Triboelectric nanogenerator (TENG), recently developed with unparalleled output performance and facile device fabrication, has received drastic attractions for power supplying from ambient mechanical sources such as water/wind flow, machine movement, and human motion. In contact electrification for accumulating triboelectric charge, it is important to establish the micrometer or nanometer scale morphologies into surface to induce the enhanced electric potential in same area. However, the researches associated with perfectly-aligned nanopattern and quantitative analysis in generation of triboelectric charge have been deficient owing to the difficulty of uniform pattern formation. Herein, we report the perfectly-arrayed and seamless nanograting pattern fabrication methods using modified spacer lithography. Using alternatively laminated spacers and polysilicon layers, multistep pattern downscaling up to 50 nm is realized in large-area substrate. Subsequently, nanograting pattern transfer onto flexible substrate by replication methods and application in TENG components are conducted. Quantitative measurements are possible due to outstanding alignments of nanograting pattern as well as description of the enhanced output performances with nanostructures. These approaches are expected to suggest the new analysis tools in TENG research for adjustment of triboelectric charge amount or electrical output with various applications.
마찰 정전 발전기는 높은 전력 값 및 쉬운 제조 공정을 특징으로, 주변의 기계적 에너지원을 전력으로 변환하는 기술인 에너지 수확 분야에서 최근 급격한 관심을 받고 있다. 마찰 정전 발전기에서는 면적 대비 향상된 전위 값을 갖기 위해 표면 형태를 변화시켜 정전하를 증가시키는 기술이 중요한데, 정전하 생성에 관한 정렬된 나노패턴 사용 및 정량 분석을 다룬 연구는 균일한 패턴 형성의 어려움으로 인해 부족한 실정이다. 이 논문을 통해 본 저자는 변형된 스페이서 리소그래피를 이용한 완벽히 정렬된 나노그레이팅 패턴 형성법을 보고한다. 번갈아가며 증착된 스페이서와 실리콘 층을 이용하여, 50 나노미터 단위까지의 다단식 패턴 하향을 대면적 기판에 실현하며 이후 나노그레이팅 패턴을 유연한 기판으로 전사하여 마찰 정전 발전기의 한 부분으로써 이를 이용한다. 결과적으로, 나노구조를 통한 전력 값 향상뿐만 아니라 나노그레이팅 패턴의 뛰어난 정렬성을 이용한 마찰 대전 특성의 정량 분석을 서술한다. 이 논문에서의 접근법은 추후 다양한 응용처를 위한 마찰 정전하의 양 및 전기적 특성의 조절에 대한 새로운 분석 기법을 제안하는데 있어 의미를 가진다.