(57)【要約】【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、スポンジ構造の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、ポリマー球形粒子を除去する段階と、（ｄ）負電荷帯電体内部に金属粒子を浸透させる段階と、（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）正電荷帯電体表面を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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【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、静電気誘導方式で、前記第１電極に電荷を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金属粒子で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形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を製作する段階と、
（ｆ−４）製作された前記モールド上に、硬化前のＡｇナノ線と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。
【発明の詳細な説明】
【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くものではなく、当該システム設計のための帯電体用新素材開発、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）以上のエネルギーを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、稲妻雲（積乱雲）内に存在する水蒸気分子と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の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ベ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０４３３３２７号（２００４．０５．１８．）
【発明の概要】
【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、スポンジ構造の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、ポリマー球形粒子を除去する段階と、（ｄ）負電荷帯電体内部に、第１金属粒子を浸透させる段階と、（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）正電荷帯電体表面を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】
【図１】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。
【発明を実施するための形態】
【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に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、外部刺激や荷重によって、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。
【符号の説明】
【００７０】
１０  第２電極
２０  負電荷帯電体
３０  正電荷帯電体
４０  支持部
【図１】
2019135911.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月29日(2019.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【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、静電気誘導方式で、前記第１電極に電荷を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】
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６】
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５に記載の発電機。
【請求項７】
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８】
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７に記載の発電機。
【請求項９】
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７に記載の発電機。
【請求項１０】
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９に記載の発電機。
【請求項１１】
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７に記載の発電機。