투명 압전 나노 발전 소자 및 그의 제조방법
Transparent piezoelectric nanogenerator and method for preparing the same
특허 요약
본 발명의 일 실시예는 고 투명/내구성 압전 나노 발전 소자 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전소재 및 전극의 투명성을 확보할 수 있고, 고분자의 나노섬유화를 통해 P(VDF-TrFE)의 압전계수를 향상시킬 수 있어서 우수한 투명성 및 내구성을 가지는 압전 나노 발전 소자 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노 섬유는,1차원 나노 섬유 형태를 가지고,400내지 600nm의 직경 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자.

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제1항에 있어서, 상기 고분자 레진은 PDMS인 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자.

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제1투명 전극층;제2투명 전극층; 및상기 제1투명 전극층 및 상기 제2투명 전극층 사이에 위치하는 투명 압전 나노 섬유 매트층을 포함하되,상기 제1투명 전극층은 산성물질로 도핑된 제1 SWCNT 투명 전극층이고,상기 제2투명 전극층은 산성물질로 도핑된 제2 SWCNT 투명 전극층이고,상기 투명 압전 나노 섬유 매트층은 고분자 레진 및 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유 매트를 포함하는 투명 복합소재인 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자.

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삭제

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삭제

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삭제

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기판 상에 제1 투명 전극층을 형성하는 단계;상기 제1 투명 전극층 상부에 투명 압전 나노 섬유 매트층을 형성시키는 단계; 및상기 형성된 압전 나노 섬유 매트층 상부에 제2 투명 전극층을 형성시키는 단계를 포함하되,상기 제1투명 전극층은 산성물질로 도핑된 제1 SWCNT 투명 전극층이고,상기 제2투명 전극층은 산성물질로 도핑된 제2 SWCNT 투명 전극층이고,상기 투명 압전 나노 섬유 매트층은 고분자 레진 및 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유 매트를 포함하는 투명 복합소재인 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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삭제

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제7항에 있어서, 상기 제1 투명 전극층을 형성시키는 단계는,촉매 전구체, 탄소 소스, 및 산성 물질을 준비하는 단계;상기 촉매 전구체 및 상기 탄소 소스를 이용하여 화학 기상 증착법을 통해 SWCNT 필름을 제조하는 단계;상기 SWCNT 필름을 증기 도핑법을 통해 상기 산성 물질로 도핑하는 단계; 및상기 도핑된 SWCNT 필름을 기판 상부에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제7항에 있어서, 상기 제2 투명 전극층을 형성시키는 단계는,촉매 전구체, 탄소 소스, 및 산성 물질을 준비하는 단계;상기 촉매 전구체 및 상기 탄소 소스를 이용하여 화학 기상 증착법을 통해 SWCNT 필름을 제조하는 단계;상기 SWCNT 필름을 증기 도핑법을 통해 상기 산성 물질로 도핑하는 단계; 및상기 도핑된 SWCNT 필름을 상기 형성된 압전 나노 섬유 매트층 상부에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 촉매 전구체는 페로센으로 하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 탄소 소스는 CO를 포함하는 물질로 하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제7항에 있어서, 상기 투명 압전 나노 섬유 매트층을 형성시키는 단계는, P(VDF-TrFE)를 포함하는 용액을 준비하는 단계;상기 용액을 전기 방사하여 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유 매트를 형성시키는 단계; 및상기 형성된 나노 섬유 매트를 상기 제1 투명 전극층 상부에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE)를 포함하는 용액을 준비하는 단계는, DMF 및 Acetone을 준비하는 단계;상기 DMF 및 상기 Acetone을 각각 3:2의 질량비로 혼합하여 혼합용매를 형성하는 단계; 및상기 혼합용매에 상기 혼합용매 대비 30wt%의 질량비를 가지는 P(VDF-TrFE) 분말을 첨가하고 교반하여 용액을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서, 상기 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유 매트를 형성시키는 단계 및 상기 제1 투명 전극층 상부에 위치시키는 단계 사이에,PDMS를 준비하는 단계; 및상기 형성된 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유 매트에 상기 PDMS를 첨가하여 투명성을 갖는 압전 나노 섬유 매트층을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제15항에 있어서, 상기 PDMS를 준비하는 단계는, 베이스(PDMS part A) 및 경화제(PDMS part B)를 준비하는 단계;상기 베이스 및 상기 경화제를 각각 10:1의 부피비로 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및상기 혼합물의 미세기포를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 전기 방사는 300 내지 400μL/h의 유량 범위에서 선택되는 어느 하나의 일정한 유량으로 진행되는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 전기 방사는 9 내지 10kV 범위의 전압에서 진행되는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 전기 방사는 10 내지 20 cm의 니들-콜렉터 간 거리에서 진행되는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 전기 방사는 2 내지 4시간동안 진행되는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.

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제13항에 있어서, 상기 1차원 형태의 P(VDF-TrFE) 나노 섬유는,400내지 600nm의 직경 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 압전 나노 발전 소자 제조방법.