generator based on the fiber of the layered electrostatic generator according to the present invention,
12 is a flow chart for the manufacturing process of the layered electrostatic generator according to the present invention.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as limited to the embodiments described herein, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 사시도와 제조 과정에 대한 개략도에 관한 것이다.1 relates to a perspective view and a schematic diagram of a manufacturing process of a layered electrostatic generator according to the present invention.
층상 정전 발전기(1)는 기판(10)에 전도성 물질을 층상 자기 조립법(Layer-by-Layer)을 이용한 정전 발전기로, 기판(10)에 나노 또는 마이크로 사이즈의 구조물이 형성되어 있더라도 균일한 증착이 가능하기 때문에 안정적인 출력 성능을 갖는 특성이 있다.The layered
층상 정전 발전기(1)는 기판(10)을 제1용액(20)으로 도포하여 형성되는 증착층(22)과 기판(10)을 제2용액(40)으로 도포하여 증착층(22)에 위치하는 그래핀층(42)을 포함하고 있다. 이때 증착층(22)은 제2용액(40)이 기판(10)에 증착될 수 있도록 하고, 그래핀층(42)은 기판(10)에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어져 있다.The layered
기판(10)은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있어, 대량 생산 또는 제작 면적을 자유롭게 제어할 수 있다. 기판(10)에 대한 상세한 내용은 하기의 도 3에서 상세히 다루도록 한다.The
제1용액(20)은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수(30)를 혼합한 PVA용액으로, 음성 마찰재의 역할을 한다.The
제2용액(40)은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수(30)에 섞은 GNP-PSS 분산액을 양성 마찰재로 이용하며, 기판(10)에 증착되는 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 그래핀에 PSS용액을 더 포함한다.The
제1용액(20)과 제2용액(40)으로 사용한 PVA용액과 GNP-PSS 분산액 이외에도 다양한 소재를 사용할 수 있을 것이며, 소재의 종류는 다음과 같다. Various materials may be used in addition to the PVA solution and the GNP-PSS dispersion used as the
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전력의 출력과 같은 전기적 특성에 변화가 생길 수 있다. 다만, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 도포할 때마다 탈이온수(30)로 헹군 다음 건조시키는 것이 층상 정전 발전기(1)를 제작하는데 있어서 바람직할 것이다.Variations in electrical characteristics, such as power output, can occur. However, whenever the
한편, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)을 한 번씩 도포하게 되면, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 이루어진 두 개의 층이 형성되고, 두 번 반복하게 되면, 제1용액(20)과 제2용액(40)이 또 다른 층을 형성하여 총 네 개의 층이 형성된다. 이때 제1용액(20)과 제2용액(40)은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 기판(10)에 증착된다.Meanwhile, when the
도 2는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 적층된 층상의 구조를 보여주고 있다.Figure 2 shows a layered structure laminated to a layered electrostatic generator according to the present invention.
제1용액(20)과 제2용액(40)을 순차적으로 도포하는 것을 총 2사이클한 기판(10)의 모습으로, 기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)이 층상을 형성하는 과정에 관한 것이다.It is a state of the board |
기판(10)에 제1용액(20)과 제2용액(40)을 한 사이클로 도포하게 되면, 기판(10)에는 제1용액(20)과 제2용액(40)이 층상을 형성하게 된다. 기판(10)에 제1용액(20)을 먼저 도포하기 때문에 기판(10)에 제1용액(20)이 접착된 층상을 형성하게 된다. 그 다음 제2용액(40)을 도포하게 되면 제1용액(20)이 형성된 층상에 바로 제2용액(40)이 층상을 형성하게 된다. 이 과정을 통해 한 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)의 제작이 완성된다.When the
만약 상기의 층상 정전 발전기(1)에서 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 한 사이클 더 도포하게 되면, 제2용액(40)이 형성된 층상에 바로 제1용액(20)이 층상을 형성하게 된다. 그리고 제2용액(40)으로 도포하면 제1용액(20)이 형성된 층상에 제2용액(40)이 층상을 더 형성하게 될 것이다. If the layered
두 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)는 총 4개의 층상이 형성되기 때문에 한 사이클로 제작된 층상 정전 발전기(1)보다 두께가 두껍게 형성될 수 있을 것이며, 전기적 성질과 효과 또한 다를 수 있을 것이다.Since the layered
즉, 기판(10)에는 사이클의 횟수만큼 제1용액(20)과 제2용액(40)이 서로 교차되어 층상을 형성하게 될 것이며, 다수의 층상을 형성하기 때문에 두께도 두꺼워질 것이다.That is, in the
도 3은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기에 사용되는 기판의 종류를 보여주고 있다.Figure 3 shows the type of substrate used in the layered electrostatic generator according to the present invention.
기판(10)은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 것으로, 상세하게는 기판(10)은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 보호필름을 부착한 다음 산소플라즈마 처리하여 상기 제1용액(20)과 제2용액(40)의 도포를 방지한다. 기판(10)의 일면에는 보호필름이 부착되어 있어 제1용액(20)과 제2용액(40)을 도포하게 되면, 보호필름이 부착되어 있는 면에는 용액이 도포 되지 않고, 보호필름이 부착되지 않은 타면에만 도포가 이루어진다. 즉, 보호필름을 부착하게 되면 보호필름을 부착하지 않는 일면에만 용액으로 도포된다.
기판(10)은 반드시 한 쪽 면을 코팅할 필요는 없을 것이다. 상황에 따라서 기판(10)의 양면을 용액으로 도포해야 한다면, 굳이 보호필름을 부착할 필요없이 제1용액(20)과 제2용액(40)에 순차적으로 담갔다 꺼내 기판(10)의 양면에 층상을 형성할 수도 있을 것이다.The
기판(10)은 표면의 형상에 따라 다양하게 나눌 수 있을 것이다. 일례로, 표면이 평평하게 형성되어 있는 기판(10)을 비롯해서, 표면에 물결(undulated) 모양이 형성된 미세요철기판(12)을 사용할 수도 있다. 또한 직물(textile)이나 옷감과 같은 구조로 이루어진 직물기판(16)을 사용할 수도 있을 것이다. The
이는 표면이 단순한 기판(10)뿐만 아니라 입체표면으로 이루어진 기판(10)에도 다층박막적층법을 이용하여 용액의 증착이 가능하기 때문에 사용할 수 있다. 다만, 기판(10)은 액체 물질로 표면을 도포하여 층상을 형성하기 때문에 기판(10)의 표면은 액체를 잘 흡수하거나 도포되는 것으로 사용하는 것이 좋을 것이다. 또한 기판(10)은 PET물질 이외에도 고분자 재료인 필름, 폼, 섬유 등 다층 박막 적층법으로 적용 가능하고, 그래핀으로 도포 가능한 세라믹이나 금속으로 구성된 기판(10)을 사용할 수도 있을 것이다.This can be used because not only the
도 4는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 이용한 접촉형 층상 정전 발전기의 사시도 및 작동 메커니즘에 따른 시뮬레이션의 모습에 관한 것이다.Figure 4 relates to a perspective view of the contact type layered electrostatic generator using the layered electrostatic generator according to the present invention and the appearance of the simulation according to the operating mechanism.
접촉형 층상 정전 발전기(50)는 층상 정전 발전기(1)의 접촉과 분리가 용이하도록 중공 부분에 공간(Air gap)이 형성되는 폴리이미드 필름(52)을 스페이서로 사용한다. 스페이서의 양측으로 PET 필름(58)에 부착된 층상 정전 발전기(1)가 마주보며 위치한다. 이때, 층상 정전 발전기(1)는 양성 마찰재뿐만 아니라 전극으로도 사용되고, PET 필름(58)은 음성 마찰재로 사용된다. The contact type layer
그리고 접촉형 층상 정전 발전기(50)를 누르는 단계에서 접촉 면적을 효과적으로 증가시키기 위해 부드러운 재질의 폴리우레탄 폼(56)을 PET필름(58)과 아크릴레이트 기판(54) 사이에 넣어주는 것이 좋을 것이다.In addition, in order to effectively increase the contact area in the step of pressing the contact type layered
접촉형 층상 정전 발전기(50)를 손으로 누른 다음 손을 떼게 되면, 층상 정전 발전기(1)가 서로 접촉했다 분리된다. When the contact type layered
상세하게는 하단에 위치하는 층상 정전 발전기(1)가 PET필름(58)과 접촉하게 되면, 마찰 전기의 차이 때문에 하단에 위치한 층상 정전 발전기(1)의 전자가 PET필름(58)의 표면으로 이동하게 되지만, 전기적 평형이 유지되기 때문에 외부 회로에는 전자 흐름이 발생하지 않게 된다. In detail, when the layered
그 다음 층상 정전 발전기(1)가 분리되는 단계에서 두 개의 층상 정전 발전기(1) 사이의 강한 전위차로 인해 외부 회로를 통해 상단에 있는 층상 정전 발전기(1)(음극 전위)의 전자가 하단에 있는 층상 정전 발전기(1)(양극 전위)로 흘러 전기적 평형을 이루게 된다.The electrons of the layered electrostatic generator 1 (cathode potential) at the top through the external circuit due to the strong potential difference between the two layered
도 5는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 기판 표면 위를 3BL의 그래핀층으로 코팅된 이미지와 10BL의 그래핀 층으로 코팅된 확대 이미지에 관한 것이다.5 relates to an image coated with a graphene layer of 3BL and an enlarged image coated with a graphene layer of 10BL on a substrate surface of a layered electrostatic generator according to the present invention.
3개의 이중층(3BL)으로 적층된 층상 정전 발전기(1)를 전계방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지와 평평한 PET 기판(10) 위에서 10개의 이중층(10BL)으로 적층된 제1용액(PVA)(20)과 제2용액(GNP-PSS)(40)으로 도포한 층상 정전 발전기(1)를 전송 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 단면 이미지에 관한 것이다. The layered
주사 전자 현미경(FE-SEM)의 이미지에서 그래핀층(42)의 상부 표면이 거칠어 보이지만, PET 기판(10)의 넓은 면적이 균일하고, 그래핀층(42)이 잘 분포된 것을 알 수 있다.Although the upper surface of the
전송 전자 현미경(TEM)의 이미지는 여러 층으로 이루어진 층상 정전 발전기(10)를 보여주는데, 어두운 회색 부분은 PET 기판(10) 영역, 밝은 회색 부분은 에폭시 영역이며, 가장 어두운 검은 선은 다층박막적층(LbL) 기법에 의해 증착된 그래핀층(42)의 단면이다. The image of the transmission electron microscope (TEM) shows a multi-layered layered
두 개의 이미지에서 제2용액(GNPs)(40)의 균질 네트워크가 관찰 및 확인되었으며, 개별 GNP의 박리를 위한 PSS 첨가는 기판(10)에서 그래핀층(42)의 균일한 분포를 돕고, 그 결과 중합체와 같은 얽힘으로 인해 3차원 네트워크가 형성된다. 이 네트워크에서 그래핀층(42)은 기판(10)을 통한 전자 전달 통로를 제공함으로써 높은 전도율이 생성된다.A homogeneous network of second solutions (GNPs) 40 was observed and confirmed in both images, and PSS addition for the separation of individual GNPs assisted in the uniform distribution of the
도 6은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기를 타원계측법으로 측정된 박막의 두께를 나타내는 그래프와 광전자적 특성에 관한 것이다.6 is a graph showing the thickness of the thin film measured by the ellipsometric method and the optoelectronic characteristics of the layered electrostatic generator according to the present invention.
제1용액(20)인 PVA와 제2용액(40)인 GNP-PSS로 이루어진 층상을 이중층(1BL)이라고 할 때, 1, 3, 5 및 10BL의 층상 두께를 타원계측법으로 측정하여 비교한 것으로, 그래핀 다층 박막 적층법의 선형 성장을 보여주고 있다. 이를 통해 층상 내에서 PVA와 그래핀의 결합 정도와 일정한 성분비를 확인시켜 주는 것을 알 수 있다. When the layered layer consisting of PVA, which is the
또한 본 그래프를 통해 층상 사이에 빈 공간이 형성된 곳에 많은 입자가 포함된 영역의 평균 두께와 그래핀 기반 층상의 표면 거칠기를 알 수 있다. In addition, the graph shows the average thickness of the region containing many particles and the surface roughness of the graphene-based layer where the void space is formed between the layers.
타원계측법으로 측정된 3BL의 최대값은 46nm로, PVA 분자와 GNP-PSS 입자의 증착이 처음 3BL까지는 거친 표면을 생성하여 거칠기가 증가하는 것으로 나타난다. 하지만 이후에는 거칠기가 감소하게 되는데, 이는 이전의 증착 단계에서 얇게 생성된 영역 일부에서 침전이 일어나기 때문에 거칠기가 감소하게 된다.The maximum value of 3BL measured by ellipsometric method is 46 nm, indicating that the deposition of PVA molecules and GNP-PSS particles produces a rough surface until the first 3BL, increasing the roughness. However, thereafter, the roughness decreases, which reduces the roughness because precipitation occurs in some of the thinly formed regions in the previous deposition step.
이중층(BL)의 두께와 마찬가지로, 그래핀층(42)의 증가된 흡광도를 통해 그래핀 다층의 선형 성장을 확인할 수 있다. 이중층 두께와 흡광도의 선형 증가는 증착된 이중층의 개수와 상관없이 일정한 농도의 그래핀층(42)이 성장하게 된다. Like the thickness of the double layer BL, the linear growth of the graphene multilayer may be confirmed through the increased absorbance of the
(b)는 다층 박막 적층법으로 조립된 그래핀층(42)의 광전자적 특성을 보여주는 그래프에 관한 것이다. x축은 550nm에서 1~10BL의 광 투과율을 나타내고, 그래핀층(42) 두께의 증가로 인해 투과율이 92.1%에서 34.8%로 감소하게 된다. (b) relates to a graph showing the optoelectronic properties of the
두꺼운 층상이 더 효율적인 전자 전달과 높아진 전도율을 제공하는 3차원 그래핀 네트워크를 가지고 있기 때문에 저항률(ρ)이 저항과 두께(RSt)에 따라 변화하게 된다. 따라서 그래핀층(42)의 두께가 5BL까지 증가하는 동안 저항률은 감소하게 되는데, 이는 20BL까지 유사한 저항률을 유지하게 된다. Since the thick layer has a three-dimensional graphene network that provides more efficient electron transfer and higher conductivity, the resistivity (ρ) changes with resistance and thickness (RSt). Therefore, while the thickness of the
직물 기반의 층상 정전 발전기(4)의 경우, 그래핀층(42)은 10BL에서 최저 3.8 kΩ sq-1와 3BL에서 최저 10.8 kΩ sq-1의 저항을 형성하게 된다. 그래핀층(42)의 층상 두께가 두꺼워짐에 따라 저항률이 감소되기 때문에 출력이 향상된다. In the fabric based layered
도 7은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 마찰전기 출력 전압과 그래핀 다층의 일함수를 나타내는 그래프에 관한 것이다.7 is a graph showing a triboelectric output voltage and a graphene multilayer work function of a layered electrostatic generator according to the present invention.
그래핀층(42)의 함수로서 평평한 PET 기판(10) 위에서 평면 층상 정전 발전기(FG-TENGs)(1)의 성능을 조사한 것이다. 3개의 그래핀층(42)을 가진 평면 층상 정전 발전기(1)가 최대 출력 전압과 전류인 100V와 5ㅅA를 보여주고 있다. 이는 기존의 그래핀 기반 마찰전기 나노 발전기(TENGs)의 전력보다 훨씬 더 크게 나타난다.The performance of planar layered electrostatic generators (FG-TENGs) 1 on a
즉, 평면 층상 정전 발전기(1)의 출력 성능이 다층의 두께를 나타내는 BL의 개수에 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 다만, 나노 미터 수준에서 습식 제조 조건인 온도, 습도, 기판 전처리 등의 변화에 대한 민감도로 인해, 2~4BL로 이루어진 평면 층상 정전 발전기(1)에서 간혹 최대 출력이 발생할 수도 있을 것이다. In other words, it can be seen that the output performance of the planar layered
가장 높은 전도율을 가진 그래핀층(42)이 복수개로 적층된 층상 정전 발전기(1)의 출력 성능이 가장 높게 출력되어야 하지만, 3BL의 그래핀층(42)으로 형성된 층상 정전 발전기(1)에서 최대 출력을 보여주고 있다.Although the output performance of the layered
이는 평면 층상 정전 발전기(1)의 출력 전력을 측정하는 켈빈 탐침력 현미경 검사(KPFM)를 통해 알 수 있다. This can be seen through Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), which measures the output power of the planar layered
즉, 1, 3, 10개의 그래핀층(42)을 형성하는 층상 정전 발전기(1)의 일 함수를 측정하게 되면, 일 함수는 그래핀층(42)의 두께와 함께 증가하게 된다. 또한 일 함수가 커지게 되면, 전자를 추출하는데 더 많은 에너지가 필요하게 되는데, 이를 통해 그래핀층(42)의 층상 증가로 인해 저항률과 일 함수 사이의 균형을 유지할 수 있는 그래핀층(42)의 최적의 두께가 3BL인 것을 알 수 있다.That is, when the work function of the layered
도 8은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 시트 저항 벤딩 사이클을 함수로 표현한 그래프와 벤딩 사이클 전, 후 3개의 평면 층상 정전 발전기의 출력 전압과 전류를 비교한 모습에 관한 것이다.8 is a graph showing a sheet resistance bending cycle of a layered electrostatic generator according to the present invention as a function and comparing the output voltage and current of the three planar layered electrostatic generators before and after the bending cycle.
3, 5, 20BL의 평면 층상 정전 발전기(1)의 시트 저항 벤딩 사이클(bending cycle)을 함수로 표현한 것으로, 1000번의 접힘 사이클 전, 후 및 3개의 평면 층상 정전 발전기(1)의 마찰 전기 출력 전압과 전류의 변화량을 보여주고 있다.The triboelectric sheet voltage bending cycles of the planar layered
휨 안정성은 플렉서블 전자 어플리케이션 시장이 확대됨에 따라 점점 중요한 특성이 되고 있기 때문에 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법으로 조립된 층상 정전 발전기(1)의 기계적 내구성은 전극이나 플렉서블 전자 어플리케이션에서 매우 중요할 것이다. Since flexural stability is becoming more and more important as the market for flexible electronic applications expands, the mechanical durability of layered electrostatic generators (1) assembled by multilayer thin film lamination of graphene layers (42) may be very important in electrodes or flexible electronic applications. will be.
3개의 다른 층상으로 이루어진 층상 정전 발전기(1)의 휨 안정성을 비교하기 위해 층상 정전 발전기(1)를 1.0cm의 곡률 반경으로 반복하여 구부렸을 때, 휨 사이클 후 각 층상 정전 발전기(1)의 중심에서 시트 저항을 측정한다. 이때 모든 그래핀층(42)은 최대 1000사이클의 휨 변형에서 일정한 시트 저항을 유지했으며, 1000번의 휨 사이클 후에도 마찰 전기 출력 전압과 출력 전류는 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. The center of each layered
따라서 층상 정전 발전기(1)의 기계적 안정성은 플렉서블 전자제품에 적용하기에 매우 적합할 것이다. The mechanical stability of the layered
도 9는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 미세요철 PET 기판 위에 그래핀 필름으로 코팅된 이미지와 마찰 전기 접촉 및 그에 따른 출력 전압과 출력 전류를 비교한 것이다.FIG. 9 compares an image coated with a graphene film and frictional electrical contact, and thus an output voltage and an output current, on a fine uneven PET substrate of a layered electrostatic generator according to the present invention.
(a)는 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법으로 조립되고, 수산화나트륨으로 애칭(NaOH-etched)되어 미세한 요철이 형성된 기판(10) 위에 그래핀층(42)으로 도포된 미세요철 층상 정전 발전기(2)의 표면을 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)을 사용하여 확대한 이미지에 관한 것이다. (a) is assembled by the multilayer thin film lamination method of the
(b)는 평평한 표면 위의 그래핀과 층 전체 표면에 균일한 굴곡이 형성된 주름진 그래핀의 형태를 각각 만들어 비교한 모습이다. (b) shows the comparison between making graphene on the flat surface and corrugated graphene with uniform curvature on the entire surface of the layer.
한편, 주름진 표면을 기반으로 한 그래핀층(42)은 주름진 표면으로 인해 평평한 표면 기반의 그래핀에 비해 거친 표면을 가질 가능성이 높다. On the other hand, the
미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)와 직물기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)의 출력 성능을 비교했을 때, 3개의 이중층(BL)으로 형성된 미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)의 출력 전압과 전류가 3개의 이중층(BL)으로 형성된 평면 층상 정전 발전기(FG-TENG)(1)의 출력 전압 및 전류보다 높은 결과를 보여준다. When comparing the output performance of the microstructured layered electrostatic generator (UG-TENG) (2) and the fabric-based layered electrostatic generator (TG-TENG) (4), the microstructured layered electrostatic generator (UG) formed of three double layers (BL) The output voltage and current of TENG) 2 are higher than the output voltage and current of the planar layered electrostatic generator FG-
이러한 현상은 미세요철 층상 정전 발전기(UG-TENG)(2)의 주름진 그래핀층(42)으로 인해 넓어진 표면적과 반대쪽 마찰재와의 집중된 접촉 응력 때문인 것을 알 수 있다. 즉, 주름진 표면에 그래핀층(42)을 도포함으로써 층상 정전 발전기(G-TENG)(1)의 출력 성능이 크게 향상되는 것을 알 수 있다. It can be seen that this phenomenon is due to the increased surface area and the concentrated contact stress with the opposite friction material due to the
도 10은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 직물을 기반으로 한 층상 정전 발전기의 다양한 확대 이미지와 그에 따른 실시예에 관한 것이다.Figure 10 relates to various enlarged images of a layered electrostatic generator based on the fabric of the layered electrostatic generator according to the invention and the embodiment accordingly.
다층 박막 적층법은 직물로 이루어진 기판(10)의 크기에 제한 없이 내구성 있는 그래핀층(42)을 복수개로 형성하는 방법에 관한 것으로, 내구성 있고, 확장 가능한 직물 기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)를 제작할 수 있다. The multilayer thin film lamination method relates to a method of forming a plurality of durable graphene layers 42 without limiting the size of the
(a)는 면섬유를 기판(10)으로 하는 기판(10) 위에 그래핀층(42)의 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 확대한 이미지로, 면직물 다발에 그래핀층(42) 구조가 잘 형성 되었음을 확인할 수 있다. 그 밖의 다른 확대된 이미지는 단일 직물 위의 그래핀 복합 표면에 관한 것이다.(a) is an enlarged image of the field emission scanning electron microscope (FE-SEM) of the
(b)와 (c)는 20,000사이클의 휨과 롤링한 이후의 복수개의 층으로 형성된 그래핀층(42)의 표면을 확대한 이미지로, 그래핀층(42)에 큰 손상이 없는 것을 알 수 있다. 이를 통해 면섬유를 기판(10)으로 하는 그래핀층(42)의 내구성이 높다는 것을 알 수 있다. (b) and (c) is an enlarged image of the surface of the
또한 (d)와 같이 다양한 크기의 기판(10)에 그래핀 박막을 제조 할 수 있는데, 이는 프로세싱을 쉽게 확장할 수 있는 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법(LbL)때문에 가능하다. In addition, it is possible to produce a graphene thin film on the
다층 박막 적층법은 침지 공정을 사용하여 넓은 표면 면적에 상당히 균일한 코팅을 할 수 있으며, 스프레이 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법이나, 연속 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법은 다양한 어플리케이션을 위한 산업 규모의 그래핀층(42)의 다층 박막 적층법 과정에 적용할 수 있을 것이다. 또한 목화 섬유로 이루어진 기판(10) 위에 그래핀층(42)을 도포한 단일 전극 모드로 작동되는 직물 기반 층상 정전 발전기(TG-TENG)(4)에 적용할 수도 있을 것이다.The multilayer thin film lamination method can be applied to a fairly uniform coating on a large surface area by using an immersion process, and the multilayer thin film lamination method of the
도 11은 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 섬유를 기반으로 하는 마찰전기 나노발전기의 작동 과정과 성능을 보여주고 있다.Figure 11 shows the operation and performance of the triboelectric nano-generator based on the fiber of the layered electrostatic generator according to the present invention.
직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 메커니즘에 관한 것으로, 테프론(PTFE) 필름이 부착된 손가락이 그래핀층(42)으로 코팅된 섬유 기판(10)과 접촉하게 되면, 테프론은 마찰 전기적으로 그래핀보다 음성이기 때문에 그래핀층(42)의 전자들은 추출되어 테프론 필름으로 옮겨진다. 그리고 접촉이 해제되면, 유한 크기의 양성 마찰 전기와 음성 물질들이 분리되면서 그래핀층(42)에 유도된 양전하가 감소하게 된다. 이는 전자들이 지면에서 그래핀층(42)으로 흐르다가 평형 상태에서 멈추게 되기 때문이다. The mechanism of the fabric-based layered
만약 테프론이 다시 그래핀층(42)으로 코팅된 섬유 기판(10)에 가까워지게 되면, 그래핀층(42)에 양전하가 유도되어 테프론의 음전하와 균형을 이루게 되고, 전자는 그래핀층(42)에서 지면으로 흐르게 된다. 이 과정을 계속해서 반복하게 되면 직물기반 층상 정전 발전기(4)의 AC 출력이 생성될 것이다. If the Teflon is close to the
단일 전극으로 작동되고, 9N의 외부 부하에서 20V의 출력 전압을 보이는 직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 에너지 하베스팅 성능과 내구성이 같다. 따라서 면 직물을 기판(10)으로 하는 3BL 그래핀층(42)의 웨어러블 직물 기반 층상 정전 발전기(4)에 사용하기 적합할 것이다. The energy-harvesting performance and durability of the fabric-based layered
또한 20,000사이클의 휨과 롤링 후, 출력 전압의 큰 변화가 없기 때문에, 직물 기반 층상 정전 발전기(4)의 기계적 내구성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 그리고 정류 회로와 직렬로 연결된 3개의 이중층(BL)으로 이루어진 직물 기반 층상 정전 발전기(4)는 100개의 상용 녹색 LED가 동시에 발광하기 때문에 직물 기반 층상 정전 발전기(4)가 지속 가능한 동력원인 것을 알 수 있을 것이다.In addition, since there is no large change in output voltage after bending and rolling of 20,000 cycles, it can be seen that the mechanical durability of the fabric-based layered
도 12는 본 발명에 따른 층상 정전 발전기의 제작 과정에 대한 순서도에 관한 것이다.12 is a flowchart of the manufacturing process of the layered electrostatic generator according to the present invention.
층상 정전 발전기(1)의 제작 과정은 기판을 준비하는 단계(S10)와, 기판을 제1용액에 담가 도포하는 단계(S20)와, 제1용액으로 도포된 기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S30)와, 기판을 건조시킨 다음 제2용액에 담가 도포하는 단계(S40) 및 제2용액으로 도포된 기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S50)를 포함한다.The manufacturing process of the layered
기판을 준비하는 단계(S10)에서 기판(10)은 표면이 평평한 재질이나 직물을 사용할 수 있으며, 표면에 구조물이 형성되어 있을 수도 있을 것이다. 또한 다양한 크기의 기판(10)을 사용해도 무관할 것이다.In preparing the substrate (S10), the
기판을 제1용액으로 도포하는 단계(S20)에서 제1용액(20)은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수(30)로 혼합한 PVA용액으로, 기판(10)을 제1용액(20)에 5분간 담궈준다.In the step of applying the substrate to the first solution (S20), the
기판을 탈이온수에서 헹구는 단계(S30)에서 제1용액(20)으로 도포된 기판(10)을 꺼내 탈이온수(30)에 충분히 헹궈준다. In the step of rinsing the substrate in deionized water (S30), the
건조시킨 기판을 제2용액으로 도포하는 단계(S40)에서 탈이온수(30)에 헹군 기판(10)을 공기 중에 건조시켜 말려준다. 그 다음 기판(10)을 제2용액(40)으로 도포하기 위해서 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수(30)에 섞어 GNP-PSS 분산액을 만들고, 팁 초음파 분산기를 이용해 3시간 동안 초음파 처리하여 GNP-PSS 분산액을 완성한다. GNP-PSS 분산액 제조가 완료 되었으면, 건조된 기판(10)을 담궈 5분간 유지한다.In step S40 of applying the dried substrate to the second solution, the
기판을 탈이온수에 헹구는 단계(S50)는 기판(10)이 제2용액(40)에 5분간 담겄다 꺼내고, 다시 탈이온수(30)에 헹궈준다. 기판(10)을 충분히 헹군 다음 건조시키면 기판(10)에 제2용액(40)으로 도포될 것이다.In the step S50 of rinsing the substrate in deionized water, the
상기 과정을 1사이클로 하며, 1사이클을 거친 기판(10)에는 제1용액(20)과 제2용액(40)이 순차적으로 층상을 이루게 된다. 만약 더 많은 층상을 형성하기 위해서는 제1용액(20)과 제2용액(40)으로 순차적으로 도포하고 헹구는 과정을 다회 반복하면 될 것이다.The process is one cycle, and the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
1 : 층상 정전 발전기
2 : 미세요철 층상 정전 발전기
4 : 직물기반 층상 정전 발전기
10 : 기판
20 : 제1용액
22 : 증착층
30 : 탈이온수
40 : 제2용액
42 : 그래핀층
50 : 접촉형 층상 정전 발전기
52 : 폴리이미드 필름
54 : 아크릴레이트 기판
56 : 폴리우레탄 폼
58 : PET 필름1: Layered Blackout Generator 2: Fine Iron Layered Blackout Generator
4 fabric-based layered
20: first solution 22: deposition layer
30 deionized
42: graphene layer 50: contact type layer electrostatic generator
52
56
Claims (15)
상기 기판을 제1용액으로 도포하여 형성되는 증착층;
상기 기판을 제2용액으로 도포하여 상기 증착층에 위치하는 그래핀층;
을 포함하며,
상기 증착층은 상기 제2용액이 상기 기판에 증착될 수 있도록 하고, 상기 그래핀층은 상기 기판에 전극을 형성하여 전도성을 갖도록 하는 고분자 물질로 이루어진 층상 정전 발전기.Board;
A deposition layer formed by applying the substrate with a first solution;
A graphene layer disposed on the deposition layer by coating the substrate with a second solution;
Including;
The deposition layer is a layered electrostatic generator made of a polymer material to enable the second solution to be deposited on the substrate, the graphene layer is conductive by forming an electrode on the substrate.
상기 기판에 상기 증착층과 그래핀층이 순차적으로 적층되는 것을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 3회 반복하여 상기 증착층과 그래핀층이 3개의 이중층을 형성할 때 최대 출력을 형성하는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기.The method of claim 1,
In one cycle, the deposition layer and the graphene layer are sequentially stacked on the substrate, and the cycle is repeated three times to form a maximum output when the deposition layer and the graphene layer form three bilayers. Electrostatic generator.
상기 제1용액과 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기.The method of claim 1,
And the first solution and the second solution are deposited on the substrate through a wet process, which is a hydrogen bond-based multilayer-by-layer (LbL) assembly.
상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 층상 정전 발전기.The method of claim 1,
The substrate is a layered electrostatic generator consisting of a fabric, the structure is formed on the surface.
상기 기판은 PET기질을 갖고 있으며, 일면에 산소플라즈마 처리한 보호필름이 부착되어 있어, 상기 제1용액과 제2용액의 도포를 방지하는 층상 정전 발전기.The method of claim 4, wherein
The substrate has a PET substrate, a protective film treated with an oxygen plasma treatment on one side, the layered electrostatic generator to prevent the application of the first solution and the second solution.
상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수를 혼합한 PVA용액으로, 음성 마찰재의 역할을 하며,
상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액을 양성 마찰재로 이용하는 층상 정전 발전기.The method of claim 1,
The first solution is a PVA solution mixed with 0.25 wt% PVA powder and deionized water, and serves as a negative friction material,
The second solution is a layered electrostatic generator using a GNP-PSS dispersion mixture of PSS solution and graphene in deionized water at a concentration of 0.1wt% GNP and 0.1wt% PSS as a positive friction material.
상기 기판에 증착되는 상기 그래핀의 분산력과 접착력을 향상시킬 수 있도록 상기 그래핀에 PSS용액을 더 포함하는 층상 정전 발전기.The method of claim 6,
Layered electrostatic generator further comprises a PSS solution to the graphene to improve the dispersion and adhesion of the graphene deposited on the substrate.
상기 기판에 상기 제1용액과 제2용액으로 도포할 때마다 탈이온수로 헹군 다음 건조시키는 층상 정전 발전기.The method of claim 1,
The layered electrostatic generator rinsed with deionized water and dried every time the first and second solutions are applied to the substrate.
상기 기판을 제1용액에 담가 도포하는 단계;
상기 제1용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계;
상기 기판을 건조시킨 다음 제2용액에 담가 도포하는 단계;
상기 제2용액으로 도포된 상기 기판을 탈이온수에 헹구는 단계;
를 포함하는 층상 정전 발전기 제조방법.Preparing a substrate;
Dipping and applying the substrate to a first solution;
Rinsing the substrate coated with the first solution in deionized water;
Drying the substrate and immersing it in a second solution;
Rinsing the substrate coated with the second solution in deionized water;
Layered electrostatic generator manufacturing method comprising a.
상기 기판을 상기 제1용액과 제2용액으로 도포하는 과정을 한 사이클로 하며, 상기 사이클을 3회 반복했을 때 최대출력을 형성하는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
The process of coating the substrate with the first solution and the second solution as a cycle, and when the cycle is repeated three times, the method of producing a layered electrostatic generator, characterized in that to form a maximum output.
상기 제1용액과 제2용액은 수소 결합 기반의 다층 박막 적층법(layer-by-layer(LbL) assembly)인 습식 공정을 통해 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
Wherein the first solution and the second solution are deposited on the substrate through a wet process, which is a layer-by-layer (LbL) assembly based on hydrogen bonding.
상기 기판은 직물로 이루어져 있거나, 표면에 구조물이 형성되어 있는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
The substrate is made of a fabric, the structure of the layered electrostatic generator having a structure formed on the surface.
상기 기판의 양면을 상기 제1용액과 제2용액으로 도포하거나, 상기 기판의 일면에 보호필름을 부착하고 산소플라즈마 처리하여 상기 기판의 타면이 상기 제1용액과 제2용액으로 도포되는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
A layered electrostatic generator in which both surfaces of the substrate are coated with the first solution and the second solution, or a protective film is attached to one surface of the substrate and oxygen plasma treatment is applied to the other surface of the substrate with the first solution and the second solution. Manufacturing method.
상기 제1용액은 0.25wt% PVA 파우더와 탈이온수로 혼합한 PVA용액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포하는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
The first solution is a PVA solution mixed with 0.25 wt% PVA powder and deionized water, and soaked on the substrate for 5 minutes to apply a layered electrostatic generator.
상기 제2용액은 0.1wt% GNP와 0.1wt% PSS의 농도에 PSS 용액과 그래핀을 탈이온수에 섞은 GNP-PSS 분산액으로, 상기 기판에 5분간 담가 도포하는 층상 정전 발전기 제조방법.The method of claim 9,
The second solution is a method of producing a layered electrostatic generator applied by soaking for 5 minutes on the substrate as a dispersion of GNP-PSS mixed with PSS solution and graphene in deionized water at a concentration of 0.1wt% GNP and 0.1wt% PSS.
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