KR20220053116A - Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave - Google Patents

Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave Download PDF

Info

Publication number
KR20220053116A
KR20220053116A KR1020200137177A KR20200137177A KR20220053116A KR 20220053116 A KR20220053116 A KR 20220053116A KR 1020200137177 A KR1020200137177 A KR 1020200137177A KR 20200137177 A KR20200137177 A KR 20200137177A KR 20220053116 A KR20220053116 A KR 20220053116A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
poly
conductive polymer
layer
ultrasonic
triboelectric
Prior art date
Application number
KR1020200137177A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102483900B1 (en
Inventor
김상우
이동민
김영준
전세라
김다빈
현인아
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020200137177A priority Critical patent/KR102483900B1/en
Publication of KR20220053116A publication Critical patent/KR20220053116A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102483900B1 publication Critical patent/KR102483900B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04—Friction generators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14244—Pressure infusion, e.g. using pumps adapted to be carried by the patient, e.g. portable on the body
    • A61M5/14276—Pressure infusion, e.g. using pumps adapted to be carried by the patient, e.g. portable on the body specially adapted for implantation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/362—Heart stimulators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/378—Electrical supply
    • A61N1/3787—Electrical supply from an external energy source
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/82—Internal energy supply devices
    • A61M2205/8237—Charging means

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

The present invention relates to an ultrasonic-driven triboelectric generator. In addition, the present invention relates to an ultrasonic-driven triboelectric energy generator based on a multi-electrode structure capable of being stacked. The present invention proposes a technology having more improved electrical output per unit area than the conventional ultrasonic-based power generation level by proposing an ultrasonic-driven triboelectric generator using a polymer film coated with a conductive polymer. In addition to these technical strengths, the miniaturization of an implantable electronic device is essential to reduce the burden and discomfort imposed on patients, so it is expected to have great commercialization potential and technical significance in that a generator can be miniaturized by improving power generation capacity per unit area.

Description

다중 전극 방식 초음파 구동 마찰전기 발전소자 {MULTI ELECTRODE TRIBOELECTRIC GENERATOR USING ULTRASONIC WAVE}Multi-electrode ultrasonic driven triboelectric generator {MULTI ELECTRODE TRIBOELECTRIC GENERATOR USING ULTRASONIC WAVE}

본 발명은 초음파 구동 마찰전기 발전소자에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonically driven triboelectric generator element.

또한, 본 발명은 적층이 가능한 다중 전극 구조 기반 초음파 구동 마찰전기 에너지 발전소자에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a multi-electrode structure-based ultrasonic-driven triboelectric energy generator that can be stacked.

심장박동기, 인슐린 펌프와 같은 인체삽입형 의료기기들은 기술적 부담과 환자에 대한 위험을 절감하기 위해, 소형화를 위한 기술적인 발전이 필수적이다. 그러나, 의료기기의 소형화에 따른 배터리 용량의 한계에 따라, 기능성이 다소 떨어질 수 밖에 없다는 문제를 안고 있다. 이에 초음파 구동 마찰전기 에너지 발전소자는 비침습성 무선 전력원인 초음파의 장점을 활용하여, 무선충전 플랫폼으로서 많은 주목을 받고 있다. 이러한 기대에도 불구하고, 초음파 에너지의 체내 투과 깊이가 길지 못하다는 점과 에너지 발전소자의 크기가 인체에 삽입되기에는 크다는 점이 여전히 걸림돌이 되고 있다. Implantable medical devices such as pacemakers and insulin pumps require technological advancement for miniaturization in order to reduce the technical burden and risk to the patient. However, due to the limitation of battery capacity due to the miniaturization of medical devices, there is a problem in that the functionality is inevitably deteriorated to some extent. Accordingly, the ultrasonic powered triboelectric energy generator is receiving a lot of attention as a wireless charging platform by utilizing the advantages of ultrasonic, which is a non-invasive wireless power source. Despite these expectations, the fact that the penetration depth of ultrasonic energy into the body is not long and that the size of the energy generator is too large to be inserted into the human body are still obstacles.

인체삽입형 의료기기는 이식 수술에 의해 환자에게 전가되는 위험과 부담을 절감하기 위해, 소형화에 초점을 맞추어 개발되고 있다. 그러나, 소형화에 따른 배터리 용량의 한계에 의해, 의료기기의 기능에 제한이 생기게 된다. 배터리 용량에서 파생되는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 무선충전 기술이 각광을 받았으나, 기존의 RF방식 혹은 전자기장 방식은 각각 안전성과 유효성에 심각한 문제를 가지고 있다. 반면, 비침습성(Noninvasive) 무선 전력원인 초음파를 이용한 무선충전 기술이 본 연구실에서 처음 소개되어, 안전성과 유효성 측면에서 상대적인 우위에 있음이 검증되었다. 그럼에도 불구하고, 상용화를 위해서는 소자의 소형화와 비교적 작은 초음파 에너지가 인가되어도 일정 수준 이상의 전기적 출력이 보장되어야 했다.Implantable medical devices are being developed with a focus on miniaturization in order to reduce the risk and burden transferred to the patient by transplantation surgery. However, due to the limitation of the battery capacity due to the miniaturization, the function of the medical device is limited. In order to solve this problem derived from battery capacity, wireless charging technology has been in the spotlight, but the existing RF method or electromagnetic field method has serious problems in safety and effectiveness, respectively. On the other hand, wireless charging technology using ultrasound, which is a noninvasive wireless power source, was first introduced in this laboratory, and it has been verified that it has a relative superiority in safety and effectiveness. Nevertheless, for commercialization, it was necessary to ensure the device's miniaturization and electrical output above a certain level even when relatively small ultrasonic energy was applied.

본 발명을 통하여, 초음파 구동 마찰전기 에너지 발전소자의 전기적 출력 향상을 통해, 적은 초음파 에너지가 인가되는 환경과 소형화된 소자 크기에도 구동할 수 있는 새로운 구조를 소개하고자 한다.Through the present invention, it is intended to introduce a new structure that can be driven even in an environment to which a small amount of ultrasonic energy is applied and a miniaturized device size by improving the electrical output of an ultrasonic powered triboelectric energy generator.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자는, 기판; 기판 상에 배치되며 제 1 마찰 대전층 역할을 하는 전극층; 상기 전극층 위에 이격되어 배치되며 제 2 마찰 대전층 역할을 하는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상에 배치된 전도성 고분자층; 및 상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층을 포함하고, 초음파가 인가되었을 때 상기 전극층과 상기 제 1 절연층이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 전기를 발생시킨다.An ultrasonic-driven triboelectric power generator according to an embodiment of the present invention includes: a substrate; an electrode layer disposed on the substrate and serving as a first triboelectric charging layer; a first insulating layer spaced apart from the electrode layer and serving as a second triboelectric charging layer; a conductive polymer layer disposed on the first insulating layer; and a second insulating layer disposed on the conductive polymer layer, wherein when ultrasonic waves are applied, the electrode layer and the first insulating layer repeatedly contact and separate to generate electricity.

상기 전도성 고분자층은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함하고, 상기 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함한다.The conductive polymer layer includes a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material, and the conductive polymer or the conductive polymer-based composite material is Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) ) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN) , Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene) -terephthalamide) (PPTA) or a composite material thereof.

상기 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있을 수 있으며, 상기 반구 형태의 요철의 곡률은 상기 전극층과 상기 제 1 절연층 사이의 간격을 고려하여 상기 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 진동의 진폭이 커져서 발생되는 전기의 출력값이 향상된다.A plurality of hemispherical irregularities may be disposed on the upper surface of the conductive polymer layer, and the curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance between the electrode layer and the first insulating layer. As the amplitude of is increased, the output value of the generated electricity is improved.

상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치될 수 있다.an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; and one or more insulating layers may be stacked.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자는, 기판; 기판 상에 배치된 전극층; 상기 전극층 상에 배치된 제 1 마찰 대전층; 상기 제 1 마찰 대전층 위에 이격되어 배치되며 제 2 마찰 대전층 역할을 하는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상에 배치된 전도성 고분자층; 및 상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층을 포함하고, 초음파가 인가되었을 때 상기 제 1 마찰 대전층과 상기 제 1 절연층이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 전기를 발생시킨다.An ultrasonic-driven triboelectric power generator according to a further embodiment of the present invention includes: a substrate; an electrode layer disposed on the substrate; a first triboelectric charging layer disposed on the electrode layer; a first insulating layer spaced apart from the first triboelectric charging layer and serving as a second triboelectric charging layer; a conductive polymer layer disposed on the first insulating layer; and a second insulating layer disposed on the conductive polymer layer, wherein when ultrasonic waves are applied, the first triboelectric charging layer and the first insulating layer repeatedly contact and separate to generate electricity.

상기 전도성 고분자층은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함하고, 상기 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함한다.The conductive polymer layer includes a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material, and the conductive polymer or the conductive polymer-based composite material is Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) ) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN) , Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene) -terephthalamide) (PPTA) or a composite material thereof.

상기 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있을 수 있고, 상기 반구 형태의 요철의 곡률은 상기 전극층과 상기 제 1 절연층 사이의 간격을 고려하여 상기 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 진동의 진폭이 커져서 발생되는 전기의 출력값이 향상된다.A plurality of hemispherical irregularities may be disposed on the upper surface of the conductive polymer layer, and the curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance between the electrode layer and the first insulating layer. As the amplitude of is increased, the output value of the generated electricity is improved.

상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치될 수 있다.an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; and one or more insulating layers may be stacked.

본 발명에서는 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 단위 면적당 전기적 출력을 향상시키기 위하여, 전도성 고분자를 활용한 적층형 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 소개함으로써, 이식 수술의 위험성을 상당한 수준 줄임과 동시에, 체내 깊은 곳에 위치한 인체삽입형 의료기기도 무선 충전할 수 있음을 보인다.In the present invention, in order to improve the electrical output per unit area of the ultrasonic-driven triboelectric generator, a multilayer ultrasonic-driven triboelectric generator using a conductive polymer is introduced, thereby significantly reducing the risk of transplantation and at the same time inserting a human body located deep in the body. It also shows that medical devices can be charged wirelessly.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전도성 고분자층의 3D 구조의 모식도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전도성 고분자층의 단면 모습을 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 모습을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 초음파 인가시의 발전 능력을 나타내는 그래프이다.
도 7은 대조군으로 단일 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 모습을 도시한다.
도 8은 단일 전극방식 기반 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 초음파 인가시의 발전 능력을 나타내는 그래프이다.
도 9는 단위 면적당 발전능력 향상을 위한 본 발명의 실시예에 따른 전도성 고분자 필름 기반 이중 전극방식 마찰전기 발전소자의 사시도를 도시한다.
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 shows a cross-sectional view of an ultrasonically driven triboelectric generator according to an embodiment of the present invention.
2 shows a schematic diagram of a 3D structure of a conductive polymer layer according to a further embodiment of the present invention.
3 shows a cross-sectional view of a conductive polymer layer according to an additional embodiment of the present invention.
4 shows a cross-sectional view of an ultrasonically driven triboelectric generator according to a further embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a triboelectric power generator having a dual electrode structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the power generation ability of a triboelectric power generator having a dual electrode structure when ultrasonic waves are applied according to an embodiment of the present invention.
7 shows a triboelectric generator having a single electrode structure as a control.
8 is a graph showing the power generation ability of a single-electrode method-based ultrasonic driven triboelectric power generator when ultrasonic waves are applied.
9 is a perspective view of a double electrode type triboelectric power generator based on a conductive polymer film according to an embodiment of the present invention for improving power generation capability per unit area.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the present invention. However, it is apparent that these embodiments may be practiced without these specific descriptions. In other instances, well-known structures and devices are presented 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. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

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 terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features or steps. , it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

초음파는 두 매질사이의 Acoustic Impedance 특성 차이에 의하여, 그 계면에서 투과되는 정도가 상이하며, 계면에서 초음파가 투과되거나 반사되는 정도를 조절하여, 매질에서 초음파에 의해 발생하는 기계적 진동의 정도 또한 조절가능하다.The degree of transmission of ultrasonic waves at the interface is different due to the difference in acoustic impedance characteristics between the two media. Do.

하지만, 금속 혹은 세라믹 물질 등은 Acoustic Impedance 값이 매우 크기 때문에, 일반적으로 다른 물질과 형성하는 계면에서 초음파 에너지를 투과시키지 않고 대부분 반사한다. 단일 전극방식에 비해 이중 전극방식 구조를 갖는 마찰전기 발전소자가 더 큰 전기적 출력을 갖는 것으로 잘 알려져 있으나, 금속 혹은 세라믹 기반의 전극 물질들은 초음파 에너지를 반사하는 특성에 의해 이중 전극방식 구조를 갖는데 어려움이 있었다.However, since a metal or ceramic material has a very large acoustic impedance value, in general, ultrasonic energy is mostly reflected rather than transmitted at an interface formed with other materials. It is well known that a triboelectric power generator having a double electrode structure has a greater electrical output than a single electrode method, but metal or ceramic-based electrode materials have difficulty in having a double electrode structure due to the characteristics of reflecting ultrasonic energy. there was.

한편, 심장박동기, 인슐린 펌프 등을 포함하는 다양한 영역으로 응용이 확장되고 있는 인체삽입형 의료기기의 구동을 위해 배터리 교체 등 환자에게 정신적, 육체적 스트레스를 절감하는 데 유효할 것으로 고려되며, 이를 위해 체내에 다양하게 위치한 의료기기를 길고 복잡한 리드선 없이 충전가능하여야 하므로, 상대적으로 적은 초음파 에너지로도 배터리를 충전하는데 충분한 전기적 출력을 발생할 수 있어야한다.On the other hand, it is considered to be effective in reducing mental and physical stress to patients, such as battery replacement for driving implantable medical devices, which are being applied to various fields including pacemakers and insulin pumps. Since it should be possible to charge variously located medical devices without long and complicated lead wires, it should be possible to generate sufficient electrical output to charge the battery even with relatively little ultrasonic energy.

본 발명은 전도성 고분자가 코팅된 고분자 필름을 사용한 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 제안함으로써, 기존 초음파 기반 발전 수준보다 단위 면적 대비 더욱 향상된 전기적 출력을 갖는 기술을 제안한다. 이와 같은 기술적 강점 이외에도, 인체삽입형 전자기기는 환자에 부과되는 부담과 불편함을 줄이기 위해 소형화가 필수적인데, 단위 면적 대비 발전능력을 향상시킴으로 인해, 발전소자의 소형화도 가능하다는 점에서 상용화 가능성과 기술적 의미가 클 것으로 기대된다.The present invention proposes an ultrasonically driven triboelectric power generator using a polymer film coated with a conductive polymer, thereby proposing a technology having more improved electrical output per unit area than the existing ultrasonic-based power generation level. In addition to these technical strengths, miniaturization is essential for human implantable electronic devices to reduce the burden and discomfort imposed on the patient. is expected to be large.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 단면도를 도시한다.1 shows a cross-sectional view of an ultrasonically driven triboelectric generator according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자는, 기판(10); 전극층(20); 제 1 절연층(30); 전도성 고분자층(40); 및 제 2 절연층(50)을 포함한다.As shown in FIG. 1 , an ultrasonic driving triboelectric power generator according to an embodiment of the present invention includes: a substrate 10; electrode layer 20; a first insulating layer 30; conductive polymer layer 40; and a second insulating layer 50 .

기판(10)은 기판 물질이면 무엇이든 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.The substrate 10 may be any substrate material, and there is no particular limitation thereto.

전극층(20)은 기판(10) 상에 배치되며 제 1 마찰 대전층 역할을 한다. 전극층은 전극 물질로 이용될 수 있는 것이면 모두 가능하며, 생분해성 및 생체 안정성을 갖는 마그네슘(Mg) 전극이 이용되는 것이 바람직하다.The electrode layer 20 is disposed on the substrate 10 and serves as a first triboelectric charging layer. The electrode layer may be any material that can be used as an electrode material, and a magnesium (Mg) electrode having biodegradability and biostability is preferably used.

제 1 절연층(30); 전도성 고분자층(40); 및 제 2 절연층(50)은 하나의 필름 세트를 이루고 있으며, 전극층과 접촉하여 전기를 발생시키게 된다.a first insulating layer 30; conductive polymer layer 40; and the second insulating layer 50 constitutes one film set, and is in contact with the electrode layer to generate electricity.

제 1 절연층(30)은 전극층(20) 위에 이격되어 배치되며 제 2 마찰 대전층 역할을 한다. 제 1 절연층은 전극층과 마찰 대전열 상에서 대전 특성 차이가 큰 것이 이용되는 것이 바람직하며, 역시 생분해성 및 생체 안정적인 특징을 갖는 물질이 이용되는 것이 더욱 바람직하다.The first insulating layer 30 is spaced apart from the electrode layer 20 and serves as a second triboelectric charging layer. As the first insulating layer, it is preferable to use a material having a large difference in charging characteristics between the electrode layer and the frictional charging heat, and it is more preferable that a material having biodegradability and biostable characteristics is also used.

제 1 절연층 상에는 전도성 고분자층(40)이 배치된다. 본 발명에서는 이와 같이 전극이 이중 전극(전극층 / 전도성 고분자층)으로 이루어짐으로써 전기적 출력이 단일 전극에 비해 훨씬 크며, 이는 실시예에서 더욱 자세히 설명하도록 하겠다.A conductive polymer layer 40 is disposed on the first insulating layer. In the present invention, since the electrode is formed of a double electrode (electrode layer / conductive polymer layer) as described above, the electrical output is much greater than that of a single electrode, which will be described in more detail in Examples.

전도성 고분자층은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함한다. 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함한다. 전도성 고분자 기반의 복합 소재의 일 예로 PEDOT:PSS + Carbon Nanotube가 이용될 수도 있다.The conductive polymer layer includes a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material. Conductive polymers or conductive polymer-based composite materials are Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh) -V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p -phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu) ), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophenene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), or a composite material thereof. As an example of a conductive polymer-based composite material, PEDOT:PSS + Carbon Nanotube may be used.

도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전도성 고분자층의 3D 구조의 모식도를 도시하고, 도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전도성 고분자층의 단면 모습을 도시한다.2 shows a schematic diagram of a 3D structure of a conductive polymer layer according to an additional embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a cross-sectional view of the conductive polymer layer according to an additional embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3에서 보는 것처럼, 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있다. 반구 형태의 요철의 곡률은 전극층과 제 1 절연층 사이의 간격(d)을 고려하여 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 있다. 즉, 반구 형태의 요철의 곡률을 제어하여 간격(d)을 고려하여 전극층에 초음파가 집중되게 함으로써 고분자 필름층과 전극층 사이의 기계적 진동의 진폭을 커지게 하여 극대화시키고, 이에 의해 궁극적으로 마찰 및 정전기 현상에 의한 전기의 출력값을 향상시킬 수 있게 된다.As shown in FIGS. 2 and 3 , a plurality of hemispherical irregularities are disposed on the upper surface of the conductive polymer layer. The curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance d between the electrode layer and the first insulating layer. That is, by controlling the curvature of the hemispherical irregularities to focus the ultrasonic waves on the electrode layer in consideration of the gap (d), the amplitude of mechanical vibration between the polymer film layer and the electrode layer is increased and maximized, thereby ultimately causing friction and static electricity. It becomes possible to improve the output value of electricity by development.

정리하면, 도 2 및 도 3은 반구 형태의 패턴을 추가한 것으로, 광학렌즈의 원리와 마찬가지로, 위의 반구 형태의 패턴이 초음파 에너지를 집속시키는 효과를 가질 수 있고, 집속된 초음파 에너지를 이용하여 아래 금속층과 고분자 필름 사이의 기계적인 진동에 의한 진폭을 극대화시켜 출력값을 향상시키는 것이다.In summary, FIGS. 2 and 3 show a hemispherical pattern added, and similarly to the principle of an optical lens, the above hemispherical pattern can have the effect of focusing ultrasonic energy, and using the focused ultrasonic energy The output value is improved by maximizing the amplitude caused by mechanical vibration between the lower metal layer and the polymer film.

제 2 절연층(50)은 전도성 고분자층(40) 상에 배치되며 역시 생분해성 및 생체 안정적인 특징을 갖는 물질이 이용되는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 제 2 절연층(50)은 인체에 삽입되었을 때 외부 조직으로부터 본 발명의 소자를 보호하는 역할을 하게 된다.The second insulating layer 50 is disposed on the conductive polymer layer 40, and it is more preferable that a material having biodegradability and biostable characteristics is also used. The second insulating layer 50 serves to protect the device of the present invention from external tissues when inserted into the human body.

이러한 초음파 구동 마찰전기 발전소자에 초음파가 인가되었을 때 전극층과 제 1 절연층이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 마찰 전기의 발생 및 정전기의 발생에 의해 전기가 생성되게 된다. When ultrasonic waves are applied to the ultrasonic-driven triboelectric generator, the electrode layer and the first insulating layer repeatedly contact and separate from each other to generate electricity by generation of triboelectricity and static electricity.

한편, 출력을 높이기 위해 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치될 수 있다. 이와 같이 제 2 절연층 상에 반복하여 전도성 고분자층/절연층/전도성 고분자층/절연층이 하나 이상 복수개 적층되어 배치될 수 있고, 이에 의해 출력값을 향상시킬 수도 있다.On the other hand, in order to increase the output, an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; and one or more insulating layers may be stacked. In this way, one or more conductive polymer layers/insulating layers/conductive polymer layers/insulating layers may be repeatedly stacked and disposed on the second insulating layer, thereby improving the output value.

도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 단면도를 도시한다. 도 4의 실시예는 도 1의 실시예와 모두 동일하며, 차이점은 도 1에서는 기판 상의 전극층이 제 1 마찰 대전층 역할을 하였지만, 도 4의 실시예에서는 제 1 마찰 대전층(22)이 별도로 존재한다는 점이다. 4 shows a cross-sectional view of an ultrasonically driven triboelectric generator according to a further embodiment of the present invention. The embodiment of Fig. 4 is all the same as the embodiment of Fig. 1, with the difference that the electrode layer on the substrate serves as the first triboelectric layer in Fig. 1, but in the embodiment of Fig. 4, the first triboelectric charging layer 22 is separately that it exists.

따라서 도 4의 실시예에서는 제 1 마찰 대전층(22)과 제 2 마찰 대전층 역할을 하는 제 1 절연층(30)이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 마찰전기 생성 및 정전기 생성을 하여 전기를 발생시키게 된다. Therefore, in the embodiment of Fig. 4, the first triboelectric charging layer 22 and the first insulating layer 30 serving as the second triboelectric charging layer repeatedly contact and separate each other to generate triboelectric electricity and static electricity to generate electricity. will make it

전도성 고분자층(40)은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함하고, 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함한다.The conductive polymer layer 40 includes a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material, and the conductive polymer or conductive polymer-based composite material is Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p- phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN) ), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p- phenylene-terephthalamide) (PPTA) or a composite material thereof.

또한, 마찬가지로 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있을 수 있으며, 반구 형태의 요철의 곡률은 전극층과 제 1 절연층 사이의 간격을 고려하여 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 진동의 진폭이 커져서 발생되는 전기의 출력값이 향상된다.In addition, similarly, a plurality of hemispherical irregularities may be disposed on the upper surface of the conductive polymer layer, and the curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance between the electrode layer and the first insulating layer, so that the amplitude of vibration This increases and the output value of the generated electricity is improved.

마찬가지로, 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치될 수 있고, 이러한 적층에 의해 전기적 출력값이 커질 수 있다.Similarly, an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; And one or more insulating layers may be stacked and disposed, and an electrical output value may be increased by such stacking.

지금까지 본 발명에 대해 설명하였으며, 이하에서는 구체적인 실시예와 함께 추가적으로 설명하도록 하겠다.The present invention has been described so far, and will be further described together with specific examples below.

실시예에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자를 제작하고, 대조군으로는 단일 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자를 제작하였으며, 이들 간의 출력값의 차이를 비교하였다.In the embodiment, a triboelectric generator element having a double electrode structure according to an embodiment of the present invention was manufactured, and as a control group a triboelectric generator element having a single electrode structure was manufactured, and the difference in output values between them was compared.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 모습을 도시한다. 전도성 고분자 PEDOT:PSS가 코팅된 고분자 필름 기반 이중 전극방식의 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 제작하였다. 5 is a view showing a triboelectric power generating element having a double electrode structure according to an embodiment of the present invention. Conductive polymer PEDOT:PSS-coated polymer film-based double-electrode ultrasonic-driven triboelectric power generator was fabricated.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 초음파 인가시의 발전 능력을 나타내는 그래프이다. 아래에서 설명하는 대조군과 동일한 크기인 3cm × 3cm를 가지며, 동일한 20 kHz의 주파수와 1 W/cm2를 특징으로 하는 초음파를 인가하였을 때 전압과 전류가 각각 1.86 V, 333 uA (RMS값)로 측정되었다. 이는 대조군보다 RMS값 기준으로 각각 약 5.7배, 67배 향상되었음을 확인하였다.6 is a graph showing the power generation ability of a triboelectric power generator having a dual electrode structure when ultrasonic waves are applied according to an embodiment of the present invention. It has the same size of 3cm × 3cm as the control described below, and when ultrasonic waves featuring the same frequency of 20 kHz and 1 W/cm 2 are applied, the voltage and current are 1.86 V and 333 uA (RMS value), respectively. was measured. It was confirmed that the RMS value was improved by about 5.7 times and 67 times, respectively, compared to the control group.

도 7은 대조군으로 단일 전극 구조를 갖는 마찰전기 발전소자의 모습을 도시한다. 대조군으로 설정한, 전도성 고분자인 PEDOT:PSS가 코팅되지 않은 고분자 필름만으로 제작한 단일 전극방식 기반 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 나타낸다. 7 shows a triboelectric generator having a single electrode structure as a control. A single-electrode method-based ultrasonic-driven triboelectric generator produced only with a polymer film not coated with PEDOT:PSS, a conductive polymer set as a control group, is shown.

도 8은 단일 전극방식 기반 초음파 구동 마찰전기 발전소자의 초음파 인가시의 발전 능력을 나타내는 그래프이다. 3cm × 3cm의 크기를 갖는 단일 전극방식 기반 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 20 kHz의 주파수를 갖는 초음파를 1 W/cm2의 세기로 인가하였을 때, 발전하는 전압과 전류를 측정한 데이터이다. RMS값 기준으로, 각각 325 mV, 4.98 uA를 발전하는 것으로 확인하였다.8 is a graph showing the power generation ability of a single-electrode method-based ultrasonic driven triboelectric power generator when ultrasonic waves are applied. This is data obtained by measuring the voltage and current generated when ultrasonic waves having a frequency of 20 kHz are applied at an intensity of 1 W/cm 2 to a single-electrode-based ultrasonic-driven triboelectric generator having a size of 3 cm × 3 cm. Based on the RMS value, it was confirmed that 325 mV and 4.98 uA were generated, respectively.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that you can.

Claims (13)

기판;
기판 상에 배치되며 제 1 마찰 대전층 역할을 하는 전극층;
상기 전극층 위에 이격되어 배치되며 제 2 마찰 대전층 역할을 하는 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 상에 배치된 전도성 고분자층; 및
상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층을 포함하고,
초음파가 인가되었을 때 상기 전극층과 상기 제 1 절연층이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 전기를 발생시키는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
Board;
an electrode layer disposed on the substrate and serving as a first triboelectric charging layer;
a first insulating layer spaced apart from the electrode layer and serving as a second triboelectric charging layer;
a conductive polymer layer disposed on the first insulating layer; and
a second insulating layer disposed on the conductive polymer layer;
When ultrasonic waves are applied, the electrode layer and the first insulating layer repeatedly contact and separate to generate electricity,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함하는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
The method of claim 1,
The conductive polymer layer comprises a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 2 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함하는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
3. The method of claim 2,
The conductive polymer or the conductive polymer-based composite material is Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene ( PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly( p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran ( PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) or a composite material thereof,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
The method of claim 1,
A plurality of hemispherical irregularities are disposed on the upper surface of the conductive polymer layer,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 4 항에 있어서,
상기 반구 형태의 요철의 곡률은 상기 전극층과 상기 제 1 절연층 사이의 간격을 고려하여 상기 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 진동의 진폭이 커져서 발생되는 전기의 출력값이 향상되는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
5. The method of claim 4,
The curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance between the electrode layer and the first insulating layer, so that the amplitude of vibration is increased, so that the output value of electricity generated is improved,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치되는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
The method of claim 1,
an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; And one or more insulating layers are stacked,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 기판;
기판 상에 배치된 전극층;
상기 전극층 상에 배치된 제 1 마찰 대전층;
상기 제 1 마찰 대전층 위에 이격되어 배치되며 제 2 마찰 대전층 역할을 하는 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 상에 배치된 전도성 고분자층; 및
상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층을 포함하고,
초음파가 인가되었을 때 상기 제 1 마찰 대전층과 상기 제 1 절연층이 서로 접촉 및 분리를 반복하여 전기를 발생시키는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
Board;
an electrode layer disposed on the substrate;
a first triboelectric charging layer disposed on the electrode layer;
a first insulating layer spaced apart from the first triboelectric charging layer and serving as a second triboelectric charging layer;
a conductive polymer layer disposed on the first insulating layer; and
a second insulating layer disposed on the conductive polymer layer;
When ultrasonic waves are applied, the first triboelectric charging layer and the first insulating layer repeatedly contact and separate to generate electricity,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 7 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재를 포함하는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
8. The method of claim 7,
The conductive polymer layer comprises a conductive polymer or a conductive polymer-based composite material,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 8 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 또는 전도성 고분자 기반의 복합 소재는 Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene (PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly(p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran (PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) 또는 이들의 복합 소재를 포함하는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
9. The method of claim 8,
The conductive polymer or the conductive polymer-based composite material is Polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI), Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), Polythiophene (PTh), Polythiophene-vinylene ( PTh-V), Poly(2,5-thienylenevinylene) (PTV), Poly(3-alkylthiophene) (PAT), Poly(p-phenylene) (PPP), Poly-p-phenylene-sulphide (PPS), Poly( p-phenylenevinylene) (PPV), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA), Polyacetylene (PAc), Poly(isothianaphthene) (PITN), Poly(α-naphthylamine) (PNA), Polyazulene (PAZ), Polyfuran ( PFu), Polyisoprene (PIP), Polybutadiene (PBD), Poly(3-octylthiophnene-3-methylthiophene) (POTMT), Poly(p-phenylene-terephthalamide) (PPTA) or a composite material thereof,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 7 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층의 상면에 반구 형태의 요철이 복수개 배치되어 있는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
8. The method of claim 7,
A plurality of hemispherical irregularities are disposed on the upper surface of the conductive polymer layer,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 10 항에 있어서,
상기 반구 형태의 요철의 곡률은 상기 전극층과 상기 제 1 절연층 사이의 간격을 고려하여 상기 전극층에 초음파가 집중되도록 이루어져 진동의 진폭이 커져서 발생되는 전기의 출력값이 향상되는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
11. The method of claim 10,
The curvature of the hemispherical irregularities is made so that ultrasonic waves are concentrated on the electrode layer in consideration of the distance between the electrode layer and the first insulating layer, so that the amplitude of vibration is increased, so that the output value of electricity generated is improved,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 11 항에 있어서,
상기 전도성 고분자층 상에 배치된 제 2 절연층 상에 추가적으로 전도성 고분자층; 및 절연층이 하나 이상 적층되어 배치되는,
초음파 구동 마찰전기 발전소자.
12. The method of claim 11,
an additional conductive polymer layer on the second insulating layer disposed on the conductive polymer layer; And one or more insulating layers are stacked,
Ultrasonic driven triboelectric generator.
 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 초음파 구동 마찰전기 발전소자를 포함한, 인체 삽입형 의료기기.13. A human body implantable medical device comprising the ultrasonically driven triboelectric generator according to any one of claims 1 to 12.
KR1020200137177A 2020-10-22 2020-10-22 Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave KR102483900B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200137177A KR102483900B1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200137177A KR102483900B1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220053116A true KR20220053116A (en) 2022-04-29
KR102483900B1 KR102483900B1 (en) 2022-12-30

Family

ID=81428860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200137177A KR102483900B1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102483900B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190324347A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Duke University Acoustic imaging systems having sound forming lenses and sound amplitude detectors and associated methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190324347A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Duke University Acoustic imaging systems having sound forming lenses and sound amplitude detectors and associated methods

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Wrinkled PEDOT:PSS Film Based Stretchable and Transparent Triboelectric Nanogenerator for Wearable Energy Harvesters and Active Motion Sensors, Zhen Wen 외11, Adv. Funct. Mater. 2018 (2018.07.27. 공개)* *
Transcutaneous ultrasound energy harvesting using capacitive triboelectric technology, Ronan Hinchet 외6, Science 365 (2019.08.02. 공개)* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102483900B1 (en) 2022-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Materials strategies and device architectures of emerging power supply devices for implantable bioelectronics
CN112135659B (en) Stimulation device and stimulation method using same
Zheng et al. In vivo self-powered wireless cardiac monitoring via implantable triboelectric nanogenerator
Jin et al. A flexible, stretchable system for simultaneous acoustic energy transfer and communication
Hinchet et al. Wearable and implantable mechanical energy harvesters for self-powered biomedical systems
JP6557414B2 (en) Medical probe for ultrasound imaging
CN107580474B (en) Deformable ultrasound array and system
La et al. Flexible and wearable ultrasound device for medical applications: A review on materials, structural designs, and current challenges
CA2908421C (en) Materials, systems, devices, and methods for endoluminal electropolymeric paving and sealing
JP2019527469A (en) Shape deformation device
JP6412507B2 (en) Implantable temporary neurostimulation device
Yang et al. Functional hydrogel interface materials for advanced bioelectronic devices
Li et al. Materials perspectives for self-powered cardiac implantable electronic devices toward clinical translation
Wu et al. On the understanding of dielectric elastomer and its application for all-soft artificial heart
Ying et al. An ionic hydrogel-based antifreezing triboelectric nanogenerator
US20160114193A1 (en) Multilayer ultrasound transducers for high-power transmission
Khan et al. Piezoelectric and triboelectric nanogenerators: promising technologies for self-powered implantable biomedical devices
WO2017170928A1 (en) Composite material
KR102483900B1 (en) Multi electrode triboelectric generator using ultrasonic wave
Lee et al. Methods for powering bioelectronic microdevices
KR101493374B1 (en) Broadband functional ultrasonic patch
CN109314180A (en) Electroactive polymer actuator
CN109314128B (en) Electroactive polymer actuator device and driving method
KR102370774B1 (en) Method of inhibiting proliferation of tumor cell using triboelectric energy generator using ultrasonic wave
Kaur et al. Recent progress on energy harvesters for biomedical applications

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant