(57)【要約】  本発明は、液体を利用したエネルギー転換基板に関し、より詳しくはエネルギー転換層がある基板上で液体の流れにより機械的エネルギーを電気エネルギーに転換させる液体を利用したエネルギー転換基板に関するものであって、対向する基板の対ではない１つの基板で液体を利用したエネルギー転換装置を具現して、製造の容易性及び液体循環の容易性を果たすことができ、潤滑層を要しないエネルギー転換装置を実現することができる効果を有する。
2015521016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に間隔を置いてパターニングされた第１電極及び第２電極と、
前記第１電極または第２電極のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層とを有し、
イオン性液体または水が前記電極上を流れながら前記電極との接触角、接触面及び接触面積のうちいずれか１つが変化して前記エネルギー転換層によって電気エネルギーを生成することを特徴とする液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項２】
前記エネルギー転換層は、無機物層、有機物層または有機物と無機物の混合物層のうち少なくともいずれか１つの層を含むことを特徴とする請求項１に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項３】
前記エネルギー転換層上に前記イオン性液体または水との接触面、接触角または接触面積の変化を容易にするための疎水性物質層が積層されることを特徴とする請求項２に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項４】
前記イオン性液体は、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＮｏ３、Ｎａ２ＳｉＯ３、ＡｌＣｌ３−ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ、ＫＣＬ、Ｎａ、ＮａＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、ＨＦ、ＣｕＳＯ４、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはＡｇＣｌのうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項５】
基板上に間隔を置いてパターニングされた第１電極及び第２電極と、
前記第１電極または第２電極のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層とを有し、
導電性液体が前記電極上を流れながら前記電極との接触角、接触面及び接触面積のうち少なくともいずれか１つが変化して前記エネルギー転換層によって電気エネルギーを生成することを特徴とする液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項６】
前記エネルギー転換層は、無機物層、有機物層または有機物と無機物の混合物層のうち少なくともいずれか１つの層を含むことを特徴とする請求項５に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項７】
前記エネルギー転換層上に前記導電性液体との接触面、接触角または接触面積の変化を容易にするための親水性物質層が積層されることを特徴とする請求項６に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項８】
前記親水性物質層は、ポリアクリル酸(Ｐｏｌｙ(ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ)、ＰＡＡ)、アクリルアミド(Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅｓ)、無水マレイン酸共重合体(Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ)、メタクリレート(Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、エタクリレート(Ｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、アミン機能性ポリマー(Ａｍｉｎｅ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ)、ポリスチレンスルホン酸(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ、ＰＳＳ)、ビニル酸(Ｖｉｎｙｌ Ａｃｉｄｓ)、ビニルアルコール(Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌｓ)または−ＮＨ、−ＣＯ−、アミノ基−ＮＨ２、水酸基−ＯＨまたはカルボキシル基−ＣＯＯＨの機能基のうち少なくともいずれか１つを含む物質からなることを特徴とする請求項７に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項９】
前記導電性液体は、比抵抗の範囲が１uΩ／cm〜１０００uΩ／cmであり、誘電率(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ、Ｋ)が５以下であることを特徴とする請求項５に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項１０】
前記エネルギー転換層は、
ポリメタクリル酸メチル(ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ)、ポリエチレン(Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＥ)、ポリスチレン(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＰＳ)、ポリビニルピロリドン(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＰＶＰ)、ポリ(４ビニルフェノール)(ｐｏｌｙ(４−ｖｉｎｙｌｐｅｎｏｌ)、ＰＶＰ)またはポリエーテルスルフォン(ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ)、ポリ(４−メトキシフェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＭＰＡ)、ポリ(フェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(ｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＰＡ)、ポリ(２,２,２−トリフルオロエチルメタクリレート)(Ｐｏｌｙ(２,２,２−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＴＦＭＡ)、シアノエチルプルラン(Ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ；ＣＹＥＰＬ)、ポリ塩化ビニル(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ)、ポリ(パラバン酸)樹脂(Ｐｏｌｙ(ｐａｒａｂａｎｉｃ ａｃｉｄ)ｒｅｓｉｎ；ＰＰＡ)、ポリ(ｔ−ブチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(ｔ−ｂｕｔｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＴＢＳ)、ポリチエニレンビニレン(Ｐｏｌｙｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ；ＰＴＶ)、ポリ酢酸ビニル(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ；ＰＶＡ)、ポリ(ビニルアルコール)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)；ＰＶＡ)、ポリ(Ｒメチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(Ｒｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＡＭＳ)、ポリ(ビニルアルコール)−コ−ポリ(酢酸ビニル)−コ−ポリ(イタコン酸)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｉｔａｃｏｎｉｃ ａｃｉｄ)；ＰＶＡＩＡ)、ポリオレフィン(Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ)、ポリアクリレート(Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ)、パリレン−Ｃ(Ｐａｒｙｌｅｎｅ−Ｃ)、ポリイミド(Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ)、オクタデシルトリクロロシラン(Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ；ＯＴＳ)、ポリ(トリアリールアミン) (Ｐｏｌｙ(ｔｒｉａｒｙｌａｍｉｎｅ)；ＰＴＴＡ)、ポリ−３−ヘキシルチオフェン(Ｐｏｌｙ−３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ；Ｐ３ＨＴ)、架橋結合されたポリ−４−ビニルフェノール(ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ Ｐｏｌｙ−４−ｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ；ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ ＰＶＰ)、ポリ(ペルフルオロアルケニルビニルエーテル)(Ｐｏｌｙ(ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ ａｌｋｅｎｙｌｖｉｎｙｌ ｅｔｈｅｒ))、ナイロン−６(Ｎｙｌｏｎ−６)、ｎ−オクタデシルホスホン酸(ｎ−Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ；ＯＤＰＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ)、シリコン(ｓｉｌｉｃｏｎｅ)、ポリウレタン(ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ)、ラテックス(ｌａｔｅｘ)、アセチルセルロース(ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ)、ＰＨＥＭＡ(ｐｏｌｙ(ｈｙｄｒｏｘｙ ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ))、ポリ乳酸(ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ、ＰＬＡ)、ＰＧＡ(ポリグリコライド、ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ)、またはＰＧＬＡ(Ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ−ｃｏ−Ｌａｃｔｉｄｅ)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む有機物層を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項１１】
前記エネルギー転換層は、
酸化シリコン(ＳｉＯ２)、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)、五酸化タンタル(Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ、Ｔａ２Ｏ５)、酸化亜鉛(Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ)、酸化イットリウム(Ｙｔｔｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｙ２Ｏ３)、酸化セリウム(Ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＣｅＯ２)、 二酸化チタン(ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＴｉＯ２)、チタン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢａＴｉＯ３)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＺＴ)、二酸化ジルコニウム(Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＺｒＯ２)、酸化ランタン(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｌａ２Ｏ３)、ハフニウムシリケート(Ｈａｆｎｏｎ、ＨｆＳｉＯ４)、ランタンアルミネート(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ、ＬａＡｌＯ３)、窒化ケイ素(Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ、Ｓｉ３Ｎ４)、ペロブスカイト(Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ)物質としては、チタン酸ストロンチウム(Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＳｒＴｉＯ３)、チタン酸バリウムストロンチウム(ｂａｒｉｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＳＴ)、チタン酸ジルコン酸鉛(Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＰＺＴ)、チタン酸カルシウム銅(Ｃａｌｃｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＣＣＴＯ)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ２)、アパタイト(Ａ１０(ＭＯ４)６(Ｘ)２)、ハイドロキシアパタイト(Ｃａ１０(ＰＯ４)６(ＯＨ)２)、リン酸三カルシウム(Ｃａ３(ＰＯ４２))、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２、またはバイオガラス(ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む無機物層を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項１２】
前記エネルギー転換層は、液体との接触面積を広げるための構造物が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項１３】
前記第１電極または前記第２電極は、
ＩＴＯ、ＩＧＯ、クロム、アルミニウム、ＩＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＩＧＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＺｎＯ、ＺｎＯ２またはＴｉＯ２のうち少なくともいずれか１つを含む無機電極であるか、白金、金、銀、アルミニウム、鉄または銅のうち少なくともいずれか１つを含む金属電極であるか、ポリエチレンジオキシチオフェン(ＰＥＤＯＴ、ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)、カーボンナノチューブ(ＣＮＴ、Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ)、グラフェン(ｇｒａｐｈｅｎｅ)、ポリアセチレン(ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ)、ポリチオフェン(Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＴ)、ポリピロール(Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ)、ポリパラフェニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅ、ＰＰＶ)、ポリアニリン(Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ)、ポリ窒化硫黄(ｐｏｌｙ ｓｕｌｆｕｒ ｎｉｔｒｉｄｅ)、ステンレススチール、クロムを１０％以上含有した鉄合金、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｔｉ合金、ニチノール(Ｎｉ−Ｔｉ)またはポリパラフェニレンビニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ)のうち少なくともいずれか１つを含む有機電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【請求項１４】
前記第１電極は、平面状の凹部を有するようにパターニングされ、前記第２電極は、前記凹部に対応する凸部を有するようにパターニングされることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体を利用したエネルギー転換基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を利用したエネルギー転換基板に関し、より詳しくはエネルギー転換層がある基板上で液体の流れにより機械的エネルギーを電気エネルギーに転換させる液体を利用したエネルギー転換基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体を利用して機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する技術は、誘電物質と接している液体金属の接触面積を経時的に変化させて誘電物質の下に位置する電極に電気容量(ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ)を発生させる原理を用いる。
【０００３】
従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、米国登録特許７,８９８,０９６号で開示している。
【０００４】
図１は、従来の流体を利用したエネルギー転換装置の概念図である。図１を参照すれば、従来の流体を利用したエネルギー転換装置は、細長い形状のチャンネルの壁に一定パターンで電極を形成し、電極の上部には誘電物質層を形成させる。そしてチャンネルの内部には小さな水玉状の導電性液体と非導電性液体を注入し、このような水玉状の導電性液体に外部電源から電圧を印加して導電性液体を分極させる。
【０００５】
このような状態でチャンネルと繋がっている所定の部分(未図示)に物理的な圧力をかければ、分極された水玉状の導電性液体はチャンネルに沿って移動することになり、この過程で一定パターンで形成されている多数の電極は、移動する多数の導電性液滴と接触する面積が経時的に変化し続け、その結果、電気容量が変化して電気エネルギーが生成される。
【０００６】
しかし、従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、実用化までに様々な問題点を持っている。
【０００７】
従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、電気湿潤(ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ)現象を逆に用いることを基にするため、２つの電極を対向させる構造を採択しなければならない。
【０００８】
このような構造的制限のため、従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、狭くて細いチャンネル構造を利用しなければならず、このため、製造の難しさ及び液体循環の難しさがあった。
【０００９】
また、狭くて細いチャンネル構造内で滴状の液体金属が移動した後、外部の力がなくなればまた元の位置に復帰する、可逆可能な(ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ)動きが難しいため、別の潤滑層(ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ)が必要であるという限界点があり、チャンネルの詰まり現象が容易に発生して動作が不可能な場合が発生する。
【００１０】
そして、従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、狭くて細いチャンネル構造を採用しているため、対向する２つの電極がチャンネルの壁に一定形状にパターンされなければならず、このような構造によって装置構成が複雑になり、電気エネルギーを生産するモジュールの大きさが大きくなるので、大量生産や原価低減にも限界が多かった。
【００１１】
また他の問題としては、水銀またはガリンスタン(ｇａｌｉｎｓｔａｎ)のような液体金属を使用しているため人体及び環境に有害であり、このような導電性液体を分極させるためには外部から別途の電源印加が必要であるという限界点がある。
【００１２】
そして、従来の流体を利用したエネルギー転換方法及び装置は、チャンネル構造で可逆可能な(ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ)限り動きを継続的に具現しなければならない点と、混ざらない異なる２種類の液体を使用しなければならないため、制御の困難がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、液滴(ｄｒｏｐｌｅｔ)の流れによりエネルギー転換層と液体間の接触面、接触面積または接触角のうち少なくともいずれか１つの変化を誘導してこれを電気エネルギーに変換する液体を利用したエネルギー転換基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を果たすために、基板上に間隔を置いてパターニングされた第１電極及び第２電極；及び前記第１電極または第２電極のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層；を有し、イオン性液体または水が前記電極上を流れながら前記電極との接触角、接触面及び接触面積のうちいずれか１つが変化して前記エネルギー転換層によって電気エネルギーを生成することを特徴とする液体を利用したエネルギー転換基板が提供される。
【００１５】
好ましくは、前記エネルギー転換層は、無機物層、有機物層または有機物と無機物の混合物層のうち少なくともいずれか１つの層を含むことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記エネルギー転換層上に前記イオン性液体または水との接触面、接触角または接触面積の変化を容易にするための疎水性物質層が積層されることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記イオン性液体は、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＮＯ３、Ｎａ２ＳｉＯ３、ＡｌＣｌ３−ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ、ＫＣＬ、Ｎａ、ＮａＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、ＨＦ、ＣｕＳＯ４、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはＡｇＣｌのうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、基板上に間隔を置いてパターニングされた第１電極及び第２電極；及び前記第１電極または第２電極のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層；を有し、導電性液体が前記電極上を流れながら前記電極との接触角、接触面、接触面積のうちいずれか１つが変化して前記エネルギー転換層によって電気エネルギーを生成することを特徴とする液体を利用したエネルギー転換基板が提供される。
【００１９】
好ましくは、前記エネルギー転換層は、無機物層、有機物層または有機物と無機物の混合物層のうち少なくともいずれか１つの層を含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記エネルギー転換層上に前記導電性液体との接触面、接触角または接触面積の変化を容易にするための親水性物質層が積層されることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記親水性物質層はポリアクリル酸(Ｐｏｌｙ(ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ)、ＰＡＡ)、アクリルアミド(Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅｓ)、無水マレイン酸共重合体(Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ)、メタクリレート(Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、エタクリレート(Ｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、アミン機能性ポリマー(Ａｍｉｎｅ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ)、ポリスチレンスルホン酸(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ、ＰＳＳ)、ビニル酸(Ｖｉｎｙｌ Ａｃｉｄｓ)、ビニルアルコール(Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌｓ)または−ＮＨ、−ＣＯ−、アミノ基−ＮＨ２、水酸基−ＯＨまたはカルボキシル基−ＣＯＯＨの機能基のうち少なくともいずれか１つを含む物質からなることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記導電性液体は、比抵抗の範囲が１uΩ／cm〜１０００uΩ／cmであり、誘電率(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ、Ｋ)が５以下であることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、 前記エネルギー転換層は、
ポリメタクリル酸メチル(ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ)、ポリエチレン(Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＥ)、ポリスチレン(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＰＳ)、ポリビニルピロリドン(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＰＶＰ)、ポリ(４ビニルフェノール)(ｐｏｌｙ(４−ｖｉｎｙｌｐｅｎｏｌ)、ＰＶＰ)またはポリエーテルスルフォン(ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ)、ポリ(４−メトキシフェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＭＰＡ)、ポリ(フェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(ｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＰＡ)、ポリ(２,２,２−トリフルオロエチルメタクリレート)(Ｐｏｌｙ(２,２,２−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＴＦＭＡ)、シアノエチルプルラン(Ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ；ＣＹＥＰＬ)、ポリ塩化ビニル(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ)、ポリ(パラバン酸)樹脂(Ｐｏｌｙ(ｐａｒａｂａｎｉｃ ａｃｉｄ)ｒｅｓｉｎ；ＰＰＡ)、ポリ(ｔ−ブチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(ｔ−ｂｕｔｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＴＢＳ)、ポリチエニレンビニレン(Ｐｏｌｙｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ；ＰＴＶ)、ポリ酢酸ビニル(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ；ＰＶＡ)、ポリ(ビニルアルコール)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)；ＰＶＡ)、ポリ(Ｒメチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(Ｒｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＡＭＳ)、ポリ(ビニルアルコール)−コ−ポリ(酢酸ビニル)−コ−ポリ(イタコン酸)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｉｔａｃｏｎｉｃ ａｃｉｄ)；ＰＶＡＩＡ)、ポリオレフィン(Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ)、ポリアクリレート(Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ)、パリレン−Ｃ(Ｐａｒｙｌｅｎｅ−Ｃ)、ポリイミド(Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ)、オクタデシルトリクロロシラン(Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ；ＯＴＳ)、ポリ(トリアリールアミン)(Ｐｏｌｙ(ｔｒｉａｒｙｌａｍｉｎｅ)；ＰＴＴＡ)、ポリ−３−ヘキシルチオフェン(Ｐｏｌｙ−３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ；Ｐ３ＨＴ)、架橋結合されたポリ−４−ビニルフェノール(ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ Ｐｏｌｙ−４−ｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ；ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ ＰＶＰ)、ポリ(ペルフルオロアルケニルビニルエーテル)(Ｐｏｌｙ(ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ ａｌｋｅｎｙｌｖｉｎｙｌ ｅｔｈｅｒ))、ナイロン−６(Ｎｙｌｏｎ−６)、ｎ−オクタデシルホスホン酸(ｎ−Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ；ＯＤＰＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ)、シリコン(ｓｉｌｉｃｏｎｅ)、ポリウレタン(ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ)、ラテックス(ｌａｔｅｘ)、アセチルセルロース(ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ)、ＰＨＥＭＡ(ｐｏｌｙ(ｈｙｄｒｏｘｙ ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ))、ポリ乳酸(ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ、ＰＬＡ)、ＰＧＡ(ポリグリコライド、ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ)、またはＰＧＬＡ(Ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ−ｃｏ−Ｌａｃｔｉｄｅ)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む有機物層；を含むことを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、前記エネルギー転換層は、酸化シリコン(ＳｉＯ２)、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)、五酸化タンタル(Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ、Ｔａ２Ｏ５)、酸化亜鉛(Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ)、酸化イットリウム(Ｙｔｔｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｙ２Ｏ３)、酸化セリウム(Ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＣｅＯ２)、 二酸化チタン(ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＴｉＯ２)、チタン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢａＴｉＯ３)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＺＴ)、二酸化ジルコニウム(Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＺｒＯ２)、酸化ランタン(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｌａ２Ｏ３)、ハフニウムシリケート(Ｈａｆｎｏｎ、ＨｆＳｉＯ４)、ランタンアルミネート(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ、ＬａＡｌＯ３)、窒化ケイ素(Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ、Ｓｉ３Ｎ４)、ペロブスカイト(Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ)物質としては、チタン酸ストロンチウム(Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＳｒＴｉＯ３)、チタン酸バリウムストロンチウム(ｂａｒｉｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＳＴ)、チタン酸ジルコン酸鉛(Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＰＺＴ)、チタン酸カルシウム銅(Ｃａｌｃｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＣＣＴＯ)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ２)、アパタイト(Ａ１０(ＭＯ４)６(Ｘ)２)、ハイドロキシアパタイト(Ｃａ１０(ＰＯ４)６(ＯＨ)２)、リン酸三カルシウム(Ｃａ３(ＰＯ４２))、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２、またはバイオガラス(ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む無機物層を含むことを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、前記エネルギー転換層は、液体との接触面積を広げるための構造物が形成されたことを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、前記第１電極または前記第２電極は、ＩＴＯ、ＩＧＯ、クロム、アルミニウム、ＩＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＩＧＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＺｎＯ、ＺｎＯ２またはＴｉＯ２のうち少なくともいずれか１つを含む無機電極であるか、白金、金、銀、アルミニウム、鉄または銅のうち少なくともいずれか１つを含む金属電極であるか、ポリエチレンジオキシチオフェン(ＰＥＤＯＴ、ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)、カーボンナノチューブ(ＣＮＴ、Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ)、グラフェン(ｇｒａｐｈｅｎｅ)、ポリアセチレン(ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ)、ポリチオフェン(Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＴ)、ポリピロール(Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ)、ポリパラフェニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅ、ＰＰＶ)、ポリアニリン(Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ)、ポリ窒化硫黄(ｐｏｌｙ ｓｕｌｆｕｒ ｎｉｔｒｉｄｅ)、ステンレススチール、クロムを１０％以上含有した鉄合金、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｔｉ合金、ニチノール(Ｎｉ−Ｔｉ)またはポリパラフェニレンビニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ)のうち少なくともいずれか１つを含む有機電極であることを特徴とする。
【００２７】
好ましくは、前記第１電極は、平面状の凹部を有するようにパターニングされ、前記第２電極は、前記凹部に対応する凸部を有するようにパターニングされることを特徴とする。
【００２８】
その他の実施例の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、対向する基板の対ではない１つの基板で液体を利用したエネルギー転換装置を具現し、製造の容易性及び液体循環の容易性を果たす効果がある。
【００３０】
また本発明は、潤滑層を必要としないようにすることで、装置の単純化、製造原価の低減とともに故障の少ないエネルギー転換装置を具現するという効果がある。
【００３１】
また本発明は、別途の外部電源印加がなくても効率的な電気エネルギー転換が可能であるという効果がある。
【００３２】
そして、本発明は、イオン性液体または水を使用することにより、人体及び環境に有害であるという問題点を解決するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の流体を利用したエネルギー転換装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の概略図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の概略図である。
【図４ａ】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層の断面を示した側面図である。
【図４ｂ】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層の断面を示した側面図である。
【図４ｃ】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層の断面を示した側面図である。
【図４ｄ】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層の断面を示した側面図である。
【図５】本発明のまた他の実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の構造図である。
【図６】本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の使用態様を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現することができ、ただ本実施例は本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。一方、本明細書で使われた用語は、実施例を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。
【００３５】
図２は、本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の概略図である。図２を参照すれば、本発明の一実施例による液体を利用したエネルギー転換基板は、ベース基板２１０；ベース基板２１０上に間隔を置いてパターニングされた第１電極２２０及び第２電極２３０；第１電極２２０または第２電極２３０のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層２２１、２２２を含むように構成される。
【００３６】
エネルギー転換層２２１、２２２は、第１電極２２０と第２電極２３０上を流れるイオン性液体または水との接触角、接触面、接触面積のうち少なくともいずれか１つが変化して電気エネルギーを生成する。
【００３７】
図６は、本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の使用態様を示した図面である。図６を参照すれば、ベース基板２１０が傾斜してベース基板２１０上のイオン性液体または水２９０が第１電極２２０及び第２電極２３０との接触面、接触面積または接触角が変化するように流れる。このような流れによって、液体を利用したエネルギー転換基板は、イオン性液体または水２９０の移動である機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。
【００３８】
すなわち、本発明の一実施例による液体を利用したエネルギー転換基板は、イオン性液体または水２９０と第１電極２２０及び第２電極２３０との接触面、接触角または接触面積のうち少なくともいずれか１つの変化により電気容量の変化を発生させて電気エネルギーが生じる。
【００３９】
また図２を参照し、本発明の好ましい一実施例によれば、エネルギー転換層は無機物層２２１及び／または有機物層２２２が積層されて構成される。好ましくは、このようなエネルギー転換層の形成にはパターニングや蒸着、またはスピンコーティングのような方法が用いられる。
【００４０】
無機物層２２１と有機物層２２２は、第１電極２２０または第２電極２３０上に積層される順序は構わないが、接して積層されなければならない。
【００４１】
また好ましくは、エネルギー転換層は、第１電極２２０と第２電極２３０を全て覆うように一体の層で形成されることができる。
【００４２】
好ましくは、無機物層２２１と有機物層２２２は第１電極２２０または第２電極２３０上に積層される際に繰り返して重畳することができる。すなわち、エネルギー転換層は、無機物層２２１と有機物層２２２の積層形態を繰り返して形成されることができる。
【００４３】
本発明の好ましい一実施例によれば、無機物層２２１または有機物層２２２は、上記イオン性液体または水との接触面積を広げるための構造物が形成されるように蒸着される。
【００４４】
図４ａ〜図４ｄは、本発明の一実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層の実施例を示した側面図である。図４ａ〜図４ｄを参照すれば、本発明の一実施例による液体を利用したエネルギー転換基板のエネルギー転換層はベース基板４１０上にパターニングされた電極４２０上に無機物層４３０が蒸着される。有機物層４４０は、無機物層４３０上に凹凸形状(図４ａ)、尖り突起形状(図４ｂ)、半球状(図４ｃ)、甌穴形状(図４ｄ)の微細構造物が形成されるように積層される。好ましくは、有機物層４４０と無機物層４３０の順が変わってもよく、構造物が形成されるように積層されるのが必ず有機物層４４０である必要はない。
【００４５】
好ましくは、構造物が形成されるように積層された有機物層４４０上に上記構造物形状が維持されるように疎水性物質層４５０が積層される。
【００４６】
このような構造物形状は、上記電極４２０とイオン性液体または水の接触面積の変化がより大きくなるようにして電気エネルギー発生効率を高める効果がある。
【００４７】
本発明の好ましい一実施例によれば、疎水性物質層２２３はエネルギー転換層２２１、２２２上に積層される。このような疎水性物質層２２３はイオン性液体または水が電極２２１、２２２との接触面、接触角または接触面積の変化が容易になるように積層される。
【００４８】
好ましくは、疎水性物質層２２３はエネルギー転換層が形成されない第１電極２２０または第２電極２３０上に積層されることができる。
【００４９】
本発明の好ましい一実施例によれば、エネルギー転換層は、
ポリメタクリル酸メチル(ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ)、ポリエチレン(Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＥ)、ポリスチレン(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＰＳ)、ポリビニルピロリドン(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＰＶＰ)、ポリ(４ビニルフェノール)(ｐｏｌｙ(４−ｖｉｎｙｌｐｅｎｏｌ)、ＰＶＰ)またはポリエーテルスルフォン(ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ)、ポリ(４−メトキシフェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＭＰＡ)、ポリ(フェニルアクリレート)(Ｐｏｌｙ(ｐｈｅｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＰＡ)、ポリ(２,２,２−トリフルオロエチルメタクリレート)(Ｐｏｌｙ(２,２,２−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)；ＰＴＦＭＡ)、シアノエチルプルラン(Ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ；ＣＹＥＰＬ)、ポリ塩化ビニル(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ)、ポリ(パラバン酸)樹脂(Ｐｏｌｙ(ｐａｒａｂａｎｉｃ ａｃｉｄ)ｒｅｓｉｎ；ＰＰＡ)、ポリ(ｔ−ブチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(ｔ−ｂｕｔｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＴＢＳ)、ポリチエニレンビニレン(Ｐｏｌｙｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ；ＰＴＶ)、ポリ酢酸ビニル(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ；ＰＶＡ)、ポリ(ビニルアルコール)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)；ＰＶＡ)、ポリ(Ｒメチルスチレン)(Ｐｏｌｙ(Ｒｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ)；ＰＡＭＳ)、ポリ(ビニルアルコール)−コ−ポリ(酢酸ビニル)−コ−ポリ(イタコン酸)(Ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ)−ｃｏ−ｐｏｌｙ(ｉｔａｃｏｎｉｃ ａｃｉｄ)；ＰＶＡＩＡ)、ポリオレフィン(Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ)、ポリアクリレート(Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ)、パリレン−Ｃ(Ｐａｒｙｌｅｎｅ−Ｃ)、ポリイミド(Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ)、オクタデシルトリクロロシラン(Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ；ＯＴＳ)、ポリ(トリアリールアミン)(Ｐｏｌｙ(ｔｒｉａｒｙｌａｍｉｎｅ)；ＰＴＴＡ)、ポリ−３−ヘキシルチオフェン(Ｐｏｌｙ−３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ；Ｐ３ＨＴ)、架橋結合されたポリ−４−ビニルフェノール(ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ Ｐｏｌｙ−４−ｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ；ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ ＰＶＰ)、ポリ(ペルフルオロアルケニルビニルエーテル)(Ｐｏｌｙ(ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｅｎｙｌｖｉｎｙｌ ｅｔｈｅｒ))、ナイロン−６(Ｎｙｌｏｎ−６)、ｎ−オクタデシルホスホン酸(ｎ−Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ；ＯＤＰＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ)、シリコン(ｓｉｌｉｃｏｎｅ)、ポリウレタン(ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ)、ラテックス(ｌａｔｅｘ)、アセチルセルロース(ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ)、ＰＨＥＭＡ(ｐｏｌｙ(ｈｙｄｒｏｘｙ ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ))、ポリ乳酸(ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ、ＰＬＡ)、ＰＧＡ(ポリグリコライド、ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ)、またはＰＧＬＡ(Ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｄｅ−ｃｏ−Ｌａｃｔｉｄｅ)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む有機物層２２２；及び酸化シリコン(Ｓｉ���２)、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)、五酸化タンタル(Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ、Ｔａ２Ｏ５)、酸化亜鉛(Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ)、酸化イットリウム(Ｙｔｔｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｙ２Ｏ３)、酸化セリウム(Ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＣｅＯ２)、二酸化チタン(ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＴｉＯ２)、チタン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢａＴｉＯ３)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ｂａｒｉｕｍ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＺＴ)、二酸化ジルコニウム(Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ、ＺｒＯ２)、酸化ランタン(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、Ｌａ２Ｏ３)、ハフニウムシリケート(Ｈａｆｎｏｎ、ＨｆＳｉＯ４)、ランタンアルミネート(Ｌａｎｔｈａｎｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ、ＬａＡｌＯ３)、窒化ケイ素(Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ、Ｓｉ３Ｎ４)、ペロブスカイト(Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ)物質としては、チタン酸ストロンチウム(Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＳｒＴｉＯ３)、チタン酸バリウムストロンチウム(ｂａｒｉｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＢＳＴ)、チタン酸ジルコン酸鉛(Ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＰＺＴ)、チタン酸カルシウム銅(Ｃａｌｃｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｔｉｔａｎａｔｅ、ＣＣＴＯ)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ２)、アパタイト(Ａ１０(ＭＯ４)６(Ｘ)２)、ハイドロキシアパタイト(Ｃａ１０(ＰＯ４)６(ＯＨ)２)、リン酸三カルシウム(Ｃａ３(ＰＯ４２))、Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２、またはバイオガラス(ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５)のうち少なくともいずれか１つの物質を含む無機物層２２１を含む。
【００５０】
好ましくは、有機物層２２２は誘電率(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ、Ｋ)が４以下の物質が使われることができ、無機物層２２１は誘電率(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ、Ｋ)が５以上の物質が使われることができる。
【００５１】
本発明の好ましい一実施例によれば、疎水性物質層２２３は、シラン(ｓｉｌａｎｅ)系物質、フルオロポリマー(ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ)物質、トリクロロシラン(Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ)、トリメトキシシラン(Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ)、ペンタフルオロフェニルプロピルトリクロロシラン(Ｐｅｎｔａｆｌｕｏｒｏｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ)、(ベンジルオキシ)アルキルトリメトキシシラン((ｂｅｎｚｙｌｏｘｙ)ａｌｋｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ；ＢＳＭ−２２)、(ベンジルオキシ)アルキルトリクロロシラン((ｂｅｎｚｙｌｏｘｙ)ａｌｋｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ；ＢＴＳ)、ヘキサメチルジシラザン(ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ；ＨＭＤＳ)、オクタデシルトリクロロシラン(ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ；ＯＴＳ)、オクタデシルトリメトキシシラン(ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ；ＯＴＭＳ)、ジビニルテトラメチルジシロキサン−ビス−(ベンゾシクロブテン)(ｄｉｖｉｎｙｌｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ−ｂｉｓ(ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ)；ＢＣＢ)のうち少なくともいずれか１つの物質またはこれら物質の混合物からなる。
【００５２】
本発明の好ましい一実施例によれば、第１電極２２０または第２電極２３０は、ＩＴＯ、ＩＧＯ、クロム、アルミニウム、ＩＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＩＧＺＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ)、ＺｎＯ、ＺｎＯ２またはＴｉＯ２のうち少なくともいずれか１つを含む無機電極であるか、白金、金、銀、アルミニウム、鉄または銅のうち少なくともいずれか１つを含む金属電極であるか、ポリエチレンジオキシチオフェン(ＰＥＤＯＴ、ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)、カーボンナノチューブ(ＣＮＴ、Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ)、グラフェン(ｇｒａｐｈｅｎｅ)、ポリアセチレン(ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ)、ポリチオフェン(Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＴ)、ポリピロール(Ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ)、ポリパラフェニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅ、ＰＰＶ)、ポリアニリン(Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ)、ポリ窒化硫黄(ｐｏｌｙ ｓｕｌｆｕｒ ｎｉｔｒｉｄｅ)、ステンレススチール、クロムを１０％以上含む鉄合金、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｔｉ合金、ニチノール(Ｎｉ−Ｔｉ)またはポリパラフェニレンビニレン(ｐｏｌｙｐａｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ)のうち少なくともいずれか１つを含む有機電極である。
【００５３】
本発明の好ましい一実施例によれば、イオン性液体２６０は、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＮｏ３、Ｎａ２ＳｉＯ３、ＡｌＣｌ３−ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ、ＫＣＬ、Ｎａ、ＮａＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、ＨＦ、ＣｕＳＯ４、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはＡｇＣｌのうち少なくともいずれか１つを含む。
【００５４】
好ましくは、本発明の一実施例によるエネルギー転換基板は、非導電性ガスで満たされた環境で実施される。一般的に、上記空間は一般空気環境でも可能である。
【００５５】
好ましくは、非導電性ガスは空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンまたはラドンのうち少なくともいずれか１つからなる。
【００５６】
好ましくは、図２に示されたように、第１電極２２０及び第２電極２３０からなる対による電気エネルギーＶ１の発生の他に、他の電極の対(２４１、２４２、２４３、２４４)による電気エネルギーＶ２、Ｖ３を発生させるように構成することができる。
【００５７】
図３は、本発明の他の実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の概略図である。図３を参照すれば、本発明の他の実施例による液体を利用したエネルギー転換基板は、ベース基板２１０上に第１電極２２０が平面状の凹部を有するようにパターニングされ、第２電極２２０が上記凹部に相応する凸部を有するようにパターニングされるように構成される。
【００５８】
これにより、イオン性液体または水との接触面、接触面積、接触角等の変化をより大きくしてエネルギー転換効率を増大させることができる。
【００５９】
図５は、本発明のまた他の実施例に係る液体を利用したエネルギー転換基板の構造図である。図５を参照すれば、本発明のまた他の実施例による液体を利用したエネルギー転換基板は、ベース基板５１０；ベース基板５１０上に間隔を置いてパターニングされた第１電極５２０及び第２電極５３０；第１電極５２０または第２電極５３０のうち少なくともいずれか１つの上に形成されるエネルギー転換層５２１、５２２とを含むように構成される。
【００６０】
エネルギー転換層５２１、５２２は、第１電極２２０と第２電極２３０上を流れる導電性液体との接触角、接触面、接触面積のうち少なくともいずれか１つが変化して電気エネルギーを生成する。
【００６１】
本発明の好ましい一実施例によれば、導電性液体は、水銀、リチウム、ガリウム、カリウム、ＮａＫ、ビスマス、錫、ナトリウム、ナトリウムカリウム合金などが使われることができ、比抵抗の範囲が１uΩ／cm〜１０００uΩ／cmであり、誘電率(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ、Ｋ)が５以下であることが望ましい。
【００６２】
本発明の好ましい一実施例によれば、親水性物質層５２３は、エネルギー転換層５２１、５２２上に積層される。このような親水性物質層５２３は、導電性液体が電極５２０、５３０との接触面、接触角または接触面積の変化を容易にするために積層される。
【００６３】
本発明の好ましい一実施例によれば、親水性物質層５２３は、ポリアクリル酸(Ｐｏｌｙ(ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ)、ＰＡＡ)、アクリルアミド(Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅｓ)、無水マレイン酸共重合体(Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ)、メタクリレート(Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、エタクリレート(Ｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、アミン機能性ポリマー(Ａｍｉｎｅ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ)、ポリスチレンスルホン酸(Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ、ＰＳＳ)、ビニル酸(Ｖｉｎｙｌ Ａｃｉｄｓ)、ビニルアルコール(Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌｓ)、−ＮＨ、−ＣＯ−、アミノ基−ＮＨ２、水酸基−ＯＨまたはカルボキシル基−ＣＯＯＨのうち少なくともいずれか１つの機能基を含む物質からなる。
【００６４】
この他に、導電性液体を利用する上記実施例において、第１電極５２０、第２電極５３０、無機物層５２１、有機物層５２２の特徴と構造、電極のパターニングされた形状などに係わる技術的事項は、前述のイオン性液体または水を使った実施例あるいは図２、図３及び図４ａ〜図４ｄで説明した内容によって構成されることができるため、詳しい内容は略する。
【００６５】
本発明は、前述のように異種液体を２種類以上を使う従来のものに比べて、チャンネル内の詰まり現象、混和現象を阻むことができ、潤滑層(ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ)も必要でなくなる。特に、対向する電極の対を求めていないため、チャンネル構造などのような製造の難しさまたは液体の循環性が困難な構造の制限がないので、より経済的で管理が容易なエネルギー転換装置を構成することができる。
【００６６】
また、従来の技術は、電極絶縁膜の構造を１層の自記組織化単層分子(ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ)と１層の誘電層(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ)またはそれ以上の絶縁層(ｎｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ)またはこれらの多様な組合を制限しているが、本発明は最適のエネルギー転換効率のための構造を提案する。すなわち、第１電極または第２電極のうち少なくとも一方の基板に(積層手順によって)電極／無機物層／有機物層／(疎水性物質層、新水性物質層のうち液体の種類によって選択される)または電極／有機物層／無機物層／(疎水性物質層、新水性物質層のうち液体の種類によって選択される)の構成を有するようにし、第１電極及び第２電極の両方に(積層手順によって)電極／無機物層／有機物層／(疎水性物質層、新水性物質層のうち液体の種類によって選択される)または電極／有機物層／無機物層／(疎水性物質層、新水性物質層のうち液体の種類によって選択される)の構成を有するように変更されることができる。
【００６７】
そして、従来技術は導電性液体を利用するに当たって、分極のための外部電源の印加を必要としたが、本発明はエネルギー転換層がイオン性液体を分極する役目をして外部電源の印加が不要である。
【００６８】
以上では本発明の好ましい実施例及び応用例について示し、説明したが、本発明は上述した特定の実施例及び応用例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せずに、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。
【符号の説明】
【００６９】
２１０：ベース基板
２２０：第１電極
２３０：第２電極
２２１：無機物層
２２２：有機物層
２２３：疎水性物質層
２９０：イオン性液体または水
【図１】
2015521016.tif 000003
【図２】
2015521016.tif 000004
【図３】
2015521016.tif 000005
【図４ａ】
2015521016.tif 000006
【図４ｂ】
2015521016.tif 000007
【図４ｃ】
2015521016.tif 000008
【図４ｄ】
2015521016.tif 000009
【図５】
2015521016.tif 000010
【図６】
2015521016.tif 000011
【国際調査報告】
2015521016.tif 000012
2015521016.tif 000013
2015521016.tif 000014
2015521016.tif 000015