KR20230150117A - Selfpowered unit, energe harvester based 3D structure with low rigidity and electrostatic charge and Method for Manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판; 상기 기판 상에 구비되는 제1전극필름; 상기 제1전극필름과 특정간격 이격되어 위치된 음전하로 대전된 음전하 대전필름; 및 상기 음전하 대전필름을 상기 기판 상에서 이격시키며 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛에 관한 것이다. The present invention relates to a self-generating unit based on a three-dimensional structure with low rigidity and electrostatic charge induction, a manufacturing method thereof, and a vibration energy harvester. More specifically, it relates to a substrate; A first electrode film provided on the substrate; A negatively charged film positioned at a specific distance from the first electrode film; and a low-rigidity spacer having an elastic structure that separates the negatively charged film from the substrate.
Description
본 발명은 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입력 에너지원인 진동에너지의 다양한 주파수에서 에너지를 수확할 할 수 있는 아주 낮은 강성의 3차원 구조 및 정전하 유도 기반 진동에너지 하베스터에 대한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional structure with low rigidity, a self-generating unit based on electrostatic charge induction, a manufacturing method thereof, and a vibration energy harvester. More specifically, it is about a vibration energy harvester based on a very low rigidity three-dimensional structure and electrostatic charge induction that can harvest energy at various frequencies of vibration energy, which is an input energy source.
진동에너지 하베스터는 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 일반적인 진동에너지 하베스터의 경우에는 장치의 고유 진동수와 진동에너지의 주파수가 일치할 때, 가장 높은 전기적 에너지를 발생시킨다. 하지만 장치의 고유 진동수와 다른 주파수에서는 상대적으로 낮은 전기적 에너지를 발생시킨다. 이는 고유 진동수와 진동에너지의 주파수가 일치할 때, 장치의 진동응답이 급격하게 커지는 공진현상에 의한 것이다. 즉, 단일 장치에서는 특정 주파수에서 에너지 수확이 가능하다는 제한점이 존재한다.A vibration energy harvester is a device that converts vibration energy into electrical energy. In the case of a general vibration energy harvester, the highest electrical energy is generated when the natural frequency of the device matches the frequency of the vibration energy. However, at frequencies different from the device's natural frequency, relatively low electrical energy is generated. This is due to a resonance phenomenon in which the vibration response of the device increases rapidly when the natural frequency and frequency of vibration energy match. In other words, there is a limitation in that energy harvesting at a specific frequency is possible in a single device.
에너지 하베스터는 주변에 존재하는 태양열, 바람, 진동, 생체역학 에너지 등의 에너지를 우리가 사용할 수 있는 전기적 에너지로 변환시켜주는 장치이다. 다양한 에너지원 중 진동에너지는 세탁기, 자동차와 같은 많은 기계 시스템에서 발생하고 버려지는 에너지이며, 진폭과 주파수라는 큰 특징을 가지고 있다. 이러한 진동에너지를 에너지원으로 하는 진동에너지 하베스터는 진동에너지의 주파수에 따라 출력 성능이 결정된다. 특히 기존의 진동에너지 하베스터는 장치의 고유 진동수(natural frequency)와 입력 진동에너지의 주파수가 일치할 때 가장 큰 출력을 발생시킨다. 기존 진동에너지 하베스터의 특정 주파수에 대한 제한적인 입력 성능은 잠재적 다변성이 있는 진동에너지를 효과적으로 수확하는데 문제점이 있다. 이와 더불어, 진동에너지를 수확하는 기존의 에너지 하베스터에서는 전기적 에너지를 동시에 수확하는데 어려움이 있다.An energy harvester is a device that converts energy such as solar energy, wind, vibration, and biomechanical energy existing around us into electrical energy that we can use. Among various energy sources, vibration energy is energy generated and discarded in many mechanical systems such as washing machines and automobiles, and has the main characteristics of amplitude and frequency. The output performance of a vibration energy harvester that uses vibration energy as an energy source is determined by the frequency of the vibration energy. In particular, existing vibration energy harvesters generate the greatest output when the natural frequency of the device matches the frequency of the input vibration energy. The limited input performance of existing vibration energy harvesters for specific frequencies poses a problem in effectively harvesting vibration energy with potential diversity. In addition, existing energy harvesters that harvest vibration energy have difficulty harvesting electrical energy at the same time.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 보다 넓은 주파수에 진동응답을 확인할 수 있는 아주 낮은 강성의 3차원 구조를 제작하여 진동에너지 하베스터에 활용하며, 이와 더불어 인위적으로 전하를 삽입한 일렉트렛과 마찰대전 현상을 이용한 정전하 유도 기반 에너지 하베스팅 기술을 활용함으로써 넓은 영역의 주파수에서 진동에너지를 수확할 수 있으며, 특히, 기계적 좌굴을 이용한 제작과정의 특징으로 인해서 나노 단위의 아주 작은 갭을 가지는 3차원 구조 제작이 가능할 뿐만 아니라, 장치의 동시 대면적 제작이 가능하고, 오래전부터 잘 정립된 재료역학(고체역학)을 기반으로 한 제작과정이기 때문에 멀티 유닛의 시스템에서 동시에(synchronize) 전기적 에너지 발생이 가능하여, 넓은 주파수 영역의 진동에너지를 효율적으로 수확할 수 있는, 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터를 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was developed to solve the above-described conventional problems. According to an embodiment of the present invention, a three-dimensional structure with very low rigidity that can confirm vibration response at a wider frequency is manufactured and used in a vibration energy harvester. In addition, by using electrostatic charge induction-based energy harvesting technology using electrets with artificially inserted charges and the friction charging phenomenon, vibration energy can be harvested in a wide range of frequencies. In particular, vibration energy can be harvested using mechanical buckling. Due to the characteristics of the process, not only is it possible to manufacture three-dimensional structures with very small gaps in the nanoscale, but it is also possible to manufacture large-area devices simultaneously, and it is a manufacturing process based on material mechanics (solid mechanics) that has been well established for a long time. Therefore, it is possible to generate electrical energy simultaneously (synchronize) in a multi-unit system, and manufacture a self-generating unit based on electrostatic charge induction and a three-dimensional structure with low rigidity that can efficiently harvest vibration energy in a wide frequency range. The purpose is to provide a method and vibration energy harvester.
본 발명의 실시예에 따르면, 아주 낮은 강성을 가지는 3차원 구조와 정전하 유도 현상을 기반으로 하여 보다 넓은 주파수의 진동에너지를 수확하는 진동에너지 하베스터로서, 이를 위해 구불구불한 다리를 가진 2차원 구조에 압축력을 가하여, 기계적 좌굴 현상에 의해서 아주 작은 강성을 가지는 3차원 구조를 제작하며 이 때, 구불구불한 다리 구조는 자연적으로 장치의 강성 역할을 하는 스프링(spring)이 되고, 이 구조의 두께, 너비, 길이 등의 다양한 파라미터에 의해서 장치의 강성이 결정되며, 여기서, 구불구불한 다리 구조는 일직선의 다리 구조에 비해 아주 낮은 강성을 가지고 또한, 고분자에 인위적으로 삽입된 정전하 또는 서로 다른 두 물질 간 마찰대전 기반 정전하의 정전하 유도현상을 통한 에너지 하베스팅 메커니즘을 이용함으로써 넓은 주파수 영역에서 진동에너지를 수확할 수 있는, 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터를 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, it is a vibration energy harvester that harvests vibration energy of a wider frequency based on a three-dimensional structure with very low rigidity and electrostatic charge induction phenomenon, and for this purpose, a two-dimensional structure with curved legs is used. By applying compressive force, a three-dimensional structure with very small rigidity is produced through mechanical buckling. At this time, the twisted leg structure naturally becomes a spring that serves as the rigidity of the device, and the thickness of this structure, The rigidity of the device is determined by various parameters such as width and length, where the twisted leg structure has a very low rigidity compared to the straight leg structure and also has electrostatic charges artificially inserted into the polymer or two different substances. Manufacture of a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction that can harvest vibration energy in a wide frequency range by using an energy harvesting mechanism through the electrostatic induction phenomenon of electrostatic charges based on triboelectric charging. The purpose is to provide a method and vibration energy harvester.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동에 의해 두 물질 간의 마찰이 없어도 인위적으로 삽입된 정전하에 의한 유도 현상에 의해서 전기적 에너지가 발생하고, 마찰이 존재한다면 더 큰 전기적 에너지가 발생하고 특히, 기계적 좌굴을 이용한 제작과정의 특징으로 인해서 나노 단위의 아주 작은 갭을 가지는 3차원 구조 제작이 가능할 뿐만 아니라, 장치의 제작과정의 특징으로 인해서 장치의 동시 대면적 제작이 가능한, 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터를 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, even if there is no friction between two materials due to vibration, electrical energy is generated by an induction phenomenon due to an artificially inserted electrostatic charge, and if friction exists, greater electrical energy is generated, and in particular, mechanical buckling is generated. Due to the characteristics of the manufacturing process used, not only is it possible to manufacture a three-dimensional structure with a very small gap in the nanoscale, but also due to the characteristics of the device manufacturing process, a three-dimensional structure with low rigidity and electrostatic resistance that enables simultaneous large-area manufacturing of the device is possible. The purpose is to provide an induction-based self-generating unit, its manufacturing method, and a vibration energy harvester.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 진동 에너지 뿐만 아니라 생체역학 에너지 하베스팅에서도 활용이 가능하고 또한, 에너지 하베스팅 메커니즘인 인위적으로 고분자에 인위적으로 삽입된 정전하 또는 서로 다른 두 물질 간 마찰대전 기반 정전하의 정전하 유도현상으로 인하여, 에너지 하베스팅 이외에 음파, 진동 또는 가속도를 감지하는 자가발전 유닛에도 잠재적으로 활용될 수 있으며 이와 더불어, 3차원 구조 제작 과정의 특징으로 인해서 나노 단위 구조 제작이 가능하기 때문에, MEMS (Micro Electro Mechanical System)에도 활용이 가능한, 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터를 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, it can be utilized not only in vibration energy but also in biomechanical energy harvesting, and also as an energy harvesting mechanism, electrostatic charge artificially inserted into a polymer or electrostatic charge based on triboelectric charge between two different materials. Due to the electrostatic charge induction phenomenon, it can be potentially used in self-power generation units that detect sound waves, vibrations, or acceleration in addition to energy harvesting. In addition, the characteristics of the three-dimensional structure manufacturing process allow the fabrication of nano-scale structures. The purpose is to provide a three-dimensional structure with low rigidity that can be used in MEMS (Micro Electro Mechanical System), a self-generating unit based on electrostatic charge induction, its manufacturing method, and a vibration energy harvester.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명의 제1목적은 자가 발전형 유닛으로서, 기판; 상기 기판 상에 구비되는 제1전극필름; 상기 제1전극필름과 특정간격 이격되어 위치된 음전하로 대전된 음전하 대전필름; 및 상기 음전하 대전필름을 상기 기판 상에서 이격시키며 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛으로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is a self-generating unit, comprising: a substrate; A first electrode film provided on the substrate; A negatively charged film positioned at a specific distance from the first electrode film; and a low-rigidity spacer that separates the negatively charged film from the substrate and has an elastic structure. It can be achieved as a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction.
그리고 상기 스페이서는 구불구불한 다리형태를 가지며, 넓은 주파수 범위의 외부 진동에너지에서 진동을 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the spacer may have a curved leg shape and generate vibration from external vibration energy in a wide frequency range.
또한 상기 음전하 대전필름 상면에 부착되는 유전체 필름; 상기 유전체 필름 상면에 부착되는 제2전극필름; 및 상기 제2전극필름 상면에 부착되는 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, a dielectric film attached to the upper surface of the negatively charged film; a second electrode film attached to the upper surface of the dielectric film; And it may further include a protective film attached to the upper surface of the second electrode film.
그리고 상기 제2전극필름과 상기 유전체 필름 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1전극필름과 대응된 위치에 마련되는 중단부와, 상기 중단부 양측에 위치되는 양단부와, 상기 양단부 각각을 상기 중단부에 연결하는 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 연결부를 포함하며, 상기 양단부는 상기 기판에 접착되는 부분이고, 상기 연결부가 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서를 구성하게 되며, 상기 중단부는 상기 음전하 대전필름과 접합되는 위치인 것을 특징으로 할 수 있다. And at least one of the second electrode film and the dielectric film has a middle portion provided at a position corresponding to the first electrode film, both ends located on both sides of the middle portion, and each of the both ends is attached to the middle portion. It includes a low-rigidity connecting portion having an elastic structure, wherein both ends are attached to the substrate, the connecting portion constitutes a low-rigidity spacer having an elastic structure, and the middle portion is bonded to the negatively charged film. It can be characterized as being in a position where
또한 상기 음전하 대전필름은, 음전하 주입 피가공재료를 전극판 하에서, 고전압이 인가되는 고전압 핀에 의해 상기 피가공재료 주위의 유체를 이온화하여, 생성된 이온들이 전기장에 의해 상기 피가공재료 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the negatively charged film ionizes the fluid around the negative charge-injected workpiece by a high-voltage pin to which a high voltage is applied under the electrode plate, preventing the generated ions from being injected into the workpiece by an electric field. It can be characterized.
그리고 상기 피가공재료는 FEP필름이고, 상기 기판은 신축성 기판인 PDMS로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the processing material may be a FEP film, and the substrate may be composed of PDMS, a stretchable substrate.
또한 상기 제1전극필름은 알루미늄으로 구성되고, 상기 제2전극필름은 구리로 구성되며, 상기 유전체 필름과 상기 보호필름은 PI로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the first electrode film may be made of aluminum, the second electrode film may be made of copper, and the dielectric film and the protective film may be made of PI.
그리고 상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되지 않고 진동되는 경우 음전하대전필름에 인위적으로 삽입된 정전하에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되고, 상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되면서 진동되는 경우 음전하대전필름과 제1전극필름 간 마찰대전에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다. And when the negatively charged film and the first electrode film are vibrated without being in contact, a static charge induction phenomenon occurs due to the electrostatic charge artificially inserted into the negatively charged film, thereby generating a current, and the negatively charged film and the first electrode When the film is vibrated while in contact, a static charge induction phenomenon occurs due to frictional charging between the negatively charged film and the first electrode film, thereby generating a current.
본 발명의 제2목적은 자가 발전형 유닛의 제조방법에 있어서, 제2전극필름과 유전체필름을 부착한 후 커팅기를 통해, 중단부와, 양단부와 중단부와 양단부를 연결하는 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 연결부를 갖는 2D패턴 구조를 제작하는 단계; 상기 중단부 하면에 음전하로 대전된 음전하 대전필름을 부착하는 단계; 및 기 설정된 인장력 만큼 인장된 신축성 기판의 양측 접합부에 상기 양단부 각각을 접착하고, 상기 기 설정된 인장력을 해제하여 상기 2D패턴 구조에 압축력이 가해지면서 기계적 좌굴에 의해 상기 연결부가 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서가 되고 상기 음전하 대전필름과 상기 기판에 부착된 제1전극필름이 특정간격 이격되어 3D 구조가 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법으로서 달성될 수 있다. The second object of the present invention is a method of manufacturing a self-generating unit, which has an elastic structure connecting the middle part, both ends, and the middle part and both ends through a cutting machine after attaching the second electrode film and the dielectric film. Creating a 2D pattern structure with rigid connections; Attaching a negatively charged film to the lower surface of the middle portion; and bonding each of the both ends to a joint on both sides of a stretchable substrate stretched by a preset tension force, releasing the preset tension force and applying a compressive force to the 2D pattern structure, causing mechanical buckling to cause the connection portion to have an elastic structure of low rigidity. A three-dimensional structure with low rigidity and electrostatic charge induction-based self-generation comprising a step of creating a 3D structure by becoming a spacer and spacing the negatively charged film and the first electrode film attached to the substrate at a specific interval. This can be achieved as a manufacturing method of a type unit.
그리고 상기 3D 구조가 생성되는 단계에서 하나의 기판에 복수의 상기 2D 패턴구조를 접착하여, 복수의 3D 구조를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the step of creating the 3D structure, a plurality of 2D pattern structures may be adhered to one substrate to create a plurality of 3D structures.
또한 상기 3D 구조에서 상기 음전하 대전필름과 상기 제1전극필름 간 간격은 나노단위인 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, in the 3D structure, the gap between the negatively charged film and the first electrode film may be in nanoscale.
그리고 상기 기 설정된 인장력의 크기, 상기 신축성 기판의 탄성력, 상기 탄성구조를 갖는 스페이서의 형상, 재료, 두께, 너비, 및 길이에 따라 상기 유닛의 성능 특성을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the performance characteristics of the unit may be adjusted according to the size of the preset tensile force, the elastic force of the elastic substrate, and the shape, material, thickness, width, and length of the spacer having the elastic structure.
또한 상기 3D 구조의 생성 후, 상기 신축성 기판에 기설정된 특정 변형력을 가하여 유닛의 성능 특성이 가변되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, after creating the 3D structure, the performance characteristics of the unit may be varied by applying a preset specific strain to the stretchable substrate.
그리고 상기 음전하 대전필름은, 음전하 주입 피가공재료를 전극판 하에서, 고전압이 인가되는 고전압 핀에 의해 상기 피가공재료 주위의 유체를 이온화하여, 생성된 이온들이 전기장에 의해 상기 피가공재료 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the negatively charged film ionizes the fluid around the negative charge-injected material to be processed by a high-voltage pin to which a high voltage is applied under the electrode plate, preventing the generated ions from being injected into the material to be processed by an electric field. It can be characterized.
또한 상기 신축성 기판의 접합부와 상기 2D패턴의 양단부는 플라즈마 처리에 의해 접합되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the joint portion of the stretchable substrate and both ends of the 2D pattern may be bonded by plasma processing.
그리고 상기 2D패턴 구조를 제작하는 단계에서, 상기 제2전극필름의 상면에 보호필름을 부착하는 것을 특징으로 할 수 있다. And in the step of manufacturing the 2D pattern structure, a protective film may be attached to the upper surface of the second electrode film.
또한 상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되지 않고 진동되는 경우 음전하대전필름에 인위적으로 삽입된 정전하에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되고, 상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되면서 진동되는 경우 음전하대전필름과 제1전극필름 간 마찰대전에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, when the negatively charged film and the first electrode film are vibrated without being in contact, a static charge induction phenomenon occurs due to the electrostatic charge artificially inserted into the negatively charged film, thereby generating a current, and the negatively charged film and the first electrode When the film is vibrated while in contact, a static charge induction phenomenon occurs due to frictional charging between the negatively charged film and the first electrode film, thereby generating a current.
본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터로서 달성될 수 있다. The third object of the present invention can be achieved as an energy harvester characterized by comprising a unit according to the first object mentioned above.
본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 따르면, 보다 넓은 주파수에 진동응답을 확인할 수 있는 아주 낮은 강성의 3차원 구조를 제작하여 진동에너지 하베스터에 활용하며, 이와 더불어 인위적으로 전하를 삽입한 일렉트렛과 마찰대전 현상을 이용한 정전하 유도 기반 에너지 하베스팅 기술을 활용함으로써 넓은 영역의 주파수에서 진동에너지를 수확할 수 있으며, 특히, 기계적 좌굴을 이용한 제작과정의 특징으로 인해서 나노 단위의 아주 작은 갭을 가지는 3차원 구조 제작이 가능할 뿐만 아니라, 장치의 동시 대면적 제작이 가능하고, 오래전부터 잘 정립된 재료역학(고체역학)을 기반으로 한 제작과정이기 때문에 멀티 유닛의 시스템에서 동시에(synchronize) 전기적 에너지 발생이 가능하여, 넓은 주파수 영역의 진동에너지를 효율적으로 수확할 수 있는 효과를 갖는다. According to the three-dimensional structure with low rigidity, the electrostatic charge induction-based self-generating unit, the manufacturing method, and the vibration energy harvester according to an embodiment of the present invention, a three-dimensional structure with very low rigidity that can confirm vibration response over a wider range of frequencies. The structure is manufactured and used in a vibration energy harvester. In addition, vibration energy can be harvested in a wide range of frequencies by utilizing electrostatic charge induction-based energy harvesting technology using electrets with artificially inserted charges and the friction charging phenomenon. In particular, due to the characteristics of the manufacturing process using mechanical buckling, not only is it possible to fabricate a three-dimensional structure with a very small gap in the nanoscale, but it is also possible to fabricate devices in a large area simultaneously, and it is possible to use the well-established material mechanics (solid mechanics) for a long time. Since it is a manufacturing process based on ), it is possible to generate electrical energy simultaneously (synchronized) in a multi-unit system, which has the effect of efficiently harvesting vibration energy in a wide frequency range.
본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 따르면, 아주 낮은 강성을 가지는 3차원 구조와 정전하 유도 현상을 기반으로 하여 보다 넓은 주파수의 진동에너지를 수확하는 진동에너지 하베스터로서, 이를 위해 구불구불한 다리를 가진 2차원 구조에 압축력을 가하여, 기계적 좌굴 현상에 의해서 아주 작은 강성을 가지는 3차원 구조를 제작하며 이 때, 구불구불한 다리 구조는 자연적으로 장치의 강성 역할을 하는 스프링(spring)이 되고, 이 구조의 두께, 너비, 길이 등의 다양한 파라미터에 의해서 장치의 강성이 결정되며, 여기서, 구불구불한 다리 구조는 일직선의 다리 구조에 비해 아주 낮은 강성을 가지고 또한, 고분자에 인위적으로 삽입된 정전하 또는 서로 다른 두 물질 간 마찰대전 기반 정전하의 정전하 유도현상을 통한 에너지 하베스팅 메커니즘을 이용함으로써 넓은 주파수 영역에서 진동에너지를 수확할 수 있는 효과를 갖는다. According to the self-generating unit based on a three-dimensional structure with low rigidity and electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention, its manufacturing method, and a vibration energy harvester, a three-dimensional structure with very low rigidity and a electrostatic charge induction phenomenon are used. This is a vibration energy harvester that harvests vibration energy of a wider frequency. To this end, compressive force is applied to a two-dimensional structure with curved legs to produce a three-dimensional structure with very small rigidity through mechanical buckling. The meandering leg structure naturally becomes a spring that serves as the device's rigidity, and the rigidity of the device is determined by various parameters such as the thickness, width, and length of this structure. Here, the meandering leg structure It has very low rigidity compared to a straight leg structure and also vibrates in a wide frequency range by using an energy harvesting mechanism through the electrostatic charge induction phenomenon of electrostatic charges artificially inserted into the polymer or triboelectric charges between two different materials. It has the effect of harvesting energy.
본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 따르면, 진동에 의해 두 물질 간의 마찰이 없어도 인위적으로 삽입된 정전하에 의한 유도 현상에 의해서 전기적 에너지가 발생하고, 마찰이 존재한다면 더 큰 전기적 에너지가 발생하고 특히, 기계적 좌굴을 이용한 제작과정의 특징으로 인해서 나노 단위의 아주 작은 갭을 가지는 3차원 구조 제작이 가능할 뿐만 아니라, 장치의 제작과정의 특징으로 인해서 장치의 동시 대면적 제작이 가능한 장점이 있다. According to the three-dimensional structure with low rigidity, the electrostatic charge induction-based self-generating unit, the manufacturing method, and the vibration energy harvester according to an embodiment of the present invention, even if there is no friction between the two materials due to vibration, the electrostatic charge generated by artificially inserted Electrical energy is generated by the induction phenomenon, and if friction exists, greater electric energy is generated. In particular, due to the characteristics of the manufacturing process using mechanical buckling, not only is it possible to manufacture three-dimensional structures with very small gaps in the nanoscale, Due to the characteristics of the device manufacturing process, there is an advantage in that the device can be manufactured simultaneously in a large area.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 따르면, 진동 에너지 뿐만 아니라 생체역학 에너지 하베스팅에서도 활용이 가능하고 또한, 에너지 하베스팅 메커니즘인 인위적으로 고분자에 인위적으로 삽입된 정전하 또는 서로 다른 두 물질 간 마찰대전 기반 정전하의 정전하 유도현상으로 인하여, 에너지 하베스팅 이외에 음파, 진동 또는 가속도를 감지하는 자가발전 센서에도 잠재적으로 활용될 수 있으며 이와 더불어, 3차원 구조 제작 과정의 특징으로 인해서 나노 단위 구조 제작이 가능하기 때문에, MEMS (Micro Electro Mechanical System)에도 활용이 가능한 장점이 있다. And according to the three-dimensional structure with low rigidity, the electrostatic charge induction-based self-generating unit, the manufacturing method, and the vibration energy harvester according to the embodiment of the present invention, it can be used not only for vibration energy but also for biomechanical energy harvesting. , due to the electrostatic charge induction phenomenon of electrostatic charge artificially inserted into a polymer, which is an energy harvesting mechanism, or electrostatic charge based on triboelectric charge between two different materials, in addition to energy harvesting, it is also used in self-generating sensors that detect sound waves, vibration, or acceleration. It can be potentially utilized, and in addition, it has the advantage of being able to be utilized in MEMS (Micro Electro Mechanical System) since it is possible to fabricate nano-scale structures due to the characteristics of the three-dimensional structure fabrication process.
최근, 사물 인터넷을 기반으로 한 자율주행차, 스마트 팩토리와 스마트 시티 등의 성장과 함께 다양한 소형 전자기기 기술들이 발전하고 있다. 이에 따라, 전자기기에 필수적인 전원을 공급하는 것에 대한 문제가 있는데, 특히 접근성이 어려운 자동차 내부 또는 기계 내부에 있는 전자기기의 경우, 전원의 지속적인 교체와 유지비용의 증가라는 필수불가결한 문제가 있다. 따라서, 또한 본 발명의 실시예에 따른 넓은 영역의 다양한 주파수에서 진동에너지 수확을 위한 아주 낮은 강성을 가지는 3차원 구조 및 정전하 유도 기반 진동에너지 하베스터는 앞서 언급한 문제를 해결하는데 기여를 할 수 있고 또한, 멀티 유닛의 시스템에서 동시에(synchronize) 전기적 에너지 발생이 가능하므로, 진동에너지를 효과적으로 수확 할 수 있으며, 이러한 장점들을 기반으로, 다양한 메커니즘의 에너지 하베스팅 기술에서 장치의 구조적 영향에 대해 재고하는데 기여할 수 있고 또한, 에너지 자립형 미세전자기계시스템의 기술 발전에 기여할 수 있다.Recently, various small electronic device technologies are developing along with the growth of self-driving cars, smart factories, and smart cities based on the Internet of Things. Accordingly, there is a problem with supplying essential power to electronic devices. In particular, in the case of electronic devices located inside cars or machines that are difficult to access, there is an essential problem of continuous replacement of power sources and increased maintenance costs. Therefore, the three-dimensional structure and electrostatic charge induction-based vibration energy harvester with very low rigidity for harvesting vibration energy at various frequencies in a wide area according to an embodiment of the present invention can contribute to solving the above-mentioned problems. In addition, since it is possible to synchronize electrical energy generation in a multi-unit system, vibration energy can be effectively harvested. Based on these advantages, it will contribute to reconsidering the structural impact of devices in energy harvesting technology of various mechanisms. It can also contribute to the technological development of energy-independent microelectromechanical systems.
또한 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 그 제조방법 및 진동에너지 하베스터에 따르면, 장치의 제작과정 상 특징으로 인해서 나노 단위의 아주 작은 3차원 구조 제작, 멀티 유닛의 동시 제작 및 동시 에너지 발생이 가능하고 또한, 에너지 하베스팅 기술 뿐만 아니라 센서 기술에도 크게 기여할 수 있다. In addition, according to the three-dimensional structure with low rigidity, the electrostatic charge induction-based self-generating unit, the manufacturing method, and the vibration energy harvester according to the embodiment of the present invention, a very small three-dimensional structure in the nanoscale is produced due to the characteristics of the manufacturing process of the device. It is possible to fabricate structures, simultaneously manufacture multiple units, and generate energy simultaneously, and can also greatly contribute to sensor technology as well as energy harvesting technology.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 낮은 강성을 갖는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2D 패턴 구조의 분해 사시도와, 사전 변형 해제 후 기계적 좌굴에 의해 형성된 3D 구조의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2D 패턴 구조의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기계적 좌굴에 의해 형성된 3D 구조의 유한요소 해석,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트렛 제조방법의 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트렛 제조장치의 모식도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 멀티 유닛 에너지 하베스터 사진,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제1작동매커니즘,
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제2작동매커니즘,
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 자가 발전형 유닛에서 낮은 변위와 큰 변위에서 다양한 주파수에서의 출력량 그래프,
도 12는 도 8은 멀티 유닛 에너지 하베스터에서 3개의 개별 3D 구조 각각의 출력 그래프를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 is a perspective view of a three-dimensional structure with low stiffness and a self-powering unit based on electrostatic charge induction;
Figure 2 is a flowchart of a method of manufacturing a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is an exploded perspective view of a 2D pattern structure according to an embodiment of the present invention and a perspective view of a 3D structure formed by mechanical buckling after prior deformation release;
4 is an exploded perspective view of a 2D pattern structure according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a finite element analysis of a 3D structure formed by mechanical buckling according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a flow chart of an electret manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a schematic diagram of an electret manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
8 is a photograph of a multi-unit energy harvester manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 9 shows the first operating mechanism of a self-generating unit based on electrostatic charge induction and a three-dimensional structure with low rigidity according to an embodiment of the present invention;
Figure 10 shows a three-dimensional structure with low rigidity and a second operating mechanism of a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention;
11 is a graph of output at various frequencies at low displacement and large displacement in a self-generating unit manufactured according to an embodiment of the present invention;
FIG. 12 shows output graphs of each of three individual 3D structures in the multi-unit energy harvester shown in FIG. 8 .
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛, 진동에너지 하베스터의 구성, 기능, 그 제조방법 및 작동매커니즘에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function, manufacturing method, and operating mechanism of a three-dimensional structure with low rigidity, an electrostatic charge induction-based self-generating unit, and a vibration energy harvester according to an embodiment of the present invention will be described. Let's do it.
먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 또한 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2D 패턴 구조의 분해 사시도와, 사전 인장 변형 해제 후 기계적 좌굴에 의해 형성된 3D 구조의 사시도를 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2D 패턴 구조의 분해 사시도를 도시한 것이다. First, Figure 1 shows a perspective view of a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention. And Figure 2 shows a flowchart of a manufacturing method of a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 3 shows an exploded perspective view of a 2D pattern structure according to an embodiment of the present invention and a perspective view of a 3D structure formed by mechanical buckling after releasing pre-tensile strain. Figure 4 shows an exploded perspective view of a 2D pattern structure according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛(100)은, 기판(10)과, 이러한 기판(10) 상에 구비되는 제1전극필름(12), 상기 제1전극필름(12)과 특정간격 이격되어 위치된 음전하로 대전된 음전하 대전필름(40)과, 상기 음전하 대전필름(40)을 상기 기판(10) 상에서 이격시키는 스페이서(60) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, the three-dimensional structure with low rigidity and the electrostatic charge induction-based self-
스페이서(60)는 음전하 대전필름을 기판 상에서 이격시키며 탄성구조를 갖고 낮은 강성을 갖도록 구성된다. 예를 들어 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스페이서는 구불구불한 다리형태를 가질 수 있고, 넓은 주파수 범위의 외부 진동에너지에서 진동을 발생시킬 수 있게 된다. The
또한 음전하 대전필름(40) 상면에 부착되는 유전체 필름(30)과, 이러한 유전체 필름(30) 상면에 부착되는 제2전극필름(20)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제2전극필름(20) 상면에 부착되는 보호필름을 포함하여 구성될 수 있다. It may also include a
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 보호필름, 유전체필름(30), 제2전극필름(20), 음전하 대전필름(일렉트렛)(40)이 적층되어 구성된 2D 패턴 구조(1)를 제작하게 된다. As shown in Figure 2, first, a 2D pattern structure (1) composed of a protective film, a dielectric film (30), a second electrode film (20), and a negatively charged film (electret) (40) is manufactured. do.
구체적으로, 제2전극필름(20)과 유전체 필름(30)을 부착한 후(S1), 커팅기를 통해 중단부, 양단부, 그리고 중단부와 양단부 각각을 연결하는 연결부를 갖도록 절단하게 된다(S2). 이러한 연결부는 구불구불한 다리 형태를 갖는 탄성구조, 낮은 강성을 갖는 구조로 구성된다. Specifically, after attaching the
도 4에 도시된 바와 같이, 제2전극필름(20)은 중단부에 전극부(21), 양측으로 양단부(22)가 마련되며, 이러한 양단부(22)와 전극부(21) 사이에 후에 기계적 좌굴에 의해 스페이서로 변형되는 연결부(23)를 가짐을 알 수 있다. 이러한 연결부(23)는 구불구불한 다리 형태를 갖는 탄성구조, 낮은 강성을 갖는 구조로 구성된다. 유전체 필름(30) 역시, 중단부(31)와, 양측의 접착단(32), 그리고 중단부(31)와 접착단(32) 각각을 연결하며 후에 기계적 좌굴에 의해 스페이서로 변형되는 연결단(33)을 가짐을 알 수 있다. 연결단(33)은 연결부(23)와 같이 구불구불한 다리 형태를 갖는 탄성구조, 낮은 강성을 갖는 구조로 구성된다. As shown in FIG. 4, the
본 발명의 구체적 실시예에서 제2전극필름(20)은 구리필름, 유전체 필름(30)은 PI(폴리이미드)로 구성될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the
그리고 이러한 2D 패턴구조(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2전극필름(20)의 전극부(21) 상면에 보호필름이 부착될 수 있다. 구체적 실시예에서 이러한 보호필름은 PI 테이프일 수 있다.And, as shown in FIG. 4, this
그리고 제작된 음전하 대전필름(일렉트렛)(40)을 양면테이프를 사용하여 유전체 필름(30)의 중단부(31) 하면에 부착하게 된다(S3). Then, the produced negatively charged film (electret) 40 is attached to the lower surface of the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기계적 좌굴에 의해 형성된 3D 구조의 유한요소 해석을 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에서 제시된 좌굴 현상을 이용한 3차원 구조 제작방법은 2D 패턴 구조의 크기와 prestrain을 조절하여 아주 작은 나노 단위의 갭을 가지는 3D 구조를 제작할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유한요소해석(finite element analysis)을 통해서 약 500nm의 아주 작은 갭을 가지는 3차원 구조를 제작할 수 있음을 알 수 있다. Figure 5 shows finite element analysis of a 3D structure formed by mechanical buckling according to an embodiment of the present invention. The method for manufacturing a 3D structure using the buckling phenomenon presented in an embodiment of the present invention can manufacture a 3D structure with a very small nanoscale gap by controlling the size and prestrain of the 2D pattern structure. As shown in Figure 5, it can be seen that a three-dimensional structure with a very small gap of about 500 nm can be manufactured through finite element analysis.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트렛 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트렛 제조장치의 모식도를 도시한 것이다. Figure 6 shows a flow chart of an electret manufacturing method according to an embodiment of the present invention. And Figure 7 shows a schematic diagram of an electret manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 음전하 대전필름(40)은, 음전하 주입 피가공재료를 전극판 하에서, 고전압이 인가되는 고전압 핀(42)에 의해 피가공재료 주위의 유체를 이온화하여, 생성된 이온들이 전기장에 의해 피가공재료 주입되어 제조될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 피가공재료는 FEP필름일 수 있다. As shown in Figures 6 and 7, the negatively charged
구체적으로, 전극(43) 위에 FEP 필름을 위치시키고(S10), 고전압 발생기(41)의 음극에 핀(42)을 연결시키고, 양극에 전극(43)을 연결시키게 된다(S20). Specifically, the FEP film is placed on the electrode 43 (S10), the
그리고 고전압을 인가하면(S30), 코로나 방전으로 인해 핀(42) 주위 유체가 이온화되게 되며(S40), 코로나 방전에 의해 생성된 이온들이 전기장에 의해 FEP필름에 인위적으로 주입되어 음전하 대전필름(일렉트렛)(40)을 제작하게 된다. And when a high voltage is applied (S30), the fluid around the
그리고 기 설정된 인장력에 의해 변형되어 있는 신축성 기판(10)의 접합부(11)와, 2D패턴 구조(1)의 양단부 즉, 유전체 필름(30) 양단의 접착단(32)을 서로 플라즈마 처리를 통해 화학적 결합에 의해 부착시키게 된다(S4). 신축성 기판(10)은 PDMS로 구성될 수 있다. And the
그리고 인가되었던 인장력을 제거하게 되면(S5), 늘려놓은 신축성 기판(10)이 복원력에 의해 원래 상태로 되돌아 보면서 2D패턴구조(1)에 압축 응력이 가해지게 되면서, 좌굴형상이 나타나 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 3D 구조가 형성되게 된다. 3D구조가 만들어지게 되면 신축성 기판(10)의 제1전극필름(12)과 2D 패턴구조(1)의 중단부 사이가 이격되게 된다(S6). 구체적 실시예에서 이러한 제1전극필름(12)은 알루미늄일 수 있다. And when the applied tensile force is removed (S5), the stretched
앞서 언급한 이러한 사전 변형률이 인가된 신축성 기판(10)에서 2D패턴 구조(1)를 접합시킨 후, 변형을 제거하여 기계적 좌굴에 의해 3D구조를 생성하게 되면, 기 설정된 인장력의 크기, 신축성 기판의 탄성력, 종류에 따라 유닛의 감도, 민감도, 작동 및 감지범위 등 유닛의 성능 특성을 조절, 가변, 제어할 수 있게 된다. After bonding the 2D pattern structure (1) to the stretchable substrate (10) to which the above-mentioned prior strain rate has been applied, the strain is removed and a 3D structure is created by mechanical buckling, the size of the preset tensile force and the size of the stretchable substrate. Depending on the elasticity and type, the performance characteristics of the unit, such as sensitivity, sensitivity, operation, and detection range, can be adjusted, varied, and controlled.
또한 구불구불한 다리 형태의 스페이서(60)의 형상, 재료, 두께, 너비, 및 길이에 따라 이러한 유닛의 성능 특성을 조절, 가변, 제어할 수 있게 된다. In addition, the performance characteristics of this unit can be adjusted, varied, and controlled depending on the shape, material, thickness, width, and length of the
뿐만 아니라, 3D 구조의 생성 후, 신축성 기판(10)에 기설정된 특정 변형력을 가하여 유닛의 성능 특성이 가변시킬 수도 있다. In addition, after creating the 3D structure, the performance characteristics of the unit may be varied by applying a preset specific strain to the
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 멀티 유닛 에너지 하베스터 사진을 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에서 3D 구조(70)를 제작할 때, 하나의 신축성 기판(10)에 복수의 2D 패턴구조(1)를 접착하여, 복수의 3D 구조(70)가 동시에 생성되도록 제작할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서 제시된 좌굴 현상을 이용한 3차원 구조 제작방법은 동시 대면적 제작이라는 특징을 가진다. 이 특징을 활용하여, 한 번에 멀티 유닛의 에너지 하베스터(200)를 제작할 수 있다. 도 8의 좌측 사진은 동시에 대면적으로 제작된 멀티 유닛 에너지 하베스터 시스템이며, 우측 사진은 멀티 유닛 에너지 하베스터 시스템을 병렬연결한 것이다.Figure 8 shows a photograph of a multi-unit energy harvester manufactured according to an embodiment of the present invention. When manufacturing the
이러한 멀티 유닛 에너지 하제스터(200)의 경우, 재료역학 현상(좌굴) 기반의 제작과정으로 인해서, 다수의 3D 구조(70)들이 동일한 형상을 가지고, 그에 따라 진동에 반응할 때 싱크로나이즈된 출력을 발생시킬 수 있다. In the case of this multi-unit energy harvester 200, due to a manufacturing process based on material mechanics phenomenon (buckling),
또한, 다수의 3D 구조가 제작될 때, 기판이 유연하기 때문에, 꼭 평면 뿐만 아니라 각지거나 곡면의 물체에 부착이 가능하다. 그에 따라, 단방향 뿐만 아니라 다방향에서의 자가발전도 가능할 수 있다. Additionally, when multiple 3D structures are manufactured, because the substrate is flexible, it can be attached to not only flat surfaces but also angled or curved objects. Accordingly, self-power generation in not only one direction but also multiple directions may be possible.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제1작동매커니즘을 나타낸 것이다. 도 9는 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12)이 접촉되지 않고 진동되는 경우에 대한 작동매커니즘으로, 음전하대전필름(40)에 인위적으로 삽입된 정전하에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되게 된다. 구체적으로 진동에너지가 가해지면, 자가 발전형 유닛은 i) 상태에서 ii) 상태를 지나 iii) 상태처럼 3D 구조의 중심부가 움직인다. 이 때, 정전하 유도현상에 의해서 전류가 아래 제1전극필름(12)으로 향하게 된다. 이 후, iii) 상태에서 iv) 상태를 지나 i) 상태로 되돌아간다. 마찬가지로, 정전하 유도현상에 의해서 전류가 발생하는데 제2전극필름(20)(전도성 테이프)으로 향한다. 따라서, 에너지 하베스터에 진동 에너지가 가해진다면, i) → ii) → iii) → iv) → i) 순서의 사이클에 의해 전기 에너지가 발생한다.Figure 9 shows a three-dimensional structure with low rigidity and a first operating mechanism of a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention. Figure 9 shows the operating mechanism for the case where the negatively charged
해당 메커니즘은 음전하대전필름(40)(일렉트렛)과 제1전극필름(12)이 닿지 않는 경우에만 국한되고, 해당 메커니즘의 정전하 유도현상은 일렉트렛의 인위적으로 삽입된 정전하들에 근거한다.This mechanism is limited to cases where the negatively charged film 40 (electret) does not contact the
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제2작동매커니즘을 나타낸 것이다. 즉 도 10은 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12)이 접촉되면서 진동되는 경우 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12) 간 마찰대전에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되는 매커니즘이다. 보다 구체적으로 진동에너지가 i) 상태의 장치에 전해지면, ii) 상태와 같이 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12)이 접촉하게 된다. 이 때, 음전하대전필름(40)에는 인위적으로 삽입된 전하 이외에 마찰대전에 의한 전하가 생성된다. 이 후, 장치는 ii) 상태에서 iii) 상태가 되면, 정전하 유도현상에 의해서 전류가 발생하는데 제2전극필름(20)으로 향한다. 이어서, 장치가 iv) 상태에 이르면 제1전극필름(12)으로 향하는 전류가 발생한다. 에너지 하베스터는 iii) ↔ iv) 순서의 사이클이 이어지면서 교류 전류가 발생한다.Figure 10 shows a three-dimensional structure with low rigidity and a second operating mechanism of a self-generating unit based on electrostatic charge induction according to an embodiment of the present invention. That is, Figure 10 shows that when the negatively charged
해당 메커니즘은 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12)이 닿는 경우에만 국한되고, 해당 메커니즘의 정전하 유도현상은 음전하대전필름(40)과 제1전극필름(12) 간의 마찰대전에 의한 정전하들에 근거한다.This mechanism is limited to the case where the negatively charged
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 자가 발전형 유닛에서 낮은 변위와 큰 변위에서 다양한 주파수에서의 출력량 그래프를 도시한 것이다. 도 11의 좌측 그래프는 제작된 진동에너지 하베스터를 이용하여 다양한 주파수에서의 진동에너지를 수확했을 때, 출력량(피크 투 피크 전압)을 비교한 것이다. 빨간색은 상대적으로 작은 변위(낮은 가속도)를 가지는 진동, 파란색은 상대적으로 큰 변위(높은 가속도)의 진동에서의 에너지 수확량이다.Figure 11 shows a graph of the power output at various frequencies at low and large displacements in a self-generating unit manufactured according to an embodiment of the present invention. The left graph of FIG. 11 compares the output amount (peak-to-peak voltage) when vibration energy at various frequencies was harvested using the manufactured vibration energy harvester. Red is the energy harvest from vibration with a relatively small displacement (low acceleration), and blue is the energy harvest from vibration with a relatively large displacement (high acceleration).
작은 변위(빨간색)의 경우, 25~40Hz의 주파수에서 마찰대전이 발생하여 큰 에너지가 출력되며, 이외 영역에서는 음전하대전필름(40)의 정전하에 의한 에너지가 발생한다. 큰 변위(파란색)의 경우, 낮은 가속도와 비교하여 보다 넓은 영역인 8~53Hz의 주파수에서 마찰대전에 의한 정전하 유도 현상이, 이외에는 음전하대전필름(40)에 의한 정전하 유도 현상이 발생한다. 각각의 경우에서 음전하대전필름(40)에 의해 작은 에너지가 발생하는 것은 오른쪽 그래프에서 확인할 수 있다.In the case of small displacement (red), frictional charging occurs at a frequency of 25 to 40 Hz and large energy is output, and in other areas, energy is generated by the electrostatic charge of the negatively charged
이를 통해, 넓은 영역의 주파수에서 진동에너지를 수확하는 것이 가능함과 변위의 크기가 클수록 더욱 넓은 범위에서 큰 에너지를 수확 가능함을 확인할 수 있다.Through this, it can be confirmed that it is possible to harvest vibration energy from a wide range of frequencies and that the larger the size of the displacement, the more energy can be harvested from a wider range.
도 12는 도 8은 멀티 유닛 에너지 하베스터(200)에서 3개의 개별 3D 구조(70) 각각의 출력 그래프를 도시한 것이다. 위의 그래프는 대면적 제작에 의해 동시에 제작된 3D 구조(70) 들의 출력을 나타낸 것이다. 멀티 유닛 에너지 하베스터에 대해서 진동을 가하면, 복수의 3D 구조(70)의 개별 하베스터가 동시에 작동하고 그로 인해 같은 시기에 출력이 발생함을 알 수 있다. FIG. 12 shows an output graph of each of the three
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.
1:2D 패턴 구조
10:신축성 기판
11:접합부
12:제1전극필름
20:제2전극필름
21:전극부
22:양단부
23:연결부
30:유전체필름
31:중단부
32:접착단
33:연결단
40:음전하 대전필름
41:고전압발생기
42:핀
43:전극
60:스페이서
70:3D 구조
100:낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛
200:멀티 유닛 에너지 하베스터1:2D pattern structure
10:Stretchable substrate
11: Junction
12: First electrode film
20: Second electrode film
21: Electrode portion
22: Both ends
23: Connection
30: Dielectric film
31: middle part
32: Adhesive end
33: Connection end
40: Negatively charged film
41: High voltage generator
42:pin
43: Electrode
60:Spacer
70:3D structure
100: Self-generating unit based on three-dimensional structure with low rigidity and electrostatic charge induction
200: Multi-unit energy harvester
Claims (18)
기판;
상기 기판 상에 구비되는 제1전극필름;
상기 제1전극필름과 특정간격 이격되어 위치된 음전하로 대전된 음전하 대전필름; 및
상기 음전하 대전필름을 상기 기판 상에서 이격시키며 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
As a self-generating unit,
Board;
A first electrode film provided on the substrate;
A negatively charged film positioned at a specific distance from the first electrode film; and
A self-generating unit based on electrostatic charge induction and a three-dimensional structure with low rigidity, comprising: a low-rigidity spacer having an elastic structure that separates the negatively charged film from the substrate.
상기 스페이서는 구불구불한 다리형태를 가지며, 넓은 주파수 범위의 외부 진동에너지에서 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 1,
The spacer has a curved leg shape and is a self-generating unit based on electrostatic induction and a three-dimensional structure with low rigidity, characterized in that it generates vibration from external vibration energy in a wide frequency range.
상기 음전하 대전필름 상면에 부착되는 유전체 필름;
상기 유전체 필름 상면에 부착되는 제2전극필름; 및
상기 제2전극필름 상면에 부착되는 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 2,
A dielectric film attached to the upper surface of the negatively charged film;
a second electrode film attached to the upper surface of the dielectric film; and
A self-generating unit based on static charge induction and a three-dimensional structure with low rigidity, further comprising a protective film attached to the upper surface of the second electrode film.
상기 제2전극필름과 상기 유전체 필름 중 적어도 어느 하나는,
상기 제1전극필름과 대응된 위치에 마련되는 중단부와, 상기 중단부 양측에 위치되는 양단부와, 상기 양단부 각각을 상기 중단부에 연결하는 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 연결부를 포함하며,
상기 양단부는 상기 기판에 접착되는 부분이고, 상기 연결부가 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서를 구성하게 되며, 상기 중단부는 상기 음전하 대전필름과 접합되는 위치인 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 3,
At least one of the second electrode film and the dielectric film,
It includes a middle portion provided at a position corresponding to the first electrode film, both ends located on both sides of the middle portion, and a low rigidity connection portion having an elastic structure connecting each of the both ends to the middle portion,
The both ends are parts that are bonded to the substrate, the connection part constitutes a low-rigidity spacer with an elastic structure, and the middle part is a position where the negatively charged film is bonded to the three-dimensional structure with low rigidity. and electrostatic induction-based self-generating units.
상기 음전하 대전필름은,
음전하 주입 피가공재료를 전극판 하에서, 고전압이 인가되는 고전압 핀에 의해 상기 피가공재료 주위의 유체를 이온화하여, 생성된 이온들이 전기장에 의해 상기 피가공재료 주입되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 4,
The negatively charged film is,
Negative charge injection has a low rigidity, characterized in that the workpiece material is injected into the workpiece material by an electric field by ionizing the fluid around the workpiece material by a high voltage pin to which a high voltage is applied under the electrode plate. Self-generating unit based on 3D structure and electrostatic charge induction.
상기 피가공재료는 FEP필름이고,
상기 기판은 신축성 기판인 PDMS로 구성되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 5,
The material to be processed is FEP film,
A self-generating unit based on static charge induction and a three-dimensional structure with low rigidity, wherein the substrate is composed of PDMS, a stretchable substrate.
상기 제1전극필름은 알루미늄으로 구성되고, 상기 제2전극필름은 구리로 구성되며, 상기 유전체 필름과 상기 보호필름은 PI로 구성되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 6,
The first electrode film is made of aluminum, the second electrode film is made of copper, and the dielectric film and the protective film are made of PI. A three-dimensional structure with low rigidity and a static charge induction base. Self-generating unit.
상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되지 않고 진동되는 경우 음전하대전필름에 인위적으로 삽입된 정전하에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되고,
상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되면서 진동되는 경우 음전하대전필름과 제1전극필름 간 마찰대전에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛.
According to clause 1,
When the negatively charged film and the first electrode film are vibrated without contact, a static charge induction phenomenon occurs due to the electrostatic charge artificially inserted into the negatively charged film, thereby generating a current,
When the negatively charged film and the first electrode film are in contact and vibrated, a static charge induction phenomenon occurs due to frictional charging between the negatively charged film and the first electrode film, and a current is generated. A three-dimensional device with low rigidity, characterized in that Self-generating unit based on structure and electrostatic charge induction.
제2전극필름과 유전체필름을 부착한 후 커팅기를 통해, 중단부와, 양단부와 중단부와 양단부를 연결하는 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 연결부를 갖는 2D패턴 구조를 제작하는 단계;
상기 중단부 하면에 음전하로 대전된 음전하 대전필름을 부착하는 단계; 및
기 설정된 인장력 만큼 인장된 신축성 기판의 양측 접합부에 상기 양단부 각각을 접착하고, 상기 기 설정된 인장력을 해제하여 상기 2D패턴 구조에 압축력이 가해지면서 기계적 좌굴에 의해 상기 연결부가 탄성구조를 갖는 낮은 강성의 스페이서가 되고 상기 음전하 대전필름과 상기 기판에 부착된 제1전극필름이 특정간격 이격되어 3D 구조가 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
In the method of manufacturing a self-generating unit,
After attaching the second electrode film and the dielectric film, using a cutting machine, fabricating a 2D pattern structure having a middle part, both ends, and a low-rigidity connection part with an elastic structure connecting the middle part and both ends;
Attaching a negatively charged film to the lower surface of the middle portion; and
Each of the two ends is bonded to a joint on both sides of a stretchable substrate that is stretched by a preset tension, and the preset tension is released, and a compressive force is applied to the 2D pattern structure, resulting in mechanical buckling. A spacer of low rigidity in which the connection has an elastic structure. , and the negatively charged film and the first electrode film attached to the substrate are spaced at a specific interval to create a 3D structure; a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating type based on electrostatic charge induction, comprising: Manufacturing method of the unit.
상기 3D 구조가 생성되는 단계에서
하나의 기판에 복수의 상기 2D 패턴구조를 접착하여, 복수의 3D 구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 9,
In the step where the 3D structure is created
A method of manufacturing a three-dimensional structure with low rigidity and a self-powering unit based on electrostatic charge induction, characterized in that a plurality of 3D structures are created by adhering a plurality of the 2D pattern structures to a single substrate.
상기 3D 구조에서 상기 음전하 대전필름과 상기 제1전극필름 간 간격은 나노단위까지 가능한 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 10,
In the 3D structure, the gap between the negatively charged film and the first electrode film is possible up to nanoscale.
상기 기 설정된 인장력의 크기, 상기 신축성 기판의 탄성력, 상기 탄성구조를 갖는 스페이서의 형상, 재료, 두께, 너비, 및 길이에 따라 상기 유닛의 성능 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 11,
A three-dimensional device with low rigidity, characterized in that the performance characteristics of the unit are adjusted according to the size of the preset tensile force, the elastic force of the elastic substrate, and the shape, material, thickness, width, and length of the spacer having the elastic structure. Structure and manufacturing method of a self-generating unit based on electrostatic charge induction.
상기 3D 구조의 생성 후, 상기 신축성 기판에 기설정된 특정 변형력을 가하여 유닛의 성능 특성이 가변되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 12,
After creating the 3D structure, a preset specific strain is applied to the elastic substrate to change the performance characteristics of the unit. A method of manufacturing a 3D structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction.
상기 음전하 대전필름은,
음전하 주입 피가공재료를 전극판 하에서, 고전압이 인가되는 고전압 핀에 의해 상기 피가공재료 주위의 유체를 이온화하여, 생성된 이온들이 전기장에 의해 상기 피가공재료 주입되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 13,
The negatively charged film is,
Negative charge injection has a low rigidity, characterized in that the workpiece material is injected into the workpiece material by an electric field by ionizing the fluid around the workpiece material by a high voltage pin to which a high voltage is applied under the electrode plate. Manufacturing method of self-generating unit based on 3D structure and electrostatic charge induction.
상기 신축성 기판의 접합부와 상기 2D패턴의 양단부는 플라즈마 처리에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 14,
A method of manufacturing a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction, wherein the joint portion of the stretchable substrate and both ends of the 2D pattern are bonded by plasma processing.
상기 2D패턴 구조를 제작하는 단계에서, 상기 제2전극필름의 상면에 보호필름을 부착하는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 15,
In the step of manufacturing the 2D pattern structure, a method of manufacturing a three-dimensional structure with low rigidity and a self-generating unit based on electrostatic charge induction, characterized in that a protective film is attached to the upper surface of the second electrode film.
상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되지 않고 진동되는 경우 음전하대전필름에 인위적으로 삽입된 정전하에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되고,
상기 음전하대전필름과 상기 제1전극필름이 접촉되면서 진동되는 경우 음전하대전필름과 제1전극필름 간 마찰대전에 의해 정전하 유도현상이 발생되어 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 낮은 강성을 갖는 3차원 구조와 정전하 유도 기반 자가 발전형 유닛의 제조방법.
According to clause 9,
When the negatively charged film and the first electrode film are vibrated without contact, a static charge induction phenomenon occurs due to the electrostatic charge artificially inserted into the negatively charged film, thereby generating a current,
When the negatively charged film and the first electrode film are in contact and vibrated, a static charge induction phenomenon occurs due to frictional charging between the negatively charged film and the first electrode film, and a current is generated. A three-dimensional device with low rigidity, characterized in that Structure and manufacturing method of a self-generating unit based on electrostatic charge induction.
Priority Applications (1)
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| KR1020220049673A KR20230150117A (en) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | Selfpowered unit, energe harvester based 3D structure with low rigidity and electrostatic charge and Method for Manufacturing thereof |
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2022
- 2022-04-21 KR KR1020220049673A patent/KR20230150117A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5037961B1 (en) | 1968-08-30 | 1975-12-06 | ||
| KR101658308B1 (en) | 2015-03-20 | 2016-09-20 | 서강대학교산학협력단 | self-powered wearable sensor integrated with woven piezoelectric energy harvester |
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