KR20140141171A - Triboelectric Generator - Google Patents

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    • H02N1/04—Friction generators

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Abstract

The present invention relates to a triboelectric generator and, more particularly, to a triboelectric generator using a triboelectirc generation phenomenon by the change of a contact area. Triboelectricity is repeatedly generated without an additional support structure with a restoring force by forming a layer functioning as a charging layer for the generation of the triboelectricity and insulation between electrodes with a shape restoring force.

Description

마찰전기 발생장치 {Triboelectric Generator}Triboelectric Generator

본 발명은 마찰전기 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접촉면 변화에 의해 마찰전기(triboelectric)가 발생하는 현상을 이용한 마찰전기 발생장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a triboelectric generating apparatus, and more particularly, to a triboelectric generating apparatus using a phenomenon in which a triboelectric occurs due to a change in contact surface.

주위 환경에서 발생하나 소모되어 버리는 에너지(ambient energy)를 전기 에너지로 변환하는 에너지 발생장치와 관련된 기술이 최근 주목을 받고 있다.BACKGROUND ART Recently, a technology related to an energy generating device that converts ambient energy into electric energy that occurs in a surrounding environment but has been consumed has recently attracted attention.

이러한 주위 에너지(ambient energy)를 전기 에너지로 변환하는 장치는 긴 수명, 낮은 유지보수비용, 적은 폐기비용과 오염 등의 장점을 가짐에도 불구하고 에너지 효율, 크기 및 가격 면에서 아직 실용화에 장벽을 가진다.
Such an apparatus for converting ambient energy to electrical energy has a practical barriers in terms of energy efficiency, size, and cost, though it has advantages such as long lifetime, low maintenance cost, low waste cost and pollution .

이러한 시장 요구를 만족시키기 위하여 등장한 종래의 마찰전기 발생장치는 미국 공개특허 "Triboelectric Generator"(공개번호 2013-0049531호)이다.
A conventional triboelectric generating device that appeared to satisfy such market demand is the "Triboelectric Generator" (Publication No. 2013-0049531).

도 1은 종래의 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 마찰전기 발생장치(100)는 제1 접촉 충전 레이어(110)와 제1 접촉 충전 레이어(110)에 대향하도록 배치된 제2 접촉 충전 레이어(120)를 포함하도록 구성된다.1 is a configuration diagram of a conventional triboelectricity generating apparatus. Referring to FIG. 1, a conventional tritium generator 100 includes a first contact filler layer 110 and a second contact filler layer 120 disposed to face the first contact filler layer 110. do.

제1 접촉 충전 레이어(110)는 텍스처 표면(textured surface)을 가진 하부면(114)과 제1 도전 전극층(116)이 배치된 상부면(112)을 포함한다.The first contact filler layer 110 includes a lower surface 114 having a textured surface and a top surface 112 having a first conductive electrode layer 116 disposed thereon.

제2 접촉 충전 레이어(120)는 텍스처 표면textured surface)을 가지는 상부면(122)과 제2 도전 전극층(126)이 배치된 하부면(124)을 포함한다.The second contact filler layer 120 includes a top surface 122 having a textured surface and a bottom surface 124 having a second conductive electrode layer 126 disposed thereon.

또한, 제1 접촉 충전 레이어(110)는 PET(polyethylene terephthalate), PMMA(poly(methyl methacrylate)), 도체(conductor), 금속, 합금 또는 이들의 조합으로 이루어진 물질로 구성된다. 즉, 제1 접촉 충전 레이어(110)는 상대적으로 음의(negative) 마찰전기 시리즈 등급(triboelectric series rating)이 낮은 물질로 구성된다.The first contact-filling layer 110 is made of a material made of PET (polyethylene terephthalate), PMMA (poly (methyl methacrylate)), a conductor, a metal, an alloy, or a combination thereof. That is, the first contact-charging layer 110 is composed of a material having a relatively low negative triboelectric series rating.

제2 접촉 충전 레이어(120)는 폴리이드와 같은 PMDA-ODA(poly-oxydiphenylene-pyromellitimide), PDMS(polydimethylsiloxane), 도체(conductor), 금속, 합금 또는 이들의 조합으로 이루어진 물질로 구성된다. 즉, 제2 접촉 충전 레이어(120)는 상대적으로 음의(negative) 마찰전기 시리즈 등급(triboelectric series rating)이 높은 물질로 구성된다.
The second contact-filling layer 120 is made of a material such as poly-oxydiphenylene-pyromellitimide (PMDA-ODA), polydimethylsiloxane (PDDA), conductor, metal, alloy or a combination thereof. That is, the second contact-charging layer 120 is composed of a material having a relatively high negative triboelectric series rating.

종래의 마찰전기 발생장치(100)는 제1 접촉 충전 레이어(110) 또는 제2 접촉 충전 레이어(120) 중 적어도 어느 하나에 외부의 힘이 가해져, 제1 접촉 충전 레이어(110)의 하부면(114)과 제2 접촉 충전 레이어(120)의 상부면(122) 사이의 접촉변화를 통해 전기를 발생한다.
The conventional tritium generation device 100 may be configured such that an external force is exerted on at least one of the first contact charge layer 110 and the second contact charge layer 120, 114 and the upper surface 122 of the second contact-charging layer 120. [0034] FIG.

그러나, 이러한 종래의 마찰전기 발생장치는 반복적인 마찰전기 발생을 위해서는 복원력을 가지는 별도의 지지구조를 필요로 하는 문제점이 있다.
However, such a conventional triboelectric generator requires a separate supporting structure having a restoring force for generating repetitive triboelectricity.

본 발명의 목적은 전극간의 절연 및 마찰전기 발생을 위한 충전 레이어(charging layer)의 기능을 수행하는 레이어를 형태 복원력을 가지도록 하여 복원력을 가지는 별도의 지지구조가 없더라도 반복적인 마찰전기를 발생시킬 수 있는 마찰전기 발생장치를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for forming a layer that functions as a charging layer for insulation between electrodes and generates a triboelectric charge, And a frictional electricity generating device.

상기의 목적을 달성하기 위하여 간격을 두고 대향하도록 위치하는 제1전극 및 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치하고, 상기 간격을 유지하는 복원력을 가진 플렉서블한 절연물질로 이루어진 충전 레이어;를 포함하되, 외력에 의해 상기 간격이 좁아지고, 상기 복원력에 의해 넓어지는 것에 의하여 상기 제1전극 또는 상기 제2전극과 상기 충전 레이어의 접촉면이 변화하여 마찰전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치가 제공된다.
A first electrode and a second electrode positioned to face each other with an interval therebetween to achieve the above object; And a filling layer disposed between the first electrode and the second electrode and made of a flexible insulating material having a restoring force for maintaining the gap, Wherein the contact surface between the first electrode or the second electrode and the filling layer is changed by the change of the contact surface, thereby generating triboelectricity.

바람직하게는, 상기 충전 레이어는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 분리된 것을 특징으로 한다.
Preferably, the filling layer is separated from the first electrode and the second electrode.

바람직하게는, 상기 충전 레이어는 상기 제1전극의 상기 제2전극을 바라보는 일면에 배치되고, 상기 충전레이어의 일단과 상기 제2전극의 일단이 연결되되, 상기 충전레이어의 타단과 상기 제2전극의 타단은 이격되고, 상기 외력에 의해 상기 충전레이어와 상기 제2전극 간의 접촉면이 증가하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the filling layer is disposed on one side of the first electrode facing the second electrode, one end of the filling layer is connected to one end of the second electrode, and the other end of the filling layer and the second The other end of the electrode is spaced apart, and the contact surface between the filling layer and the second electrode is increased by the external force.

바람직하게는, 상기 충전 레이어는 양끝단이 연결된 것을 특징으로 한다.
Preferably, the filling layer is connected at both ends.

바람직하게는, 상기 충전 레이어의 일면, 상기 제1전극의 상기 충전 레이어와 접하는 일면 또는 상기 제2전극의 상기 충전 레이어와 접하는 일면 중 적어도 어느 하나는 표면적의 크기를 증가시키는 구조체가 형성된 것을 특징으로 한다.
Preferably, a structure for increasing a size of a surface area of at least one of a surface of the filling layer, a surface of the first electrode in contact with the filling layer, and a surface of the second electrode in contact with the filling layer is formed. do.

바람직하게는, 상기 제1전극은 기판 상에 배치되고, 상기 마찰전기는 상기 기판 또는 상기 제2전극과 상기 충전 레이어의 접촉면이 변화하여 발생되는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the first electrode is disposed on a substrate, and the triboelectricity is generated by changing a contact surface of the substrate or the second electrode with the filling layer.

바람직하게는, 상기 기판은 양끝단이 연결된 플렉서블 기판이고, 상기 제2전극 및 상기 충전 레이어는 상기 플렉서블 기판의 양끝단이 연결되어 형성된 내부 공간에 위치하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the substrate is a flexible substrate having both ends connected to each other, and the second electrode and the filling layer are located in an inner space formed by connecting both ends of the flexible substrate.

바람직하게는, 상기 제2전극은 상기 충전 레이어의 일면에 배치되고, 상기 충전 레이어는 양끝단이 연결된 것을 특징으로 한다.
Preferably, the second electrode is disposed on one side of the filling layer, and the filling layer is connected at both ends.

바람직하게는, 상기 마찰전기 발생장치가 복수로 연결되고, 동일한 외력에 의하여 각 마찰전기 발생장치에서 접촉면 변화가 발생하도록 어레이(array) 연결된 것을 특징으로 한다.
Preferably, the plurality of triboelectric generators are connected, and the triboelectric generators are connected in an array so that a contact surface change occurs due to the same external force.

바람직하게는, 상기 충전 레이어를 이루는 물질은 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 이루는 물질과 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 보다 음의 값을 가지는 물질인 것을 특징으로 한다.
Preferably, the material constituting the filling layer is a material forming the first electrode and the second electrode and a material having a negative value in the triboelectric series.

바람직하게는, 상기 충전 레이어는 합성 고분자(synthetic polymer), 염소중합체(chloropolymer), 불소중합체(fluorpolymer) 또는 이의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Preferably, the filling layer is formed of a synthetic polymer, a chloropolymer, a fluoropolymer, or a combination thereof.

바람직하게는, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극인 것을 특징으로 한다.
Preferably, the first electrode or the second electrode includes at least one of ITO, IGO, chromium, aluminum, IZO (Indium Zinc Oxide), IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2, Electrode or a metal electrode containing at least one of platinum, gold, silver, aluminum, iron or copper or a metal electrode such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT), carbon nanotube (CNT), graphene, More than 10% of polyacetylene, polythiophene (PT), polypyrrole, polyparaphenylene (PPV), polyaniline, poly sulfur nitride, stainless steel, chromium (Ni-Ti) or polyparaphenylenevinylene (SUS 304), SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, .

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명은 전극간의 절연 및 마찰전기 발생을 위한 충전 레이어(charging layer)의 기능을 수행하는 레이어를 형태 복원력을 가지도록 하여 복원력을 가지는 별도의 지지구조가 없더라도 반복적인 마찰전기를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to an electrostatic chuck having a structure in which a layer that functions as a charging layer for insulation between electrodes and generates a triboelectric charge is provided with a shape restoring force so that repetitive triboelectricity can be generated even if there is no supporting structure having restoring force .

도 1은 종래의 마찰전기 발생장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에 의해 마찰전기 발생하는 것을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치를 이용하여 발생된 전기량을 측정한 데이터를 나타낸 도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에 이용될 수 있는 물질을 마찰전기 시리즈(triboelectric series)로 구분하여 나타낸 도.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에서 이용되는 표면구조를 나타낸 도.1 is a schematic diagram of a conventional triboelectricity generating apparatus
2 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining triboelectricity generated by a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention;
4 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention;
6 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view illustrating data obtained by measuring an amount of electricity generated using a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a material usable in a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention in a triboelectric series. FIG.
10A to 10D are diagrams showing surface structures used in a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치는 제1전극(210), 제2전극(220) 및 충전 레이어(230)로 구성된다.
2 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the apparatus for generating triboelectricity according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 210, a second electrode 220, and a filling layer 230.

제1전극(210) 및 제2전극(220)은 서로 간격을 두고 대향하도록 위치한다.The first electrode 210 and the second electrode 220 are positioned to face each other with a gap therebetween.

제1전극(210)과 제2전극(220)은 충전 레이어(230)에 의해 지지되어 간격을 두도록 구성된다.
The first electrode 210 and the second electrode 220 are configured to be spaced apart by being supported by the filling layer 230.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1전극(210) 또는 제2전극(220)은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극일 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the first electrode 210 or the second electrode 220 may be formed of ITO, IGO, chromium, aluminum, IZO (Indium Zinc Oxide), IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) Or TiO 2 or a metal electrode containing at least one of platinum, gold, silver, aluminum, iron or copper or a metal electrode containing at least one of PEDOT, carbon nano tube (CNT) , Graphene, polyacetylene, polythiophene (PT), polypyrrole, polyparaphenylene (PPV), polyaniline, poly sulfur nitride At least one of stainless steel, an iron alloy containing 10% or more of chromium, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, a Co-Cr alloy, a Ti alloy, Nitinol (Ni-Ti) or polyparaphenylenevinylene And may be an organic electrode containing any one of them.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 제1전극(210) 및 제2전극(220)은 마찰전기 시리즈(triboelectric series) 상에서 충전 레이어(230)를 이루는 물질보다 양의 방향에 위치한 물질로 구성된다.
In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the first electrode 210 and the second electrode 220 are formed on the triboelectric series by a material positioned in a positive direction with respect to the material constituting the filling layer 230 .

충전 레이어(230)는 제1전극(210) 및 제2전극(220) 사이에 위치하고, 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격을 유지하는 복원력을 가진 플렉서블한 절연물질로 이루어진다.The filling layer 230 is a flexible insulating material having a restoring force that is located between the first electrode 210 and the second electrode 220 and maintains a gap between the first electrode 210 and the second electrode 220 .

또한, 충전 레이어(230)는 외력이 복원력보다 크게 작용하면 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격이 좁아지고, 이에 따라 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 접촉면이 넓어진다.The gap between the first electrode 210 and the second electrode 220 is narrowed when the external force is greater than the restoring force so that the first electrode 210 or the second electrode 220 is formed. And the contact surface is widened.

이후, 외력이 복원력보다 작아지면, 복원력에 의하여 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격이 넓어지고 이에 따라 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230)의 접촉면이 줄어든다.The gap between the first electrode 210 and the second electrode 220 is widened by the restoring force so that the gap between the first electrode 210 or the second electrode 220 and the filling layer 230 are reduced.

이러한 접촉면의 변화에 따라 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에서 마찰전기가 발생한다.
Triboelectricity is generated between the first electrode 210 and the second electrode 220 according to the change of the contact surface.

이는 충전 레이어(230)가 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 접촉면이 변화함에 따라, 충전 레이어(230)를 이루는 물질과 제1전극(210) 또는 제2전극(220)을 이루는 물질 간의 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서의 상대적 위치 차이에 따라 각각 양의 값 또는 음의 값으로 대전되는 까닭에 마찰전기가 발생된다.
This is because the filling layer 230 changes the contact surface of the first electrode 210 or the second electrode 220 with the material of the filling layer 230 and the first electrode 210 or the second electrode 220 The triboelectric series between the materials makes a triboelectric series, which is triboelectrically charged with a positive or negative value, respectively.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충전 레이어(230)는 제1전극(210) 및 제2전극(220)과 분리되도록 위치한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the filling layer 230 is positioned to be separated from the first electrode 210 and the second electrode 220.

즉, 충전 레이어(230)는 제1전극(210) 및 제2전극(220)에 고정되지 않는데, 이를 통해 외력에 의한 간격변화가 크지 않으나 충전 레이어(230)의 이동이 가능한 경우에도 마찰전기를 발생될 수 있도록 하여 다양한 형태의 외력에 의해 마찰전기가 발생될 수 있는 효과가 있다.
That is, the charge layer 230 is not fixed to the first electrode 210 and the second electrode 220, and even if the charge layer 230 is moved by the external force, So that triboelectricity can be generated by various types of external forces.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에 이용될 수 있는 물질을 마찰전기 시리즈(triboelectric series)로 구분하여 나타낸 도이다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1전극(210) 또는 제2전극(220)을 이루는 일반적인 물질인 알루미늄, 스틸, 구리, 금 등에 비하여 음의 값을 가지는 바이오폴리머류, 합성 고분자류, 염소중합체류 또는 불소중합체류로 충전 레이어(230)를 구성하면 접촉에 의하여 충전 레이어(230)는 음의 값으로, 제1전극(210) 또는 제2전극(220)은 양의 값으로 대전되어 마찰전기를 발생시키는데 용이하다.FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a material that can be used in a triboelectric generator according to an embodiment of the present invention, which is divided into a triboelectric series. FIG. Referring to FIGS. 9A and 9B, a biopolymer, a synthetic polymer, a chlorine, and a metal having a negative value relative to aluminum, steel, copper, and gold, which are common materials forming the first electrode 210 or the second electrode 220, When the filling layer 230 is formed of a polymer or a fluoropolymer, the filling layer 230 is negatively charged and the first electrode 210 or the second electrode 220 is charged to a positive value It is easy to generate electricity.

보다 큰 값의 마찰전기를 발생시키기 위해서는 제1전극(210) 또는 제2전극(220)을 이루는 물질을 마찰전기 시리즈에서 보다 양의 값을 가지는 물질을 이용하고, 충전 레이어(230)를 이루는 물질은 보다 음의 값을 가지는 물질을 이용하면 된다.
The material forming the first electrode 210 or the second electrode 220 may be made of a material having a more positive value than that of the triboelectric series and the material constituting the filling layer 230 A material having a negative value may be used.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충전 레이어(230)는 합성 고분자(synthetic polymer), 염소중합체(chloropolymer), 불소중합체(fluorpolymer) 또는 이의 조합으로 이루어진다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the filling layer 230 is made of a synthetic polymer, a chloropolymer, a fluoropolymer, or a combination thereof.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에 의해 마찰전기 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 초기 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치는 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에서 발생되는 전기에너지의 양은 0이다.3 is a view for explaining the generation of triboelectricity by the triboelectric generator according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in an initial state, the amount of electric energy generated between the first electrode 210 and the second electrode 220 is 0 in the triton generating device according to an embodiment of the present invention.

이 때, 외력이 충전 레이어(230)가 가지는 복원력보다 커서 작용되면, 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격이 좁아지고 이에 따라 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230) 사이의 접촉면이 변화한다. 이러한 접촉면 변화는 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230)를 특정 전하로 대전시킨다.When the external force is greater than the restoring force of the filler layer 230, the space between the first electrode 210 and the second electrode 220 is narrowed and the first electrode 210 or the second electrode 220 220 and the filling layer 230 is changed. This change in the contact surface charges the first electrode 210 or the second electrode 220 and the charge layer 230 with specific electric charges.

일반적으로 충전 레이어(230)를 구성하는 물질이 마찰전기 시리즈 상에서 음의 값을 가지는 바, 충전 레이어(230)가 음의 전하로 대전되고 제1전극(210)과 제2전극(220) 중 접촉면 변화가 보다 큰 전극이 양의 전하로 대전되어 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에서 마찰전기(V1)가 발생한다.Generally, since the material constituting the filling layer 230 has a negative value on the triboelectric series, the filling layer 230 is charged with a negative charge, and the contact surface of the first electrode 210 and the second electrode 220 A taller electrode is charged with a positive charge and a triboelectricity V1 is generated between the first electrode 210 and the second electrode 220. [

접촉면의 변화는 충전 레이어(230)가 플렉서블하기 때문에 가능하다.
The change in the contact surface is possible because the fill layer 230 is flexible.

또한, 이후 외력이 줄어들어 충전 레이어(230)가 가지는 복원력이 외력보다 커서 작용되면, 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격이 넓어지고 이에 따라 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230) 사이의 접촉면이 변화한다. 이러한 접촉면 변화는 제1전극(210) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230)를 특정 전하로 대전시킨다.When the restoring force of the filling layer 230 is greater than the external force due to a decrease in the external force, the distance between the first electrode 210 and the second electrode 220 is widened, The contact surface between the two electrodes 220 and the filling layer 230 changes. This change in the contact surface charges the first electrode 210 or the second electrode 220 and the charge layer 230 with specific electric charges.

외력이 작용한 경우와 반대로 외력이 작용하여 양의 전하로 대전된 전극이 아닌 전극이 양의 전하로 대전되어 외력이 작용한 경우와 반대 크기의 마찰전기(V2)가 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에서 발생한다.
A triboelectricity V2 of the opposite magnitude to that of the case where an external force is applied and an electrode other than an electrode charged with a positive charge are charged with a positive charge is applied to the first electrode 210 And between the second electrode 220.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치를 이용하여 발생된 전기량을 측정한 데이터를 나타낸 도이다. 도 8에 도시된 바와 같이 외력이 작용한 경우 15V 크기의 전압이 발생하였고, 복원력이 작용한 경우 -5V 크기의 전압이 발생하였다.
FIG. 8 is a view showing data obtained by measuring the amount of electricity generated using the triboelectric generator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, a voltage of 15 V was generated when an external force was applied, and a voltage of -5 V was generated when a restoring force was applied.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발생장치는 별도의 복원력을 가지는 지지구조 없이 외력의 증감에 따라 지속적인 마찰전기 발생이 가능한 효과를 가진다.
As described above, the triboelectric generating apparatus according to an embodiment of the present invention has the effect of continuously generating the triboelectricity with the increase or decrease of the external force without the supporting structure having the restoring force.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 4를 참조하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충전 레이어(230)가 제1전극(210)의 제2전극(220)을 바라보는 일면에 배치되고, 충전 레이어(230)의 일단과 제2전극(220)의 일단이 연결된다.4 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention. 4, a filler layer 230 is disposed on one side of the first electrode 210 facing the second electrode 220, and one end of the filler layer 230 One end of the second electrode 220 is connected.

즉, 도 4에서 외력이 작용하기 전의 구조와 같이 제1전극(210), 충전 레이어(230), 제2전극(220) 순의 적층 형태에서 일단은 연결되되, 타단은 이격된 구조를 가진다.4, the first electrode 210, the filling layer 230, and the second electrode 220 are connected in a stacked structure in the order of the first electrode 210, the second electrode 230, and the second electrode 220, and the other ends are spaced apart from each other.

이 후, 외력이 충전 레이어(230)의 복원력보다 커서 작용되면, 충전 레이어(230)와 제2전극(220) 간의 접촉면이 증가하고, 이에 따라 제2전극(220)이 양의 전하로 대전되고 충전 레이어(230)는 음의 전하로 대전된다.Thereafter, when the external force is greater than the restoring force of the filling layer 230, the contact surface between the filling layer 230 and the second electrode 220 is increased, so that the second electrode 220 is charged with a positive charge Charging layer 230 is charged with negative charge.

다시 외력이 충전 레이어(230)의 복원력보다 작아져 복원력이 작용되면, 충전 레이어(230)의 타단과 제2전극(220)의 타단이 이격되어 충전 레이어(230)와 제2전극(220) 간의 접촉면이 감소하고, 이에 따라 제1전극(210)이 양의 전하로 대전되고 충전 레이어(230)는 음의 전하로 대전된다.The other end of the filling layer 230 and the other end of the second electrode 220 are separated from each other so that the gap between the filling layer 230 and the second electrode 220 The contact surface is reduced, so that the first electrode 210 is charged with positive charge and the charge layer 230 is charged with negative charge.

도 3을 통해 설명한 바와 같이 반복적인 마찰전기 발생이 가능하다.
It is possible to generate repetitive friction electricity as described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 5를 참조하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충전 레이어(230)는 양끝단이 연결되도록 구성된다.5 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, according to a preferred embodiment of the present invention, the filling layer 230 is configured to be connected at both ends.

이를 통해 충전 레이어(230)가 가지는 복원력의 크기가 보다 커질 수 있다.
Accordingly, the magnitude of the restoring force of the filling layer 230 can be increased.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 6을 참조하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1전극(210)은 기판(211) 상에 배치되고, 이 기판(211) 또는 제2전극(220)과 충전 레이어(230)의 접촉면이 변화함에 따라 마찰전기가 발생한다.
6 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a first electrode 210 is disposed on a substrate 211, and the second electrode 220 and the filling layer 230 are formed on the substrate 211 or the second electrode 220, according to a preferred embodiment of the present invention. Triboelectricity occurs as the contact surface changes.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 기판(211)은 양끝단이 연결된 플렉서블한 기판이고, 제2전극(220)과 충전 레이어(230)는 기판(211)이 양끝단이 연결되어 형성된 내부 공간에 위치한다.
6, the substrate 211 is a flexible substrate having both ends connected to each other. The second electrode 220 and the filling layer 230 are formed on the substrate 211 at both ends thereof, And is located in an inner space formed by connecting the ends.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 제2전극(220)이 충전 레이어(230)의 일면에 배치되고, 충전 레이어(230)의 양끝단이 연결된 구조가 채용될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, a structure in which the second electrode 220 is disposed on one side of the filling layer 230 and both ends of the filling layer 230 are connected is adopted .

바람직하게는, 도 6에 도시된 것과 다르게 제2전극(220)이 충전 레이어(230) 외곽에 배치될 수 있으며, 제1전극(210)과 제2전극(220)이 접촉하지 않는 형태이면 되기 때문에 다양한 형태의 배치를 가질 수 있다.
6, the second electrode 220 may be disposed outside the filling layer 230, and the first electrode 210 and the second electrode 220 may not be in contact with each other Because of this, you can have various types of layouts.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치의 구성도이다. 도 7을 참조하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치는 도 6을 통해 설명한 구조의 마찰전기 발생장치를 복수로 연결하되, 동일한 외력에 의하여 각 마찰전기 발생장치에서 접촉면 변화에 따른 마찰전기 발생이 이루어지도록 어레이(array)로 연결되도록 구성된다.
7 is a configuration diagram of a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention includes a plurality of triboelectric generators having the structure described with reference to FIG. 6, And is configured to be connected to an array so as to generate frictional electricity according to a change in contact surface in each of the triboelectric generators.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발생장치에서 이용되는 표면구조를 나타낸 도이다. 도 10a 내지 도 10d를 참조하고 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충전 레이어(230)의 일면, 제1전극(210)의 충전 레이어(230)와 접하는 일면 또는 제2전극(220)의 충전 레이어(230)와 접하는 일면 중 적어도 어느 하나는 표면적의 크기를 증가시키는 구조체가 형성된다.
10A to 10D are views showing a surface structure used in a triboelectric generator according to another embodiment of the present invention. 10A to 10D, according to a preferred embodiment of the present invention, one surface of the filling layer 230, one surface of the first electrode 210 in contact with the filling layer 230, At least one of the surfaces contacting the layer 230 is formed with a structure for increasing the surface area.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

210: 제1전극 220: 제2전극
230: 충전 레이어210: first electrode 220: second electrode
230: Charging layer

Claims (12)

간격을 두고 대향하도록 위치하는 제1전극 및 제2전극; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치하고, 상기 간격을 유지하는 복원력을 가진 플렉서블한 절연물질로 이루어진 충전 레이어;를 포함하되,
외력에 의해 상기 간격이 좁아지고, 상기 복원력에 의해 넓어지는 것에 의하여 상기 제1전극 또는 상기 제2전극과 상기 충전 레이어의 접촉면이 변화하여 마찰전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
A first electrode and a second electrode positioned to face each other at an interval; And
And a filling layer made of a flexible insulating material located between the first electrode and the second electrode and having a restoring force for maintaining the gap,
Wherein the gap is narrowed by an external force and widened by the restoring force, whereby a contact surface between the first electrode or the second electrode and the filling layer is changed to generate triboelectricity.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 분리된 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
And the charge layer is separated from the first electrode and the second electrode.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어는 상기 제1전극의 상기 제2전극을 바라보는 일면에 배치되고, 상기 충전레이어의 일단과 상기 제2전극의 일단이 연결되되,
상기 충전레이어의 타단과 상기 제2전극의 타단은 이격되고, 상기 외력에 의해 상기 충전레이어와 상기 제2전극 간의 접촉면이 증가하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
The charge layer is disposed on one surface of the first electrode facing the second electrode, one end of the charge layer and one end of the second electrode are connected,
Wherein the other end of the filling layer and the other end of the second electrode are spaced apart from each other, and the contact surface between the filling layer and the second electrode is increased by the external force.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어는 양끝단이 연결된 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the filling layer is connected at both ends.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어의 일면, 상기 제1전극의 상기 충전 레이어와 접하는 일면 또는 상기 제2전극의 상기 충전 레이어와 접하는 일면 중 적어도 어느 하나는 표면적의 크기를 증가시키는 구조체가 형성된 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein a structure for increasing the surface area of at least one of a surface of the first electrode, a surface of the first electrode, a surface of the first electrode, a surface of the first electrode, Device.
제1항에 있어서,
상기 제1전극은 기판 상에 배치되고,
상기 마찰전기는 상기 기판 또는 상기 제2전극과 상기 충전 레이어의 접촉면이 변화하여 발생되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is disposed on a substrate,
Wherein the triboelectricity is generated by changing a contact surface of the substrate or the second electrode with the filling layer.
제6항에 있어서,
상기 기판은 양끝단이 연결된 플렉서블 기판이고, 상기 제2전극 및 상기 충전 레이어는 상기 플렉서블 기판의 양끝단이 연결되어 형성된 내부 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 6,
Wherein the substrate is a flexible substrate having both ends connected to each other, and the second electrode and the filling layer are located in an inner space formed by connecting both ends of the flexible substrate.
제7항에 있어서,
상기 제2전극은 상기 충전 레이어의 일면에 배치되고, 상기 충전 레이어는 양끝단이 연결된 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the second electrode is disposed on one side of the filling layer, and the filling layer is connected at both ends.
제8항에 있어서,
상기 마찰전기 발생장치가 복수로 연결되고, 동일한 외력에 의하여 각 마찰전기 발생장치에서 접촉면 변화가 발생하도록 어레이(array) 연결된 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the plurality of triboelectric generators are connected and an array is connected to each of the plurality of triboelectric generators by a same external force to cause a contact surface change.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어를 이루는 물질은 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 이루는 물질과 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서 보다 음의 값을 가지는 물질인 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the material forming the filling layer is a material having a negative value in a triboelectric series and a material forming the first electrode and the second electrode.
제1항에 있어서,
상기 충전 레이어는 합성 고분자(synthetic polymer), 염소중합체(chloropolymer), 불소중합체(fluorpolymer) 또는 이의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the filling layer comprises a synthetic polymer, a chloropolymer, a fluoropolymer, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극인 것을 특징으로 하는 마찰전기 발생장치.The method according to claim 1,
The first electrode or the second electrode may be an inorganic electrode containing at least one of ITO, IGO, chromium, aluminum, IZO (indium zinc oxide), IGZO (indium gallium zinc oxide), ZnO, ZnO2, or TiO2, (PEDOT), a carbon nano tube (CNT), a graphene, a polyacetylene, a poly (ethylene terephthalate), or a poly Polythiophene (PT), Polypyrrole, Polyparaphenylene (PPV), Polyaniline, Poly sulfur nitride, Stainless steel, Iron alloy containing more than 10% of chromium Wherein the electrode is an organic electrode comprising at least one of SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, Ni-Ti or polyparaphenylenevinylene. Generating device.
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