KR20230038674A - Triboelectric generator and Sensor - Google Patents

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KR20230038674A
KR20230038674A KR1020230029283A KR20230029283A KR20230038674A KR 20230038674 A KR20230038674 A KR 20230038674A KR 1020230029283 A KR1020230029283 A KR 1020230029283A KR 20230029283 A KR20230029283 A KR 20230029283A KR 20230038674 A KR20230038674 A KR 20230038674A
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Abstract

The present invention relates to a friction generator and a sensor using the same, utilizing a nanostructure to improve a power generation voltage, and capable of controlling a surface charge of dielectric through ultraviolet ozone treatment. In particular, the sensor using the friction generator includes: a generation part that generates electricity by friction; an electrode part to which the electricity generated from the generation part is transmitted; and a measurement part connected to the electrode part and measuring the voltage.

Description

마찰 발전기 및 이를 활용한 센서{Triboelectric generator and Sensor}Triboelectric generator and sensor using it {Triboelectric generator and Sensor}

본 발명은 발전 전압을 향상 시킬 수 있도록 나노 구조체를 활용하고, 자외선 오존 처리를 통해 유전체의 표면 전하량을 제어할 수 있는 마찰 발전기 및 이를 활용한 센서에 대한 것이다.The present invention relates to a triboelectric generator that utilizes nanostructures to improve power generation voltage and can control the amount of surface charge of a dielectric through ultraviolet ozone treatment, and a sensor using the same.

특허문헌 001은 압력 센서는 외측 필름, 상기 외측 필름에 대향하여 이격되게 배치되는 전도성 전극, 및 생체고분자 및 탄성체 고분자를 포함하고 상기 외측 필름과 전도성 전극 사이에 배치되는 바이오 고분자 필름을 포함하며, 상기 바이오 고분자 필름 표면과 상기 전도성 전극 표면의 적어도 일부가 상호 접촉하거나 분리될 때 접촉면에서 발생하는 마찰전기에 의해 압력을 감지하는 기술을 제시하고 있다.In Patent Document 001, the pressure sensor includes an outer film, a conductive electrode disposed to be spaced apart from the outer film, and a biopolymer film including a biopolymer and an elastic polymer and disposed between the outer film and the conductive electrode, wherein the A technology for sensing pressure by triboelectricity generated at the contact surface when the surface of the biopolymer film and at least a part of the surface of the conductive electrode are in contact with or separated from each other is proposed.

특허문헌 002는 하면에 제1도전층이 접촉되게 설치되는 마찰층; 및 상기 마찰층의 상측에 설치된 제2도전층; 을 포함하며, 상기 제1도전층은 등전위에 전기적으로 연결되고, 상기 제2도전층의 하면과 상기 마찰층의 상면은 대향되게 설치되며, 상기 마찰층의 상면과 상기 제2도전층의 하면이 상대적으로 슬라이드하여 마찰을 발생함과 동시에 마찰하는 면적이 슬라이드 과정에서 변화할 경우, 상기 제1도전층과 상기 등전위 사이에는 전기적 신호가 출력되고, 상기 마찰층의 상면을 형성하는 재료와 상기 제2도전층의 하면을 형성하는 재료는 대전열에서 나열 순서에 차이가 있으며, 상기 제1도전층은 전력 공급을 필요로 하는 외부회로를 경유하여 지면 또는 등전위 회로에 연결되고, 상기 제1도전층은 부하를 경유하여 등전위에 전기적으로 연결되는 기술을 제시하고 있다.Patent Document 002 is a friction layer installed to contact the first conductive layer on the lower surface; and a second conductive layer installed on the upper side of the friction layer. wherein the first conductive layer is electrically connected to the equipotential, the lower surface of the second conductive layer and the upper surface of the friction layer are installed to face each other, and the upper surface of the friction layer and the lower surface of the second conductive layer are When relatively sliding generates friction and at the same time the friction area changes during the sliding process, an electrical signal is output between the first conductive layer and the equipotential, and the material forming the upper surface of the friction layer and the second conductive layer The materials forming the lower surface of the conductive layer differ in the order in which they are arranged in the electrification row, and the first conductive layer is connected to the ground or an equipotential circuit via an external circuit requiring power supply, and the first conductive layer is A technology that is electrically connected to an equal potential via a load is presented.

특허문헌 003은 무전원 마찰전기 압력센서는, 마찰대전물질을 포함하는 제1 마찰 층과, 제1 마찰 층과 마주보도록 이격 배치되어 기계적 압력에 의한 제1 마찰 층과의 마찰을 통해 전기 에너지를 발생시키며 마찰대전물질과 탄소 나노소재를 혼합한 혼합물로 구성되는 제2 마찰 층을 포함하며, 마찰대전물질은, 폴리 디메틸실록산(poly dimethylsiloxane: PDMS, 이하, 'PDMS'라 칭함) 폴리머이고, 탄소 나노소재는 탄소 나노튜브(carbon nano tube: CNT, 이하 'CNT'라 칭함)이며, 혼합물은 PDMS-CNT 나노 복합체이고, 제2 마찰 층은, 마찰대전물질에 혼합된 탄소 나노소재의 농도 변화를 통해 무전원 마찰전기 압력센서의 내부 임피던스가 조절되며, 무전원 마찰전기 압력센서는, 두 마찰 층의 접촉면적 변화, 두 마찰 층의 접촉-분리하는 평균속도, 두 마찰 층의 두께 변화, 두 마찰 층 사이의 공기 층의 두께 변화 중 적어도 하나를 통해 내부 임피던스가 추가로 조절되는 기술을 제시하고 있다.Patent Document 003 discloses that a non-powered triboelectric pressure sensor generates electrical energy through friction between a first friction layer containing a triboelectric material and the first friction layer spaced apart from each other so as to face the first friction layer by mechanical pressure. and a second friction layer composed of a mixture of a triboelectric material and a carbon nanomaterial, wherein the triboelectric material is a poly dimethylsiloxane (PDMS, hereinafter referred to as 'PDMS') polymer, and a carbon nanomaterial. The material is a carbon nano tube (CNT, hereinafter referred to as 'CNT'), the mixture is a PDMS-CNT nanocomposite, and the second tribolayer is a carbon nanomaterial mixed with a triboelectric material. The internal impedance of the unpowered triboelectric pressure sensor is adjusted, and the unpowered triboelectric pressure sensor measures the change in the contact area of the two friction layers, the average contact-separation speed of the two friction layers, the change in the thickness of the two friction layers, and the difference between the two friction layers. A technique in which the internal impedance is additionally controlled through at least one of the thickness changes of the air layer is proposed.

특허문헌 004는 접촉대전을 이용한 마찰발전기는 제1 대전패턴, 전극패턴, 제2 대전패턴이 하나의 세트를 이루면서 교대로 반복된 대전구조를 포함하는 접촉대전부 및 상기 접촉대전부와 접촉 및 분리를 통하여 마찰전기를 발생시키는 대전구를 포함한다. 이때, 상기 접촉대전부는 하부캡에 장착되고, 상기 대전구는 상기 하부캡과 용기 몸체 사이의 공간에 투입되며, 상기 제1 대전패턴 및 상기 제2 대전패턴은 각각 양(+)으로 대전되는 물질 또는 음(-)으로 대전되는 물질 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 대전구는 양(+)으로 대전되는 물질 또는 음(-)으로 대전되는 물질 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 대전구에는 일체형 자석 또는 분리형 자석이 내장되어 있고, 상기 하부캡에는 상기 대전구에 내장된 상기 자석들에 대하여 서로 다른 극성을 가지도록 바라보는 복수개의 캡자석이 매립된다. 상기 대전구조는 프레임에 의해 지지되고, 상기 프레임과 상기 하부캡을 연결하는 탄성부가 배치되는 기술을 제시하고 있다.Patent Document 004 discloses that a triboelectric generator using contact electrification has a contact electrification unit including a charging structure in which a first electrification pattern, an electrode pattern, and a second electrification pattern are alternately repeated as one set, and contact and separation with the contact electrification unit. It includes a charge bulb that generates triboelectricity through. At this time, the contact charging unit is mounted on the lower cap, the charging port is inserted into the space between the lower cap and the container body, and the first charging pattern and the second charging pattern are materials that are positively charged, respectively, or It may be made of any of materials that are negatively charged. The charge bulb may be made of any one of a positive (+) charged material or a negative (-) charged material. An integrated magnet or a separate magnet is embedded in the charging bulb, and a plurality of cap magnets facing the magnets built in the charging bulb to have different polarities are embedded in the lower cap. The charging structure is supported by a frame, suggesting a technique in which an elastic part connecting the frame and the lower cap is disposed.

KR 10-2018-0009585 A (2018년01월29일)KR 10-2018-0009585 A (January 29, 2018) KR 10-2016-0053913 A (2016년05월13일)KR 10-2016-0053913 A (May 13, 2016) KR 10-2020-0005295 A (2020년01월15일)KR 10-2020-0005295 A (January 15, 2020) KR 10-2002730 B1 (2019년07월16일)KR 10-2002730 B1 (July 16, 2019)

본 발명은 발전 전압을 향상 시킬 수 있도록 나노 구조체를 활용하고, 자외선 오존 처리를 통해 유전체의 표면 전하량을 제어할 수 있는 마찰 발전기 및 이를 활용한 센서에 대한 것이다.The present invention relates to a triboelectric generator that utilizes nanostructures to improve power generation voltage and can control the amount of surface charge of a dielectric through ultraviolet ozone treatment, and a sensor using the same.

종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 것이며, 본 발명은 마찰에 의하여 전기를 발생시키는 발전부(100);, 상기 발전부(100)에서 발생하는 전기가 전달되는 전극부(200);, 상기 전극부(200)에 연결되며, 전압을 측정하는 측정부(300);를 포함하는 구성으로 이루어진다.In order to solve the problems of the prior inventions, the present invention is a power generation unit 100 that generates electricity by friction; an electrode unit 200 to which electricity generated from the power generation unit 100 is transmitted; and the electrode unit It is connected to (200), measuring unit 300 for measuring the voltage; consists of a configuration comprising a.

본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발전부(100);, 전극부(200);, 측정부(300);로 이루어지는 발명에 상기 발전부(100)에 형성되는 유기 유전체(110);, 상기 유기 유전체(110)와 이격되어 형성되는 무기 유전체(120);를 부가한다.The present invention is an invention for a sensor using a triboelectric generator, and is formed in the power generation unit 100 in the invention consisting of the power generation unit 100; the electrode unit 200; and the measurement unit 300 presented above. An organic dielectric 110; and an inorganic dielectric 120 formed to be spaced apart from the organic dielectric 110 are added.

본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발전부(100);, 전극부(200);, 측정부(300);로 이루어지는 발명에 상기 무기 유전체(120)에 형성되며, 상기 유기 유전체(110)와 접하는 나노 구조물(121);을 부가한다. The present invention is an invention for a sensor using a triboelectric generator, and is formed on the inorganic dielectric 120 in the invention consisting of the power generation unit 100; the electrode unit 200; and the measuring unit 300 presented above, , the nanostructure 121 in contact with the organic dielectric 110; is added.

본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발전부(100);, 전극부(200);, 측정부(300);로 이루어지는 발명에 상기 전극부(200)에 형성되며, 상기 유전체 외측에 증착되는 전극판(210);을 부가한다.The present invention is an invention for a sensor using a triboelectric generator, and is formed on the electrode unit 200 in the invention consisting of the power generation unit 100 presented above;, the electrode unit 200; and the measuring unit 300, , the electrode plate 210 deposited outside the dielectric; is added.

본 발명은 청구항 1의 발전부(100)와 전극부(200)에 의하여 발생하는 전압으로 전기를 생산하는 발전기(500);를 포함하는 구성으로 이루어진다.The present invention is composed of a configuration including; a generator 500 for generating electricity with a voltage generated by the power generation unit 100 and the electrode unit 200 of claim 1.

본 발명은 제조 공정이 간단하고 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라 견고성과 신뢰성이 뛰어나서 다양한 환경에서 쉽게 에너지를 수확하고 측정할 수 있다.The present invention has a simple manufacturing process, low manufacturing cost, and excellent robustness and reliability, so that energy can be easily harvested and measured in various environments.

본 발명은 발전부의 접촉 면적이 증가하고 마찰 전기 전하가 전달되어 출력이 향상될 수 있다.According to the present invention, the contact area of the power generation unit increases and triboelectric charges are transferred, so that the output can be improved.

본 발명은 발전부에 나노 구조물이 형성됨에 따라 발전 전압을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the power generation voltage can be improved as nanostructures are formed in the power generation unit.

본 발명은 양극 산화 공정을 통해 AAO의 무기 유전체를 형성하며, 에칭 고정을 통해 나노 구조물이 형성되어 발전 전압 효율을 높일 수 있다.In the present invention, an inorganic dielectric of AAO is formed through an anodic oxidation process, and nanostructures are formed through etching fixation to increase power generation voltage efficiency.

본 발명은 무기 유전체를 UV ozone 처리함에 따라 나노 구조물의 수분 및 탄소를 효율적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, moisture and carbon of nanostructures can be efficiently removed by UV ozone treatment of inorganic dielectrics.

본 발명은 유기 유전체를 테프론 계열의 FPA로 형성됨에 따라 우수한 개방 전압이 형성될 수 있다. According to the present invention, excellent open-circuit voltage can be formed as the organic dielectric is formed of Teflon-based FPA.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 무기 유전체를 나타낸 사진.
도 4는 본 발명의 무기 유전체의 산화 공정 온도 및 Ozone UV 처리에 따른 발전 특성 분석 결과을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 차량에 설치된 발전기를 나타낸 사시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 계측센서를 나타낸 사시도.1 and 2 are perspective views illustrating a sensor using the friction generator of the present invention.
Figure 3 is a photograph showing the inorganic dielectric of the present invention.
4 is a graph showing the analysis results of power generation characteristics according to the oxidation process temperature and Ozone UV treatment of the inorganic dielectric of the present invention.
Figure 5 is a perspective view showing a generator installed in the vehicle of the present invention.
6 to 7 are perspective views showing the measuring sensor of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail in order to explain the present invention in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.

아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.Numbers cited in the examples below are not limited to the referenced subject and can be applied to all examples. An object that exhibits the same purpose and effect as the configuration presented in the embodiment corresponds to an equivalent replacement object. The high-level concept presented in the examples includes sub-concept objects that are not described.

(실시예 1-1) 본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 있어서, 마찰에 의하여 전기를 발생시키는 발전부(100); 상기 발전부(100)에서 발생하는 전기가 전달되는 전극부(200);, 상기 전극부(200)에 연결되며, 전압을 측정하는 측정부(300);를 포함한다.(Embodiment 1-1) According to the present invention, in a sensor using a friction generator, the generator 100 generates electricity by friction; It includes an electrode unit 200 to which electricity generated from the power generation unit 100 is transmitted; and a measurement unit 300 connected to the electrode unit 200 and measuring a voltage.

(실시예 1-2) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-1에 있어서, 상기 발전부(100) 및 상기 전극부(200)는 플레서블 소자로 형성되는 것;을 포함한다. (Embodiment 1-2) The sensor using the triboelectric generator of the present invention includes, in Embodiment 1-1, the power generating unit 100 and the electrode unit 200 are formed of flexible elements. .

(실시예 1-3) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-1에 있어서, 상기 전극부(200)는 상기 발전부(100)의 마찰에 의해서 발생된 전하가 모여서 전기장을 발생시키는 것;을 포함한다.(Example 1-3) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 1-1, the electrode part 200 generates an electric field by collecting electric charges generated by the friction of the power generation part 100. to do; includes

(실시예 1-4) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-3에 있어서, 상기 측정부(300)는 상기 전극부(200)의 전기장과 유전체간 정전기 유도의 결합으로 기전력을 전력 생산에 활용하는 것;을 포함한다.(Example 1-4) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 1-3, the measuring unit 300 generates an electromotive force by combining the electric field of the electrode unit 200 and electrostatic induction between dielectrics. Utilization for power generation; includes.

본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 것이다. 구체적으로 마찰에 의해서 발생된 전하가 유전체 표면에서 모여서 발생시킨 전기장과 유전체간 정전기 유도의 결합으로 기전력을 전력 생산에 활용하는 장치이다. 이러한 장치는 외부 기계적 에너지를 전기로 변환하는 에너지 수확 장치이다. 최근에는 사물인터넷(IoT), 5G기술 및 빅 데이터 및 분석기술과 같은 다양한 모바일 인터넷 환경의 발전으로 인해 모바일 기기 및 센서의 구동 전력에 관한 대체 수요가 급격하게 증가 되고 있다. 또한 유비쿼터스와 같은 플렉서블 전자 소자들은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 새로운 모바일 전력 소자의 수요가 있다. 이와 같이 개별 전원 장치를 사용하여 원격에서 위치 측정 할 수 있는 소자에 관한 정보는 매우 중요하다. 또한 모바일 환경에서 발생되는 다양한 진동을 활용하여 전력 소자를 구동할 수 있다면, 기존 coin 전지로 동작 되던 다양한 전자 소자들을 영구적으로 동작 시킬 수 있다.The present invention relates to a sensor utilizing a friction generator. Specifically, it is a device that utilizes electromotive force for power generation by combining an electric field generated by the charge generated by friction on the surface of a dielectric and induction of static electricity between dielectrics. These devices are energy harvesting devices that convert external mechanical energy into electricity. Recently, due to the development of various mobile Internet environments such as the Internet of Things (IoT), 5G technology, and big data and analysis technology, the demand for alternative driving power for mobile devices and sensors is rapidly increasing. In addition, flexible electronic devices such as ubiquitous devices are in demand for new mobile power devices that can be applied to various application fields. In this way, information about a device that can be remotely measured using a separate power supply is very important. In addition, if power devices can be driven by utilizing various vibrations generated in the mobile environment, various electronic devices operated by existing coin batteries can be permanently operated.

본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 마찰에 의하여 전기를 발생시키는 발전부(100)가 형성되며, 발전부(100)는 마찰식 TENG(TriboElectric Nano Generator)로 형성되며, 인간의 움직임, 보행, 진동, 기계적 트리거링, 타이어 회전, 바람, 흐르는 물 등과 같이 일상생활에서 활용되는 모든 종류의 기계적 에너지를 수확하는 데 적용된다. 그리고 발전부(100)는 플랙서블 소자로 형성되며, 두 재료 표면이 서로 접촉하거나 접촉된 상태에서 마찰 될 때 전기를 발생한다. 발전부(100)에 형성되는 한 쌍의 마찰 전기 표면에 대해 마찰 전기 대전 초기 전하 충진 단계 동안 실제 표면의 접점 수에 의존한다. 그리고 발전부(100)의 마찰 대전 분리 시 낮은 값에서 감소하는 비율로 점차 증가하고 유한한 접촉 사이클 후에 포화 되며, 초기 동적 기간 후에, 마찰 전기 전하 밀도는 포화 된 값에서 비교적 안정적으로 유지된다. 이는 마찰 전기 접촉 표면 사이에 적절한 압력을 가하면 효과적인 접촉 면적이 증가하고 특히 구조화된 표면에서 더 높은 전하 분리가 발생하기 때문이다. 그리고 발전부(100)의 외측에 형성되는 전극부(200)는 마찰에 의해서 유전체 표면 전하의 생성 및 소명 과정에 의해서 유도된 전하를 외부 전극으로 이송하는 것이다. 구체적으로 전극부(200)는 두 마찰 시트의 표면에서 반대의 마찰 전기 전하의 순환 분리 및 재접촉에 의해 유도된 전위차의 주기적인 변화로 인해 기전력이 만들어지는 현상을 이용한다. 또한, 측정부(300)는 발전부(100)와 전극부(200)에서 얻어진 표면 전하량을 측정한 데이터를 기준으로 소재의 일함수를 분류하고, 정확한 값을 얻기 때문에 소자의 기초 특성을 예측할 수 있는 것이다.In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, a power generation unit 100 that generates electricity by friction is formed, and the power generation unit 100 is formed of a triboelectric nano generator (TENG), and human movement, walking, It is applied to harvesting all kinds of mechanical energy utilized in daily life, such as vibration, mechanical triggering, tire rotation, wind, flowing water, etc. And the power generation unit 100 is formed of a flexible element, and generates electricity when two material surfaces are in contact with each other or rubbed in a contacted state. For a pair of triboelectric surfaces formed in the power generation unit 100, it depends on the number of contacts on the actual surfaces during the initial charge-charging stage of triboelectric charging. And, during the triboelectric charge separation of the power generation unit 100, it gradually increases at a decreasing rate from a low value and becomes saturated after a finite contact cycle, and after an initial dynamic period, the triboelectric charge density remains relatively stable at the saturated value. This is because applying an appropriate pressure between the triboelectric contact surfaces increases the effective contact area and results in higher charge separation, especially at structured surfaces. And the electrode unit 200 formed outside the power generation unit 100 transfers the electric charge induced by the process of generation and elimination of dielectric surface charge by friction to the external electrode. Specifically, the electrode unit 200 uses a phenomenon in which electromotive force is generated due to a periodic change in potential difference induced by cyclic separation and re-contact of opposite triboelectric charges on the surfaces of two friction sheets. In addition, since the measuring unit 300 classifies the work function of the material based on the data obtained by measuring the amount of surface charge obtained from the power generation unit 100 and the electrode unit 200 and obtains an accurate value, the basic characteristics of the device can be predicted. There is.

따라서, 본 발명은 발전부(100)에서 발생한 마찰의 전하가 유전체 표면에서 모여서 발생시킨 전기장과 유전체간 정전기 유도의 결합으로 기전력을 전력 생산에 활용되는 특징을 가진다.Accordingly, the present invention is characterized in that electromotive force is utilized for power generation by combining an electric field generated by the frictional charges generated in the power generation unit 100 on the dielectric surface and induction of static electricity between dielectrics.

(실시예 1-5) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-1에 있어서, 상기발전부(100)의 마찰 전기를 계측하는 계측센서(400);를 포함한다.(Embodiment 1-5) In Embodiment 1-1, the sensor using the triboelectric generator of the present invention includes a measuring sensor 400 that measures the triboelectricity of the power generation unit 100.

(실시예 1-6) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-5에 있어서, 상기 발전부(100)가 형성되는 계측구조물(410); 상기 계측구조물(410)이 증착되는 증착구조물(420);을 포함한다.(Embodiment 1-6) In Embodiment 1-5, the sensor using the friction generator of the present invention includes a measuring structure 410 in which the power generation unit 100 is formed; and a deposition structure 420 on which the measurement structure 410 is deposited.

(실시예 1-7) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-6에 있어서, 상기 계측구조물(410) 및 상기 증착구조물(420)은 원기둥으로 형성되는 것;을 포함한다.(Embodiment 1-7) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Embodiments 1-6, the measurement structure 410 and the deposition structure 420 are formed in a cylindrical shape.

(실시예 1-8) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 1-6에 있어서, 상기 계측센서(400)는 복수의 발전부(100)가 설치되며, 사용자의 압력을 복수로 구분하여 계측하는 것;을 포함한다.(Example 1-8) In the sensor using the friction generator of the present invention, in Example 1-6, the measuring sensor 400 has a plurality of power generation units 100 installed, and divides the user's pressure into a plurality. Including;

본 발명은 계측센서(400)에 대한 것이며, 구체적으로 압력 및 진동을 계측하는 계측센서(400)에 대한 것이다. 이러한 계측센서(400)는 유기 유전체(110)와 무기 유전체(120)가 압력 및 진동에 의하여 발생되는 마찰 전기를 계측하는 것이다. 계측센서(400)는 복수의 발전부(100)가 설치되며, 차량, 사용자, 물건 등이 적재될 경우 다양한 부위의 압력을 계측할 수 있다. 이에 대해 자세히 설명하면, 사용자가 계측센서(400)에 올라가면 복수의 발전부(100)에 의하여 사용자의 무게를 측정함과 동시에 사용자의 족압을 다양하게 구분하여 계측한다. 이에 따라 사용자의 자세 교정 등에 사용될 수 있다.The present invention relates to a measurement sensor 400, and specifically relates to a measurement sensor 400 for measuring pressure and vibration. The measuring sensor 400 measures triboelectricity generated by pressure and vibration between the organic dielectric 110 and the inorganic dielectric 120 . The measurement sensor 400 is installed with a plurality of power generation units 100, and can measure the pressure of various parts when a vehicle, user, object, etc. are loaded. To explain this in detail, when the user climbs on the measurement sensor 400, the user's weight is measured by the plurality of power generation units 100, and the user's foot pressure is measured in various ways. Accordingly, it can be used for correcting the user's posture.

그리고 계측센서(400)가 원기둥으로 형성될 경우 전극부(200)가 형성되는 증착구조물(420)이 원기둥으로 형성되며, 증착구조물(420)은 복수로 형성된다. 이때, 복수의 증착구조물(420) 사이에는 유전체인 계측구조물(410)이 형성되며, 내부 및 외부의 증착구조물(420)이 이동될 때 마찰 전기가 발생한다. 구체적으로 다양한 장치의 이동 및 각도를 미세하게 측정하기 위하여 장치에 증착구조물(420)을 설치할 수 있다. 이때, 증착구조물(420)은 장치와 고정부위에 각각 설치되어 계측구조물(410)에서 발생되는 마찰 전기에 의하여 장치의 이동 및 각도 변화를 측정할 수 있는 것이다.Also, when the measuring sensor 400 is formed in a cylindrical shape, the deposition structure 420 on which the electrode unit 200 is formed is formed in a cylindrical shape, and the deposition structure 420 is formed in plurality. In this case, a dielectric measurement structure 410 is formed between the plurality of deposition structures 420, and frictional electricity is generated when the internal and external deposition structures 420 are moved. In detail, the deposition structure 420 may be installed in the device in order to finely measure the movement and angle of various devices. At this time, the deposition structure 420 is installed on the device and the fixing part, respectively, so that movement and angle change of the device can be measured by triboelectricity generated by the measurement structure 410 .

(실시예 2-1) 본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 것이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 발전부(100)에 형성되는 유기 유전체(110); 상기 유기 유전체(110)와 이격되어 형성되는 무기 유전체(120);를 포함한다.(Embodiment 2-1) The present invention relates to a sensor using a friction generator, and in Embodiment 1-1, an organic dielectric 110 formed in the power generation unit 100; and an inorganic dielectric 120 formed to be spaced apart from the organic dielectric 110 .

(실시예 2-2) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-1에 있어서, 상기 유기 유전체(110) 상기 무기 유전체(120)는 압력에 의하여 서로 접하여 마찰이 발생하는 것;을 포함한다.(Example 2-2) In the sensor using the friction generator of the present invention, in Example 2-1, the organic dielectric 110 and the inorganic dielectric 120 contact each other by pressure to generate friction; include

(실시예 2-3) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-2에 있어서, 상기 유기 유전체(110)는 PET(PolyEthylene Terephthalate), PEN(PolyEthylene Naphthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PI(Polyimide;Kepton) 중 선택된 하나로 형성되는 것;을 포함한다.(Example 2-3) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 2-2, the organic dielectric 110 is PET (PolyEthylene Terephthalate), PEN (PolyEthylene Naphthalate), PVC (Polyvinyl chloride), It includes; being formed of a selected one of PI (Polyimide; Kepton).

(실시예 2-4) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-3에 있어서, 상기 무기 유전체(120)는 유리기판(Glass), AAO(Anodized Aluminum Oxide) 중 선택된 하나로 형성되는 것;을 포함한다.(Example 2-4) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 2-3, the inorganic dielectric 120 is formed of one selected from a glass substrate (Glass) and AAO (Anodized Aluminum Oxide). includes;

(실시예 2-5) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-3에 있어서, AAO로 형성되는 상기 무기 유전체(120)는 갈색 AAO와 백색 AAO 중 하나로 형성되는 것;을 포함한다.(Example 2-5) The sensor using the triboelectric generator of the present invention includes, in Example 2-3, the inorganic dielectric 120 formed of AAO being formed of one of brown AAO and white AAO. .

본 발명은 발전부(100)에 대한 것이다. 구체저으로 발전부(100)는 복수의 유전체간에 발생하는 마찰에 의하여 발전을 진행하는 것이다. 이러한 발전부(100)는 재료 특성에 크게 좌우되며, 접촉면의. 극성과 전하량의 주요 지표 중 하나는 마찰 전기 모듈에서 소재의 중요한 특성이다. 마찰 전기를 발생 시키는 소재에 따라 더 많은 양의 표면 전하를 발생시키는 것이 가능하다. 그리고 소재에 따른 양전하의 극성이 다르게 나타나며, 이에 대한 변수로는 접촉 표면의 화학적 조성, 전처리, 가공 이력 및 표면 거칠기는 마찰 대전 밀도에 밀접한 영향을 줄 수 있다. The present invention relates to the power generation unit (100). Specifically, the power generation unit 100 proceeds with power generation by friction generated between a plurality of dielectrics. This power generation unit 100 is greatly dependent on the material properties, and of the contact surface. One of the key indicators of polarity and charge is an important material property in triboelectric modules. Depending on the material generating triboelectricity, it is possible to generate a larger amount of surface charge. In addition, the polarity of the positive charge appears differently depending on the material, and as variables for this, the chemical composition of the contact surface, pretreatment, processing history, and surface roughness can have a close effect on the triboelectric charge density.

발전부(100)는 발전 효율을 높이기 위하여 서로 마주하는 소재를 다른 종류의 유전체로 형성하며, 유전체는 유기 유전체(110)와 무기 유전체(120)로 형성된다. 유기 유전체(110)는 전극 형성을 위해 전극부(200)에 발전부(100)를 부착시키기 위한 스퍼터링(sputtering) 공정이 가능한 PET(PolyEthylene Terephthalate), PEN(PolyEthylene Naphthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PI(Polyimide;Kepton) 중 선택된 하나로 형성된다. 그리고 유기 유전체(110)와 마주하며, 마찰 전기를 발생시키는 무기 유전체(120)는 유리기판(Glass), AAO(Anodized Aluminum Oxide) 중 선택된 하나로 형성된다. 여기서, 유리 기판의 경우 제작 과정이 어려우므로 AAO를 활용한다. AAO 제작 시, 20%(w.b)의 옥살산(oxalic acid)에서 40V의 양극 산화 전압을 인가하여 제작한 경우에는 갈색의 AAO 제작이 가능하다. 이렇게 제작된 AAO의 형태는 양극 산화 산화용매에 따라 특성이 매우 크게 변하며, 갈색 AAO와 백색 AAO 두 가지 형태로 구분된다. 갈색 AAO는 옥살산(oxalic acid)에서 양극 산화 공정 처리 된 AAO를 다시 10%(w.b)의 인산 용액에서 10분간의 알루미나 에칭 공정(pore widening)이 진행하여 형성된다. 또한, AAO 제작 공정 중, 양극산화 공정 조건 중 에칭 용액을 황산을 활용할 경우 갈색 AAO가 아니라 백색 AAO 제작이 가능하다. 백색 AAO 제조 공정은 20wt%의 황산 용액에서 30V의 양극산화 전압을 인가하여 제작할 수 있다.The power generation unit 100 forms materials facing each other with different types of dielectrics to increase power generation efficiency, and the dielectrics are formed of organic dielectrics 110 and inorganic dielectrics 120 . The organic dielectric 110 is PET (PolyEthylene Terephthalate), PEN (PolyEthylene Naphthalate), PVC (Polyvinyl chloride), It is formed with one selected from PI (Polyimide; Kepton). In addition, the inorganic dielectric 120 facing the organic dielectric 110 and generating triboelectricity is formed of one selected from glass and anodized aluminum oxide (AAO). Here, since the manufacturing process is difficult in the case of a glass substrate, AAO is used. In the case of AAO fabrication, when fabricated by applying an anodic oxidation voltage of 40V in 20% (w.b) oxalic acid, it is possible to fabricate brown AAO. The shape of the AAO produced in this way varies greatly in characteristics depending on the anodic oxidation solvent, and is divided into two types: brown AAO and white AAO. Brown AAO is formed by performing an alumina etching process (pore widening) in a 10% (w.b) phosphoric acid solution for 10 minutes after the AAO has been subjected to an anodization process in oxalic acid. In addition, when sulfuric acid is used as an etching solution during the anodic oxidation process during the AAO fabrication process, it is possible to fabricate white AAO instead of brown AAO. The white AAO manufacturing process can be fabricated by applying an anodization voltage of 30V in a 20wt% sulfuric acid solution.

따라서, 발전부(100)는 유기 유전체(110)와 무기 유전체(120)가 접함에 따라 발생하는 마찰에 의하여 전기를 발생시키는 특징을 가진다.Accordingly, the power generation unit 100 has a characteristic of generating electricity by friction generated as the organic dielectric 110 and the inorganic dielectric 120 come into contact with each other.

(실시예 2-6) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-5에 있어서, 상기 유기 유전체(110)는 테프론(Teflon; 불소 계열 수지)으로 형성되는 것;을 포함한다.(Embodiment 2-6) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Embodiments 2-5, the organic dielectric 110 is formed of Teflon (fluorine-based resin).

(실시예 2-7) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 2-5에 있어서, 상기 테프론은 FEP (Fluorinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane) 중 선택된 하나로 형성되는 것;을 포함한다.(Example 2-7) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 2-5, the Teflon is formed of one selected from FEP (Fluorinated ethylene propylene) and PFA (Perfluoroalkoxy alkane). .

본 발명의 유기 유전체(110)에 대한 것이며, 구체적으로 유기 유전체(110)는 테프론으로 형성되는 것이다. 테프론은 불소와 탄소의 결합 형태와 중합체의 형태에 따라 매우 복잡하게 분류될 수 있다. 가장 널리 활용되는 테프론 소재로는 PTFE (Polytetrafluoroethylene)가 있으며, 얇고 투명한 필름 형태로 가공된 테프론 소재로는 FEP (Fluorinated ethylene propylene)와 PFA(Perfluoroalkoxy alkane)가 있다. 여기서, 125 μm의 두께를 갖는 PTFE 위에 Al 전극을 50nm의 두께로 증착한 뒤, 유기 유전체(110)로 제작된다. 이러한 유기 유전체(110)는 우수한 개방 전압을 보이는 테프론 계열의 FPA로 형성됨이 바람직하다.It is for the organic dielectric 110 of the present invention, specifically, the organic dielectric 110 is formed of Teflon. Teflon can be classified very complicatedly according to the bonding type of fluorine and carbon and the type of polymer. PTFE (Polytetrafluoroethylene) is the most widely used Teflon material, and FEP (Fluorinated ethylene propylene) and PFA (Perfluoroalkoxy alkane) are Teflon materials processed into thin and transparent films. Here, after depositing an Al electrode to a thickness of 50 nm on PTFE having a thickness of 125 μm, it is fabricated as an organic dielectric 110 . The organic dielectric 110 is preferably formed of a Teflon-based FPA exhibiting excellent open-circuit voltage.

(실시예 3-1) 본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 것이며, 실시예 2-1에있어서, 상기 무기 유전체(120)에 형성되며, 상기 유기 유전체(110)와 접하는 나노 구조물(121);을 포함한다.(Example 3-1) The present invention relates to a sensor using a triboelectric generator. In Example 2-1, the nanostructure 121 formed on the inorganic dielectric 120 and in contact with the organic dielectric 110 );

(실시예 3-2) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 3-1에 있어서, 상기 나노 구조물(121)은 상기 무기 유전체(120)가 AAO로 형성될 때 형성되는 것;을 포함한다.(Example 3-2) The sensor using the friction generator of the present invention is in Example 3-1, wherein the nanostructure 121 is formed when the inorganic dielectric 120 is formed of AAO; do.

(실시예 3-3) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 3-1에 있어서, 상기 나노 구조물(121)은 알루미늄 수화물 및 탄소 화합물로 형성되는 나노튜브(122);를 포함한다.(Example 3-3) In Example 3-1, the sensor using the triboelectric generator of the present invention, the nanostructure 121 includes a nanotube 122 formed of aluminum hydrate and a carbon compound.

(실시예 3-4) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 3-1에 있어서, 상기 나노 구조물(121)은 AAO로 형성되는 상기 무기 유전체(120)가 에칭 공정을 통해 제작되는 것;을 포함한다.(Example 3-4) In the sensor using the friction generator of the present invention, in Example 3-1, the nanostructure 121 is formed of AAO, and the inorganic dielectric 120 is manufactured through an etching process. includes;

본 발명은 나노 구조물(121)에 대한 것이다. 구체적으로 AAO로 형성되는 무기 유전체(120)는 유기 유전체(110)와 접하는 위치에 높은 개방 전압을 형성하기 위한 나노 구조물(121)이 형성되는 것이다. 이러한 나노 구조물(121)은 알루미나 기반으로 형성되며, AAO로 형성되는 무기 유전체(120)의 일면에 형성된다. 이때, 무기 유전체(120)는 황산 용액을 활용하여 갈색 AAO로 제작하고, 이를 에칭(pore widening)공정에 의하여 나노 기공이 제작 된다. 나노 기공의 크기는 에칭 공정 시간 및 양극 산화 전압이 증가함에 따라서 증가 한다. 본 발명에서는 에칭 공정을 5분으로 고정하며, 30nm의 직경의 기공을 갖는 AAO의 무기 유전체(120)로 형성된다. 이때, 무기 유전체(120)의 두께는 갈색 AAO의 경우 50 μm이었으며, 백색 AAO의 경우 20 μm로 고정한다.The present invention relates to a nanostructure 121 . Specifically, in the inorganic dielectric 120 formed of AAO, the nanostructure 121 for forming a high open-circuit voltage is formed at a position in contact with the organic dielectric 110 . The nanostructure 121 is formed based on alumina and is formed on one surface of the inorganic dielectric 120 formed of AAO. At this time, the inorganic dielectric 120 is made of brown AAO using a sulfuric acid solution, and nanopores are produced by an etching (pore widening) process. The nanopore size increases with increasing etching process time and anodization voltage. In the present invention, the etching process is fixed to 5 minutes, and the inorganic dielectric 120 of AAO having pores with a diameter of 30 nm is formed. At this time, the thickness of the inorganic dielectric 120 was 50 μm in the case of brown AAO and fixed to 20 μm in the case of white AAO.

무기 유전체(120)는 양극 산화 공정을 통해서 형성되며, 에칭 공정을 통해 알루미나 기반의 나노튜브(122)가 제작된다. 제작된 나노튜브(122)는 알루미늄 수화물 및 탄소 화합물이다. 양극산화 공정을 통해 제작된 AAO의 무기 유전체(120)는 비정질 형태이며, 일반적으로 수분 흡착에 따른 표면 전기 용량(capacitance) 변화가 큰 센서 소재이다. The inorganic dielectric 120 is formed through an anodic oxidation process, and the alumina-based nanotubes 122 are fabricated through an etching process. The fabricated nanotubes 122 are aluminum hydrate and carbon compounds. The inorganic dielectric 120 of the AAO fabricated through the anodic oxidation process is in an amorphous form, and is generally a sensor material with a large change in surface capacitance due to moisture adsorption.

따라서, 본 발명의 나노 구조물(121)은 유기 유전체(110)와의 접점을 높이며, 높은 개방 전압을 보이기 위한 무기 유전체(120)가 형성되는 특징을 가진다.Therefore, the nanostructure 121 of the present invention has a feature in that the inorganic dielectric 120 is formed to increase the contact with the organic dielectric 110 and show a high open-circuit voltage.

(실시예 3-5) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 3-4에 있어서, 상기 무기 유전체(120)및 상기 나노 구조물(121) 표면의 수분은 ozone UV 처리 공정으로 제거되는 것;을 포함한다.(Example 3-5) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 3-4, moisture on the surface of the inorganic dielectric 120 and the nanostructure 121 is removed by an ozone UV treatment process. includes;

본 발명은 무기 유전체(120)에 대한 것이며, 구체적으로 무기 유전체(120)와 나노 구조물(121)은 습도에 따른 축전용량이 변화됨에 따라 수분 함유량을 줄여야 하는 것이다. 이러한 갈색 AAO로 형성되는 무기 유전체(120)의 수분 함유량을 줄이기 위해, 전극부(200)에서 영향을 받지 않을 만큼 낮은 온도 영역인 300℃이하의 온도에서 산화 공정을 수행한다. 그리고 산화 공정 온도가 증가함에 따라, 전반적으로 표면의 탄소 농도의 증가가 발생 되며, 갈색 AAO 무기 유전체(120)의 양극 산화 시 용매로 사용된 유기 용매의 반응에 따른 탄화가 수반되며, 무기 유전체(120) 내부의 탄소의 표면으로의 확산이 오히려 활성화되어 표면에 잔류 탄소의 농도를 증가된다.The present invention relates to the inorganic dielectric 120, and specifically, the inorganic dielectric 120 and the nanostructure 121 should reduce the moisture content as the capacitance changes according to humidity. In order to reduce the moisture content of the inorganic dielectric 120 formed of the brown AAO, an oxidation process is performed at a temperature of 300° C. or less, which is a temperature range low enough not to be affected by the electrode unit 200. In addition, as the oxidation process temperature increases, the carbon concentration of the surface generally increases, and the anodic oxidation of the brown AAO inorganic dielectric 120 is accompanied by carbonization due to the reaction of the organic solvent used as the solvent, and the inorganic dielectric ( 120) The diffusion of internal carbon to the surface is rather activated, increasing the concentration of residual carbon on the surface.

이때, 무기 유전체(120)의 표면 건조를 위해 열처리 공정 이외에 Ozone UV 처리 공정이 진행된다. Ozone UV 처리 공정의 경우 산화 공정과는 달리 표면의 탄소 농도를 19.2%에서 18.69%로 낮추며, 산소 및 알루미늄의 농도가 증가한다. 이러한 Ozone UV 처리 공정은 Ozone UV cleaner에 의하여 플라스틱 기판의 표면의 수분 흡착 및 유기 오염물 제거를 진행할 수 있다. 그리고 무기 유전체(120)는 Ozone UV treatment 장비에 의하여 수분이 제거되며, Ozone UV treatment 장비는 저압 수은 램프에서 발생되는 185 nm 및 253 nm 파장의 UV-C 자외선을 활용하여 표면에 흡착되어 있는 수분 및 유기 분자들을 제거할 수 있으며, 아울러 185 nm를 활용하여 대기중의 산소를 오존으로 변화시켜 산화 반응을 촉진 시킨다.At this time, an Ozone UV treatment process is performed in addition to the heat treatment process to dry the surface of the inorganic dielectric 120 . Unlike the oxidation process, the Ozone UV treatment process lowers the carbon concentration on the surface from 19.2% to 18.69% and increases the concentration of oxygen and aluminum. In this Ozone UV treatment process, the Ozone UV cleaner can adsorb moisture and remove organic contaminants from the surface of the plastic substrate. In addition, moisture is removed from the inorganic dielectric 120 by Ozone UV treatment equipment, and Ozone UV treatment equipment utilizes UV-C ultraviolet rays of 185 nm and 253 nm wavelengths generated from a low pressure mercury lamp to remove moisture and moisture adsorbed on the surface. It can remove organic molecules and also accelerates the oxidation reaction by changing oxygen in the air into ozone by using 185 nm.

산화 공정 및 ozone UV 처리 공정이 진행됨에 따라, 수분 흡착에 의한 C-OH bonding이 감소하나 C=O bonding의 수는 감소하지 않는다. 특히 ozone UV 처리 공정을 통한 수분 감소량이 다른 공정에 비해 현저히 낮게 형성된다. 그리고 ozone UV 처리 공정을 통해 갈색 AAO의 무기 유전체(120)의 표면 수분 및 탄소를 효율적으로 제거 할 수 있다.As the oxidation process and the ozone UV treatment process progress, C-OH bonding due to moisture adsorption decreases, but the number of C=O bonds does not decrease. In particular, the amount of moisture reduction through the ozone UV treatment process is significantly lower than other processes. In addition, surface moisture and carbon of the inorganic dielectric 120 of the brown AAO can be efficiently removed through the ozone UV treatment process.

따라서, 본 발명의 발전부(100)의 산화 공정 및 ozone UV 처리 공정에 의하여 표면 수분 및 유기 흡착물 제거가 완벽히 이루어질수록 높은 발전 전압을 형성하는 특징을 가진다.Therefore, the power generation unit 100 of the present invention has a characteristic of forming a higher power generation voltage as the surface moisture and organic adsorbate are completely removed by the oxidation process and the ozone UV treatment process.

(실시예 4-1) 본 발명은 마찰 발전기를 활용한 센서에 대한 것이며, 실시예 3-1에있어서, 상기전극부(200)에 형성되며, 상기 유전체 외측에 증착되는 전극판(210);을 포함한다.(Embodiment 4-1) The present invention relates to a sensor using a friction generator, and in Embodiment 3-1, an electrode plate 210 formed on the electrode part 200 and deposited on the outside of the dielectric; includes

(실시예 4-2) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 4-1에 있어서, 상기 전극판(210)은 Al 박막, ITO(Indium Thin Oxide) 중 선택된 하나로 형성되는 것;을 포함한다.(Example 4-2) In Example 4-1, the sensor using the triboelectric generator of the present invention includes that the electrode plate 210 is formed of one selected from among an Al thin film and ITO (Indium Thin Oxide). do.

(실시예 4-3) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 4-2에 있어서, 상기 전극판(210)은 상기 유기 유전체(110)와 상기 무기 유전체(120) 사이에 발생하는 전기장을 상기 측정부(300)로 유도하는 것;을 포함한다.(Example 4-3) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 4-2, the electrode plate 210 has an electric field generated between the organic dielectric 110 and the inorganic dielectric 120. Inducing to the measurement unit 300; includes.

(실시예 4-4) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 4-2에 있어서, 상기 전극판(210)은 스퍼터 장치에 의하여 상기 유전체에 증착되는 것;을 포함한다.(Example 4-4) In Example 4-2, the sensor using the triboelectric generator of the present invention includes depositing the electrode plate 210 on the dielectric by a sputtering device.

본 발명의 전극판(210)에 대한 것이며, 구체적으로 전극판(210)은 유전체에서 발생하는 전기장을 측정부(300)로 유도하기 위하여 유전체에 증착되는 것이다. 본 발명은 무기 유전체(120)와 유기 유전체(110)의 내부 표면이 밀착되어 전하 이동이 시작되면 표면의 한쪽면에는 양전하가 축적되고 다른 쪽에는 음전하가 축전된다. 변형이 해제되면 반대 전하를 갖는 두 표면이 자동으로 분리되어, 이들 반대 마찰 전하가 사이에 전기장을 생성하여 상부 전극과 하부 전극에 걸쳐 전위차가 유도된다. 이 전위차를 차단하기 위해 전자는 외부 부하를 통해 한 전극에서 다른 전극으로 흐르도록 구동된다. 이 과정에서 생성된 전기력은 두 전극의 전위가 다시 회복될 때까지 계속된다. 그 후, 복수의 유전체가 서로를 향해 압착될 경우, 마찰 대전 유발 전위차는 0으로 감소하기 시작하여, 전달된 전하가 외부 부하를 통해 역류하여 반대 방향으로 다른 전류 펄스를 발생시킨다. 이때, 주기적 기계적 압력에 의한 변형이 지속되면 교류(AC) 신호가 지속적으로 생성된다. 발전부(100)의 무기 유전체(120)와 유기 유전체(110)가 접촉하여 마찰 전기 전하를 발생시키기 위해서는, 마찰 전기 전하가 제거되지 않고 내부 표면에 남아 있도록, 이들 중 적어도 하나의 시트는 절연체이어야 한다. 그 후, 이러한 부동 마찰 전기 충전은 주기적 거리 변화 하에서 외부 부하에서 AC 전기 흐름을 유도 할 수 있다.It relates to the electrode plate 210 of the present invention, and specifically, the electrode plate 210 is deposited on a dielectric in order to induce an electric field generated in the dielectric to the measurement unit 300. In the present invention, when the inner surfaces of the inorganic dielectric 120 and the organic dielectric 110 come into close contact and charge transfer begins, positive charges are accumulated on one side of the surface and negative charges are accumulated on the other side. When the strain is released, the two surfaces with opposite charges are automatically separated, and these opposite frictional charges create an electric field between them, inducing a potential difference across the top and bottom electrodes. To block this potential difference, electrons are driven to flow from one electrode to the other via an external load. The electric force generated in this process continues until the potential of the two electrodes is restored again. Then, when the plurality of dielectrics are squeezed toward each other, the triboelectric charge-induced potential difference starts to decrease to zero, so that the transferred charges flow back through the external load to generate another current pulse in the opposite direction. At this time, when the deformation due to the periodic mechanical pressure continues, an alternating current (AC) signal is continuously generated. In order for the inorganic dielectric 120 and the organic dielectric 110 of the power generation unit 100 to contact to generate triboelectric charges, at least one sheet of them must be an insulator so that the triboelectric charges remain on the inner surface without being removed. do. Then, these floating triboelectric charges can induce AC electricity flow in an external load under periodic distance changes.

무기 유전체(120)와 유기 유전체(110)는 유전체 외측에 증착되는 전극판(210)이 형성되며, 전극판(210)은 Al 박막, ITO(Indium Thin Oxide) 중 선택된 하나로 형성된다. 그리고 전극판(210)은 스퍼터링, 전기도금, 무전해 도금, 진공 증발 증착 장치, MOCVD 공정 등을 활용하여 증착 공정을 유전체에 증착한다. 이때, 스퍼터링 공정을 활용할 경우 스퍼터 장치의 기본적인 구성은 진공 형성이 가능한 로터리 베인 펌프와 터보 분자 펌프를 활용하여 고진공(~10-6 torr)으로 형성된다. 분위기 가스로는 Ar을 활용하며, Ar의 유량을 제어할 수 있는 MFC와 바라트론 게이지(Baratron gauge)를 연동하여 사용 압력을 제어한다.An electrode plate 210 deposited on the outside of the inorganic dielectric 120 and the organic dielectric 110 is formed, and the electrode plate 210 is formed of one selected from an Al thin film and indium thin oxide (ITO). In addition, the electrode plate 210 is deposited on the dielectric using a deposition process such as sputtering, electroplating, electroless plating, a vacuum evaporation deposition apparatus, or an MOCVD process. At this time, when the sputtering process is used, the basic configuration of the sputter device is formed in a high vacuum (~10 -6 torr) using a rotary vane pump and a turbo molecular pump capable of forming a vacuum. Ar is used as the atmosphere gas, and the working pressure is controlled by interlocking the MFC that can control the flow rate of Ar with the Baratron gauge.

전극판(210)의 면저항은 Al 전극의 경우 10 S(siemens)이하의 높은 전기 전도도를 갖도록 두께를 50nm 이상의 전극을 활용하였으며, 증착 시간은 5분으로 동일하게 제어할 수 있다. 사용된 전극판(210)은 Al (5N), 3 inch magnetron 스퍼터 건을 활용하였으며, 플라즈마 파워는 13.56MHz의 RF를 인가하여 플라즈마를 형성된다. ITO의 전극의 경우 40 S이하의 전기 전도도를 갖도록 두께를 50 nm를 증착하여 전극으로 활용되며, ITO 증착 조건은 PET 기판만을 적용할 수 있으며, 사용된 ITO(4N)의 스퍼터를 활용할 수 있다. 이와 같은 전극판(210)은 Al 전극으로 형성될 때 무기 유전체(120)와 증착되며, ITO 전극으로 형성될 때 유리기판으로 형성되는 유전체와 연결될 때 높은 전압이 발생된다. 본 발명에서는 Al 전극판(210)을 명시하였으나 Al 외에 Ti, Cr, Mo, W, Au, Ag와 같은 금속 또는 이들 전극의 하이브리드 조합으로 제작된 전극판(210)이 사용될 수 있다.For the sheet resistance of the electrode plate 210, an electrode having a thickness of 50 nm or more was used to have a high electrical conductivity of 10 S (siemens) or less in the case of an Al electrode, and the deposition time can be equally controlled to 5 minutes. As the electrode plate 210 used, an Al (5N), 3 inch magnetron sputter gun was utilized, and plasma was formed by applying RF of 13.56 MHz as the plasma power. In the case of an ITO electrode, it is used as an electrode by depositing a thickness of 50 nm to have an electrical conductivity of 40 S or less, and only the PET substrate can be applied to the ITO deposition condition, and the sputter of the used ITO (4N) can be utilized. When the electrode plate 210 is formed as an Al electrode, it is deposited with the inorganic dielectric 120, and when formed as an ITO electrode, a high voltage is generated when connected to a dielectric formed as a glass substrate. Although the Al electrode plate 210 is specified in the present invention, in addition to Al, an electrode plate 210 made of a metal such as Ti, Cr, Mo, W, Au, Ag or a hybrid combination of these electrodes may be used.

따라서, 본 발명의 전극부(200)는 유전체에 증착되는 것으로 측정부(300)로 전기장에 의한 전기를 유도하는 특징을 가진다.Therefore, the electrode unit 200 of the present invention is deposited on a dielectric material and has a feature of inducing electricity by an electric field to the measuring unit 300 .

(실시예 4-5) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 4-4에 있어서, 상기 발전부(100)는 AL전극판(210)이 FEP로 형성되는 상기 유기 유전체(110)와 상기 AAO UV로 형성되는 상기 무기 유전체(120)의 마찰이 발생할 때 전압이 높은 것;을 포함한다.(Example 4-5) In the sensor using the triboelectric generator of the present invention, in Example 4-4, the generator 100 includes the organic dielectric 110 in which the AL electrode plate 210 is formed of FEP and The voltage is high when the friction of the inorganic dielectric 120 formed by the AAO UV occurs.

(실시예 4-6) 본 발명의 마찰 발전기를 활용한 센서는 실시예 4-5에 있어서, 상기 무기 유전체(120)는 상기 나노 구조물(121)이 형성될 때 전압이 높은 것;을 포함한다.(Example 4-6) The sensor using the triboelectric generator of the present invention is in Example 4-5, wherein the inorganic dielectric 120 has a high voltage when the nanostructure 121 is formed; .

(실시예 5-1) 본 발명은 마찰 발전기에 대한 것이며, 실시예 1-1의 발전부(100)와 전극부(200)에 의하여 발생하는 전압으로 전기를 생산하는 발전기(500);를 포함한다.(Example 5-1) The present invention relates to a triboelectric generator, and includes a generator 500 that generates electricity with a voltage generated by the power generation unit 100 and the electrode unit 200 of Example 1-1. do.

(실시예 5-2) 본 발명의 마찰 발전기는 실시예 5-1에 있어서, 상기 발전부(100)와 전극부(200)가 결합된 발전센서; 상기 발전센서에서 발전된 전력을 저장하는 축전지;를 포함한다.(Embodiment 5-2) The friction generator of the present invention according to Embodiment 5-1 includes a power generation sensor in which the power generation unit 100 and the electrode unit 200 are coupled; A storage battery for storing the power generated by the power generation sensor; includes.

본 발명은 발전기(500)에 대한 것이며, 구체적으로 압력 및 진동에 의하여 전기를 생산하는 것이다. 이러한 발전기(500)는 압력 및 진동에 의하여 발전부(100)에 마찰이 발생되며, 마찰에 의하여 전기가 생성된다. 발전기(500)는 차량, 무대 등에 발전부(100)와 전극부(200)가 결합된 발전센서가 설치되어 압력 및 진동에 의하여 전력이 생성된다. 그리고 발전센서와 연결되는 축전지에 의하여 전력이 저장되며, 축전지는 리튬 전지 등 다양한 축전지로 형성될 수 있다. 이에 대해 자세히 설명하면, 차량의 진동에너지가 압력 변화로 전환됨에 따라 발전부(100)의 마찰이 발생하여 발전이 가능하다. 그리고 무대에 복수의 발전센서가 설치될 경우 사용자가 밟은 위치에 압력이 발생하여 발전이 이루어져 빛이 발광하거나 축전지에 전력이 저장된다.The present invention relates to a generator 500, and specifically to generate electricity by pressure and vibration. In the generator 500, friction is generated in the power generation unit 100 by pressure and vibration, and electricity is generated by the friction. In the generator 500, a power generation sensor in which the power generation unit 100 and the electrode unit 200 are combined is installed on a vehicle, stage, etc., and power is generated by pressure and vibration. In addition, power is stored by a storage battery connected to the power generation sensor, and the storage battery may be formed of various storage batteries such as lithium batteries. To explain this in detail, as the vibration energy of the vehicle is converted into a pressure change, friction of the power generation unit 100 occurs and power generation is possible. In addition, when a plurality of power generation sensors are installed on the stage, pressure is generated at the position where the user stepped on, and power is generated so that light is emitted or power is stored in a storage battery.

100: 발전부 110: 유기 유전체
120: 무기 유전체 121: 나노 구조물
122: 나노 튜브 200: 전극부
210: 전극판 300: 측정부
400: 계측센서 410: 계측구조물
420: 증착구조물 500: 발전기100: power generation unit 110: organic dielectric
120: inorganic dielectric 121: nano structure
122: nanotube 200: electrode part
210: electrode plate 300: measuring unit
400: measurement sensor 410: measurement structure
420: deposition structure 500: generator

Claims (5)

마찰에 의하여 전기를 발생시키는 발전부(100);,
상기 발전부(100)에서 발생하는 전기가 전달되는 전극부(200);,
상기 전극부(200)에 연결되며, 전압을 측정하는 측정부(300);를 포함하는 마찰 발전기를 활용한 센서.
Power generation unit 100 that generates electricity by friction;
An electrode unit 200 to which electricity generated from the power generation unit 100 is transmitted;
A sensor using a triboelectric generator including a measuring unit 300 connected to the electrode unit 200 and measuring a voltage.
 청구항 1에 있어서,
상기 발전부(100)에 형성되는 유기 유전체(110);,
상기 유기 유전체(110)와 이격되어 형성되는 무기 유전체(120);를 포함하는 마찰 발전기를 활용한 센서.
The method of claim 1,
An organic dielectric 110 formed in the power generation unit 100;
A sensor utilizing a triboelectric generator including an inorganic dielectric 120 formed to be spaced apart from the organic dielectric 110.
 청구항 2에 있어서,
상기 무기 유전체(120)에 형성되며, 상기 유기 유전체(110)와 접하는 나노 구조물(121);을 포함하는 마찰 발전기를 활용한 센서.
The method of claim 2,
A sensor using a triboelectric generator comprising: a nanostructure 121 formed on the inorganic dielectric 120 and in contact with the organic dielectric 110.
 청구항 3에 있어서,
상기전극부(200)에 형성되며, 상기 유전체 외측에 증착되는 전극판(210);을 포함하는 마찰 발전기를 활용한 센서.
The method of claim 3,
A sensor using a triboelectric generator comprising: an electrode plate 210 formed on the electrode part 200 and deposited outside the dielectric.
 청구항 1의 발전부(100)와 전극부(200)에 의하여 발생하는 전압으로 전기를 생산하는 발전기(500);를 포함하는 마찰 발전기.
A friction generator comprising: a generator 500 generating electricity with a voltage generated by the power generation unit 100 and the electrode unit 200 of claim 1;
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