KR20220148434A

KR20220148434A - Triboelectric enegy havester and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR20220148434A
Application number: KR1020210055438A
Authority: KR
Inventors: 김대원; 김인겸
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-07
Also published as: KR102548452B1

Abstract

A triboelectric energy harvester and a manufacturing method thereof are disclosed. According to an embodiment, the triboelectric energy harvester comprises: a first surface structure including a first substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a dielectric layer formed on an upper surface of the first electrode layer; and a second surface structure including a second substrate and a second electrode layer formed on a lower surface of the second substrate and prepared to face the dielectric layer, wherein the second surface structure is prepared to be separated from the first surface structure with a preset air gap. The first surface structure further includes an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer.

Description

TRIBOELECTRIC ENEGY HAVESTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명의 실시예는 마찰 대전 에너지 수확기와 관련된다.Embodiments of the present invention relate to triboelectric energy harvesters.

최근 전 세계적으로 에너지 사용량이 급속하게 증가하면서 친환경 에너지 수확 기술이 각광 받고 있다. 그 중 마찰 대전 에너지 수확 기술은 마찰 대전 현상을 이용하여 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술로, 제작이 간단하고 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있다. Recently, as energy consumption is rapidly increasing around the world, eco-friendly energy harvesting technology is in the spotlight. Among them, the triboelectric energy harvesting technology is a technology that converts kinetic energy into electrical energy using a triboelectric charging phenomenon, and has the advantage of being simple to manufacture and capable of producing a large amount of energy.

마찰 대전 에너지 수확 기술은 상호 마주보는 두 개의 표면 구조체 간의 반복적인 접촉 및 분리 과정을 통해 정전기 유도 현상이 발생하여 교류 전류를 발생시키는 것으로, 접촉 및 분리 과정이 반복되어 표면 구조체가 손상되기 쉽다. 표면 구조체가 손상되는 경우 접촉 면적의 감소로 인하여 전기적 출력이 감소하는 문제가 있다. The triboelectric energy harvesting technology generates an alternating current by generating an electrostatic induction phenomenon through repeated contact and separation processes between two surface structures facing each other, and the contact and separation processes are repeated to easily damage the surface structures. When the surface structure is damaged, there is a problem in that the electrical output is reduced due to a decrease in the contact area.

한국등록특허공보 제10-2071260호(2020.01.30)Korean Patent Publication No. 10-2071260 (2020.01.30)

본 발명의 실시예는 전기적 출력을 향상시키고 표면 구조체의 손상을 줄일 수 있는 마찰 대전 에너지 수확기 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An embodiment of the present invention is to provide a triboelectric energy harvester capable of improving electrical output and reducing damage to a surface structure, and a method for manufacturing the same.

개시되는 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기는, 제1 기판, 상기 제1 기판의 상면에 형성되는 제1 전극층, 및 상기 제1 전극층의 상면에 형성되는 유전체층을 포함하는 제1 표면 구조체; 및 제2 기판 및 상기 제2 기판의 하면에 형성되고 상기 유전체층과 대향하여 마련되는 제2 전극층을 포함하며, 상기 제1 표면 구조체와 기 설정된 에어 갭을 두고 이격하여 마련되는 제2 표면 구조체를 포함하고, 상기 제1 표면 구조체는, 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 형성되는 추가 에어갭을 더 포함한다.A triboelectric energy harvester according to an embodiment disclosed includes a first surface structure including a first substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a dielectric layer formed on an upper surface of the first electrode layer; and a second substrate and a second electrode layer formed on a lower surface of the second substrate and provided to face the dielectric layer, and a second surface structure provided to be spaced apart from the first surface structure by a predetermined air gap. and, the first surface structure further includes an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer.

상기 추가 에어갭에 의한 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 간의 간격은, 상기 에어 갭에 의한 상기 제2 전극층과 상기 유전체층 간의 간격 보다 작게 형성될 수 있다.A distance between the first electrode layer and the dielectric layer by the additional air gap may be smaller than a gap between the second electrode layer and the dielectric layer by the air gap.

상기 제1 기판의 상면에는 표면 거칠기가 형성되고, 상기 제1 전극층은 상기 제1 기판의 상면에 증착되어 상기 제1 기판의 표면 거칠기에 대응하는 표면 거칠기를 가지며, 상기 추가 에어갭은, 상기 제1 전극층의 표면 거칠기에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 형성될 수 있다.A surface roughness is formed on the upper surface of the first substrate, the first electrode layer is deposited on the upper surface of the first substrate and has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the first substrate, and the additional air gap is It may be formed between the first electrode layer and the dielectric layer by the surface roughness of the first electrode layer.

상기 유전체층은, 액상 폴리머를 상기 제1 전극층의 상면에 코팅하여 형성될 수 있다.The dielectric layer may be formed by coating a liquid polymer on the upper surface of the first electrode layer.

상기 제1 기판은, 사포를 이용하여 표면 거칠기를 형성한 고분자층을 포함할 수 있다.The first substrate may include a polymer layer in which surface roughness is formed using sandpaper.

상기 마찰 대전 에너지 수확기는, 상기 에어 갭을 사이에 두고 마주하는 상기 유전체층과 상기 제2 전극층 간의 접촉 및 분리에 의해 기본 출력이 발생하고, 상기 추가 에어갭을 사이에 두고 마주하는 상기 유전체층과 상기 제1 전극층 간의 접촉 및 분리에 의해 추가 출력이 발생할 수 있다.In the triboelectric energy harvester, a basic output is generated by contact and separation between the dielectric layer and the second electrode layer facing each other with the air gap interposed therebetween, and the dielectric layer and the second electrode layer facing each other with the additional air gap interposed therebetween. Additional output may be generated by contact and separation between the electrode layers.

상기 제2 전극층은, 상기 유전체층을 향하는 표면에 표면 거칠기가 형성될 수 있다.A surface roughness of the second electrode layer may be formed on a surface facing the dielectric layer.

상기 제2 기판의 하면에는 표면 거칠기가 형성되고, 상기 제2 전극층은 상기 제2 기판의 하면에 증착되어 상기 제2 기판의 표면 거칠기에 대응하는 표면 거칠기를 가질 수 있다.A surface roughness may be formed on the lower surface of the second substrate, and the second electrode layer may be deposited on the lower surface of the second substrate to have a surface roughness corresponding to the surface roughness of the second substrate.

상기 제2 기판은, 사포를 이용하여 표면 거칠기를 형성한 고분자층을 포함하고 상기 제2 전극층은, 상기 고분자층의 표면에 증착되어 형성될 수 있다.The second substrate may include a polymer layer on which a surface roughness is formed using sandpaper, and the second electrode layer may be formed by depositing on the surface of the polymer layer.

개시되는 다른 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기는, 제1 전극층 및 유전체층을 포함하는 제1 표면 구조체; 상기 유전체층과 대향하여 마련되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 표면 구조체의 상부에서 상기 제1 표면 구조체와 기 설정된 에어 갭을 두고 마주보며 마련되는 제2 표면 구조체; 및 상기 제1 표면 구조체 및 상기 제2 표면 구조체 사이에 마련되고, 외압에 의해 상기 제1 표면 구조체와 상기 제2 표면 구조체가 접촉하는 경우 상기 제1 표면 구조체와 상기 제2 표면 구조체가 분리되도록 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하며, 상기 제1 표면 구조체는, 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 형성되는 추가 에어갭을 더 포함한다.A triboelectric energy harvester according to another disclosed embodiment includes: a first surface structure including a first electrode layer and a dielectric layer; a second surface structure including a second electrode layer provided to face the dielectric layer and facing the first surface structure with a preset air gap on top of the first surface structure; and an elastic force provided between the first surface structure and the second surface structure, so that the first surface structure and the second surface structure are separated when the first surface structure and the second surface structure are in contact by an external pressure. and an elastic member providing a, wherein the first surface structure further includes an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer.

개시되는 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 제조 방법은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 상면에 형성된 제1 전극층, 및 상기 제1 전극층의 상면에 형성된 유전체층을 포함하는 제1 표면 구조체를 형성하는 단계; 제2 기판 및 상기 제2 기판의 상면에 형성된 제2 전극층을 포함하는 제2 표면 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 표면 구조체의 상부에 상기 제2 전극층이 상기 유전체층과 대향하도록 하고, 상기 제1 표면 구조체와 기 설정된 에어 갭을 두고 이격하여 상기 제2 표면 구조체를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 제1 표면 구조체를 형성하는 단계는, 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 추가 에어갭을 형성하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a triboelectric energy harvester according to an embodiment disclosed is a first surface structure comprising a first substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a dielectric layer formed on an upper surface of the first electrode layer forming; forming a second surface structure including a second substrate and a second electrode layer formed on an upper surface of the second substrate; and disposing the second surface structure so that the second electrode layer faces the dielectric layer on an upper portion of the first surface structure and spaced apart from the first surface structure by a preset air gap, Forming the first surface structure includes forming an additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer.

상기 제1 표면 구조체를 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 상면에 표면 거칠기를 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 상면에 상기 제1 전극층을 증착하여 상기 제1 전극층이 상기 제1 기판의 표면 거칠기에 대응하는 표면 거칠기를 갖도록 하는 단계; 및 상기 제1 전극층의 상부에 상기 유전체층을 형성하여 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 상기 추가 에어갭을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the first surface structure may include: forming a surface roughness on the upper surface of the first substrate; depositing the first electrode layer on the upper surface of the first substrate so that the first electrode layer has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the first substrate; and forming the dielectric layer on the first electrode layer to form the additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer.

상기 제2 표면 구조체를 형성하는 단계는, 상기 제2 전극층의 상기 유전체층을 향하는 표면에 표면 거칠기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second surface structure may include forming a surface roughness on a surface of the second electrode layer facing the dielectric layer.

상기 제2 표면 구조체를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판의 상면에 표면 거칠기를 형성하는 단계; 및 상기 제2 기판의 상면에 상기 제2 전극층을 증착하여 상기 제2 전극층이 상기 제2 기판의 표면 거칠기에 대응하는 표면 거칠기를 갖도록 하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second surface structure may include: forming a surface roughness on the upper surface of the second substrate; and depositing the second electrode layer on the upper surface of the second substrate so that the second electrode layer has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the second substrate.

상기 제2 기판은, 사포를 이용하여 표면 거칠기를 형성한 고분자층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 고분자층의 표면에 증착되어 형성될 수 있다.The second substrate may include a polymer layer on which a surface roughness is formed using sandpaper, and the second electrode layer may be formed by depositing on the surface of the polymer layer.

개시되는 다른 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 제조 방법은, 제1 전극층 및 유전체층을 포함하는 제1 표면 구조체를 마련하는 단계; 상기 유전체층과 대향하여 마련된 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 표면 구조체의 상부에서 상기 제1 표면 구조체와 기 설정된 에어 갭을 두고 마주보며 제2 표면 구조체를 마련하는 단계; 및 외압에 의해 상기 제1 표면 구조체와 상기 제2 표면 구조체가 접촉하는 경우 상기 제1 표면 구조체와 상기 제2 표면 구조체가 분리되도록 상기 제1 표면 구조체 및 상기 제2 표면 구조체 사이에 탄성 부재를 마련하는 단계를 포함하고, 상기 제1 표면 구조체를 마련하는 단계는, 상기 제1 전극층과 상기 유전체층 사이에 추가 에어갭을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a triboelectric energy harvester according to another disclosed embodiment includes: providing a first surface structure including a first electrode layer and a dielectric layer; providing a second surface structure, including a second electrode layer provided to face the dielectric layer, and facing the first surface structure with a preset air gap on top of the first surface structure; and providing an elastic member between the first surface structure and the second surface structure so that the first surface structure and the second surface structure are separated when the first surface structure and the second surface structure are in contact by external pressure and providing the first surface structure includes forming an additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer.

개시되는 실시예에 의하면, 제1 표면 구조체에서 제1 전극층과 유전체층 사이에 추가 에어갭을 형성함으로써, 제1 표면 구조체와 제2 표면 구조체 간 반복적인 접촉 및 분리에 의한 기본 출력 이외에 제1 전극층과 유전체층 간 반복적인 접촉 및 분리에 의한 추가 출력을 발생시킬 수 있으며, 그로 인해 마찰 대전 에너지 수확기의 전기적 출력을 향상시킬 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, by forming an additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer in the first surface structure, in addition to the basic output by repeated contact and separation between the first surface structure and the second surface structure, the first electrode layer and the Additional output can be generated by repeated contact and separation between dielectric layers, thereby improving the electrical output of the triboelectric energy harvester.

또한, 제1 표면 구조체에서 제1 전극층과 유전체층 사이에 형성된 추가 에어갭이 일종의 완충 구조의 역할을 함으로써, 제1 표면 구조체와 제2 표면 구조체 간 반복적인 접촉 및 분리 시 발생하는 충격을 줄여 마찰 대전 에너지 수확기의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, in the first surface structure, an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer serves as a kind of buffer structure, thereby reducing the impact generated during repeated contact and separation between the first surface structure and the second surface structure to reduce frictional charging. It is possible to improve the durability of the energy harvester.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기에서 제1 표면 구조체와 제2 표면 구조체 간의 접촉 및 분리 동작을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 제조 방법을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기 및 이와 비교하기 위한 제1 비교예 및 제2 비교예의 구조를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기와 제1 비교예 및 제2 비교예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 전압, 전류, 및 전하량을 비교한 그래프1 is a view showing a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a view showing contact and separation operations between a first surface structure and a second surface structure in a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a view showing a method of manufacturing a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a triboelectric energy harvester according to another embodiment of the present invention
5 is a view showing the structures of the first and second comparative examples for comparison with the triboelectric energy harvester according to the first and second embodiments of the present invention;
6 is a graph comparing the voltage, current, and electric charge of the triboelectric energy harvester according to the first and second embodiments of the present invention and the triboelectric energy harvester according to the first and second comparative examples;

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and/or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification. The terminology used in the detailed description is for the purpose of describing embodiments of the present invention only, and should in no way be limiting. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular include the meaning of the plural. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, acts, elements, some or a combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, acts, elements, or any part or combination thereof.

한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.On the other hand, directional terms such as upper side, lower side, one side, the other side, etc. are used in connection with the orientation of the disclosed drawings. Since components of embodiments of the present invention can be positioned in various orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and not limitation.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Also, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 마찰 대전 에너지 수확기(100)는 제1 표면 구조체(102), 제2 표면 구조체(104), 및 탄성 부재(106)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the triboelectric energy harvester 100 includes a first surface structure 102 , a second surface structure 104 , and an elastic member 106 .

제1 표면 구조체(102)는 제1 지지 부재(111), 제1 기판(113), 제1 전극층(115), 및 유전체층(117)을 포함할 수 있다. The first surface structure 102 may include a first support member 111 , a first substrate 113 , a first electrode layer 115 , and a dielectric layer 117 .

제1 지지 부재(111)는 제1 표면 구조체(102)를 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1 지지 부재(111)는 판 상의 단단한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 부재(111)는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.The first support member 111 serves to support the first surface structure 102 . To this end, the first support member 111 may be made of a hard material on a plate. For example, the first support member 111 may be made of plastic.

제1 기판(113)은 제1 지지 부재(111)의 상부에 마련된다. 제1 기판(113)의 하면은 접착층(미도시)을 통해 제1 지지 부재(111)의 상부에 접착될 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(113)은 폴리이미드 박막 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 박막 등이 사용될 수 있으나, 그 재질이 이에 한정되는 것은 아니다. The first substrate 113 is provided on the first support member 111 . The lower surface of the first substrate 113 may be adhered to the upper portion of the first support member 111 through an adhesive layer (not shown). For example, the first substrate 113 may be a polyimide thin film or a polytetrafluoroethylene thin film, but the material is not limited thereto.

예시적인 실시예에서, 제1 기판(113)의 상면은 표면 개질을 통해 표면 거칠기가 형성될 수 있다. 즉, 제1 기판(113)의 상면은 매끈한 표면이 아니라 표면 개질을 통해 표면 거칠기가 형성된 표면일 수 있다. 제1 기판(113)의 상면은 표면 거칠기에 의해 요철이 형성된 상태일 수 있다. 예를 들어, 미세 요철의 홈의 깊이는 수 ~ 수십 ㎛가 될 수 있다. In an exemplary embodiment, the upper surface of the first substrate 113 may have a surface roughness formed through surface modification. That is, the upper surface of the first substrate 113 may not be a smooth surface, but a surface having a surface roughness formed through surface modification. The upper surface of the first substrate 113 may be in a state in which unevenness is formed by surface roughness. For example, the depth of the groove of the fine concavo-convex may be several to several tens of μm.

예를 들어, 제1 기판(113)의 상면은 거칠기를 갖는 사포를 통해 표면 개질을 하여 표면 거칠기가 형성될 수 있으나, 표면 거칠기를 형성하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외에 물리적 또는 화학적 식각 공정 등을 통해 형성할 수도 있다. For example, the upper surface of the first substrate 113 may be surface-modified through rough sandpaper to form a surface roughness, but the method of forming the surface roughness is not limited thereto, and in addition, physical or chemical etching It may be formed through a process or the like.

여기서는, 제1 기판(113)의 상면에 표면 개질을 통해 표면 거칠기를 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 표면 거칠기를 갖는 부재를 제1 기판(113)으로 사용할 수도 있다. 표면 거칠기를 갖는 부재는 사포일 수 있다. 즉, 사포 자체를 제1 기판(113)으로 사용할 수 있다. Here, although it has been described that the surface roughness is formed on the upper surface of the first substrate 113 through surface modification, the present invention is not limited thereto, and a member having a surface roughness may be used as the first substrate 113 . The member having the surface roughness may be sandpaper. That is, sandpaper itself may be used as the first substrate 113 .

제1 전극층(115)은 제1 기판(113)의 상부에 형성된다. 제1 전극층(115)은 제1 기판(113)의 상면에 증착될 수 있다. 이때, 증착 방식으로는 기 공지된 물리적 증착 또는 화학적 증착 방식을 사용할 수 있다. 제1 전극층(115)은 전도성의 금속(예를 들어, Al, Cu, Ag, Pt, Zn 등) 또는 금속 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(115)은 100 ~ 300nm의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first electrode layer 115 is formed on the first substrate 113 . The first electrode layer 115 may be deposited on the upper surface of the first substrate 113 . In this case, as the deposition method, a known physical vapor deposition or chemical vapor deposition method may be used. The first electrode layer 115 may be formed of a conductive metal (eg, Al, Cu, Ag, Pt, Zn, etc.) or a metal oxide. For example, the first electrode layer 115 may be formed to a thickness of 100 to 300 nm, but is not limited thereto.

제1 전극층(115)은 표면 거칠기를 갖는 제1 기판(113)의 상면에 일정 두께로 증착되기 때문에, 제1 전극층(115)의 표면도 제1 기판(113)과 대응되는 표면 거칠기를 가지게 된다. Since the first electrode layer 115 is deposited to a predetermined thickness on the upper surface of the first substrate 113 having a surface roughness, the surface of the first electrode layer 115 also has a surface roughness corresponding to that of the first substrate 113 . .

유전체층(117)은 제1 전극층(115)의 상부에 형성된다. 유전체층(117)은 비전도성 폴리머로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유전체층(117)은 PDMS(poly dimethylsiloxane), PVDF(polyvinylidene fluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene) 등의 폴리머로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체층(117)은 100 ~ 500㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The dielectric layer 117 is formed on the first electrode layer 115 . The dielectric layer 117 may be made of a non-conductive polymer. For example, the dielectric layer 117 may be made of a polymer such as poly dimethylsiloxane (PDMS), polyvinylidene fluoride (PVDF), or polytetrafluoroethylene (PTFE), but is not limited thereto. The dielectric layer 117 may be formed to a thickness of 100 to 500 μm, but is not limited thereto.

유전체층(117)은 제1 전극층(115)의 상부에 코팅(coating)되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체층(117)은 제1 전극층(115)의 상부에 스핀 코팅되어 형성될 수 있다. 즉, 유전체층(117)은 비전도성의 액상 폴리머를 제1 전극층(115)의 상부에 스핀 코팅하여 형성될 수 있다. 이때, 유전체층(117)의 표면 에너지(즉, 액상 폴리머 분자들이 서로를 끌어당기는 힘)에 의해 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성되게 된다.The dielectric layer 117 may be formed by coating on the first electrode layer 115 . For example, the dielectric layer 117 may be formed by spin coating on the first electrode layer 115 . That is, the dielectric layer 117 may be formed by spin-coating a non-conductive liquid polymer on the first electrode layer 115 . At this time, an additional air gap 119 is formed between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 by the surface energy of the dielectric layer 117 (ie, the force that attracts liquid polymer molecules to each other).

즉, 제1 전극층(115)의 표면에 표면 거칠기가 형성된 상태에서, 제1 전극층(115)의 표면에 액상 폴리머를 코팅하여 유전체층(117)을 형성하면, 표면 에너지에 의해 액상 폴리머 분자들이 서로 끌어당기게 되므로, 제1 전극층(115)의 표면에 형성된 홈들과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성되게 된다.That is, when the dielectric layer 117 is formed by coating the liquid polymer on the surface of the first electrode layer 115 in a state where the surface roughness is formed on the surface of the first electrode layer 115 , the liquid polymer molecules are attracted to each other by the surface energy. Due to the pulling, an additional air gap 119 is formed between the grooves formed on the surface of the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 .

이와 같이 개시되는 실시예에서는, 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104) 간에는 에어 갭(130)이 형성되고, 제1 표면 구조체(102) 내에서 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성된다. 추가 에어갭(119)에 의한 간격은 에어 갭(130) 보다 작은 간격일 수 있다. In the embodiment disclosed as such, an air gap 130 is formed between the first surface structure 102 and the second surface structure 104 , and the first electrode layer 115 and the dielectric layer within the first surface structure 102 . Between 117 an additional air gap 119 is formed. The spacing by the additional air gap 119 may be smaller than the spacing by the air gap 130 .

한편, 수직 방향의 외압에 의해 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104) 간의 접촉 및 분리가 일어나게 될 때, 추가 에어갭(119)에 의해 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 간에도 추가적인 접촉 및 분리가 일어나게 되며, 그로 인해 추가적인 출력을 얻어 마찰 대전 에너지 수확기(100)의 출력을 향상시킬 수 있게 된다. On the other hand, when contact and separation between the first surface structure 102 and the second surface structure 104 occurs by external pressure in the vertical direction, the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 by the additional air gap 119 . ), additional contact and separation occur between them, thereby obtaining an additional output to improve the output of the triboelectric energy harvester 100 .

또한, 추가 에어갭(119)이 일종의 완충 작용을 함으로써, 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104) 간의 접촉 및 분리가 일어날 때 발생하는 충격을 최소화하여 마찰 대전 에너지 수확기(100)의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the additional air gap 119 acts as a kind of buffering action, thereby minimizing the impact generated when the contact and separation between the first surface structure 102 and the second surface structure 104 occurs, thereby reducing the frictional charging energy harvester 100 . can improve the durability of

제2 표면 구조체(104)는 제1 표면 구조체(102)의 상부에 마련된다. 제2 표면 구조체(104)는 제1 표면 구조체(102)의 상부에서 제1 표면 구조체(102)와 마주보며 마련된다. 제2 표면 구조체(104)는 제1 표면 구조체(102)의 상부에서 제1 표면 구조체(102)와 일정 간격 이격되어 마련된다. 제2 표면 구조체(104)는 제2 지지 부재(121), 제2 기판(123), 및 제2 전극층(125)을 포함할 수 있다. The second surface structure 104 is provided on top of the first surface structure 102 . The second surface structure 104 is provided on top of the first surface structure 102 to face the first surface structure 102 . The second surface structure 104 is provided at an upper portion of the first surface structure 102 and spaced apart from the first surface structure 102 by a predetermined interval. The second surface structure 104 may include a second support member 121 , a second substrate 123 , and a second electrode layer 125 .

제2 지지 부재(121)는 제2 표면 구조체(104)를 지지하는 역할을 한다. 제2 지지 부재(121)는 제1 지지 부재(111)와 동일한 재질 및 두께로 마련될 수 있다. The second support member 121 serves to support the second surface structure 104 . The second support member 121 may be provided with the same material and thickness as the first support member 111 .

제2 기판(123)은 제2 지지 부재(121)의 하부에 마련된다. 제2 기판(123)의 상면은 접착층(미도시)을 통해 제2 지지 부재(121)의 하부에 접착될 수 있다. 제2 기판(123)은 제1 기판(113)과 동일한 재질 및 두께로 마련될 수 있다. The second substrate 123 is provided under the second support member 121 . The upper surface of the second substrate 123 may be adhered to the lower portion of the second support member 121 through an adhesive layer (not shown). The second substrate 123 may be formed of the same material and thickness as the first substrate 113 .

제2 전극층(125)은 제2 기판(123)의 하부에 형성된다. 제2 전극층(125)은 제2 기판(123)의 하면에 증착될 수 있다. 제2 전극층(125)은 유전체층(117)과 대향하여 마련될 수 있다. 제2 전극층(125)과 유전체층(117) 사이에는 일정한 간격의 에어 갭(130)이 마련될 수 있다. The second electrode layer 125 is formed under the second substrate 123 . The second electrode layer 125 may be deposited on the lower surface of the second substrate 123 . The second electrode layer 125 may be provided to face the dielectric layer 117 . Air gaps 130 at regular intervals may be provided between the second electrode layer 125 and the dielectric layer 117 .

탄성 부재(106)는 제1 지지 부재(111)와 제2 지지 부재(121) 사이에 마련된다. 탄성 부재(106)는 제1 지지 부재(111)와 제2 지지 부재(121)의 각 모서리에서 제1 지지 부재(111)와 제2 지지 부재(121) 사이에 마련될 수 있다. 탄성 부재(106)는 압축 코일 스프링으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 탄성 부재(106)는 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104) 간의 접촉 및 분리 동작이 이루어지도록 할 수 있다. 탄성 부재(106)는 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104)가 일정 간격의 에어 갭(130)을 두고 대향하도록 하는 역할을 할 수 있다. The elastic member 106 is provided between the first support member 111 and the second support member 121 . The elastic member 106 may be provided between the first support member 111 and the second support member 121 at each corner of the first support member 111 and the second support member 121 . The elastic member 106 may be formed of a compression coil spring, but is not limited thereto. The elastic member 106 may enable contact and separation operations between the first surface structure 102 and the second surface structure 104 . The elastic member 106 may serve to allow the first surface structure 102 and the second surface structure 104 to face each other with an air gap 130 spaced apart from each other.

한편, 마찰 대전 에너지 수확기(100)는 탄성 부재 지지부(108)를 더 포함할 수 있다. 탄성 부재 지지부(108)는 탄성 부재 지지부(108)는 탄성 부재(106)의 내부에 마련될 수 있다. 탄성 부재 지지부(108)의 일단은 제1 지지 부재(111)에 고정되고, 탄성 부재 지지부(108)의 타단은 제2 지지 부재(121)를 관통하며 마련될 수 있다. 탄성 부재 지지부(108)는 마찰 대전 에너지 수확기(100)에 수직 방향의 압력이 가해지는 경우 탄성 부재(106)의 뒤틀림을 방지할 수 있다. Meanwhile, the triboelectric energy harvester 100 may further include an elastic member support 108 . The elastic member supporter 108 may be provided inside the elastic member supporter 108 . One end of the elastic member support part 108 may be fixed to the first support member 111 , and the other end of the elastic member support part 108 may pass through the second support member 121 . The elastic member support 108 may prevent distortion of the elastic member 106 when a pressure in the vertical direction is applied to the triboelectric energy harvester 100 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기에서 제1 표면 구조체와 제2 표면 구조체 간의 접촉 및 분리 동작을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating a contact and separation operation between a first surface structure and a second surface structure in a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104)는 탄성 부재(106)에 의해 일정 간격의 에어 갭(130)을 두고 상호 이격하여 위치하게 된다. 즉, 제1 표면 구조체(102)의 유전체층(117)과 제2 표면 구조체(104)의 제2 전극층(125) 사이에는 에어 갭(130)(공기층)이 존재하며, 표면 전하는 존재하지 않는 상태에 있게 된다.Referring to FIG. 2 , the first surface structure 102 and the second surface structure 104 are spaced apart from each other with an air gap 130 at a predetermined interval by the elastic member 106 . That is, an air gap 130 (air layer) exists between the dielectric layer 117 of the first surface structure 102 and the second electrode layer 125 of the second surface structure 104, and the surface charge is not present. there will be

여기서, 제2 표면 구조체(104)에 수직 방향의 압력이 가해지게 되면, 탄성 부재(106)가 압축되면서 제1 표면 구조체(102) 및 제2 표면 구조체(104)가 접촉하게 된다. 보다 구체적으로는, 제1 표면 구조체(102)의 유전체층(117)과 제2 표면 구조체(104)의 제2 전극층(125)이 접촉하게 된다.Here, when a vertical pressure is applied to the second surface structure 104 , the first surface structure 102 and the second surface structure 104 come into contact while the elastic member 106 is compressed. More specifically, the dielectric layer 117 of the first surface structure 102 and the second electrode layer 125 of the second surface structure 104 come into contact.

제1 표면 구조체(102)의 유전체층(117)과 제2 표면 구조체(104)의 제2 전극층(125)이 접촉하면, 마찰 대전 고유의 전하 차로 인하여 한 쪽 면(유전체층(117)의 표면)은 음전하를 띠게 되고, 다른 쪽 면(제2 전극층(125)의 표면)은 양전하를 띠게 된다. 이때, 유전체층(117)과 제2 전극층(125)의 전하 성격 차이가 클수록 더 많은 전하를 띠게 된다.When the dielectric layer 117 of the first surface structure 102 and the second electrode layer 125 of the second surface structure 104 come into contact, one side (the surface of the dielectric layer 117) is formed due to a charge difference inherent in triboelectric charging. It is negatively charged, and the other surface (the surface of the second electrode layer 125) is positively charged. At this time, the greater the difference in charge characteristics between the dielectric layer 117 and the second electrode layer 125 is, the greater the charge.

그리고, 외부 압력이 없어지면 탄성 부재(106)의 탄성력에 의해 탄성 부재(106)가 이완되면서 에어 갭(130)이 다시 생기게 되며, 한 쪽은 전위가 증가하고 다른 쪽은 전위가 감소하여 전위차가 발생하며 그로 인해 전하의 이동이 생겨 전류가 발생하게 된다. 이때, 다시 외부 압력이 가해지면 반대 방향으로 전하가 이동하여 교류 전류(alternative current)가 생성된다.Then, when the external pressure is removed, the air gap 130 is regenerated as the elastic member 106 is relaxed by the elastic force of the elastic member 106, and the potential difference is generated by increasing the potential on one side and decreasing the potential on the other side. As a result, electric charge moves and an electric current is generated. At this time, when external pressure is applied again, charges move in the opposite direction to generate an alternating current.

즉, 마찰 대전 에너지 수확기(100)에 반복적으로 압력을 가했다가 제거하면, 제1 표면 구조체(102)와 제2 표면 구조체(104)가 반복적으로 접촉 및 분리되면서 전하가 이동함에 따라 유전체층(117)과 제2 전극층(125) 사이에 교류 전류가 흐르게 되며, 그로 인해 기본 출력이 발생하게 된다.That is, when pressure is repeatedly applied to and then removed from the triboelectric energy harvester 100, the dielectric layer 117 and the dielectric layer 117 and the An alternating current flows between the second electrode layers 125 , thereby generating a basic output.

한편, 개시되는 실시예에서는, 제1 표면 구조체(102)의 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에도 추가 에어갭(119)이 존재하므로, 위에서 언급한 바와 같은 원리에 의해 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에도 접촉 및 분리에 의해 전류가 발생하여 기본 출력 이외에 추가 출력이 발생하게 된다. 그로 인해, 마찰 대전 에너지 수확기(100)의 출력을 향상시킬 수 있게 된다. On the other hand, in the disclosed embodiment, since an additional air gap 119 also exists between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 of the first surface structure 102, the first electrode layer by the principle as described above A current is also generated between the 115 and the dielectric layer 117 due to contact and separation, so that an additional output is generated in addition to the basic output. Accordingly, it is possible to improve the output of the triboelectric energy harvester 100 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a method of manufacturing a triboelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제1 기판(113)의 표면에 표면 개질을 통해 표면 거칠기를 형성한다(도 3의 (a)). 예를 들어, 일정한 거칠기를 갖는 사포를 이용하여 제1 기판(113)의 표면을 문질러 제1 기판(113)의 표면에 표면 거칠기를 형성할 수 있다. 이때, 제1 기판(113)을 축 회전시키면서 사포로 제1 기판(113)의 표면을 압박하면 제1 기판(113)의 표면에 표면 거칠기가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3 , a surface roughness is formed on the surface of the first substrate 113 through surface modification ( FIG. 3A ). For example, a surface roughness may be formed on the surface of the first substrate 113 by rubbing the surface of the first substrate 113 using sandpaper having a certain roughness. In this case, if the surface of the first substrate 113 is pressed with sandpaper while rotating the axis of the first substrate 113 , a surface roughness may be formed on the surface of the first substrate 113 .

다음으로, 제1 기판(113)의 상면에 제1 전극층(115)을 증착한다(도 3의 (b)). 제1 전극층(115)은 일정 두께로 증착되고 제1 기판(113)의 상면에 표면 거칠기가 형성된 상태이므로, 제1 전극층(115)의 표면도 제1 기판(113)과 대응하는 표면 거칠기를 가지게 된다. Next, a first electrode layer 115 is deposited on the upper surface of the first substrate 113 (FIG. 3B). Since the first electrode layer 115 is deposited to a predetermined thickness and a surface roughness is formed on the upper surface of the first substrate 113 , the surface of the first electrode layer 115 also has a surface roughness corresponding to that of the first substrate 113 . do.

다음으로, 제1 전극층(115)의 상부에 유전체층(117)을 형성한다(도 3의 (c)). 예를 들어, 제1 전극층(115)의 상부에 스핀 코팅 방식으로 유전체층(117)을 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성되게 된다.Next, a dielectric layer 117 is formed on the first electrode layer 115 (FIG. 3(c)). For example, the dielectric layer 117 may be formed on the first electrode layer 115 by a spin coating method. In this case, an additional air gap 119 is formed between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 .

다음으로, 제1 기판(113)의 하부에 제1 지지 부재(111)를 형성하여 제1 표면 구조체(102)를 마련한다(도 3의 (d)). 제1 지지 부재(111)는 제1 기판(113)의 하부에 접착층을 통해 부착시킬 수 있다. Next, the first support member 111 is formed under the first substrate 113 to provide the first surface structure 102 (FIG. 3D). The first support member 111 may be attached to the lower portion of the first substrate 113 through an adhesive layer.

다음으로, 제2 기판(123)의 상부에 제2 전극층(125)을 형성하고(도 3의 (e)), 제2 기판(123)의 하부에 제2 지지 부재(121)를 형성하여 제2 표면 구조체(104)를 마련한다(도 3의 (f)). Next, the second electrode layer 125 is formed on the second substrate 123 (FIG. 3(e)), and the second support member 121 is formed on the lower portion of the second substrate 123 to form the second electrode layer 125. 2 The surface structure 104 is provided (FIG. 3(f)).

다음으로, 제1 표면 구조체(102)의 상부에 제2 표면 구조체(104)를 일정 간격 이격하여 상호 마주보도록 위치시키고(도 3의 (g)), 제1 표면 구조체(102) 및 제2 표면 구조체(104) 사이에 탄성 부재(106) 및 탄성 부재 지지부(108)를 형성한다(도 3의 (h)).Next, the second surface structure 104 is spaced apart from each other and positioned to face each other on the upper portion of the first surface structure 102 (FIG. 3(g)), and the first surface structure 102 and the second surface An elastic member 106 and an elastic member support 108 are formed between the structures 104 (FIG. 3(h)).

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기를 나타낸 도면이다. 여기서는, 도 1에 도시된 실시예와 차이가 나는 부분을 중점적으로 설명하기로 한다. 4 is a view showing a triboelectric energy harvester according to another embodiment of the present invention. Here, a part different from the embodiment shown in FIG. 1 will be mainly described.

도 4를 참조하면, 제2 표면 구조체(104)의 제2 기판(123)은 하면이 표면 개질에 의해 표면 거칠기가 형성된다. 즉, 제1 표면 구조체(102)의 제1 기판(113)뿐만 아니라 제2 기판(123)도 표면 개질에 의해 표면 거칠기가 형성된다. 제2 기판(123)의 표면 거칠기는 제1 기판(113)과 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , a surface roughness of the second substrate 123 of the second surface structure 104 is formed by surface modification of the lower surface of the second substrate 123 . That is, the surface roughness of the second substrate 123 as well as the first substrate 113 of the first surface structure 102 is formed by surface modification. The surface roughness of the second substrate 123 may be formed by the same method as that of the first substrate 113 .

여기서, 제2 전극층(125)은 표면 거칠기를 갖는 제2 기판(123)의 하면에 일정 두께로 증착될 수 있다. 이 경우, 제2 전극층(125)의 표면도 제2 기판(123)과 대응되는 표면 거칠기를 가지게 된다.Here, the second electrode layer 125 may be deposited to a predetermined thickness on the lower surface of the second substrate 123 having a surface roughness. In this case, the surface of the second electrode layer 125 also has a surface roughness corresponding to that of the second substrate 123 .

여기서는, 제2 기판(123)의 하면에 표면 개질을 통해 표면 거칠기를 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 표면 거칠기를 갖는 부재를 제2 기판(123)으로 사용할 수도 있다. 표면 거칠기를 갖는 부재는 사포일 수 있다. 즉, 사포 자체를 제2 기판(123)으로 사용할 수 있다. Here, it has been described that the surface roughness is formed on the lower surface of the second substrate 123 through surface modification, but the present invention is not limited thereto, and a member having the surface roughness may be used as the second substrate 123 . The member having the surface roughness may be sandpaper. That is, sandpaper itself may be used as the second substrate 123 .

도 5는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기 및 이와 비교하기 위한 제1 비교예 및 제2 비교예의 구조를 나타낸 도면이다. 여기서는, 설명의 편의상 제1 지지 부재, 제2 지지 부재, 탄성 부재, 및 탄성 부재 지지부는 생략하였다. 그리고, 구조 이외의 다른 요소(두께, 재질 등)는 동일하게 적용하였다.5 is a diagram showing the structures of the first and second comparative examples for comparison with the triboelectric energy harvester according to the first and second embodiments of the present invention. Here, for convenience of description, the first support member, the second support member, the elastic member, and the elastic member support part are omitted. In addition, elements other than the structure (thickness, material, etc.) were applied in the same way.

도 5의 (a)를 참조하면, 제1 비교예는 제1 기판(113) 상에 제1 전극층(115), 및 유전체층(117)이 형성된 제1 표면 구조체(102)의 상부에 제2 표면 구조체(104)가 일정한 에어 갭(130)을 두고 대향하여 형성된 것이다. 이때, 제2 표면 구조체(104)는 제2 기판(123) 및 제2 기판(123)의 하부에 형성된 제2 전극층(125)을 포함한다.Referring to FIG. 5A , in the first comparative example, the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 are formed on the first substrate 113 on the second surface of the first surface structure 102 . The structures 104 are formed to face each other with a certain air gap 130 therebetween. In this case, the second surface structure 104 includes a second substrate 123 and a second electrode layer 125 formed under the second substrate 123 .

도 5의 (b)를 참조하면, 제2 비교예는 제1 비교예에서 제2 기판(123)의 하면에 표면 거칠기가 형성되고, 그 상태에서 제2 기판(123)의 하면에 제2 전극층(125)이 형성된 경우이다.Referring to FIG. 5B , in Comparative Example 2, a surface roughness is formed on the lower surface of the second substrate 123 in Comparative Example 1, and in this state, the second electrode layer is formed on the lower surface of the second substrate 123. (125) is formed.

도 5의 (c)를 참조하면, 제1 실시예는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 기판(113)의 상면에 표면 거칠기가 형성되고, 그 상태에서 제1 기판(113)의 상면에 제1 전극층(115)이 형성되며, 제1 전극층(115)의 상부에 유전체층(117)이 형성됨에 따라 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성된 경우이다.Referring to (c) of FIG. 5 , in the first embodiment, as shown in FIG. 1 , a surface roughness is formed on the upper surface of the first substrate 113 , and in that state, the upper surface of the first substrate 113 is The first electrode layer 115 is formed, and as the dielectric layer 117 is formed on the first electrode layer 115 , an additional air gap 119 is formed between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 . .

도 5의 (d)를 참조하면, 제2 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서 제2 기판(123)의 하면에 표면 거칠기가 형성되고, 그 상태에서 제2 기판(123)의 하면에 제2 전극층(125)이 형성된 경우이다.Referring to (d) of FIG. 5, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, a surface roughness is formed on the lower surface of the second substrate 123 in the first embodiment, and in that state, the second substrate ( This is a case in which the second electrode layer 125 is formed on the lower surface of the 123 .

도 6은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기와 제1 비교예 및 제2 비교예에 따른 마찰 대전 에너지 수확기의 전압, 전류, 및 전하량을 비교한 그래프이다. 6 is a graph comparing the voltage, current, and amount of charge of the triboelectric energy harvester according to the first and second embodiments of the present invention and the triboelectric energy harvester according to the first and second comparative examples.

도 6을 참조하면, 마찰 대전 에너지 수확기의 전압, 전류, 및 전하량은 제1 비교예, 제2 비교예, 제1 실시예, 및 제2 실시예로 갈수록 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 즉, 제1 실시예 및 제2 실시예의 경우 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에 추가 에어갭(119)이 형성됨에 따라, 제1 전극층(115)과 유전체층(117) 사이에서도 추가 출력이 발생하여 전압, 전류, 및 전하량이 제1 비교예 및 제2 비교예보다 높게 나타나게 된다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the voltage, current, and amount of charge of the triboelectric energy harvester appear to be higher as the first comparative example, the second comparative example, the first embodiment, and the second embodiment increase. That is, in the case of the first and second embodiments, as an additional air gap 119 is formed between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 , an additional air gap 119 is also formed between the first electrode layer 115 and the dielectric layer 117 . As an output is generated, the voltage, current, and charge amount are higher than those of the first and second comparative examples.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications are possible within the limits without departing from the scope of the present invention with respect to the above-described embodiments. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

100 : 마찰 대전 에너지 수확기
102 : 제1 표면 구조체
104 : 제2 표면 구조체
106 : 탄성 부재
108 : 탄성 부재 지지부
111 : 제1 지지 부재
113 : 제1 기판
115 : 제1 전극층
117 : 유전체층
119 : 추가 에어갭
121 : 제2 지지 부재
123 : 제2 기판
125 : 제2 전극층100: triboelectric energy harvester
102: first surface structure
104: second surface structure
106: elastic member
108: elastic member support part
111: first support member
113: first substrate
115: first electrode layer
117: dielectric layer
119: additional air gap
121: second support member
123: second substrate
125: second electrode layer

Claims

a first surface structure comprising a first substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a dielectric layer formed on an upper surface of the first electrode layer; and
A second substrate and a second electrode layer formed on the lower surface of the second substrate and provided to face the dielectric layer, and a second surface structure provided to be spaced apart from the first surface structure by a preset air gap, and ,
wherein the first surface structure further comprises an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer.

The method according to claim 1,
The distance between the first electrode layer and the dielectric layer by the additional air gap is,
Formed smaller than the gap between the second electrode layer and the dielectric layer by the air gap, triboelectric energy harvester.

The method according to claim 1,
A surface roughness is formed on the upper surface of the first substrate,
The first electrode layer is deposited on the upper surface of the first substrate and has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the first substrate,
wherein the additional air gap is formed between the first electrode layer and the dielectric layer by a surface roughness of the first electrode layer.

4. The method of claim 3,
The dielectric layer is
A triboelectric energy harvester formed by coating a liquid polymer on the upper surface of the first electrode layer.

The method according to claim 1,
The first substrate is
A triboelectric energy harvester comprising a polymer layer having a surface roughness formed using sandpaper.

The method according to claim 1,
The triboelectric energy harvester,
A basic output is generated by contact and separation between the dielectric layer and the second electrode layer facing each other with the air gap therebetween,
An additional output is generated by contact and separation between the dielectric layer and the first electrode layer facing each other with the additional air gap interposed therebetween.

The method according to claim 1,
The second electrode layer,
A triboelectric energy harvester, wherein a surface roughness is formed on a surface facing the dielectric layer.

8. The method of claim 7,
A surface roughness is formed on the lower surface of the second substrate,
The second electrode layer is deposited on the lower surface of the second substrate to have a surface roughness corresponding to the surface roughness of the second substrate, triboelectric energy harvester.

8. The method of claim 7,
The second substrate includes a polymer layer having a surface roughness formed using sandpaper,
The second electrode layer is formed by depositing on the surface of the polymer layer, triboelectric energy harvester.

a first surface structure comprising a first electrode layer and a dielectric layer;
a second surface structure including a second electrode layer provided to face the dielectric layer and facing the first surface structure with a preset air gap on top of the first surface structure; and
It is provided between the first surface structure and the second surface structure, and when the first surface structure and the second surface structure come into contact with an external pressure, an elastic force is applied so that the first surface structure and the second surface structure are separated. Including an elastic member to provide,
wherein the first surface structure further comprises an additional air gap formed between the first electrode layer and the dielectric layer.

forming a first surface structure including a first substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a dielectric layer formed on an upper surface of the first electrode layer;
forming a second surface structure including a second substrate and a second electrode layer formed on an upper surface of the second substrate; and
and disposing the second surface structure so that the second electrode layer faces the dielectric layer on top of the first surface structure, and spaced apart from the first surface structure by a predetermined air gap,
wherein forming the first surface structure comprises forming an additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer.

12. The method of claim 11,
The distance between the first electrode layer and the dielectric layer by the additional air gap is,
The method of manufacturing a triboelectric energy harvester is formed smaller than the gap between the second electrode layer and the dielectric layer by the air gap.

12. The method of claim 11,
Forming the first surface structure comprises:
forming a surface roughness on the upper surface of the first substrate;
depositing the first electrode layer on the upper surface of the first substrate so that the first electrode layer has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the first substrate; and
and forming the additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer by forming the dielectric layer on top of the first electrode layer.

14. The method of claim 13,
The dielectric layer is
A method of manufacturing a triboelectric energy harvester, which is formed by coating a liquid polymer on the upper surface of the first electrode layer.

12. The method of claim 11,
The first substrate is
A method of manufacturing a triboelectric energy harvester, comprising a polymer layer having a surface roughness formed using sandpaper.

12. The method of claim 11,
Forming the second surface structure comprises:
and forming a surface roughness on a surface of the second electrode layer facing the dielectric layer.

17. The method of claim 16,
Forming the second surface structure,
forming a surface roughness on the upper surface of the second substrate; and
Depositing the second electrode layer on the upper surface of the second substrate so that the second electrode layer has a surface roughness corresponding to the surface roughness of the second substrate, the method of manufacturing a triboelectric energy harvester.

17. The method of claim 16,
The second substrate includes a polymer layer having a surface roughness formed using sandpaper,
The second electrode layer is formed by depositing on the surface of the polymer layer, a method of manufacturing a triboelectric energy harvester.

providing a first surface structure comprising a first electrode layer and a dielectric layer;
providing a second surface structure, including a second electrode layer provided to face the dielectric layer, and facing the first surface structure with a preset air gap on top of the first surface structure; and
Providing an elastic member between the first surface structure and the second surface structure so that the first surface structure and the second surface structure are separated when the first surface structure and the second surface structure are in contact by external pressure comprising steps,
Wherein the step of providing the first surface structure comprises forming an additional air gap between the first electrode layer and the dielectric layer.