(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するように設けられた第１電極及び摩擦電気物質層と、
前記第１電極と前記摩擦電気物質層との間で、前記第１電極の表面および前記摩擦電気物質層の表面の内の一方に結合された第１自己集合単層と、を具備し、
前記第１電極の表面および前記摩擦電気物質層の表面の内の他方が、自己集合単層に結合されておらず、
前記第１電極は、金属酸化物からなり、前記第１自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたシラン基またはシラノール基を含む、摩擦電気発電機。
【請求項２】
前記第１電極は、金属からなり、前記第１自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたチオール基を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項３】
前記第１自己集合単層は、０．２ｎｍ〜５ｎｍ厚に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦電気発電機。
【請求項４】
前記摩擦電気物質層は、摩擦時に、前記第１電極よりも大きい負電荷を帯びるポリマーからなることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の摩擦電気発電機。
【請求項５】
互いに対向するように設けられた第１電極及び第２電極と、
前記第１電極において、前記第２電極に対面する第１面に形成された第１自己集合単層と、
前記第１電極と前記第１自己集合単層との間に配置された第１摩擦電気物質層と、を具備し、
前記第１自己集合単層は、前記第１摩擦電気物質層の表面と結合された頭部基を含む、摩擦電気発電機。
【請求項６】
前記第１電極は、金属からなり、前記第１自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたチオール基を含むことを特徴とする請求項５に記載の摩擦電気発電機。
【請求項７】
前記第１電極は、金属酸化物からなり、前記第１自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたシラン基またはシラノール基を含むことを特徴とする請求項５に記載の摩擦電気発電機。
【請求項８】
前記第１自己集合単層は、０．２ｎｍ〜５ｎｍ厚に形成されたことを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の摩擦電気発電機。
【請求項９】
前記第１摩擦電気物質層は、酸素を含むポリマーまたは非金属酸化物からなり、前記第１自己集合単層は、シラン基、シラザン基、シラノール基を含む物質からなることを特徴とする請求項５から８の何れか一項に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１０】
前記第２電極上において、前記第１自己集合単層と対面するように形成された第２自己集合単層と、をさらに具備したことを特徴とする請求項５から９の何れか一項に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１１】
前記第２自己集合単層は、前記第２電極と結合するシラン基、シリノール基のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１２】
前記第２電極と前記第２自己集合単層との間に配置された第２摩擦電気物質層をさらに含み、前記第２自己集合単層は、前記第２摩擦電気物質層の表面と結合された頭部基を含むことを特徴とする請求項１０または１１の何れか一項に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１３】
前記第２摩擦電気物質層は、酸素を含むポリマーまたは非金属酸化物からなり、前記第２自己集合単層は、シラン基、シラザン基、シラノール基を含む物質からなることを特徴とする請求項１２に記載の摩擦電気発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己集合単層（self-assembled monolayer）を含む摩擦電気発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦電気（triboelectric）発電技術は、外部からの圧力または振動によって、互いに異なる摩擦電気部材間の界面において摩擦を発生させ、かような摩擦によって誘導された２つの摩擦電気部材間の電位差から電気を発生させる発電技術である。摩擦電気発電技術は、圧電発電技術と比較して、約１０倍ないし約１００倍の出力を提供することができると知られている。
【０００３】
摩擦電気発電機の出力は、全般的に、摩擦電気材料の特性（仕事関数、イオン化傾向、化学的ポテンシャルなど）、並びに摩擦電気部材の組成及び表面構造によって決定される。従来の摩擦電気発電機は、摩擦による静電気からの誘導電気の生産において、摩擦電気部材が有する帯電特性に依存するので、摩擦電気部材の選択が制限されている。
【０００４】
摩擦電気部材にドーピングを施して出力を増大させる方法があるが、該方法は、ドーピングが容易である材料、例えば、ポリマーなどに適用することができる。しかし、該方法は、金属物質や金属酸化物に適用し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、摩擦電気部材表面に自己集合単層を形成した摩擦電気発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態による摩擦電気発電機は、互いに対向するように設けられた第１電極及び摩擦電気物質層と、前記第１電極と前記摩擦電気物質層との間で、前記第１電極または前記摩擦電気物質層の表面に結合された自己集合単層と、を含む。
【０００７】
一側面によれば、前記第１電極は、金属からなり、前記自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたチオール基を含む。
【０００８】
他の側面によれば、前記第１電極は、金属酸化物からなり、前記自己集合単層は、前記第１電極の表面に結合されたシラン基またはシラノール基を含む。
【０００９】
前記自己集合単層は、０．２ｎｍ〜５ｎｍ厚に形成されてもよい。
【００１０】
前記摩擦電気物質層は、摩擦時に、前記第１電極よりも大きい負電荷を帯びるポリマーからもなる。
【００１１】
他の側面によれば、前記自己集合単層は、前記第１電極において、前記摩擦電気物質層に対面する表面に形成された第１自己集合単層と、前記摩擦電気物質層上において、前記第１自己集合単層に対面する第２自己集合単層と、を含む。
【００１２】
他の実施形態による摩擦電気発電機は、互いに対向するように設けられた第１電極及び第２電極と、前記第１電極において、前記第２電極に対面する第１面に形成された第１自己集合単層と、を含む。
【００１３】
前記第２電極上において、前記第１自己集合単層と対面するように形成された第２自己集合単層をさらに含んでもよい。
【００１４】
一側面によれば、前記第１電極と前記第１自己集合単層との間に配置された第１摩擦電気物質層をさらに含み、前記第１自己集合単層は、前記第１摩擦電気物質層の表面と結合された頭部基を含む。
【００１５】
他の側面によれば、前記第２電極と前記第２自己集合単層との間に配置された第２摩擦電気物質層をさらに含み、前記第２自己集合単層は、前記第２摩擦電気物質層の表面と結合された頭部基を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態による摩擦電気発電機を概略的に図示した断面図である。
【図２】他の実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【図３】シリコン酸化物基板に、互いに異なる官能基を有した炭化水素シランを表面処理したとき、炭化水素シランによる電位差を示すグラフである。
【図４】炭素鎖数による電位差変化を図示したグラフである。
【図５】他の実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【図６】他の実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【図７】他の実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚みは、明細書の明確性のために誇張されるように図示されている。以下で説明する実施形態は、ただ例示的なものに過ぎず、かような実施形態から多様な変形が可能である。
【００１８】
以下、「上部」や「上」と記載されたものは、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものを含んでもよい。
【００１９】
図１は、一実施形態による摩擦電気発電機１００の断面図である。
【００２０】
図１を参照すれば、摩擦電気発電機１００は、第１電極１１０上の自己集合単層１３０と、自己集合単層１３０と対面し、自己集合単層１３０と所定間隔ほど離隔された摩擦電気物質層１６０と、を含む。
【００２１】
第１電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、それらの合金などからなる金属でもある。第１電極１１０は、ＩＴＯ（indium tin oxide）を含む金属酸化物でもある。
【００２２】
第１電極１１０が金属からなる場合、自己集合単層１３０は、チオール基と官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）とを含んでもよい。自己集合単層１３０は、チオール基と官能基との炭素鎖を含む。炭素鎖は、炭化水素及び／または炭化フッ素でもある。例えば、自己集合単層１３０は、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、エタンチオール（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）のような炭化水素チオール（hydrocarbon thiol）でもある。自己集合単層１３０は、ＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＨ３またはＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３でもある。ここで、ｍ、ｎは、それぞれ１〜３０でもある。
【００２３】
自己集合単層１３０の頭部基であるチオール基は、第１電極１１０の表面に結合されてもよい。
【００２４】
第１電極１１０がＩＴＯからなる場合、自己集合単層１３０は、シラン基、シラザン基、シラノール基（−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）である頭部基と、官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）と、それらを連結する炭素鎖である炭化水素及び／または炭化フッ素と、を含んでもよい。例えば、シラン基を含む炭化水素シラン（hydrocarbon silane）でもある。例えば、自己集合単層１３０は、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、ｎ−プロピルトリエトキシシラン（ＰＴＥＳ）、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（ＦＡＳ３）、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）などでもある。自己集合単層１３０のシラン基は、頭部基であり、第１電極１１０の表面と結合する。
【００２５】
また、自己集合単層１３０は、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３−（ＣＨ２）ｎ−ＮＨ２でもある。ここで、ｎは、１〜３０でもあり、ｎ＝３である場合、ＡＰＴＥＳである。自己集合単層１３０は、Ｓｉ（ＯＣＨ３）３−（ＣＨ２）ｎ−ＣＦ３でもある。ここで、ｎは、１〜３０であり、ｎ＝２である場合、ＦＡＳ３になる。
【００２６】
自己集合単層１３０は、Ｓｉ（ＯＣＨ３）３−（ＣＨ２）ｎ−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３でもあり、ｍ、ｎは、それぞれ１〜３０でもある。
【００２７】
自己集合単層１３０は、シラザン基を含むヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）でもある。
【００２８】
摩擦電気物質層１６０は、摩擦電気系列評価（triboelectric series rating）において、第１電極１１０との摩擦によって形成される電位差が大きい物質からもなる。例えば、摩擦電気物質層１６０は、ポリマーからもなるが、一実施形態は、そこに限定されるものではない。摩擦電気物質層１６０は、ポリマー以外の物質、例えば、非金属物質から形成されてもよい。
【００２９】
自己集合単層１３０は、第１電極１１０の表面特性を変更し、摩擦電気物質層１６０との摩擦によって生成される電気エネルギーの量を増加させることができる。すなわち、容易に第１電極１１０の摩擦特性を改善することができる。
【００３０】
自己集合単層１３０は、溶液工程（solution process）、化学的蒸気蒸着、物理的蒸気蒸着、スピンコーティングなどによって形成されてもよい。
【００３１】
上記官能基によって生成される摩擦電気エネルギーの大きさが異なる。
【００３２】
自己集合単層１３０の厚みは、自己集合単層１３０の炭素鎖数によって異なる。例えば、自己集合単層１３０の厚みは、およそ０．２ｎｍ〜５ｎｍでもある。自己集合単層１３０が、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）である場合、炭素鎖数が１であり、およそ０．２ｎｍ厚を有する。自己集合単層が（ヘキサデシルオキシ）トリメチルシランである場合、炭素鎖数は、２６個であり、およそ５ｎｍ厚を有することができる。
【００３３】
摩擦電気物質層１６０と自己集合単層１３０との摩擦で生成された電荷は、第１電極１１０に連結された電気的負荷（electrical load）１０５を介して電子が移動し、それによって、電気エネルギーが生成される。
【００３４】
一実施形態による摩擦電気発電機は、電極表面上に自己集合単層を形成することにより、単純な摩擦電気発電機を構成することができ、電極を摩擦電気用物質層として使用するときより、大きい摩擦電気エネルギーを生成することができる。
【００３５】
図２は、他の実施形態による摩擦電気発電機２００の断面図である。図１の構成要素と実質的に同一である構成要素については、詳細な説明を省略する。以下では、図１の摩擦電気発電機２００と異なる構成要素について重点的に説明する。
【００３６】
図２を参照すれば、摩擦電気発電機２００は、第１電極２１０と、第１電極２１０と所定間隔ほど離隔された摩擦電気物質層２６０と、を含む。摩擦電気物質層２６０において、第１電極２１０に対面する表面には、自己集合単層２７０が形成される。
【００３７】
摩擦電気物質層２６０は、ポリマー、非金属物質からもなる。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドのように、酸素を含むポリマー；シリコン酸化物、アルミニウム酸化物のような非金属物質からもなる。
【００３８】
自己集合単層２７０は、摩擦電気物質層２６０の酸素と結合するシラン基またはシラノール基（−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）である頭部基と、官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）と、それらを連結する炭素鎖である炭化水素及び／または炭化フッ素と、を含んでもよい。例えば、自己集合単層２７０は、シラン基を含む炭化水素−シランでもある。例えば、自己集合単層２７０は、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、ｎ−プロピルトリエトキシシラン（ＰＴＥＳ）、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（ＦＡＳ３）、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）などでもある。
【００３９】
第１電極２１０と自己集合単層２７０との摩擦で生成された電荷は、第１電極２１０に連結された電気的負荷２０５を介して電子が移動し、それによって、電気エネルギーが生成される。
【００４０】
図２の摩擦電気発電機２００の構成及び作用は、前述の実施形態から明らかであるので、詳細な説明は省略する。
【００４１】
図３は、シリコン酸化物基板に、互いに異なる官能基を有した炭化水素シランを表面処理したとき、炭化水素シランによる電位差を示すグラフである。
【００４２】
１００ｎｍ厚のシリコン酸化物が蒸着されたＳｉ基板（６７５μｍ厚）に気相蒸着法で、それぞれの自己集合単層を形成したサンプルを準備した。ロジウムがコーティングされたチップ（tip）を有したＡＦＭ（atomic force microscopy）を使用して、サンプルの３μｍｘ３μｍ領域を擦った。擦った部分と擦っていない部分との表面電位を、ケルビンプローブ顕微鏡（Kelvin probe microscopy）で測定し、その差を求めた。該差が、摩擦によって発生した電圧である。
【００４３】
図３を参照すれば、シリコン酸化物基板上に、自己集合単層を形成していない場合、発生電圧は、およそ５００ｍＶであった。シリコン酸化物基板上において、自己集合単層として使用されたＡＰＴＥＳは、アミノ（−ＮＨ２）官能基を有し、相対的に高い発生電圧を有する。ＰＴＥＳは、メタン（−ＣＨ３）官能基を有し、ＦＡＳ３は、トリフルオロメチル（−ＣＦ３）官能基を有し、ＭＰＴＭＳは、チオール官能基を有する。ＰＴＥＳ、ＦＡＳ３、ＭＰＴＭＳは、シリコン酸化物基板より相対的に低い電位差を有する。
【００４４】
図４は、炭素鎖数による電位差変化を図示したグラフである。図３で説明した実験と類似した方法を使用した。
【００４５】
図４を参照すれば、シリコン酸化物基板上で、自己集合単層として、同一のメタン官能基を有しながら、炭素鎖が一つであるＨＭＤＳと、炭素鎖が３個であるｎ−プロピルトリエトキシシラン（ＰＴＥＳ）と、炭素鎖が８個であるオクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＳ）との摩擦電位差は、炭素鎖数が増加しながら、電位差が増加するということが分かる。従って、炭素鎖数を異ならせても、帯電物質間の摩擦電気量を増加させることができる。
【００４６】
図５は、他の実施形態による摩擦電気発電機３００の断面図である。前述の実施形態の構成要素と実質的に同一である構成要素には、同一参照番号を使用して、詳細な説明は省略する。
【００４７】
図５を参照すれば、摩擦電気発電機３００は、第１電極３１０上の第１自己集合単層３３０と、第１自己集合単層３３０と対面し、第１自己集合単層３３０と所定間隔ほど離隔された摩擦電気物質層３６０と、を含む。摩擦電気物質層３６０において、第１自己集合単層３３０と対面する表面には、第２自己集合単層３７０が形成されている。
【００４８】
第１電極３１０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、それらの合金などからなる金属でもある。第１電極３１０は、ＩＴＯでもある。
【００４９】
第１電極３１０が金属からなる場合、第１自己集合単層３３０は、チオール基と官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）とを含んでもよい。第１自己集合単層３３０は、チオール基と官能基との炭素鎖を含む。炭素鎖は、炭化水素及び／または炭化フッ素でもある。例えば、第１自己集合単層３３０は、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、エタンチオール（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）のような炭化水素チオール（hydrocarbon thiol）でもある。第１自己集合単層３３０は、ＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＨ３またはＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３でもある。ここで、ｍ、ｎは、それぞれ１〜３０でもある。第１自己集合単層３３０の頭部基であるチオール基は、第１電極３１０と結合することができる。
【００５０】
第１電極３１０がＩＴＯからなる場合、第１自己集合単層３３０は、シラン基、シラザン基、シラノール基（−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）である頭部基と、官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）と、それらを連結する炭素鎖である炭化水素及び／または炭化フッ素と、を含んでもよい。例えば、シラン基を含む炭化水素シラン（hydrocarbon silane）でもある。例えば、第１自己集合単層３３０は、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、ｎ−プロピルトリエトキシシラン（ＰＴＥＳ）、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（ＦＡＳ３）、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）などでもある。
【００５１】
摩擦電気物質層３６０は、摩擦電気系列評価において、第１電極３１０との摩擦によって大きい電位差を形成する物質からもなる。例えば、摩擦電気物質層３６０は、ＰＤＭＳ、ポリイミド、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テフロン（登録商標）などを含むポリマーからもなる。
【００５２】
第１自己集合単層３３０は、第１電極３１０の表面特性を変更し、摩擦電気物質層３６０との摩擦によって生成される電気エネルギーの量を増加させることができる。すなわち、容易に第１電極３１０の摩擦特性を改善することができる。
【００５３】
第１自己集合単層３３０は、溶液工程（solution process）、化学的蒸気蒸着、物理的蒸気蒸着、スピンコーティングなどによって形成されてもよい。
【００５４】
第２自己集合単層３７０は、摩擦電気物質層３６０の表面に結合する頭部基と、表面に位置する官能基と、頭部基と官能基とを連結するテール（tail）と、を含む。官能基によって生成される摩擦電気エネルギーの大きさは、異なりうる。
【００５５】
第２自己集合単層３７０の厚みは、炭素鎖数によって異なる。例えば、第２自己集合単層３７０の厚みは、およそ０．２ｎｍ〜５ｎｍでもある。
【００５６】
第１自己集合単層３３０と第２自己集合単層３７０との摩擦で生成された電荷は、第１電極３１０に連結された電気的負荷３０５を介して電子が移動し、それによって、電気エネルギーが生成される。
【００５７】
図６は、他の実施形態による摩擦電気発電機４００の断面図である。前述の実施形態の構成要素と実質的に同一である構成要素には、同一参照番号を使用して、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図６を参照すれば、摩擦電気発電機４００は、互いに対向するように配置された第１電極４１０と、第２電極４５０とを含む。第１電極４１０上には、第２電極４５０に向けて、第１自己集合単層４３０が形成されている。第２電極４５０上には、第１電極４１０に向けて、第２自己集合単層４７０が形成されている。
【００５９】
第１電極４１０と第２電極４５０は、それぞれ金属または金属酸化物から形成されてもよい。第１電極４１０と第２電極４５０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、それらの合金などからなる金属でもある。
【００６０】
第１電極４１０及び第２電極４５０が金属からなる場合、第１自己集合単層４３０は、チオール基と官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）とを含んでもよい。第１自己集合単層４３０は、チオール基と官能基との炭素鎖を含む。炭素鎖は、炭化水素及び／または炭化フッ素でもある。例えば、第１自己集合単層４３０は、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、エタンチオール（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）のような炭化水素チオール（hydrocarbon thiol）でもある。第１自己集合単層４３０は、ＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＨ３またはＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３でもある。ここで、ｍ、ｎは、それぞれ１〜３０でもある。第１自己集合単層４３０の頭部基であるチオール基は、第１電極４１０と結合することができる。
【００６１】
第１電極４１０がＩＴＯからなる場合、第１自己集合単層４３０は、シラン基、シラザン基またはシラノール基（−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）である頭部基と、官能基（−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２など）と、それらを連結する炭素鎖である炭化水素及び／または炭化フッ素と、を含んでもよい。例えば、シラン基を含む炭化水素シラン（hydrocarbon silane）でもある。例えば、第１自己集合単層４３０は、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、ｎ−プロピルトリエトキシシラン（ＰＴＥＳ）、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（ＦＡＳ３）、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）などでもある。
【００６２】
第１自己集合単層４３０及び第２自己集合単層４７０は、それぞれ当該電極の表面特性を変更し、第１自己集合単層４３０及び第２自己集合単層４７０の摩擦によって生成される電気エネルギーの量を増加させることができる。
【００６３】
第２自己集合単層４７０は、第２電極４５０の表面に結合する頭部基と、表面に位置する官能基と、頭部基と官能基とを連結するテール（tail）と、を含む。官能基によって摩擦エネルギーの大きさは、異なりもする。
【００６４】
第１自己集合単層４３０及び第２自己集合単層４７０の厚みは、炭素鎖数によって異なる。例えば、第１自己集合単層４３０及び第２自己集合単層４７０の厚みは、およそ０．２ｎｍ〜５ｎｍでもある。
【００６５】
第１自己集合単層４３０と第２自己集合単層４７０との摩擦で生成された電荷は、第１電極４１０及び第２電極４５０に連結された電気的負荷４０５を介して電子が移動し、それによって、電気エネルギーが生成される。
【００６６】
一実施形態による摩擦電気発電機４００は、第１自己集合単層４３０と第２自己集合単層４７０との適切な物質選択によって、それら間の摩擦電気エネルギーを増加させることができる。
【００６７】
図７は、他の実施形態による摩擦電気発電機５００の断面図である。前述の実施形態の構成要素と実質的に同一である構成要素には、同一参照番号を使用して、詳細な説明は省略する。
【００６８】
図７を参照すれば、摩擦電気発電機５００は、互いに対向するように配置された第１電極５１０と第２電極５５０とを含む。第１電極５１０上には、第２電極５５０に向けて、第１摩擦電気物質層５２０及び第１自己集合単層５３０が順次に形成されている。第２電極５５０上には、第１電極５１０に向けて、第２摩擦電気物質層５６０及び第２自己集合単層５７０が順次に形成されている。
【００６９】
第１電極５１０と第２電極５５０は、それぞれ金属または金属酸化物から形成されてもよい。第１電極５１０と第２電極５５０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、それらの合金、ＩＴＯなどからなる金属でもある。
【００７０】
第１摩擦電気物質層５２０と第２摩擦電気物質層５６０は、互いに異なる物質からもなる。例えば、第１摩擦電気物質層５２０は、摩擦電気系列評価において、相対的に正電荷を帯びる物質、例えば、ガラス、シリコン酸化物などから形成されてもよい。第２摩擦電気物質層５６０は、摩擦電気系列評価において、相対的に負電荷を帯びる物質であり、ＰＤＭＳ、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドのように酸素を含むポリマーからもなる。
【００７１】
第１自己集合単層５３０は、第１摩擦電気物質層５２０の酸素と結合するシラン基、シラザン基、シラノール基を含む物質からもなる。
【００７２】
第２自己集合単層５７０は、第２摩擦電気物質層５６０の酸素と結合するシラン基、シラザン基、シラノール基を含む物質からもなる。
【００７３】
第１自己集合単層５３０と第２自己集合単層５７０との摩擦で生成された電荷は、第１電極５１０及び第２電極５５０に連結された電気的負荷５０５を介して電子が移動し、それによって、電気エネルギーが生成される。
【００７４】
第１自己集合単層５３０及び第２自己集合単層５７０は、それぞれ当該摩擦電気物質層（第１摩擦電気物質層５２０、第２摩擦電気物質層５６０）の表面特性を変更し、第１自己集合単層５３０及び第２自己集合単層５７０の摩擦によって生成される電気エネルギーの量を増加させることができる。
【００７５】
一実施形態による摩擦電気発電機は、第１自己集合単層５３０と第２自己集合単層５７０との適切な物質選択により、それら間の摩擦電気エネルギーを増加させることができる。
【００７６】
以上、添付された図面を参照して説明した本発明の実施形態は、例示的なものに過ぎず、当該分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができるであろう。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の摩擦電気発電機は、例えば、発電関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
５００    摩擦電気発電機
５０５    電気的負荷
５１０    第１電極
５２０    第１摩擦電気物質層
５３０    第１自己集合単層
５５０    第２電極
５６０    第２摩擦電気物質層
５７０    第２自己集合単層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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