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課題

高出力発電機を具現する発電機及びその製造方法の提供を目的とする。また、持続可能な親環境高出力の発電機及びその製造方法の提供を目的とする。

解決手段

発電機製造方法は、(a)準備された基板に第2電極を形成させる段階と、(b)第2電極の下部に、スポンジ構造負電荷帯電体を形成させる段階と、(c)負電荷帯電体から、トルエン溶液を利用して、ポリマー球粒子を除去する段階と、(d)負電荷帯電体内部に金属粒子浸透させる段階と、(e)電荷生成のために、負電荷帯電体下部に、所定距離だけ離隔された位置に、正電荷帯電体を形成させる段階と、(f)正電荷帯電体表面ナノ構造化する段階と、(g)ナノ構造化された正電荷帯電体表面を、第2金属粒子でコーティングする段階と、(h)正電荷帯電体の一側下方に、一定距離を維持し、電荷分離のための接地層を形成させる段階と、(i)正電荷帯電体下部に、一定距離だけ離隔された位置に、電荷蓄積のための第1電極を形成させる段階と、を含む。

概要

背景

自然で作られる稲妻は、1回の放出時、おおよそ10億ジュール(Joule)以上のエネルギー地表面に伝達するが、それをエネルギー化させると、清浄エネルギー源として大きい電力生産が可能であろう。

しかし、高価な稲妻タワー(lightning tower)を建設しなければならず、出力放出時間が非常に短く、収獲(ハーベスト)及び充電の効率が低い等、現実的な問題点がある。

稲妻の生成原理は、稲妻積乱雲)内に存在する水蒸気分子氷結晶との摩擦によるものであり、摩擦によって生じた正負電荷が氷結晶の密度によって効果的に分離され、雲の上下部に蓄積され、これにより生じた大きいポテンシャルによって、多量の電荷を放出することに基づく。このような原理を、手の平ほどの大きさで具現することができるならば、多様な種類の携帯用電子製品に適用が可能であり、補助バッテリ源などとして製作することができる。

摩擦による電力生成方式は、2つの帯電体の摩擦時に現れる物質間の電荷移動現象によるものであり、他の微小エネルギー電力変換システムよりエネルギー変換効率が高く、小さい外部応力によっても、高い出力を得ることができる。熱、太陽など他の微小エネルギーに比べ、時間的、空間的な制約がない。また、物質内部の変形(strain)によってエネルギーを生産する既存圧電(piezoelectric)素材を利用したエネルギーハースティング技術において根本的な問題である疲労(fatigue)現象がなく、持続的なエネルギー生産にも非常に有利である。

しかし、2つの帯電体間の制限された電荷移動によって帯電された表面での電荷分布が均一ではなく、素子内で生成された電荷の損失が多くて出力電流が低く、低い振動数では出力特性が急激に低下するという問題点がある。

また、これまでほとんどの研究がすでになされたシリコン系(PDMS)などの素材について進められ、既存のプラットホームを変えるほどの革新的な新素材及び構造設計が必須な状況である。

概要

高出力発電機を具現する発電機及びその製造方法の提供を目的とする。また、持続可能な親環境高出力の発電機及びその製造方法の提供を目的とする。発電機製造方法は、(a)準備された基板に第2電極を形成させる段階と、(b)第2電極の下部に、スポンジ構造負電荷帯電体を形成させる段階と、(c)負電荷帯電体から、トルエン溶液を利用して、ポリマー球粒子を除去する段階と、(d)負電荷帯電体内部に金属粒子浸透させる段階と、(e)電荷生成のために、負電荷帯電体下部に、所定距離だけ離隔された位置に、正電荷帯電体を形成させる段階と、(f)正電荷帯電体表面ナノ構造化する段階と、(g)ナノ構造化された正電荷帯電体表面を、第2金属粒子でコーティングする段階と、(h)正電荷帯電体の一側下方に、一定距離を維持し、電荷分離のための接地層を形成させる段階と、(i)正電荷帯電体下部に、一定距離だけ離隔された位置に、電荷蓄積のための第1電極を形成させる段階と、を含む。

目的

本発明は、前述の問題点を解決するために、稲妻生成原理を、新概念である「電荷生成器、電荷分離器及び電荷蓄積器統合したシステム」として再解釈し、既存研究の単位技術確保だけに重点を置かず、当該システム設計のための帯電体新素材開発、素子設計及びシステム設計の統合システム具現することにより、高出力発電機を具現する発電機及びその製造方法の提供を目的とする

効果

実績

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請求項1

第1電極と、前記第1電極と離隔されて設けられた正電荷帯電体と、前記正電荷帯電体と前記第1電極との反対方向に離隔されて設けられた負電荷帯電体と、前記負電荷帯電体20と一部接触して設けられた第2電極と、前記正電荷帯電体と断続的に接触するように、前記正電荷帯電体と所定距離だけ離隔されて形成された接地層と、を含むことを特徴とする発電機。

請求項2

外部荷重が加えられることにより、前記正電荷帯電体の前記第1電極側の負電荷が前記第1電極の表面に正電荷を誘導し、前記第2電極から第1電極に電子が移動することによって出力電流を発生させることを特徴とする請求項1に記載の発電機。

請求項3

前記接地層は、金属、セラミックスまたはポリマー物質から構成され、接地によって、前記正電荷帯電体内に存在する負電荷を選択的に除去し、正電荷だけ帯電された前記正電荷帯電体が、静電誘導方式で、前記第1電極に電荷蓄積することを特徴とする請求項1に記載の発電機。

請求項4

前記負電荷帯電体は、0.1μmないし30μmの気孔が多数形成されたスポンジ構造を含むナノ構造化された表層部を有することを特徴とする請求項1に記載の発電機。

請求項5

(a)準備された基板に第2電極を形成させる段階と、(b)前記第2電極の下部に、負電荷帯電体を形成させる段階と、(e)電荷生成のために、前記負電荷帯電体の下部に、所定距離だけ離隔された位置に、正電荷帯電体を形成させる段階と、(f)前記正電荷帯電体の表面をナノ構造化する段階と、(g)ナノ構造化された前記正電荷帯電体の表面を、第2金属粒子コーティングする段階と、(h)前記正電荷帯電体の一側下方に、一定距離維持し、電荷分離のための接地層50を形成させる段階と、(i)前記正電荷帯電体の下部に、一定距離だけ離隔された位置に、電荷蓄積のための第1電極を形成させる段階と、を含むことを特徴とする発電機製造方法。

請求項6

前記(b)段階は(b−1)液体と混合されたポリマー球粒子を配列させる段階と、(b−2)大気中での乾燥を介して、前記液体を除去する段階と、(b−3)前記液体が除去されたポリマー球形粒子に負電荷状態の液体を充填して入れる段階と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項7

前記(b)段階以後に(c)前記負電荷帯電体から、トルエン溶液を利用して、前記ポリマー球形粒子を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の発電機製造方法。

請求項8

前記(c)段階以後に、(d)前記負電荷帯電体の内部に、第1金属粒子を浸透させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の発電機製造方法。

請求項9

前記(f)段階は、(f−1)シリコン基板上に、フォトリソグラフィを利用して、パターニングを行う段階と、(f−2)前記パターニングが完了すれば、BOE(buffered oxide etchant)を利用して、酸化物層を除去する段階と、(f−3)KOH溶液を利用して、前記シリコン基板をエッチングし、前記パターニングされたパターン形態によって、ライン状、キューブ状ピラミッド状に掘り込まれたモールド製作する段階と、(f−4)製作された前記モールド上に、硬化前のAgナノ線ポリマー複合体とをスピンコーティングする段階と、(f−5)真空状態において、前記スピンコーティング時に発生した気泡を除去した後、紫外線露出を介して、前記Agナノ線と、ポリマー複合体であるAgナノ線ポリマーとを硬化させる段階と、(f−6)硬化された前記Agナノ線ポリマーを、前記シリコン基板のモールドから除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項10

前記接地層は、金属、セラミックスまたはポリマー物質から構成され、接地によって、前記正電荷帯電体内に存在する負電荷を選択的に除去し、正電荷だけ帯電された前記正電荷帯電体をして、静電気誘導方式で、前記第1電極60に電荷を蓄積させることを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項11

外部荷重が加えられることによって、前記正電荷帯電体の下部の負電荷が前記第1電極の表面に正電荷を誘導し、前記第2電極から第1電極に電子が移動することによって出力電流を発生させることを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項12

前記第1電極と前記正電荷帯電体との間に、第1弾性支持部41が介在されており、前記正電荷帯電体と前記第2電極との間に、第2弾性支持部が介在されていることを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項13

前記第1弾性支持部と前記第2弾性支持部は、異なるスプリング定数を有するスプリングからなることを特徴とする請求項12に記載の発電機製造方法。

請求項14

前記負電荷帯電体は、0.1μmないし30μmの気孔が多数形成されたスポンジ構造を含むナノ構造化された表面を有することを特徴とする請求項5に記載の発電機製造方法。

請求項15

発電機の負電荷帯電体製造方法において、(A1)ポリマー球形粒子(ポリスチレンシリカPMMAなど)を液体と混合する段階と、(A2)前記液体が混合された前記ポリマー球形粒子(ポリスチレン、シリカ、PMMAなど)を配列させる段階と、(A3)大気中での乾燥を介して、前記液体を除去する段階と、(A4)前記ポリマー球形粒子に負電荷状態の液体を混合する段階と、(A5)前記ポリマー球形粒子に負電荷状態の液体を充填して入れる段階と、を含むことを特徴とする負電荷帯電体製造方法。

請求項16

前記液体は、第1金属粒子を含むが、前記第1金属粒子が、前記負電荷帯電体の気孔に浸透することを特徴とする請求項15に記載の負電荷帯電体製造方法。

請求項17

発電機の正電荷帯電体製造方法において、(B1)スピンコーティング方法を利用して、Agナノ線を平らな基板の上に等しく分散させる段階と、(B2)伸縮性があるエポキシ系ポリマーを、分散された前記Agナノ線にコーティングして複合体を形成する段階と、(B3)前記Agナノ線の上部表面に、第2金属粒子をコーティングする段階と、を含むことを特徴とする正電荷帯電体製造方法。

請求項18

前記第1電極と前記正電荷帯電体との間に設けられる第1弾性支持部と、前記正電荷帯電体と前記第2電極との間に設けられる第2弾性支持部と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発電機。

請求項19

前記第1弾性支持部と前記第2弾性支持部は、異なるスプリング定数を有するスプリングからなることを特徴とする請求項18に記載の発電機。

請求項20

第1電極と、前記第1電極と離隔されて設けられた第1帯電体と、前記第1帯電体と前記第1電極との反対方向に離隔されて設けられた第2帯電体と、前記第2帯電体と接触して設けられた第2電極と、前記第1帯電体と断続的に接触するように、前記第1帯電体と所定距離だけ離隔されて形成された接地層と、を含むことを特徴とする発電機。

請求項21

前記第1電極と前記第1帯電体との間に設けられる第1弾性支持部と、前記第1帯電体と前記第2電極との間に設けられる第2弾性支持部と、をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の発電機。

請求項22

前記第1帯電体は、Agナノ線を含むことを特徴とする請求項20に記載の発電機。

請求項23

前記第1帯電体は、Au、Ag、Al、Ni及びPtのうち少なくとも一つを含む金属粒子をさらに含むことを特徴とする請求項22に記載の発電機。

請求項24

前記第2帯電体は、有機ポリマーまたは無機ポリマーを含むことを特徴とする請求項20に記載の発電機。

技術分野

0001

本発明は、発電機及びその製造方法に関し、さらに詳細には、稲妻生成原理を、新概念である「電荷生成器電荷分離器そして電荷蓄積器統合したシステム」として再解釈し、既存研究の単位技術確保だけに重点を置くものではなく、当該システム設計のための帯電体新素材開発、素子設計、及びシステム設計の統合システムを具現することにより、高出力発電機を具現する発電機及びその製造方法に関するのである。

0002

また、本発明は、効果的な電荷分離のために、静電誘導現象に基づく接地層導体との間の電荷分布形状を利用した電荷蓄積器を導入し、振動構造モデリング基盤を置いた素子構造を設計し、外部エネルギーの効率的伝達のためのシステム設計及び信頼性確保を介して、今後持続可能な親環境・高出力の発電機及びその製造方法に関する。

背景技術

0003

自然で作られる稲妻は、1回の放出時、おおよそ10億ジュール(Joule)以上のエネルギー地表面に伝達するが、それをエネルギー化させると、清浄エネルギー源として大きい電力生産が可能であろう。

0004

しかし、高価な稲妻タワー(lightning tower)を建設しなければならず、出力放出時間が非常に短く、収獲(ハーベスト)及び充電の効率が低い等、現実的な問題点がある。

0005

稲妻の生成原理は、稲妻積乱雲)内に存在する水蒸気分子氷結晶との摩擦によるものであり、摩擦によって生じた正負電荷が氷結晶の密度によって効果的に分離され、雲の上下部に蓄積され、これにより生じた大きいポテンシャルによって、多量の電荷を放出することに基づく。このような原理を、手の平ほどの大きさで具現することができるならば、多様な種類の携帯用電子製品に適用が可能であり、補助バッテリ源などとして製作することができる。

0006

摩擦による電力生成方式は、2つの帯電体の摩擦時に現れる物質間の電荷移動現象によるものであり、他の微小エネルギー電力変換システムよりエネルギー変換効率が高く、小さい外部応力によっても、高い出力を得ることができる。熱、太陽など他の微小エネルギーに比べ、時間的、空間的な制約がない。また、物質内部の変形(strain)によってエネルギーを生産する既存圧電(piezoelectric)素材を利用したエネルギーハースティング技術において根本的な問題である疲労(fatigue)現象がなく、持続的なエネルギー生産にも非常に有利である。

0007

しかし、2つの帯電体間の制限された電荷移動によって帯電された表面での電荷分布が均一ではなく、素子内で生成された電荷の損失が多くて出力電流が低く、低い振動数では出力特性が急激に低下するという問題点がある。

0008

また、これまでほとんどの研究がすでになされたシリコン系(PDMS)などの素材について進められ、既存のプラットホームを変えるほどの革新的な新素材及び構造設計が必須な状況である。

先行技術

0009

韓国登録特許第10−0433327号(2004.05.18.)

発明が解決しようとする課題

0010

従って、本発明は、前述の問題点を解決するために、稲妻生成原理を、新概念である「電荷生成器、電荷分離器及び電荷蓄積器を統合したシステム」として再解釈し、既存研究の単位技術確保だけに重点を置かず、当該システム設計のための帯電体新素材開発、素子設計及びシステム設計の統合システム具現することにより、高出力発電機を具現する発電機及びその製造方法の提供を目的とする。

0011

また、本発明は、効果的な電荷分離のために、静電気誘導現象に基づく接地層と導体との間の電荷分布形状を利用した電荷蓄積器を導入し、振動構造モデリングに基盤を置いた素子構造を設計し、外部エネルギーの効率的伝達のためのシステム設計及び信頼性確保を介して、今後持続可能な親環境高出力の発電機及びその製造方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0012

前述の目的を達成するための、本発明による、発電機製造方法は、(a)準備された基板に第2電極を形成させる段階と、(b)第2電極の下部に、スポンジ構造負電荷帯電体を形成させる段階と、(c)負電荷帯電体から、トルエン(toluene)溶液を利用して、ポリマー球粒子を除去する段階と、(d)負電荷帯電体内部に、第1金属粒子浸透させる段階と、(e)電荷生成のために、負電荷帯電体下部に、所定距離だけ離隔された位置に、正電荷帯電体を形成させる段階と、(f)正電荷帯電体表面ナノ構造化する段階と、(g)ナノ構造化された正電荷帯電体表面を、第2金属粒子でコーティングする段階と、(h)正電荷帯電体の一側下方に、一定距離を維持して電荷分離のための接地層を形成させる段階と、(i)正電荷帯電体下部に、一定距離だけ離隔された位置に、電荷蓄積のための第1電極を形成させる段階と、を含むことを特徴とする。

発明の効果

0013

本発明による、発電機及びその製造方法は、小型化が可能であり、風、振動、音のような微細なエネルギーによって、高出力エネルギー生産が可能であり、エネルギー収集によるコスト発生を著しく節減させることができるという効果がある。

0014

また、本発明による、発電機及びその製造方法は、帯電体新素材開発を介して、材料に対する源泉技術、新概念原理に基づく素子構造、及び新システムに対する源泉特許確保も可能であり、それによる経済効果がある。

図面の簡単な説明

0015

本発明による、発電機の駆動方法及び原理について説明するための図面である。

実施例

0016

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。それに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は、一般的であったり辞書的であったりする意味に限定して解釈されることがあってはならず、本発明者は、自身の発明について最善な方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚し、本発明の技術的思想符合する意味及び概念で解釈されなければならない。

0017

従って、本明細書に記載された実施形態と、図面に図示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないので、本出願時点において、それらを代替することができる多様な均等物と変形例とがありうるということを理解しなければならない。

0018

図1は、本発明による、発電機の駆動方法及び原理について説明するための図面である。

0019

図1に図示されているように、本発明による発電機は、第2電極10、負電荷帯電体20、正電荷帯電体30、支持部40、接地層50及び第1電極60を含む。

0020

前記第2電極10は、ポリエステル(PET)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、カプトン(Kapton(登録商標))のような柔軟な基板上に、Al、Ni、Cr、Pt、AuまたはITOのうち少なくとも一つを含む1層または複層から構成される。

0021

前記負電荷帯電体20は、前記第2電極10下部に形成されるが、前記支持部40の支持を受け、後述する前記正電荷帯電体30と所定の距離だけ離隔されるように形成される。

0022

特に、前記負電荷帯電体20は、スポンジ構造のポリマーからなるが、前記スポンジ構造のポリマーは、球形粒子ポリスチレンシリカPMMAなど)の大きさ、及び蒸溜水(DI:蒸溜水(distilled water)の量によって、スポンジ構造内部の気孔21サイズが決定され、大体0.1μm〜100μmサイズの円形になる。

0023

一方、スポンジ構造の前記負電荷帯電体20は、有機ポリマー(organic polymer:PMMA、PET、PEEK、PS、PE、COC)または無機ポリマー(inorganic polymer:PDMS、Ormocer(登録商標))などからなることもできる。

0024

一方、前記第2電極10と前記負電荷帯電体20は、下部に位置した前記正電荷帯電体30と所定距離だけ離隔されて形成され、外部刺激荷重によって、電流及び電圧を発生させる。

0025

前記正電荷帯電体30は、前記負電荷帯電体20下部に形成されるが、前記支持部40の支持を受け、前記負電荷帯電体20と所定の距離だけ離隔されるように形成される。

0026

このとき、前記正電荷帯電体30としてフレキシブルな素材の電極が使用され、Agナノ線31を利用した複合素材形態の電極が使用され、電荷生成を向上させるために、第2金属(Au、Ag、Al、Ni、Ptなど)粒子32がコーティングされている。

0027

さらに具体的には、本発明による発電機の正電荷帯電体製造工程について簡単に説明する。

0028

前記正電荷帯電体30として使用される前記Agナノ線31を利用した複合素材形態の電極は、スピンコーティング方法を利用して、前記Agナノ線31を平らな基板上に等しく分散させ、伸縮性があるエポキシ系ポリマーを、分散された前記Agナノ線31にコーティングして複合体を形成し、このとき、前記Agナノ線31上部表面に、電荷生成を向上させるために、第2金属(Au、Ag、Al、Ni、Ptなど)粒子32がコーティングされている。

0029

前記第1電極60は、前記第2電極10と同様に、ポリエステル(PET)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、カプトン(Kapton(登録商標))のような、柔軟な基板上に、Al、Ni、Cr、Pt、AuまたはITOのうち少なくとも一つを含む1層または複層で構成される。

0030

前記支持部40は、第1弾性支持部41と第2弾性支持部42とから構成されているが、前記第1弾性支持部41は、前記第1電極60の4ヵ所コーナー部分に立設し、前記下部電極60と前記正電荷帯電体30との間に介在され、前記第2弾性支持部42は、前記正電荷帯電体30の4ヵ所コーナー部分に立設し、前記正電荷帯電体30と前記第2電極10との間に介在される。

0031

前述の、前記第1弾性支持部41と前記第2弾性支持部42は、弾性体、代表的には、スプリングからなり、外部刺激や荷重に敏感に反応することにより、本発明による、発電機及びその製造方法での電流及び電圧の発生を容易にする。

0032

このとき、前記第1弾性支持部41と前記第2弾性支持部42は、外部荷重、振動の大きさ及び振幅を制御することができるように、異なるスプリング定数(k)を有するスプリングから構成されることが望ましい。

0033

さらに具体的には、前記第2弾性支持部42のスプリング定数は、380N/mであり、単一荷重による連続的な摩擦を発生させるために、前記第1弾性支持部41のスプリング定数は、780N/mであることが望ましい。

0034

前記接地層50は、前記第1電極60と電荷生成層(負電荷帯電体及び正電荷帯電体)との間に配置され、接地によって前記正電荷帯電体30内に存在する負電荷を選択的に除去し、正電荷だけで帯電されている前記正電荷帯電体30を静電気誘導方式で、前記第1電極60に効率的に電荷を蓄積させる。

0035

また、前記接地層50は、前述のように、選択的に、電荷を分離するために挿入された層であり、単層または複層からなり、地面または外部に連結され、選択的に電荷を分離することができる金属、セラミックス、ポリマーなどの物質から製作される。

0036

このとき、前記接地層50の下部に具備された弾性体であるスプリングは、下降する前記正電荷帯電体30に加えられる外部荷重を吸収しながら、安定的に前記接地層50と前記正電荷帯電体30とを接触させる。

0037

以下、本発明による発電機製造方法について説明する。

0038

まず、基板を準備する段階を遂行する(S100)。

0039

ちなみに、前述のように、前記基板は、ポリエステル(PET)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、カプトン(Kapton(登録商標))のような柔軟な基板などに該当する。

0040

前記基板上に、Al、Ni、Cr、Pt、AuまたはITOのうち少なくとも一つを含む1層または複層からなる前記第2電極10を形成させる段階を遂行する(S200)。

0041

前記第2電極10に、前記負電荷帯電体20を形成させる段階を遂行する(S300)。

0042

負電荷帯電体形成段階について、さらに具体的に説明する。

0043

前記負電荷帯電体20形成段階(S300)は、ポリマー球形粒子(ポリスチレン、シリカ、PMMAなど)を液体と混合する段階(S310)、混合したポリマー球形粒子(ポリスチレン、シリカ、PMMAなど)を配列させる段階(S320)、大気中での乾燥を介して前記液体を除去する段階(S330)、前記ポリマー球形粒子に液体状態の負電荷を混合する段階(S340)、及び、前記ポリマー球形粒子に液体状態の負電荷を充填して入れる段階(S350)によって構成される。

0044

このとき、前記負電荷帯電体20を構成するポリマーは、上述したように、有機ポリマー(organic polymer:PMMA、PET、PEEK、PS、PE、COC)または無機ポリマー(inorganic polymer:PDMS、ORMOCER)などからなり、スピンコーティングを介して、均一層を積層することができ、真空状態を維持し、ポリマー球形粒子間にポリマー溶液が浸透することができるようにする。

0045

液体状態の前記ポリマーは、90℃で熱処理され、柔軟な交替状態のポリマー球形粒子とポリマーとを有している構造に作ることができる。

0046

その後、基板上で分離されたポリマー球形粒子を含む前記負電荷帯電体20から、トルエン(toluene)溶液を利用し、前記ポリマー球形粒子を除去する段階を遂行した(S400)。

0047

このとき、前記S400段階において、前記ポリマー球形粒子を完璧に除去するために、8時間から24時間、トルエン(toluene)溶液を利用して、前記ポリマー球形粒子を除去することにより、前記負電荷帯電体20がスポンジ構造を有するようにする。

0048

そして、スポンジ構造の前記負電荷帯電体20内部に、第1金属粒子22(Au、Ag、Al、Ni、Ptなど)を形成させる段階を遂行する(S500)。

0049

このとき、前記第1金属粒子22は、前記液体と混合されて使用され、真空状態で、前記スポンジ構造を有する前記負電荷帯電体20の気孔21に、液体と共に、前記第1金属粒子22が浸透する。

0050

前記気孔21に、液体と共に、前記第1金属粒子22が浸透すれば、90℃での熱処理を介して、液体だけ選択的に除去することにより、気孔内部に、複数の前記第1金属粒子22が形成されたスポンジ構造の負電荷帯電体20を作る。

0051

その後、前記負電荷帯電体20下部に、一定距離だけ離隔された位置に、正電荷帯電体30を形成させる段階を遂行する(S600)。

0052

前記正電荷帯電体30としては、フレキシブルな素材の電極が使用され、前記Agナノ線31を利用した複合素材形態の電極が使用される。

0053

前記正電荷帯電体30表面をナノ構造化する段階を遂行する(S700)。

0054

前記正電荷帯電体30表面をナノ構造化する段階は、シリコン基板上に、フォトリソグラフィを利用し、パターニングをする段階(S710)が遂行され、前記パターニングが完了すれば、BOE(buffered oxide etchant)を利用して、酸化物層を除去する段階(S720)が遂行され、KOH溶液を利用して、前記シリコンをエッチングし、前記パターニングされたパターン形態によって、ライン状、キューブ状ピラミッド状に掘り込まれたモールドを製作する段階(S730)を遂行し、製作された前記モールド上に、硬化前のAgナノ線とポリマー複合体とをスピンコーティングする段階(S740)を遂行し、真空状態において、前記スピンコーティング時に発生した気泡を除去した後、紫外線(ultraviolet)露出を介して硬化させる段階(S750)を遂行し、前記段階で硬化されたAgナノ線ポリマーを、前記シリコンモールドから除去する段階(S760)を含み、ナノ構造化されたピラミッド形態の表面構造を製作することができる。

0055

前記ナノ構造化された前記正電荷帯電体30表面に、電荷生成向上のために、第2金属(Au、Ag、Al、Ni、Ptなど)粒子32をコーティングする段階を遂行する(S800)。

0056

前記正電荷帯電体30の一側下方に、一定距離を維持し、接地層50を形成させる段階を遂行する(S900)。

0057

このとき、前記接地層50は、Al、Ni、Cr、Pt、AuまたはITOのうち少なくとも一つを含む1層または複層からなることもできる。

0058

最後に、前記正電荷帯電体30下部に、一定距離だけ離隔された位置に、蓄積層または第1電極60を形成させる段階を遂行する(S1000)。

0059

前述のようなS100ないしS1000工程を介して、本発明による発電機が製作される。

0060

図1を参照し、前述の構成を有し、前述の工程によって製造された本発明による、発電機の駆動方法及び原理について説明する。

0061

図1a)に図示されているように、初期状態には、前記負電荷帯電体20が負電荷を帯びており、前記正電荷帯電体30が上部と下部とに分離された正電荷と負電荷との結合によって中性をなしており、前記第2電極10が、負電荷帯電体20の負電荷による静電誘導(electrostatic induction)によって、相対的に電子を失い、正電荷に誘導されており、第1電極60が負電荷に誘導されている。

0062

前述の初期状態において、図1b)に図示されているように、外部荷重が、本発明による発電機に作用すれば、異なるスプリング定数によって、前記第2弾性支持部42が先収縮され、前記負電荷帯電体20と前記正電荷帯電体30とがまず摩擦を行う。

0063

このとき、前記正電荷帯電体30は、前記負電荷帯電体20の負電荷によって、上部が正電荷に、下部が負電荷に分離される現象が起き、前記発電機は、内部の電荷平衡がなった状態であるので、外部回路に電子の移動がない状態である。

0064

その後、外部荷重が、持続的に発電機に作用すれば、図1c)に図示されているように、前記正電荷帯電体30下部の負電荷は、前記第1電極60表面に正電荷を誘導し、前記第2電極10から第1電極60に電子が移動し、出力電流を発生させ、前記第1弾性支持部41の後収縮により、図1d)に図示されているように、前記正電荷帯電体30の下部が、前記接地層50と摩擦し、相対的に負電荷を多く帯びている上部層(第2電極10、負電荷帯電体20、正電荷帯電体30)の負電荷は、前記接地層50を介して選択的に分離される。

0065

最終的に、図1e)に図示されているように、全層が摩擦され、このとき、発電機内部の電荷平衡によって、電荷及び電子の移動はない。

0066

その後、図1f)に図示されているように、外部荷重が除去されれば、前記第1弾性支持部41と前記第2弾性支持部42とを構成するスプリングが、ほぼ同時に弛緩され、それによって、極めて短い時間差により、前記正電荷帯電体30と前記第2電極10との間に介在された前記第2弾性支持部42のスプリングが先弛緩され、前記正電荷帯電体30と前記第1電極60との間に介在された前記第1弾性支持部41のスプリングが後弛緩される。

0067

前記第1弾性支持部41のスプリングが後弛緩されることにより、前記正電荷帯電体30上部表面の正電荷は、下部表面に負電荷を誘導し、前記接地層50から電子を注入され、図1g)に図示されているように、前記負電荷帯電体20の負電荷は、前記第2電極10に正電荷を誘導し、前記第1電極60に電子を伝達する。

0068

結果として、前記外部荷重が除去された後、発電機は、内部の電荷平衡によって、電荷及び電子の移動はなく、前記正電荷帯電体30の分離された正/負電荷は、結合して中性をなし、図1a)に図示されているように、初期状態に戻り、反復的な外部荷重によって、前述のような連続的な駆動及び電荷移動によって出力を発生する。

0069

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施形態及び図面によって説明されたにしても、本発明は、それらによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で当業者によって、本発明の技術思想と後述する特許請求の範囲との均等範囲内で、多様な修正及び変形が可能であるということは言うまでもない。

0070

10 第2電極
20負電荷帯電体
30正電荷帯電体
40 支持部

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