KR20230014409A - 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재, 이를 포함하는 스프링 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재로서, 제 1 탄소 복합재료층(100);
제 2 탄소 복합재료층(200); 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료(200)상에 각가 도포된 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210); 및 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)사이에 구비되어 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210) 간 일정 간격을 유지하게 하는 스페이서(300)를 포함하며, 상기 스페이서(300)는 상기 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)의 일부 영역에만 구비되며, 이로써 상기 소재의 변형에 따라 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 스페이서(300)가 구비되지 않은 영역에서 상호 접촉하여 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재가 제공된다.
제 2 탄소 복합재료층(200); 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료(200)상에 각가 도포된 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210); 및 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)사이에 구비되어 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210) 간 일정 간격을 유지하게 하는 스페이서(300)를 포함하며, 상기 스페이서(300)는 상기 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)의 일부 영역에만 구비되며, 이로써 상기 소재의 변형에 따라 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 스페이서(300)가 구비되지 않은 영역에서 상호 접촉하여 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재가 제공된다.
Description
본 발명은 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재, 이를 포함하는 스프링 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰전기 기반으로 자체 에너지 하베스팅을 하여 로봇의 시스템 효율을 향상시켜줄 수 있는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재, 이를 포함하는 스프링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
웨어러블 디바이스 (Wearable device)는 사람이 직접 착용하는 전자 기기로써, 사람의 건강 상태를 실시간으로 체크하거나 또는 움직임을 보조하는 목적으로 스마트 워치, 외골격 로봇 (Exoskeleton robot), VR 기기 등 다양한 분야에서 연구 개발되고 있다. 일반적으로 웨어러블 디바이스의 전원 (Power source)은 휴대성이 우수한 배터리 (Battery)가 주로 사용된다. 하지만 배터리는 웨어러블 디바이스가 소형화 및 고성능화 됨에 따라서 사용 시간 측면에서 한계를 나타내고 있다. 따라서, 이러한 한계를 극복하기 위하여 사람의 움직임으로부터 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 (Energy harvesting) 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
외골격 로봇 (Exoskeleton robot)은 사람의 움직임을 보조하기 위해 사람이 직접 착용하는 웨어러블 디바이스 로봇으로써, 재활, 군사, 산업, 레저 분야 등 다양한 분야에서 관심을 받고 있다. 특히, 최근에는 여러 연구들을 통해 사람의 주행 성능을 향상시켜주는 목적으로 하지 외골격 로봇이 연구 개발되고 있다. 사람의 Muscle-tendon은 주행에 따라서 팽창 및 수축을 하면서 탄성에너지를 저장 및 방출을 하기 때문에, 이러한 Muscle-tendon의 역할을 보조함으로써 사람의 주행 능력은 더욱 향상될 수 있다. 따라서, 여러 선행 연구들을 통해서 탄성에너지를 저장 및 방출하는 스프링을 하지 외골격 로봇에 장착하여 사람의 주행 능력을 향상시키려하는 시도가 이루어지고 있다.
이러한 하지 외골격 로봇의 스프링은 탄성에너지를 저장 및 방출하기 위해서 주행에 따라 일정한 변형을 하게 된다. 사람의 주행에 의해 발생하는 스프링의 일정한 변형으로부터 에너지를 수확한다면 버려질 수 있는 기계적인 에너지를 재 활용하여 로봇의 전체적인 시스템 효율을 높일 수 있다.
이러한 에너지 수확(이하 에너지 하베스팅) 소자로서 대한민국 공개특허 10-2016-0076700호 등은 복합재료 기반의 에너지 하베스팅 소자를 활용하는 기술을 소개하고 있으나, 인간의 동작 중 변형에 따라 발생하는 소자의 마찰 에너지를 직접 회수하여 로봇 동작의 에너지 원으로 활용하는 기술은 개시되지 못한 상황이다. 특히 로봇 동작의 센싱과 동시에 변형 에너지를 회수하는 로봇 기술은 아직 개시되지 못한 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마찰전기 기반으로 자체 에너지 하베스팅을 하여 로봇의 시스템 효율을 향상시켜줄 수 있는 에너지 하베스팅 소재 및 이를 활용하는 스프링과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재로서, 제 1 탄소 복합재료층(100); 제 2 탄소 복합재료층(200); 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료(200)상에 각가 도포된 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210); 및 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)사이에 구비되어 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210) 간 일정 간격을 유지하게 하는 스페이서(300)를 포함하며, 상기 스페이서(300)는 상기 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)의 일부 영역에만 구비되며, 이로써 상기 소재의 변형에 따라 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 스페이서(300)가 구비되지 않은 영역에서 상호 접촉하여 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 탄소 복합재료층(100) 및 제 2 탄소 복합재료층(200)은 탄소 섬유 강화 플라스틱이며, 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 상이한 물질이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료는 각각 일방향 탄소 섬유 복합재료 (Uni directional carbon fiber composite), 탄소 직물 복합재료 (carbon fabric composite), 탄소 단섬유 복합재료 (short carbon fiber composite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료는 일정한 곡률의 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 스페이서는 상기 제 1 전하층 및 제 2 전하층과의 접촉에도 불구하고 마찰전기를 발생시키지 않는 물질로 이루어진다.
본 발명은 또한 상술한 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재를 포함하는 스프링을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 스프링은 상기 스프링이 압축됨에 따라 발생하는 탄성에너지를 상기 제 1 탄소 복합재료층(100) 및 제 2 탄소 복합재료층에 저장한 후, 회복시 다시 방출하며, 동시에 상기 제 1 전하층 및 제 2 전하층과의 접촉에 따라 마찰전기를 동시에 발생시킨다.
본 발명은 또한 상술한 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법으로, 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 제조하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층에 서로 다른 마찰전기 물질을 각각 도포하여 제 1 및 제 2 전하층을 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 전하층 중 적어도 어느 하나에 스페이서를 도포하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법을 제공하며, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 스페이서는 상기 상기 제 1 전하층및 제 2 전하층의 일부 영역에만 구비되도록 적층된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층은 일정한 곡률의 형상을 갖는 탄소 섬유 강화 복합재료이며, 상기 탄소 섬유 강화 복합재료는, 금속 몰드 위에 핸드 레이업 (Hand lay-up)하고 에폭시를 함침시키거나 또는 에폭시가 기 함침된 프리프레그 (Prepreg)를 일정한 형상의 금속 몰드에 핸드 레이업한 다음, 오토클레이브 (Autoclave) 또는 핫 프레스 (Hot press) 몰딩 성형을 통해 제조된다.
본 발명에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재는 스프링 등과 같은 변형 가능 부품에 활용하는 경우, 탄성에너지를 저장 및 방출하는 동시에, 추가적인 에너지 하베스팅 시스템 없이 구조물 자체로 전기에너지를 수확할 수 있다. 또한 탄소 섬유 강화 복합재료를 에너지 하베스팅의 전극으로써 사용하여 복합재료 스프링을 제작함으로써, 경량화를 구현하는 동시에 우수한 기계적인 물성을 확보할 수 있다. 따라서, 해당 구조물은 주행용 외골격 로봇의 발목 스프링 (Ankle spring)으로써 활용되어 탄성에너지를 저장 및 방출하는 역할을 하여 주행 성능을 보조하는 동시에, 주행에 따른 스프링의 변형으로부터 전기에너지를 수확하여 전체 로봇 시스템의 효율을 높여줄 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에서 활용하는 마찰전기를 설명하는 모식도이다.
도 2는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소자에서 탄소 섬유 강화 복합재료(CFRP)를 전극으로 사용하는 시스템에 대한 모식도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반의 자체 에너지 하베스팅이 가능한 탄소 섬유 강화 복합재료 스프링의 구조 단면도 및 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 하베스팅 시스템의 동작에 따른 구조 모식도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법의 단계도 및 모식도이다.
도 2는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소자에서 탄소 섬유 강화 복합재료(CFRP)를 전극으로 사용하는 시스템에 대한 모식도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반의 자체 에너지 하베스팅이 가능한 탄소 섬유 강화 복합재료 스프링의 구조 단면도 및 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 하베스팅 시스템의 동작에 따른 구조 모식도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법의 단계도 및 모식도이다.
이하 본 발명에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재, 이를 포함하는 스프링 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상 지식을 가진 이가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 같으며 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략함. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 마찰전기를 활용한 에너지 하베스팅 소재와 이를 이용하는 로봇을 개시한다. 본 발명에서 활용하는 마찰전기(Triboelectric)라 함은 "다른 종류의 두 물체를 마찰시킬 때 발생하는 전기. 마찰전기에는 양 · 음의 두 종류가 있으며 두 물체의 마찰에서 반드시 한쪽은 양(+), 다른쪽은 음(-)으로 대전"되는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에서 활용하는 마찰전기를 설명하는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 물리적인 변형을 통해 두 마찰전기 물질이 접촉을 하게 되면, 대전열 (Triboelectric series)에 따라서 하나는 양의 전하로 하나는 음의 전하로 대전된다. 이후 두 마찰전기 물질들이 멀어지고 가까워짐에 따라서 전극에 있는 자유전자가 이동하게 되어 전류가 발생하는 효과가 나타난다.(도 1의 우측 도면 참조)
도 2는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소자에서 탄소 섬유 강화 복합재료(CFRP)를 전극으로 사용하는 시스템에 대한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 도 2와 같이 마찰전기 에너지 하베스팅 시스템의 전극 (Electrode) 중 하나를 탄소 섬유 강화 복합재료 (Carbon-fiber-reinforced polymer; CFRP)로 대체하였다. 이 경우 전도성의 탄소 섬유 강화 복합재료를 전극으로 사용하여 그 변형에 따라 마찰전기 원리를 이용 에너지 하베스팅을 사용한다.
이 경우 에너지 하베스팅이 효과는 확인할 수 있으나. 비강도와 비강성과 같은 기계적인 물성이 우수한 탄소 섬유 강화 복합재료의 장점을 활용하지 않았고, 로봇이나 신발, 풍력, 파력과 같은 실제 시스템에 적용하는 데는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 로봇 시스템에 직접 활용할 수 있는 탄소 섬유 강화 복합재료를 제공한다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반의 자체 에너지 하베스팅이 가능한 탄소 섬유 강화 복합재료 스프링의 구조 단면도 및 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 탄성에너지를 저장 및 방출하는 동시에 자체 마찰전기 에너지 하베스팅을 하는 탄소 섬유 강화 복합재료 스프링의 구조는, 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료층(200)을 포함하며, 상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료(200) 사이에는 서로 대향하는 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)이 각각 구비된다.
상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(120)의 일부에는 스페이서(300)층이 구비되어 변형 전 전하층간 직접 전기적으로 연통하는 것을 방지한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 스페이서층(300)은 2 전하층의 일부 영역에만 구비되며, 이로써 상기 소재의 변형에 따라 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 스페이서(300)가 구비되지 않은 영역에서 상호 접촉하여 마찰전기를 발생시킨다.
따라서, 상기 스페이서(300)는 적어도 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)간 전기적인 연통을 방지하며 마찰전기를 발생시키지 않는 소재(예를 들어 절연소재)가 바람직하며, 본 발명의 일 실시예에서는 전하층의 단부에 구비되었으나. 적어도 변형전 스페이서가 없는 부분에서 마찰전기가 발생하지 않으나, 일정 수준의 변형시에는 두 개의 전하층을 접촉시켜 마찰전기를 발생시키는 구조를 갖는 한, 모든 스페이서 종류, 크기는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명은 특히 탄성을 가짐으로써 변형시 탄성에너지를 저장 방출할 수 있는 탄소 섬유 강화 복합재료를 전극으로 활용하고, 그 사이 마찰전기를 발생할 수 있는 전하층(제 1 전하, 제 2 전하)을 구비시킴으로써 변형시 마찰전기를 발생시켜 이를 직접 회수할 수 있다. 이로써 탄성에너지 저장/활용과 더불어 에너지 하베스팅 효과까지 발생시켜 사용되는 부품(예를 들어 스프링)의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄소 복합재료는 탄소 섬유 강화 복합재료이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 즉, 탄성과 전도성을 갖는 임의의 모든 탄소 재료가 상기 탄소 복합재료이며, 예를 들어 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료는 각각 일방향 탄소 섬유 복합재료 (Uni directional carbon fiber composite), 탄소 직물 복합재료 (carbon fabric composite), 탄소 단섬유 복합재료 (short carbon fiber composite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 상기 탄소 복합재료로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 하베스팅 시스템의 동작에 따른 구조 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 전극 역할을 하는 탄소 섬유 강화 복합재료는 일정한 곡률의 형상을 가지도록 탄소 섬유를 금속 몰드 위에 핸드 레이업 (Hand lay-up)하고 에폭시를 함침시키거나 또는 에폭시가 기 함침된 프리프레그 (Prepreg)를 일정한 형상의 금속 몰드에 핸드 레이업한 다음, 오토클레이브 (Autoclave) 또는 핫 프레스 (Hot press) 몰딩 성형을 통해 제조하였다. 스프링 같은 경우 일정 곡률이 요구되므로, 본 발명의 일 실시예에 상기 탄소 섬유 강화 복합재료는 일정 곡률을 가지면서 제조되었다.
본 발명의 일 실시예에서 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재의 전극 역할을 하는 탄소 섬유 강화 복합재료는 단위 소재별로 각 두 개 제작한다. 이후 제조된 탄소 섬유 강화 복합재료에 서로 다른 마찰전기 물질 (Triboelectric material)을 접착시킨다. 이때 접착은 접착제 도포, 접착 필름, 동시 경화 등을 통해 이루어질 수 있다. 그리고 두 개의 스페이서 (Spacer)를 마찰전기 물질이 접착된 두 탄소 섬유 강화 복합재료 사이의 일부 영역(양 끝)에 각각 위치시킨 다음, 일정한 경화 조건에서 접착시켜 자체 에너지 하베스팅이 가능한 탄소 섬유 강화 복합재료 소재 및 이를 이용한 스프링을 제조하였다.
상술한 구조로 제조된 탄소 섬유 강화 복합재료는 굽힘 변형을 하면서 탄성에너지를 저장 및 방출한다. 또한, 구조물의 굽힙 변형에 의해 마주보는 서로 다른 마찰전기 물질끼리 접촉과 비접촉을 발생하면서 마찰전기의 원리로 전기에너지를 생산한다.
즉, 스페이서를 양 끝단에 둠으로써 변형이 없는 상태에서는 비접촉되어 마찰전기가 발생하지 않으나(도 5 좌측 참조), 만약 변형이 생겨 2 개의 전하층이 접촉하여 마찰하는 경우 마찰전기가 발생하며 이에 따라 발생한 마찰전기는 2개의 탄소 섬유 강화 복합재료 소재를 통하여 외부로 흘러 배터리(미도시) 등에 충전된다(도 5 우측 참조)
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법의 단계도 및 단계별 모식도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 상술한 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 제조한다.
이후 상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층에 서로 다른 마찰전기 물질을 각각 도포하여 제 1 및 제 2 전하층을 형성하고, 다시 상기 제 1 및 제 2 전하층 중 적어도 어느 하나에 스페이서를 도포, 최종적으로는
상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 접합시켜 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재를 제조한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 강화 복합재료층 제조방법을 보다 상세히 설명하면, 먼저 일정한 형상의 금속 몰드 위에 탄소 섬유를 핸드 레이업한 다음 에폭시를 함침시키거나 또는 에폭시가 기 함침된 탄소 섬유 강화 복합재료 프리프레그를 핸드 레이업하였다. 이후 일정한 경화 조건을 바탕으로 오토클레이브 성형 또는 핫 프레스 성형을 진행하여 각각의 탄소 섬유 강화 복합재료를 제조하였다.
이후 탄소 섬유 강화 복합재료에 서로 다른 마찰전기 물질을 각각 접착을 하여 상이한 물질 종류의 전사층을 각각의 탄소 섬유 강화 복합재료층에 형성한다.
이후 상기 전사층간 일정한 간격을 가지게 하는 스페이서를 상기 전하층 2개 또는 하나에 일부 영역으로 적층한 후, 상기 2개의 탄소 섬유 강화 복합재료층를 접합하여 도 3 및 4에 도시된 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 기반 스프링을 제조한다.
본 발명에 상술한 2개의 탄소 섬유 강화 복합재료층과 2개의 전하층은 하나의 단위 에너지 하베스팅 소자이며, 도 7과 같이 상술한 단위 에너지 하베스팅 소자가 연속하여 적층된 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 시스템의 구현도 가능하다. 이 경우, 양의 전하로 대전되는 마찰전기가 접착된 복합재료 층 (Layer)들과 음의 전하로 대전되는 마찰전기가 접착된 복합재료 층들을 각각 연결하면, 구조물의 굽힘 변형에 의해 서로 접촉 및 비접촉을 발생하면서 더 많은 전하가 이동하여 더 높은 성능의 에너지 하베스팅이 가능하다. 즉, 적용 분야와 환경에 따라서 자체 에너지 하베스팅이 가능한 탄소 섬유 강화 복합재료의 구조를 적절히 설계하면 더 높은 성능의 에너지 하베스팅을 구현할 수 있다.
Claims (11)
- 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재로서,
제 1 탄소 복합재료층(100);
제 2 탄소 복합재료층(200);
상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료(200)상에 각가 도포된 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210); 및
상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)사이에 구비되어 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210) 간 일정 간격을 유지하게 하는 스페이서(300)를 포함하며,
상기 스페이서(300)는 상기 상기 제 1 전하층(110) 및 제 2 전하층(210)의 일부 영역에만 구비되며, 이로써 상기 소재의 변형에 따라 상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 스페이서(300)가 구비되지 않은 영역에서 상호 접촉하여 마찰전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 탄소 복합재료층(100) 및 제 2 탄소 복합재료층(200)은 탄소 섬유 강화 플라스틱인 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 전하층(110)과 제 2 전하층(210)은 상이한 물질인 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료는 각각 일방향 탄소 섬유 복합재료 (Uni directional carbon fiber composite), 탄소 직물 복합재료 (carbon fabric composite), 탄소 단섬유 복합재료 (short carbon fiber composite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 탄소 복합재료층(100)과 제 2 탄소 복합재료는 일정한 곡률의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 제 1 전하층 및 제 2 전하층과의 접촉에도 불구하고 마찰전기를 발생시키지 않는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재. - 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재를 포함하는 스프링.
- 제 7항에 있어서,
상기 스프링은 상기 스프링이 압축됨에 따라 발생하는 탄성에너지를 상기 제 1 탄소 복합재료층(100) 및 제 2 탄소 복합재료층에 저장한 후, 회복시 다시 방출하며, 동시에 상기 제 1 전하층 및 제 2 전하층과의 접촉에 따라 마찰전기를 동시에 발생시키는 것을 특징으로 하는 스프링. - 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법으로,
제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 제조하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층에 서로 다른 마찰전기 물질을 각각 도포하여 제 1 및 제 2 전하층을 형성하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 전하층 중 적어도 어느 하나에 스페이서를 도포하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법. - 제 9항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 상기 제 1 전하층및 제 2 전하층의 일부 영역에만 구비되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 탄소 섬유 강화 복합재료층은 일정한 곡률의 형상을 갖는 탄소 섬유 강화 복합재료이며,
상기 탄소 섬유 강화 복합재료는, 금속 몰드 위에 핸드 레이업 (Hand lay-up)하고 에폭시를 함침시키거나 또는 에폭시가 기 함침된 프리프레그 (Prepreg)를 일정한 형상의 금속 몰드에 핸드 레이업한 다음, 오토클레이브 (Autoclave) 또는 핫 프레스 (Hot press) 몰딩 성형을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 기반 에너지 하베스팅 소재 제조방법.
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