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전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인; 및상기 전도성 산화물 층에 전기적으로 연결되는 금속 전극을 포함하고,상기 친수성 섬유 멤브레인의 친수성 표면이 소수성 표면으로 성질 변화되고,상기 전도성 산화물 층 및 상기 금속 전극 각각의 표면에 소수성 기능기가 화학적으로 결합되고,상기 소수성 기능기가 결합된 상기 전도성 산화물 층의 표면에서, 극성 용매가 흡착되어 있는 영역과 극성 용매가 흡착되어 있지 않은 영역 사이에 정전기적 전위차가 유도되어 지속적인 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서, 상기 전도성 산화물 층은 산소 공공 (oxygen vacancy) 또는 원자 도핑 (doping) 효과에 의해 전도성이 나타나는 n형 또는 p형 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서, 상기 전도성 산화물 층은 산소 공공에 의해 전기전도도를 가지게 되고, Sn 원자 도핑 효과에 의해 전기전도도가 향상되는 In2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서, 상기 친수성 섬유 멤브레인은 면 직물 (cotton fabric), 한지 (mulberry paper), 폴리프로필렌 멤브레인 (polypropylene membrane), 산소 플라즈마 처리된 부직포, 친수성 표면 처리가 이루어진 직물, 및 나노섬유 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인이 포함하는 섬유 가닥의 직경은 50 nm 내지 500 mm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제 1항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인의 친수성 표면은 -CF3, 말단기, -CH2, 말단기, 또는 물과 화학적으로 반응하지 않은 무극성 분자 중 적어도 하나를 갖는 물질을 이용하여 소수성 표면으로 성질 변화가 유도되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 극성 용매는 (1) 폼산 (formic acid), n-부탄올 (n-butanol), 아이소프로판올 (isopropanol), n-프로판올 (n-propanol), 에탄올 (ethanol), 메탄올 (methanol) 및 물 (water) 중 적어도 하나의 극성 양성자성 용매에 이온이 용해된 합성 용액 또는 (2) 바닷물 및 땀 중 적어도 하나의 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 전도성 산화물 층 및 상기 금속 전극은 전도성 산화물의 일함수 (φ)와 동등하거나 또는 낮은 값을 지닌 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 전도성 산화물 층 및 상기 금속 전극은 전도성 산화물 ITO(Indium Tin Oxide)의 일함수(φ = 4
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제1항에 있어서,상기 금속 전극은, 상기 소수성 기능기가 결합된 상기 전도성 산화물 층의 표면에서, 극성 용매가 흡착되어 있는 영역에 접촉되어 있는 제1 금속 전극 및 극성 용매가 흡착되어 있지 않은 영역에 접촉되어 있는 제2 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 전도성 산화물 층은 상기 친수성 섬유 멤브레인에 전도성 산화물을 적재하여 코팅되고, 상기 친수성 섬유 멤브레인에 적재되는 전도성 산화물의 양을 조절함에 따라 생성되는 전기 에너지의 전압 및 전류가 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항에 있어서,상기 소수성 기능기는 불소계 소수성 기능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치
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제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 에너지 생성 장치를 적층하거나 또는 병렬이나 직렬로 연결하여, 생성되는 전기 에너지의 양, 전압 및 전력 밀도 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 대면적 에너지 생성 장치
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에너지 생성 장치의 제조방법에 있어서,(a) 친수성 섬유 멤브레인을 설계한 크기로 절삭하는 단계;(b) 전도성 나노입자가 용매에 분산된 전도성 산화물 용액에 상기 친수성 섬유 멤브레인을 침지시켜 상기 친수성 섬유 멤브레인을 구성하는 개별 섬유의 표면에 전도성 산화물 층을 코팅하는 단계;(c) 상기 전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 건조시키는 단계; 및(d) 상기 전도성 산화물 층의 표면에 소수성 기능기를 결합시키는 단계를 포함하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층이 코팅된 상기 친수성 섬유 멤브레인에 대한 극성 용매의 접촉은 상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층의 표면에 전기 이중층을 형성시키고,상기 친수성 섬유 멤브레인에서 극성 용매가 접촉된 영역과 극성 용매가 접촉되지 않은 영역 사이의 전위 차이를 유도하여 전압을 발생시키고,상기 전도성 산화물 층을 통해 이동하는 전자에 의해 전류를 발생시켜 지속적인 전기 에너지가 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 (b) 단계는,상기 친수성 섬유 멤브레인을 구성하는 섬유 가닥에 초음파 분산기 (sonicator)를 사용하여 전도성 나노입자를 코팅하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 전도성 나노입자의 지름은 20 nm 내지 100 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 (c) 단계는,상기 전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 오븐안에서 건조하여 상기 친수성 섬유 멤브레인에 남아 있는 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 (d) 단계는,-CF3, 말단기, -CH2, 말단기, 또는 물과 화학적으로 반응하지 않은 무극성 분자 중 적어도 하나를 갖는 물질을 상기 소수성 기능기로서 상기 전도성 산화물 층에 코팅하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 (d) 단계는,상기 친수성 섬유 멤브레인을 산소 플라즈마 처리하는 단계; 및상기 산소 플라즈마 처리된 친수성 섬유 멤브레인의 표면 상에 trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane, trichloro(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl)silane, 1H,1H,2H,2H-perfluorododecyltrichlorosilane 또는 무극성 기능기가 포함된 방수코팅 물질을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제15항에 있어서,상기 극성 용매는 극성 분자 및 이온을 함유한 용매를 포함하고,상기 극성 용매가 포함하는 극성 분자 및 이온이 상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층에 비대칭적으로 흡착되어 전기 이중층이 형성되고,전하적 중성도를 유지하기 위해 전자가 상기 전도성 산화물 층을 통하여 극성 용매가 흡착된 전도성 산화물 층에 연결된 금속 전극으로 지속적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인을 두 개 이상 적층하거나 병렬 또는 직렬로 연결하는 단계를 더 포함하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 친수성 섬유 멤브레인을 상기 전도성 산화물 용액에 침지 및 건조시키는 횟수를 조절하여 상기 전도성 산화물 층의 적재 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,(e) 상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인 양쪽 끝단에 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극을 연결하는 단계를 더 포함하고,상기 친수성 섬유 멤브레인에서 상기 제1 금속 전극이 연결된 부분에 극성 용매가 흡착되고, 상기 제2 금속 전극이 연결된 부분이 극성 용매가 흡착되지 않는 극성 용매의 비대칭적인 흡착에 따라 직류 전력이 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조 방법
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제14항에 있어서,상기 소수성 기능기가 결합된 전도성 산화물 층이 코팅된 친수성 섬유 멤브레인의 중량은 0
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제15항에 있어서,상기 극성 용매는 이온을 포함하는 극성 양성자성 용매로서, (1) 폼산 (formic acid), n-부탄올 (n-butanol), 아이소프로판올 (isopropanol), n-프로판올 (n-propanol), 에탄올 (ethanol), 메탄올 (methanol) 및 물 (water) 중에서 선택된 극성 양성자성 용매에 이온이 용해된 합성 용액을 포함하거나 또는 (2) 바닷물 및 땀 중 적어도 하나의 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 생성 장치의 제조방법
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