特表 2021-513320 摩擦電気発電素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2021-513320(P2021-513320A)

(43)【公表日】2021年5月20日

(54)【発明の名称】摩擦電気発電素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/04 20060101AFI20210423BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20210423BHJP

【ＦＩ】

   H02N1/04

   B32B15/08 Q

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2020-546251(P2020-546251)

(86)(22)【出願日】2018年11月12日

(85)【翻訳文提出日】2020年5月21日

(86)【国際出願番号】KR2018013687

(87)【国際公開番号】WO2019103374

(87)【国際公開日】20190531

(31)【優先権主張番号】10-2017-0156387

(32)【優先日】2017年11月22日

(33)【優先権主張国】KR

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ

(71)【出願人】

【識別番号】520178401

【氏名又は名称】チャールズ・キソク・ソン

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ・キソク・ソン

【テーマコード（参考）】

4F100

【Ｆターム（参考）】

4F100AB10B

4F100AB10C

4F100AB17B

4F100AB17C

4F100AB24B

4F100AB24C

4F100AB25B

4F100AB25C

4F100AD11B

4F100AD11C

4F100AJ11D

4F100AK01A

4F100AK03D

4F100AK04A

4F100AK04D

4F100AK07A

4F100AK07D

4F100AK12A

4F100AK12D

4F100AK15A

4F100AK15D

4F100AK16A

4F100AK16D

4F100AK21A

4F100AK21D

4F100AK23A

4F100AK27A

4F100AK41A

4F100AK41D

4F100AK42D

4F100AK46A

4F100AK46D

4F100AK49A

4F100AK49E

4F100AK51A

4F100AK51D

4F100AK52A

4F100AK53D

4F100AK54E

4F100AK56E

4F100AK69D

4F100AL05A

4F100AL05D

4F100AL05E

4F100AN01A

4F100AT00B

4F100AT00C

4F100BA03

4F100BA05

4F100BA07

4F100CB00

4F100CC00D

4F100GB41

4F100YY00A

4F100YY00D

4F100YY00E

(57)【要約】

既存の圧電素子とは違って、摩擦運動を発生させるための物理的空間が要求されないし、安価で量産しやすい摩擦素材複合体の接合摩擦部によって表面積が極大化され、発電素子の耐久性が改善されて電気を効率的に生産できる摩擦電気発電素子及びその製造方法が開示される。前記摩擦電気発電素子は、中心部に位置して相互異なる２つ以上の高分子からなる接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造の摩擦部を含む摩擦電気発生層３００；前記摩擦電気発生層３００のいずれか一面に対向されて位置する第１電極１００；及び前記摩擦電気発生層３００の他の一面に対向されて位置する第２電極２００；を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心部に位置して相互異なる２つ以上の高分子からなる接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造の摩擦部を含む摩擦電気発生層３００；
前記摩擦電気発生層３００のいずれか一面に対向されて位置する第１電極１００；及び
前記摩擦電気発生層３００の他の一面に対向されて位置する第２電極２００；を含む摩擦電気発電素子。

【請求項2】

前記高分子は、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリロニトリル、天然ゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル及びポリジメチルシロキサンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項3】

前記摩擦電気発生層には相互異なる２つの高分子が０．１：９９．９ないし９９．９：０．１の重量比で含まれることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項4】

前記第１及び第２電極は、銅、アルミニウム、金、銀、ｃａｒｂｏｎ ｆｅｌｔ、ｃａｒｂｏｎ ｐａｐｅｒ及び炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）が添加された複合体からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項5】

前記第１及び第２電極は、前記摩擦電気発生層と対面する部分を除いた他の外部露出面が、接着成分が塗布されたテープまたは絶縁体物質によってマスキング（Ｍａｓｋｉｎｇ）処理されることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項6】

前記摩擦電気発電素子は、
前記第１及び第２電極１００、２００それぞれの外周面に位置する一対以上の第１コーティング層４００；及び
前記第１コーティング層４００それぞれの外周面に位置する一対以上の第２コーティング層５００；をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項7】

前記第１コーティング層は、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、パラフィンワックスとポリオレフィンの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項６に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項8】

前記第２コーティング層５００は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、これらの混合物及びこれらの中でいずれか一つ以上と前記第１コーティング層４００を構成する化合物の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項６に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項9】

前記摩擦電気発生層の厚さは１ｎｍないし１０，０００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項10】

前記第１及び第２電極の厚さは２０ｎｍないし５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項11】

前記第１コーティング層の厚さは１００ｎｍないし１０ｍｍで、前記第２コーティング層の厚さは１μｍないし１０ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項12】

前記摩擦電気発電素子は、
前記摩擦電気発生層と第１電極の間、及び摩擦電気発生層と第２電極の間それぞれに、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアクリロニトリル、天然ゴム、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル及びポリジメチルシロキサンからなる群から選択される素材を含む第１界面層６００；及び第２界面層７００；をさらに含み、
前記第１界面層及び第２界面層は、摩擦電気（Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）の極性が相互異なることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦電気発電素子。

【請求項13】

ａ）誘電性質が相違する２つ以上の高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させたり、溶解及び分散させた後で混合したり、溶融させて混合する段階；
ｂ）素材が相違する第１電極及び第２電極それぞれの表面の一部をマスキング処理する段階；
ｃ）前記マスキング処理された第１及び第２電極のいずれか一つの電極において、マスキング処理されていない露出面に前記ａ）段階で混合されたり混合されていない高分子溶液を供給した後で乾燥または硬化させ、電極上に摩擦電気発生層を形成する段階；及び
ｄ）前記摩擦電気発生層の上部に前記摩擦電気発生層が形成されていない残りの電極を積層させた後で圧搾する段階；を含む摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項14】

前記ｃ）段階及びｄ）段階のいずれか一つ以上の段階が行われた後は、前記摩擦電気発生層をアニーリングさせる工程が行われることを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項15】

前記溶媒は、線形及び環形の脂肪族（ａｌｋａｎｅ）系化合物、芳香族（ａｒｏｍａｔｉｃ）系化合物、ケトン（ｋｅｔｏｎｅ）系化合物、線形及び環形のエーテル（ｅｔｈｅｒ）系化合物、アミン（ａｍｉｎｅ）系化合物、硫化物（ｓｕｌｆｉｄｅ）系化合物及びハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）系化合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項16】

前記各高分子溶液の混合比は、重量比で０．１：９９．９ないし９９．９：０．１であることを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項17】

前記摩擦電気発電素子の製造方法は、
ｅ）前記第１電極及び第２電極の各外周面に第１コーティング層を形成する段階；及び
ｆ）前記第１コーティング層の各外周面に第２コーティング層を形成する段階；をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項18】

前記第１コーティング層は、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、パラフィンワックスとポリオレフィンの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン及びこれらの混合物からなる群から選択され、前記第２コーティング層は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、これらの混合物及びこれらの中でいずれか一つ以上と前記第１コーティング層を構成する化合物の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１７に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項19】

前記摩擦電気発電素子の製造方法は、
前記ｃ）段階で形成された摩擦電気発生層の表面上に、前記ｃ）段階で使われた高分子混合液を１回以上再供給した後で乾燥させる段階；をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【請求項20】

前記高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させた後、混合せずに電極上に各高分子溶液を順次供給して積層型の摩擦電気発電素子が製造されることを特徴とする、請求項１３に記載の摩擦電気発電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１７年１１月２２日付韓国特許出願第１０‐２０１７‐０１５６３８７号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は、摩擦電気発電素子に係り、より詳しくは、既存の圧電素子とは違って、摩擦運動を発生させるための物理的空間が要求されず、安価で量産しやすい摩擦素材複合体の接合摩擦部によって表面積が極大化され、発電素子の耐久性が改善されて電気を効率的に生産できる、摩擦電気発電素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

通常の圧電素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）において、柔軟性にすぐれたＰＶＤＦなどの有機系列圧電素材は環境的な有害性及び高い素材コストによって競争力のある製品を製作することが困難である。また、柔軟性がよくない無機系列の圧電素材は、持続される外部圧力によって素材が破裂するなど、耐久性に問題がある。摩擦電気素子（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）の場合、摩擦素材間の摩擦運動を発生させるための物理的空間が必要なだけでなく、素子の構造が複雑で量産にも困難があり、摩擦による素材摩耗の度合いが大きくて耐久性に対する信頼度が低い問題が発生する。また、既存の摩擦電気素材は、電極と摩擦素材との間の接合に対する難しさ、そして摩擦素材を素子に適用する工程方法が相違することで量産し難いという短所を持っている。よって、このような短所が補完された摩擦電気発電素子の開発が要求されている実情である。

【0004】

ここで、今まで進められた通常の摩擦電気素子の発電沿革について説明してみると、２０１２年に異種の摩擦電気素材を２重に配列（ｂｉｌａｙｅｒ）した後、外部に電極を接するようにし、摩擦電気素材の間の垂直及び水平の動きを通じて電気生産が可能であることを確認し、２０１３年には異種の摩擦電気素材を交互に回転させる方式でも電気生産が可能であることを示し、個別摩擦電気素子を多層（並列構造）で構成して発電効率を改善したこともある。２０１４年には３次元構造の摩擦電気素子を通じて発生電流の量を大きく改善し、自転車車輪の形象を持つ円盤電極と摩擦電気素材を中心軸を基準にして回転させることで効率的な摩擦電気生産が可能であることを確認し、薄膜の摩擦電気素材にマイクロン単位でｇｒａｔｉｎｇして電極と重ねた後、水平移動することで効率的な電気生産が可能であることを示し、ｇｒａｔｉｎｇされた摩擦電気素材と電極にばねをつけて素材と電極の間の水平移動及びばねを通じるエネルギー保存によって高い効率の（〜８５％）物理エネルギーを電気エネルギーへと転換可能であることを確認した。

【0005】

２０１５年には、摩擦素材の間に鋼鉄の棒を軸受けの用途で挿入することによって、少ないエネルギーを加えても摩擦素材が柔らかく動けるように構造を改善し、それにもかかわらず摩擦電気の生産効率がさほど落ちないことを示した。また、ハイブリッド方式として電磁気発電機（ＡＣ）と摩擦電気素子（ＡＣ）を直列または並列で連結することで電圧や電流の量をもっと安定的に供給することができることを見つけ、さらに太陽電池（ＤＣ）と摩擦電気素子（ＡＣ）も連結することで光と運動エネルギーから同時に電力を生産できることを確認した。以後、摩擦電気素材の間のマイクロまたはナノ単位のパターニングを通じて電力生産効率を改善する研究が進められていて、素材を変更したり、運動エネルギーを受け入れる形態（垂直、水平、回転、曲がりなど）を変えながらもっと効率を改善させた。最近、注目すべき研究結果としては、摩擦電気素子の一面は基板に固定し、他の一面は風に搖れるように置くことで風力発電機としての活用可能性を示した。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記紹介された全ての摩擦電気素子とは違って、本発明で説明しようとする摩擦電気素子は、物理的に摩擦電気素材間に不要な構造を排除し、ナノ単位または最大マイクロン単位の摩擦電気素材ｄｏｍａｉｎの間の接触がフィルムが曲がることによって離れたり、くっつく現象を利用して電力を生産する。これは、既存研究の素材表面の形象を調節するという面で発電した姿であり、幾つかの方式の運動エネルギーを活用する方案を研究することを受け継ぐことで正統性も確保した。

【0007】

よって、本発明の目的は、既存の圧電素子とは違って、摩擦運動を発生させるための物理的空間が要求されず、安価で量産しやすい摩擦素材複合体の接合摩擦部によって表面積が極大化され、発電素子の耐久性が改善されて電気を効率的に生産できる、摩擦電気発電素子及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するために、本発明は、中心部に位置して相互異なる２つ以上の高分子からなる接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造の摩擦部を含む摩擦電気発生層３００；前記摩擦電気発生層３００のいずれか一面に対向されて位置する第１電極１００；及び前記摩擦電気発生層３００の他の一面に対向されて位置する第２電極２００；を含む摩擦電気発電素子を提供する。

【0009】

また、本発明は、ａ）誘電性質が相違する２つ以上の高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させたり、溶解及び分散させた後で混合したり、溶融させて混合する段階；ｂ）素材が相違する第１電極及び第２電極それぞれの表面一部をマスキング処理する段階；ｃ）前記マスキング処理された第１及び第２電極のいずれか一つの電極において、マスキング処理されていない露出面に前記ａ）段階で混合されたり混合されていない高分子溶液を供給した後で乾燥または硬化させ、電極上に摩擦電気発生層を形成する段階；及びｄ）前記摩擦電気発生層の上部に、前記摩擦電気発生層が形成されていない他の電極を積層させた後で圧搾する段階；を含む摩擦電気発電素子の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明による摩擦電気発電素子及びその製造方法は、既存の圧電素子とは違って、摩擦運動を発生させるための物理的空間が要求されず、安価で量産しやすい摩擦素材複合体の接合摩擦部によって表面積が極大化され、発電素子の耐久性が改善され、電気を効率的に生産できるという長所を持っている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。

【図2】本発明によってマスキング処理された電極の模式図である。

【図3】本発明の別の実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。

【図4】本発明のまた別の実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。

【図5】本発明のまた別の実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。

【図6】本発明の一実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図7】本発明の比較例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図8】本発明の比較例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図9】本発明の比較例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図10】本発明の別の実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図11】本発明の別の実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【図12】本発明の別の実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフである。

【発明を実施するための最良の形態】

【0012】

以下、添付の図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。図１に図示されたように、本発明による摩擦電気発電素子は、中心部に位置して相互異なる２つ以上の高分子からなる接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造の摩擦部を含む摩擦電気発生層３００、前記摩擦電気発生層３００のいずれか一面に対向されて位置する第１電極１００及び前記摩擦電気発生層３００の他の一面に対向されて位置する第２電極２００を含む。

【0013】

本発明による摩擦電気発電素子は、外部から加えられる全ての物理的運動エネルギーを電気エネルギーへと転換可能な素子であって、風力発電、潮力発電及び波力発電などに活用可能であり、各発電方式を具現するために、複数の素子が繰り返して配置されるモジュール及びそのモジュールの複数が繰り返して配置される発電機で構成されることができる。それだけでなく、本発明による摩擦電気発電素子は、物理的な動きを感知したり、肌触り（ｔｅｘｔｕｒｅ）、硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）または加えられる力（ｆｏｒｃｅ）を感知することも可能であってセンサー（ｓｅｎｓｏｒ）としても活用可能である。

【0014】

前記摩擦電気発生層３００は、電気を発生させる摩擦部を含むフィルム形態の摩擦素材複合体（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）であって、前記摩擦部はナノメートル（ｎｍ）ないしマイクロメーター（μｍ）単位のランダム（ｒａｎｄｏｍ）な接合部（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）からなって、前記接合部は相互異なる２種以上の素材が不均一に当接しているバルク異種接合（ｂｕｌｋ‐ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）の構造を有したり、多重接合（ｍｕｌｔｉ‐ｊｕｎｃｔｉｏｎ）の構造を有することができ、例えば、バルク異種接合有機太陽電池（ｂｕｌｋ‐ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ、ウェブサイト参照）の活性層（Ａｃｔｉｖｅ Ｌａｙｅｒ）と類似な構造を有することができる。一方、前記多重接合構造は、基本的に前記バルク異種接合構造と類似するが、より規則的な形象で２つ以上の物質が当接している構造であってもよい（ウェブサイト参照）。よって、極性を帯びる各摩擦電気素材の移動距離が極めて短いにもかかわらず、表面積が極大化されて素材耐久性に対する信頼改善と効率的な電気生産が可能となる。

【0015】

一方、前記摩擦電気発生層３００の厚さは、１ｎｍないし１０，０００μｍ、好ましくは１００ｎｍないし５，０００μｍ、より好ましくは１ないし１，０００μｍであって、前記摩擦電気発生層３００の厚さが１０，０００μｍを超過する場合は、接合部で発生した電荷の分離によって形成される電場が集電極まで影響を及ぼすことができず、電圧及び電流が生成されない問題が発生する恐れがあり、１ｎｍ未満の場合は集電極間の距離が近すぎてトンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象による素子ショート（ｓｈｏｒｔ）現象が発生することがある。

【0016】

前記摩擦電気発生層（または、摩擦部）は、誘電性質が相互異なる２つ以上の高分子、好ましくは相互異なる２種の高分子からなるものであって、前記高分子は製造コストが安価で量産しやすい素材、すなわち、例えば、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ（ＰＶＡ））、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＰＭＭＡ））、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリビニルブチラール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ（ＰＶＢ））、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、天然ゴム（ｎａｔｕｒａｌ ｒｕｂｂｅｒ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＰＳ））、ポリ塩化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＰＥ））、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰ））、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリ塩化ビニル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＰＶＣ））及びポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ））になってもよく、ＰＶＣとＰＭＭＡの混用、ＰＶＣとＰＶＡの混用、ＰＶＣとＰＶＢの混用、ＰＰとＰＭＭＡの混用及びＰＥとＰＭＭＡの混用が好ましい。前記高分子が２種混合して使われる場合（すなわち、前記摩擦電気発生層が相互異なる２つの高分子を含む場合）のその含まれる（混合する）割合は０．１：９９．９ないし９９．９：０．１の重量比であって、前記２つの高分子のいずれか一つが微量で含まれても本発明による効果が発生し、好ましくは２０：８０ないし８０：２０の重量比、より好ましくは４０：６０ないし６０：４０の重量比であってもよい。その他、前記各高分子は１０，０００ないし５，０００，０００の重量平均分子量（Ｍｗ）を持つことが好ましい。

【0017】

前記のように摩擦部を誘電性質が相違する高分子で構成するようになれば、誘電性質が異なる高分子間のバックボーン（ｂａｃｋｂｏｎｅ）及び官能基の結合が破れてラジカルを形成するようになり、これは２つの物質間の電荷移動が電子またはラジカルによって形成された物質移動（ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ）によって生じ得ることを意味する。さらに、高分子内部のイオン単分子が既に存在したり摩擦によって形成される時、これらも異種の高分子間を移動するようになって電荷移動の原因になれる。このような理由によって、２つの物質間に電荷が分離されることで摩擦電気が発生する。

【0018】

一方、前記高分子素材の量産性をより高めるために、Ａｃｅｔｏｎｅ、Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ（ＴＨＦ）、Ｔｏｌｕｅｎｅ、Ｄｉｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ、Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ、Ｔｏｌｕｅｎｅ、Ｈｅｘａｎｅ、Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ、ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ、ＮＭＰ及び水などの汎用溶媒を利用することができる。すなわち、このような溶媒に前記相互異なる高分子を溶解（ｄｉｓｓｏｌｖｅ）した後で混合したり、前記高分子を溶融して混合したり、前記相互異なる高分子をそれぞれ水系及び非水系溶媒に分散（ｗａｔｅｒ‐ｂｏｒｎｅまたはｓｏｌｖｅｎｔ‐ｂｏｒｎｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）させた後で混合する方式（すなわち、エマルジョン重合）を通じて、複合フィルムまたは複合粒子などの複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を形成することができる。

【0019】

したがって、本発明による摩擦電気発電素子は、このように量産しやすい摩擦電気発生層（または摩擦素材複合体、３００）を伝導性の両電極（第１電極１００、第２電極２００）の間に位置（または、挿入）させた後、防水／防湿の役目をするコーティング層４００と、支持する役目をするコーティング層５００をコーティングさせる簡単な構造を有することで、既存の摩擦電気素子に比べて非常に単純な構造を有し、既に商用化された圧電素子とは類似な構造を有するので、量産性及び信頼性が高い。

【0020】

次に、前記第１電極１００及び第２電極２００は帯電現象によって電気を通す伝導性物質からなるものであって、これを充たす伝導性物質であれば特に制限せずに適用されることができる。このような伝導性物質では、銅、アルミニウム、金、銀、ｃａｒｂｏｎ ｆｅｌｔ、ｃａｒｂｏｎ ｐａｐｅｒ及び炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）が添加された複合体などを例示することができ、前記電極は通常のフィルム形態以外に多孔性フォーム（ｆｏａｍ）形態など、その形態においては特に制限がない。

【0021】

ただし、前記第１電極１００と第２電極２００は、相互異なる素材でそれぞれ構成されてもよい。また、前記第１電極１００及び第２電極２００の厚さは２０ｎｍないし５ｍｍ、好ましくは５０ｎｍないし１ｍｍ、より好ましくは１００ｎｍないし１００μｍであって、前記第１電極１００及び第２電極２００の厚さが５ｍｍを超過する場合は、所望の素子に対応する柔軟性が低下する恐れがあって、２０ｎｍ未満の場合には抵抗増加によって素子の性能が低下することがある。

【0022】

一方、前記第１電極１００及び第２電極２００は、電線を結合（接地）させるために、各電極の一端を摩擦電気発生層３００に比べて突出されるように構成することができる（図２参照）。また、本発明において、前記第１電極１００及び第２電極２００は、両電極間のショート（ｓｈｏｒｔ）現象を防止し、また、摩擦電気発生層３００の面積を素子ごとに同一に維持するために、前記摩擦電気発生層３００と対面する部分を除いた残りの外部露出面が接着成分が塗布されたテープやＰＰまたはＰＥなどの絶縁体物質によってマスキング（Ｍａｓｋｉｎｇ）処理されてもよい。図２は、本発明によってマスキング処理された電極の模式図であって、前記電極のマスキング処理は、図２のＡに図示されたように、両面（図２‐Ａのａ及びｂ）を対象にしてもよく、図２のＢに図示されたように、いずれか一面のみを対象にしてもよいなど、目的とする電極の性能などによって変わることがある。その他、以上で説明されていない電極の基本的な役目などに対する内容は、通常の摩擦電気素子に使われる電極の内容を準用することができる。

【0023】

図３は、本発明の別の実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。一方、前記摩擦電気発電素子は、必要に応じて、図３に図示されたように、前記第１及び第２電極１００、２００それぞれの外周面に位置して防水、防湿及び酸素遮断などの役目をする一対以上の第１コーティング層４００をさらに含むことができ、さらに、前記第１コーティング層４００それぞれの外周面に位置して支持などの役目をする一対以上の第２コーティング層５００をさらに含むことができる。

【0024】

具体的に、前記第１コーティング層４００は、本発明による摩擦電気発電素子の防水性、防湿性、酸素遮断性、耐候性及び耐久性などを向上させ、素子の内部を外部から遮断するための層であって、その素材としては、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、パラフィンワックス（ｐａｒａｆｆｉｎ ｗａｘ）とポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）の混合物、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ、Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（ＰＥ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリスチレン（ＰＳ、Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリアミド（ＰＡ、Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ、ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びこれらの混合物などを例示することができ、防水性、防湿性、酸素遮断性、耐候性及び耐久性のいずれか一つ以上の性質を有する素材であれば特に制限せずに使われることができる。

【0025】

また、前記第２コーティング層５００は摩擦電気発電素子の支持機能を基本的に持っていて、前記第１コーティング層４００の機能まで有することができるものであって、より正確には、素子に弾性を与える層である。前記第２コーティング層５００の素材としては、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、これらの混合物及びこれらの中でいずれか一つ以上と前記第１コーティング層４００を構成する化合物の混合物などを例示することができ、柔軟で強いなど摩擦電気発電素子が支持機能を有するようにする素材であれば特に制限せずに使われることができる。

【0026】

前記第１コーティング層４００の厚さは１００ｎｍないし１０ｍｍ、好ましくは１μｍないし１ｍｍ、より好ましくは１０ないし１００μｍであって、前記第１コーティング層４００の厚さが前記範囲を脱する場合は、素子の柔軟性が低下したり、防水／防湿などの機能を充分に行うことができない問題が発生することがある。一方、前記第１コーティング層４００の量端は、集電極を含む素子全体を水、湿気及び酸素から保護するために、図３に図示されたように、前記第１及び第２電極１００、２００の量端に比べて突出されるように構成することができる。

【0027】

また、前記第２コーティング層５００の厚さは１μｍないし１０ｍｍ、好ましくは５μｍないし５ｍｍ、より好ましくは１０μｍないし１ｍｍであって、前記第２コーティング層５００の厚さが前記範囲を脱する場合は、素子の柔軟性が低下したり、素子支持機能を充分に行うことができない問題が発生することがある。一方、図３には前記第１コーティング層４００と第２コーティング層５００の長さを同一に表現したが、これは一例に過ぎなず、前記第２コーティング層５００のある一端または量端が前記第１コーティング層４００に比べて突出されるように構成することもできる。このように突出して構成すれば、コーティング層が外部支持層によってもう一度完全にコーティングされ（包まれ）、外部からの遮断効果が向上されることができる。

【0028】

図４及び５は、本発明のまた別の実施例による摩擦電気発電素子の側断面の模式図である。一方、本発明による摩擦電気発電素子は、必要に応じて、図４に図示されたように、前記摩擦電気発生層３００と第１電極１００の間、そして、前記摩擦電気発生層３００と第２電極２００の間のそれぞれに、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ（ＰＶＡ））、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＰＭＭＡ））、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリビニルブチラール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ（ＰＶＢ））、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、天然ゴム（ｎａｔｕｒａｌ ｒｕｂｂｅｒ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＰＳ））、ポリ塩化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＰＥ））、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰ））、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリ塩化ビニル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＰＶＣ））及びポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ））からなる群から選択される素材を含む第１界面層６００及び第２界面層７００をさらに含むことができる。また、本発明による摩擦電気発電素子は、素子の性能を向上させるために、必要に応じて、図５に図示されたように、前記第１界面層６００及び第２界面層７００を複数の層で構成し、摩擦電気発生層３００と交互に積層させることもでき、その順は図５に制限されず、素子性能を考慮して多様な組み合わせからなってもよい。

【0029】

前記第１界面層６００及び第２界面層７００は、前記摩擦電気発生層３００との相互作用及び摩擦電気発生層３００で電荷が逆方向に流れることを防いで摩擦電気の発電度合いをより向上させるためのものであって、前記第１界面層６００と第２界面層７００は摩擦電気（Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）の極性が相異なって、例えば、前記第１界面層６００がＰＭＭＡである場合、前記第２界面層７００はＰＶＣであってもよい。具体的に、前記第１界面層６００と第２界面層７００のいずれか一つがＰＭＭＡ、Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ、Ｐｏｌｙｂｕｔｙｒａｌ及びＰｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅからなる群から選択されれば、残りの一つの界面層はＰＶＣ、ＰＤＭＳ、Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ及びＰｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ Ｃｈｌｏｒｉｄｅからなる群から選択されることができる。

【0030】

その他、前記第１界面層６００及び第２界面層７００の厚さは１ｎｍないし１ｍｍ、好ましくは５０ｎｍないし５００μｍ、より好ましくは１００ｎｍないし１００μｍであって、前記第１界面層６００及び第２界面層７００の厚さが前記範囲を脱する場合は、素子の柔軟性が低下したり、素子の発電性能が低下したり、摩擦電気発生層３００で逆方向に動く電荷を遮断する役目をまともに行うことができない問題が発生することがある。

【0031】

一方、今まで説明した摩擦電気発生層３００、第１電極１００、第２電極２００、第１コーティング層４００、第２コーティング層５００、第１界面層６００及び第２界面層７００の幅（横×縦、上から見下ろした姿を基準とする）は特に制限せず、目的とする摩擦電気発電素子の大きさ及び特性などによって可変されることができる。

【0032】

次に、図１及び３を参照して、本発明による摩擦電気発電素子の製造方法について説明する。前記摩擦電気発電素子の製造方法は、ａ）誘電性質が相違する２つ以上の高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させたり、溶解及び分散させた後で混合したり、溶融して混合する段階、ｂ）素材が相違する第１電極及び第２電極それぞれの表面の一部をマスキング処理する段階、ｃ）前記マスキング処理された第１及び第２電極のいずれか一つの電極（図面上第２電極、２００）において、マスキング処理されていない露出面に前記ａ）段階で混合されたり混合されていない高分子溶液を供給した後で乾燥または硬化させ、電極上に摩擦電気発生層（または高分子複合フィルム、３００）を形成する段階、及びｄ）前記摩擦電気発生層３００の上部に、前記摩擦電気発生層３００が形成されていない別の電極（図面上第１電極、１００）を積層させた後で圧搾する段階を含む。

【0033】

一方、前記ｃ）段階及びｄ）段階のいずれか一つ以上の段階が行われた後は、前記摩擦電気発生層３００をアニーリングさせる工程が行われてもよく、前記摩擦電気発電素子の製造方法は、必要に応じて、ｅ）前記第１電極１００及び第２電極２００の各外周面に第１コーティング層４００を形成する段階及びｆ）前記第１コーティング層４００の各外周面に第２コーティング層５００を形成する段階をさらに含む。

【0034】

本発明によって、摩擦電気発電素子を製造するためには、先ず、誘電性質が相違する２つ以上の高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させたり、溶解及び分散させた後で混合したり、誘電性質が相違する２つ以上の高分子を溶融させて混合しなければならない（エマルジョン重合の場合、ｗａｔｅｒ‐ｂｏｒｎｅ溶液及びｓｏｌｖｅｎｔ‐ｂｏｒｎｅ溶液を混合、ａ段階）。前記高分子（素材）は摩擦電気発電素子内で電気を発生させる摩擦部を構成するものであって、これに対する具体的な説明は、前記摩擦電気発電素子で記述した高分子に関する内容を準用する。一方、高分子をそれぞれ溶媒に溶解及び分散させた後で混合しない場合は、電極上に各高分子溶液を順次供給することで積層型の摩擦電気発電素子が製造されることができる。

【0035】

前記高分子を溶媒に溶解／分散させることは前記高分子の量産性をより向上させるための本発明固有の工程であって、使用可能な溶媒としては、線形及び環形の脂肪族（ａｌｋａｎｅ）系化合物、芳香族（ａｒｏｍａｔｉｃ）系化合物、ケトン系（ｋｅｔｏｎｅ）化合物、線形及び環形のエーテル（ｅｔｈｅｒ）系化合物、アミン（ａｍｉｎｅ）系化合物、硫化物（ｓｕｌｆｉｄｅ）系化合物及びハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）系化合物などの有機溶剤を挙げることができ、より具体的には、Ｈｅｘａｎｅ、Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ、Ｔｏｌｕｅｎｅ、Ａｃｅｔｏｎｅ、Ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ、Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ（ＴＨＦ）、Ｎ‐Ｍｅｔｈｙｌ‐２‐ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ、Ｄｉｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ及びＣｈｌｏｒｏｆｏｒｍなどの汎用溶媒を例示することができる。

【0036】

前記高分子を溶媒に溶解させる濃度は、０．１ないし１０，０００ｇ／ｋｇ、好ましくは１ないし５，０００ｇ／ｋｇ、より好ましくは１０ないし１，０００ｇ／ｋｇであって、前記高分子を溶媒に溶解させる濃度が前記範囲を脱する場合は、前記高分子を溶媒に溶解させることで得られる効果が微々たるものであったり、混合工程が難しいことがある。また、前記高分子を溶媒に溶解させる温度は０ないし７０℃、好ましくは１０ないし５０℃、より好ましくは２５ないし４０℃であって、前記高分子を溶媒に溶解させる温度が前記範囲を脱する場合、溶解されなかったり分解されたり、または爆発の危険性が増加する問題が発生するおそれがある。

【0037】

この時、各高分子溶液の混合比は０．１：９９．９ないし９９．９：０．１の重量比、好ましくは２０：８０ないし８０：２０の重量比、より好ましくは４０：６０ないし６０：４０の重量比であってもよい。一方、相互異なる高分子溶液を混合するａ）段階を行う時は、各高分子素材の柔軟性及び衝撃強度を補強するために、必要に応じて、可塑剤及び衝撃補強材などの添加剤をさらに添加することができる。

【0038】

次に、素材が異なる電極（第１電極及び第２電極）を用意した後、各表面の一部をマスキング処理する（ｂ段階）。前記第１電極及び第２電極は、摩擦電気の発電が可能であるように相互異なる素材で構成しなければならない。このように、第１及び第２電極表面の一部をテープでマスキング処理する理由は、両電極間のショート（ｓｈｏｒｔ）現象を防止し、また、摩擦電気発生層の面積を素子ごとに同一に維持するためであって、前記高分子混合液の塗布（または、供給）を望まない部分をマスキング適用部位とする。その他、電極及びマスキングに対する具体的な説明は、前記摩擦電気発電素子で記述した電極及びマスキングの内容を準用する。

【0039】

前記各電極の表面をマスキング処理した後は、前記第１及び第２電極のいずれか一つの電極（図面上第２電極、２００）上に（正確には、電極のマスキング処理されていない露出面に）、前記ａ）段階で混合されたり混合されていない高分子溶液を供給（塗布）した後で乾燥または硬化させ、一つの電極上に摩擦電気発生層（または高分子複合フィルム、３００）を形成させる（ｃ段階）。前記高分子混合液を電極上に供給する方式としては、ドロップキャスティング（ｄｒｏｐ ｃａｓｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロトグラビアプリンティング（ｒｏｔｏｇｒａｖｕｒｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スプレイコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）及びインクジェットプリンティング（ｉｎｋ‐ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）などがある。その他、前記摩擦電気発生層３００の厚さは、１ｎｍないし１０，０００μｍ、好ましくは１００ｎｍないし５，０００μｍ、より好ましくは１ないし１，０００μｍであって、前記摩擦電気発生層３００の厚さが１０，０００μｍを超過する場合は、接合部で発生した電荷の分離によって形成される電場が集電極まで影響を及ぼすことができなくて電圧及び電流が生成されない問題が発生する恐れがあり、１ｎｍ未満の場合は集電極間の距離が近すぎてトンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象による素子ショート（ｓｈｏｒｔ）現象が発生することがある。

【0040】

一方、前記摩擦電気発電素子の製造方法は、必要に応じて、前記ｃ）段階で形成された高分子複合フィルム（摩擦電気発生層）の表面上に前記ｃ）段階で使われた高分子混合液を１回以上、好ましくは１ないし１００回、より好ましくは５ないし２０回再供給した後で乾燥させる段階をさらに含む。これは、前記高分子複合フィルムの厚さを調節するための過程であって、前記ａ）段階の高分子濃度が低いほど再供給回数は多くなり、よって、高分子濃度が高い場合は、このような高分子混合液の再供給過程が行われないこともある。
その他、本明細書において、高分子溶液及び混合液を先に製造し、以後、電極の表面をマスキング処理すると記載しているが、これはあくまで説明の便宜のためのものにすぎず、その手順が変わったり、同時に進められてもよい。

【0041】

前記のように電極上に摩擦電気発生層が形成されると、アニーリングされた摩擦電気発生層３００の上部に、前記摩擦電気発生層３００が形成されていない他の電極（図面上第１電極、１００）を積層させた後で圧搾する（ｄ段階）。前記圧搾はロールプレス方式及びホットプレス方式などの通常の圧搾方式によって、４０ないし２５０℃の温度及び１ｇＦないし１００ｋｇＦの圧力下で行われることができる。

【0042】

一方、前記ｃ）段階及びｄ）段階のいずれか一つ以上の段階が行われた後は、前記摩擦電気発生層３００をアニーリングさせる工程が行われる。前記アニーリング工程は、摩擦電気発生層３００を一定温度にした後、該当温度で一定時間維持させ、続いて室温で冷却させる過程であって、前記摩擦電気発生層３００内部の高分子の結集度調節による総接合面積の調節によって発電効率を最適化する用途で利用される。このようなアニーリング工程の温度、所要時間及び回数は、目的とする発電素子の物性などを考慮して任意変更可能であるが、３０ないし２５０℃、好ましくは５０ないし１５０℃の温度下で、１ないし３，６００秒、好ましくは１０ないし１８０秒間１ないし２４回、好ましくは１ないし１０回行われることができる。

【0043】

一方、前記アニーリング工程が行われる場合、図４に図示されたように、前記摩擦電気発生層３００と第１電極１００の間、そして、前記摩擦電気発生層３００と第２電極２００の間のそれぞれに（または、摩擦電気発生層３００の両面に）、界面層（図４において、第１界面層６００及び第２界面層７００）が形成されることができる。これは、アニーリング工程の時、加熱によって摩擦電気発生層３００の高分子が上下部に漏れる現象であって密度差によるものであり、前記第１界面層６００及び第２界面層７００は摩擦電気（Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）の極性が逆の高分子で形成されるように誘導可能である。

【0044】

一方、前記界面層は、アニーリング工程によって形成される方法の他に、電極上に摩擦電気発生層（または高分子複合フィルム、３００）を形成させる前、などの時点で意図的に形成されることができる。よって、図５に図示されたように、前記第１界面層６００及び第２界面層７００を複数の層に構成して摩擦電気発生層３００と交差積層させることもでき、その順は図５に制限されず、素子性能を考慮して多様な組み合わせからなることができる。ここで、摩擦電気素子が図５のような構成からなると、素子の性能がより向上されることができる。

【0045】

一方、前記ｅ）段階の第１コーティング層４００を形成した後、または前記ｆ）段階の第２コーティング層５００を形成した後も、必要に応じて、アニーリング工程がさらに行われることができ、その他、前記第１コーティング層４００及び第２コーティング層５００の素材及び厚さなどに関する説明は、前記摩擦電気発電素子で記述した内容を準用する。

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、具体的な実施例を通じて本発明をより詳しく説明する。下記実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明が下記実施例によって限定されることではない。

【0047】

［実施例１］摩擦電気発電素子の製造
先ず、ＰＭＭＡをＴｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ（ＴＨＦ）に０．１ｇ／ｍＬの濃度で常温で溶解させ、ＰＶＣもＴＨＦに０．１ｇ／ｍＬの濃度で同様に常温で溶解させた後、ＰＭＭＡ溶液とＰＶＣ溶液を１：１の重量比で混合して高分子混合液を製造した。

【0048】

次に、アクリル接着剤が塗布されたＰＥＴコーティング用紙の表面上に４．３ｃｍ×９ｃｍ×１０μｍの大きさを有するアルミニウム電極を接着して電極表面をアセトンで洗浄した後、図２に図示されたような形態で４．３ｃｍ×８ｃｍの面積（Ｅｘｐｏｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を除いた残りの部分をスコッチテープでマスキング処理した電極フィルムを２枚用意した。

【0049】

次いで、露出された（マスキング処理されていない）電極フィルム１枚の表面にＰＭＭＡ‐ＰＶＣ高分子混合液をバーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）して乾燥させて摩擦電気発生層を形成した後、摩擦電気発生層の上部面（表面）に前記ＰＭＭＡ‐ＰＶＣ高分子混合液をさらに５回バーコーティング及び乾燥させた。

【0050】

以後、マスキング処理された電極フィルム１枚をＰＭＭＡ‐ＰＶＣ高分子混合液でコーティングされた電極表面に重ねた後、ラミネイタ（Ｋｏｌａｍｉ‐３２０Ｓ、コラミ、大韓民国）を利用して摩擦電気発生層を７０ないし９０℃で約５秒間アニーリングシキさせ、約１ｋｇＦの圧力で圧搾して摩擦電気発電素子を製造した。

【0051】

［実施例２］積層型摩擦電気発電素子の製造
ＰＶＣとＰＭＭＡ溶液を混合せずにＰＶＣとＰＭＭＡ層を１回順次コーティングして積層したことを除いては、前記実施例１と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した。

【0052】

［実施例３］積層型摩擦電気発電素子の製造
ＰＶＣとＰＭＭＡ層を交互に交差して３回ずつコーティングして積層したことを除いては、前記実施例２と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した。

【0053】

［実施例４］積層型摩擦電気発電素子の製造
ＰＶＣとＰＭＭＡ層を交互に交差して５回ずつコーティングして積層したことを除いては、前記実施例２と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した。

【0054】

［比較例１］摩擦電気発電素子の製造
高分子混合液を使用しないため、ドロップキャスティング、乾燥及びアニーリング工程が排除されたことを除いては、前記実施例１と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した。

【0055】

［比較例２］摩擦電気発電素子の製造
ＰＶＣ溶液を除いて、ＰＭＭＡ‐ＰＶＣ高分子混合液の代わりにＰＭＭＡ高分子溶液を使用したことを除いては、前記実施例１と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した（すなわち、摩擦電気発生層はＰＭＭＡ高分子のみで構成）。

【0056】

［比較例３］摩擦電気発電素子の製造
ＰＭＭＡ溶液を除いて、ＰＭＭＡ‐ＰＶＣ高分子混合液の代わりにＰＶＣ高分子溶液を使用したことを除いては、前記実施例１と同様に行って摩擦電気発電素子を製造した（すなわち、摩擦電気発生層はＰＶＣ高分子のみで構成）。

【0057】

［実施例１、比較例１〜３］摩擦電気発生量評価
前記実施例１及び比較例１ないし３で製造された摩擦電気発電素子の両電極とマルチメートル（ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ、ＵＴ６１Ｅ、ＵＮＩ‐Ｔ社、中国）を電線で連結した後、素子に加えられる衝撃による電圧変化を測定した。すなわち、最初１０秒の休止期後に２０秒間、１秒当たり３回ずつ（３Ｈｚ）素子を上下に曲げ、次いで、１０ないし２０秒の休止期を持ち、以後、最初休止期を除いた残りの過程をさらに２回繰り返した。

【0058】

図６は本発明の一実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフで、図７ないし９は本発明の比較例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフであって、図６は前記実施例１に該当し、図７ないし９はそれぞれ前記比較例１ないし３に該当する。先ず、前記実施例１で製造された（高分子複合フィルムを使用した）摩擦電気発電素子の場合、図６に図示されたように、素子に加えられる衝撃／変化によって電気が即刻発生することを確認することができた。

【0059】

一方、比較例１で製造された（高分子複合フィルムを使用していない）素子の場合は、図７に図示されたように、摩擦電気が全然発生していないし、比較例２で製造された（ＰＭＭＡ高分子のみを使用した）素子の場合、図８に図示されたように、電気は発生したが実施例１に比べてとても少ないことが分かるし、比較例３で製造された（ＰＶＣ高分子のみを使用した）素子の場合は、図９に図示されたように、極少量の電気のみが発生することを確認することができた。

【0060】

［実施例２〜４］摩擦電気発生量評価
前記実施例２ないし４で製造された積層型摩擦電気発電素子の両電極とマルチメートル（ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ、ＵＴ６１Ｅ、ＵＮＩ‐Ｔ社、中国）を電線で連結した後、素子に加えられる衝撃による電圧変化を測定した。すなわち、最初１０秒の休止期後に２０秒間、１秒当たり３回ずつ素子を上下に曲げ、次いで、１０ないし２０秒の休止期を持ち、以後、最初休止期を除いた残りの過程をさらに２回繰り返した。

【0061】

図１０ないし１２は本発明の別の実施例によって摩擦電気発電素子に加えられる衝撃による電圧及び電流を測定したグラフであって、図１０ないし１２はそれぞれ前記実施例２ないし４に該当する。前記実施例２ないし４で製造された積層型摩擦電気発電素子は、積層型ではない摩擦電気発電素子に関する実施例１と同様、素子に加えられる衝撃／変化によって電気が即刻発生することを確認することができた（図１０ないし１２を参照）。また、積層数が増加するほど、発生する電気の電圧及び全体的な電流量が増加することも確認することができた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】